JP5625716B2 - Cooling device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for an internal combustion engine.
例えば、特許文献1には、内燃機関の失火防止及びドライバビリティの向上を図るために、EGRクーラに供給される冷却水を、内燃機関の高温部位に供給させられる冷却水を冷却するメインラジエータが設けられた経路とは異なる別経路の冷却水経路に設けられたサブラジエータにより冷却するようにした技術が開示されている。
For example,
また、排気マニホールドを冷却水で冷却する水冷式とし、排気ガスと冷却水との熱交換によって高温となった冷却水を利用する技術が従来から知られている。例えば、特許文献2には、冷機時に、排気マニホールド内部もしくは排気マニホールド周辺部を冷却水が流れることが可能となるように冷却水通路を設定することによって、排気ガスの熱で冷却水を加熱し、この加熱された冷却水を温水ヒータに流入させることで、温水ヒーターの暖房性能を向上させている。 Further, a technology that uses a cooling water that cools the exhaust manifold with cooling water and uses the cooling water that has become high temperature by heat exchange between the exhaust gas and the cooling water is conventionally known. For example, in Patent Document 2, the cooling water is heated by the heat of the exhaust gas by setting a cooling water passage so that the cooling water can flow inside the exhaust manifold or around the exhaust manifold when cold. The heating performance of the hot water heater is improved by allowing the heated cooling water to flow into the hot water heater.
しかしながら、この特許文献2においては、暖機後、排気マニホールド内部もしくは排気マニホールド周辺部にエンジン冷却水を流すようにすれば、排気ガス温度を下げて排気通路に介装された触媒の熱劣化を回避しつつ内燃機関の出力向上を図ることが可能ではあるが、冷却水を冷却するラジエータが1つなので、このような使い方をする場合には、ラジエータの容量を大きくしなければならないという問題がある。 However, in Patent Document 2, if the engine cooling water is allowed to flow in the exhaust manifold or in the periphery of the exhaust manifold after warming up, the exhaust gas temperature is lowered to reduce the thermal deterioration of the catalyst interposed in the exhaust passage. Although it is possible to improve the output of the internal combustion engine while avoiding it, since there is one radiator for cooling the cooling water, there is a problem that the capacity of the radiator must be increased when using in this way is there.
またEGRガスを冷却するような運転領域は限られており、特許文献1のように、メインラジエータが設けられた経路とは異なる別経路にサブラジエータを単に設けた構成では、サブラジエータが使用されない運転領域が存在することになり、サブラジエータが有効に使用されないという問題がある。
In addition, the operation region for cooling the EGR gas is limited, and the sub-radiator is not used in the configuration in which the sub-radiator is simply provided in a different route from the route in which the main radiator is provided as in
そこで、本発明は、内燃機関に水冷式の排気マニホールドを適用する際に、メインラジエータが設けられたメイン冷却水経路とは別経路であるサブ冷却水経路に設けられたサブラジエータを効率よく使用することで、メイン冷却水経路のメインラジエータの容量と、サブ冷却水経路のサブラジエータの容量を必要以上に増加させることなく最適化した内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention efficiently uses the sub-radiator provided in the sub-cooling water path that is different from the main cooling water path provided with the main radiator when the water-cooled exhaust manifold is applied to the internal combustion engine. Thus, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine cooling device that is optimized without unnecessarily increasing the capacity of the main radiator in the main cooling water path and the capacity of the sub radiator in the sub cooling water path.
本発明の内燃機関の冷却装置は、メインラジエータが設けられたメイン冷却水経路とは別経路であるサブ冷却水経路に、排気マニホールドとEGRクーラとが並列に接続されていることを特徴としている。また、低負荷運転時にNOxトラップ触媒における硫黄被毒解除を実施する場合には、前記サブ冷却水経路内に介装された流量調整弁で前記排気マニホールドに流れる冷却水流量を減少させるとともに、排気ガスが前記EGRクーラをバイパスして吸気通路に導入される。
The cooling apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is characterized in that an exhaust manifold and an EGR cooler are connected in parallel to a sub cooling water path which is a path different from the main cooling water path provided with the main radiator. . In addition, when performing sulfur poisoning release in the NOx trap catalyst during low-load operation, the flow rate adjustment valve interposed in the sub-cooling water path reduces the flow rate of the cooling water flowing to the exhaust manifold and Gas is introduced into the intake passage, bypassing the EGR cooler.
EGRクーラにおいてEGRガスを最大限冷却したい運転状態と、排気マニホールドにおいて排気ガスを最大限冷却したい運転状態と、は同じではないので、サブラジエータは幅広い運転状態で冷却水を冷却するよう機能する。 Since the operation state in which the EGR gas is desired to be maximally cooled in the EGR cooler is not the same as the operation state in which the exhaust gas is maximally cooled in the exhaust manifold, the sub-radiator functions to cool the cooling water in a wide range of operation states.
また、排気マニホールドは、サブ冷却水経路内を循環する冷却水によって冷却されるので、排気マニホールドを冷却するためにメイン冷却水経路内のメインラジエータの容量を大きくする必要もない。 Further, since the exhaust manifold is cooled by the cooling water circulating in the sub cooling water path, it is not necessary to increase the capacity of the main radiator in the main cooling water path in order to cool the exhaust manifold.
本発明によれば、サブ冷却水経路に設けられたサブラジエータを効率よく使用することが可能となり、メイン冷却水経路のメインラジエータの容量と、サブ冷却水経路のサブラジエータの容量を必要以上に増加させることなく最適化した状態で、マニホールドを水冷式の排気マニホールドとすることが可能となる。 According to the present invention, it becomes possible to efficiently use the sub-radiator provided in the sub-cooling water path, and the capacity of the main radiator in the main cooling water path and the capacity of the sub-radiator in the sub-cooling water path are more than necessary. The manifold can be a water-cooled exhaust manifold in an optimized state without being increased.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明が適用された内燃機関の冷却装置の概略を模式的に示した説明図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an outline of a cooling device for an internal combustion engine to which the present invention is applied.
ディーゼルエンジンである内燃機関1は、メインラジエータ2によって経路内の冷却水を冷却するメイン冷却水経路3と、サブラジエータ4によって経路内の冷却水を冷却するサブ冷却水経路5と、を有している。メイン冷却水経路3とサブ冷却水経路5とは、互いに独立した冷却水経路となっており、メイン冷却水経路3内を循環する冷却水と、サブ冷却水経路5内を循環する冷却水とは互いに混じり合わないように形成されている。
An
メイン冷却水経路3内を循環する冷却水は、内燃機関1のウォータジャケットを流れるものであり、シリンダブロック(図示せず)及びシリンダヘッド(図示せず)を冷却している。
The cooling water circulating in the main
また、内燃機関1には、吸気通路6及び排気通路7が接続されている。排気通路7には、三元触媒8、NOxトラップ触媒9、排気微粒子フィルタ(DPF)10が直列に介装されている。
An intake passage 6 and an
三元触媒8は、空気過剰率が略「1」のとき、すなわち排気空燃比が略理論空燃比となるときに、流入する排気中のHC、CO、NOxの三成分を浄化するものである。NOxトラップ触媒9は、排気空燃比が理論空燃比よりリーンのときに排気ガス中のNOxを吸着し、排気空燃比が理論空燃比よりリッチのときにNOxを脱離還元して浄化する。NOxトラップ触媒9は、NOx以外に排気ガスに含まれる硫黄分もトラップする。DPF10は排気ガス中のPM(微粒子状物質)を捕集するものである。
The three-
排気通路7には、排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路6に還流するEGR通路11が接続されている。このEGR通路11には、EGR弁12及び水冷式のEGRクーラ13が介装されていると共に、EGRクーラ13をバイパスさせてEGRガスを吸気通路6に導入可能なバイパス通路14と、バイパス通路14を開閉するバイパス通路制御弁15が設けられている。
Connected to the
バイパス通路14は、一端がEGRクーラ13のEGRガス入口側より排気通路7側でEGR通路11に接続され、他端がEGRクーラ13のEGRガス出口側より吸気通路6側でEGR通路11に接続されている。本実施形態におけるバイパス通路制御弁15は、バイパス通路14の一端とEGR通路11との接続部分に設けられている。
The
EGR弁12は、例えばステップモータを用いた電子制御式のものであり、その開度に応じて吸気側に還流する排気の量、すなわち内燃機関1に吸入されるEGR量を制御するものである。EGRクーラ13は、後述する排気マニホールド16の下流側の排気通路7から還流するEGRガスを冷却するものである。
The
また前述のEGRクーラ13は、冷却系統でみれば、サブ冷却水経路5に介装されている。サブ冷却水経路5には、EGRクーラ13及び前述したサブラジエータ4の他に、水冷式の排気マニホールド16、排気マニホールド16に流れる冷却水流量とEGRクーラ13に流れる冷却水流量との割合を調整する流量調整弁17と、ウォータポンプ18が介装されている。
Further, the EGR
そして、排気マニホールド16とEGRクーラ13とが、このサブ冷却水経路5内に並列に接続されている。本実施形態においては、サブ冷却水経路5内の冷却水が、図1において反時計回りに循環しており、ウォータポンプ18から吐出した冷却水は、排気マニホールド16及びEGRクーラ13を経てサブラジエータ4に流れ込み、サブラジエータ4で冷却された後にウォータポンプ18に導入されている。また、サブ冷却水経路5内の冷却水温度は、メイン冷却水経路3内の冷却水温度よりも低くなるよう設定されている。
The
流量調整弁17は、排気マニホールド16内を流れた冷却水とEGRクーラ13内を流れた冷却水とが合流する部分に配置された三方弁であって、0度(全閉)〜90度(全開)の間で開度が制御されている。本実施形態においては、全閉時には排気マニホールド16に冷却水が流れず、EGRクーラ13に全ての冷却水が流れ込み、全開時にはEGRクーラ13に冷却水が流れず、排気マニホールド16に全て冷却水が流れ込む設定となっている。
The flow
流量調整弁17及びバイパス通路制御弁15は、例えばステップモータを用いた電子制御式のものであり、前述したEGR弁12を含め、ECU(エンジンコントロールユニット)20によって開閉制御されている。
The flow
ECU20には、内燃機関1の制御のため、機関回転数を検出する回転数センサ21、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ22、吸入空気量を検出するエアフローメータ23、三元触媒8上流側の排気通路7内の排気ガス温度を検出する温度センサ24、NOxトラップ触媒9の温度を検出する温度センサ25、DPF10入口の排気圧力を検出する排気圧力センサ26、三元触媒8入口の排気空燃比を検出する空燃比センサ27、NOxトラップ触媒9出口の排気空燃比を検出する空燃比センサ28、EGRクーラ13の出口側のEGRガス温度を検出する温度センサ29、メイン冷却水経路3内の冷却水温度を検出する温度センサ30、サブ冷却水経路5内の冷却水温度を検出する温度センサ31等の各種センサからの検出信号が入力されている。
The ECU 20 includes an
そして、ECU20は、これら各種センサからの検出信号に基づいて、燃料噴射量、噴射時期を設定して燃料噴射弁(図示せず)の駆動を制御すると共に、スロットル弁(図示せず)及びEGR弁12の開度制御を行う。特に、本発明に係る制御として、ECU20は、サブ冷却水経路5内に配置された流量調整弁17の開度を運転状態に応じて制御する。換言すれば、本実施形態においては、EGRクーラ13におけるEGRガスの冷却要求が大きくなるほどEGRクーラ13に流れる冷却水流量が相対的に増加するよう流量調整弁17の開度が制御されている。
The
EGRガスを吸気通路6に還流させる運転状態において、内燃機関1が高負荷運転時には、EGRクーラ13出口のEGRガス温度が最も低くなるように、排気マニホールド16に流れる冷却水流量とEGRクーラ13に流れる冷却水流量との割合が制御されている。換言すると、排気マニホールド16に流れる冷却水流量とEGRクーラ13に流れる冷却水流量との割合が、EGRクーラ13出口のEGRガス温度を最も低くする割合となるように、流量調整弁17の開度が制御される。尚、EGRガスを吸気通路6に還流させる運転状態で内燃機関1が高負荷運転時において、吸気通路6に還流されるEGRガス量は、EGR率が30%程度となるように設定されている。
In the operation state in which the EGR gas is recirculated to the intake passage 6, when the
EGRクーラ13出口のEGRガス温度は、排気マニホールド16において排気ガスを冷やしても、EGRクーラ13においてEGRガスを冷やしても低下させることができるが、熱交換器としての排気マニホールド16及びEGRクーラ13の特性上、図2に破線で囲んで示すように、冷却水の流量がある流量以上になると熱交換効率は飽和してしまう。つまり、EGRガスの冷却要求度合が所定の要求度合を越えた場合には、熱交換効率は飽和してしまう。そこで、サブ冷却水経路5のウォータポンプ18の単位時間当たりの冷却水の吐き出し量であるトータル水量に応じて、EGRクーラ13出口で相対的に最も温度の低いEGRガスが得られるように、すなわちEGRガスが最良の効率で冷却されるように、排気マニホールド16に流れる冷却水流量とEGRクーラ13に流れる冷却水流量とを設定する。つまり、図2において、一点鎖線で示された前述のトータル水量を表す特性線と交わるEGRクーラ13出口のEGRガス温度を示す特性線うち、最もEGRガス温度が低い特性線の温度が得られるように、排気マニホールド16に流れる冷却水流量とEGRクーラ13に流れる冷却水流量とを設定する。換言すれば、図2において、一点鎖線で示された前述のトータル水量を表す特性線と、実線で示された最良効率線との交点における排気マニホールド16に流れる冷却水流量とEGRクーラ13に流れる冷却水流量とが得られるように流量調整弁17の開度が制御される。つまり、EGRクーラ13出口のEGRガス温度が最も低くなるように、排気マニホールド16に流れる冷却水流量とEGRクーラ13に流れる冷却水流量との割合が制御されている。尚、ウォータポンプ8の単位時間当たりの冷却水の吐き出し量であるトータル水量を変更することでも、排気マニホールド16に流れる冷却水流量と、EGRクーラ13に流れる冷却水流量を制御することは可能である。
The EGR gas temperature at the outlet of the
このように、本実施形態においては、吸気通路6に還流するEGRガスが、サブ冷却水経路5内のEGRクーラ13のみならず、水冷式の排気マニホールド16でも冷やされることになる。そのため、排気ガスが高温となる高負荷運転時にであっても、排気マニホールド16とEGRクーラ13の双方でEGRガスを効率よく冷却することができ、EGRガスを吸気通路6に大量に還流させることが可能となる。
As described above, in this embodiment, the EGR gas recirculated to the intake passage 6 is cooled not only by the
また、サブ冷却水経路5は、排気ガス(EGRガス)の冷却を目的として設けられており、サブ冷却水経路5内の冷却水温度は、メイン冷却水経路3の冷却水温度よりも低く設定されているので、この点でもEGRガスの冷却に有利であり、EGRガスを吸気通路6に大量に還流させる上で有利な構成となっている。
The sub
また、EGRガスを吸気通路6に還流させる運転状態において、内燃機関1が低負荷運転時には、排気ガス中のハイドロカーボン(HC)を考慮すると、吸気通路6に還流するEGRガスの温度を冷やすことは望ましくない。これは、EGRガスを冷やし過ぎると燃焼温度が低下してHCが発生し易くなるからである。
Further, in the operation state in which the EGR gas is recirculated to the intake passage 6, when the
そこで、EGRガスを吸気通路6に還流させる運転状態において、内燃機関1が低負荷運転時には、EGRクーラ13にEGRガスを流さず、EGRガスがバイパス通路14を流れるようにバイパス通路制御弁15を制御する。また、流量調整弁17は、排気マニホールド16内に流れる冷却水流量が、排気マニホールド16内で冷却水が沸騰しない最低限の量となるように制御される。つまり、大部分の冷却水がEGRクーラ13に流れるように、流量調整弁17の開度が制御される。
Therefore, in an operation state in which the EGR gas is recirculated to the intake passage 6, when the
そして、NOxトラップ触媒9の硫黄被毒解除時においても、そのときの内燃機関1の負荷の状態(トルク)に応じて流量調整弁17を開度を制御する。
Even when the sulfur poisoning of the
硫黄被毒解除可能運転領域(S被毒解除可能領域)は、基本的には、機関回転数とトルク(負荷)によって設定されるが、NOxトラップ触媒9の温度による制限を受けることになる。実際の硫黄被毒解除可能運転領域は、NOxトラップ触媒9の熱劣化保護のために、NOxトラップ触媒9のベッド温度が所定の上限温度(例えば750℃)以上とならないように制限される共に、NOxトラップ触媒9の温度が低すぎると硫黄被毒解除が行えないため、NOxトラップ触媒9のベッド温度が所定の下限温度(例えば650℃)以下とならないように制限される。すなわち、機関回転数とトルク(負荷)によって設定された硫黄被毒解除可能運転領域であっても、NOxトラップ触媒9のベッド温度が所定の上限温度(例えば750℃)以上となる領域や、NOxトラップ触媒9のベッド温度が所定の下限温度(例えば650℃)以下となるような領域では、硫黄被毒解除を行うことはできない。
The sulfur poisoning releaseable operation region (S poisoning releaseable region) is basically set by the engine speed and torque (load), but is limited by the temperature of the
高負荷運転時にNOxトラップ触媒9の硫黄被毒解除をする場合、排気ガス温度が上昇するためNOxトラップ触媒9のベッド温度が上昇することになる。そこで、高負荷運転時にNOxトラップ触媒9の硫黄被毒解除をする場合には、NOxトラップ触媒9のベッド温度の上昇を抑制するために、排気マニホールド16に流れる冷却水流量が増加するように、流量調整弁17の開度が制御される。具体的は、EGRクーラ13には冷却水を流さず、排気マニホールド16に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁17の開度が制御される。
When releasing the sulfur poisoning of the
硫黄被毒解除時には、空燃比が理論空燃比となるように制御する必要があるためEGRガスを吸気通路6に還流させているが、EGRガスの還流量が多すぎると排気中のスモークが増加することになるため、吸気通路6に還流されるEGRガス量は、EGR率で5%〜10%程度の少量となるように設定されている。そのため、高負荷時に硫黄被毒解除可能な運転領域を拡大する上では、吸気通路6に還流するEGRガスの温度を冷やすよりも、排気マニホールド16において排気ガスを直接冷やしてやるほうが、排気ガス温度が低下してNOxトラップ触媒9の熱劣化保護に寄与することになる。
When the sulfur poisoning is released, it is necessary to control the air-fuel ratio to be the stoichiometric air-fuel ratio, so the EGR gas is recirculated to the intake passage 6, but if the recirculation amount of the EGR gas is too large, smoke in the exhaust increases. Therefore, the amount of EGR gas recirculated to the intake passage 6 is set to be a small amount of about 5% to 10% in terms of the EGR rate. Therefore, in order to expand the operation range where sulfur poisoning can be released at high loads, it is more effective to cool the exhaust gas directly in the
そこで、排気マニホールド16に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁17の開度が制御することによって、排気マニホールド16に流れる冷却水流量が増加し、排気ガス温度を最大限低下させることができる。
Therefore, by controlling the opening degree of the flow
つまり、排気マニホールド16に流れる冷却水流量を増加させることによって、図3に示すように、トルク(負荷)と機関回転数との関係から推定されるNOxトラップ触媒9のベッド温度上限を示す特性線Aが、特性線A’となり、図3中の斜線で示す領域P1分、高負荷側、高回数側に硫黄被毒解除可能な運転領域を拡大することができる。
That is, by increasing the flow rate of the cooling water flowing through the
低負荷運転時にNOxトラップ触媒9の硫黄被毒解除をする場合、排気ガス温度が低下するためNOxトラップ触媒9のベッド温度が低下することになる。噴射時期リタードする等の排気ガス温度を高くする方法はあるが、内燃機関1の失火限界により、NOxトラップ触媒9のベッド温度が所定の下限温度(例えば650℃)以下なる場合ある。
When the sulfur poisoning of the
そこで、低負荷運転時にNOxトラップ触媒9の硫黄被毒解除をする場合には、NOxトラップ触媒9のベッド温度の低下を抑制するために、排気マニホールド16に流れる冷却水流量が減少するように、流量調整弁17の開度が制御される。具体的は、流量調整弁17は、排気マニホールド16内に流れる冷却水流量が、排気マニホールド16内で冷却水が沸騰しない最低限の量となるように制御される。つまり、大部分の冷却水がEGRクーラ13に流れるように、流量調整弁17の開度が制御される。また、吸気通路6に還流するEGRガスの温度を低下させないため、EGRクーラ13にEGRガスを流さず、EGRガスがバイパス通路14を流れるようにバイパス通路制御弁15を制御する。
Therefore, when the sulfur poisoning of the
これによって、排気マニホールド16に流れる冷却水流量が減少し、排気ガス温度の低下を抑制する。また吸気通路6に還流するEGRガスがバイパス通路14を流れることにより、EGRガスの温度低下が抑制され、このことも排気ガスの温度低下の抑制に寄与することになる。
As a result, the flow rate of the cooling water flowing through the
つまり、排気マニホールド16に流れる冷却水流量を減少させることによって、図4に示すように、トルク(負荷)と機関回転数との関係から推定されるNOxトラップ触媒9のベッド温度下限を示す特性線Bが、特性線B’となり、図4中の斜線で示す領域P2分、低負荷側、低回転数側に硫黄被毒解除可能な運転領域を拡大することができる。
That is, by reducing the flow rate of the cooling water flowing through the
尚、硫黄被毒解除時には、空燃比が理論空燃比となるように制御されるため、空燃比が比較的にリッチとなりハイドロカーボン(HC)が発生しやすくなるが、EGR率も低いので、EGRクーラ13でEGRガスを冷却する高負荷時においても、EGRクーラ13内に排気ガス中のハイドロカーボンが詰まってしまうことも抑制される。また、低負荷時においては、そもそもEGRクーラ13をEGRガスがバイパスするので、排気ガス中のハイドロカーボンがEGRクーラ13内に詰まってしまうこともない。
When sulfur poisoning is released, the air-fuel ratio is controlled to be the stoichiometric air-fuel ratio, so the air-fuel ratio becomes relatively rich and hydrocarbon (HC) is likely to be generated, but the EGR rate is also low, so EGR Even when the EGR gas is cooled by the cooler 13 at a high load, the
また、本実施形態においては、排気マニホールド16が水冷式となっているため、水冷式でない排気マニホールドを備えたシステムに比べて排気ガス温度が低くなりやすいが、上述したように、流量調整弁17とバイパス通路制御弁15とを制御することで、排気ガス温度低下を抑制することができる。
In this embodiment, since the
DPF10に捕集された排気微粒子(PM)を燃焼させてDPF10を再生する際には、排気ガス温度を上昇させることが重要となるので、排気マニホールド16に流れる冷却水流量が減少するように、流量調整弁17の開度が制御される。具体的は、流量調整弁17は、排気マニホールド16内に流れる冷却水流量が、排気マニホールド16内で冷却水が沸騰しない最低限の量となるように制御される。つまり、大部分の冷却水がEGRクーラ13に流れるように、流量調整弁17の開度が制御される。また、DPF再生時においては、デポジットの問題もあるためEGR弁12が閉じられており、EGRガスは吸気通路6に還流させていない。
When the exhaust particulate matter (PM) collected in the
これによって、DPF10の再生時においては、排気マニホールド16に流れる冷却水流量の減少により、排気ガス温度を低下を抑制することができるので、DPF10に捕集された排気微粒子の燃焼を促進することができる。
As a result, when the
EGRガスを吸気通路6に還流させない運転状態において、内燃機関1が高負荷運転時には、排気マニホールド16に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁17の開度が制御することによって、排気系部品の熱劣化防止のために設定される排気ガス温度上限を確保しつつ、内燃機関1の出力向上を図ることができる。
In an operating state in which EGR gas is not recirculated to the intake passage 6, the exhaust system is controlled by controlling the opening degree of the flow
排気通路7には、上述したNOxトラップ触媒9等の排気浄化用の触媒や、過給機等の排気系部品が取り付けられることになるが、高温の排気ガスに晒されるこれら排気系部品の熱劣化抑制の観点から、排気ガス温度には、排気ガス上限温度が設定される。そのため、排気ガス温度が、この排気ガス上限温度以上となるような燃料噴射量の設定はできないため、内燃機関1で発生させる出力にもおのずと限度がある。
The
しかしながら、本実施形態においては、高負荷時に、排気マニホールド16に流れる冷却水流量を増加させることができるので、図5に示すように、排気ガス温度を排気ガス上限温度に保持しつつ、燃料噴射量を増加させることが可能となり、内燃機関1の出力向上を図ることができるのである。
However, in the present embodiment, the flow rate of the cooling water flowing through the
また、以上説明してきたように、EGRクーラ13においてEGRガスを最大限冷却したい運転状態と、排気マニホールド16において排気ガスを最大限冷却したい運転状態と、は同じではないので、サブ冷却水経路5内に排気マニホールド16とEGRクーラ13とを並列に接続することで、サブ冷却水経路5に設けられたサブラジエータ4を効率よく使用することが可能となり、メイン冷却水経路3のメインラジエータ2の容量と、サブ冷却水経路5のサブラジエータ4の容量を必要以上に増加させることなく最適化した状態で、排気マニホールド16を水冷式の排気マニホールドとすることが可能となる。
Further, as described above, the operation state in which the EGR gas is desired to be cooled as much as possible in the
図6は本実施形態における流量調整弁17の制御の流れを示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of control of the flow
S1では、現在の運転モードが通常運転モードであるか否かを判定する。すなわち、NOxトラップ触媒9内の硫黄堆積量が所定量未満、かつDPF10内の排気微粒子堆積量が所定量未満であればS2へ進み通常運転モードと判定した上でS3へ進み、そうでない場合にはS8へ進む。
In S1, it is determined whether or not the current operation mode is the normal operation mode. That is, if the sulfur accumulation amount in the
ここで、NOxトラップ触媒9内の硫黄堆積量は、例えば、機関回転数や車両走行距離の積算値から推定することができ、ECU20内で演算される。また、DPF10内の排気微粒子堆積量は、例えば、排気圧力センサ26により検出されるDPF10の入口側排気圧力と、現在の運転状態(機関回転数と燃料噴射量)に応じた基準排気圧力とを比較することで推定することができ、ECU20内で演算される。
Here, the amount of sulfur deposition in the
S3では、ECU20内に予め記憶させてある図7に示す通常運転モード領域判定マップを用い、現在のトルク(負荷)と機関回転数から、通常運転モードのどの運転領域にあるかを判定し、EGRガスを吸気通路6に還流させる運転状態において内燃機関1が高負荷運転時となる領域1−1の運転領域にある場合にはS4進み、そうでない場合にはS5へ進む。
In S3, the normal operation mode region determination map shown in FIG. 7 stored in advance in the
S4では、ECU20内に予め記憶させてある図8に示す第1作動マップを参照して流量調整弁17の開度を算出し、算出された開度となるように流量調整弁17を制御する。この第1作動マップは、EGRクーラ13出口のEGRガス温度が最低となるように設定されており、吸気弁(図示せず)の保護(耐熱性)の回転から排気ガスが高温となるほど(高出力となるほど)、流量調整弁17が閉じ側(EGRクーラ13に流れる冷却水流量が増加する側)に設定されている。
In S4, the opening degree of the flow
S5では、図7に示す通常運転モード領域判定マップを用い、現在のトルク(負荷)と機関回転数から、EGRガスを吸気通路6に還流させる運転状態において内燃機関1が低負荷運転時となる領域1−2の運転領域にある場合にはS6進み、そうでない場合すなわち、EGRガスを吸気通路6に還流させない運転状態において内燃機関1が高負荷運転時となる領域1−3の運転領域にある場合にはS7進む。
In S5, using the normal operation mode region determination map shown in FIG. 7, the
S6では、ECU20内に予め記憶させてある図9に示す第2作動マップを参照して流量調整弁17の開度を算出し、算出された開度となるように流量調整弁17を制御する。この第2作動マップは、排気マニホールド16に流れる冷却水流量が、排気マニホールド16内で冷却水が沸騰しない最低限の量となるように設定されており、排気ガスが低温となるほど(低出力となるほど)、流量調整弁17が閉じ側(EGRクーラ13に流れる冷却水流量が増加する側)に設定されている。
In S6, the opening degree of the flow
S7では、排気ガス温度を極力冷やす必要があるので、EGRクーラ13には冷却水を流さず、排気マニホールド16に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁17の開度が全開となるよう制御する。
In S7, since it is necessary to cool the exhaust gas temperature as much as possible, the opening of the flow
S8では、現在の運転モードが硫黄被毒解除モードであるか否かを判定する。すなわち、NOxトラップ触媒9内の硫黄堆積量が所定量以上あり、かつ運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域内にあればS9へ進み硫黄被毒解除モードと判定した上でS10へ進み、NOxトラップ触媒9内の硫黄堆積量が所定量未満の場合にはS13へ進みDPF10内の排気微粒子堆積量が所定量以上となったDPF再生モードと判定した上でS14へ進む。NOxトラップ触媒9内の硫黄堆積量が所定量以上あるものの、運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域外にある場合には、運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域になってからS9へ進み硫黄被毒解除モードと判定した上でS10へ進む。尚、NOxトラップ触媒9内の硫黄堆積量が所定量以上あるものの運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域外にあり、かつDPF10内の排気微粒子堆積量が所定量未満の場合には、S2へ進み運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域になってから硫黄被毒解除モードと判定するようにしてもよい。また、NOxトラップ触媒9内の硫黄堆積量が所定量以上あるものの運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域外にあり、かつDPF10内の排気微粒子堆積量が所定量以上ある場合には、S13へ進みDPF再生モードと判定した上でS14へ進むようにしてもよい。
In S8, it is determined whether or not the current operation mode is the sulfur poisoning release mode. That is, if the amount of accumulated sulfur in the
S10では、ECU20内に予め記憶させてある図10に示すような硫黄被毒解除モード領域判定マップを用い、硫黄被毒解除モードにおける高負荷運転時となる領域2−1の運転領域である場合にはS11へ進み、硫黄被毒解除モードにおける低負荷運転時となる領域2−2の運転領域である場合にはS12へ進む。
In S10, when the sulfur poisoning release mode region determination map as shown in FIG. 10 stored in advance in the
S11では、排気ガス温度を極力冷やす必要があるので、EGRクーラ13には冷却水を流さず、排気マニホールド16に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁17の開度が全開となるよう制御する。
In S11, since it is necessary to cool the exhaust gas temperature as much as possible, the opening of the flow
S12では、図9に示す第2作動マップを参照して流量調整弁17の開度を算出し、排気マニホールド16内で冷却水が沸騰しない最低限の量となる開度となるように流量調整弁17を制御する。
In S12, the opening degree of the flow
また、DPF再生モードと判定されてS14へ進んだ場合においても、図9に示す第2作動マップを参照して流量調整弁17の開度を算出し、排気マニホールド16内で冷却水が沸騰しない最低限の量となる開度となるように流量調整弁17を制御する。
Even when the DPF regeneration mode is determined and the routine proceeds to S14, the opening degree of the flow
1…内燃機関
2…メインラジエータ
3…メイン冷却水経路
4…サブラジエータ
5…サブ冷却水経路
6…吸気通路
7…排気通路
8…三元触媒
9…NOxトラップ触媒
10…排気微粒子フィルタ
11…EGR通路
12…EGR弁
13…EGRクーラ
14…バイパス通路
15…バイパス通路制御弁
16…排気マニホールド
17…流量調整弁
18…ウォータポンプ
20…ECU
DESCRIPTION OF
Claims (7)
メインラジエータで冷却され、内燃機関のウォータジャケットを流れる冷却水が循環するメイン冷却水経路と、
サブラジエータで冷却され、水冷式の排気マニホールド及び前記EGRクーラを流れる冷却水が循環するサブ冷却水経路と、
排気通路にNOxトラップ触媒と、を有し、
前記排気還流手段は、前記EGRクーラと並列に接続され、前記EGRクーラをバイパスさせて排気ガスを吸気通路に導入可能なバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス通路制御弁と、を備え、
前記排気マニホールドに流れる冷却水流量と前記EGRクーラに流れる冷却水流量との割合を調整する流量調整弁が前記サブ冷却水経路内に介装され、
前記メイン冷却水経路と前記サブ冷却水経路とが互いに独立した冷却水経路となっていると共に、前記サブ冷却水経路内に前記排気マニホールドと前記EGRクーラとが並列に接続され、
低負荷運転時に、前記NOxトラップ触媒における硫黄被毒解除を実施する場合には、
前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が減少するように、前記流量調整弁の開度が制御され、
排気ガスが前記EGRクーラをバイパスして前記バイパス通路を流れるように、前記バイパス通路制御弁の開度が制御されていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。 Exhaust gas recirculation means for recirculating a part of the exhaust gas to the intake passage through a water-cooled EGR cooler;
A main cooling water path through which the cooling water cooled by the main radiator and flowing through the water jacket of the internal combustion engine circulates;
A sub-cooling water path that is cooled by a sub-radiator and through which cooling water flowing through the water-cooled exhaust manifold and the EGR cooler circulates;
An NOx trap catalyst in the exhaust passage ,
The exhaust gas recirculation means includes a bypass passage that is connected in parallel to the EGR cooler, can bypass the EGR cooler, and can introduce exhaust gas into the intake passage, and a bypass passage control valve that opens and closes the bypass passage,
A flow rate adjusting valve for adjusting a ratio of a cooling water flow rate flowing through the exhaust manifold and a cooling water flow rate flowing through the EGR cooler is interposed in the sub cooling water path;
The main cooling water path and the sub cooling water path are independent cooling water paths, and the exhaust manifold and the EGR cooler are connected in parallel in the sub cooling water path,
When performing sulfur poisoning release in the NOx trap catalyst during low load operation,
The degree of opening of the flow rate adjustment valve is controlled so that the flow rate of cooling water flowing through the exhaust manifold decreases.
The internal combustion engine cooling device , wherein an opening of the bypass passage control valve is controlled so that exhaust gas bypasses the EGR cooler and flows through the bypass passage .
前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が増加するように、前記流量調整弁の開度が制御されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。 When performing sulfur poisoning release in the NOx trap catalyst during high load operation,
The cooling device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein an opening degree of the flow rate adjusting valve is controlled so that a flow rate of the cooling water flowing through the exhaust manifold increases.
前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が減少するように、前記流量調整弁の開度が制御されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。 The exhaust passage has an exhaust particulate filter that collects exhaust particulates in exhaust gas, and at the time of exhaust particulate filter regeneration that burns the exhaust particulates collected by the exhaust particulate filter,
The cooling device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6 , wherein an opening degree of the flow rate adjusting valve is controlled so that a flow rate of the cooling water flowing through the exhaust manifold decreases.
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