JP2009509080A - 排気再循環を行う内燃エンジンのための方法 - Google Patents

排気再循環を行う内燃エンジンのための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、内燃エンジン（１０）の排気管（２２）に接続された排気後処理システム（２３）において熱を維持するための方法に関する。前記エンジンは車両を推進するのに使用され、前記エンジンの排気側（１４）から導入側（１３）への排気ガスの調節自在な再循環のためのバルブ制御ＥＧＲ管（２４）を備える。本発明によると、前記車両の制動システムもスロットル制御機構（２９）も作動していないことと、所定値を超える速度で該車両が運転されていることとが検出される。この後、前記排気後処理システム（２３）へのガス流が、ＥＧＲバルブが閉鎖された状態における該排気ガス後処理システムへのガス流の約５０％を下回るレベルまで減少されるように、前記ＥＧＲ管（２４）を通るガス流は調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両を推進するのに使用されて、内燃エンジンの排気側から導入側への排気ガスの調節自在な再循環のためのバルブ制御ＥＧＲ管を備えるエンジンである内燃エンジンの排気管に接続された排気後処理システムにおいて熱を維持するための方法に関連する。
排気後処理システムを備える内燃エンジンでは、好都合な温度範囲、例えば摂氏２５０〜３５０度の間でこれらの後処理システムが作動できることが望ましい。時には、内燃エンジンの運転状態が、この温度範囲が維持されるには排気ガス温度が低すぎるようなものであることがある。このような運転状態の一例は、エンジンが空転している、つまり通常はエンジンにより駆動される車両が坂道を惰性で下っている時である。この場合には、エンジンは原則として、排気ガスに外気をポンプ供給している。
温度を上昇させることにより温度範囲を維持するために排気ガス流へ炭化水素を供給することは知られている。このような方法の欠点は燃費が高くなることである。排気ガス流の温度が低い場合には、温度範囲を維持するためより多くの炭化水素が必要とされる。そのため、排ガス規制要件が増えると、内燃エンジンの効率が失われる結果となる。ゆえに、エンジンの効率に悪影響を及ぼさずに効果的な排ガス規制を可能にする方法を考案することが重要である。
排気ガスの再循環、いわゆるＥＧＲ（排気ガス再循環）は、エンジンの排気ガス流全体の一部が再循環されて、この副流がエンジンの流入側へ送られ、ここでエンジンのシリンダへの導入のため流入空気と混合されるという周知の方法である。これにより、排気ガス中の一酸化窒素の量を減少させることが可能となる。
そのため、本発明の目的は、排気ガス再循環システムを備える内燃エンジンを使用する方法を考案することであり、かかる方法は、エンジンの効率に対する不要な悪影響を伴わずに排気ガス流の温度範囲を維持することを可能にする。
この目的のため、車両の制動システムもスロットル制御機構も作動していないことと、所定値を超える速度で車両が運転されていることとを検出する段階と、ＥＧＲバルブが閉鎖された状態における排気後処理システムへのガス流の約５０％未満であるレベルまで、排気後処理システムへのガス流が減少するように、ＥＧＲ管を通るガス流を調整する段階とを特徴とする。この方法により、或る運転状態では排気後処理システムへの排気ガス流の熱損失が防止される。
本発明の好都合な実施例は、従属特許請求項から明らかとなる。
さて、添付図面に示された実施例を参照して、本発明を以下で詳細に説明する。
図１に概略図で示された内燃エンジン１０は、車両、例えばトラックまたはバスに使用され、吸気マニホルド１３と排気マニホルド１４とを備える６本のピストンシリンダ１２を包含するエンジンブロック１１を包含する。排気ガスは、排気パイプ１５を介してターボユニット１６のタービンホイール１７へ送られる。タービンシャフト１８はターボユニットのコンプレッサホイール１９を駆動し、コンプレッサホイールは導入パイプ２０を介して流入空気を圧縮し、給気クーラ２１を介して給気マニホルド１３へ運ぶ。燃料は、噴射装置（不図示）を介してそれぞれのシリンダ１２へ送られる。
ターボチャージャ１６を通過した排気ガスは、排気後処理装置、例えば粒子トラップまたは触媒２３に排気ガスを通す排気パイプ２２を介して、大気まで送られる。例えば、粒子トラップの再生は、粒子トラップの上流に設けられた触媒中の未燃焼燃料の酸化により達成することができる。正確な量の燃料が排気ガス流へ噴射され、酸化の結果、粒子トラップ中の煤煙を燃焼させるのに十分な規模の触媒の温度上昇が生じる。
先行技術によるエンジンの一酸化窒素放出を減少させるため、排気ガスはパイプ２４を介していわゆるＥＧＲガスとしてエンジンの導入側へ戻される。このパイプは、一方向バルブとＥＧＲ流を調整するための制御バルブの両方として機能するバルブ２５を包含する。ＥＧＲガスの冷却のために存在するクーラ２６も設けられる。
バルブ２５は、入力データに関してエンジンを制御するための制御プログラムと制御データとを含むエンジン制御ユニット２７に接続されている。エンジン制御ユニット２７は、例えば、エンジン速度を検出するセンサ２８に接続されている。エンジン制御ユニット２７はさらに、車両の制動システムとスロットル制御機構のいずれか一方が作動しているかどうかを記録するセンサ２９に接続されている。排気ガス圧力調整器３０は、排気タービン１７と後処理ユニット２３との間において排気システムに取り付けられ、排気マニホルド１４内の圧力を上昇させることにより吸気マニホルド１３を通過できるＥＧＲの量を増加させるのに使用される可変背圧を排気パイプに発生させるため、エンジン制御ユニット２７を介して操作される。あるいは、排気ガス背圧の調整のための可変形状を排気タービン１７が備えてもよい。
本発明による方法は以下のように使用される。エンジン制御ユニット２７は、使用条件が満たされていること、つまり車両の制動システムとスロットル制御機構２９のいずれも作動しておらず、所定値を超える速度で車両が運転されていることを検出する。そのためエンジンは、燃料供給なしで車両の運動エネルギーにより駆動される。この時、ＥＧＲ管を通るガス流がバルブ２５，３０を介して調整されるため、排気後処理システム２３へのガス流が最少となる。その結果、エンジンからの質量流量が劇的に減少し、この時、後処理システムの冷却が著しく低下する。再循環流成分がバルブ２５，３０を介して制御されるという事実のため、エンジンを通る質量流量が変化し、これは、空転トルクの制御も可能にする。つまり、上記の方法により或る制動力が達成されるのである。
図２は、ＥＧＲ回路が接続された排気システムに取り付けられた触媒の３００秒の時間間隔における冷却をグラフの形で示す。５０秒の時点で、ＥＧＲバルブの制御状態とＥＧＲ回路を通る質量流量をそれぞれ示す曲線３１，３２で描かれているように、ＥＧＲ回路へのバルブが閉鎖される。ＥＧＲ回路を通る質量流量が無くなると、曲線３３から分かるように、これに対応して、触媒への質量流量の増加が生じる。触媒の温度は曲線３４によって表され、これは、ＥＧＲ回路が閉鎖された後、約５０秒の時間、触媒がその温度を維持することを示している。続く５０秒の小間隔では、触媒の温度は摂氏３００度から摂氏約２２５度まで低下する。この後、温度損失の速度が低下し始めるが、温度はグラフの時間軸に沿って低下を続け、測定間隔の終了時における温度は摂氏約１２５度に達する。
図３は、本発明による方法が使用される時の触媒の冷却を対応して示す。前出のケースと同じく、曲線３１，３２で示されているようにＥＧＲ回路へのバルブが５０秒の時点で閉鎖される。数秒の後、バルブは最大限まで開放されるためＥＧＲ回路を通る質量流量は触媒への前の質量流量にほぼ対応する。図３に示された例では、触媒への残存流は、ＥＧＲバルブを閉鎖した状態のガス流の約３０％を占める。触媒への残存流量が少ないという事実は、触媒が測定間隔を通して最初の温度を概ね維持していることを示す曲線３４から分かるように、触媒の冷却力が低いことを意味する。本発明による方法の効果は、当然、図３から分かるもの以外の他の副流によっても、様々な程度で達成される。しかし、顕著な効果を得るためには、排気後処理システム２３へのガス流は、ＥＧＲバルブが閉鎖された状態の排気後処理システムへのガス流の約５０％未満のレベルまで減少されるべきである。
本発明は、都市バスおよびゴミ収集車など短時間で反復される運転サイクルを備える車両に使用されると好都合である。
本発明は、上述した実施例に限定されると見なされるべきではなく、以下の特許請求項の範囲においてさらなる変形および変更が多数考えられる。
本発明による方法が適用可能である内燃エンジンを概略図で示す。 本発明による方法を使用しないエンジンについて温度と時間と質量流量とを示すグラフである。 本発明による方法を使用するエンジンについて温度と時間と質量流量とを示す対応のグラフである。

Claims (5)

  1. 車両を推進するのに使用され、内燃エンジン（１０）の排気側（１４）から導入側（１３）への排気ガスの調節自在な再循環のためのバルブ制御ＥＧＲ管（２４）を備えるエンジンである内燃エンジン（１０）の排気管（２２）に接続された排気後処理システム（２３）において熱を維持するための方法であって、
    前記車両の制動システムもスロットル制御機構（２９）も作動していないことと、所定値を超える速度で該車両が運転されていることとを検出する段階と、
    前記排気後処理システム（２３）へのガス流が、ＥＧＲバルブが閉鎖された状態における該排気ガス後処理システムへのガス流の約５０％を下回るレベルまで減少されるように、前記ＥＧＲ管（２４）を通るガス流を調整する段階と、
    を特徴とする方法。
  2. 前記排気後処理システム（２３）へのガス流が、ＥＧＲバルブが閉鎖された状態における該排気後処理システムへのガス流の約３０％を下回るレベルまで減少されるように、前記ＥＧＲ管（２４）を通るガス流が調整されることを特徴とする、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記排気管（２２）の制御スロットル（３０）の閉鎖および前記ＥＧＲ管（２４）のＥＧＲバルブ（２５）の開放により、該ＥＧＲ管（２４）を通るガス流が調整されることを特徴とする、
    請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記排気管の前記制御スロットルが排気ガス圧力調節器（３０）により構成されることを特徴とする、
    請求項３に記載の方法。
  5. 前記排気管の前記制御スロットルが形状可変のターボユニットにより構成されることを特徴とする、
    請求項３に記載の方法。
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