JP4792997B2 - Exhaust gas purification system for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine.
内燃機関から排出される窒素酸化物(以下、「NOx」という)の量を低減する技術として、排気再循環(以下、「EGR」という)装置が知られている。これは、内燃機関から排出されたガスを燃焼室へ再流入させることによりNOxの発生量を低減する技術である(例えば、特許文献1を参照)。 As a technique for reducing the amount of nitrogen oxide (hereinafter referred to as “NOx”) discharged from an internal combustion engine, an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as “EGR”) device is known. This is a technique for reducing the amount of NOx generated by reflowing the gas discharged from the internal combustion engine into the combustion chamber (see, for example, Patent Document 1).
また、近年では、内燃機関に再循環する排気(以下、「EGRガス」という)の量を増加させる技術として低圧EGR装置の開発も行われている。これは、ターボチャージャのタービンより下流の排気通路を流れる排気の一部をターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路に還流させるEGR装置である。
ところで、EGRガスの量を増大させた場合、NOxの生成量が低減する一方で、炭化水素(以下、「HC」という)などの未燃燃料の排出量は増加する傾向がある。また、高温の排気が低圧EGR装置において冷却される際に排気中の水分が凝縮する場合がある。そのため、低圧EGR装置を用いて大量のEGRガスを再循環させた場合には、低圧EGR装置に流入する未燃燃料の量や凝縮水の発生量も増加する。これらの未燃燃料や凝縮水はEGR通路やEGRクーラ等に付着するとともに、EGRガス中の煤を堆積させる要因になる。よって、低圧EGR装置に多量の未燃燃料が流入すると、未燃燃料や煤等の付着量および堆積量が増加してEGR通路の圧損の増加やEGRクーラの性能低下を招く虞があった。 By the way, when the amount of EGR gas is increased, the amount of NOx produced tends to decrease while the amount of unburned fuel such as hydrocarbons (hereinafter referred to as “HC”) tends to increase. Further, when the high-temperature exhaust gas is cooled in the low-pressure EGR device, moisture in the exhaust gas may be condensed. Therefore, when a large amount of EGR gas is recirculated using the low pressure EGR device, the amount of unburned fuel flowing into the low pressure EGR device and the amount of condensed water generated also increase. These unburned fuel and condensed water adhere to the EGR passage, the EGR cooler, and the like, and cause soot in the EGR gas to accumulate. Therefore, when a large amount of unburned fuel flows into the low pressure EGR device, the amount of unburned fuel, soot and the like attached and accumulated increases, which may increase the pressure loss of the EGR passage and decrease the performance of the EGR cooler.
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、その目的は、低圧EGR装置を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、低圧EGR装置内部に滞留する未燃燃料や凝縮水を好適に除去し、低圧EGR装置の圧損の増加や性能低下等の不具合の発生を抑制する技術を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to suitably use unburned fuel and condensed water staying in the low pressure EGR device in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine equipped with the low pressure EGR device. And a technique for suppressing the occurrence of problems such as an increase in pressure loss and a decrease in performance of the low-pressure EGR device.
上記目的を達成するために、本発明では以下の手段を採用した。すなわち、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関に加圧した吸気を供給する過給装置と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を前記内燃機関の吸気通路の前記過給装置より上流側に還流させるEGR通路と、
前記EGR通路を経由して前記吸気通路に還流する排気の量を調節するEGR流量調節装置と、
前記過給装置によって加圧された吸気の一部を前記EGR通路に流入させるバイパス通路と、
前記内燃機関が所定の運転状態の時に、前記バイパス通路を介して前記EGR通路に前記吸気を導くとともに、前記EGR流量調節装置を制御して該吸気を前記EGR通路の下流側から上流側へ逆流させる掃気手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to
A supercharging device for supplying pressurized intake air to the internal combustion engine;
An EGR passage that recirculates part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage of the internal combustion engine to the upstream side of the supercharging device of the intake passage of the internal combustion engine;
An EGR flow rate adjusting device for adjusting an amount of exhaust gas recirculated to the intake passage via the EGR passage;
A bypass passage for allowing a portion of the intake air pressurized by the supercharging device to flow into the EGR passage;
When the internal combustion engine is in a predetermined operating state, the intake air is guided to the EGR passage through the bypass passage, and the EGR flow rate control device is controlled to reversely flow the intake air from the downstream side to the upstream side of the EGR passage. Scavenging means
It is characterized by having.
このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、排気通路からEGR通路を経由して吸気通路に還流した排気は新気とともに過給装置によって加圧され、内燃機関に過給されることになる。そのため、大量の排気を内燃機関に再循環させることができ、内燃機関におけるNOxの生成量を大幅に低減することができる。 In the exhaust gas purification system for an internal combustion engine configured as described above, the exhaust gas recirculated from the exhaust passage to the intake passage via the EGR passage is pressurized together with fresh air by the supercharging device and is supercharged to the internal combustion engine. Become. Therefore, a large amount of exhaust gas can be recirculated to the internal combustion engine, and the amount of NOx generated in the internal combustion engine can be greatly reduced.
また、掃気手段により、内燃機関が所定の運転状態にある時には、過給装置で加圧された高圧の吸気の一部がバイパス通路を介してEGR通路に導入される。この時、EGR流量調節装置は、EGR通路に流入した高圧の吸気がEGR通路を下流側から上流側へ逆流するように制御される。すなわち、排気通路における排気圧力、過給装置より上流の吸気圧力、EGR通路やEGR流量調節装置における圧力損失等を考慮して、EGR通路に流入した吸気がEGR通路の吸気通路寄りから排気通路寄りへ向かう方向に流れるように、EGR流量調節装置の制御が行われる。 Further, when the internal combustion engine is in a predetermined operation state by the scavenging means, a part of the high-pressure intake air pressurized by the supercharging device is introduced into the EGR passage through the bypass passage. At this time, the EGR flow rate control device is controlled so that the high-pressure intake air flowing into the EGR passage flows backward from the downstream side to the upstream side of the EGR passage. That is, considering the exhaust pressure in the exhaust passage, the intake pressure upstream of the supercharger, the pressure loss in the EGR passage and the EGR flow control device, etc., the intake air flowing into the EGR passage is closer to the exhaust passage from the intake passage closer to the EGR passage. The EGR flow control device is controlled so as to flow in the direction toward the front.
ここで、EGR通路の「下流」「上流」とは、排気の再循環が行われている時のEGR通路における排気の流れの方向に基づく概念である。また、EGR流量調節装置としては、EGR通路に設けられたEGR弁や、排気絞り弁及び/又は吸気絞り弁の開度を調節することでEGR通路の上下流の差圧を制御する装置などを例示することができる。 Here, “downstream” and “upstream” of the EGR passage are concepts based on the direction of the exhaust gas flow in the EGR passage when the exhaust gas is recirculated. Further, as the EGR flow rate adjusting device, an EGR valve provided in the EGR passage, a device for controlling the differential pressure upstream and downstream of the EGR passage by adjusting the opening degree of the exhaust throttle valve and / or the intake throttle valve, etc. It can be illustrated.
EGR通路に導かれた高圧の吸気は、EGR通路内に存在する未燃燃料や凝縮水を吹き飛ばしつつEGR通路を逆流し、排気通路に流入する。この時、吹き飛ばされた未燃燃料や凝縮水も吸気の流れによって排気通路まで運ばれる。そのため、大量のEGRの実施に伴ってEGR通路に流入する未燃燃料やEGR通路における凝縮水の発生量が増加した場合であっても、これらをEGR通路から除去することができる。 The high-pressure intake air guided to the EGR passage flows back through the EGR passage and blows into the exhaust passage while blowing off unburned fuel and condensed water existing in the EGR passage. At this time, the unburned fuel and condensed water blown off are also carried to the exhaust passage by the flow of the intake air. Therefore, even when the amount of unburned fuel flowing into the EGR passage and the amount of condensed water in the EGR passage increase with the implementation of a large amount of EGR, these can be removed from the EGR passage.
これにより、EGR通路内部に未燃燃料や凝縮水が滞留することが抑制され、EGR通路内部に排気中の煤が堆積することを抑制することができる。その結果、EGR通路の圧損の増加や性能低下などの不具合の発生を抑制することが可能になる。 Thereby, it is suppressed that unburned fuel and condensed water remain in an EGR passage, and it can control that soot in exhaust gas accumulates inside an EGR passage. As a result, it is possible to suppress the occurrence of problems such as an increase in pressure loss in the EGR passage and a decrease in performance.
ここで、内燃機関の所定の運転状態とは、上記のような掃気手段によるEGR通路の掃気を適切に実施可能な内燃機関の運転状態である。 Here, the predetermined operating state of the internal combustion engine is an operating state of the internal combustion engine that can appropriately perform scavenging of the EGR passage by the scavenging means as described above.
上記の内燃機関の排気浄化システムにおいて、EGR流量調節装置がEGR通路に設けられたEGR弁であり、また、EGR弁より上流のEGR通路にEGR通路を流れる排気を冷却するEGRクーラが設けられている場合には、EGR弁より上流且つEGRクーラより下流のEGR通路と過給装置より下流の吸気通路とを連通するようにバイパス通路を設けるとよい。 In the exhaust gas purification system for an internal combustion engine, the EGR flow control device is an EGR valve provided in the EGR passage, and an EGR cooler for cooling the exhaust gas flowing in the EGR passage is provided in the EGR passage upstream of the EGR valve. If so, a bypass passage may be provided so that the EGR passage upstream of the EGR valve and downstream of the EGR cooler communicates with the intake passage downstream of the supercharger.
この場合、該バイパス通路にバイパス通路を開閉するバイパス開閉弁を設け、掃気手段がEGR通路の掃気を実施する際には、バイパス開閉弁を開弁するとともにEGR弁を閉弁するようにするとよい。 In this case, a bypass opening / closing valve that opens and closes the bypass passage is provided in the bypass passage, and when the scavenging means performs scavenging of the EGR passage, the bypass opening / closing valve is opened and the EGR valve is closed. .
こうすることで、内燃機関が所定の運転状態にある場合に、高圧の吸気の一部がバイパス通路を経由してEGR通路に流入し、EGRクーラを経由してEGR通路を逆流し、排気通路に流入するようになる。 In this way, when the internal combustion engine is in a predetermined operating state, a part of the high-pressure intake air flows into the EGR passage via the bypass passage, flows back through the EGR passage via the EGR cooler, and exhaust passage To flow into.
かかる構成の排気浄化システムにおいては、EGRクーラにおいて排気中の水分が凝縮し、特にEGRクーラ及びその下流において凝縮水が発生し易いが、EGRクーラより下流から高圧の吸気がEGR通路に流入するため、凝縮水が発生した場合であっても、凝縮
水は吸気によって吹き飛ばされ、EGR通路から除去される。
In the exhaust purification system having such a configuration, the moisture in the exhaust gas is condensed in the EGR cooler, and condensate is likely to be generated particularly in the EGR cooler and its downstream, but high-pressure intake air flows from the downstream of the EGR cooler into the EGR passage. Even when condensed water is generated, the condensed water is blown off by intake air and removed from the EGR passage.
また、掃気を実施する際にEGR弁が閉弁されるため、EGR通路に導かれた高圧の吸気は全てEGR通路を逆流して排気通路に流入する。従って、より確実にEGR通路の掃気を行うことができる。 Further, since the EGR valve is closed when scavenging is performed, all of the high-pressure intake air introduced to the EGR passage flows back through the EGR passage and flows into the exhaust passage. Therefore, scavenging of the EGR passage can be performed more reliably.
上記の内燃機関の排気浄化システムにおいて、EGR通路の掃気が行われる「内燃機関が所定の運転状態」としては、EGR通路を介して排気の還流が行われない運転状態を例示することができる。 In the above-described exhaust gas purification system for an internal combustion engine, “the internal combustion engine is in a predetermined operation state” in which scavenging of the EGR passage is performed can be exemplified by an operation state in which exhaust gas is not recirculated through the EGR passage.
すなわち、EGR弁を開弁することにより排気通路からEGR通路を介して過給装置より上流の吸気通路へ排気を還流させるEGR制御手段を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、EGR制御手段による排気の還流(以下「EGR」と略す)が行われない運転状態である。 That is, in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine having an EGR control means for recirculating exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage upstream of the supercharger by opening the EGR valve, the exhaust by the EGR control means Is not operated (hereinafter referred to as “EGR”).
「EGRが行われない運転状態」とは、EGRを行う必要がない運転状態、或いはEGRを行わない方が好ましい運転状態であり、例えば高負荷運転状態や減速運転状態等を挙げることができる。 The “operating state in which EGR is not performed” is an operating state in which it is not necessary to perform EGR or an operating state in which it is preferable not to perform EGR, and examples thereof include a high-load operating state and a deceleration operating state.
これは、内燃機関が高負荷の状態の時にEGRを行うと、スモークの発生量が増大する傾向があるため、EGRの実施に伴うNOxの排出量の減少効果とスモークの排出量の増加効果の双方を考慮した場合、EGRを停止した場合の方がトータルの排気エミッションとしては向上する場合があるからである。 This is because when EGR is performed when the internal combustion engine is in a high load state, the amount of smoke generated tends to increase. Therefore, the effect of reducing NOx emissions and the effect of increasing smoke emissions associated with the implementation of EGR This is because, when both are considered, the total exhaust emission may be improved when the EGR is stopped.
また、機関回転数が高い時に内燃機関が減速運転状態になると、内燃機関によっては燃焼室に対する燃料の供給がカットされ、燃焼が停止される制御が行われる場合がある。そのような場合、EGRの実施の有無はNOxの排出量に特に影響しないため、EGRを行う必要性は低く、EGRが行われない場合がある。 Further, when the internal combustion engine is in a decelerating operation state when the engine speed is high, the internal combustion engine may be controlled to cut off the fuel supply to the combustion chamber and stop the combustion. In such a case, since the presence or absence of EGR does not particularly affect the NOx emission amount, the necessity of performing EGR is low, and EGR may not be performed.
なお、排気通路に触媒やパティキュレートフィルタ(以下「フィルタ」と略す)などの排気浄化装置を備えた排気浄化システムにおいて、触媒やフィルタの排気浄化能力を回復させる処理(以下、「触媒再生処理」と称する)が実行されている状態も「EGRが行われない内燃機関の運転状態」に含めることができる。 In an exhaust purification system having an exhaust purification device such as a catalyst or a particulate filter (hereinafter abbreviated as “filter”) in the exhaust passage, a process for recovering the exhaust purification ability of the catalyst or filter (hereinafter referred to as “catalyst regeneration process”). Can be included in the “operating state of the internal combustion engine in which EGR is not performed”.
排気浄化装置において触媒再生が実行されている場合には、排気浄化装置から排出される排気の温度が非常に高温になる場合がある。例えば、フィルタに堆積したPMを酸化・除去するフィルタ再生処理の実行中は、PMの酸化反応に伴う反応熱によりフィルタを通過する排気が加熱されるので、フィルタから排出される排気が非常に高温になる。 When catalyst regeneration is being performed in the exhaust purification device, the temperature of the exhaust gas discharged from the exhaust purification device may become very high. For example, during the filter regeneration process that oxidizes and removes PM deposited on the filter, the exhaust gas passing through the filter is heated by the reaction heat associated with the oxidation reaction of PM, so the exhaust gas discharged from the filter is very hot. become.
そのため、触媒再生処理の実行中にEGRが行われると、高温の排気がEGR通路を介して吸気系に流入することになる。その場合、EGR通路を流れる排気の温度がEGRクーラの冷却能力を超えてEGRクーラにおいて十分に冷却されなくなる可能性がある。従って、排気浄化装置において酸化・還元処理が実行されている場合にはEGRを停止した方が好ましい場合がある。 Therefore, if EGR is performed while the catalyst regeneration process is being performed, hot exhaust gas flows into the intake system via the EGR passage. In that case, the temperature of the exhaust gas flowing through the EGR passage may exceed the cooling capacity of the EGR cooler and may not be sufficiently cooled in the EGR cooler. Therefore, it may be preferable to stop EGR when oxidation / reduction processing is performed in the exhaust gas purification apparatus.
ところで、掃気手段によるEGR通路の掃気の実施頻度が少ない場合、未燃燃料や凝縮水がEGR通路内部で徐々に集合して比較的大きな粒径の状態で存在するようになる傾向がある。このような状態になると、掃気手段によってEGR通路に高圧の吸気を導入しても、これらの未燃燃料や凝縮水は容易には吹き飛ばされにくくなり、EGR通路内部からこれらの未燃燃料や凝縮水を除去するために要する掃気時間が長くなったり、十分に除去
できなくなったりする可能性がある。
When the frequency of scavenging the EGR passage by the scavenging means is low, unburned fuel and condensed water tend to gradually gather inside the EGR passage and exist in a relatively large particle size state. In such a state, even if high-pressure intake air is introduced into the EGR passage by the scavenging means, these unburned fuel and condensed water are not easily blown away, and these unburned fuel and condensed water are condensed from the inside of the EGR passage. There is a possibility that the scavenging time required to remove the water will be long or it may not be sufficiently removed.
従って、より確実にEGR通路から未燃燃料や凝縮水を除去するためには、なるべく高い頻度でEGR通路の掃気を行うことが好ましい。特に、内燃機関の運転状態がEGRが行われない運転状態である場合には常にEGR通路の掃気を行うようにすれば、EGR通路内部に存在する未燃燃料や凝縮水を、その粒径が大きくなる前の段階でEGR通路から吹き飛ばして除去することができ、より確実に未燃燃料や凝縮水の滞留を抑制することが可能になる。 Therefore, in order to more reliably remove unburned fuel and condensed water from the EGR passage, it is preferable to scavenge the EGR passage as frequently as possible. In particular, when the operation state of the internal combustion engine is an operation state in which EGR is not performed, if the scavenging of the EGR passage is always performed, unburned fuel or condensed water existing in the EGR passage has a particle size of It can be removed by blowing away from the EGR passage in the stage before it becomes large, and it becomes possible to more reliably suppress the unburned fuel and condensed water from staying.
また、内燃機関の運転状態がEGRが行われない運転状態ではない場合であっても、過給装置より上流における吸気圧力が排気通路における排気圧力より高くなる運転状態であれば、EGR通路の掃気を行うようにしてもよい。 Further, even if the operating state of the internal combustion engine is not an operating state in which EGR is not performed, the scavenging of the EGR passage may be performed if the intake pressure upstream of the supercharging device is higher than the exhaust pressure in the exhaust passage. May be performed.
この場合、例えば内燃機関の運転状態がある一定期間以上の長時間に亙ってEGR停止条件が満足されなかった場合等に、EGRの実施中であっても一時的にEGRを停止して強制的にEGR通路の掃気を行うことができる。これにより、EGR通路における未燃燃料や凝縮水の滞留をより確実に抑制し、EGR通路の圧損の増加やEGRクーラの性能低下等の不具合の発生を抑制することができる。 In this case, for example, when the EGR stop condition is not satisfied for a long period of time of a certain period or longer, for example, the EGR is temporarily stopped and forced even during EGR. Therefore, scavenging of the EGR passage can be performed. As a result, it is possible to more reliably suppress unburned fuel and condensed water from staying in the EGR passage, and to suppress occurrence of problems such as an increase in pressure loss in the EGR passage and a decrease in performance of the EGR cooler.
本発明により、過給装置の上流に排気を還流させることで大量のEGRを行うことが可能な低圧EGR装置を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、EGR通路内部における煤の堆積や凝縮水の滞留を抑制し、EGR通路の圧損の増加や性能低下等の不具合の発生を抑制することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine having a low pressure EGR device capable of performing a large amount of EGR by recirculating exhaust gas upstream of a supercharging device, accumulation of soot and condensed water in the EGR passage The retention can be suppressed, and the occurrence of problems such as an increase in pressure loss in the EGR passage and a decrease in performance can be suppressed.
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。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings.
図1は本発明を適用する内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は4つの気筒を有するディーゼルエンジンである。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied and its intake and exhaust system. An
内燃機関1の燃焼室は吸気枝管2を介して吸気通路3と連通している。吸気通路3には、吸気通路3を流通するガスを冷却するインタークーラ4が設けられている。インタークーラ4より上流には、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5のコンプレッサ6が接続されている。
The combustion chamber of the
コンプレッサ6より上流にはスロットル弁10が配置されている。スロットル弁10は吸気通路3の流路断面積を変更することにより吸気通路3に流入する新気の量を調節する流量調節装置である。スロットル弁10は電気配線を介して後述するECU22に接続されており、ECU22から出力される制御信号に基づいてその弁開度が制御される。
A
スロットル弁10より上流にはエアクリーナ8が設けられている。コンプレッサ6より上流且つスロットル弁10より下流の吸気通路3にはEGRガス導入口7が設けられ、後述するEGR通路15の一端が接続されている。
An
一方、内燃機関1の燃焼室は排気枝管21を介して排気通路11と連通している。排気通路11にはターボチャージャ5のタービン12が設けられている。タービン12より下流には、排気中の微粒子物質(以下、「PM」という)やNOxなどの有害物質を排気中
から除去する排気浄化装置13及び14が設けられている。
On the other hand, the combustion chamber of the
排気浄化装置13及び14としてはフィルタや、NOx触媒、酸化触媒、三元触媒等の触媒、或いはこれらの適当な組み合わせによって構成された装置を例示することができる。排気浄化装置14より下流において排気通路11は大気に開放されており、排気浄化装置13及び14によって浄化された排気が排出されるようになっている。
Examples of the
排気通路11の排気浄化装置13及び排気浄化装置14の間の部分にはEGRガス取り出し口23が設けられ、EGR通路15の一端が接続されている。一方、EGR通路15の他端は上述のように吸気通路3のEGRガス導入口7に接続されており、EGR通路15によって、タービン12より下流の排気通路11とコンプレッサ6より上流の吸気通路3とは連通されている。
An
EGR通路15の途中には、EGR通路15を流通するガスを冷却するEGRクーラ16が設けられ、EGRクーラ16より下流にはEGR弁17が配置されている。EGR弁17はEGR通路15の流路断面積を変更することによりEGR通路15を経由して吸気通路3に流入する排気の量(以下、「EGRガス量」という)を調節する流量調節装置である。EGR弁17は電気配線を介してECU22に接続されており、ECU22から出力される制御信号に基づいてその弁開度が制御される。
An
コンプレッサ6より下流の吸気通路3には吸気取り出し口18が設けられ、バイパス通路19の一端が接続されている。バイパス通路19の他端は、EGRクーラ16より下流且つEGR弁17より上流のEGR通路に設けられた吸気導入口9に接続されている。バイパス通路19によって吸気通路3とEGR通路15とは連通されている。これにより、コンプレッサ6によって加圧された吸気の一部がバイパス通路19を経由してEGR通路15に導かれるようになっている。
An
バイパス通路19の途中にはバイパス開閉弁20が配置されている。バイパス開閉弁20は、バイパス通路19の流路断面積を変更することによりバイパス通路19を経由してEGR通路15に流入する吸気の量を調節する流量調節装置である。バイパス開閉弁20は電気配線を介してECU22に接続されており、ECU22から出力される制御信号に基づいてその弁開度が制御される。
A bypass opening / closing
ECU22は、RAM、ROM、CPU等から構成される電子制御コンピュータである。ECU22は、アクセル開度、機関回転数、機関負荷などの内燃機関1の運転状態を表す各種パラメータを検出又は推定し、内燃機関1の運転状態に応じて燃料噴射などの既知の制御を行うとともに、上述したスロットル弁10、EGR弁17、バイパス開閉弁20を制御し、EGR通路15の掃気制御を実行する。
The
EGR弁17が開弁方向に制御されると、EGR通路15が導通状態となり、排気浄化装置13から排出された比較的低圧の排気の一部がEGR通路15に流入し、EGRクーラ16を経て吸気通路3へ還流する。吸気通路3へ還流したEGRガスは新気とともにコンプレッサ6によって加圧され、内燃機関1に過給される。これにより、内燃機関1に大量の排気を再循環させることができる。
When the
このように、EGR通路15、EGRクーラ16、EGR弁17を含んで構成されるEGR装置24を用いて排気の還流を行うことによって、大量の排気を内燃機関1に再循環させることが可能になり、内燃機関1の燃焼室における混合気の燃焼温度をより確実に低下させることが可能になる。これにより、燃焼過程で生成されるNOxの量が大幅に低減される。
In this way, a large amount of exhaust gas can be recirculated to the
その一方で、大量のEGRを行った場合、内燃機関からの未燃燃料の排出量は増加する傾向がある。これに伴い、EGR通路15に流入する未燃燃料の量も増加する場合がある。EGR通路15に流入する未燃燃料の量が増加すると、EGR通路15やEGRクーラ16の内壁に未燃燃料が付着しやすくなる。この状態でEGRを継続すると、EGRガス中の煤がこの未燃燃料に付着して堆積し、EGR通路15の圧損の増加やEGRクーラ16の冷却性能の低下を招く虞がある。
On the other hand, when a large amount of EGR is performed, the amount of unburned fuel discharged from the internal combustion engine tends to increase. Along with this, the amount of unburned fuel flowing into the
また、高温の排気がEGRクーラ16において冷却される際にEGRガス中の水分が凝縮し、凝縮水が発生することがある。EGRガス量が増大するとこの凝縮水の発生量が増加してEGRクーラ16やEGR通路15に溜まり、これも煤を堆積させる原因となる虞がある。
Further, when the high-temperature exhaust gas is cooled by the
それに対し、本実施例では、コンプレッサ6によって加圧された高圧の吸気の一部が吸気取り出し口18からバイパス通路19に流入し、バイパス通路19を経由して吸気導入口9からEGR通路15に導かれる。この時、EGR弁17が閉弁されるため、EGR通路15に流入した高圧の吸気はEGR通路15を下流側から上流側へ逆流し、EGRクーラ16を経由して排気通路11に流入することになる。
On the other hand, in this embodiment, a part of the high-pressure intake air pressurized by the
ここで、EGR通路15の「上流」「下流」とは、EGR装置24によるEGRが行われている時のEGR通路15におけるEGRガスの流れの向きに基づく概念である。従って、「吸気がEGR通路15を逆流する」とは、吸気がEGR通路15を吸気通路寄りから排気通路寄りへ流れることである。
Here, “upstream” and “downstream” of the
コンプレッサ6によって加圧された吸気は、内燃機関1の運転状態に依存して変化するが、凡そ100〜150kPaのオーダーの高い圧力を有する。そのため、この高圧の吸気がEGR通路15を逆流することによって、EGR通路15やEGRクーラ16の内部に存在する未燃燃料や凝縮水は吹き飛ばされ、吸気の流れによって排気通路11へ運ばれる。これにより、EGR通路15やEGRクーラ16の内壁に付着した未燃燃料や凝縮水は除去される。
The intake air pressurized by the
EGR通路15やEGRクーラ16から吹き飛ばされて排気通路11に流入した未燃燃料や凝縮水は、排気浄化装置14を通過する際に浄化され、大気中に排出される。
Unburned fuel and condensed water blown off from the
このように、本実施例の場合、煤や未燃燃料等をほとんど含まず、かつEGR実施時にEGR通路15を流れる排気の圧力より高圧の吸気によってEGR通路15の掃気が行われる。そのため、従来のようにEGR通路における排気の流れの向きを逆転させることでEGR通路の掃気を図る技術と比較して、より確実にEGR通路15の掃気を行うことが可能になっている。
Thus, in the case of the present embodiment, scavenging of the
その結果、EGRガス量の増大に伴ってEGR通路15に流入する未燃燃料の量が増加したり、EGRクーラ16における凝縮水の発生量が増加したりした場合であっても、EGR装置24内部に未燃燃料や凝縮水が滞留することを抑制することができる。これにより、EGR通路15の圧損の増加やEGRクーラ16の性能低下等の不具合の発生を抑制することが可能になる。
As a result, even if the amount of unburned fuel flowing into the
上述したようなEGR通路15の掃気は、内燃機関1が所定の運転状態にある時に行われる。具体的には、内燃機関1の運転状態が、EGR装置24を用いたEGRが行われない運転状態にある時に、EGR通路15の掃気が行われる。これは、EGR通路15の掃気が行われる時には、EGR通路15の下流側から上流側へ吸気が逆流するため、EGR
を停止する必要があり、内燃機関がEGRを行うべき運転状態にある時にEGR通路15の掃気を実行すると、排気エミッションに影響が出ることが考えられるからである。
The scavenging of the
This is because if the scavenging of the
EGR装置24によるEGRが行われない運転状態としては、内燃機関1の負荷が高い場合、内燃機関が減速運転している場合、或いは排気浄化装置13において触媒再生処理が実行されている場合などを例示することができる。
The operating state in which EGR is not performed by the
これは、内燃機関1が高負荷の状態の時にEGRを行うと、スモークの発生量が増大する傾向があるため、EGRの実施に伴うNOxの排出量の低減効果とスモークの排出量の増加傾向との双方を考慮した場合、EGRを停止した場合の方がトータルの排気エミッションとしては向上する場合があるからである。
This is because, if EGR is performed when the
また、機関回転数が高い時に内燃機関が減速運転状態になると、内燃機関によっては燃焼室に対する燃料の供給がカットされ、燃焼が停止される制御が行われる場合がある。このような場合、EGRの実施の有無はNOxの排出量に特に影響しないため、EGRを行う必要性は低く、EGRが行われない場合がある。 Further, when the internal combustion engine is in a decelerating operation state when the engine speed is high, the internal combustion engine may be controlled to cut off the fuel supply to the combustion chamber and stop the combustion. In such a case, since the presence or absence of EGR does not particularly affect the NOx emission amount, the necessity of performing EGR is low, and EGR may not be performed.
また、排気浄化装置13において触媒再生処理が実行されている時は、排気浄化装置13から排出される排気の温度が非常に高温になる場合がある。例えば、排気浄化装置13がフィルタを含んで構成されている場合、捕集したPMを酸化してフィルタから除去するPM酸化処理が適宜実行される。フィルタにおいてPMの酸化処理が実行されている時には、PMが酸化反応する際の反応熱によりフィルタを通過する排気が加熱され、フィルタから排出される排気の温度は高温になる。
Further, when the catalyst regeneration process is being performed in the
このような高温の排気が排気浄化装置13から排出されている時にEGRが行われると、高温の排気がEGR通路15を経由して吸気通路3に流入することになる。この場合、EGR通路15を流れる排気の温度がEGRクーラ16の冷却性能を超えてEGRクーラ16において十分に冷却されなくなる可能性がある。従って、排気浄化装置13において触媒再生処理が実行されている場合にはEGRを停止した方が好ましい場合がある。
If EGR is performed while such high-temperature exhaust is being exhausted from the
このように、本実施例では、EGR装置24を用いたEGRが行われていない時にEGR通路15の掃気が行われるが、より好ましくはEGR装置24によるEGRが行われていない場合には常にEGR通路15の掃気を行うようにするとよい。
Thus, in this embodiment, scavenging of the
これは、EGR通路15の掃気の実施頻度が低い場合、EGR通路15やEGRクーラ16内の未燃燃料や凝縮水が徐々に集合して大きな粒径の状態で存在するようになる傾向がある。このような状態になると、掃気を実行してEGR通路15に高圧の吸気を導入しても、これらの未燃燃料や凝縮水は容易に吹き飛ばされにくくなり、EGR通路15からこれらの未燃燃料や凝縮水を除去するために要する掃気時間が長くなったり、十分に除去できなくなったりする可能性があるからである。
This is because when the frequency of scavenging of the
従って、EGR通路15の掃気を実行可能な条件が成立している時には、なるべく高い頻度でEGR通路15の掃気を行うことが好ましい。こうすることにより、EGR通路15内部で未燃燃料や凝縮水の粒径が大きくなる前の段階で効率よくこれらを吹き飛ばし、EGR通路15から除去すことができる。
Accordingly, it is preferable to perform scavenging of the
以下、ECU22によって実行されるEGR通路15の掃気制御について、図2のフローチャートに基づいて説明する。図2のフローチャートはEGR通路15の掃気制御を実行するルーチンを示すフローチャートであり、このルーチンはECU22によって所定期間毎に繰り返し実行される。
Hereinafter, scavenging control of the
まず、ステップ101において、ECU22は内燃機関1の運転状態を検出又は推定する。
First, in
次いでステップ102では、ECU22は、前記ステップ101において検出した内燃機関1の運転状態がEGR停止条件を満たしているか否かを判定する。ステップ102において肯定判定された場合、すなわち内燃機関1の運転状態がEGRを行わない運転状態であると判定された場合は、ECU22はステップ104に進む。一方、ステップ102において否定判定された場合、すなわち内燃機関1の運転状態がEGRを行う運転状態であると判定された場合は、ECU22はステップ103に進む。
Next, at
ステップ103では、ECU22は、EGRを実行する。具体的には、ECU22は、EGR弁17を開弁方向に制御するとともにバイパス流量調節弁20を閉弁する。これにより、排気浄化装置13から排出された排気の一部がEGR通路15に流入し、EGRクーラ16において冷却されつつEGR通路15を流通し、吸気通路3に導かれる。
In
この時、ECU22は前記ステップ101において検出した内燃機関1の運転状態に応じてEGRガス量の目標値を算出し、EGRガス量をその目標値とすべくEGR弁17の弁開度を制御する。また、ECU22は、内燃機関1の運転状態に応じて新気とEGRガスの混合比の目標値を算出し、新気の量及びEGRガス量の比がその目標値となるようにスロットル弁10の開度を制御する。
At this time, the
このようにしてコンプレッサ6より上流の吸気通路3において混合された新気及びEGRガスは、コンプレッサ6によって加圧され、内燃機関1に過給される。
The fresh air and EGR gas mixed in the
図3は、ステップ103においてEGRが行われている時のEGRガスの流れを示す図である。図3の(A)に示すように、排気浄化装置13から排出された排気の一部はEGR通路15を経由して吸気通路3に還流している。
FIG. 3 is a diagram showing the flow of EGR gas when EGR is performed in
図2のフローチャートに戻り、前記ステップ102において肯定判定された場合、ECU22はステップ104に進み、EGR通路15の掃気を行う。具体的には、ECU22は、EGR弁17を閉弁するとともにバイパス流量調節弁20を開弁する。
Returning to the flowchart of FIG. 2, when an affirmative determination is made in
これにより、コンプレッサ6により加圧された高圧の吸気の一部が吸気取り出し口18からバイパス通路19に流入し、バイパス通路19を経由してEGR通路15に流入する。この時、EGR弁17は閉弁されているため、EGR通路15に流入した吸気はEGRクーラ16の方向へ流れる。
As a result, a portion of the high-pressure intake air pressurized by the
EGR通路15に導かれた高圧の吸気は、EGR通路15及びEGRクーラ16内に存在する未燃燃料や凝縮水を吹き飛ばしつつEGR通路15を下流側から上流側へ逆流し、EGRガス取り出し口23を経由して排気通路11に流入する。
The high-pressure intake air introduced to the
図4は、ステップ104においてEGR通路15の掃気が行われている時に、EGR通路15を逆流する吸気の流れを示す図である。図4の(B)に示すように、コンプレッサ6によって加圧された吸気の一部は吸気取り出し口18からバイパス通路19に導かれ、バイパス通路19を経由してEGR通路15に流入し、EGR通路15を逆流して排気通路11に流入する。
FIG. 4 is a diagram showing the flow of intake air that flows backward through the
このようにECU22が掃気制御ルーチンのステップ104を実行することにより、本発明に係る掃気手段が実現される。その結果、低圧EGR装置を備えた内燃機関の排気浄
化システムにおいて、低圧EGR装置内に存在する未燃燃料や凝縮水を除去し、低圧EGR装置の圧損の増加や性能低下等の不具合の発生を抑制することが可能になる。
Thus, the scavenging means according to the present invention is realized by the
なお、以上説明した実施例には、本発明の本旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えてもよい。例えば、上記の実施例ではEGR装置としてタービン下流の排気をコンプレッサ上流に還流させるいわゆる低圧EGR装置を備えた内燃機関の排気浄化システムに本発明を適用した実施例を説明したが、低圧EGR装置に加えて排気枝管と吸気枝管とを連通する従来のEGR装置(高圧EGR装置)を備えていてもよい。この場合、本発明は低圧EGR装置内の未燃燃料や凝縮水を掃気制御によって低圧EGR装置内部から除去する発明であるので、高圧EGR装置に対しては本発明に係る掃気制御は実行されない。 Various modifications may be made to the embodiments described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, an embodiment in which the present invention is applied to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine provided with a so-called low pressure EGR device that recirculates exhaust gas downstream of the turbine upstream of the compressor as an EGR device has been described. In addition, a conventional EGR device (high pressure EGR device) that communicates the exhaust branch pipe and the intake branch pipe may be provided. In this case, since the present invention is an invention for removing unburned fuel and condensed water in the low pressure EGR device from the inside of the low pressure EGR device by the scavenging control, the scavenging control according to the present invention is not executed for the high pressure EGR device.
また、EGR通路15の掃気を行う時、排気通路11における排気圧力、コンプレッサ6より上流の吸気通路3における吸気圧力、EGR通路15やEGRクーラ16、EGR弁17における圧力損失等を考慮して、EGR通路15に流入した吸気がEGR通路15を逆流するようにEGR弁17の開度を調節し、EGR弁17を全閉とせずにEGR通路15の掃気を行うようにしてもよい。
Further, when scavenging the
また、上記実施例では、EGR停止条件が成立している場合に限りEGR通路15の掃気を行うようにしているが、EGR停止条件が成立していない場合であっても、コンプレッサ6より上流の吸気圧力が排気通路11における排気圧力より高い状態の時にEGR通路の掃気を行ってもよい。これにより、例えば一定期間以上の長時間に亙ってEGR停止条件が成立しなかったような場合に、強制的にEGR通路15の掃気を行うことが可能になる。これにより、EGR通路15における未燃燃料や凝縮水の滞留をより確実に抑制し、EGR通路の圧損の増加やEGRクーラの性能低下等の不具合の発生を抑制することができる。
Further, in the above embodiment, scavenging of the
1・・・内燃機関
2・・・吸気枝管
3・・・吸気通路
4・・・インタークーラ
5・・・ターボチャージャ
6・・・コンプレッサ
7・・・EGRガス導入口
8・・・エアクリーナ
9・・・吸気導入口
10・・・スロットル弁
11・・・排気通路
12・・・タービン
13・・・排気浄化装置
14・・・排気浄化装置
15・・・EGR通路
16・・・EGRクーラ
17・・・EGR弁
18・・・吸気取り出し口
19・・・バイパス通路
20・・・バイパス開閉弁
21・・・排気枝管
22・・・ECU
23・・・EGRガス取り出し口
24・・・EGR装置
DESCRIPTION OF
23 ...
Claims (5)
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を前記内燃機関の吸気通路の前記過給装置より上流側に還流させるEGR通路と、
前記EGR通路を経由して前記吸気通路に還流する排気の量を調節するEGR流量調節装置と、
前記過給装置によって加圧された吸気の一部を前記EGR通路に流入させるバイパス通路と、
前記内燃機関が高負荷運転状態であるとき、又は、前記排気通路に設けられる触媒又はパティキュレートフィルタの排気浄化能力を回復させる処理が実行されているときの、少なくともいずれかのEGR停止条件が成立するときに、前記バイパス通路を介して前記EGR通路に前記吸気を導くとともに、前記EGR流量調節装置を制御して該吸気を前記EGR通路の下流側から上流側へ逆流させる掃気手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 A supercharging device for supplying pressurized intake air to the internal combustion engine;
An EGR passage that recirculates part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage of the internal combustion engine to the upstream side of the supercharging device of the intake passage of the internal combustion engine;
An EGR flow rate adjusting device for adjusting an amount of exhaust gas recirculated to the intake passage via the EGR passage;
A bypass passage for allowing a portion of the intake air pressurized by the supercharging device to flow into the EGR passage;
At least one of the EGR stop conditions is satisfied when the internal combustion engine is in a high-load operation state or when a process for recovering the exhaust purification ability of the catalyst or the particulate filter provided in the exhaust passage is being executed. when, it guides the intake air to the EGR passage through the bypass passage, and scavenging means for backflow to the upstream side of the intake from the downstream side of the EGR passage by controlling the EGR flow regulating device,
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, comprising:
前記EGR通路の前記EGR弁より上流には前記EGR通路を流れる排気を冷却するEGRクーラが設けられ、
前記バイパス通路は前記EGRクーラより下流且つ前記EGR弁より上流のEGR通路と前記過給装置より下流の前記吸気通路とを連通する通路であり、
前記バイパス通路には前記バイパス通路を開閉するバイパス開閉弁が設けられ、
前記掃気手段は、前記EGR停止条件の少なくともいずれかが成立するときに、前記バイパス開閉弁を開弁するとともに前記EGR弁を閉弁することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 In Claim 1, the EGR flow control device is an EGR valve provided in the EGR passage,
An EGR cooler for cooling the exhaust gas flowing through the EGR passage is provided upstream of the EGR valve in the EGR passage,
The bypass passage is a passage that connects the EGR passage downstream from the EGR cooler and upstream from the EGR valve and the intake passage downstream from the supercharger,
The bypass passage is provided with a bypass on-off valve that opens and closes the bypass passage,
The exhaust gas purification system for an internal combustion engine, wherein the scavenging means opens the bypass on-off valve and closes the EGR valve when at least one of the EGR stop conditions is satisfied .
前記EGR停止条件の少なくともいずれかが成立するときに、前記EGR制御手段によ
る排気の還流が行われないことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 The EGR control means according to claim 2, further comprising an EGR control means for recirculating exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage upstream of the supercharger by opening the EGR valve,
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine , wherein the exhaust gas recirculation is not performed by the EGR control means when at least one of the EGR stop conditions is satisfied .
前記掃気手段は、前記EGR停止条件が成立しない場合であっても、前記過給装置より上流における吸気圧力が前記排気通路における排気圧力より高くなる運転状態であるときに、強制的に前記EGR通路の掃気を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 In claim 2,
Even when the EGR stop condition is not satisfied, the scavenging means forcibly forces the EGR passage when the intake pressure upstream of the supercharging device is in an operating state in which the exhaust pressure is higher than the exhaust pressure in the exhaust passage. An exhaust gas purification system for an internal combustion engine characterized by performing scavenging .
前記掃気手段は、一定期間以上前記EGR停止条件が成立しなかった場合に、強制的に前記EGR通路の掃気を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 The scavenging means forcibly scavenges the EGR passage when the EGR stop condition is not satisfied for a certain period or longer.
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