(57)【要約】【課題】排気に含有される浄化対象成分の大気への放出を抑制する内燃機関およびその制御方法を提供する。【解決手段】排気浄化装置１５よりも下流側の排気通路１３から分岐して吸気通路１４に合流する連絡通路２０と、排気浄化装置１５よりも下流側かつ連絡通路２０への分岐地点２４よりも上流側の排気通路１３に配置された検出装置２１と、分岐地点２４よりも下流側の排気通路１３に配置された弁装置２２と、制御装置２３と、を備え、排気通路１３から外部へ放出される浄化対象成分の放出量が閾値Ｃａ以上となる場合は、制御装置２３により、弁装置２２に排気通路１３を遮断させて連絡通路２０を介して還流ガスＧ２を還流させる制御を行う構成にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒から排出された排気が通過する排気通路と、前記気筒に吸入される吸気が通過する吸気通路と、前記排気通路に配置されて排気に含有される浄化対象成分を浄化する排気浄化装置と、を備えた内燃機関において、
排気の流れに関して前記排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路から分岐して前記吸気通路に合流する連絡通路と、排気の流れに関して前記排気浄化装置よりも下流側かつ前記連絡通路への分岐地点よりも上流側の前記排気通路に配置されて排気に含有される前記浄化対象成分の含有量を検出する検出装置と、排気の流れに関して前記連絡通路への分岐地点よりも下流側の前記排気通路に配置されて前記排気通路の遮断および開放する弁装置と、前記検出装置および前記弁装置に接続された制御装置と、を備え、
前記検出装置が検出した前記含有量に基づいて、前記排気通路から外部へ放出される前記浄化対象成分の放出量が予め設定された閾値以上となる場合は、前記制御装置により、前記弁装置に前記排気通路を遮断させて前記連絡通路を介して排気を前記排気通路から前記吸気通路に還流させる制御を行う構成にしたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記検出装置、前記分岐地点、および、前記弁装置のそれぞれは、前記排気通路における外部への出口の近傍に配置される請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記放出量が前記閾値以上となる場合は、前記検出装置が検出した前記含有量が前記閾値以上となった場合、および、前記検出装置が検出した前記含有量の変化率に応じて予測される次回の含有量が前記閾値以上となった場合である請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
排気の流れに関して前記排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路から分岐して前記吸気通路に合流する再循環通路と、この再循環通路に配置されて再循環する排気を冷却する冷却装置および再循環する排気の再循環量を調節する再循環用弁装置と、を備え、
前記連絡通路が前記再循環通路で構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
気筒から排出された排気が通過する排気通路と、前記気筒に吸入される吸気が通過する吸気通路と、前記排気通路に配置されて排気に含有される浄化対象成分を浄化する排気浄化装置と、を備えた内燃機関の制御方法において、
排気の流れに関して前記排気浄化装置よりも下流側、かつ、排気の流れに関してその排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路から分岐して前記吸気通路に合流する連絡通路への分岐地点よりも上流側、における排気に含有される前記浄化対象成分の含有量を検出し、
検出した前記含有量に基づいて、前記排気通路から外部へ放出される前記浄化対象成分の放出量が予め設定された閾値以上となるか否かを判定し、
前記放出量が前記閾値以上となると判定した場合は前記弁装置が前記排気通路を遮断して前記連絡通路を介して排気を前記排気通路から前記吸気通路に還流させ、
前記放出量が前記閾値を下回ると判定した場合は前記弁装置が前記排気通路を開放して排気を前記排気通路から外部へ放出させることを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関およびその制御方法に関し、より詳細には、排気に含有される浄化対象成分の大気への放出を抑制する内燃機関およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、排気通路と吸気通路と排気通路に配置された排気浄化装置と排気通路から分岐して吸気通路に合流する連絡通路（ＬＰＬ−ＥＧＲ装置）とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。排気浄化装置は排気に含有される窒素酸化物、炭素酸化物、アンモニアなどの浄化対象成分を浄化するものであり、この種の排気浄化装置としては、特許文献１に記載の酸化触媒装置やフィルタ装置の他に、三元触媒装置や選択型還元触媒装置なども例示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７４７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の内燃機関においては、排気温度が低い場合に排気浄化装置が活性状態とならず、排気に含有される浄化対象成分が浄化されないまま大気に放出されるという問題がある。
【０００５】
本開示の目的は、排気に含有される浄化対象成分の大気への放出を抑制する内燃機関およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成する本発明の一態様の内燃機関は、気筒から排出された排気が通過する排気通路と、前記気筒に吸入される吸気が通過する吸気通路と、前記排気通路に配置されて排気に含有される浄化対象成分を浄化する排気浄化装置と、を備えた内燃機関において、排気の流れに関して前記排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路から分岐して前記吸気通路に合流する連絡通路と、排気の流れに関して前記排気浄化装置よりも下流側かつ前記連絡通路への分岐地点よりも上流側の前記排気通路に配置されて排気に含有される前記浄化対象成分の含有量を検出する検出装置と、排気の流れに関して前記連絡通路への分岐地点よりも下流側の前記排気通路に配置されて前記排気通路の遮断および開放する弁装置と、前記検出装置および前記弁装置に接続された制御装置と、を備え、前記検出装置が検出した前記含有量に基づいて、前記排気通路から外部へ放出される前記浄化対象成分の放出量が予め設定された閾値以上となる場合は、前記制御装置により、前記弁装置に前記排気通路を遮断させて前記連絡通路を介して排気を前記排気通路から前記吸気通路に還流させる制御を行う構成にしたことを特徴とする。
【０００７】
上記の目的を達成する本発明の一態様の内燃機関の制御方法は、気筒から排出された排気が通過する排気通路と、前記気筒に吸入される吸気が通過する吸気通路と、前記排気通路に配置されて排気に含有される浄化対象成分を浄化する排気浄化装置と、を備えた内燃機関の制御方法において、排気の流れに関して前記排気浄化装置よりも下流側、かつ、排気の流れに関してその排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路から分岐して前記吸気通路に合流する連絡通路への分岐地点よりも上流側、における排気に含有される前記浄化対象成分の含有量を検出し、検出した前記含有量に基づいて、前記排気通路から外部へ放出される前記浄化対象成分の放出量が予め設定された閾値以上となるか否かを判定し、前記放出量が前記閾値以上となると判定した場合は前記弁装置が前記排気通路を遮断して前記連絡通路を介して排気を前記排気通路から前記吸気通路に還流させ、前記放出量が前記閾値を下回ると判定した場合は前記弁装置が前記排気通路を開放して排気を前記排気通路から外部へ放出させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、排気浄化装置を通過後で大気に放出される浄化対象成分の放出量が閾値以上となる場合に、その排気を吸気側に還流させることで、大気へ直接放出されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内燃機関の第一実施形態を例示する構成図である。
【図２】内燃機関の制御方法の第一実施形態を例示するフロー図である。
【図３】内燃機関の第二実施形態を例示する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本開示における内燃機関およびその制御方法の実施形態について説明する。図中では、Ｇ１を排気とし、Ａ１を吸気とし、Ｇ２を還流ガスとし、それらの流れを矢印で示すものとする。なお、還流ガスＧ２は排気通路１３から吸気通路１４に還流される排気Ｇ１である。
【００１１】
図１に例示するように、第一実施形態の内燃機関１０は車両に搭載されたエンジンが例示され、車両の走行時などにおいて図示しないピストンが往復する気筒１１に吸入された吸気Ａ１と燃料噴射装置１２から気筒１１に噴射された燃料とが混合されて燃焼して、排気Ｇ１となって排出される。内燃機関１０は、気筒１１から排出された排気Ｇ１が通過する排気通路１３と、気筒１１に吸入される吸気Ａ１が通過する吸気通路１４と、排気浄化装置１５と、ターボチャージャ１６と、を備える。
【００１２】
排気浄化装置１５は、排気Ｇ１の流れに関してターボチャージャ１６のタービン１６ａよりも下流側の排気通路１３に配置されて排気Ｇ１に含有される浄化対象成分を浄化する装置である。本開示で、浄化対象成分としては粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭素酸化物（ＣＯｘ）、アンモニア（ＮＨ３）が例示される。また、排気浄化装置１５としては窒素酸化物や炭素酸化物を酸化する酸化触媒装置１５ａ、粒子状物質を捕集するフィルタ装置１５ｂ、還元剤を噴射する還元剤噴射装置１５ｃ、還元剤を用いて窒素酸化物を還元する選択型還元触媒装置１５ｄ、還元剤を吸着する還元剤吸着触媒装置１５ｅが例示される。排気浄化装置１５は上記の構成に限定されず、例えば、三元触媒装置や吸蔵型還元触媒装置を用いてもよい。
【００１３】
内燃機関１０は、連絡通路２０、検出装置２１、弁装置２２、および、制御装置２３を備える。なお、図中の一点鎖線は信号線を示しており、検出装置２１、および、弁装置２２のそれぞれは、制御装置２３に電気的に接続される。
【００１４】
連絡通路２０は、排気Ｇ１の流れに関して排気浄化装置１５よりも下流側の排気通路１３から分岐して吸気Ａ１の流れに関してターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ｂよりも上流側の吸気通路１４に合流する通路である。連絡通路２０は排気通路１３と吸気通路１４とを連通するのみの通路であればよく、連絡通路２０に通過する還流ガスＧ２を冷却する冷却装置や連絡通路を遮断および開放する弁装置を設ける必要がないが、それらの装置が設けられてもよい。
【００１５】
検出装置２１は、排気Ｇ１の流れに関して排気浄化装置１５よりも下流側かつ連絡通路２０への分岐地点２４よりも上流側の排気通路１３に配置されて、排気Ｇ１に含有される浄化対象成分の含有量を検出するセンサである。検出装置２１としてはＮＯｘセンサ、ＣＯ２センサ、アンモニアセンサが例示される。検出装置２１は例示したそれぞれのセンサのうちの一つで構成されてもよく、それぞれのセンサの全てで構成されてもよい。この実施形態で、検出装置２１はＮＯｘセンサで構成されるものとし、浄化対象成分の含有量ＣｘとしてＮＯｘ濃度を検出するものとする。
【００１６】
弁装置２２は、排気Ｇ１の流れに関して連絡通路２０への分岐地点２４よりも下流側の排気通路１３に配置されて、排気通路１３の遮断および開放する装置である。弁装置２２は、排気通路１３を遮断および開放可能な装置であれば適用可能であるが、全閉および全開の二つの位置で使用可能なオンオフ弁で構成されることが望ましい。
【００１７】
連絡通路２０の分岐地点２４、検出装置２１、および、弁装置２２のそれぞれは、排気通路１３における外部への出口１７の近傍に配置されることが望ましい。本開示で、排気通路１３における出口１７の近傍とは、テールパイプが例示される。テールパイプは、末端に出口１７を有し、排気通路１３を通過する過程において浄化、消音された排気を大気に放出する機能を有する配管である。
【００１８】
制御装置２３は、各種情報処理を行う中央演算装置（ＣＰＵ）、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置２３は、燃料噴射装置１２における燃料噴射量の制御などを行うエンジンコントロールユニットで構成されてもよい。
【００１９】
制御装置２３は、機能要素として判定部２５と制御部２６とを有する。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、中央演算装置により実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）や電気回路で構成されてもよい。
【００２０】
判定部２５は、検出装置２１が検出した含有量Ｃｘが入力されて、排気通路１３の出口１７から放出される浄化対象成分の放出量が予め設定された閾値Ｃａ以上になるか否かを判定し、制御部２６に判定した結果を出力する機能要素である。
【００２１】
本開示で、浄化対象成分の放出量が閾値Ｃａ以上になる場合は、検出装置２１が検出した現在の含有量Ｃｘが閾値Ｃａ以上となる場合、および、その含有量Ｃｘの変化率ΔＣｘ（＝Ｃｘ−Ｃ（ｘ−１））に応じて予測される次回の含有量Ｃ（ｘ＋１）（＝Ｃｘ＋ΔＣｘ）が閾値Ｃａ以上となる場合の両方の場合を含むものとする。
【００２２】
閾値Ｃａは、予め設定された固定値である。閾値Ｃａとしては、日本国の大気汚染防止法や自動車から排出される窒素酸化物及び粒子状物質の抑制のための大気汚染防止法の特別措置法に定められる排出ガス規制に基づいた値が例示される。
【００２３】
制御部２６は、判定部２５における判定結果が入力されて、その判定結果に応じて弁装置２２の全閉および全開を調節する機能要素である。制御部２６は、浄化対象成分の放出量が閾値Ｃａ以上になる場合は弁装置２２の全閉により排気通路１３を遮断させて連絡通路２０を介して還流ガスＧ２を還流させ、浄化対象成分の放出量が閾値Ｃａを下回る場合は弁装置２２の全開により排気通路１３を開放させて排気Ｇ１を出口１７から大気に放出させる機能要素である。
【００２４】
図２に例示するように、内燃機関１０の制御方法は、所定の周期ごとに繰り返し行われる方法である。なお、フロー図における一周期の経過は「リターン」で示し、周期を符号ｘで示す。つまり、ｘが現在の周期を示し、（ｘ−１）が一周期前の周期（以下、前回の周期という）を示し、（ｘ＋１）が一周期後の周期（以下、次回の周期という）を示す。また、内燃機関１０の制御方法は、内燃機関１０が始動すると開始されるものとする。
【００２５】
内燃機関１０が始動すると、検出装置２１が現在の周期の含有量Ｃｘを検出する（Ｓ１１０）。次いで、判定部２５が現在の周期の含有量Ｃｘが閾値Ｃａ以上となるか否かを判定する（Ｓ１２０）。現在の周期の含有量Ｃｘが閾値Ｃａ以上となると判定すると、ステップＳ１５０へ進む。一方、現在の周期の含有量Ｃｘが閾値Ｃａを下回ると判定すると、ステップＳ１３０へ進む。
【００２６】
次いで、判定部２５が現在の周期の含有量Ｃｘと前回の周期の含有量Ｃ（ｘ−１）との差分から変化率ΔＣｘを算出する（Ｓ１３０）。次いで、判定部２５が現在の周期の含有量Ｃｘに変化率ΔＣｘを加算した次回の周期の含有量Ｃ（ｘ＋１）（＝Ｃｘ＋ΔＣｘ）が閾値Ｃａ以上となるか否かを判定する（Ｓ１４０）。次回の周期の含有量Ｃ（ｘ＋１）が閾値Ｃａ以上となると判定すると、ステップＳ１５０へ進む。一方、次回の周期の含有量Ｃ（ｘ＋１）が閾値Ｃａを下回ると判定すると、ステップＳ１６０へ進む。
【００２７】
判定部２５が現在の周期の含有量Ｃｘ、あるいは、次回の周期の含有量Ｃ（ｘ＋１）のどちらか一方が閾値Ｃａ以上となるという判定結果を出力すると、制御部２６が弁装置２２を全閉にして排気通路１３を遮断する（Ｓ１５０）。弁装置２２の全閉により排気通路１３が遮断されると、排気通路１３を流れる排気Ｇ１は還流ガスＧ２として排気通路１３から吸気通路１４に還流されて、吸気Ａ１として、再び、気筒１１に吸入されて燃焼に利用される。
【００２８】
一方、判定部２５が現在の周期の含有量Ｃｘ、および、次回の周期の含有量Ｃ（ｘ＋１）の両方が閾値Ｃａを下回るとなるという判定結果を出力すると、制御部２６が弁装置２２を全開にして排気通路１３を開放する（Ｓ１６０）。弁装置２２の全開により排気通路１３が開放されると、排気通路１３を流れる排気Ｇ１は出口１７から大気へ放出される。
【００２９】
以上のように、本開示の内燃機関１０によれば、排気浄化装置１５を通過後で大気に放出される浄化対象成分の放出量が閾値Ｃａ以上となる場合に、その排気Ｇ１を還流ガスＧ２として還流させることができる。これにより、浄化対象成分が閾値Ｃａ以上に含有される排気Ｇ１を排気通路１３の出口１７から大気へ直接放出することを防ぐことができる。また、還流ガスＧ２の再循環により吸気Ａ１に含まれる還流ガスＧ２の割合が増加することで、気筒１１における燃焼の際に浄化対象成分の生成を抑制することもできる。
【００３０】
一方で、本開示の内燃機関１０は、大気へ放出される浄化対象成分の放出量が閾値Ｃａ以上となって弁装置２２を全閉した場合に、放出量が閾値Ｃａを下回るまで弁装置２２の全閉状態を維持する。このように、弁装置２２の全閉状態が長時間に渡って維持される場合に、吸気Ａ１に含まれる還流ガスＧ２の割合が高まり、酸素不足に陥るおそれがある。これに関して、制御装置２３が弁装置２２の全閉状態が長時間に渡る場合は強制的に弁装置２２を全開にする制御を行うように構成されることが好ましい。
【００３１】
例えば、吸気Ａ１の流れに関してコンプレッサ１６ｂの下流側の吸気通路１４に酸素センサを配置し、酸素センサが検出した吸気Ａ１に含有される酸素の含有量が予め設定された値を下回る場合に、制御装置２３により弁装置２２を全開する制御を行うように構成されてもよい。また、制御装置２３が弁装置２２が全閉に維持される時間をカウントするタイマーを機能要素として有し、タイマーによりカウントされた時間が予め設定された期間を超える場合に、制御装置２３により弁装置２２を全開する制御を行うように構成されてもよい。なお、酸素の含有量に関する値や期間に関しては、いずれも気筒１１での燃焼において酸素不足が生じないように設定されるものとする。
【００３２】
上記の内燃機関１０によれば、現在の含有量Ｃｘが閾値Ｃａ以上となる場合、および、次回の含有量Ｃ（ｘ＋１）が閾値Ｃａ以上となる場合の両方の場合で、弁装置２２に排気通路１３を遮断させることが望ましい。このように、現在の含有量Ｃｘと閾値Ｃａとを比較するフィードバック的な制御と、次回の含有量Ｃ（ｘ＋１）と閾値Ｃａとを比較するフィードフォワード的な制御とを行うことで、浄化対象成分が閾値Ｃａ以上に含有される排気Ｇ１を排気通路１３の出口１７から大気へ直接放出することを防ぐには有利になる。
【００３３】
また、上記の内燃機関１０によれば、連絡通路２０の分岐地点２４、検出装置２１、及び、弁装置２２のそれぞれがテールパイプに配置されることが望ましい。このように、大気へ放出される直前の排気Ｇ１の状態に応じて、その排気Ｇ１を還流させるか否かを判断することで、判定部における判定結果の精度を向上するには有利になる。
【００３４】
図３に例示するように、第二実施形態の内燃機関１０は、第一実施形態に対して排気再循環システム３０の再循環通路３１を用いる点が異なる。
【００３５】
排気再循環システム３０は、ターボチャージャ１６のタービン１６ａを駆動させた後の排気Ｇ１を還流ガスＧ２として再循環させるシステムである。排気再循環システム３０は、再循環通路３１と冷却装置３２と再循環用弁装置３３とを有する。再循環通路３１は、排気Ｇ１の流れに関して排気浄化装置１５よりも下流側の排気通路１３から分岐して吸気Ａ１の流れに関してコンプレッサ１６ｂの上流側の吸気通路１４に合流する通路である。
【００３６】
排気再循環システム３０の再循環通路３１を第一実施形態の連絡通路２０として用いる場合は、制御装置２３が弁装置２２を全閉するときに再循環用弁装置３３を全開して再循環通路３１を開放する制御を行うように構成される。なお、制御装置２３は、弁装置２２を全閉する以外のとき、再循環用弁装置３３を所望の再循環率に基づいた開度にする制御を行う。
【００３７】
以上のように、内燃機関１０が、ターボチャージャ１６のタービン１６ａを駆動させた後の排気Ｇ１を還流ガスＧ２として再循環させる排気再循環システム３０を備える場合は、排気再循環システム３０の再循環通路３１を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０  内燃機関
１１  気筒
１３  排気通路
１４  吸気通路
１５  排気浄化装置
２０  連絡通路
２１  検出装置
２２  弁装置
２３  制御装置
Ｃｘ  含有量
Ｃａ  閾値
Ｇ１  排気
Ｇ２  還流ガス
【図１】
2020165373.tif 000003
【図２】
2020165373.tif 000004
【図３】
2020165373.tif 000005