JPH0791327A - 排ガス再循環装置を備える内燃機関 - Google Patents

排ガス再循環装置を備える内燃機関

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JPH0791327A
JPH0791327A JP5238302A JP23830293A JPH0791327A JP H0791327 A JPH0791327 A JP H0791327A JP 5238302 A JP5238302 A JP 5238302A JP 23830293 A JP23830293 A JP 23830293A JP H0791327 A JPH0791327 A JP H0791327A
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JP
Japan
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internal combustion
combustion engine
exhaust gas
intake air
dpf
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JP5238302A
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English (en)
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Hiroaki Maehara
弘明 前原
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Denso Ten Ltd
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Denso Ten Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸気系へ再循環される排ガス中のパティキュ
レートの除去を可能とする。 【構成】 吸気口3から吸入された空気は、吸気マニホ
ルド6で燃料と混合された後、各気筒7に与えられ、内
燃機関2で燃焼される。燃焼で生じた排ガス中のパティ
キュレートは、EGRバイパス経路18への分岐点より
も上流側の排気管9に設けられるDPF10によって捕
集される。CPU23では、スロットル弁開度センサ1
3,吸気圧センサ14,クランク角センサ15の各検出
結果から、吸気系へのEGR量が算出され、その環流量
は、VSV20が吸気系の負圧を利用して流量制御弁1
9の開度を制御することによって制御される。これによ
って、パティキュレートに起因するオイル、流量制御弁
19、内燃機関2の性能劣化を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、窒素酸化物の抑制のた
めに排ガス再循環装置が搭載された内燃機関に関し、さ
らに詳しくはパティキュレートが発生するディーゼル機
関に好適に用いられる排ガス再循環装置を備える内燃機
関に関する。
【0002】
【従来の技術】排ガス再循環(以降「EGR」と称す)
装置は、内燃機関の排ガスの一部を排気系から取出し、
その温度・時期・流量等を制御して吸気系へ再循環させ
る装置である。この装置の特徴は、排ガスに多く含まれ
る熱容量の小さいN2,H2O,CO2 などの、いわゆる
不活性ガスを、燃料と空気との混合気とともに内燃機関
に与えて燃焼させると、最高燃焼温度を低下させること
ができるので、高温下での燃焼で発生する窒素酸化物
(以降「NOX 」と称す)の生成の抑制を可能とするこ
とである。
【0003】しかしながら、EGRを行うと、黒煙など
のいわゆるパティキュレートが発生してしまうので、典
型的な従来技術では、前記パティキュレートを捕集する
ためのフィルタが、EGRバルブの下流側のマフラの直
前に設置されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では、
外部へ排出される排ガスに含まれるパティキュレートは
捕集できるが、内燃機関の吸気系へ再循環される排ガス
中のパティキュレートの捕集は不可能であり、前記パテ
ィキュレートに起因するオイルの劣化や、燃料中の硫黄
分の燃焼で生じる硫黄酸化物、いわゆるSOX に起因す
る流量制御弁や内燃機関の腐食・摩耗が生じ、内燃機関
の耐久性が低下するといった問題が生じる。
【0005】本発明の目的は、吸気系へ再循環される排
ガスに含まれるパティキュレートの量を減少させ、オイ
ルの劣化および、流量制御弁や内燃機関の性能劣化を抑
制することができる排ガス再循環装置を備える内燃機関
を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関の排
ガスの一部を排気管から分岐管を介して吸気管に再循環
するようにした排ガス再循環装置を備える内燃機関にお
いて、パティキュレートを捕集するためのフィルタを前
記分岐管よりも上流側に設けることを特徴とする排ガス
再循環装置を備える内燃機関である。
【0007】また本発明は、内燃機関の排ガスの一部を
排気管から分岐管を介して吸気管に再循環するようにし
た排ガス再循環装置を備える内燃機関において、パティ
キュレートを捕集するためのフィルタを、少なくとも前
記分岐管の排気管側端部付近に設けることを特徴とする
排ガス再循環装置を備える内燃機関である。
【0008】
【作用】本発明に従えば、内燃機関の排ガスの一部が、
排気管から分岐して形成される分岐管を介して吸気管内
へ再循環される排ガス再循環装置を備える内燃機関にお
いて、前記排ガス中に含まれるたとえば黒煙や、未燃オ
イルといったパティキュレートを捕集するためのフィル
タが前記分岐管よりも上流側に設けられる。これによっ
て、吸気管内へ再循環される排ガスのパティキュレート
が除去されるので、流量制御弁、オイル、および内燃機
関などの性能の劣化を抑制することができる。
【0009】また本発明に従えば、前記フィルタが、少
なくとも前記分岐管の排気管側端部付近に設けられる。
これによって、少なくとも吸気管内へ再循環される排ガ
スからパティキュレートが除去されるので、流量制御
弁、オイル、および内燃機関などの性能の劣化を抑制す
ることができる。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の第1実施例である排ガス再
循環装置1を備える内燃機関2とそれに関連する構成と
を示すブロック図である。前記内燃機関2は、たとえば
ディーゼルエンジンであり、使用される燃料は軽油であ
るとする。吸気口3から吸気管4に吸入される外気は、
前記吸気管4に設けられるスロットル弁5によって吸入
量が制限され、吸気マニホルド6へ吸入される。該吸気
マニホルド6からは、図示しない燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料と、前記外気との混合気が、内燃機関2の各気
筒7に供給され、この混合気は、内燃機関2内での燃焼
に用いられる。
【0011】燃焼によって生じた排ガスは、排気マニホ
ルド8で集約され、排気管9に設けられるディーゼルパ
ティキュレートフィルタ10(以降「DPF」と称す)
を通過するのに伴い、該排ガスに含まれる黒煙などのパ
ティキュレートが捕集され、さらに三元触媒11の酸化
・還元作用によって、該排ガス中の有害ガス三成分が無
害ガスに清浄化された後、排気口12から排出される。
【0012】吸気管4に設けられるスロットル弁5は、
図示しないアクセルペダルの踏込みに連動して開閉さ
れ、その開度θはスロットル弁開度センサ13で検出さ
れる。吸気マニホルド6には吸気圧センサ14が設けら
れ、吸気圧PMが検出される。また、内燃機関2のクラ
ンク軸にはクランク角センサ15が設けられ、その検出
結果から内燃機関2の回転速度NEが検出される。さら
に、DPF10の上流側に設けられる圧力センサ16お
よび下流側に設けられる圧力センサ17では、それぞれ
圧力PE1および圧力PE2が検出される。これらセン
サ13〜17の検出結果は、制御装置Uに入力される。
【0013】排気管9においてDPF10の下流側に
は、分岐管であるEGRバイパス経路18が連通して形
成されており、該EGRバイパス経路18に設けられ、
バキュームスイッチングバルブ(以降「VSV」と称
す)20によってその開度が制御される流量制御弁19
の開度によって、吸気系に再循環されるEGR量が制御
される。EGR量は、前記スロットル弁開度θと吸気圧
PMと、内燃機関2の回転速度NEとなどから決定され
る。
【0014】前記制御装置Uにおいて、クランク角セン
サ15の出力は入力インタフェイス21で波形整形され
て、また、スロットル弁開度センサ13および吸気圧セ
ンサ14の出力は、アナログ/デジタル(略称A/D)
コンバータ22でデジタル値に変換されて、中央演算処
理回路(以降「CPU」と称す)23へ入力され、該C
PU23はリードオンリメモリ(略称ROM)24に記
憶されている演算プログラムなどに基づいて演算を行
い、EGR量すなわち流量制御弁19の開度を算出す
る。このように算出された流量制御弁19の開度となる
ように、出力インタフェイス25を介してVSV20が
デューティ制御される。
【0015】VSV20は、ダイアフラムと電磁弁とな
どを備えて構成されており、内燃機関2の吸気系に生じ
る負圧を導圧管26を介してダイアフラム室に導入し、
その導入量を前記電磁弁を通電/非通電制御することに
よって、前記ダイアフラム室を形成する隔壁の変位量が
変化し、これによって前記流量制御弁19の開度が制御
される。この制御によって、所望とする量の排ガスが、
環流管27を介して吸気系に再循環される。このとき、
VSV20はたとえば20%〜90%のデューティで制
御され、流量制御弁19の開度はそのデューティに対応
して変化する。
【0016】吸気系に再循環された排ガスは、吸気マニ
ホルド6において混合気と混合され、内燃機関2の各気
筒7に供給される。排ガスと混合気とが混合された気体
には、N2,H2O,CO2 などの不活性ガスが多く含ま
れるので、内燃機関2内での燃焼温度は、前記不活性ガ
スの熱容量に起因して、空気と燃料とのみの混合気の燃
焼温度よりも低下する。これによって、高温燃焼時に発
生するNOX の生成を抑制することができる。
【0017】DPF10は、内燃機関2からの排ガスに
含まれる黒煙などのパティキュレートを捕集するための
フィルタである。このDPF10で捕集されるパティキ
ュレートは経時につれて蓄積され、長時間放置しておく
と、DPF10が目詰まりを起こすおそれがあるので、
蓄積されたパティキュレートの除去作業を行う必要があ
る。
【0018】パティキュレートの蓄積は、前記圧力セン
サ16によって検出されるDPF10の上流側の圧力P
E1と、前記圧力センサ17によって検出されるDPF
10の下流側の圧力PE2との差圧PE1−PE2の値
が、予め定められる所定値に達すること、すなわち前記
所定値をαとすると、PE1−PE2≧αで表されるこ
とによって認識される。
【0019】DPF10の上流側の排気管9には2次空
気管30が連通して形成され、該2次空気管30には、
DPF10の再生に必要な酸素を吸入し、DPF10へ
供給するためのポンプ28が設けられる。該ポンプ28
は、出力インタフェイス25からの出力信号によって制
御される。
【0020】前記式PE1−PE2≧αが成立すると、
各センサ13〜17で検出された各値に基づいて、CP
U23で算出された2次空気量のデータが前記ポンプ2
8に与えられ、このデータを受けて、ポンプ28は外気
を2次空気吸入口29から2次空気管30内へ吸入す
る。ヒータ31では、前記2次空気が前記CPU23で
算出された温度および時間で加熱され、この熱風によっ
て、DPF10に蓄積されたパティキュレートが気化さ
れ、DPF10の再生が完了する。
【0021】DPF10の再生と並行してEGRが行わ
れる場合、DPF10の再生に酸素が使用されるため、
DPF10の下流側の排ガスに含まれる酸素の割合が低
くなり、実EGR量は、目標とするEGR量よりも多く
なる。したがって、実EGR量を目標とするEGR量に
制御するためには、本発明の一実施例では、EGR量を
多くする場合は2次空気量を少なく、またEGR量を少
なくする場合は2次空気量を多くするように、ポンプ2
8から供給される2次空気量を調節する。
【0022】図2は、DPF10の上流側と下流側との
差圧を調べるためのフローチャートである。この動作
は、たとえば1秒毎に行われ、後述する図3のフローチ
ャートに示されるメイン処理動作に対する割込み動作で
ある。ステップn1で、DPF10の上流側の圧力セン
サ16で検出された圧力PE1が読込まれ、ステップn
2で、DPF10の下流側の圧力センサ17で検出され
た圧力PE2が読込まれる。ステップn3では、DPF
10の上流側と下流側との差圧PE1−PE2の値が計
算され、この値が所定値α以上であるかどうかが判断さ
れる。PE1−PE2≧αであると判断されると、ステ
ップn4に進み、DPF10の再生が行われる。一方、
PE1−PE2<αであると判断されると、この割込み
動作を終了する。
【0023】図3は、前記VSV20の制御動作を示す
フローチャートである。ステップs1では、スロットル
弁開度センサ13によって検出されたスロットル弁開度
θが読込まれ、ステップs2では、吸気マニホルド6に
設けられた吸気圧センサ14によって検出された吸気圧
PMが読込まれ、ステップs3では、クランク角センサ
15によって検出された内燃機関2の回転周期から算出
された回転速度NEが読込まれる。ステップs4では、
これらスロットル弁開度θと、吸気圧PMと、内燃機関
の回転速度NEとから、最適なEGR量が算出される。
【0024】ステップs5では、DPF10が再生中で
あるかどうかが判断される。再生中であると判断される
とステップs6に進み、流量制御弁19を全開にした
後、ポンプ28から供給される2次空気量を増加させ
る。すなわち、混合気と排ガスとが混合された気体中に
占める酸素の割合を増加させることによって、目標とす
るEGR量となるように、該EGR量をやや減少させ、
EGRを行う。一方、再生中でないと判断されると、ス
テップs7に進み、VSV20のデューティによって、
流量制御弁19の開度を変化させる通常のEGR制御を
行う。
【0025】上述のように本実施例では、DPF10が
EGRバイパス経路18の分岐点の上流側に設けられ
る。したがって、吸気系へ再循環される排ガス中のパテ
ィキュレートはDPF10によって捕集されるので、パ
ティキュレートに起因する流量制御弁19、オイル、お
よび内燃機関2の汚れや、それに伴う性能劣化を抑制す
ることができる。
【0026】図4は、本発明の第2実施例を示すブロッ
ク図である。本実施例は、前述の第1実施例と類似の構
成であるので、同一の構成部品には同一の参照符号を用
いる。本実施例は、DPF40がEGRバイパス経路1
8において排気管9側の端部に設けられることを特徴と
する。このため、DPF40の上流側には、2次空気管
44が連通して形成される。また、前記DPF40の上
流側および下流側にそれぞれ圧力センサ42および圧力
センサ43が設けられ、それぞれ圧力PE3および圧力
PE4を検出する。
【0027】また、排気管9にはDPF45が設けら
れ、該DPF45の上流側には、2次空気管49が連通
して形成される。DPF45の上流側および下流側に
は、それぞれ圧力センサ47および圧力センサ48が設
けられ、それぞれ圧力PE5および圧力PE6を検出す
る。前記DPF40およびDPF45の再生に必要な2
次空気は、ポンプ28から吸入され、それぞれ2次空気
管44および2次空気管49を介して、ヒータ41およ
びヒータ46に供給される。
【0028】これによって、EGRに使用される排ガス
中に含まれるパティキュレートは前記EGRバイパス経
路18に設けられるDPF40によって、また、排気口
12から排出される排ガス中に含まれるパティキュレー
トは、排気口12の上流側に設けられるDPF45によ
って捕集されるので、前述の第1実施例と同様の効果を
得ることができる。
【0029】上述した第1および第2実施例における再
生の際に、ヒータ31およびヒータ41に供給される2
次空気は、予め流量制御弁19を全開にしておき、ポン
プ28からの2次空気量でEGR量を制御する。すなわ
ちたとえば、EGR量を多くする場合は2次空気量を少
なく、また、EGR量を少なくする場合は2次空気量を
多くする。
【0030】これに対して、本発明の他の実施例におけ
るEGR量の制御として、ポンプ28から吸入された外
気を、再生に必要な量よりもやや多めの吐出にして、か
つ、EGR量はVSV20によって制御されるようにし
てもよい。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、吸気管内
へ再循環される排ガス中のパティキュレートが、分岐管
よりも上流側もしくは該分岐管に設けられるフィルタで
除去されるので、流量制御弁、オイル、および内燃機関
などの性能劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の構成を示すブロック図で
ある。
【図2】DPF10の上流側と下流側との差圧を調べる
ためのフローチャートである。
【図3】VSV20の制御動作を示すフローチャートで
ある。
【図4】本発明の第2実施例の構成を示すブロック図で
ある。
【符号の説明】
1 排ガス再循環装置 2 内燃機関 9 排気管 10,40,45, DPF 13 スロットル弁開度センサ 14 吸気圧センサ 15 クランク角センサ 16,17,42,43,47,48 圧力センサ 18 EGRバイパス経路 19 流量制御弁 20 VSV 26 導圧管 28 ポンプ 31,41,46 ヒータ U 制御装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排ガスの一部を排気管から分
    岐管を介して吸気管に再循環するようにした排ガス再循
    環装置を備える内燃機関において、 パティキュレートを捕集するためのフィルタを前記分岐
    管よりも上流側に設けることを特徴とする排ガス再循環
    装置を備える内燃機関。
  2. 【請求項2】 内燃機関の排ガスの一部を排気管から分
    岐管を介して吸気管に再循環するようにした排ガス再循
    環装置を備える内燃機関において、 パティキュレートを捕集するためのフィルタを、少なく
    とも前記分岐管の排気管側端部付近に設けることを特徴
    とする排ガス再循環装置を備える内燃機関。
JP5238302A 1993-09-24 1993-09-24 排ガス再循環装置を備える内燃機関 Withdrawn JPH0791327A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002130058A (ja) * 2000-08-07 2002-05-09 Filterwerk Mann & Hummel Gmbh 内燃機関においてガスを戻す装置
JP2003161179A (ja) * 2001-11-27 2003-06-06 Toyota Motor Corp 内燃機関
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KR100789166B1 (ko) * 2004-04-10 2007-12-28 정순배 경유 엔진 개조형 배기가스 정화시스템 및 배기가스 정화 방법
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JP2016109089A (ja) * 2014-12-09 2016-06-20 株式会社日本自動車部品総合研究所 パージ装置

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