JP2012036746A

JP2012036746A - Exhaust apparatus internal combustion engine

Info

Publication number: JP2012036746A
Application number: JP2010174797A
Authority: JP
Inventors: Chika Kanba; 千佳神庭; Eiji Hashimoto; 英次橋本; Taiichi Mori; 泰一森; Koju Uno; 幸樹宇野; Narihiro Fujiwara; 成啓藤原; Shunichi Hanada; 俊一花田; Tadashi Toda; 忠司戸田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-23

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration of ignitability due to decrease in an oxygen concentration in an exhaust in a configuration that supplies fuel with an ignition device disposed in an exhaust path.SOLUTION: The oxygen concentration is controlled to exceed a reference value where an oxygen concentration that is closer to a value of a glow plug 16 is predetermined. An exhaust apparatus can suppress deterioration of ignitability due to decrease in the oxygen concentration in the exhaust. Control of the oxygen concentration of the exhaust emitted from a combustion chamber 2 of an engine body 1 eliminates the need for installing an air pump for introducing a secondary air into the exhaust path.

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排気に燃料を供給する燃料添加弁を有する排気装置に関する。 The present invention relates to an exhaust system having a fuel addition valve that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and supplies fuel to exhaust gas.

排気を浄化することを目的として、内燃機関の排気通路に燃料を供給するようにした排気装置が広く用いられている。 For the purpose of purifying exhaust gas, an exhaust device that supplies fuel to an exhaust passage of an internal combustion engine is widely used.

特許文献１が開示する装置では、排気通路に設けられた燃料添加弁からの燃料が直接接触する位置に、グロープラグなどの着火手段を配置し、これら燃料添加弁及びグロープラグの下流側に触媒コンバータを配置している。燃料は着火手段によって着火され、その火炎によって触媒コンバータが昇温される。 In the apparatus disclosed in Patent Document 1, ignition means such as a glow plug is disposed at a position where fuel from a fuel addition valve provided in an exhaust passage directly contacts, and a catalyst is provided downstream of the fuel addition valve and the glow plug. A converter is arranged. The fuel is ignited by the ignition means, and the catalytic converter is heated by the flame.

特許文献２が開示する装置では、昇温の目的で設けられた燃焼用触媒に、排気通路に設けられた燃料添加弁から燃料を供給すると共に、点火プラグで着火させ、その際にエアポンプで新気を導入している。 In the apparatus disclosed in Patent Document 2, fuel is supplied from a fuel addition valve provided in an exhaust passage to a combustion catalyst provided for the purpose of raising the temperature, and ignited by a spark plug. I'm introducing qi.

特開２００６−１１２４０１号公報JP 2006-112401 A 特開２００７−０３２３９８号公報JP 2007-032398 A

しかしながら、特許文献１の装置では、排気の酸素濃度が低い場合には着火性が低下するおそれがある。特許文献２の装置では、二次空気を導入するためのエアポンプを設置しているが、高温、振動、スペース的制約などの理由から、排気通路に二次空気を導入するための専用のエアポンプの設置が必ずしも適切でない場合がある。 However, in the apparatus of Patent Document 1, the ignitability may be lowered when the oxygen concentration of the exhaust gas is low. In the device of Patent Document 2, an air pump for introducing secondary air is installed. However, due to high temperature, vibration, space restrictions, etc., a dedicated air pump for introducing secondary air into the exhaust passage is used. Installation may not always be appropriate.

本発明は、排気通路に配置された着火装置に燃料を供給する構成において、排気中の酸素濃度の低下に起因する着火性の悪化を抑制するための新規な手段を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a novel means for suppressing deterioration in ignitability caused by a decrease in oxygen concentration in exhaust gas in a configuration in which fuel is supplied to an ignition device disposed in an exhaust passage. .

本発明の１態様は、
内燃機関の排気通路に配置された燃料添加弁と、前記燃料添加弁から添加された燃料に着火させる着火装置と、を備えた内燃機関の排気装置において、
前記内燃機関の燃焼室から排出される排気の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段を更に備え、
前記酸素濃度制御手段は、前記着火装置の近傍の酸素濃度が予め定められた基準値を上回るように前記酸素濃度を制御することを特徴とする内燃機関の排気装置である。 One aspect of the present invention is:
In an exhaust system for an internal combustion engine, comprising: a fuel addition valve disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine; and an ignition device for igniting fuel added from the fuel addition valve.
Oxygen concentration control means for controlling the oxygen concentration of the exhaust discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine,
The oxygen concentration control means controls the oxygen concentration so that the oxygen concentration in the vicinity of the ignition device exceeds a predetermined reference value.

この態様では、酸素濃度制御手段が、着火装置の近傍の酸素濃度が予め定められた基準値を上回るように、排気の酸素濃度を制御するので、排気中の酸素濃度の低下に起因する着火性の悪化を抑制することができる。また、酸素濃度制御手段は、内燃機関の燃焼室から排出される排気の酸素濃度を制御するので、排気通路に二次空気を導入するための専用のエアポンプを設置する必要がない。 In this aspect, since the oxygen concentration control means controls the oxygen concentration in the exhaust gas so that the oxygen concentration in the vicinity of the ignition device exceeds a predetermined reference value, the ignitability due to the decrease in the oxygen concentration in the exhaust gas. Can be prevented. Further, since the oxygen concentration control means controls the oxygen concentration of the exhaust discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine, it is not necessary to install a dedicated air pump for introducing secondary air into the exhaust passage.

好適には、前記酸素濃度制御手段は、前記内燃機関の排気弁を制御する排気弁制御手段を備え、前記排気弁制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程中に前記排気弁を開かせる。この態様では、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。 Preferably, the oxygen concentration control means includes exhaust valve control means for controlling an exhaust valve of the internal combustion engine, and the exhaust valve control means opens the exhaust valve during a compression stroke of the internal combustion engine. In this aspect, a desired effect can be obtained in the present invention with a simple configuration.

好適には、前記排気弁制御手段は、前記排気弁の開弁タイミングを制御する可変バルブタイミング機構を含む。この態様によれば、走行用の排気弁を利用して本発明に所期の効果を得ることができる。 Preferably, the exhaust valve control means includes a variable valve timing mechanism for controlling a valve opening timing of the exhaust valve. According to this aspect, the desired effect can be obtained in the present invention by using the exhaust valve for traveling.

好適には、前記内燃機関は、走行用の吸気弁とは別途に設けられ前記内燃機関の燃焼室と排気通路とを選択的に連通する空気供給用排気弁を更に備え、前記酸素濃度制御手段は、前記空気供給用排気弁を制御することによって前記酸素濃度を制御する。この態様によれば、空気供給タイミングの自由度を一層高めることができる。空気供給用排気弁は、吸排気弁のバルブオーバーラップを増大するために用いてもよく、また圧縮行程排気のために用いてもよい。 Preferably, the internal combustion engine further includes an air supply exhaust valve which is provided separately from a traveling intake valve and selectively communicates a combustion chamber of the internal combustion engine and an exhaust passage, and the oxygen concentration control means Controls the oxygen concentration by controlling the air supply exhaust valve. According to this aspect, the degree of freedom of the air supply timing can be further increased. The air supply exhaust valve may be used to increase the valve overlap of the intake and exhaust valves or may be used for compression stroke exhaust.

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。 The means for solving the problems in the present invention can be used in combination as much as possible.

本発明によれば、排気経路中に着火装置を設ける構成において、着火装置の失火の判定を容易にすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the structure which provides an ignition device in an exhaust path, determination of misfire of an ignition device can be made easy.

本発明の第１実施形態の概念図である。1 is a conceptual diagram of a first embodiment of the present invention. 排気昇温装置を正面視した断面図である。It is sectional drawing which looked at the exhaust temperature raising apparatus from the front. 排気昇温装置を軸方向視した断面図である。It is sectional drawing which looked at the exhaust gas temperature rising apparatus to the axial direction. 動弁機構を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a valve operating mechanism. 吸気弁及び排気弁の開度を示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the opening degree of an intake valve and an exhaust valve. 第１実施形態における排気弁制御に係る処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process routine which concerns on the exhaust valve control in 1st Embodiment. 第２実施形態に用いられるカムシャフトの要部を示す正面図である。It is a front view which shows the principal part of the camshaft used for 2nd Embodiment. 第３実施形態における吸気弁及び排気弁の配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the intake valve and exhaust valve in 3rd Embodiment. 第３実施形態における吸気弁及び排気弁の配置を示すＡ−Ａ線断面図である。It is an AA line sectional view showing arrangement of an intake valve and an exhaust valve in a 3rd embodiment.

＜第１実施形態＞
本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す。図１において、エンジン本体１は、軽油を燃料とする圧縮点火式内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、他の形式の内燃機関であってもよい。エンジン本体１は、４つの気筒のそれぞれに燃焼室２を有する。各燃焼室２には、燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３が配置されている。各燃焼室２には、吸気マニホールド４および排気マニホールド５が接続されている。吸気マニホールド４は、吸気管６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、エアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結されている。 <First Embodiment>
Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the engine body 1 is a compression ignition internal combustion engine (diesel engine) using light oil as fuel, but may be another type of internal combustion engine. The engine body 1 has a combustion chamber 2 in each of the four cylinders. Each combustion chamber 2 is provided with an electronically controlled fuel injection valve 3 for injecting fuel. An intake manifold 4 and an exhaust manifold 5 are connected to each combustion chamber 2. The intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 via the intake pipe 6. An inlet of the compressor 7 a is connected to an air cleaner 9 via an air flow meter 8.

吸気管６内には、ステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。吸気管６の周りには、吸気管６内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラ１１が配置されている。インタークーラ１１内に機関冷却水が導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。 A throttle valve 10 driven by a step motor is disposed in the intake pipe 6. An intercooler 11 for cooling the intake air flowing through the intake pipe 6 is disposed around the intake pipe 6. Engine cooling water is guided into the intercooler 11 and the intake air is cooled by the engine cooling water.

排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。排気タービン７ｂの出口は、排気管１２を介して、排気浄化触媒１３に連結されている。この排気浄化触媒１３上流の機関排気通路内、即ち排気管１２内には、前処理触媒１４が配置されている。 The exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 b of the exhaust turbocharger 7. The outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to the exhaust purification catalyst 13 via the exhaust pipe 12. A pretreatment catalyst 14 is disposed in the engine exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst 13, that is, in the exhaust pipe 12.

前処理触媒１４は、排気浄化触媒１３よりも体積が小さく、かつ排気浄化触媒１３に流入する排気の一部が流通する。図２に示されるように、前処理触媒１４は、円筒形の外枠１４ａ内に保持されており、外枠１４ａ内に流入した排気はその全量が前処理触媒１４に供給される。外枠１４ａの外径は、排気管１２の内径よりも小さい。したがって、前処理触媒１４が排気管１２に収容されると、前処理触媒１４の外周面と排気管１２の内周面との隙間である触媒迂回路１２ａに、排気が通過することが可能になる。外枠１４ａは、概ね放射状に配置された複数のステー１４ｂによって排気管１２内に支持されている。前処理触媒１４は、ステー１４ｂを除く実質的に全周にわたって、触媒迂回路１２ａに囲まれている。触媒迂回路１２ａは、排気通路における第１の分岐路を構成する。これに対し、前処理触媒１４を通る外枠１４ａ内の経路は、排気通路における第２の分岐路を構成する。触媒迂回路１２ａは、外枠１４ａを介して前処理触媒１４と熱交換可能にされている。 The pretreatment catalyst 14 is smaller in volume than the exhaust purification catalyst 13 and a part of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13 circulates. As shown in FIG. 2, the pretreatment catalyst 14 is held in a cylindrical outer frame 14 a, and the entire amount of exhaust gas flowing into the outer frame 14 a is supplied to the pretreatment catalyst 14. The outer diameter of the outer frame 14 a is smaller than the inner diameter of the exhaust pipe 12. Therefore, when the pretreatment catalyst 14 is accommodated in the exhaust pipe 12, the exhaust can pass through the catalyst bypass circuit 12 a that is a gap between the outer peripheral surface of the pretreatment catalyst 14 and the inner peripheral surface of the exhaust pipe 12. Become. The outer frame 14a is supported in the exhaust pipe 12 by a plurality of stays 14b arranged substantially radially. The pretreatment catalyst 14 is surrounded by the catalyst bypass 12a over substantially the entire circumference except for the stay 14b. The catalyst bypass circuit 12a constitutes a first branch path in the exhaust passage. On the other hand, the path in the outer frame 14a passing through the pretreatment catalyst 14 constitutes a second branch path in the exhaust passage. The catalyst bypass 12a can exchange heat with the pretreatment catalyst 14 via the outer frame 14a.

排気浄化触媒１３は、例えば酸化触媒、三元触媒又はＮＯｘ触媒から構成されている。前処理触媒１４は酸化触媒から構成されており、触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ₂、Ｍｎ／ＣｅＯ₂、Ｆｅ／ＣｅＯ₂、Ｎｉ／ＣｅＯ₂、Ｃｕ／ＣｅＯ₂等を用いることができる。触媒１３，１４の基材には、コージェライトあるいはメタルが用いられている。排気浄化触媒１３の基材は、多数のセルのうち上流側が栓詰されたセルと、下流側が栓詰されたセルとが互いに隣接するように配置された所謂ウォールフロー型である。前処理触媒１４の基材は、個々のセルが上流から下流へと連通した所謂ストレートフロー型である。 The exhaust purification catalyst 13 is composed of, for example, an oxidation catalyst, a three-way catalyst, or a NOx catalyst. The pretreatment catalyst 14 is composed of an oxidation catalyst, and for example, Pt / CeO ₂ , Mn / CeO ₂ , Fe / CeO ₂ , Ni / CeO ₂ , Cu / CeO _2, etc. can be used as the catalyst material. Cordierite or metal is used for the base material of the catalysts 13 and 14. The base material of the exhaust purification catalyst 13 is a so-called wall flow type in which a cell with a clogged upstream side and a cell with a clogged downstream side are arranged adjacent to each other. The base material of the pretreatment catalyst 14 is a so-called straight flow type in which individual cells communicate from upstream to downstream.

前処理触媒１４の上流の排気管１２内には、前処理触媒１４に燃料を供給するための燃料添加弁１５が、その噴孔１５ａ（図２参照）を排気管１２内部に臨ませて配置される。燃料添加弁１５には、燃料タンク４４内の燃料が燃料ポンプ４３を介して供給される。 A fuel addition valve 15 for supplying fuel to the pretreatment catalyst 14 is disposed in the exhaust pipe 12 upstream of the pretreatment catalyst 14 with its injection hole 15a (see FIG. 2) facing the inside of the exhaust pipe 12. Is done. The fuel in the fuel tank 44 is supplied to the fuel addition valve 15 via the fuel pump 43.

燃料添加弁１５よりも下流側の排気管１２内には、供給された燃料に着火させるためのグロープラグ１６が設けられている。グロープラグ１６には、これに給電するための直流電源及び昇圧回路（いずれも不図示）が接続されている。着火するための手段としては、グロープラグに代えてセラミックヒータやスパークプラグなど他の種類の着火装置を用いることができ、とくに電熱式の装置が好適である。 A glow plug 16 for igniting the supplied fuel is provided in the exhaust pipe 12 on the downstream side of the fuel addition valve 15. The glow plug 16 is connected to a DC power source and a booster circuit (both not shown) for supplying power to the glow plug 16. As means for igniting, other types of ignition devices such as ceramic heaters and spark plugs can be used instead of glow plugs, and electrothermal devices are particularly suitable.

燃料の微粒化を促進するために、燃料添加弁１５から噴射された燃料を衝突させるための衝突板１７が排気管１２内に配置されている。燃料添加弁１５の軸心１５ｂは、衝突板１７の中心１７ａに向けられているが、噴射された燃料が排気流に流されることを考慮して中心１７ａよりも上流側に向けられていてもよい。燃料添加弁１５の噴孔１５ａから衝突板１７までの排気管横断方向の距離ｄは、燃料添加弁１５から噴射され衝突板１７に衝突した燃料が、拡散してその一部がグロープラグ１６の発熱部１６ａによって着火され、他の部分が前処理触媒１４に供給されるように選択される。前処理触媒１４、燃料添加弁１５、グロープラグ１６および衝突板１７は、排気昇温装置４０を構成し、この排気昇温装置４０は、後述するＥＣＵ５０によって制御される。排気昇温装置４０におけるグロープラグ１６の近傍には、Ｏ２センサ３０が配置されている。 In order to promote atomization of the fuel, a collision plate 17 for colliding the fuel injected from the fuel addition valve 15 is disposed in the exhaust pipe 12. The axis 15b of the fuel addition valve 15 is directed to the center 17a of the collision plate 17, but it may be directed upstream from the center 17a in consideration of the fact that the injected fuel flows into the exhaust flow. Good. The distance d in the exhaust pipe transverse direction from the injection hole 15a of the fuel addition valve 15 to the collision plate 17 is such that the fuel injected from the fuel addition valve 15 and colliding with the collision plate 17 diffuses and a part of the distance of the glow plug 16 is reached. It is selected so that it is ignited by the heat generating part 16a and the other part is supplied to the pretreatment catalyst 14. The pretreatment catalyst 14, the fuel addition valve 15, the glow plug 16, and the collision plate 17 constitute an exhaust temperature raising device 40, which is controlled by an ECU 50 described later. An O 2 sensor 30 is disposed in the vicinity of the glow plug 16 in the exhaust temperature raising device 40.

各燃焼室２に配置された排気弁の開閉タイミングを制御するために、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：ＶａｒｉａｂｌｅＶａｌｖｅＴｉｍｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ）５５が設けられている。ＶＶＴ５５は、単一の排気弁に適用される２種類のカムを、油圧によって切り替えることによって、カムシャフトのカムプロフィール及びバルブタイミングを任意に変更することができる。ＶＶＴ５５は、吸気弁と排気弁とが同時に開くバルブオーバーラップ（図５におけるｔ１−ｔ２）を実現可能である。 A variable valve timing mechanism (VVT: Variable Valve Timing mechanism) 55 is provided in order to control the opening and closing timing of the exhaust valve disposed in each combustion chamber 2. The VVT 55 can arbitrarily change the cam profile and the valve timing of the camshaft by switching two types of cams applied to a single exhaust valve by hydraulic pressure. The VVT 55 can realize a valve overlap (t1-t2 in FIG. 5) in which the intake valve and the exhaust valve open simultaneously.

エンジン本体１は更に、圧縮行程中に排気弁を開弁させる機能を有する。図４において、エンジン本体１は、各燃焼室２に配置された排気弁６１を駆動するためのロッカーアーム６２、及び当該ロッカーアームを駆動するカムシャフト６３を備えている。ロッカーアーム６２はローラ式である。ロッカーアーム６２の基端部には、油圧式のラッシュアジャスタ６４が配置されている。ロッカーアーム６２の先端部の近傍に、ロッカーアーム６２を駆動する補助アクチュエータ６５が設置されている。補助アクチュエータ６５の可動子は、油圧により突出または後退させられ、この可動子はロッカーアーム６２の先端部を押し下げることが可能であり、これによって補助アクチュエータ６５は、カムシャフト６３の動作から独立して排気弁６１を開弁させることが可能にされている。補助アクチュエータ６５に接続された油路６６には、油圧制御弁５６（図1参照）が接続されており、この油圧制御弁５６はＥＣＵ５０によって任意のタイミングで動作する。これによって、排気弁６１を圧縮行程中に開弁（図５におけるｔ４−ｔ５）させることが可能にされている（図５において縦軸は排気弁６１の開度を示す）。この態様によれば、圧縮行程排気の際の排気弁６１の駆動をカムシャフト６３によらずに行うため、排気タイミングの自由度を高めることができる。 The engine body 1 further has a function of opening the exhaust valve during the compression stroke. In FIG. 4, the engine body 1 includes a rocker arm 62 for driving an exhaust valve 61 disposed in each combustion chamber 2 and a camshaft 63 for driving the rocker arm. The rocker arm 62 is a roller type. A hydraulic lash adjuster 64 is disposed at the base end of the rocker arm 62. An auxiliary actuator 65 that drives the rocker arm 62 is installed near the tip of the rocker arm 62. The mover of the auxiliary actuator 65 is protruded or retracted by hydraulic pressure, and this mover can push down the tip end portion of the rocker arm 62, so that the auxiliary actuator 65 is independent of the operation of the camshaft 63. The exhaust valve 61 can be opened. A hydraulic control valve 56 (see FIG. 1) is connected to the oil passage 66 connected to the auxiliary actuator 65, and the hydraulic control valve 56 is operated by the ECU 50 at an arbitrary timing. As a result, the exhaust valve 61 can be opened (t4-t5 in FIG. 5) during the compression stroke (the vertical axis in FIG. 5 indicates the opening of the exhaust valve 61). According to this aspect, since the exhaust valve 61 is driven without using the camshaft 63 during the exhaust of the compression stroke, the degree of freedom of the exhaust timing can be increased.

再び図１において、排気マニホールド５と吸気マニホールド４は、ＥＧＲ通路１８を介して互いに接続されている。ＥＧＲ通路１８は、排気管１２におけるタービン７ｂよりも上流側の部分と、吸気管６におけるコンプレッサ７ａの下流側の部分とを接続している。ＥＧＲ通路１８内には、電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置される。ＥＧＲ通路１８の周りには、ＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が配置される。機関冷却水がＥＧＲクーラ２０内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。 In FIG. 1 again, the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via the EGR passage 18. The EGR passage 18 connects a portion of the exhaust pipe 12 upstream of the turbine 7b and a portion of the intake pipe 6 downstream of the compressor 7a. An electronically controlled EGR control valve 19 is disposed in the EGR passage 18. Around the EGR passage 18, an EGR cooler 20 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 18 is disposed. The engine cooling water is guided into the EGR cooler 20, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.

各燃料噴射弁３は、燃料供給管４１を介してコモンレール４２に連結され、このコモンレール４２は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ４３を介して燃料タンク４４に連結される。燃料タンク４４内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ４３によってコモンレール４２内に供給され、コモンレール４２内に供給された燃料は各燃料供給管４１を介して燃料噴射弁３に供給される。 Each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 42 via a fuel supply pipe 41, and this common rail 42 is connected to a fuel tank 44 via an electronically controlled fuel pump 43 with variable discharge amount. The fuel stored in the fuel tank 44 is supplied into the common rail 42 by the fuel pump 43, and the fuel supplied into the common rail 42 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 41.

コントローラである電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０は、周知のデジタルコンピュータからなり、双方向性バスによって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポートおよび出力ポートを具備する。 An electronic control unit (ECU) 50, which is a controller, is composed of a well-known digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus, a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), a CPU (microprocessor), an input port. And an output port.

アクセルペダル５１には、アクセルペダル５１の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５２が接続され、負荷センサ５２の出力電圧は、対応するＡＤ変換器を介して入力ポートに入力される。更に入力ポートには、エンジン本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５３が接続される。更に入力ポートには、上述したエアフローメータ８、Ｏ２センサ３０、及びスロットル弁１０の近傍に設置された吸気温度センサ５４が接続される。 A load sensor 52 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 51 is connected to the accelerator pedal 51, and the output voltage of the load sensor 52 is input to the input port via a corresponding AD converter. Further, a crank angle sensor 53 that generates an output pulse every time the crankshaft of the engine body 1 rotates, for example, 15 ° is connected to the input port. Further, the air flow meter 8, the O2 sensor 30, and the intake air temperature sensor 54 installed in the vicinity of the throttle valve 10 are connected to the input port.

他方、ＥＣＵ５０の出力ポートは、対応する各駆動回路を介して、スロットル弁１０、およびＥＧＲ制御弁１９の駆動用の各ステップモータに接続されている。ＥＣＵ５０の出力ポートはまた、ＶＶＴ５５を駆動するためのソレノイドバルブおよび補助アクチュエータ６５を駆動するための油圧制御弁５６に接続されている。出力ポートはさらに、対応する各駆動回路を介して燃料噴射弁３、燃料添加弁１５及び燃料ポンプ４３に接続される。これらアクチュエータ類の動作は、ＥＣＵ５０によって制御される。ＥＣＵ５０のＲＯＭには、制御のための各種プログラム及び基準値・初期値が格納されている。 On the other hand, the output port of the ECU 50 is connected to each step motor for driving the throttle valve 10 and the EGR control valve 19 via corresponding drive circuits. The output port of the ECU 50 is also connected to a solenoid valve for driving the VVT 55 and a hydraulic control valve 56 for driving the auxiliary actuator 65. The output port is further connected to the fuel injection valve 3, the fuel addition valve 15, and the fuel pump 43 through corresponding drive circuits. The operation of these actuators is controlled by the ECU 50. Various programs for control, reference values, and initial values are stored in the ROM of the ECU 50.

ＥＣＵ５０は、エアフローメータ８、負荷センサ５２、クランク角センサ５３及び吸気温度センサ５４を含む車両の状態とくにエンジンの動作状態を示すパラメータに基づいて、燃料供給指示量を算出し、指示量に応じた時間だけ燃料噴射弁３を開くべく制御信号を出力する。この制御信号に従って、燃料供給指示量に応じた量の燃料が燃料噴射弁３及び燃料添加弁１５からそれぞれ供給される。また、ＥＣＵ５０は、例えば機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅにより定まる機関運転状態に応じて、ＥＧＲ制御弁１９を開いて吸気通路にＥＧＲガスを供給する。 The ECU 50 calculates the fuel supply instruction amount based on the vehicle state including the air flow meter 8, the load sensor 52, the crank angle sensor 53, and the intake air temperature sensor 54, in particular, the engine operation state, and according to the instruction amount A control signal is output to open the fuel injection valve 3 only for the time. In accordance with this control signal, an amount of fuel corresponding to the fuel supply instruction amount is supplied from the fuel injection valve 3 and the fuel addition valve 15, respectively. Further, the ECU 50 opens the EGR control valve 19 and supplies the EGR gas to the intake passage according to the engine operating state determined by the engine load factor KL and the engine speed Ne, for example.

また、ＥＣＵ５０は、排気昇温装置４０を制御して、燃料の供給及び着火を行い、これにより前処理触媒１４を昇温させる。ＥＣＵ５０は、エアフローメータ８、負荷センサ５２、クランク角センサ５３及び吸気温度センサ５４を含む車両の状態とくにエンジンの動作状態を示すパラメータに基づいて、燃料供給指示量を算出し、指示量に応じた時間だけ燃料添加弁１５を開くべく制御信号を出力する。燃料添加弁１５から供給された燃料の一部は、グロープラグ１６により着火され、これによって排気が昇温される。また供給された燃料の他の部分は、前処理触媒１４に供給され、触媒物質の反応による昇温及び燃料の改質が行われる。なお、ＥＣＵ５０は必要に応じて、前処理触媒１４の必要量よりも多くの燃料を噴射することで、排気浄化触媒１３に対する燃料の供給を行い、これにより、堆積した粒子状物質（ＰＭ）の酸化及び燃焼、並びに排気浄化触媒１３がＮＯｘ吸蔵還元触媒である場合には、排気浄化触媒１３に対するＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒回復処理を実施することも可能である。 Further, the ECU 50 controls the exhaust temperature raising device 40 to supply and ignite fuel, thereby raising the temperature of the pretreatment catalyst 14. The ECU 50 calculates the fuel supply instruction amount based on the vehicle state including the air flow meter 8, the load sensor 52, the crank angle sensor 53, and the intake air temperature sensor 54, in particular, the engine operation state, and according to the instruction amount A control signal is output to open the fuel addition valve 15 for the time. Part of the fuel supplied from the fuel addition valve 15 is ignited by the glow plug 16, thereby raising the temperature of the exhaust. Further, the other part of the supplied fuel is supplied to the pretreatment catalyst 14, and the temperature is raised and the fuel is reformed by the reaction of the catalyst material. The ECU 50 supplies fuel to the exhaust purification catalyst 13 by injecting more fuel than the necessary amount of the pretreatment catalyst 14 as necessary, whereby the accumulated particulate matter (PM) is accumulated. When the oxidation and combustion and the exhaust purification catalyst 13 are NOx occlusion reduction catalysts, it is also possible to perform NOx reduction processing and SOx poisoning recovery processing on the exhaust purification catalyst 13.

以上のとおり構成された第１実施形態の動作について説明する。図６に示される処理ルーチンは、エンジン本体１が動作している間にわたって所定時間ごとに繰返し実行される。まずＥＣＵ５０は、Ｏ２センサ３０によって検出された酸素濃度の現在値を読み込む（Ｓ１０）。次にＥＣＵ５０は、酸素濃度が所定の基準値以上であるかを判断する(Ｓ２０）。肯定すなわち酸素濃度が基準値以上である場合には、排気弁６１の圧縮行程開弁（図５における楕円ａで囲まれた時刻ｔ４−ｔ５の領域）は行われず、通常の運転が行われる(Ｓ３０）。 The operation of the first embodiment configured as described above will be described. The processing routine shown in FIG. 6 is repeatedly executed at predetermined time intervals while the engine body 1 is operating. First, the ECU 50 reads the current value of the oxygen concentration detected by the O2 sensor 30 (S10). Next, the ECU 50 determines whether the oxygen concentration is equal to or higher than a predetermined reference value (S20). If the determination is affirmative, that is, if the oxygen concentration is greater than or equal to the reference value, the compression stroke valve opening of the exhaust valve 61 (region of time t4-t5 surrounded by an ellipse a in FIG. 5) is not performed, and normal operation is performed ( S30).

ステップＳ２０で否定、すなわち酸素濃度が所定の基準値より低い場合には、排気弁６１の圧縮行程開弁（図５における時刻ｔ４−ｔ５の領域）が行われる(Ｓ４０）。この場合にはＥＣＵ５０によって油圧制御弁５６が開かれ、補助アクチュエータ６５の可動子が時刻ｔ４−ｔ５にわたって突出し、これによって排気弁６１が開かれることになる。なお、圧縮行程開弁が行われた燃焼サイクルでは、燃料噴射弁３からの燃料供給を休止するのが好適である。 If the determination in step S20 is negative, that is, if the oxygen concentration is lower than the predetermined reference value, the compression valve is opened (the region at time t4-t5 in FIG. 5) of the exhaust valve 61 (S40). In this case, the hydraulic control valve 56 is opened by the ECU 50, and the mover of the auxiliary actuator 65 protrudes over time t4-t5, whereby the exhaust valve 61 is opened. In the combustion cycle in which the compression stroke valve is opened, it is preferable to stop the fuel supply from the fuel injection valve 3.

以上の処理の結果、本実施形態では、グロープラグ１６の近傍の酸素濃度が所定の基準値よりも低い場合に、排気弁６１の圧縮行程開弁が行われる。その結果、グロープラグ１６の近傍の酸素濃度が、所定の基準値を上回るように上昇させられ、着火性が向上して良好な燃焼が行われることになる。 As a result of the above process, in this embodiment, when the oxygen concentration in the vicinity of the glow plug 16 is lower than a predetermined reference value, the compression stroke of the exhaust valve 61 is opened. As a result, the oxygen concentration in the vicinity of the glow plug 16 is increased so as to exceed a predetermined reference value, the ignitability is improved, and good combustion is performed.

以上のとおり、本実施形態では、エンジン本体１の排気通路に配置された燃料添加弁１５と、燃料添加弁１５から添加された燃料に着火させるグロープラグ１６と、を備えた排気装置において、エンジン本体１の燃焼室２から排出される排気の酸素濃度を制御するＥＣＵ５０を更に備え、ＥＣＵ５０は、グロープラグ１６の近傍の酸素濃度が予め定められた基準値を上回るように酸素濃度を制御する。したがって本実施形態では、排気中の酸素濃度の低下に起因する着火性の悪化を抑制することができる。また、エンジン本体１の燃焼室２から排出される排気の酸素濃度を制御するので、排気通路に二次空気を導入するための専用のエアポンプを設置する必要がない。 As described above, in the present embodiment, in the exhaust system that includes the fuel addition valve 15 disposed in the exhaust passage of the engine body 1 and the glow plug 16 that ignites the fuel added from the fuel addition valve 15, the engine The ECU 50 further includes an ECU 50 for controlling the oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 of the main body 1, and the ECU 50 controls the oxygen concentration so that the oxygen concentration in the vicinity of the glow plug 16 exceeds a predetermined reference value. Therefore, in this embodiment, deterioration of ignitability due to a decrease in oxygen concentration in the exhaust can be suppressed. Further, since the oxygen concentration of the exhaust discharged from the combustion chamber 2 of the engine body 1 is controlled, it is not necessary to install a dedicated air pump for introducing secondary air into the exhaust passage.

また本実施形態では、エンジン本体１の圧縮行程中に排気弁６１を開かせることとしたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができ、また、短時間で大量の酸素を供給することができる。 In the present embodiment, since the exhaust valve 61 is opened during the compression stroke of the engine body 1, the desired effect of the present invention can be obtained with a simple configuration, and a large amount of oxygen can be obtained in a short time. Can be supplied.

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、圧縮行程における排気弁６１の開弁を、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）５５によって実行するものである。本実施形態におけるＶＶＴ５５は、図７に示される単一のカムシャフト１６３に、カムプロファイルの異なる複数のカム１６３ａ，１６３ｂを形成して、両者を切り替えて使用するもの（いわゆるカム切り替え型）である。第１のカム１６３ａは、圧縮行程排気のための山（図５における楕円ａで囲まれた時刻ｔ４−ｔ５の領域に対応するもの）を有せず、第２のカム１６３ｂは、圧縮行程排気のための山を有する。第２実施形態の残余の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、同一符号を付してその詳細の説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the opening of the exhaust valve 61 in the compression stroke is executed by a variable valve timing mechanism (VVT) 55. The VVT 55 in this embodiment is a type in which a plurality of cams 163a and 163b having different cam profiles are formed on a single camshaft 163 shown in FIG. . The first cam 163a does not have a mountain for compression stroke exhaust (corresponding to the region at time t4-t5 surrounded by an ellipse a in FIG. 5), and the second cam 163b is compressed stroke exhaust. Have a pile for. Since the remaining configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.

以上のとおり構成された第２実施形態では、ＥＣＵ５０の制御により、Ｏ２センサ３０によって検出されるグロープラグ１６近傍の酸素濃度が基準値以上である場合には、第１のカム１６３ａが選択され、酸素濃度が基準値未満である場合には、第２のカム１６３ｂが選択される。その結果、第２のカム１６３ｂが選択された場合には、図５の時刻ｔ４−ｔ５間で排気弁６１が開弁される。この態様によれば、上述した第１実施形態における補助アクチュエータ６５を設ける必要がないという利点がある。 In the second embodiment configured as described above, the first cam 163a is selected when the oxygen concentration in the vicinity of the glow plug 16 detected by the O2 sensor 30 is equal to or higher than a reference value under the control of the ECU 50. When the oxygen concentration is less than the reference value, the second cam 163b is selected. As a result, when the second cam 163b is selected, the exhaust valve 61 is opened between times t4 and t5 in FIG. According to this aspect, there is an advantage that it is not necessary to provide the auxiliary actuator 65 in the first embodiment described above.

次に、本発明の第３実施形態について説明する。図８及び図９において、第３実施形態の排気装置におけるエンジン本体は、小型の空気供給用排気弁７３を備えたものである。空気供給用排気弁７３は、走行用の排気弁７１とは別途に設けられたポペット弁であり、燃焼室２と排気ポート７２とを選択的に連通することができる。空気供給用排気弁７３は、ピストン７４が上死点にある場合に開弁（燃焼室内に突出）してもピストンヘッドに干渉しないように、走行用の排気弁７１よりも小型に構成され、且つその開弁時（突出時）に傘部７５がピストンリセス７６内に収まるように寸法が定められている。空気供給用排気弁７３は、ソレノイドによって駆動され、当該ソレノイドはＥＣＵ５０によって制御される。第３実施形態の残余の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、同一符号を付してその詳細の説明を省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. 8 and 9, the engine body in the exhaust device of the third embodiment is provided with a small air supply exhaust valve 73. The air supply exhaust valve 73 is a poppet valve provided separately from the travel exhaust valve 71, and can selectively communicate the combustion chamber 2 and the exhaust port 72. The air supply exhaust valve 73 is configured to be smaller than the travel exhaust valve 71 so that it does not interfere with the piston head even if the piston 74 is open at the top dead center (projects into the combustion chamber). In addition, the dimension is determined so that the umbrella portion 75 is accommodated in the piston recess 76 when the valve is opened (when protruding). The air supply exhaust valve 73 is driven by a solenoid, and the solenoid is controlled by the ECU 50. Since the remaining configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.

以上のとおり構成された第３実施形態では、ＥＣＵ５０は、Ｏ２センサ３０によって検出されるグロープラグ１６の近傍の酸素濃度が所定値以下のときに、空気供給用排気弁７３を開くことによって、吸気弁７７と排気弁７１，７３とが共に開かれている期間すなわち吸排気弁のオーバーラップ量を増大させ、これによってグロープラグ１６に供給される空気量を増大させる。 In the third embodiment configured as described above, the ECU 50 opens the air supply exhaust valve 73 when the oxygen concentration in the vicinity of the glow plug 16 detected by the O2 sensor 30 is equal to or lower than a predetermined value, thereby While the valve 77 and the exhaust valves 71 and 73 are both open, that is, the amount of overlap between the intake and exhaust valves is increased, thereby increasing the amount of air supplied to the glow plug 16.

この態様によれば、ピストン７４の位置による機械的制約を考慮することなく任意のタイミングで排気弁７３を開弁できるので、空気供給タイミングの自由度を一層高めることができる。なお、空気供給用排気弁７３は、例えばエンジン本体１の圧縮行程中の所定のタイミング（例えば図５における楕円ａで囲まれた時刻ｔ４−ｔ５の領域）に開かせることによって、圧縮行程排気のために用いてもよい。 According to this aspect, since the exhaust valve 73 can be opened at an arbitrary timing without considering the mechanical restriction due to the position of the piston 74, the degree of freedom of the air supply timing can be further increased. The air supply exhaust valve 73 is opened at, for example, a predetermined timing during the compression stroke of the engine body 1 (for example, a region at time t4-t5 surrounded by an ellipse a in FIG. 5), thereby reducing the compression stroke exhaust. May be used for

以上、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、クレームされた発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。 While the invention has been described with a certain degree of particularity, it should be understood that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the claimed invention. The means for solving the problems in the present invention can be used in combination as much as possible.

例えば、上記実施形態では動弁機構をロッカーアーム式としたが、動弁機構はロッカーアームを有しない直打式でも良く、またソレノイド式でもよい。また本発明は、ターボチャージャを有しない自然吸気式の内燃機関に適用できる。また本発明はハイブリッド車に適用することも可能である。 For example, in the above embodiment, the valve mechanism is a rocker arm type, but the valve mechanism may be a direct hit type without a rocker arm or a solenoid type. The present invention can also be applied to a naturally aspirated internal combustion engine that does not have a turbocharger. The present invention can also be applied to a hybrid vehicle.

１エンジン本体
２燃焼室
７ターボチャージャ
１２排気管
１３排気浄化触媒
１４前処理触媒
１７燃料添加弁
４０排気昇温装置
５０ＥＣＵ
６１排気弁
６５補助アクチュエータ
７３空気供給用排気弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 2 Combustion chamber 7 Turbocharger 12 Exhaust pipe 13 Exhaust purification catalyst 14 Pretreatment catalyst 17 Fuel addition valve 40 Exhaust temperature raising device 50 ECU
61 Exhaust valve 65 Auxiliary actuator 73 Exhaust valve for air supply

Claims

In an exhaust system for an internal combustion engine, comprising: a fuel addition valve disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine; and an ignition device for igniting fuel added from the fuel addition valve.
Oxygen concentration control means for controlling the oxygen concentration of the exhaust discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine,
The exhaust system for an internal combustion engine, wherein the oxygen concentration control means controls the oxygen concentration so that an oxygen concentration in the vicinity of the ignition device exceeds a predetermined reference value.

An exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1,
The oxygen concentration control means includes an exhaust valve control means for controlling an exhaust valve of the internal combustion engine,
The exhaust apparatus for an internal combustion engine, wherein the exhaust valve control means opens the exhaust valve during a compression stroke of the internal combustion engine.

An exhaust system for an internal combustion engine according to claim 2,
The exhaust system for an internal combustion engine, wherein the exhaust valve control means includes a variable valve timing mechanism for controlling a valve opening timing of the exhaust valve.

A control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The internal combustion engine further includes an air supply exhaust valve that is provided separately from a travel intake valve and selectively communicates a combustion chamber of the internal combustion engine and an exhaust passage;
The exhaust system for an internal combustion engine, wherein the oxygen concentration control means controls the oxygen concentration by controlling the air supply exhaust valve.