JP4737059B2

JP4737059B2 - 内燃機関の排気浄化システム

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Publication number: JP4737059B2
Application number: JP2006330961A
Authority: JP
Inventors: 正浩長江; 晃山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-12-07
Also published as: JP2008144633A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関のＮＯｘ排出量を低減する技術として、排気の一部を吸気系に流入させて内燃機関に戻すＥＧＲが知られている。このＥＧＲの技術に関しては、ターボチャージャのタービンより上流の排気通路とコンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に流入させる高圧ＥＧＲ手段と、タービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に流入させる低圧ＥＧＲ手段と、を備え、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段とを併用又は切り替えてＥＧＲを行うことによって、内燃機関のより広い運転状態の領域においてＥＧＲを実施可能にすることを図る技術も提案されている。

また、ＥＧＲを行うことによって内燃機関の燃焼室に流入する排気中の硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、亜硫酸（ＳＯ_２）、無水硫酸（ＳＯ_３）等の酸性物質のためにシリンダボア内壁面が腐食することを阻止する技術として、吸気通路内、燃焼室内、又はＥＧＲガス通路内に硫酸を中和するための中和剤を供給する技術が公知である（特許文献１を参照）。
特開平０９−３２４７０６号公報

低圧ＥＧＲ手段を備えた内燃機関では、コンプレッサより上流の吸気通路に排気（ＥＧＲガス）が導かれる。ＥＧＲガスはコンプレッサ等を含む吸気系機関部材を通過して内燃機関に流入するため、ＥＧＲガス中に含まれる前記したような酸性物質が吸気系機関部材に付着し、特にアルミ系材料によって構成されるコンプレッサ等を腐食させる虞がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、低圧ＥＧＲ手段を備えた内燃機関において、コンプレッサ等の吸気系機関部材が、低圧ＥＧＲ手段によって吸気系に導かれるＥＧＲガス中に含まれる酸性物質によって腐食することを抑制する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に戻す低圧ＥＧＲ手段と、前記低圧ＥＧＲ手段によって前記吸気通路に流入する排気中の酸性物質を中和する中和剤を、前記コンプレッサより上流の吸気通路を流れる吸気中に供給する中和剤添加手段と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、低圧ＥＧＲ手段によって吸気通路に導かれるＥＧＲガス中に含まれる硫酸等の酸性物質が、吸気通路に配置されるコンプレッサ等の機関部材に付着しても、中和剤添加手段によって吸気中に中和剤を供給することによって、それら付着した酸性物質を中和することができる。これにより、吸気系機関部材の表面のｐＨを中性近傍の値とすることができるので、吸気系機関部材、特にアルミ系材料によって構成される機関部材の腐食を抑制することが可能になる。

また、上記構成によれば、低圧ＥＧＲ通路を流通する過程で冷却された比較的低温のＥＧＲガスを含む吸気中に中和剤が供給されるので、中和剤が気化してしまうことも抑制できる。従って、より確実に吸気系機関部材に付着した酸性物質を中和することができる。

なお、中和剤としては、一般的なアルカリ性水溶液を用いることができる。また、潤滑油に含まれるｐＨ調整剤がアルカリ性を有するので、潤滑油を中和剤として用いることもできる。

本発明においては、前記中和剤添加手段は、前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より下流に中和剤を添加するようにしても良い。

こうすることによって、低圧ＥＧＲ手段によってＥＧＲが行われていない時にも、コンプレッサやインタークーラ等を含む吸気系により確実に中和剤を供給することができる。これにより、低圧ＥＧＲ手段によるＥＧＲの実施の有無に依らず、吸気系に存在する酸性物質を好適に中和することができる。

本発明においては、前記中和剤添加手段は、前記コンプレッサ直前の吸気通路において、前記コンプレッサのインペラに当たるように中和剤を添加するようにしても良い。

この構成によれば、コンプレッサ直前の吸気通路に中和剤を添加するので、コンプレッサ直前の吸気通路に発生する負圧を利用して、例えば外部のタンク等に貯蔵された中和剤を吸気通路内に吐出させることができる。これにより、中和剤を吸気通路内に噴射させるための圧送ポンプ等を別途設置する必要が無くなるため、より簡易な構成によって中和剤添加手段を実現することができる。また、コンプレッサのインペラに当たるように中和剤を添加することによって、コンプレッサの回転エネルギーを利用して中和剤を霧化させ、分散させることができる。これにより、中和剤を霧化させ、分散させるための噴射ノズル等の装置を別途設置する必要がなくなるため、より簡易な構成によって中和剤添加手段を実現することができる。

本発明においては、前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流に前記吸気通路の流路面積を変更可能な吸気絞り弁を更に備え、該吸気絞り弁の開度を変更することで前記中和剤添加手段によって前記吸気通路に供給される中和剤の量を調節するようにしても良い。

低圧ＥＧＲ手段を備えた内燃機関においては、低圧ＥＧＲ手段によって吸気通路に導かれるＥＧＲガスの量を調節するために、吸気通路における低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流に吸気絞り弁を設けることがある。例えば、吸気絞り弁の開度を閉じ側にすることによって、吸気絞り弁とコンプレッサとの間の吸気通路の圧力が低下するので、低圧ＥＧＲ通路の吸気通路側と排気通路側との差圧が大きくなり、低圧ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスの量を増加させることができる。

このように、吸気絞り弁の開度を変更すると吸気絞り弁とコンプレッサとの間の吸気通路の圧力（負圧）を調節することができる。従って、この吸気通路の負圧を利用して、吸気絞り弁より下流且つコンプレッサより上流の吸気通路に中和剤を添加するように中和剤添加手段を構成することによって、吸気絞り弁の開度を変更して吸気通路の負圧を調節することで中和剤添加手段から吸気通路に添加される中和剤の量を調節することができる。これにより、中和剤添加手段からの中和剤の供給量を調節するために別途何らかの装置を備える必要が無くなるため、より簡易な構成によって中和剤添加手段を実現することができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

本発明により、低圧ＥＧＲ手段を備えた内燃機関において、ターボチャージャやインタークーラ等の吸気系機関部材が、低圧ＥＧＲ手段によって吸気通路に導かれるＥＧＲガス中に含まれる硫酸などの酸性物質によって腐食することを抑制することが可能になる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。図１に示す内燃機関１は４つの気筒２を有する水冷式４サイクルディーゼルエンジンである。

内燃機関１の気筒２には、図示しない吸気ポートを介して吸気マニホールド１７が接続されている。吸気マニホールド１７には吸気管３が接続されている。吸気マニホールド１７の上流の吸気管３には、吸気管３を流れる吸気の量を調節可能な第２スロットル９が配置されている。第２スロットル９より上流の吸気管３には吸気を冷却するインタークーラ８が設けられている。インタークーラ８より上流の吸気管３には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ１３のコンプレッサ１１が配置されている。コンプレッサ１１より上流の吸気管３には、後述する低圧ＥＧＲ通路３１が接続されている。低圧ＥＧＲ通路３１の接続箇所より上流の吸気管３には、吸気管３を流れる吸気中にアルカリ性溶液を噴射する中和剤噴射弁２３が設けられている。本実施例においては、中和剤噴射弁２３が本発明における中和剤添加手段に相当する。また、低圧ＥＧＲ通路３１の接続箇所より上流の吸気管３には、内燃機関１のクランクケース（不図示）内のブローバイガスを吸気管３に導くブローバイガス管２１が接続されている。ブローバイガス管２１の途中には、ブローバイガス中のオイル（潤滑油）を溜めるブローバイオイルキャッチャータンク２２が配置されている。ブローバイガス管２１の接続箇所より上流の吸気管３には、吸気管３に流入する新気の量を調節可能な第１スロットル６が配置されている。

内燃機関１の気筒２には、図示しない排気ポートを介して排気マニホールド１８が接続されている。排気マニホールド１８には排気管４が接続されている。排気管４にはターボチャージャ１３のタービン１２が配置されている。このターボチャージャ１３はタービン１２の排気流量特性を変更可能なノズルベーン５を備えた可変容量型のターボチャージャである。タービン１２より下流の排気管４には、排気浄化装置１０が設けられている。排気浄化装置１０は、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタ）と、該フィルタ上に担持され、排気が酸化雰囲気の時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気が還元雰囲気の時には吸蔵していたＮＯｘを放出し、還元することによって排気中のＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、を有して構成される。排気浄化装置１０より下流の排気管４には、排気管４を流れる排気の量を調節可能な排気絞り弁１９が配置されている。なお、排気絞り弁１９は後述する低圧ＥＧＲ通路３１の接続部より下流の排気管４に配置しても良い。

内燃機関１には、排気管４を流れる排気の一部を高圧で吸気管３へ導き、気筒２に流入させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１及び高圧ＥＧＲ弁４２を有して構成される。高圧ＥＧＲ通路４１は、タービン１２より上流の排気管４と第２スロットル９より下流の吸気管３とを接続する。高圧ＥＧＲ通路４
１を通過して排気の一部が吸気管３に導かれる。本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を経由して気筒２に流入する排気を高圧ＥＧＲガスと称する。

高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１を流れる排気の量を調節可能な流量調節弁である。高圧ＥＧＲガスの調量は高圧ＥＧＲ弁４２の開度を変更することによって行われる。なお、高圧ＥＧＲガスの調量は、第２スロットル９の開度を変更して高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させることによっても行うことができる。また、ノズルベーン５の開度を変更することによっても高圧ＥＧＲガスを調量することができる。

内燃機関１には、排気管４を流れる排気の一部を低圧で吸気管３へ導き、気筒２に流入させる低圧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、及び低圧ＥＧＲクーラ３３を有して構成される。低圧ＥＧＲ通路３１は、排気絞り弁１９より下流の排気管４と、コンプレッサ１１より上流且つ第１スロットル６より下流の吸気管３とを接続する。低圧ＥＧＲ通路３１を通過して排気の一部が吸気管３に導かれる。本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を経由して気筒２に流入する排気を低圧ＥＧＲガスと称する。

低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１を流れる排気の量を調節可能な流量調節弁である。低圧ＥＧＲガスの調量は低圧ＥＧＲ弁３２の開度を変更することによって行われる。なお、低圧ＥＧＲガスの調量は、第１スロットル６の開度を変更して低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させることによっても行うことができる。低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲ通路３１を通過する低圧ＥＧＲガスを冷却する。

内燃機関１には、機関の制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、中央演算装置（ＣＰＵ）、入出力ポート、デジタルアナログコンバータ（ＤＡコンバータ）、アナログデジタルコンバータ（ＡＤコンバータ）等を双方向バスで接続した公知の構成を有するマイクロコンピュータとして構成されている。

ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて燃料噴射制御等のディーゼルエンジンにおいて既知の諸基本制御を行う。そのために、本実施例における内燃機関１には、吸気管３に流入する新気の流量を検出するエアフローメータ７、内燃機関１の冷却水温を測定する水温センサ１４、運転者によるアクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１５、内燃機関１のクランクシャフト（図示省略）の回転位相（クランク角度）を検出するクランクポジションセンサ１６、インタークーラ８の内壁表面に付着した凝縮水のｐＨを測定するｐＨセンサ２４、その他、ディーゼルエンジンが一般的に備えているセンサ類（図示省略）が設けられている。

これらのセンサは電気配線を介してＥＣＵ２０に接続され、各センサからの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０には、第１スロットル６、第２スロットル９、排気絞り弁１９、中和剤噴射弁２３、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２を駆動するための駆動装置等の機器が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０から出力される制御信号に従ってこれらの機器が制御される。

ＥＣＵ２０は、各センサによる検出値に基づいて内燃機関１の運転状態や運転者の要求を把握する。例えば、ＥＣＵ２０はクランクポジションセンサ１６から入力されるクランク角度から算出する機関回転数と、アクセル開度センサ１５から入力されるアクセル開度から算出する機関負荷とに基づいて内燃機関１の運転状態を検出する。そして、検出した機関運転状態や運転者の要求に基づいて低圧ＥＧＲ弁３２や高圧ＥＧＲ弁４２等を制御し、ＥＧＲガス量や吸入空気量の制御を行う。

次に、ＥＣＵ２０によって行われるＥＧＲ制御について説明する。

図２は、内燃機関１の運転状態の領域毎に定められた、ＥＧＲ実施時に使用される高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０の組み合わせを表すＥＧＲ制御マップの概念図である。図２の横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。

図２に示すように、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷の時には、高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われる。高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＨＰＬ領域」と称する。また、内燃機関１の運転状態が中負荷の時には、高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われる。高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＭＩＸ領域」と称する。また、内燃機関１の運転状態が高負荷の時には、低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる。低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＬＰＬ領域」と称する。

なお、図２に示したＥＧＲ制御マップでは、内燃機関の運転状態をＨＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＬＰＬ領域の３つの領域に分割した場合を例示したが、内燃機関の運転状態の分割の仕方はこれに限られない。例えば、低負荷領域をＨＰＬ領域として規定し、それ以外の高負荷側の領域をＬＰＬ領域として規定するＥＧＲ制御マップも考えられる。或いは、低負荷領域をＭＩＸ領域として規定し、それ以外の高負荷側の領域をＬＰＬ領域として規定するＥＧＲ制御マップも考えられる。

ＬＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＨＰＬ領域を規定する具体的な運転状態の範囲や、各領域における高圧ＥＧＲガス量、低圧ＥＧＲガス量、低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０によって内燃機関に流入する全排気（以下、全ＥＧＲガス）に対する排気高圧ＥＧＲガスや低圧ＥＧＲガスの比率等の、ＥＧＲ制御に係る諸パラメータの目標値は、各運転状態において吸気のＥＧＲ率が所定の目標ＥＧＲ率に一致し、且つ、内燃機関における燃焼特性、排気エミッション、ＥＧＲの実施に伴う燃費特性等が所望の要求性能を満たすように、予め実験等により定められる。このようにして定められる高圧ＥＧＲガス量の目標値を以下「基本高圧ＥＧＲガス量」、低圧ＥＧＲガス量の目標値を以下「基本低圧ＥＧＲガス量」と称する。

内燃機関１の定常運転時において低圧ＥＧＲガス量を基本低圧ＥＧＲガス量とするような低圧ＥＧＲ弁３２の開度として基本低圧ＥＧＲ弁開度が求められ、また、高圧ＥＧＲガス量を基本高圧ＥＧＲガス量とするような高圧ＥＧＲ弁４２の開度として基本高圧ＥＧＲ弁開度が求められ、それぞれＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶される。

ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態に応じてＲＯＭから基本低圧ＥＧＲ弁開度及び基本高圧ＥＧＲ弁開度を読み込み、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が基本低圧ＥＧＲ弁開度となるように低圧ＥＧＲ弁３２を制御するとともに、高圧ＥＧＲ弁４２の開度が基本高圧ＥＧＲ弁開度となるように高圧ＥＧＲ弁４２を制御する。

ところで、燃料中に硫黄分が含まれていると、この硫黄分から亜硫酸ガス（ＳＯ_２）が生成されて排気通路に排出される。また、亜硫酸ガスの一部は更に酸化されて硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）や無水硫酸（ＳＯ_３）が生成される。ＥＧＲが行われると、これらの酸性物質を含んだ排気が吸気管３に流入し、そこで排気中の水分とともに凝縮して強酸性溶液となって吸気系機関部材に付着する。特に、低圧ＥＧＲ装置３０を用いてＥＧＲが行われると、このような酸性凝縮水がアルミ系材料で構成されるコンプレッサ１１やインタークーラ８
に付着し、これらの機関部材を腐食させる可能性がある。

ところで、内燃機関１で用いられるオイル（潤滑油）にはアルカリ性のｐＨ調整剤が含まれている。そのため、ブローバイガス管２１によって吸気管３に導かれるブローバイガス中に含まれるオイルによって、吸気管３内に付着する酸性凝縮水は中和される。しかしながら、内燃機関１の運転時間の経過とともにオイルは劣化していくため、オイルの酸性凝縮水中和作用は徐々に弱まっていく。そのため、ブローバイガス管２１を介して吸気管３に流入するにオイルだけでは、ＥＧＲの実施に伴って断続的に吸気管３内に発生する酸性凝縮水を十分に中和できなくなる可能性がある。

そこで、本実施例では、インタークーラ８やコンプレッサ１１等の吸気系機関部材の表面のｐＨが所定の腐食環境条件が成立しているか否かを判定し、腐食環境条件が成立している場合に、中和剤噴射弁２３からコンプレッサ１１及び低圧ＥＧＲ通路３１の接続箇所より上流における吸気管３内にアルカリ性溶液を噴射するようにした。

ここで、「腐食環境条件」とは、吸気系機関部材表面の状態が吸気系機関部材を腐食させるほど強酸性となる可能性があると判定可能な条件であり、例えば吸気系機関部材表面のｐＨが４．５以下の強酸性である場合に腐食環境条件が成立する。なお、腐食判定条件が成立するためのｐＨの条件は吸気系機関部材の設計や燃料性状等により変化し得る。

吸気系機関部材表面のｐＨを取得する方法としては、ｐＨセンサ２４によってインタークーラ８の表面ｐＨを直接測定しても良いし、オイルのｐＨから推定しても良い。例えば、オイルのｐＨが中性近傍乃至酸性となっている場合には、オイル中のｐＨ調整剤によって硫酸等の強酸性凝縮水を中和することは困難であると考えられるので、アルカリ溶液噴射が行われることになる。オイルのｐＨは、オイルパンにｐＨセンサを取り付けて直接測定しても良いし、車両の走行距離や内燃機関の運転時間等から推定しても良い。なお、表面ｐＨを直接測定する場合、インタークーラ８に限らず、吸気管３やコンプレッサ１１のハウジング等の吸気系機関部材を選ぶこともできる。

そして、本実施例では、吸気系機関部材表面のｐＨの酸性が強くなるほど、中和剤噴射弁２３からのアルカリ溶液の供給量を増加させるように中和剤噴射弁２３を制御する。例えば、中和剤噴射弁２３から所定量のアルカリ溶液を複数回噴射する場合に、図３に示すように、吸気系機関部材表面のｐＨが小さくなるほど、中和剤噴射弁２３からの各アルカリ溶液噴射間の間隔を短くする。これにより、吸気系機関部材の表面ｐＨに応じた量のアルカリ溶液が吸気管３内に供給されることになり、吸気系機関部材の表面ｐＨを好適に中性近傍の腐食する虞のないｐＨに調整することができる。また、表面ｐＨが弱酸性乃至中性、アルカリ性の場合には中和剤噴射弁２３からのアルカリ溶液の噴射が行われないので、表面ｐＨが逆に強アルカリ性になることによって吸気系機関部材を腐食させてしまうことも防止できる。

以下、図４に基づいて、本実施例の中和剤（アルカリ溶液）供給制御の具体的な実行手順について説明する。図４は、中和剤供給制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１の稼働中所定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、ｐＨセンサ２４によってインタークーラ８の表面ｐＨを測定する。

次に、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、測定したｐＨが４．５以下であるか否かを判定する。ステップＳ１０２において肯定判定された場合は、ステップＳ１０３に進む。一方、ステップＳ１０２において否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの
実行を一旦終了する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、図３に示した表面ｐＨとアルカリ溶液噴射インターバルとの関係に基づいて、アルカリ溶液噴射インターバルを算出する。

そして、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０３において算出したアルカリ溶液噴射インターバルに従って所定時間アルカリ溶液を噴射する。

以上説明したルーチンを実行することにより、低圧ＥＧＲ装置３０によって吸気管３に導かれた排気中の酸性物質が排気中の水分とともに凝縮して強酸性凝縮水としてインタークーラ８やコンプレッサ１１に付着しても、アルカリ溶液によって好適に中和されるので、これらの吸気系機関部材が腐食することを抑制できる。

次に、本発明の異なる実施例について説明する。図５は、実施例２に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。図５と図１とで共通する構成要素については同じ符号及び名称を用いることとし、詳しい説明を省略する。

図５に示すように、実施例２の内燃機関１の吸気系においては、低圧ＥＧＲ通路３１の接続箇所より上流の吸気管３に、吸気管３内を流れる吸気中にアルカリ溶液を添加する中和剤添加弁２９が設けられている。中和剤添加弁２９は中和剤供給管２６によって吸気系外部に設けられた中和剤タンク２８に接続されている。本実施例においては、中和剤添加弁２９が本発明における中和剤添加手段に相当する。

本実施例では、第１スロットル６を絞ることによって第１スロットル６からコンプレッサ１１までの間の吸気管３に生じる負圧を利用して中和剤添加弁２９から吸気管３内にアルカリ溶液を供給するようにした。これにより、中和剤添加弁２９からアルカリ溶液を噴射させるために中和剤タンク２８からアルカリ溶液を加圧圧送するためのポンプ等の手段を備える必要がなくなる。これにより、より中和剤供給系を簡素化することができ、搭載性やコストの面で有利となる。

本実施例では、第１スロットル６の開度を変更して第１スロットル６より下流における吸気負圧を制御することによって、中和剤添加弁２９からのアルカリ溶液の供給量を調節する。ここで、中和剤添加弁２９からのアルカリ溶液の供給量を制御するために第１スロットル６の開度を変更すると内燃機関１の運転状態に影響を与える可能性がある。そこで、本実施例では、内燃機関１の運転状態が減速時、停止時、シフトアップ時等に限って、中和剤添加弁２９からのアルカリ溶液の供給量制御のための第１スロットル６の開度制御を行うようにした。これにより、内燃機関１の運転状態に影響を与えることなくアルカリ溶液の供給量を制御することができる。なお、アルカリ溶液の供給量制御のために第１スロットル６を制御する条件は、内燃機関１の運転状態に及ぼす影響が許容範囲内となるような条件であれば、上記のものに限られない。例えば、低圧ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲが停止される時にアルカリ溶液の供給量制御を行うようにしても良い。この場合、本実施例のようにコンプレッサ１１より上流の吸気管３に中和剤添加弁２９が設けられていることにより、低圧ＥＧＲの停止中であっても添加したアルカリ溶液をコンプレッサ１１やインタークーラ８等の吸気系全体に供給することができる。また、第１スロットル６の開度とアルカリ溶液の供給量との関係は予め実験等により求めておく。

以下、図６に基づいて、本実施例の中和剤供給制御の具体的な実行手順について説明する。図６は、中和剤供給制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは内燃
機関１の稼働中所定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ２０は、ｐＨセンサ２４によってインタークーラ８の表面ｐＨを測定する。

次に、ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２０は、測定したｐＨが４．５以下であるか否かを判定する。ステップＳ２０２において肯定判定された場合は、ステップＳ２０３に進む。一方、ステップＳ２０２において否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態を取得する。具体的には、内燃機関１の機関回転数、燃料噴射量、吸気温、低圧ＥＧＲガス量、高圧ＥＧＲガス量、冷却水温等を取得する。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０３において取得した内燃機関１の運転状態に基づいて、中和剤供給条件が成立しているか否か、すなわち、中和剤添加弁２９から吸気管３内にアルカリ溶液を添加するために第１スロットル６の開度を制御可能であるか否かを判定する。具体的には、内燃機関１が停止時、減速時、燃料カット時、低圧ＥＧＲ停止時、シフトアップ時等に中和剤供給条件が成立したと判定する。ステップＳ２０４において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０５に進む。一方、ステップＳ２０４において否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ２０５において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０１で検出した表面ｐＨに基づいて、中和剤添加弁２９からのアルカリ溶液の供給量を算出する。表面ｐＨとアルカリ溶液供給量との関係は予め実験等により求められ、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている。

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０５において算出されたアルカリ溶液供給量に対応する第１スロットル弁６の開度を算出し、第１スロットル６を該開度となるように制御する。

次に、本発明の異なる実施例について説明する。図７は本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示した図である。図７と図１とで共通する構成要素については同じ符号及び名称を用い、詳細な説明を省略する。本実施例は、実施例１における中和剤噴射弁２３の代わりに、低圧ＥＧＲ通路３１の接続部より下流の吸気管３に中和剤噴射弁２３ａを設けた点で実施例１と異なっている。

このように低圧ＥＧＲ通路３１の接続部より下流の吸気管３に中和剤噴射弁２３ａを設けることで、低圧ＥＧＲ装置３０によるＥＧＲの実施の有無に依らず中和剤噴射弁２３ａからコンプレッサ１１やインタークーラ８等の機関部材に中和剤を供給することが可能になる。従って、インタークーラ８やコンプレッサ１１に付着した酸性の凝縮水をより確実に中和することができ、これらの吸気系機関部材の腐食をより確実に抑制することができる。

本実施例における中和剤の供給制御の具体的な実行手順については、実施例１で図４に基づいて説明した中和剤供給制御ルーチンと同様であるので説明を省略する。

なお、実施例２においても同様に、図５の中和剤添加弁２９の代わりに、低圧ＥＧＲ通路３１の接続部より下流の吸気管３に中和剤添加弁を設けた構成としてもよい。こうすることで、上述のように低圧ＥＧＲ装置３０によってＥＧＲが行われていない時であっても中和剤添加弁からインタークーラ８やコンプレッサ１１等の吸気系機関部材に中和剤を供給することが可能になり、酸性凝縮水による吸気系機関部材の腐食をより確実に抑制することが可能になる。

次に、本発明の異なる実施例について説明する。本実施例は、実施例２において中和剤添加弁２９から供給されるアルカリ溶液に代えて、オイルに含まれるｐＨ調整剤を中和剤として利用すべく、実施例２における中和剤添加弁２９と同じ箇所、すなわち第１スロットル６とコンプレッサ１１の間の吸気管３にブローバイガス管２１を接続したことを特徴とする。図８は、実施例３に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。図８と図５とで共通する構成要素については同じ符号及び名称を用いることとし、詳しい説明を省略する。

本実施例においても、内燃機関１の運転状態が停止時、減速時等の中和剤供給条件が成立する場合に、第１スロットル６の開度を変更することで吸気管３へのブローバイガスの流入量を制御し、吸気系機関部材表面のｐＨが中性近傍の値にすることができる。本実施例の場合、実施例２における中和剤タンク２８や中和剤添加弁２９等の中和剤供給系を省くことができるので、搭載性やコストの面で有利となる。

以下、図９に基づいて、本実施例の中和剤供給制御の具体的な実行手順について説明する。図９は、中和剤供給制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１の稼働中所定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ３０１において、ＥＣＵ２０は、ｐＨセンサ２４によってインタークーラ８の表面ｐＨを測定する。

次に、ステップＳ３０２において、ＥＣＵ２０は、測定したｐＨが４．５以下であるか否かを判定する。ステップＳ２０２において肯定判定された場合は、ステップＳ３０３に進む。一方、ステップＳ３０２において否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ３０３において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態を取得する。具体的には、内燃機関１の機関回転数、燃料噴射量、吸気温、低圧ＥＧＲガス量、高圧ＥＧＲガス量、冷却水温等を取得する。

ステップＳ３０４において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３０３において取得した内燃機関１の運転状態に基づいて、中和剤供給条件が成立しているか否か、すなわち、ブローバイガス管２１から吸気管３内にブローバイガスを導入するために第１スロットル６の開度を制御可能であるか否かを判定する。具体的には、内燃機関１が停止時、減速時、燃料カット時、低圧ＥＧＲ停止時、シフトアップ時等に中和剤供給条件が成立したと判定する。ステップＳ３０４において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ３０５に進む。一方、ステップＳ３０４において否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ３０５において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３０１で検出した表面ｐＨに基づいて、ブローバイガス管２１からのブローバイガスの供給量を算出する。表面ｐＨとブローバイガス供給量との関係は予め実験等により求められ、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶さ
れている。

ステップＳ３０６において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３０５において算出されたブローバイガス供給量に対応する第１スロットル弁６の開度を算出し、第１スロットル６を該開度となるように制御する。

次に、本発明の異なる実施例について説明する。図１０は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。図１０と図５とで共通する構成要素については同じ符号及び名称を用いることとし、詳しい説明を省略する。

図１０に示すように、本実施例の内燃機関１の吸気系においては、コンプレッサ１１の直前の吸気管３に中和剤添加弁２９が設けられている。中和剤添加弁２９と中和剤タンク２８とを接続する中和剤供給管２６の途中には、コンプレッサ１１直前における吸気管３内負圧が所定値以上になった時に開弁するチェック弁２７が設けられている。本実施例によれば、コンプレッサ１１直前の吸気管３に生じる負圧によって中和剤タンク２８内のアルカリ溶液が吸気管３内に導かれるので、中和剤タンク２８内のアルカリ溶液を加圧して中和剤添加弁２９から噴射させるポンプを省略することができる。

また、図１１に示すように、本実施例の中和剤添加弁２９は、中和剤添加弁２９からのアルカリ溶液が直接コンプレッサ１１のインペラ２５に滴下するように設けられている。これにより、中和剤添加弁２９から滴下したアルカリ溶液はコンプレッサ１１の回転エネルギーにより霧化し、分散させされ、コンプレッサ１１より下流の吸気管３全域に好適に供給されることになる。このようにコンプレッサ１１の回転エネルギーを利用してアルカリ溶液の霧化及び分散を促進させるので、中和剤添加弁２９から噴射ノズルを省略することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、中和剤添加系を簡素化することができ、搭載性やコストの点で有利となる。

なお、以上説明した各実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施形態には種々の変更を加え得る。また、以上説明した各実施例は可能な限り組み合わせることができる。

実施例１における内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。実施例における内燃機関の排気浄化システムにおいてＥＧＲ実施時に使用される高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置の制御マップを表す図である。実施例１における吸気系機関部材表面のｐＨと中和剤噴射弁からのアルカリ溶液噴射インターバルとの関係を表す図である。実施例１における中和剤供給制御ルーチンを表すフローチャートである。実施例２における内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。実施例２における中和剤供給制御ルーチンを表すフローチャートである。実施例３における内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。実施例４における内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。実施例４における中和剤供給制御ルーチンを表すフローチャートである。実施例５における内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。実施例５における中和剤添加弁及びコンプレッサの周囲の概略構成を示す図である。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３吸気管
４排気管
５ノズルベーン
６第１スロットル
７エアフローメータ
８インタークーラ
９第２スロットル
１０排気浄化装置
１１コンプレッサ
１２タービン
１３ターボチャージャ
１４水温センサ
１５アクセル開度センサ
１６クランクポジションセンサ
１７吸気マニホールド
１８排気マニホールド
１９排気絞り弁
２０ＥＣＵ
２１ブローバイガス管
２２ブローバイオイルキャッチャータンク
２３中和剤噴射弁
２３ａ中和剤噴射弁
２４ｐＨセンサ
２５インペラ
２６中和剤供給管
２７チェック弁
２８中和剤タンク
２９中和剤添加弁
３０低圧ＥＧＲ装置
３１低圧ＥＧＲ通路
３２低圧ＥＧＲ弁
３３低圧ＥＧＲクーラ
４０高圧ＥＧＲ装置
４１高圧ＥＧＲ通路
４２高圧ＥＧＲ弁

Claims

内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に戻す低圧ＥＧＲ手段と、
前記低圧ＥＧＲ手段によって前記吸気通路に流入する排気中の酸性物質を中和する中和剤を、前記コンプレッサより上流の吸気通路を流れる吸気中に供給する中和剤添加手段と、
を備え、
前記中和剤添加手段は、前記コンプレッサ直前の吸気通路において、前記コンプレッサのインペラに当たるように中和剤を添加することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
請求項１において、
前記中和剤添加手段は、前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より下流に中和剤を添加することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
請求項１又は請求項２において、
前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流に前記吸気通路の流路面積を変更可能な吸気絞り弁を更に備え、前記中和剤添加手段は、前記吸気通路における前記吸気絞り弁より下流に中和剤を添加し、該吸気絞り弁の開度を変更することで前記中和剤添加手段によって前記吸気通路に供給される中和剤の量を調節可能としたことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。