JP2010156229A - エンジンのパージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン停止後に排気管内に滞留しているガスの水分によって、排気管に設けられた部品（触媒等）が劣化することを防止できるエンジンのパージ装置を提供する。
【解決手段】エンジン２の停止後に、吸気シャッタ１３を閉、排気シャッタ１４を開とした状態で、乾燥空気導入手段４によって乾燥空気を排気管３の上流部分に導き、排気管３内に滞留しているガスを下流側に押し出し、排気管３内を乾燥空気でパージする。その後、吸気シャッタ１３を閉じたまま、排気シャッタ１４を閉じて、パージ状態を保持する。これにより、排気管３内に滞留しているガスの水分によって排気管３に設けられたタービン１５や触媒１６等の部品が劣化することを防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン停止後にその排気管内に滞留しているガスを下流側に押し出して排気管内を乾燥空気でパージするエンジンのパージ装置に関する。

自動車用エンジンの運転中に燃焼により発生した水分や、エンジン停止中にエンジン及びその吸排気管等の内部に滞留する空気の水分により、エンジン停止後に、エンジンやその吸排気管の内部に結露が生じる場合がある。この場合、結露水により各部品に錆びや腐食が発生し、エンジンやその構成部品の機能が損なわれる可能性がある。

殊に、ガソリンや軽油の他、水素やＤＭＥ（ジメチルエーテル）のように燃焼による水分の発生量が多い物質を燃料とするエンジンにおいては、上述の結露が発生し易く、影響が大きい。また、ＥＧＲ率が高い状態や理論混合比に等しい或いは近い状態で燃焼させる場合、ＥＧＲ率が高いほど或いは理論混合比に近いほど上述の結露が発生し易く、影響が大きい。また、水素やＤＭＥのような、燃焼に伴うススの発生が極めて少ない物質を燃料とするエンジンにおいては、ススの付着による排気系部品の保護が出来ないため、更に厳しい条件となる。

なお、エンジンのパージ制御装置として、特許文献１、２等に記載されたものが知られているが、これらは、燃料タンクで発生した蒸発ガスをエンジンの吸気系に供給するものであり、本願発明とは直接の関係は無い。

特開２００６−３２８９６８号公報 特開２００１−１４０７０７号公報

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、エンジン停止後にその排気管内に滞留しているガスの水分によって、排気管に設けられた部品（タービン、触媒等）が劣化することを防止できるエンジンのパージ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、エンジン停止後にその排気管内に滞留しているガスを下流側に押し出すため、乾燥空気を外部から上記排気管の上流部分に導く乾燥空気導入手段と、上記排気管に設けられた触媒の下流の排気管内を開閉する排気シャッタと、上記エンジンの吸気管内を開閉する吸気シャッタと、該吸気シャッタ、上記排気シャッタ及び上記乾燥空気導入手段を制御する制御部とを備え、該制御部は、エンジン停止後に上記乾燥空気導入手段により乾燥空気を上記排気管の上流部分に導くことで上記排気管内のガスを下流側に押し出すときには、上記吸気シャッタを閉、上記排気シャッタを開とし、上記排気管内が乾燥空気でパージされた後に、上記吸気シャッタを閉じたまま、上記排気シャッタを閉じるものである。

請求項２に係る発明は、上記乾燥気導入手段は、上記排気管と上記吸気管とを連通するＥＧＲ通路と、上記吸気管の側部に接続され乾燥空気を上記吸気管内に導入する導入通路とを有し、上記吸気シャッタは、上記導入通路と上記吸気管との接続部、上記ＥＧＲ通路と上記吸気管との接続部よりも上流側に配設された第１吸気シャッタと、下流側に配設された第２吸気シャッタとを有し、上記制御部は、エンジン停止後に乾燥空気を上記排気管の上流部分に導くときには、上記第１及び第２吸気シャッタを閉、上記排気シャッタを開とした状態で、上記導入通路から上記吸気管内に乾燥空気を導入し、上記排気管内が乾燥空気でパージされた後に、上記第１及び第２吸気シャッタを閉じたまま、上記排気シャッタを閉じるものである。

請求項３に係る発明は、上記触媒の下流側の排気管に、その排気管内のガスの温度又は湿度を検出するセンサを設け、上記制御部は、上記センサが所定温度以下又は所定湿度以下を検出したとき、上記排気管内が乾燥空気でパージされたと判定するものである。

本発明に係るエンジンのパージ装置によれば、エンジン停止後にその排気管内に滞留しているガスを下流側に押し出して排気管内を乾燥空気でパージした状態にできるので、排気管内に滞留しているガスの水分によって排気管に設けられたタービンや触媒等の部品が劣化することを防止できる。

本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係るエンジンのパージ装置の説明図である。

このパージ装置１は、自動車用エンジン２の停止後にその排気管３内に滞留しているガスを下流側に押し出すため、乾燥空気を外部から排気管３の上流部分に導く乾燥空気導入手段４を有する。乾燥空気導入手段４は、本実施形態では、排気管３の排気マニホールドと吸気管５の吸気マニホールドとを連通するＥＧＲ通路６と、吸気管５の側部にＥＧＲ通路６に対向するようにして接続され乾燥空気を吸気管５内に導入する導入通路７とを有する。

ＥＧＲ通路６には、排気管３から吸気管５に還流されるＥＧＲガス（排気ガス）を冷却するＥＧＲクーラー８と、ＥＧＲ通路６を開閉するＥＧＲバルブ９とが設けられている。導入通路７には、導入通路７内を開閉する制御バルブ１０が設けられ、制御バルブ１０の上流側には、そこを通過する空気を電気ヒータで加熱する等して乾燥させるドライヤー１１が接続され、ドライヤー１１の上流側には、図示しないエアクリーナーを通過した外部の空気をドライヤー１１に圧送するエアーポンプ１２が接続されている。

また、パージ装置１は、エンジン２の吸気管５内を開閉する吸気シャッタ１３を有する。吸気シャッタ１３は、導入通路７と吸気管５との接続部、ＥＧＲ通路６と吸気管５との接続部よりも上流側に配設された第１吸気シャッタ１３ａと、下流側に配設された第２吸気シャッタ１３ｂとを有する。

また、パージ装置１は、エンジン２の排気管３内を開閉する排気シャッタ１４を有する。排気シャッタ１４は、排気管３に設けられたタービン１５及び触媒（後処理装置）１６の下流側に配設されている。タービン１５は、吸気管５に配設されたコンプレッサ１７に連結されており、吸気管５には、インタークーラー１８が設けられている。

また、パージ装置１は、第１吸気シャッタ１３ａ、第２吸気シャッタ１３ｂ、排気シャッタ１４及び乾燥空気導入手段４を制御する制御部（ＥＣＵ）１９を有する。すなわち、第１吸気シャッタ１３ａを開閉する駆動部、第２吸気シャッタ１３ｂの駆動部、排気シャッタ１４の駆動部、制御バルブ１０の駆動部、ＥＧＲバルブ９の駆動部は、夫々、制御部１９に接続されており、個々に開閉制御される。また、ドライヤー１１、エアーポンプ１２も、制御部１９に接続されており、その作動・非作動の制御がなされる。

制御部１９は、エンジン２の停止後に、乾燥空気導入手段４により乾燥空気を排気管３の上流部分に導くことで排気管３内のガスを下流側に押し出すときには、第１及び第２吸気シャッタ１３ａ、１３ｂを閉、排気シャッタ１４を開とし、制御バルブ１０及びＥＧＲバルブ９を開とした状態で、ドライヤー１１及びエアーポンプ１２を作動させる。そして、排気管３内が乾燥空気でパージされた後に、第１及び第２吸気シャッタ１３ａ、１３ｂを閉じたまま、排気シャッタ１４を閉じ、制御バルブ１０及びＥＧＲバルブ９を閉じ、乾燥空気の漏れを防止する。

排気管３内のガスが乾燥空気によって触媒１６よりも下流側に押し出されて排気管３内が乾燥空気でパージされたか否かは、触媒１６の下流側の排気管３内のガスの温度又は湿度を検出するセンサ２０の検出値によって判断する。すなわち、触媒１６の下流側の排気管３には、その排気管３内のガスの温度又は湿度を検出するセンサ２０が設けられており、センサ２０は制御部１９に接続されている。そして、制御部１９は、エンジン２の停止後、センサ２０が所定温度以下又は所定湿度以下を検出したとき、排気管３内が乾燥空気でパージされたと判定する。

本実施形態の作用を述べる。

エンジン２が停止されると、制御部１９は、第１及び第２吸気シャッタ１３ａ、１３ｂを閉じ、排気シャッタ１４を開いた状態で、制御バルブ１０及びＥＧＲバルブ９を開き、ドライヤー１１及びエアーポンプ１２を作動させる。すると、エアーポンプ１２から排出されてドライヤー１１で乾燥された乾燥空気が、導入通路７、吸気管５、ＥＧＲ通路６及びＥＧＲクーラー８を通って排気管３の上流部分に導かれ、排気管３、タービン１５及び触媒１６を通って排気管３の出口から排出される。

このパージ制御により、エンジン２の停止時に、第１吸気シャッタ１３ａと第２吸気シャッタ１３ｂとの間の吸気管５、ＥＧＲ管６、ＥＧＲクーラー８及び排気管３内に滞留していたガス（水分を含んでいる可能性がある）が、上記乾燥空気によって排気管３の下流側に押し出され、第１吸気シャッタ１３ａと第２吸気シャッタ１３ｂとの間の吸気管５、ＥＧＲ管６、ＥＧＲクーラー８及び排気管３の内部が、乾燥空気に置換されパージされていく。また、排気弁２２がリフトしている気筒では、そのシリンダのピストン上方の空間も乾燥空気でパージされる。

センサ２０が触媒１６の下流側の排気管３内のガスの温度又は湿度が所定温度以下又は所定湿度以下となったことを検出すると、制御部１９は、上記パージが完了したと判断し、ドライヤー１１及びエアーポンプ１２を停止し、第１吸気シャッタ１３ａ及び第２吸気シャッタ１３ｂを閉じた状態のまま、制御バルブ１０及びＥＧＲバルブ９を閉じ、排気シャッタ１４を閉じる。

かかるパージ保持制御により、第１吸気シャッタ１３ａと第２吸気シャッタ１３ｂとの間の吸気管５、ＥＧＲ管６、ＥＧＲクーラー８及び排気シャッタ１４よりも上流側の排気管３の内部が、乾燥空気でパージされた状態に保持され、乾燥空気の漏れが防止される。また、エンジン２の所定気筒（排気弁２２がリフトしている気筒）のシリンダの内部も乾燥空気でパージされた状態に保持される。

この結果、ＥＧＲバルブ９、ＥＧＲクーラー８、タービン１５、触媒１６、所定気筒のシリンダにおける結露の発生を防止でき、結露水に起因する錆びや腐食による各部品の動作不良や性能劣化を抑えることができる。また、各部品毎に機能・性能劣化対策を行うより低コストとなる。

その後、エンジン２を始動するときには、制御バルブ１０を閉じたまま、第１吸気シャッタ１３ａ、第２吸気シャッタ１３ｂ及び排気シャッタ１４を開く。ＥＧＲバルブ９は、開いても閉じてもよいが、通常、エンジン始動時のＥＧＲ率に見合った開度に開かれる。

なお、導入通路７から乾燥空気を吸気管５に導入するパージ制御を実行するとき、第２吸気シャッタ１３ｂを開いておいてもよい。エンジン２の吸気弁２１及び排気弁２２は、仮にそれらがリフトしている状態であっても、吸気管５からエンジン２を通過して排気管３に至る流路の抵抗となるため、第１吸気シャッタ１３ａを閉じていれば、導入通路７から吸気管５に導入された乾燥空気は殆どがＥＧＲ通路６に向かい、ＥＧＲ通路６及びＥＧＲクーラー８内のガスが排気管３に押し出され、ＥＧＲ通路６及びＥＧＲクーラー８内が乾燥空気でパージされるからである。

また、このようにパージ制御のとき第２吸気シャッタ１３ｂを開いておけば、吸気弁２１がリフトしている気筒においても、そのシリンダのピストン上方の空間が乾燥空気でパージされることにもなる。

よって、第２吸気シャッタ１３ｂは、省略可能である。

また、パージ保持制御のとき、ＥＧＲバルブ９は開いておいてもよい。第１吸気シャッタ１３ａ、第２吸気シャッタ１３ｂ、制御バルブ１０及び排気シャッタ１４を閉じておけば、乾燥空気の漏れを防止できるからである。但し、ＥＧＲバルブ９を閉じることで、より万全に漏れを防止できる。

図２は、別の実施形態に係るエンジンのパージ装置を示す説明図である。

この実施形態に係るパージ装置１ａは、前実施形態と共通の部品を有しており、共通の部品には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

このパージ装置１ａは、自動車用のエンジン２の停止後にその排気管３内に滞留しているガスを下流側に押し出すため、乾燥空気を外部から排気管３の上流部分に導く乾燥空気導入手段４ａと、排気管３に設けられた触媒（後処理装置）１６の下流の排気管３内を開閉する排気シャッタ１４と、エンジン２の吸気管５内を開閉する吸気シャッタ１３と、吸気シャッタ１３、排気シャッタ１４及び乾燥空気導入手段４ａを制御する制御部１９とを備えている。

乾燥空気導入手段４ａは、排気管３の排気マニホールドに接続された導入通路７、導入通路７に設けられた制御バルブ９、その上流側に設けられたドライヤー１１、その上流側に設けられたエアーポンプ１２を有する。

排気シャッタ１４は、排気管３に設けられたタービン１５及び触媒１６の下流側に配設されている。

制御部１９は、エンジン２の停止後に乾燥空気導入手段４ａにより乾燥空気を排気管３の上流部分に導くことで排気管３内のガスを下流側に押し出すときには、吸気シャッタ１３を閉、排気シャッタ１４を開とし、排気管３内が乾燥空気でパージされた後に、吸気シャッタ１３を閉じたまま、排気シャッタ１４を閉じるものである。

触媒１６の下流側の排気管３には、その排気管３内のガスの温度又は湿度を検出するセンサ２０が設けられている。エンジン２の停止後、センサ２０が所定温度以下又は所定湿度以下を検出したとき、制御部１９は、排気管３内が乾燥空気でパージされたと判定する。

本実施形態の作用述べる。

エンジン２が停止されると、制御部１９は、吸気シャッタ１３を閉じ、排気シャッタ１４を開いた状態で、制御バルブ９を開き、ドライヤー１１及びエアーポンプ１２を作動させる。すると、乾燥空気が、導入通路７から排気管３の上流部分に導かれ、排気管３、タービン１５及び触媒１６を通って排気管３の出口から排出される。

このパージ制御により、エンジン２の停止時に、排気管３内に滞留していたガス（水分を含んでいる可能性がある）が、上記乾燥空気によって排気管３の下流側に押し出され、排気管３の内部が、乾燥空気に置換されパージされていく。また、排気弁２２がリフトしている気筒では、そのシリンダのピストン上方の空間も乾燥空気でパージされる。

センサ２０が触媒１６の下流側の排気管３内のガスが所定温度以下又は所定湿度以下となったことを検出すると、制御部１９は、上記パージが完了したと判断し、ドライヤー１１及びエアーポンプ１２を停止し、吸気シャッタ１３を閉じた状態のまま、制御バルブ９を閉じ、排気シャッタ１４を閉じる。

かかるパージ保持制御により、吸気シャッタ１３よりも下流側の吸気管５、排気シャッタ１４よりも上流側の排気管３の内部が、乾燥空気でパージされた状態に保持され、乾燥空気の漏れが防止される。また、排気弁２２がリフトしている気筒では、そのシリンダのピストン上方の空間も乾燥空気でパージされる。

この結果、タービン１５、触媒１６、排気弁２２がリフトしているシリンダにおける結露の発生を防止でき、結露水に起因する錆びや腐食による各部品の動作不良や性能劣化を抑えることができる。また、各部品毎に機能・性能劣化対策を行うより低コストとなる。

なお、上述の各実施形態において、タービン１５、コンプレッサ１７、インタークーラー１８は省略できる。また、センサ２０を廃止し、パージ制御を所定時間行った後にパージ保持制御に移行するタイマ制御としてもよい。

本発明の一実施形態に係るエンジンのパージ装置の説明図である。 本発明の他の実施形態に係るエンジンのパージ装置の説明図である。

符号の説明

１ パージ装置
１ａ パージ装置
２ エンジン
３ 排気管
４ 乾燥空気導入手段
４ａ 乾燥空気導入手段
５ 吸気管
６ ＥＧＲ通路
７ 導入通路
８ ＥＧＲクーラー
１１ ドライヤー
１２ エアーポンプ
１３ 吸気シャッタ
１３ａ 第１吸気シャッタ
１３ｂ 第２吸気シャッタ
１４ 排気シャッタ
１６ 触媒
１８ インタークーラー
１９ 制御部
２０ センサ

Claims (3)

1. エンジン停止後にその排気管内に滞留しているガスを下流側に押し出すため、乾燥空気を外部から上記排気管の上流部分に導く乾燥空気導入手段と、上記排気管に設けられた触媒の下流の排気管内を開閉する排気シャッタと、上記エンジンの吸気管内を開閉する吸気シャッタと、該吸気シャッタ、上記排気シャッタ及び上記乾燥空気導入手段を制御する制御部とを備え、
   該制御部は、エンジン停止後に上記乾燥空気導入手段により乾燥空気を上記排気管の上流部分に導くことで上記排気管内のガスを下流側に押し出すときには、上記吸気シャッタを閉、上記排気シャッタを開とし、上記排気管内が乾燥空気でパージされた後に、上記吸気シャッタを閉じたまま、上記排気シャッタを閉じるものであることを特徴とするエンジンのパージ装置。
2. 上記乾燥気導入手段は、上記排気管と上記吸気管とを連通するＥＧＲ通路と、上記吸気管の側部に接続され乾燥空気を上記吸気管内に導入する導入通路とを有し、
   上記吸気シャッタは、上記導入通路と上記吸気管との接続部、上記ＥＧＲ通路と上記吸気管との接続部よりも上流側に配設された第１吸気シャッタと、下流側に配設された第２吸気シャッタとを有し、
   上記制御部は、エンジン停止後に乾燥空気を上記排気管の上流部分に導くときには、上記第１及び第２吸気シャッタを閉、上記排気シャッタを開とした状態で、上記導入通路から上記吸気管内に乾燥空気を導入し、上記排気管内が乾燥空気でパージされた後に、上記第１及び第２吸気シャッタを閉じたまま、上記排気シャッタを閉じるものである
   請求項１に記載のエンジンのパージ装置。
3. 上記触媒の下流側の排気管に、その排気管内のガスの温度又は湿度を検出するセンサを設け、
   上記制御部は、上記センサが所定温度以下又は所定湿度以下を検出したとき、上記排気管内が乾燥空気でパージされたと判定するものである
   請求項１又は２に記載のエンジンのパージ装置。

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