JP4650325B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
燃焼室に開口する2つの排気バルブ口にそれぞれ排気通路が接続され、これら2つの排気通路内を流通する排気の流量に差異を生起させ、この排気流量の差異によって2つの排気通路が合流する合流部の排気流れに乱れを生じさせる排出ガス浄化装置が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2〜5が存在する。
An exhaust passage is connected to each of the two exhaust valve openings opened in the combustion chamber, and a difference is caused in the flow rate of the exhaust gas flowing through the two exhaust passages. There is known an exhaust gas purifying device that causes a disturbance in the exhaust flow of a part (see Patent Document 1). In addition,
従来の装置では、合流部においては排気が攪拌されるが、合流部以降の排気通路までこの攪拌による排気の乱れが維持され難い。そのため、合流部以降の排気通路に排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁が設けられている場合は、この燃料添加弁から添加された燃料が蒸発、分散せずに排気浄化触媒などの排気浄化手段に到達するおそれがある。 In the conventional apparatus, the exhaust gas is agitated in the merge portion, but it is difficult to maintain the disturbance of the exhaust gas due to the agitation to the exhaust passage after the merge portion. Therefore, when a fuel addition valve for adding fuel to the exhaust passage is provided in the exhaust passage after the junction, the fuel added from the fuel addition valve does not evaporate and disperse, and the exhaust gas such as the exhaust purification catalyst is exhausted. There is a risk of reaching the purification means.
そこで、本発明は、排気通路に添加された燃料の蒸発、分散を促進させることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine capable of promoting the evaporation and dispersion of the fuel added to the exhaust passage.
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、一つのシリンダに接続されるとともに合流部にて合流する二つの分岐通路を有する排気通路を備えた内燃機関に適用され、前記合流部よりも下流の排気通路に配置される排気浄化手段と、前記合流部よりも下流かつ前記排気浄化手段よりも上流の排気通路に燃料を添加する燃料添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記合流部では前記二つの分岐通路のうちの一方の分岐通路が、前記一方の分岐通路から流入する排気によって前記合流部よりも下流の排気通路内にて排気流れを旋回させて旋回流が形成されるように他方の分岐通路に接続されていることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to an internal combustion engine having an exhaust passage that is connected to one cylinder and has two branch passages that join at a joining portion, and the exhaust gas downstream from the joining portion. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: an exhaust gas purification unit disposed in a passage; and a fuel addition unit that adds fuel to an exhaust gas passage downstream from the merging portion and upstream from the exhaust gas purification unit. In the section, one of the two branch passages swirls the exhaust flow in the exhaust passage downstream of the joining portion by the exhaust gas flowing in from the one branch passage to form a swirling flow As described above, the above-described problem is solved by being connected to the other branch passage.
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、合流部よりも下流の排気通路内に旋回流(以下、スワール流と記述することもある。)が形成されるので、このスワール流によって添加された燃料と排気とを攪拌して燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, a swirl flow (hereinafter sometimes referred to as a swirl flow) is formed in the exhaust passage downstream from the joining portion, and is added by this swirl flow. The fuel and the exhaust gas can be agitated to promote the evaporation and dispersion of the fuel.
本発明の排気浄化装置の一形態において、前記一方の分岐通路は、前記合流部において前記他方の分岐通路の流れ方向を横断する断面の接線方向に前記一方の分岐通路から排気が流入するように前記他方の分岐通路に接続されていてもよい(請求項2)。このように接続することで、一方の分岐通路から他方の分岐通路に流入する排気によって他方の分岐通路内にスワール流を形成することができる。そのため、合流部以降の排気通路にスワール流を形成することができる。 In one form of the exhaust emission control device of the present invention, the one branch passage is configured such that exhaust flows from the one branch passage in a tangential direction of a cross section that crosses the flow direction of the other branch passage at the junction. It may be connected to the other branch passage (claim 2). By connecting in this way, a swirl flow can be formed in the other branch passage by the exhaust gas flowing from one branch passage into the other branch passage. Therefore, a swirl flow can be formed in the exhaust passage after the junction.
本発明の排気浄化装置の一形態においては、前記他方の分岐通路に設けられ、前記他方の分岐通路を流通する排気の流量を調整する流量調整弁と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記流量調整弁の動作を制御する動作制御手段と、を備えていてもよい(請求項3)。流量調整弁を閉じて他方の分岐通路を流通する排気の流量を減少させると、一方の分岐通路から排出される排気が増加するため、排気通路に強い旋回流を形成することができる。一方、流量調整弁を開けた場合は、他方の分岐通路からも排気が排出されるので、内燃機関のポンプ損失(ポンピングロス)を抑制することができる。この形態によれば、内燃機関の運転状態に応じて他方の分岐通路を流通する排気の流量が調整されるので、内燃機関のポンプ損失を抑制しつつ、排気通路に添加された燃料の蒸発及び分散が促進されるように適切に旋回流を形成することができる。 In one form of the exhaust emission control device of the present invention, a flow rate adjusting valve that is provided in the other branch passage and adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the other branch passage, and according to the operating state of the internal combustion engine, And an operation control means for controlling the operation of the flow rate adjusting valve (claim 3). When the flow rate adjustment valve is closed and the flow rate of the exhaust gas flowing through the other branch passage is reduced, the exhaust gas discharged from one branch passage increases, so that a strong swirl flow can be formed in the exhaust passage. On the other hand, when the flow rate adjusting valve is opened, exhaust gas is also discharged from the other branch passage, so that pump loss (pumping loss) of the internal combustion engine can be suppressed. According to this aspect, since the flow rate of the exhaust gas flowing through the other branch passage is adjusted according to the operating state of the internal combustion engine, the evaporation of the fuel added to the exhaust passage and the pump loss of the internal combustion engine can be suppressed. A swirl flow can be appropriately formed so as to promote dispersion.
本発明の排気浄化装置の一形態において、前記動作制御手段は、前記燃料添加手段による燃料の添加時に前記他方の分岐通路を流通する排気の流量が減少するように前記流量調整弁の動作を制御してもよい(請求項4)。このように燃料の添加時に強い旋回流が形成されるように流量調整弁を制御することで、添加された燃料を速やかに蒸発、分散させることができる。 In one form of the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the operation control means controls the operation of the flow rate adjusting valve so that the flow rate of the exhaust gas flowing through the other branch passage decreases when the fuel addition means adds fuel. (Claim 4). Thus, by controlling the flow rate adjusting valve so that a strong swirl flow is formed when fuel is added, the added fuel can be quickly evaporated and dispersed.
本発明の排気浄化装置の一形態においては、排気の温度を取得する排気温度取得手段と、排気の流量を取得する排気流量取得手段と、をさらに備え、前記動作制御手段は、前記排気温度取得手段が取得した排気温度又は前記排気流量取得手段が取得した排気流量の少なくとも一方に基づいて前記流量調整弁の動作を制御してもよい(請求項5)。排気通路に添加された燃料の蒸発及び分散は、排気温度及び排気流量の影響を受ける。そのため、排気温度又は排気流量の少なくとも一方に基づいて流量調整弁を制御することで、内燃機関のポンプ損失を抑えつつ、燃料の蒸発及び分散をさらに促進させることができる。 In one form of the exhaust emission control device of the present invention, the exhaust purification device further comprises exhaust temperature acquisition means for acquiring the temperature of exhaust gas, and exhaust gas flow rate acquisition means for acquiring the flow rate of exhaust gas, wherein the operation control means acquires the exhaust gas temperature. The operation of the flow rate adjusting valve may be controlled based on at least one of the exhaust temperature acquired by the means or the exhaust flow rate acquired by the exhaust flow rate acquiring means. The evaporation and dispersion of the fuel added to the exhaust passage are affected by the exhaust temperature and the exhaust flow rate. Therefore, by controlling the flow rate adjustment valve based on at least one of the exhaust temperature and the exhaust flow rate, fuel evaporation and dispersion can be further promoted while suppressing pump loss of the internal combustion engine.
この形態において、前記動作制御手段は、前記排気温度取得手段が取得した排気温度が高いほど、又は前記排気流量取得手段が取得した排気流量が多いほど、前記他方の分岐通路を流通する排気の流量が増加するように前記流量調整弁の動作を制御してもよい(請求項6)。排気温度が高い場合、流量調整弁を閉じて強い旋回流を形成しなくても雰囲気温度が高いため、添加された燃料の蒸発が促進される。排気流量が多い場合は、一方の分岐通路から他方の分岐通路に流入する排気流量が増加するので、流量調整弁を閉じなくても合流部以降の排気通路に強い旋回流が形成される。そこで、このような場合は流量調整弁を開けてポンプ損失を抑制する。 In this embodiment, the flow rate of the exhaust gas flowing through the other branch passage increases as the exhaust gas temperature acquired by the exhaust gas temperature acquisition unit increases or the exhaust gas flow rate acquired by the exhaust gas flow rate acquisition unit increases. The operation of the flow rate adjusting valve may be controlled such that the flow rate increases. When the exhaust gas temperature is high, the atmosphere temperature is high without closing the flow rate adjusting valve and forming a strong swirling flow, so that evaporation of the added fuel is promoted. When the exhaust gas flow rate is large, the exhaust gas flow rate flowing from one branch passage into the other branch passage increases, so that a strong swirling flow is formed in the exhaust passage after the merging portion without closing the flow rate adjusting valve. Therefore, in such a case, the flow rate adjustment valve is opened to suppress pump loss.
本発明の排気浄化装置の一形態においては、前記燃料添加手段から前記排気通路に添加される燃料の蒸発のし易さを取得する蒸発性取得手段を備え、前記動作制御手段は、前記蒸発性取得手段が取得した燃料の蒸発のし易さに応じて前記流量調整弁の動作を制御してもよい(請求項7)。このように、燃料の蒸発のし易さ(以下、蒸発性と呼称する。)に応じて流量調整弁の動作を制御することで、燃料を適切に蒸発させつつポンプ損失を抑えることができる。なお以降、本発明では、蒸発し易いことを蒸発性が良いと記述し、蒸発し難いことを蒸発性が悪いと記述する。 In one form of the exhaust emission control device of the present invention, the exhaust gas purification device includes evaporability acquisition means for acquiring easiness of evaporation of fuel added to the exhaust passage from the fuel addition means, and the operation control means includes the evaporability The operation of the flow rate adjusting valve may be controlled in accordance with the easiness of evaporation of the fuel acquired by the acquiring means. In this way, by controlling the operation of the flow rate adjustment valve according to the ease of fuel evaporation (hereinafter referred to as evaporability), it is possible to suppress pump loss while properly evaporating the fuel. Hereinafter, in the present invention, it is described that evaporability is easy and that evaporability is good, and that evaporation is difficult is described as poor evaporability.
この形態において、前記動作制御手段は、前記燃料添加手段から添加される燃料が蒸発し難いほど、前記他方の分岐通路を流通する排気の流量が減少するように前記流量調整弁の動作を制御してもよい(請求項8)。この形態によれば、燃料の蒸発性が悪い、即ち燃料が蒸発し難い場合、他方の分岐通路を流通する排気の流量を減少させるので、排気通路内に強い旋回流が形成されて燃料の蒸発及び分散が促進される。一方、燃料の蒸発性が良い、即ち燃料が蒸発し易い場合は他方の分岐通路を流通する排気の流量を増加させるので、燃料を適切に蒸発及び分散させつつ内燃機関のポンプ損失を抑えることができる。 In this embodiment, the operation control means controls the operation of the flow rate adjusting valve so that the flow rate of the exhaust gas flowing through the other branch passage decreases as the fuel added from the fuel addition means hardly evaporates. (Claim 8). According to this aspect, when the fuel evaporability is poor, that is, when it is difficult for the fuel to evaporate, the flow rate of the exhaust gas flowing through the other branch passage is reduced, so that a strong swirling flow is formed in the exhaust passage and the fuel evaporates. And dispersion is promoted. On the other hand, when the fuel evaporability is good, that is, when the fuel is likely to evaporate, the flow rate of the exhaust gas flowing through the other branch passage is increased. it can.
本発明の排気浄化装置の一形態において、前記シリンダに対して分岐通路を開閉すべく前記二つの分岐通路にそれぞれ設けられる排気弁と、これら排気弁をそれぞれ独立に開閉動作させることが可能な可変動弁機構と、前記燃料添加手段による燃料の添加時に、前記他方の分岐通路を開閉する排気弁によって前記シリンダに対して前記他方の分岐通路が閉じられるように前記可変動弁機構の動作を制御する動作制御手段と、を備えていてもよい(請求項9)。この形態によれば、燃料の添加時に他方の分岐通路から排気が排出されないので、一方の分岐通路から排出される排気の流量を増加させることができる。そのため、一方の分岐通路から排出される排気によって排気通路内に強い旋回流を形成し、添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。また、この形態では、排気弁によって他方の分岐通路を流通する排気の流量を調整するので、他方の分岐通路内に弁などを設ける必要がない。そのため、内燃機関のポンプ損失を抑えることができる。 In one form of the exhaust emission control device of the present invention, an exhaust valve provided in each of the two branch passages to open and close the branch passage with respect to the cylinder, and the exhaust valves can be independently opened and closed. The variable valve mechanism and the variable valve mechanism are controlled so that the other branch passage is closed with respect to the cylinder by an exhaust valve that opens and closes the other branch passage when fuel is added by the fuel addition means. And an operation control means for performing the operation (claim 9). According to this aspect, since the exhaust gas is not discharged from the other branch passage when the fuel is added, the flow rate of the exhaust gas discharged from the one branch passage can be increased. Therefore, a strong swirl flow can be formed in the exhaust passage by the exhaust discharged from one branch passage, and evaporation and dispersion of the added fuel can be promoted. Further, in this embodiment, since the flow rate of the exhaust gas flowing through the other branch passage is adjusted by the exhaust valve, it is not necessary to provide a valve or the like in the other branch passage. Therefore, the pump loss of the internal combustion engine can be suppressed.
以上に説明したように、本発明によれば、合流部よりも下流の排気通路にスワール流が形成されるので、このスワール流によって排気通路に添加された燃料の蒸発及び分散が促進される。そのため、十分にガス化及び拡散化された燃料を排気浄化手段に供給して排気エミッションを改善することができる。また、スワール流の強さを調整すべく他方の分岐通路に設けられた流量調整弁の動作を、排気温度、排気流量、又は燃料の蒸発性に応じて制御することで、内燃機関のポンプ損失を抑制しつつ排気通路に添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。 As described above, according to the present invention, since the swirl flow is formed in the exhaust passage downstream of the joining portion, the evaporation and dispersion of the fuel added to the exhaust passage are promoted by the swirl flow. Therefore, exhaust gas emission can be improved by supplying sufficiently gasified and diffused fuel to the exhaust gas purification means. Also, by controlling the operation of the flow rate adjusting valve provided in the other branch passage in order to adjust the strength of the swirl flow according to the exhaust temperature, the exhaust flow rate, or the fuel evaporability, the pump loss of the internal combustion engine It is possible to promote the evaporation and dispersion of the fuel added to the exhaust passage while suppressing the above.
[第1の形態]
図1及び図2は、本発明の排気浄化装置が組み込まれた内燃機関としてのディーゼルエンジン(以下、エンジンと略称する。)の一形態を示している。エンジン1は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、複数(図1では1つのみを示す。)のシリンダ2が形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上部に取り付けられ、一つのシリンダ2に対して吸気ポート4及び排気ポート5がそれぞれ2つずつ(図2参照)形成されるシリンダヘッド6とを備えている。シリンダブロック3には、クランクシャフト7が回転可能に支持されている。各シリンダ2内に往復動可能なようにそれぞれ挿入されたピストン8とクランクシャフト7とはコンロッド9を介して連結されており、各ピストン8の往復運動はクランクシャフト7に回転運動として伝達される。シリンダヘッド6には、吸気ポート4に対応した位置に吸気管10が、排気ポート5に対応した位置に排気管11がそれぞれ設けられる。このように吸気管10及び排気管11を設けることで、吸気管10及び吸気ポート4によって吸気通路12が形成され、排気ポート5及び排気管11によって排気通路13が形成される。吸気通路12には、エンジン1の吸入空気量に対応した信号を出力する吸入空気量センサ14が設けられる。排気通路13には、排気浄化手段として吸蔵還元型NOx触媒(以下、NOx触媒と略称する。)15、排気の温度に対応した信号を出力する排気温度取得手段としての排気温センサ16、及び排気の空燃比(A/F)に対応した信号を出力するA/Fセンサ17、18が設けられる。また、NOx触媒15よりも上流、かつ合流部20(図2(a)参照)よりも下流の排気通路13には、燃料添加手段として燃料添加弁19が設けられる。
[First embodiment]
1 and 2 show an embodiment of a diesel engine (hereinafter abbreviated as an engine) as an internal combustion engine in which the exhaust emission control device of the present invention is incorporated. The
図2は、エンジン1の排気ポート5の拡大図である。なお、図2(a)は排気ポート5の平面図を示し、図2(b)は図2(a)のIIb−IIb線における排気ポート5の断面図を示している。また、図2(a)、(b)の矢印A、矢印B、及び矢印Sはそれぞれ排気の流れを示している。図2(a)に示したように、2つの排気ポート5は、一方の排気ポート(以下、スワール側排気ポートと呼称する。)5aから他方の排気ポート(以下、ストレート側排気ポートと呼称する。)5bに排気が流入するように合流部20にて合流している。このように一つのシリンダ2に接続されるとともに合流部20にて合流することで、これら排気ポート5a、5bが本発明の分岐通路に相当する。図2(b)に示したように、スワール側排気ポート5aは、合流部20においてストレート側排気ポート5bの流れ方向(図2(a)の矢印Bの方向)を横断する断面の接線方向にスワール側排気ポート5aから排気が流入するように、ストレート側排気ポート5bに接続されている。このように2つの排気ポート5を接続することで、スワール側排気ポート5aから流入する排気(図2の矢印A)によって合流部20よりも下流の排気通路13に、図2(a)及び図2(b)に矢印Sで示したスワール流(旋回流)を形成することができる。
FIG. 2 is an enlarged view of the
図1に戻って説明を続ける。シリンダヘッド6には、各シリンダ2に形成された燃焼室21に臨むようにインジェクタ22がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド6には、燃焼室21と吸気ポート4及び排気ポート5との間をそれぞれ開閉する吸気弁23及び排気弁24が各吸気ポート4及び各排気ポート5にそれぞれ設けられている。これら吸気弁23及び排気弁24は、動弁機構25によって開閉動作される。なお、これらの構成及び動作は周知のエンジンと同様でよいため、詳細な説明は省略する。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The cylinder head 6 is provided with an
NOx触媒15は、排気空燃比がリーンのときはNOxを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチのときは吸蔵していたNOxを放出し、窒素(N2)に還元する性質を有している。NOx触媒15に吸蔵可能なNOx量には上限があるため、吸蔵されているNOx量がこの上限に達しないようにNOx触媒15からNOxを放出させてN2に還元させるNOx還元を所定の間隔で行い、NOx触媒15の排気浄化性能を高い状態に維持する。また、NOx触媒15は、排気中に含まれる硫黄酸化物(SOx)により被毒される。そのため、NOx触媒15をNOx触媒15から硫黄(S)が放出される温度域に昇温させるとともに排気の空燃比を理論空燃比又はリッチしてS被毒を回復させ、NOx触媒15の機能を再生させるS再生を行う。燃料添加弁19は、排気通路13に燃料を添加することで、NOx還元及びS再生を実行するときに必要な還元雰囲気を生成する。なお、以降、NOx還元とS再生とをまとめて機能再生処理と記述することもある。
The
燃料添加弁19の動作はエンジンコントロールユニット(ECU)30によって制御されている。ECU30は、エンジン1の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ECU30は、例えばNOx触媒15に対して所定の間隔でNOx還元が実施されるように燃料添加弁19の動作を制御する。この他、ECU30はエンジン1の運転状態が適切に制御されるように例えばエンジン1に対する燃料噴射等を制御する。なお、ECU30には、これらの制御において参照されるべき各種の物理量又は状態量の検出手段として、吸入空気量センサ14、排気温センサ16、A/Fセンサ17、18、クランクシャフト7の位相(クランク角)に対応した信号を出力するクランク角センサ31、及びエンジン1の冷却水温に対応した信号を出力する水温センサ32などが接続される。
The operation of the
この形態では、合流部20よりも下流の排気通路13にスワール流を形成することができるので、このスワール流によって燃料添加弁19から排気通路13に添加された燃料の蒸発及び分散を促進させ、NOx触媒15に十分にガス化させた燃料を供給することができる。そのため、NOx触媒15の機能再生処理を適切に実施し、NOx触媒15の排気浄化性能を高い状態に維持することができる。また、NOx触媒15の端面への燃料の付着が抑制できるので、NOx触媒15の端面の詰りを抑制することができる。
In this embodiment, since a swirl flow can be formed in the
[第2の形態]
図3及び図4を参照して本発明の第2の形態を説明する。図3は、本発明の第2の形態に係る排気浄化装置が組み込まれたエンジン1の要部を示している。図3(a)は、エンジン1の排気ポート5の平面図を、図3(b)は図3(a)のIIIb−IIIb線における排気ポート5の断面図をそれぞれ示している。図3(a)に示したように、この形態ではストレート側排気ポート5bに、この排気ポート5bを流通する排気の流量を調整する流量調整弁としての排気スワールコントロールバルブ(以下、排気SCVと略称する。)40が設けられている点が第1の形態と異なる。その他の部品は第1の形態と同じである。従って、図3において上述した第1の形態と共通する部分には、同一の参照符号を付し、それらの説明は省略する。
[Second form]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a main part of the
排気SCV40を閉じた場合、ストレート側排気ポート5bから排出される排気の流量を減少させるとともにスワール側排気ポート5aから排出される排気の流量を増加させることができるので、スワール側排気ポート5aから流入する排気によって排気通路13内に強いスワール流を形成することができる。即ち、排気SCV40を開閉することで、排気通路13内に形成されるスワール流の強さを制御することができる。
When the
排気SCV40は、ECU30が図4の排気SCV動作制御ルーチンをエンジン1の運転中に所定の周期で実行することによって制御される。図4の制御ルーチンにおいてECU30は、まずステップS11でエンジン1の回転数、インジェクタ22から燃焼室21に噴射される燃料の噴射量、エンジン1の冷却水温などを取得し、これらの情報を参照してエンジン1の運転状態を取得する。なお、これらの情報は、例えばクランク角センサ31、水温センサ32の出力信号などを参照して取得する。次のステップS12においてECU30は、取得したエンジン1の運転状態を参照して排気通路13への燃料の添加が要求されているか否か判断する。燃料の添加は、例えばNOx触媒15の機能再生処理を実施する場合に要求されていると判断する。ECU30はこの制御ルーチンとは別のルーチン(不図示)においてインジェクタ15から噴射された燃料量及び吸入空気量などを参照してNOx触媒15に吸蔵されたNOx量の積算値を推算している。そして、この積算値が所定の許容上限値を超えたと判断した場合にNOx触媒15のNOx還元を実施する。また、ECU30は、インジェクタ22からの燃料噴射量などを参照してNOx触媒15に被毒したS量の積算値も推算しており、このS量の積算値が所定の許容量以上であると判断した場合にS再生を実施する。
The
排気通路13への燃料添加が要求されていると判断した場合はステップS13に進み、ECU30は排気SCV40を閉じる。続くステップS14においてECU30は、排気通路13への燃料の添加が終了したか否か判断する。燃料の添加が終了したか否かは、例えば燃料添加弁19から排気通路13に添加された燃料量の積算値で判断する。ECU30は、この燃料量の積算値がNOx触媒15の機能再生処理を実施するために必要な燃料量を超えた場合に排気通路13への燃料の添加が終了したと判断する。
If it is determined that fuel addition to the
排気通路13への燃料添加が終了したと判断した場合、又はステップS12にて排気通路13への燃料添加が要求されていないと判断した場合はステップS15に進み、ECU30は排気SCV40を開ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、排気通路13への燃料添加が終了していないと判断した場合はステップS16に進み、ECU30は排気SCV40を閉じる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
If it is determined that the fuel addition to the
以上の形態によれば、排気通路13への燃料添加時に排気SCV40が閉じられるので、シリンダ2から排出される排気の流量が少ない場合でも排気通路13内に強いスワール流を形成し、添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。そのため、より確実に燃料をガス化させてNOx触媒15に供給することができる。また、燃料添加時以外の時期は、排気SCV40が開いているので、スワール側排気ポート5a及びストレート側排気ポート5bの両方から排気が排出される。そのため、エンジン1のポンプ損失を抑制することができる。なお、図4の制御ルーチンを実行して排気SCV40の動作を制御することで、ECU30は本発明の動作制御手段として機能する。
According to the above embodiment, since the
図5は、排気SCV動作制御ルーチンの変形例を示している。なお、図5において図4と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図5の制御ルーチンはエンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
FIG. 5 shows a modification of the exhaust SCV operation control routine. In FIG. 5, the same processes as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The control routine of FIG. 5 is repeatedly executed at a predetermined cycle during operation of the
図5の制御ルーチンにおいてECU30は、まずステップS11でエンジン1の運転状態を取得し、続くステップS21でエンジン1から排出される排気の温度及び排気の流量を取得する。排気温度は、例えば排気温センサ16の出力信号を参照して取得する。排気流量は、例えば吸気量センサ14の出力信号に基づいて推定することができる。このように排気流量を推定することで、ECU30は本発明の排気流量取得手段として機能する。次のステップS22においてECU30は、エンジン1の排気温度及び排気流量に基づいて排気SCV40の目標開度(以下、目標SCV開度と略称する。)AngSCV_trgを算出する。目標SCV開度AngSCV_trgは、例えばECU30に設けられたROMにエンジン1の排気温度及び排気流量と目標SCV開度AngSCV_trgとを対応付けたマップを予め記憶させ、このマップを利用して特定してもよい。図6は、排気温度及び排気流量と目標SCV開度AngSCV_trgとを対応付けたマップの一例を示している。なお、図6のマップにおいて0〜1の数値は、排気SCV40の開度を示している。また、このマップでは0が全開を、1が全閉をそれぞれ示している。図6に示したようにこのマップでは、排気温度が高いほど、また排気流量が多いほど、目標SCV開度AngSCV_trgに小さい値が設定される。即ち、排気温度が高いほど、また排気流量が多いほど、排気SCV40が開けられ、ストレート側排気ポート5bを流通する排気の流量が増加する。
In the control routine of FIG. 5, the
ステップS12においてECU30は、排気通路13への燃料の添加が要求されているか否か判断する。燃料の添加が要求されていると判断した場合はステップS23に進み、ECU30は排気SCV40の開度AngSCVを、算出した目標SCV開度AngSCV_trgに調整する。続くステップS14においてECU30は、排気通路13への燃料の添加が終了したか否か判断する。
In step S12, the
排気通路13への燃料添加が終了したと判断した場合、又はステップS12にて排気通路13への燃料添加が要求されていないと判断した場合はステップS24に進み、ECU30は排気SCV40を全開にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、排気通路13への燃料添加が終了していないと判断した場合はステップS25に進み、ECU30は排気SCV40の開度AngSCVを目標SCV開度AngSCV_trgに維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
If it is determined that the fuel addition to the
排気温度が高い場合、強いスワール流を形成しなくても排気熱によって燃料の蒸発を促進させることができる。排気流量が多い場合は、ストレート側排気ポート5bから排出される流量を減少させなくてもスワール側排気ポート5aから排出される排気の流量が多いので排気SCV40を閉じなくても排気通路13に強いスワール流を形成することができる。そこで、図5の制御ルーチンでは、排気温度が高いほど又は排気流量が多いほど排気SCV40を開けてエンジン1のポンプ損失を抑制する。このように排気温度及び排気流量に基づいて排気SCV40の開度を調整することで、燃料添加時におけるポンプ損失を抑制しつつ、添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。なお、目標SCV開度AngSCV_trgの設定は、排気温度及び排気流量の両方を参照しなくてもよい。排気温度又は排気流量の一方を参照して目標SCV開度AngSCV_trgを設定してもよい。
When the exhaust temperature is high, the evaporation of fuel can be promoted by the exhaust heat without forming a strong swirl flow. When the exhaust flow rate is large, the
図7は、排気SCV動作制御ルーチンの他の変形例を示している。なお、図7において図4及び図5と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図7の制御ルーチンもエンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
FIG. 7 shows another modification of the exhaust SCV operation control routine. In FIG. 7, the same processes as those in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The control routine of FIG. 7 is also repeatedly executed at a predetermined cycle while the
図7の制御ルーチンにおいてECU30は、ステップS22の目標SCV開度AngSCV_trgの算出まで図5の制御ルーチンと同様の処理を行う。続くステップS31においてECU30は、燃料の蒸発性を取得する。燃料の蒸発性は、例えばA/Fセンサ17、18によって検出される排気空燃比に基づいて取得する。A/Fセンサ17、18は、排気中に液体の状態で存在する燃料に対して反応を示さず、ガス化した燃料に対してのみ反応を示す。そのため、A/Fセンサ17の出力信号とA/Fセンサ18の出力信号との差(以下、空燃比差と略称する。)が小さい場合、NOx触媒15に到達する前に排気中の燃料が殆どガス化したと考えられるため、燃料が蒸発し易い、即ち燃料の蒸発性が良いと判断できる。一方、空燃比差が大きい場合、NOx触媒15に液体の状態で燃料が到達し、NOx触媒15においてガス化したと考えられるため、燃料が蒸発し難い、即ち燃料の蒸発性が悪いと判断できる。この際、燃料の蒸発性は、例えば燃料の90%が蒸発する温度、いわゆる90%蒸留温度として取得してもよい。燃料の90%蒸留温度は、例えばECU30に設けられたROMに空燃比差及び排気温度と90%蒸留温度とを対応付けたマップを予め記憶させ、このマップを利用して特定してもよい。なお、90%蒸留温度は、燃料の蒸発性が良い即ち燃料が蒸発し易いほど低く、燃料の蒸発性が悪い即ち燃料が蒸発し難いほど高い。
In the control routine of FIG. 7, the
次のステップS32においてECU30は、目標SCV開度AngSCV_trgを補正するための係数(以下、補正係数と略称する。)CV_Fuelを算出する。補正係数CV_Fuelは、例えばECU30に設けられたROMに90%蒸留温度と補正係数とを対応付けたマップを予め記憶させ、このマップを利用して特定してもよい。図8は、燃料の90%蒸留温度と補正係数とを対応付けたマップの一例を示している。図8に示したように、このマップでは、90%蒸留温度が高いほど即ち燃料が蒸発し難いほど、補正係数が大きく設定される。続くステップS33においてECU30は、目標SCV開度AngSCV_trgに補正係数CV_Fuelを乗算して、補正後の目標SCV開度AngSCV_trgを算出する。この補正では燃料が蒸発し難いほど目標SCV開度AngSCV_trgに大きい値が設定される。即ち、燃料が蒸発し難いほど、排気SCV40が閉じられる。なお、補正後の目標SCV開度AngSCV_trgとして1よりも大きい値が算出された場合は、目標SCV開度AngSCV_trgに1が設定される。その後ステップS12に進む。以下、ECU30は図5の制御ルーチンと同様の処理を行った後、今回の制御ルーチンを終了する。
In the next step S32, the
図7の制御ルーチンでは、燃料の蒸発性が悪い即ち燃料が蒸発し難いほど排気SCV40が閉じられて排気通路13に形成されるスワール流が強められる。そのため、添加された燃料の蒸発及び分散を促進させることができる。一方、燃料の蒸発性が良い、即ち燃料が蒸発し易いほど排気SCV40が開けられるように補正されるので、燃料添加時におけるポンプ損失をさらに抑制することができる。なお、図7のステップS31を実行し、燃料の蒸発性を取得することで、ECU30は本発明の蒸発量取得手段として機能する。
In the control routine of FIG. 7, the
[第3の形態]
図9及び図10は、本発明の第3の形態に係る排気浄化装置が組み込まれたエンジン1を示している。図10は、図9のシリンダ2の斜視図を示している。なお、図9及び図10において上述した図1と共通する部品には同一の参照符号を付し、それらの説明は省略する。このエンジン1は、エンジン1の運転状態とは独立して排気弁24の開閉動作を制御することが可能な可変動弁機構50を備えている。また、この可変動弁機構50は、各シリンダ2に設けられた2つの排気弁24をそれぞれ独立に開閉させることができる。即ち、可変動弁機構50は、2つの排気弁24の開閉動作を同期させることもできるし、また例えば2つの排気弁24のうち一方の排気弁24を排気ポート5を閉じた状態に維持したまま他方の排気弁24を開けることもできる。可変動弁機構50はECU30によって制御される。図11は、ECU30が可変動弁機構50を制御するためにエンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行する排気弁動作制御ルーチンを示している。なお、図11において図4と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[Third embodiment]
9 and 10 show the
図11の制御ルーチンにおいてECU30は、排気通路13への燃料の添加が要求されているか否か判断する処理(ステップS12の処理)まで図4と同様の処理を行う。排気通路13への燃料添加が要求されていると判断した場合はステップS41に進み、ECU30は可変動弁機構50を制御して図10に示したストレート側排気ポート5bを開閉する排気弁(以下、ストレート側排気弁と略称する。)24bを、ストレート側排気ポート5bを閉じた状態(閉状態)で停止させる。即ち、ストレート側排気ポート5bから排気が排出されないようにストレート側排気弁24bを停止させる。続くステップS14においてECU30は、排気通路13への燃料の添加が終了したか否か判断する。
In the control routine of FIG. 11, the
排気通路13への燃料添加が終了したと判断した場合、又はステップS12にて排気通路13への燃料添加が要求されていないと判断した場合はステップS42に進み、ECU30は可変動弁機構50を制御してストレート側排気弁24bの動作をエンジン1の運転状態に応じて開閉する通常動作に復帰させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、排気通路13への燃料添加が終了していないと判断した場合はステップS43に進み、ECU30はストレート側排気弁24bの閉状態を維持させる。その後、今回の制御ルーチンを終了させる。
If it is determined that fuel addition to the
以上の形態によれば、排気通路13に燃料が添加されている時期は、ストレート側排気弁24bが閉状態に維持されるので、スワール側排気ポート5aから排出される排気によって排気通路13内に強いスワール流を形成することができる。そのため、このスワール流によって排気通路13に添加された燃料の蒸発及び分散を促進させ、エンジン1の排気エミッションを改善することができる。また、この形態では、ストレート側排気弁24bによってストレート側排気ポート5bを流通する排気の流量を調整するので、ストレート側排気ポート5b内に弁などを配置することなくスワール流の強さを制御できる。そのため、ストレート側排気ポート5b内に弁などを配置する場合と比較して、通常運転時におけるエンジン1のポンプ損失を低減できる。
According to the above embodiment, when the fuel is added to the
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。本発明の分岐通路は排気ポートに限定されない。例えば、排気マニホールドにおいて一つのシリンダから排出された二つの排気流れを合流させる場合は、この合流部までの排気マニホールドを含んだ排気通路が分岐通路に相当する。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be implemented in various forms. For example, the present invention is not limited to a diesel engine, and may be applied to various internal combustion engines that use gasoline or other fuels. The branch passage of the present invention is not limited to the exhaust port. For example, when two exhaust flows discharged from one cylinder are joined in the exhaust manifold, the exhaust passage including the exhaust manifold up to the joining portion corresponds to the branch passage.
排気通路に配置される排気浄化手段は、吸蔵還元型NOx触媒に限定されない。パティキュレートフィルタ、酸化触媒が担持されたパティキュレートフィルタ、又は吸蔵還元型NOx触媒が担持されたパティキュレートフィルタが配置されていてもよい。これらパティキュレートフィルタ(以下、フィルタと略称する。)を配置した場合は、排気通路に燃料を添加し、フィルタを昇温してフィルタ上に堆積した粒子状物質(PM)を酸化除去するPM再生を周期的に実施する。そのため、本発明を適用することで、フィルタに十分にガス化させた燃料を供給してフィルタを速やかにかつ略均一に昇温することができる。 The exhaust purification means disposed in the exhaust passage is not limited to the NOx storage reduction catalyst. A particulate filter, a particulate filter on which an oxidation catalyst is supported, or a particulate filter on which an NOx storage reduction catalyst is supported may be disposed. When these particulate filters (hereinafter abbreviated as filters) are arranged, PM regeneration is performed by adding fuel to the exhaust passage, raising the temperature of the filter, and oxidizing and removing particulate matter (PM) deposited on the filter. Are implemented periodically. Therefore, by applying the present invention, it is possible to supply the gas sufficiently fueled to the filter and raise the temperature of the filter quickly and substantially uniformly.
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
2 シリンダ
5 排気ポート(分岐通路)
13 排気通路
15 吸蔵還元型NOx触媒(排気浄化手段)
16 排気温センサ(排気温度取得手段)
19 燃料添加弁(燃料添加手段)
20 合流部
24 排気弁
30 エンジンコントロールユニット(動作制御手段、排気流量取得手段、蒸発性取得手段)
40 排気スワールコントロールバルブ(流量調整弁)
50 可変動弁機構
1 Diesel engine (internal combustion engine)
2
13
16 Exhaust temperature sensor (exhaust temperature acquisition means)
19 Fuel addition valve (fuel addition means)
20 merging
40 Exhaust swirl control valve (flow adjustment valve)
50 Variable valve mechanism
Claims (9)
前記合流部では前記二つの分岐通路のうちの一方の分岐通路が、前記一方の分岐通路から流入する排気によって前記合流部よりも下流の排気通路内にて排気流れを旋回させて旋回流が形成されるように他方の分岐通路に接続されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 Exhaust purification means applied to an internal combustion engine having an exhaust passage that is connected to one cylinder and has two branch passages that join at a joining portion, and disposed in an exhaust passage downstream from the joining portion; In an internal combustion engine exhaust purification device comprising: a fuel addition means for adding fuel to an exhaust passage downstream from a merging portion and upstream from the exhaust purification means,
In the merging portion, one of the two branch passages swirls the exhaust flow in the exhaust passage downstream of the merging portion by the exhaust gas flowing in from the one branch passage to form a swirling flow. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is connected to the other branch passage as described above.
前記動作制御手段は、前記排気温度取得手段が取得した排気温度又は前記排気流量取得手段が取得した排気流量の少なくとも一方に基づいて前記流量調整弁の動作を制御することを特徴とする請求項3又は4に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Exhaust temperature acquisition means for acquiring the temperature of the exhaust, and exhaust flow rate acquisition means for acquiring the flow rate of the exhaust,
4. The operation control unit controls the operation of the flow rate adjusting valve based on at least one of an exhaust temperature acquired by the exhaust temperature acquisition unit or an exhaust flow rate acquired by the exhaust flow rate acquisition unit. Or the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 4.
前記動作制御手段は、前記蒸発性取得手段が取得した燃料の蒸発のし易さに応じて前記流量調整弁の動作を制御することを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Evaporability acquisition means for acquiring easiness of evaporation of fuel added to the exhaust passage from the fuel addition means,
The said operation control means controls operation | movement of the said flow regulating valve according to the easiness of the evaporation of the fuel which the said evaporability acquisition means acquired, The any one of Claims 3-6 characterized by the above-mentioned. Exhaust gas purification device for internal combustion engine.
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