JP2008002351A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気還流装置において、連通路を介した低圧ＥＧＲ通路と排気通路との間に差圧を発生させ、連通路を用いて低圧ＥＧＲ通路の凝縮水を排出可能とする技術を提供する。
【解決手段】ターボチャージャ５と、低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲクーラ３３と、排気絞り弁１０と、低圧ＥＧＲクーラ３３よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１と排気絞り弁１０よりも下流の排気通路４とを連通する連通路１１と、排気絞り弁１０を閉作動させて低圧ＥＧＲ通路３１の圧力を上昇させることにより、連通路１１を用いて低圧ＥＧＲ通路３１の凝縮水を排気通路４に排出させる凝縮水排出手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

タービンよりも上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込みコンプレッサよりも下流の吸気通路へ高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ通路を備え、この高圧ＥＧＲ通路に高圧ＥＧＲクーラを設けると共に高圧ＥＧＲクーラよりも下流の高圧ＥＧＲ通路から排気通路へ連通路を用いて高圧ＥＧＲクーラで発生した凝縮水を排出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２７７１５号公報 特許第３６６６５８３号公報

ところで、タービンよりも下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込みコンプレッサよりも上流の吸気通路へ低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路に上記技術を適用する場合には、連通路を介した低圧ＥＧＲ通路と排気通路との間に差圧が発生し難いため、連通路を用いて低圧ＥＧＲ通路から排気通路へ凝縮水を排出させることは困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気還流装置において、連通路を介した低圧ＥＧＲ通路と排気通路との間に差圧を発生させ、連通路を用いて低圧ＥＧＲ通路の凝縮水を排出可能とする技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路に配置される低圧ＥＧＲクーラと、
前記低圧ＥＧＲ通路が接続される箇所よりも下流の排気通路を流通する排気の量を調節する排気絞り弁と、
前記低圧ＥＧＲクーラよりも下流の前記低圧ＥＧＲ通路と前記排気絞り弁よりも下流の排気通路とを連通する連通路と、
前記排気絞り弁を閉作動させて前記低圧ＥＧＲ通路の圧力を上昇させることにより、前記連通路を用いて前記低圧ＥＧＲ通路の凝縮水を排気通路に排出させる凝縮水排出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。

本発明では、前記排気絞り弁を閉作動させて前記低圧ＥＧＲ通路の圧力を上昇させることにより、前記連通路を用いて前記低圧ＥＧＲ通路の凝縮水を排気通路に排出させる。

これによると、排気絞り弁を閉作動させて排気絞り弁よりも上流の排気通路及び低圧ＥＧＲ通路の圧力を上昇させる。これに伴い、連通路を介した低圧ＥＧＲ通路と排気絞り弁よりも下流の排気通路との間に差圧を発生させることができる。そして、当該差圧によっ
て、連通路には低圧ＥＧＲ通路から排気絞り弁よりも下流の排気通路へ向かうガス流が形成される。よって、このガス流に乗って、低圧ＥＧＲ通路の低圧ＥＧＲクーラで発生した凝縮水を、連通路を用いて低圧ＥＧＲ通路から排気絞り弁よりも下流の排気通路へ排出させることができる。

低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス量を調節する低圧ＥＧＲ弁を備え、前記凝縮水排出手段は、車両の減速時、内燃機関のアイドル運転時、又は内燃機関の機関停止直前の状態にある場合には、前記排気絞り弁を閉作動させる前に、前記低圧ＥＧＲ弁を閉作動させるとよい。

これにより、連通路を用いて低圧ＥＧＲ通路の低圧ＥＧＲクーラで発生した凝縮水を排気絞り弁よりも下流の排気通路へ排出する際に、凝縮水を、低圧ＥＧＲ弁よりも下流の低圧ＥＧＲ通路へ流してしまうことを抑制でき、低圧ＥＧＲ通路を経て内燃機関の吸気通路へ流入させてしまうことを抑制できる。

なお、車両の減速時、内燃機関のアイドル運転時、又は内燃機関の機関停止直前の状態にある場合に、凝縮水を排出するのは、ドライバビリティ又は燃費に与える影響が小さいからである。ドライバビリティ又は燃費に与える影響が小さい状態であれば、他の状態のときに凝縮水を排出してもよい。また、内燃機関の機関停止直前の状態にある場合には、低圧ＥＧＲ弁を閉作動させずに、排気絞り弁を閉作動させてしまってもよい。

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、連通路を介した低圧ＥＧＲ通路と排気通路との間に差圧を発生させ、連通路を用いて低圧ＥＧＲ通路の凝縮水を排出することができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸・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、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されているものである。

内燃機関１には、吸気通路３が接続されている。吸気通路３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが配置されている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁６が配置されている。この吸気絞り弁６は、電動アクチュエータにより開閉される。吸気絞り弁６よりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が配置されている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が配置されている。

一方、内燃機関１には、排気通路４が接続されている。排気通路４の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが配置されている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気通路４には、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）９が配置されている。このフィルタ９には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯ
ｘ触媒という。）が担持されている。フィルタ９は、排気中の粒子状物質を捕集する。また、ＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、一方、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯｘを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが還元される。なお、ＮＯｘ触媒の代わりに、酸化触媒または三元触媒をフィルタ９に担持させてもよい。

フィルタ９よりも下流の排気通路４には、該排気通路４内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１０が設けられている。この排気絞り弁１０は、電動アクチュエータにより開閉される。

そして、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路３へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及びＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、フィルタ９よりも下流且つ排気絞り弁１０よりも上流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流且つ吸気絞り弁６よりも下流の吸気通路３と、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で内燃機関１へ還流される。そして、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を通って還流される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。

また、低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調整する。さらに、低圧ＥＧＲクーラ３３は、該低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

さらに、内燃機関１には、低圧ＥＧＲクーラ３３で発生した凝縮水を排気通路４へ排出する連通路１１が備えられている。連通路１１は、低圧ＥＧＲクーラ３３よりも下流且つ低圧ＥＧＲ弁３２よりも上流側の低圧ＥＧＲ通路３１と、排気絞り弁１０よりも下流の排気通路４と、を接続している。

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ＥＣＵ１２が併設されている。このＥＣＵ１２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。

また、ＥＣＵ１２には、運転者がアクセルペダル１３を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１４、及び機関回転速度を検出するクランクポジションセンサ１５が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１２には、吸気絞り弁６、排気絞り弁１０、及び低圧ＥＧＲ弁３２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１２によりこれらの機器が制御される。

そして、内燃機関１へ還流される低圧ＥＧＲガス量が、吸気絞り弁６、排気絞り弁１０、及び低圧ＥＧＲ弁３２の少なくともいずれかにより調節される。

ところで、連通路１１を介した低圧ＥＧＲ通路３１と排気通路４との間に差圧が発生し難いため、通常状態で連通路１１を用いて低圧ＥＧＲ通路３１から排気通路４へ低圧ＥＧ
Ｒクーラ３３で発生した凝縮水を排出させることは困難であった。

そこで、本実施例では、排気絞り弁１０を全閉作動させて低圧ＥＧＲ通路３１の圧力を上昇させることにより、連通路１１を用いて低圧ＥＧＲ通路３１の凝縮水を排気通路４へ排出させる。

具体的には、凝縮水を排出させる条件である、車両の減速時、内燃機関１のアイドル運転時、又は内燃機関１の機関停止直前の状態にある場合には、排気絞り弁１０を全閉作動させる。

車両の減速時、内燃機関１のアイドル運転時、又は内燃機関１の機関停止直前の状態にある場合に、排気絞り弁１０を全閉動作させるのは、ドライバビリティ又は燃費に与える影響が小さいからである。すなわち、これ以外の状態で排気絞り弁を全閉作動させると、排気絞り弁１０よりも上流の排気通路４内の圧力損失が大きくなるため、ドライバビリティの悪化や燃費の悪化が起こる場合があるからである。

このため、本実施例によると、凝縮水を排出させる条件である、車両の減速時、内燃機関１のアイドル運転時、又は内燃機関１の機関停止直前の状態にある場合には、排気絞り弁１０を全閉作動させて排気絞り弁１０よりも上流の排気通路４及び低圧ＥＧＲ通路３１の圧力を上昇させる。そうすると、これに伴い、連通路１１を介した低圧ＥＧＲ通路３１と排気絞り弁１０よりも下流の排気通路４との間に大きな差圧を発生させることができる。そして、当該差圧によって、連通路１１には低圧ＥＧＲ通路３１から排気絞り弁１０よりも下流の排気通路４へ向かうガス流が形成される。よって、このガス流に乗って、低圧ＥＧＲ通路３１の低圧ＥＧＲクーラ３３で発生した凝縮水を、連通路１１を用いて低圧ＥＧＲ通路３１から排気絞り弁１０よりも下流の排気通路４へ排出させることができる。

したがって、本実施例によると、低圧ＥＧＲ通路３１や吸気通路３へ凝縮水が溜まることによる腐食や極低温時の弁等の凍結を抑制することができる。

そして、本実施例では、凝縮水を排出させる条件である、車両の減速時、内燃機関１のアイドル運転時、又は内燃機関１の機関停止直前の状態にある場合には、排気絞り弁１０を全閉作動させる前に、低圧ＥＧＲ弁３２を全閉作動させる。

これにより、本実施例によると、排気絞り弁１０を全閉作動させる前に、低圧ＥＧＲ弁３２を全閉作動させるので、低圧ＥＧＲ通路３１の低圧ＥＧＲクーラ３３で発生した凝縮水を排気絞り弁１０よりも下流の排気通路４へ排出する際に、凝縮水を、低圧ＥＧＲ弁３２よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１へ流してしまうことを抑制でき、低圧ＥＧＲ通路３１を経て内燃機関１の吸気通路３へ流入させてしまうことを抑制できる。

次に、本実施例による凝縮水排出制御のフローについて説明する。図２は、本実施例による凝縮水排出制御の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。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１２は、凝縮水を排出させる条件である、車両の減速時、内燃機関１のアイドル運転時、又は内燃機関１の機関停止直前の状態にあるか否かを判定する。これらの状態であるか否かは、アクセル開度センサ１４で検出する機関負荷、クランクポジションセンサ１５で検出する機関回転速度、及びエアフローメータ７で検出する吸入空気量などに基づいて判断される。

ステップＳ１０１において否定判定された場合には、ＥＣＵ１２は、本ルーチンを一旦
終了する。また、肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１２は、低圧ＥＧＲ弁３２を全閉とする。これは、凝縮水を、低圧ＥＧＲ弁３２よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１へ流してしまうことを抑制し、低圧ＥＧＲ通路３１を経て内燃機関１の吸気通路３へ流入させてしまうことを抑制するためである。

ステップＳ１０２に引き続くステップＳ１０３では、ＥＣＵ１２は、排気絞り弁１０を全閉とする。低圧ＥＧＲ弁３２を全閉とした後に、排気絞り弁１０よりも上流の排気通路４及び低圧ＥＧＲ通路３１の圧力を上昇させるためである。

ステップＳ１０３の処理により、連通路１１を介した低圧ＥＧＲ通路３１と排気絞り弁１０よりも下流の排気通路４との間に大きな差圧を発生させることができる。そして、当該差圧によって、連通路１１には低圧ＥＧＲ通路３１から排気絞り弁１０よりも下流の排気通路４へ向かうガス流が形成される。よって、このガス流に乗って、低圧ＥＧＲ通路３１の低圧ＥＧＲクーラ３３で発生した凝縮水を、連通路１１を用いて低圧ＥＧＲ通路３１から排気絞り弁１０よりも下流の排気通路４へ排出させることができる。

なお、本実施例においては本ルーチンを実行するＥＣＵ１２が、本発明における凝縮水排出手段に相当する。

また、本実施例では、凝縮水を排出させる条件である、車両の減速時、内燃機関１のアイドル運転時、又は内燃機関１の機関停止直前の状態にある場合に、排気絞り弁１０を全閉作動させるようにしていた。しかし、これとは別に、フィルタ９を昇温させるために必然的に排気絞り弁１０を閉作動させるＰＭ酸化除去処理において、当該ＰＭ酸化除去処理に伴って凝縮水を排出させるようにしてもよい。

なお、ＰＭ酸化除去処理は、排気通路４に配置された還元剤添加弁などから排気通路４を流れる排気へ燃料を添加させることにより、排気に添加した燃料がフィルタ９のＮＯｘ触媒と反応して酸化し、この酸化によって生じる酸化反応熱を利用してフィルタ９を昇温させて、フィルタ９に捕集されたＰＭを酸化させて除去する処理である。

なお、凝縮水を排出させる条件である、車両の減速時、内燃機関１のアイドル運転時、又は内燃機関１の機関停止直前の状態にある場合に限られず、ドライバビリティ又は燃費に与える影響が小さい運転状態であれば、他の状態のときに凝縮水を排出してもよい。

また、内燃機関１の機関停止直前の状態にある場合には、凝縮水を排出する際に、低圧ＥＧＲ弁を閉作動させずに、排気絞り弁を閉作動させてしまってもよい。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関とその吸・排気系を示す図である。 実施例１に係る凝縮水排出制御のフローを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
６ 吸気絞り弁
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ フィルタ
１０ 排気絞り弁
１１ 連通路
１２ ＥＣＵ
１３ アクセルペダル
１４ アクセル開度センサ
１５ クランクポジションセンサ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３３ 低圧ＥＧＲクーラ

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
   前記タービンよりも下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
   前記低圧ＥＧＲ通路に配置される低圧ＥＧＲクーラと、
   前記低圧ＥＧＲ通路が接続される箇所よりも下流の排気通路を流通する排気の量を調節する排気絞り弁と、
   前記低圧ＥＧＲクーラよりも下流の前記低圧ＥＧＲ通路と前記排気絞り弁よりも下流の排気通路とを連通する連通路と、
   前記排気絞り弁を閉作動させて前記低圧ＥＧＲ通路の圧力を上昇させることにより、前記連通路を用いて前記低圧ＥＧＲ通路の凝縮水を排気通路に排出させる凝縮水排出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス量を調節する低圧ＥＧＲ弁を備え、
   前記凝縮水排出手段は、車両の減速時、内燃機関のアイドル運転時、又は内燃機関の機関停止直前の状態にある場合には、前記排気絞り弁を閉作動させる前に、前記低圧ＥＧＲ弁を閉作動させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
   
   

Images