JP2010151075A - Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
内燃機関は、内燃機関から排出された排気の一部をEGRガスとして吸気通路に還流させるEGR通路を備える場合がある。EGR通路によってEGRガスが内燃機関に導入されると、EGRガス中の不活性ガスの熱容量分、内燃機関の燃焼温度が低下し、機関燃焼に伴って発生するNOxの量を低減できる。このようなEGR通路を備える内燃機関では、EGRガスの温度を内燃機関の燃焼温度を低下させることが可能な温度に維持する又は低下させるために、EGR通路を流通するEGRガスを冷却するEGRクーラをEGR通路の途中に配置する場合がある。そしてさらに、EGRガス中の排気系異物を捕集するパティキュレートフィルタ(以下、EGRフィルタという)をEGRクーラよりも上流のEGR通路に配置する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。このようにEGRフィルタによって排気系異物を捕集すると、EGR通路を流通した排気系異物が吸気通路に還流せず、吸気系及び内燃機関に被害を与えることを回避できる。
しかしながら、特許文献1記載の技術のように、EGRフィルタがEGRクーラよりも上流のEGR通路に配置されていると、高温のEGRガスがEGRフィルタを流通する際の圧力損失が高くなり、EGRガスが還流し難く、所望量のEGRガスを確保することが困難であった。 However, when the EGR filter is arranged in the EGR passage upstream of the EGR cooler as in the technique described in Patent Document 1, the pressure loss when the high-temperature EGR gas flows through the EGR filter increases, and the EGR gas However, it was difficult to secure a desired amount of EGR gas.
本発明は上記問題点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、低圧EGRガスが低圧EGRフィルタを流通する際の圧力損失を低くし、所望量の低圧EGRガスを還流させる技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce a pressure loss when low-pressure EGR gas flows through a low-pressure EGR filter in an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine, and to achieve a desired amount. The present invention provides a technique for refluxing low pressure EGR gas.
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記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前記排気通路から排気の一部を低圧EGRガスとして取り込み当該低圧EGRガスを前記コンプレッサよりも上流の前記吸気通路へ還流する低圧EGR通路と、
前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガスを冷却する低圧EGRクーラと、
前記低圧EGRクーラよりも下流の前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガス中の排気系異物を捕集する低圧EGRフィルタと、
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。
In the present invention, the following configuration is adopted. That is, the present invention
A turbocharger having a turbine disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and a compressor disposed in an intake passage of the internal combustion engine;
A low-pressure EGR passage that takes a part of the exhaust as low-pressure EGR gas from the exhaust passage downstream of the turbine and returns the low-pressure EGR gas to the intake passage upstream of the compressor;
A low pressure EGR cooler that is disposed in the low pressure EGR passage and cools the low pressure EGR gas flowing through the low pressure EGR passage;
A low pressure EGR filter that is disposed in the low pressure EGR passage downstream of the low pressure EGR cooler and collects exhaust system foreign matter in the low pressure EGR gas flowing through the low pressure EGR passage;
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
本発明では、低圧EGRフィルタが低圧EGRクーラよりも下流の低圧EGR通路に配置される。このため、低圧EGRフィルタに流入する低圧EGRガスは、低圧EGRクーラによって冷却されるので低温である。ここで、低温の低圧EGRガスは、高温の場合よ
りもガス密度が高く、同じ流量であれば低圧EGRガスが低圧EGRフィルタを流通する際の圧力損失は、高温の場合よりも低くなる。したがって本発明によると、低圧EGRフィルタに流入する低圧EGRガスが低温なので、低圧EGRガスが低圧EGRフィルタを流通する際の圧力損失を低くでき、低圧EGRガスが還流し易く、所望量の低圧EGRガスを還流させることができる。
In the present invention, the low pressure EGR filter is disposed in the low pressure EGR passage downstream of the low pressure EGR cooler. For this reason, since the low pressure EGR gas flowing into the low pressure EGR filter is cooled by the low pressure EGR cooler, the temperature is low. Here, the low-pressure low-pressure EGR gas has a gas density higher than that at a high temperature, and the pressure loss when the low-pressure EGR gas flows through the low-pressure EGR filter is lower than that at a high temperature at the same flow rate. Therefore, according to the present invention, since the low-pressure EGR gas flowing into the low-pressure EGR filter is low in temperature, the pressure loss when the low-pressure EGR gas flows through the low-pressure EGR filter can be reduced, and the low-pressure EGR gas easily recirculates. The gas can be refluxed.
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記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前記排気通路から排気の一部を低圧EGRガスとして取り込み当該低圧EGRガスを前記コンプレッサよりも上流の前記吸気通路へ還流する低圧EGR通路と、
前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガスを冷却する上流側低圧EGRクーラと、
前記上流側低圧EGRクーラよりも下流の前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガス中の排気系異物を捕集する低圧EGRフィルタと、
前記低圧EGRフィルタよりも下流の前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガスを冷却する下流側低圧EGRクーラと、
前記内燃機関の通常運転時には、前記上流側低圧EGRクーラによって低圧EGRガスを冷却し、前記低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、前記下流側低圧EGRクーラによって低圧EGRガスを冷却するクーラ切替制御手段と、
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。
In the present invention, the following configuration is adopted. That is, the present invention
A turbocharger having a turbine disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and a compressor disposed in an intake passage of the internal combustion engine;
A low-pressure EGR passage that takes a part of the exhaust as low-pressure EGR gas from the exhaust passage downstream of the turbine and returns the low-pressure EGR gas to the intake passage upstream of the compressor;
An upstream low pressure EGR cooler that is disposed in the low pressure EGR passage and cools the low pressure EGR gas flowing through the low pressure EGR passage;
A low pressure EGR filter that is disposed in the low pressure EGR passage downstream of the upstream low pressure EGR cooler and collects exhaust system foreign matter in the low pressure EGR gas flowing through the low pressure EGR passage;
A downstream low-pressure EGR cooler that is disposed in the low-pressure EGR passage downstream of the low-pressure EGR filter and cools the low-pressure EGR gas flowing through the low-pressure EGR passage;
Cooler switching control means for cooling the low pressure EGR gas by the upstream low pressure EGR cooler during normal operation of the internal combustion engine, and for cooling the low pressure EGR gas by the downstream low pressure EGR cooler during filter regeneration control of the low pressure EGR filter. ,
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
本発明では、内燃機関の通常運転時には、上流側低圧EGRクーラによって低圧EGRガスを冷却し、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、下流側低圧EGRクーラによって低圧EGRガスを冷却する。 In the present invention, the low pressure EGR gas is cooled by the upstream low pressure EGR cooler during normal operation of the internal combustion engine, and the low pressure EGR gas is cooled by the downstream low pressure EGR cooler during filter regeneration control of the low pressure EGR filter.
このため、内燃機関の通常運転時には、低圧EGRフィルタに流入する低圧EGRガスは、上流側低圧EGRクーラによって冷却されるので低温である。ここで、低温の低圧EGRガスは、高温の場合よりもガス密度が高く、同じ流量であれば低圧EGRガスが低圧EGRフィルタを流通する際の圧力損失は、高温の場合よりも低くなる。したがって本発明によると、内燃機関の通常運転時には、低圧EGRフィルタに流入する低圧EGRガスが低温なので、低圧EGRガスが低圧EGRフィルタを流通する際の圧力損失を低くでき、低圧EGRガスが還流し易く、所望量の低圧EGRガスを還流させることができる。 For this reason, during normal operation of the internal combustion engine, the low-pressure EGR gas flowing into the low-pressure EGR filter is cooled by the upstream low-pressure EGR cooler and thus has a low temperature. Here, the low-pressure low-pressure EGR gas has a gas density higher than that at a high temperature, and the pressure loss when the low-pressure EGR gas flows through the low-pressure EGR filter is lower than that at a high temperature at the same flow rate. Therefore, according to the present invention, during the normal operation of the internal combustion engine, the low pressure EGR gas flowing into the low pressure EGR filter is low in temperature, so that the pressure loss when the low pressure EGR gas flows through the low pressure EGR filter can be reduced, and the low pressure EGR gas is recirculated. It is easy to recirculate a desired amount of low-pressure EGR gas.
一方、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、低圧EGRフィルタに流入する低圧EGRガスは、上流側低圧EGRクーラによって冷却されず高温である。ここで、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御は、低圧EGRフィルタを昇温して低圧EGRフィルタに捕集された排気系異物の酸化除去を行う。したがって本発明によると、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、低圧EGRフィルタに流入する低圧EGRガスが高温なので、低圧EGRフィルタを容易に昇温できる。 On the other hand, at the time of filter regeneration control of the low pressure EGR filter, the low pressure EGR gas flowing into the low pressure EGR filter is not cooled by the upstream low pressure EGR cooler and is at a high temperature. Here, in the filter regeneration control of the low pressure EGR filter, the exhaust pressure foreign matter collected by the low pressure EGR filter is oxidized and removed by raising the temperature of the low pressure EGR filter. Therefore, according to the present invention, at the time of filter regeneration control of the low pressure EGR filter, since the low pressure EGR gas flowing into the low pressure EGR filter is at a high temperature, the temperature of the low pressure EGR filter can be easily increased.
なお、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、低圧EGRフィルタから流出した低圧EGRガスは、下流側低圧EGRクーラによって冷却されて低温になる。よって、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時であっても、内燃機関の通常運転時と同様の低温の低圧EGRガスを内燃機関に導入でき、機関燃焼に伴って発生するNOxの量を低減できる。 During filter regeneration control of the low pressure EGR filter, the low pressure EGR gas flowing out from the low pressure EGR filter is cooled by the downstream low pressure EGR cooler to a low temperature. Therefore, even during the filter regeneration control of the low-pressure EGR filter, the low-temperature low-pressure EGR gas similar to that during normal operation of the internal combustion engine can be introduced into the internal combustion engine, and the amount of NOx generated due to engine combustion can be reduced.
前記上流側低圧EGRクーラ及び前記下流側低圧EGRクーラは、低圧EGRガスと冷却媒体とで熱交換して低圧EGRガスを冷却するものであり、且つ、個別に冷却媒体が供
給可能であり、前記クーラ切替制御手段は、前記内燃機関の通常運転時には、前記下流側低圧EGRクーラには冷却媒体を供給せず前記上流側低圧EGRクーラに冷却媒体を供給し、前記低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、前記上流側低圧EGRクーラには冷却媒体を供給せず前記下流側低圧EGRクーラに冷却媒体を供給するとよい。
The upstream-side low-pressure EGR cooler and the downstream-side low-pressure EGR cooler cool the low-pressure EGR gas by exchanging heat between the low-pressure EGR gas and the cooling medium, and can supply the cooling medium individually. The cooler switching control means supplies the cooling medium to the upstream low-pressure EGR cooler without supplying the cooling medium to the downstream low-pressure EGR cooler during normal operation of the internal combustion engine, and performs filter regeneration control of the low-pressure EGR filter. The cooling medium may be supplied to the downstream low pressure EGR cooler without supplying the cooling medium to the upstream low pressure EGR cooler.
本発明によると、内燃機関の通常運転時には、上流側低圧EGRクーラによって低圧EGRガスを冷却でき、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、下流側低圧EGRクーラによって低圧EGRガスを冷却できる。 According to the present invention, the low pressure EGR gas can be cooled by the upstream low pressure EGR cooler during normal operation of the internal combustion engine, and the low pressure EGR gas can be cooled by the downstream low pressure EGR cooler during filter regeneration control of the low pressure EGR filter.
前記タービンよりも下流且つ前記低圧EGR通路との接続部位よりも上流の前記排気通路に配置され、前記排気通路を流通する排気を浄化する排気浄化装置を備え、前記排気浄化装置を昇温させることが伴う前記排気浄化装置の性能を回復させる制御を行っている場合に、前記低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御を行うとよい。 An exhaust purification device disposed in the exhaust passage downstream of the turbine and upstream of a connection site with the low-pressure EGR passage, the exhaust purification device purifying the exhaust gas flowing through the exhaust passage, and raising the temperature of the exhaust purification device When the control for recovering the performance of the exhaust gas purification apparatus accompanied by the control is performed, the filter regeneration control of the low pressure EGR filter may be performed.
本発明によると、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時に、排気浄化装置を昇温させることが伴う排気浄化装置の性能を回復させる制御によって高温となった排気の一部が低圧EGRガスとして低圧EGR通路に流入する。よって、低圧EGRフィルタに流入する低圧EGRガスがより高温になるので、低圧EGRフィルタをより容易に昇温できる。 According to the present invention, at the time of filter regeneration control of the low pressure EGR filter, a part of the exhaust gas whose temperature has become high by the control for recovering the performance of the exhaust gas purification device accompanied by raising the temperature of the exhaust gas purification device is used as the low pressure EGR gas. Flow into. Therefore, since the low pressure EGR gas flowing into the low pressure EGR filter becomes higher in temperature, the temperature of the low pressure EGR filter can be more easily increased.
本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、低圧EGRガスが低圧EGRフィルタを流通する際の圧力損失を低くでき、所望量の低圧EGRガスを還流させることができる。 According to the present invention, in the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine, the pressure loss when the low pressure EGR gas flows through the low pressure EGR filter can be reduced, and a desired amount of the low pressure EGR gas can be recirculated.
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。 Specific examples of the present invention will be described below.
<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及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment is applied and an intake system and an exhaust system thereof.
図1に示す内燃機関1は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒2を4つ有する水冷式の4ストロークサイクル・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。内燃機関1の各気筒2には、適宜の量及びタイミングで燃料を噴射する燃料噴射弁3が配置されている。内燃機関1には、吸気通路4及び排気通路5が接続されている。
An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-stroke cycle diesel engine having four
内燃機関1に接続された吸気通路4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6のコンプレッサ6aが配置されている。コンプレッサ6aよりも上流の吸気通路4には、吸気通路4内を流通する新気の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。エアフローメータ7により、内燃機関1の吸入空気量(新気量)が測定される。コンプレッサ6aよりも下流の吸気通路4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。これら吸気通路4及びそれに配置された機器が内燃機関1に吸気を取り入れるための吸気系を構成している。
In the middle of the intake passage 4 connected to the internal combustion engine 1, a
一方、内燃機関1に接続された排気通路5の途中には、ターボチャージャ6のタービン6bが配置されている。タービン6bは排気通路5を流れる排気によって駆動され、コンプレッサ6aは駆動されたタービン6bと共に回転して吸気通路4を流れる吸気を過給する。
On the other hand, a
タービン6bよりも下流の排気通路5には、排気浄化装置9が配置されている。排気浄
化装置9は、酸化触媒と当該酸化触媒の後段に配置されたパティキュレートフィルタ(以下単にフィルタという)とを有して構成されている。フィルタは、排気浄化装置9に流入する排気に含有される排気系異物としてのPM(粒子状物質、煤)を捕集して排気を浄化する。
An
また、フィルタには吸蔵還元型NOx触媒(以下単にNOx触媒という)が担持されている。NOx触媒は、内燃機関1が通常運転時のように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、流入する排気の空燃比が低下して排気の酸素濃度が低下し且つ燃料等の還元剤が存在するときは、吸蔵されていたNOxを放出還元しNOx吸蔵性能を回復する特性を有する。また、NOx触媒は、内燃機関1が通常運転時のように流入する排気の酸素濃度が高いときは、排気中のNOxと共にSOxをも吸蔵し、高温に昇温され且つ流入する排気の空燃比が低下して排気の酸素濃度が低下し且つ燃料等の還元剤が存在するときは、吸蔵されていたSOxを放出還元しNOx吸蔵性能を回復する特性を有する。 The filter carries a NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as NOx catalyst). The NOx catalyst occludes NOx in the exhaust when the internal combustion engine 1 has a high oxygen concentration as in the normal operation, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust decreases and the oxygen concentration in the exhaust decreases. In addition, when a reducing agent such as fuel is present, the NOx occluded is released and reduced to restore the NOx occlusion performance. The NOx catalyst also stores SOx together with NOx in the exhaust when the internal combustion engine 1 has a high oxygen concentration, such as during normal operation. When the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and the reducing agent such as fuel is present, the stored SOx is released and reduced to restore the NOx storage performance.
しかし、排気浄化装置9のフィルタのPM捕集性能や、NOx触媒のNOx吸蔵性能には、限界がある。このため、これらの性能を回復させるために、排気浄化装置9に対して、いわゆるNOx還元制御、S再生制御(SOx被毒回復制御)、及びフィルタ再生制御(PM酸化除去制御)といった排気浄化装置9の性能を回復させる制御が実施される。
However, the PM collection performance of the filter of the
NOx還元制御では、NOx触媒に吸蔵されたNOx吸蔵量が所定量以上になると、内燃機関或いは排気通路5に配置された不図示の燃料添加弁から還元剤として燃料を添加させ、排気浄化装置9に流入する排気の空燃比を低下させ、NOx触媒からNOxを放出還元させる。
In the NOx reduction control, when the NOx occlusion amount occluded in the NOx catalyst becomes a predetermined amount or more, fuel is added as a reducing agent from a fuel addition valve (not shown) disposed in the internal combustion engine or the exhaust passage 5, and the
S再生制御では、NOx触媒に吸蔵されたSOx吸蔵量が所定量以上になると、内燃機関或いは燃料添加弁から還元剤として燃料を添加させ、酸化触媒或いはNOx触媒で反応した燃料の酸化熱により排気浄化装置9を昇温すると共に排気浄化装置9に流入する排気の空燃比を低下させ、NOx触媒からSOxを放出還元させる。
In the S regeneration control, when the SOx occlusion amount occluded in the NOx catalyst exceeds a predetermined amount, fuel is added as a reducing agent from the internal combustion engine or the fuel addition valve, and the exhaust gas is exhausted by the oxidation heat of the fuel reacted with the oxidation catalyst or NOx catalyst While the temperature of the
フィルタ再生制御では、フィルタに捕集されたPMが所定量以上になると、内燃機関或いは燃料添加弁から燃料を添加させ、酸化触媒或いはNOx触媒で反応した燃料の酸化熱により排気浄化装置9を昇温し、フィルタに捕集されたPMを酸化除去する。
In the filter regeneration control, when the PM collected by the filter exceeds a predetermined amount, fuel is added from the internal combustion engine or the fuel addition valve, and the
このように内燃機関1の通常運転時以外に、これら排気浄化装置9の性能を回復させる制御が実施されることで、排気浄化装置9の性能が維持されている。なお、S再生制御及びフィルタ再生制御が、本発明における排気浄化装置9を昇温させることが伴う排気浄化装置9の性能を回復させる制御に相当する。
As described above, the control of recovering the performance of the exhaust
これら排気通路5及びそれに配置された機器が内燃機関1から排気を排出させるための排気系を構成している。 The exhaust passage 5 and the devices arranged in the exhaust passage 5 constitute an exhaust system for exhausting exhaust gas from the internal combustion engine 1.
内燃機関1には、排気通路5内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路4へ還流(再循環)させる高圧EGR装置20が備えられている。高圧EGR装置20は、高圧EGR通路21及び高圧EGR弁22を備えて構成される。
The internal combustion engine 1 is provided with a high
高圧EGR通路21は、タービン6bよりも上流の排気通路5と、インタークーラ8よりも下流の吸気通路4と、を接続している。高圧EGR通路21を通って、排気が高圧で内燃機関1へ送り込まれる。高圧EGR通路21を流通して還流される排気が高圧EGRガスである。
The high
高圧EGR弁22は、高圧EGR通路21の通路断面積を調整することにより、高圧EGR通路21を流通する高圧EGRガスの量を調節する。高圧EGR弁22は、電動アクチュエータにより開閉される。
The high-
内燃機関1には、排気通路5内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路4へ還流(再循環)させる低圧EGR装置30が備えられている。低圧EGR装置30は、低圧EGR通路31、低圧EGR弁32、低圧EGRクーラ33、及び低圧EGRフィルタ34を備えて構成される。
The internal combustion engine 1 is provided with a low
低圧EGR通路31は、排気浄化装置9よりも下流の排気通路5と、コンプレッサ6aよりも上流且つエアフローメータ7よりも下流の吸気通路4と、を接続している。低圧EGR通路31を通って、排気が低圧で内燃機関1へ送り込まれる。低圧EGR通路31を流通して還流される排気が低圧EGRガスである。
The low
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、低圧EGR通路31を流通する低圧EGRガスの量を調節する。低圧EGR弁32は、電動アクチュエータにより開閉される。
The low
低圧EGRクーラ33は、低圧EGR弁32や低圧EGRフィルタ34よりも上流の低圧EGR通路31に配置され、低圧EGRガスと機関冷却水とで熱交換を行い、低圧EGR通路31を流通する低圧EGRガスを冷却する。これにより、低圧EGRガスの温度を内燃機関1の燃焼温度を低下させることが可能な温度に維持する又は低下させる。本実施例における機関冷却水が本発明の冷却媒体に相当する。また、冷却媒体としては、機関冷却水に限られず、空気等の気体も用いることができる。
The low-pressure EGR cooler 33 is disposed in the low-
低圧EGRフィルタ34は、低圧EGRクーラ33よりも下流の低圧EGR通路31に配置され、低圧EGR通路31を流通する低圧EGRガス中の排気系異物としてのPMを捕集する。ここで、低圧EGRガスとなる排気は、既に排気浄化装置9を通過しているので、PMも低減されているが、低圧EGRフィルタ34は、PMをさらに捕集するものである。低圧EGRフィルタ34としては、例えば金属系フィルタ等が用いられる。このように低圧EGRフィルタ34によってPMを捕集すると、低圧EGR通路31を流通したPMが吸気通路4に還流せず、吸気系及び内燃機関1に被害を与えることを回避できる。
The low-
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ECU10が併設されている。ECU10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。ECU10には、エアフローメータ7の他、クランクポジションセンサ11及びアクセルポジションセンサ12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ECU10に入力される。一方、ECU10には、燃料噴射弁3、並びに、高圧EGR弁22及び低圧EGR弁32の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、ECU10によりこれらの機器が制御される。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an
ところで、従来、低圧EGRフィルタが低圧EGRクーラよりも上流の低圧EGR通路に配置されていたため、低圧EGRクーラで冷却されていない高温の低圧EGRガスが低圧EGRフィルタに流入していた。この場合には、低圧EGRガスの温度と、低圧EGRガスが低圧EGRフィルタを流通する際の圧力損失との関係を示す図2のA印のように、高温の低圧EGRガスが低圧EGRフィルタを流通する際の圧力損失が高くなり、低圧EGRガスが還流し難く、所望量の低圧EGRガスを確保することが困難であった。そのため、所望量の低圧EGRガスを還流させようとすると、燃費悪化を招く場合もあった。 Conventionally, since the low-pressure EGR filter is disposed in the low-pressure EGR passage upstream of the low-pressure EGR cooler, high-temperature low-pressure EGR gas that is not cooled by the low-pressure EGR cooler flows into the low-pressure EGR filter. In this case, the high-temperature low-pressure EGR gas passes through the low-pressure EGR filter as indicated by A in FIG. 2 showing the relationship between the temperature of the low-pressure EGR gas and the pressure loss when the low-pressure EGR gas flows through the low-pressure EGR filter. The pressure loss at the time of circulation became high, the low-pressure EGR gas was difficult to recirculate, and it was difficult to secure a desired amount of the low-pressure EGR gas. For this reason, attempts to recirculate a desired amount of low-pressure EGR gas may lead to deterioration in fuel consumption.
そこで本実施例では、低圧EGRフィルタ34を低圧EGRクーラ33よりも下流の低圧EGR通路31に配置するようにした。
Therefore, in this embodiment, the low
本実施例によると、低圧EGRフィルタ34に流入する低圧EGRガスは、低圧EGRクーラ33によって冷却されるので低温である。ここで、低温の低圧EGRガスは、高温の低圧EGRガスよりもガス密度が高く、同じ流量であれば低圧EGRガスが低圧EGRフィルタ34を流通する際の圧力損失は、図2のB印のように、高温の場合の図2のA印に比して低くなる。したがって本実施例によると、低圧EGRフィルタ34に流入する低圧EGRガスが低温なので、低圧EGRガスが低圧EGRフィルタ34を流通する際の圧力損失を低くでき、低圧EGRガスが還流し易く、所望量の低圧EGRガスを還流させることができる。そのため、所望量のEGRガスを還流させる際に燃費悪化を招くこともない。
According to this embodiment, the low-pressure EGR gas flowing into the low-
<実施例2>
次に実施例2を説明する。本実施例では、上記実施例と異なる部分について説明し、同様な部分については説明を省略する。
<Example 2>
Next, Example 2 will be described. In this embodiment, parts different from the above embodiment will be described, and description of similar parts will be omitted.
本実施例に係る内燃機関とその吸気系・排気系の概略構成を図3に示す。本実施例では、図3に示すように、低圧EGRフィルタ34よりも下流且つ低圧EGR弁32よりも上流の低圧EGR通路31に低圧EGRクーラ35を備える。以下では、低圧EGRフィルタ34の上流側の低圧EGRクーラ33を上流側低圧EGRクーラ33と称する。また、低圧EGRフィルタ34の下流側の低圧EGRクーラ35を下流側低圧EGRクーラ35と称する。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the internal combustion engine and its intake system / exhaust system according to the present embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 3, a low pressure EGR cooler 35 is provided in the low
上流側低圧EGRクーラ33及び下流側低圧EGRクーラ35は、低圧EGRガスと機関冷却水とで熱交換を行い、低圧EGR通路31を流通する低圧EGRガスを冷却する。ここで、上流側低圧EGRクーラ33に機関冷却水を供給し、上流側低圧EGRクーラ33から機関冷却水を回収する冷却水路33aを備える。また、下流側低圧EGRクーラ35に機関冷却水を供給し、下流側低圧EGRクーラ35から機関冷却水を回収する冷却水路35aを備える。冷却水路33a,35aはそれぞれ個別に独立して設けられている。そして、各冷却水路33a,35aには、上流側低圧EGRクーラ33又は下流側低圧EGRクーラ35への機関冷却水の供給・停止を制御する冷却水弁33b,35bが配置されている。冷却水弁33b,35bは、電動アクチュエータにより開閉され、ECU10には、これらアクチュエータが電気配線を介して接続されており、ECU10により冷却水弁33b,35bが制御される。
The upstream low-pressure EGR cooler 33 and the downstream low-pressure EGR cooler 35 perform heat exchange between the low-pressure EGR gas and the engine cooling water, and cool the low-pressure EGR gas flowing through the low-
そして本実施例では、内燃機関1の通常運転時には、上流側低圧EGRクーラ33によって低圧EGRガスを冷却する。このため、内燃機関1の通常運転時には、下流側低圧EGRクーラ35には機関冷却水を供給しないように冷却水弁35bを閉弁し、上流側低圧EGRクーラ33に機関冷却水を供給するように冷却水弁33bを開弁する。
In this embodiment, the low pressure EGR gas is cooled by the upstream low pressure EGR cooler 33 during normal operation of the internal combustion engine 1. Therefore, during normal operation of the internal combustion engine 1, the cooling
一方、排気浄化装置9についてS再生制御及びフィルタ再生制御を行ったときの排気浄化装置9から流出する高温の排気の一部を高温の低圧EGRガスとして低圧EGR通路31に導入し、高温の低圧EGRガスを用いて低圧EGRフィルタ34に捕集されたPMを酸化除去する低圧EGRフィルタ34のフィルタ再生制御を行う場合がある。
On the other hand, a part of the high-temperature exhaust gas flowing out from the
このとき、上流側低圧EGRクーラ33によって低圧EGRガスを冷却してしまうと、高温の低圧EGRガスが低圧EGRフィルタ34に供給できなくなる。このため、上流側低圧EGRクーラ33によって低圧EGRガスを冷却することを禁止したい。しかし、上
流側低圧EGRクーラ33によって低圧EGRガスを冷却することを禁止するだけであると、高温の低圧EGRガスが内燃機関1に導入されることになり、内燃機関1の燃焼温度があまり低下しなくなり、機関燃焼に伴って発生するNOxの量を低減できなくなってしまう。
At this time, if the low-pressure EGR gas is cooled by the upstream low-pressure EGR cooler 33, the high-temperature low-pressure EGR gas cannot be supplied to the low-
そこで、低圧EGRフィルタ34のフィルタ再生制御時には、下流側低圧EGRクーラ35によって低圧EGRガスを冷却する。このため、低圧EGRフィルタ34のフィルタ再生制御時には、上流側低圧EGRクーラ33には機関冷却水を供給しないように冷却水弁33bを閉弁し、下流側低圧EGRクーラ35に機関冷却水を供給するように冷却水弁35bを開弁する。
Therefore, at the time of filter regeneration control of the low
本実施例によると、内燃機関1の通常運転時には、低圧EGRフィルタ34に流入する低圧EGRガスは、上流側低圧EGRクーラ33によって冷却されるので低温である。ここで、低温の低圧EGRガスは、高温の低圧EGRガスよりもガス密度が高く、同じ流量であれば低圧EGRガスが低圧EGRフィルタ34を流通する際の圧力損失は、図2のB印のように、高温の場合の図2のA印に比して低くなる。したがって本実施例によると、内燃機関1の通常運転時には、低圧EGRフィルタ34に流入する低圧EGRガスが低温なので、低圧EGRガスが低圧EGRフィルタ34を流通する際の圧力損失を低くでき、低圧EGRガスが還流し易く、所望量の低圧EGRガスを還流させることができる。そのため、所望量のEGRガスを還流させる際に燃費悪化を招くこともない。
According to this embodiment, during normal operation of the internal combustion engine 1, the low-pressure EGR gas flowing into the low-
一方、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、低圧EGRフィルタ34に流入する低圧EGRガスは、上流側低圧EGRクーラ33によって冷却されず高温である。したがって本実施例によると、低圧EGRフィルタ34のフィルタ再生制御時には、低圧EGRガスが上流側低圧EGRクーラ33によって冷却されない。これにより、低圧EGRフィルタ34に流入する低圧EGRガスを、排気浄化装置9のS再生制御及びフィルタ再生制御を行ったときの排気浄化装置9から流出する高温の排気のまま高温に維持できる。よって、低圧EGRフィルタ34を容易に昇温でき、低圧EGRフィルタ34に付着したPMを酸化除去することができる。また、高温の低圧EGRガスは、低圧EGRフィルタ34に流入する前に上流側低圧EGRクーラ33を通過するので、上流側低圧EGRクーラ33に付着したPMをも酸化除去することができる。
On the other hand, at the time of filter regeneration control of the low pressure EGR filter, the low pressure EGR gas flowing into the low
また、低圧EGRフィルタ34のフィルタ再生制御時には、低圧EGRフィルタ34から流出した低圧EGRガスは、下流側低圧EGRクーラ35によって冷却されて低温になる。これにより、低圧EGRフィルタ34から流出する低圧EGRガスの温度を内燃機関1の燃焼温度を低下させることが可能な温度に維持する又は低下させる。よって、低圧EGRフィルタ34のフィルタ再生制御時であっても、内燃機関1の通常運転時と同様の低温の低圧EGRガスを内燃機関1に導入でき、機関燃焼に伴って発生するNOxの量を低減できる。
At the time of filter regeneration control of the low
次に、本実施例によるクーラ切替制御ルーチンについて説明する。図4は、本実施例によるクーラ切替制御ルーチン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。本ルーチンを実行するECU10が本発明のクーラ切替制御手段に相当する。
Next, the cooler switching control routine according to this embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a cooler switching control routine according to this embodiment. This routine is repeatedly executed every predetermined time. The
ステップS101では、内燃機関1の通常運転時であるとして、上流側低圧EGRクーラ33を使用する。具体的には、冷却水弁35bを閉弁し、冷却水弁33bを開弁する。
In step S101, the upstream low-pressure EGR cooler 33 is used on the assumption that the internal combustion engine 1 is in normal operation. Specifically, the cooling
ステップS102では、低圧EGRフィルタ34にフィルタ再生制御が必要か否かを判別する。具体的には、前回の低圧EGRフィルタ34のフィルタ再生制御から所定使用時
間を超えた場合等に低圧EGRフィルタ34にフィルタ再生制御が必要と判断する。
In step S102, it is determined whether or not the low
ステップS102において、否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。また、ステップS102において、肯定判定された場合には、ステップS103へ移行する。 If a negative determination is made in step S102, this routine is once ended. If an affirmative determination is made in step S102, the process proceeds to step S103.
ステップS103では、排気浄化装置9のS再生制御又はフィルタ再生制御が実施中か否かを判別する。
In step S103, it is determined whether the S regeneration control or the filter regeneration control of the
ステップS103において、否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。また、ステップS103において、肯定判定された場合には、ステップS104へ移行する。 If a negative determination is made in step S103, this routine is once ended. If an affirmative determination is made in step S103, the process proceeds to step S104.
ステップS104では、低圧EGR弁32を開き側に制御する。なお、低圧EGR弁32の開き側への開度量は、予め求めておけばよく、例えば全開等とされる。また、低圧EGR弁32が幾分でも開弁しており、低圧EGRガスの流通が妨げられない場合には、本ステップの処理を行わないようにしてもよい。
In step S104, the low
ステップS105では、低圧EGRフィルタ34のフィルタ再生制御時であるとして、下流側低圧EGRクーラ35を使用する。具体的には、冷却水弁33bを閉弁し、冷却水弁35bを開弁する。
In step S105, the low pressure EGR cooler 35 is used on the downstream side assuming that the low
以上説明したクーラ切替制御ルーチンによれば、内燃機関1の通常運転時には、低圧EGRガスが低圧EGRフィルタ34を流通する際の圧力損失を低くし、所望量の低圧EGRガスを還流させることができる。一方、低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、高温の低圧EGRガスを低圧EGRフィルタ34に供給して低圧EGRフィルタ34を容易に昇温できると共に、低圧EGRフィルタ34から流出した低圧EGRガスを下流側低圧EGRクーラ35で冷却し、低温の低圧EGRガスを内燃機関1に導入できる。
According to the cooler switching control routine described above, during normal operation of the internal combustion engine 1, the pressure loss when the low-pressure EGR gas flows through the low-
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。 The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the present invention.
1 内燃機関
2 気筒
3 燃料噴射弁
4 吸気通路
5 排気通路
6 ターボチャージャ
6a コンプレッサ
6b タービン
7 エアフローメータ
8 インタークーラ
9 排気浄化装置
10 ECU
11 クランクポジションセンサ
12 アクセルポジションセンサ
20 高圧EGR装置
21 高圧EGR通路
22 高圧EGR弁
30 低圧EGR装置
31 低圧EGR通路
32 低圧EGR弁
33 低圧EGRクーラ(上流側低圧EGRクーラ)
33a 冷却水路
33b 冷却水弁
34 低圧EGRフィルタ
35 下流側低圧EGRクーラ
35a 冷却水路
35b 冷却水弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
11 Crank position sensor 12
33a
Claims (4)
前記タービンよりも下流の前記排気通路から排気の一部を低圧EGRガスとして取り込み当該低圧EGRガスを前記コンプレッサよりも上流の前記吸気通路へ還流する低圧EGR通路と、
前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガスを冷却する低圧EGRクーラと、
前記低圧EGRクーラよりも下流の前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガス中の排気系異物を捕集する低圧EGRフィルタと、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。 A turbocharger having a turbine disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and a compressor disposed in an intake passage of the internal combustion engine;
A low-pressure EGR passage that takes a part of the exhaust as low-pressure EGR gas from the exhaust passage downstream of the turbine and returns the low-pressure EGR gas to the intake passage upstream of the compressor;
A low pressure EGR cooler that is disposed in the low pressure EGR passage and cools the low pressure EGR gas flowing through the low pressure EGR passage;
A low pressure EGR filter that is disposed in the low pressure EGR passage downstream of the low pressure EGR cooler and collects exhaust system foreign matter in the low pressure EGR gas flowing through the low pressure EGR passage;
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, comprising:
前記タービンよりも下流の前記排気通路から排気の一部を低圧EGRガスとして取り込み当該低圧EGRガスを前記コンプレッサよりも上流の前記吸気通路へ還流する低圧EGR通路と、
前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガスを冷却する上流側低圧EGRクーラと、
前記上流側低圧EGRクーラよりも下流の前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガス中の排気系異物を捕集する低圧EGRフィルタと、
前記低圧EGRフィルタよりも下流の前記低圧EGR通路に配置され、前記低圧EGR通路を流通する低圧EGRガスを冷却する下流側低圧EGRクーラと、
前記内燃機関の通常運転時には、前記上流側低圧EGRクーラによって低圧EGRガスを冷却し、前記低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、前記下流側低圧EGRクーラによって低圧EGRガスを冷却するクーラ切替制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。 A turbocharger having a turbine disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and a compressor disposed in an intake passage of the internal combustion engine;
A low-pressure EGR passage that takes a part of the exhaust as low-pressure EGR gas from the exhaust passage downstream of the turbine and returns the low-pressure EGR gas to the intake passage upstream of the compressor;
An upstream low pressure EGR cooler that is disposed in the low pressure EGR passage and cools the low pressure EGR gas flowing through the low pressure EGR passage;
A low pressure EGR filter that is disposed in the low pressure EGR passage downstream of the upstream low pressure EGR cooler and collects exhaust system foreign matter in the low pressure EGR gas flowing through the low pressure EGR passage;
A downstream low-pressure EGR cooler that is disposed in the low-pressure EGR passage downstream of the low-pressure EGR filter and cools the low-pressure EGR gas flowing through the low-pressure EGR passage;
Cooler switching control means for cooling the low pressure EGR gas by the upstream low pressure EGR cooler during normal operation of the internal combustion engine, and for cooling the low pressure EGR gas by the downstream low pressure EGR cooler during filter regeneration control of the low pressure EGR filter. ,
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, comprising:
前記クーラ切替制御手段は、前記内燃機関の通常運転時には、前記下流側低圧EGRクーラには冷却媒体を供給せず前記上流側低圧EGRクーラに冷却媒体を供給し、前記低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御時には、前記上流側低圧EGRクーラには冷却媒体を供給せず前記下流側低圧EGRクーラに冷却媒体を供給することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気還流装置。 The upstream low-pressure EGR cooler and the downstream low-pressure EGR cooler cool the low-pressure EGR gas by exchanging heat between the low-pressure EGR gas and the cooling medium, and can supply the cooling medium individually.
The cooler switching control means supplies the cooling medium to the upstream low pressure EGR cooler without supplying the cooling medium to the downstream low pressure EGR cooler during normal operation of the internal combustion engine, and performs filter regeneration control of the low pressure EGR filter. 3. The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein a cooling medium is supplied to the downstream low pressure EGR cooler without supplying a cooling medium to the upstream low pressure EGR cooler.
前記排気浄化装置を昇温させることが伴う前記排気浄化装置の性能を回復させる制御を行っている場合に、前記低圧EGRフィルタのフィルタ再生制御を行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の排気還流装置。 An exhaust purification device that is disposed in the exhaust passage downstream of the turbine and upstream of a connection portion with the low-pressure EGR passage, and purifies exhaust gas flowing through the exhaust passage;
The filter regeneration control of the low-pressure EGR filter is performed when the control for recovering the performance of the exhaust purification device accompanied by raising the temperature of the exhaust purification device is performed. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013036445A (en) * | 2011-08-10 | 2013-02-21 | Toyota Motor Corp | Egr system of internal combustion engine |
KR101251526B1 (en) | 2011-06-13 | 2013-04-05 | 기아자동차주식회사 | Low pressure egr system and examining method for efficeincy of low egr cooler |
CN103196662A (en) * | 2013-03-20 | 2013-07-10 | 无锡隆盛科技股份有限公司 | Endurance test device used for exhaust gas recirculation (EGR) valve |
KR101619540B1 (en) * | 2010-09-29 | 2016-05-10 | 현대자동차주식회사 | Cleaning method of emergency filter for low pressure exhaust gas recirculation |
-
2008
- 2008-12-26 JP JP2008332291A patent/JP2010151075A/en not_active Withdrawn
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