JP2007177652A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のＥＧＲ装置において、ＮＯxの発生および未燃燃料の再循環を抑制す
ることができる技術を提供する。
【解決手段】排気浄化触媒よりも下流の排気を吸気通路へ再循環させるＥＧＲ装置であって、排気浄化触媒よりも下流において該排気浄化触媒の中心軸側を流れた排気と外縁側とを流れた排気を隔てる隔壁と、隔壁の中心軸側の排気又は外縁側の排気の何れか一方をＥＧＲガスとして取り入れる選択手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ装置に関する。

排気浄化触媒よりも下流且つ排気通路の壁面付近からＥＧＲガスを取り入れるＥＧＲ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ここで、排気浄化触媒から流出する排気は、該排気浄化触媒の中心軸側を通過した排気と外縁側を通過した排気とで温度が異なる。そのため、どの位置からＥＧＲガスを取り入れるのかによりＥＧＲガスの温度が異なるので、排気通路の壁面付近から取り入れたＥＧＲガスの温度が常に適切であるとは限らない。また、排気浄化触媒の温度によっては未燃燃料がＥＧＲガスと共に吸気系に流されて該吸気系に付着するおそれもある。
特開２００４−１７６５５３号公報 特開平１０−１３１８１２号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関のＥＧＲ装置において、ＮＯxの発生および未燃燃料の再循環を抑制することができる技術を提供する
ことを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関のＥＧＲ装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関のＥＧＲ装置は、
排気浄化触媒よりも下流の排気を吸気通路へ再循環させるＥＧＲ装置であって、
前記排気浄化触媒よりも下流において該排気浄化触媒の中心軸側を流れた排気と外縁側とを流れた排気を隔てる隔壁と、
前記隔壁の中心軸側の排気又は外縁側の排気の何れか一方をＥＧＲガスとして取り入れる選択手段と、
を備えることを特徴とする。

ここで、排気浄化触媒は、中心軸側と外縁側とで温度が異なる。そのため、排気浄化触媒の下流では、該排気浄化触媒の中心軸側を通った排気と、外縁側を通った排気と、で温度が異なる。従って、どの位置からＥＧＲガスを取り入れるかにより該ＥＧＲガスの温度も変わる。また、排気浄化触媒に温度分布ができると、該排気浄化触媒における排気の浄化率にも分布ができる。そのため、どの位置からＥＧＲガスを取り込むかにより該ＥＧＲガスを構成する成分が変わる。

そして、前記隔壁は、排気浄化触媒よりも下流において該排気浄化触媒の中心軸側を流れた排気と外縁側を流れた排気とを隔てているので、この隔壁の一方側と他方側とで排気の温度や排気を構成する成分が変わる。選択手段は、隔壁の中心軸側の排気と外縁側の排気との何れか一方を選択して取り入れるので、より望ましい温度や成分のＥＧＲガスを選択することができる。従って、より良い状態のＥＧＲガスを供給することが可能となる。

本発明においては、前記排気浄化触媒の全体の温度を上昇させるときには、前記選択手段は前記外縁側の排気を取り入れることができる。排気浄化触媒は、中心軸側よりも外縁側のほうの温度が低くなる傾向がある。そのため、排気浄化触媒の中心軸側の温度が活性温度に達していても、外縁側の温度が活性温度に達していないことがある。このような場
合に、前記外縁側の排気をＥＧＲガスとして取り入れると、排気浄化触媒の外縁側により多くの排気が流れるようになるため、該外縁側の温度を上昇させることができる。これにより、排気浄化触媒全体の温度を上昇させることができる。なお、排気浄化触媒の温度を上昇させるときとは、排気浄化触媒を活性化させるときとしてもよい。

本発明においては、前記排気浄化触媒は、排気中の粒子状物質を一時捕集するパティキュレートフィルタに担持され、該パティキュレートフィルタの再生時には、前記選択手段は前記外縁側の排気を取り入れることができる。パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質を酸化しつつ除去する再生時には、該フィルタの温度が上昇される。そのため、パティキュレートフィルタよりも下流の排気の温度も上昇する。このような場合には、前記排気導入口が前記外縁側から排気を導入することにより、低い温度のＥＧＲガスを供給することができる。これは、排気浄化触媒の中心軸側よりも外縁側のほうの温度が低いことによる。これにより、気筒内の温度をより低くすることができるので、ＮＯxの
発生を抑制することができる。

本発明においては、内燃機関の高負荷運転時には、前記選択手段は前記外縁側の排気を取り入れることができる。内燃機関の高負荷運転時には、排気の温度が高くなる。そして、温度の高いＥＧＲガスを供給するとＮＯxが発生する。これに対し、前記外縁側では前
記中心軸側よりも温度が低いため、ここから排気を取り入れることにより、低い温度のＥＧＲガスを供給することができる。なお、高負荷運転時とは、排気浄化触媒の中心軸側を通過した排気をＥＧＲガスとして取り入れるとＮＯx発生のおそれがある運転状態のとき
、スロットル開度が所定開度よりも大きいとき、アクセルの踏み込み量が所定量よりも大きいとき、または燃料噴射量が所定量よりも多いときとしてもよい。

本発明においては、内燃機関の低負荷運転時には、前記選択手段は前記中心軸側の排気を取り入れることができる。内燃機関の低負荷運転時には、排気の温度が低くなるため、排気浄化触媒の浄化率が低下するおそれがある。そうすると、排気中の未燃燃料が排気触媒にて酸化されずに該排気浄化触媒をすり抜けるおそれがある。このような場合であっても、前記外縁側よりも前記中心軸側のほうの温度が高いので、前記外縁側よりも前記中心軸側の浄化率のほうが高い。そのため、前記中心軸側の排気を取り込むことにより、ＥＧＲガス内の未燃燃料量を減少させることができる。なお、低負荷運転時とは、排気浄化触媒の温度が低下するほど排気の温度が低い運転状態のとき、スロットル開度が所定開度以下のとき、アクセルの踏み込み量が所定量以下のとき、または燃料噴射量が所定量以下のときとしてもよい。

本発明においては、内燃機関の冷間時には、前記選択手段は前記中心軸側の排気を取り入れることができる。内燃機関の冷間時には、排気中に未燃燃料が含まれていることがある。また、排気浄化触媒の温度も低いため未燃燃料の浄化率も低い。ただし、排気浄化触媒の中心軸側から温度が上昇するため、中心軸側のほうが外縁側よりも温度が高い。このような場合には、前記中心軸側の排気を取り入れることにより、排気浄化触媒において浄化率の高い箇所を通過した排気をＥＧＲガスとして供給することができる。これにより、吸気系に未燃燃料が再循環することを抑制できる。なお、内燃機関の冷間時とは、内燃機関から未燃燃料が排出されるおそれのある冷却水温度、または暖機が完了するまでの冷却水温度のときとしてもよい。また、冷却水温度が所定の温度以下のときとしてもよい。

本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置によれば、ＮＯxの発生および未燃燃料の再循環を
抑制することができる。

以下、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の着火時期制御装置を適用する内燃機関１とその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクルディーゼル機関である。

内燃機関１には、気筒内へ通じる吸気通路２が接続されている。また、内燃機関１には、気筒内へ通じる排気通路３が接続されている。

排気通路３の途中には、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を一時捕集可能なパティキュレートフィルタ４（以下、フィルタ４という。）が備えられている。フィルタ４には、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）が担持されている。このＮＯx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有す
る。また、フィルタ４よりも下流には、該フィルタ４を通過した排気の温度を検出する排気温度センサ５が取り付けられている。

そして、内燃機関１は、排気通路３内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）を吸気通路２へ再循環させるＥＧＲ装置６を備えている。このＥＧＲ装置６は、フィルタ４の下流に位置する円筒形状の隔壁６１を備えて構成されている。この隔壁６１は、その中心軸が排気の流れ方向と平行となるように設けられ、排気の上流側および下流側で開口している。そして、隔壁６１の内側にはフィルタ４の中心軸側から流出した排気が流れ、外側にはフィルタ４の外縁側から流出した排気が流れる。

そして、ＥＧＲ装置６は、ＥＧＲガスの取り入れを行うためのＥＧＲ通路を２つ備えている。一方は隔壁６１の内側で開口する第１ＥＧＲ通路６２であり、他方は隔壁６１の外側で開口する第２ＥＧＲ通路６３である。また、ＥＧＲ装置６は、吸気通路２に接続される第３ＥＧＲ通路６４を備えている。第１ＥＧＲ通路６２、第２ＥＧＲ通路６３、および第３ＥＧＲ通路６４は、何れも切替弁６５に接続されている。切替弁６５は、第１ＥＧＲ通路６２または第２ＥＧＲ通路６３の何れか一方を選択して第３ＥＧＲ通路６４に接続させる。

また、第３ＥＧＲ通路６４の途中には、該第３ＥＧＲ通路６４の通路断面積を調整することにより、該第３ＥＧＲ通路６４を流れるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲ弁６６が備えられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ７が併設されている。このＥＣＵ７は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ７には、排気温度センサ５のほか、運転者がアクセルペダル８を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ９および内燃機関１の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１０が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ７には、切替弁６５およびＥＧＲ弁６６が電気配線を介して接続され、これらはＥＣＵ７により制御される。なお、アクセル開度センサ９により内燃機関１の負荷を検出することができ、冷却水温度センサ１０により内燃機関１が冷間状態であるか検出することができる。

そして、本実施例では、フィルタ４の全体または外縁側の温度を上昇させたい場合、ま
たは低い温度のＥＧＲガスを供給したい場合には、隔壁６１の外側からＥＧＲガスを取り入れる。一方、排気中に未燃燃料が多く含まれる場合、または温度の高いＥＧＲガスを供給したい場合には、隔壁６１の内側からＥＧＲガスを取り入れる。フィルタ４の外縁側の温度を上昇させたいが、排気中に未燃燃料が多く含まれる場合等、相反する要求がある場合には、どちらの要求がより強いのか比較して、より要求の強いほうに合わせてＥＧＲガスを取り入れる。

なお、フィルタ４の全体または外縁側の温度を上昇させたい場合とは、ＮＯx触媒を活
性させるとき、ＮＯx触媒の硫黄被毒回復を行うとき、またはフィルタ４の再生が必要と
なったとき等である。例えば、排気温度センサ５により推定されるフィルタ４の温度が所定温度よりも低い場合、ＮＯx触媒の硫黄被毒量が所定量以上となった場合、またはフィ
ルタ４に堆積したＰＭが所定量以上となった場合である。

また、低い温度のＥＧＲガスを供給したい場合とは、気筒内の温度が高いためにＮＯx
が発生するおそれのある場合である。

さらに、排気中に未燃燃料が多く含まれる場合とは、内燃機関の始動時、暖機時、加速時、ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxの還元時、ＮＯx触媒の硫黄被毒回復時、またはフ
ィルタ４の再生時等である。

また、温度の高いＥＧＲガスを供給したい場合とは、フィルタ４の温度低下を防止するとき、または内燃機関の暖機を促進させるとき等である。

なお、フィルタ４の温度が所定温度以上の場合にはＮＯxの発生を抑制するために隔壁
６１の外側からＥＧＲガスを取り入れ、フィルタ４の温度が所定温度よりも低い場合には未燃燃料の再循環を抑制するために隔壁６１の内側からＥＧＲガスを取り入れても良い。

次に、本実施例に係る切替弁６５の制御フローについて説明する。図２は、切替弁６５の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本実施例においては本ルーチンを実行するＥＣＵ７が、本発明における選択手段に相当する。

ステップＳ１０１では、フィルタ４の再生制御中であるか否か判定される。フィルタ４の再生中には、該フィルタ４全体の温度を上昇させなければＰＭの除去が不十分になる。しかし、排気はフィルタ４の中心軸側を多く流れるため、中心軸側では速やかに温度が上昇するが、外縁側では温度の上昇が緩慢となる。そのため、フィルタ４の外縁側にＰＭが残留するおそれがある。ここで、隔壁６１の外側の排気をＥＧＲガスとして供給することにより、隔壁６１の外側の圧力を低減させることができる。これにより、フィルタ４の外縁側を多くの排気が流れるようになるので、該フィルタ４の外縁側の温度を速やかに上昇させることができる。すなわち、フィルタ４の外縁側のＰＭを速やかに酸化させることができる。

また、フィルタ４の再生時には該フィルタ４が高温となるため、該フィルタ４よりも下流の排気の温度が高くなる。しかし、隔壁６１の外側からＥＧＲガスを取り入れることにより、温度の低いＥＧＲガスを供給することができるので、ＮＯxの発生を抑制すること
ができる。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０２では、切替弁６５により第２ＥＧＲ通路６３と第３ＥＧＲ通路６４とが接続される。そして、ＥＧＲ弁６６が開弁される。これにより、隔壁６１の外側の排気
をＥＧＲガスとして供給することができる。そのため、フィルタ４全体のＰＭを速やかに酸化させることができる。また、比較的低い温度のＥＧＲガスを供給することができるので、ＮＯxの発生を抑制することができる。

ステップＳ１０３では、フィルタ４の温度が推定される。このフィルタ４の温度は、排気温度センサ５の出力信号に基づいて推定される。この推定は、従来の技術を用いても良い。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で推定されたフィルタ４の温度が所定温度よりも低いか否か判定される。所定温度よりも低い場合には該フィルタ４の中心軸側のみの温度が高くなっており、所定温度以上の場合には該フィルタ４全体の温度が高くなっている。

フィルタ４の温度が所定温度よりも低い場合には、排気中の未燃燃料がＮＯx触媒で酸
化されていないおそれがあるため、隔壁６１の内側の排気をＥＧＲガスとして供給する。そして、フィルタ４の温度は中心軸側のほうがより温度が高いため、フィルタ４の中心軸側のほうが未燃燃料の浄化率が高い。従って、隔壁６１の内側の排気をＥＧＲガスとして供給すると、ＥＧＲガス中の未燃燃料量を少なくすることができる。なお、このような場合には、隔壁６１の内側の排気の温度は低いので、この排気をＥＧＲガスとして供給してもＮＯxの発生量は少ない。

一方、フィルタ４の温度が所定温度以上の場合には、隔壁６１の外側の排気中にも未燃燃料はほとんど含まれない。また、このときには、隔壁６１の内側の排気の温度が高くなっている。この場合、隔壁６１の外側の排気をＥＧＲガスとして供給する。これにより、低い温度のＥＧＲガスを供給することができるので、ＮＯxの発生を抑制することができ
る。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０５では、切替弁６５により第１ＥＧＲ通路６２と第３ＥＧＲ通路６４とが接続される。そして、ＥＧＲ弁６６が開弁される。すなわち、フィルタ４の中心軸側を通過した排気をＥＧＲガスとして供給する。

このように、フィルタ４の温度等に応じてＥＧＲガスの取り入れ先を変更することにより、ＮＯxの発生を抑制することができる。また、未燃燃料が循環することが抑制される
ので、ＥＧＲ装置６、吸気通路２、およびそれらに備わる部材（例えばＥＧＲクーラ、または燃料噴射弁）に未燃燃料が付着することを抑制できる。これにより、各部材の性能の低下を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関のＥＧＲ装置を適用する内燃機関、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。 切替弁の制御フローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ パティキュレートフィルタ
５ 排気温度センサ
６ ＥＧＲ装置
７ ＥＣＵ
８ アクセルペダル
９ アクセル開度センサ
１０ 冷却水温度センサ
６１ 隔壁
６２ 第１ＥＧＲ通路
６３ 第２ＥＧＲ通路
６４ 第３ＥＧＲ通路
６５ 切替弁
６６ ＥＧＲ弁

Claims (6)

1. 排気浄化触媒よりも下流の排気を吸気通路へ再循環させるＥＧＲ装置であって、
   前記排気浄化触媒よりも下流において該排気浄化触媒の中心軸側を流れた排気と外縁側とを流れた排気を隔てる隔壁と、
   前記隔壁の中心軸側の排気又は外縁側の排気の何れか一方をＥＧＲガスとして取り入れる選択手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
2. 前記排気浄化触媒の全体の温度を上昇させるときには、前記選択手段は前記外縁側の排気を取り入れることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
3. 前記排気浄化触媒は、排気中の粒子状物質を一時捕集するパティキュレートフィルタに担持され、該パティキュレートフィルタの再生時には、前記選択手段は前記外縁側の排気を取り入れることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
4. 内燃機関の高負荷運転時には、前記選択手段は前記外縁側の排気を取り入れることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
5. 内燃機関の低負荷運転時には、前記選択手段は前記中心軸側の排気を取り入れることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
6. 内燃機関の冷間時には、前記選択手段は前記中心軸側の排気を取り入れることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。

Images