(57)【要約】【課題】ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（ＬＰＬ通路）及び空燃比センサを備えた、空燃比センサの劣化・破損等が起こり難い、空燃比センサの暖機がより早期に開始される内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関を、その始動時に、ターボチャージャ１６前のガス温度が上昇し始めるまでの間、ＥＧＲガス（排気ガス）がＬＰＬ通路２０を流れるようにＥＧＲ弁２２及び排気絞り弁１７が制御され、その後、空燃比センサ１６の暖機が開始される内燃機関として構成しておく。【選択図】図１
2010150930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関本体と、
前記内燃機関本体の排気通路に設けられたタービンと前記内燃機関本体の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記排気通路の前記タービンより下流の部分から排気ガスを取り出して、前記吸気通路の前記コンプレッサより上流の部分に供給するためのＬＰＬ通路と、
前記ＬＰＬ通路の途中に配置されたＥＧＲ弁と、
前記排気通路の、前記ＬＰＬ通路が接続されている部分よりも下流の部分に配置された排気絞り弁と、
前記排気通路の、前記タービンより下流の部分に配置された、ヒータを有する空燃比センサと、
前記内燃機関本体の始動後、所定条件が満たされるまでの間だけ、前記ＥＧＲ弁を開状態に制御すると共に前記排気絞り弁を閉状態に制御した後、前記ヒータによる前記空燃比センサの暖機を開始する制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記コンプレッサに供給されるガスの温度を測定するための温度センサを、さらに備え、
前記制御手段が、
前記温度センサの測定結果が上昇したときに、前記所定条件が満たされたと判断する手段である
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記空燃比センサが、
前記排気通路の、前記ＬＰＬ通路が接続されている部分よりも上流の部分に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に係り、特に、ＬＰＬ通路（ＬＰＬ−ＥＧＲ装置）と空燃比センサとを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の中には、排気ガスの空燃比に基づいたフィードバック制御を可能とするために、センサ素子とヒータとからなる空燃比センサを排気通路に設けたものが存在しているが、空燃比センサのセンサ素子は、ヒータによる加熱が必要とされるもの（温度が高温にならないとセンサとして機能しないもの）となっている。
【０００３】
また、空燃比センサのセンサ素子は、加熱中／加熱完了後に被水した場合、劣化・破損することがあるものとなっている。そして、始動前の内燃機関内（排気通路内等）には、凝縮水が溜まっていることがある。このため、空燃比センサを備えた内燃機関では、機関始動後、しばらくしてから（排気通路内の凝縮水が蒸発したと推定される状況になるのを待機した後に）、空燃比センサの加熱を開始すること（例えば、特許文献１参照。）が行われている。
【０００４】
また、ＨＰＬ(High Pressure Loop)−ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)装置を備え
た内燃機関における空燃比センサの加熱開始タイミングを、ＥＧＲ制御を実施するか否かにより変えること（始動時にＥＧＲ制御を実施する場合に、空燃比センサの加熱開始タイミングを遅らせること：例えば、特許文献２参照。）も提案されている。
【０００５】
そして、ターボチャージャを備えた内燃機関の中には、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置ではなく（或いは、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置と共に）、ＬＰＬ(Low Pressure Loop)−ＥＧＲ装置を備え
たものも存在しているのであるが、そのような内燃機関も、基本的には、機関始動後、排気通路内の凝縮水が蒸発したと推定される状況になるのを待ってから、空燃比センサの加熱を開始するものとなっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６９２３１号公報
【特許文献２】特開２００３−２３２２４３号公報
【特許文献３】特開２００８−１９６４３９号公報
【特許文献４】特開２００７−２９１９７３号公報
【特許文献５】特開２００１−１９３５７７号公報
【特許文献６】特開平１１−９３７８１号公報
【特許文献７】特開平１０−１４１１４７号公報
【特許文献８】特開平５−２５６２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＬＰＬ−ＥＧＲ装置及び空燃比センサを備えた内燃機関でも、始動後、或る程度の時間が経ってから、空燃比センサの加熱が開始されるようにしておけば、被水による空燃比センサの劣化・破損が生じないようにすることが出来る。ただし、内燃機関の始動後、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路（以下、ＬＰＬ通路と表記する）の温度が、ＬＰＬ通路内の凝縮水が蒸発可能な温度に到達するまでには、かなりの時間が必要とされる。何故ならば、内燃機関を始動しても、ＬＰＬ通路の入口（排気通路との接続部分）近傍を、タービン等を通過することにより温度が低下した排気ガスが通るだけであるからである。
【０００８】
このため、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置及び空燃比センサを備えた既存の内燃機関は、始動後、かなりの時間が経過してから、空燃比センサの加熱（暖機）が開始されるものとなっている。そして、空燃比センサの加熱が完了しないと、内燃機関を燃費等が良い状態で動作させることが出来ない（空燃比に基づくフィードバック制御を開始できない）ので、空燃比センサの加熱（暖機）をより早期に開始できる技術の開発が望まれる。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（ＬＰＬ通路）及び空燃比センサを備えた、空燃比センサの劣化・破損等が起こり難い内燃機関であって、空燃比センサの加熱（暖機）がより早期に開始される内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関は、内燃機関本体と、前記内燃機関本体の排気通路に設けられたタービンと前記内燃機関本体の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャと、前記排気通路の前記タービンより下流の部分から排気ガスを取り出して、前記吸気通路の前記コンプレッサより上流の部分に供給するためのＬＰＬ通路と、前記ＬＰＬ通路の途中に配置されたＥＧＲ弁と、前記排気通路の、前記ＬＰＬ通路が接続されている部分よりも下流の部分に配置された排気絞り弁と、前記排気通路の、前記タービンより下流の部分に配置された、ヒータを有する空燃比センサと、前記内燃機関本体の始動後、所定条件が満たされるまでの間だけ、前記ＥＧＲ弁を開状態に制御すると共に前記排気絞り弁を閉状態に制御した後、前記ヒータによる前記空燃比センサの暖機を開始する制御手段とを備える。
【００１１】
すなわち、本発明の内燃機関は、その始動時に、ＥＧＲガス（排気ガス）がＬＰＬ通路を流れるようにＥＧＲ弁が制御されると共に、ＬＰＬ通路の入口部分と出口部分の圧力差が大きくなるように排気絞り弁が制御される構成を有している。また、本発明の内燃機関は、その後、所定条件が満たされた場合には、ＥＧＲ弁、排気絞り弁の状態が通常の状態に戻されると共に、ヒータによる空燃比センサの暖機が開始される構成も有している。そして、ＬＰＬ通路内をＥＧＲガスが流れれば、空燃比センサの劣化・破損の原因となり得るＬＰＬ通路内の凝縮水を吸気通路側に流してしまうことが出来る。従って、本発明の内燃機関は、空燃比センサの劣化・破損等が起こり難い内燃機関であると共に、ＬＰＬ通路内の凝縮水の積極的な掃気を行っていない既存の内燃機関よりも、空燃比センサの暖機を極めて早く開始される内燃機関となっていることになる。
【００１２】
本発明の内燃機関の制御手段としては、例えば、内燃機関本体の始動後、所定時間が経過するまでの間だけ、前記ＥＧＲ弁、前記排気絞り弁を、それぞれ、開状態、閉状態に制御した後、前記ヒータによる前記空燃比センサの暖機を開始する手段を採用しておくことも出来る。ただし、コンプレッサに供給されるガス（吸気）の温度が上昇したときに所定条件が満たされたと判断する制御手段を採用しておけば、ＬＰＬ通路内のガスの置換の完了時に空燃比センサの暖機を開始させることが出来ることになる。このため、本発明の内燃機関を実現するに際しては、前記コンプレッサに供給されるガスの温度を測定するための温度センサを付加した上で、制御手段として、前記温度センサの測定結果が上昇したときに、前記所定条件が満たされたと判断する手段を採用しておくことが望ましい。
【００１３】
また、ＬＰＬ通路内の凝縮水が、排気通路の上流側に飛散することは殆どない。このため、空燃比センサを、前記排気通路の、前記ＬＰＬ通路が接続されている部分よりも上流の部分に配置しておくことにより、より空燃比センサの劣化・破損が起こりにくい内燃機関や、より早く空燃比センサの加熱が開始される内燃機関を実現することも出来る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（ＬＰＬ通路）及び空燃比センサを備えた、空燃
比センサの劣化・破損等が起こり難い内燃機関であって、空燃比センサの暖機がより早期に開始される内燃機関を、提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
《第１実施形態》
図１に、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の構成を示す。
【００１７】
図示してあるように、本発明の第１実施形態に係る内燃機関は、内燃機関本体１０、ＬＰＬ通路２０、制御装置３０等を備えている。
【００１８】
この内燃機関が備える内燃機関本体１０は、４つの気筒を有するディーゼルエンジンである。内燃機関本体１０には、吸気通路１１と排気通路１２とが接続されており、吸気通路１１の途中には、吸気を圧縮するためのコンプレッサハウジング１３ａ（ターボチャージャ１３の構成要素）が設けられている。また、吸気通路１１には、コンプレッサハウジング１３ａに流入する吸気の温度を測定するための温度センサ１４が取り付けられている。
【００１９】
排気通路１２の上流側（内燃機関本体１０に近い側）には、コンプレッサハウジング１３ａの駆動源であるタービンハウジング１３ｂ（ターボチャージャ１３の構成要素）が設けられている。また、排気通路１２のタービンハウジング１３ｂよりも下流の部分には、排気ガスを浄化するためのＤＰＦ（Diesel particulate filter）１５が設けられている
。
【００２０】
排気通路１２のＤＰＦ１５よりも下流側の部分には、空燃比を測定するための空燃比センサ１６が設けられている。この空燃比センサ１６は、空燃比を測定するためのセンサ素子１６ａと、センサ素子１６ａを加熱するためのヒータ１６ｂとから構成されたものとなっている。
【００２１】
排気通路１２の空燃比センサ１６よりも下流の部分には、排気ガスの流量を調整するための排気絞り弁１７が設けられている。
【００２２】
ＬＰＬ通路２０は、排気通路１２の、ＤＰＦ１５、空燃比センサ１６間の部分と、吸気通路１１のコンプレッサハウジング１３ａよりも上流側の部分とを連通するガス通路である。このＬＰＬ通路２０の上流側には、排気通路１２からの排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２１が設けられている。また、ＬＰＬ通路２０の下流側には、ＬＰＬ通路２０を流れる排気ガス（吸気通路１１に戻す排気ガス）の流量を調節するためのＥＧＲ弁２２が設けられている。
【００２３】
制御装置３０は、運転者の要求や内燃機関本体１０の状態に応じた制御を、本実施形態に係る内燃機関の各部（ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁１７、内燃機関本体１０に設けられている燃料噴射弁、吸排気弁等）に対して行う電子制御ユニットである。
【００２４】
この制御装置３０は、既存の電子制御ユニットを、異なるタイミング／手順で空燃比センサ１６の暖機を開始するようにソフトウェア的に改良したもの（プログラミングし直したもの）となっている。このため、以下では、制御装置３０による空燃比センサ１６の暖機手順のみを説明することにするが、制御装置３０（及び、上記した既存の電子制御ユニット）は、空燃比センサ１６の暖機が完了した後（ヒータ１６ｂの抵抗値が所定値となった後）に、空燃比センサ１６の出力に基づく各種フィードバック制御を行うものとなって
いる。
【００２５】
制御装置３０は、自内燃機関（内燃機関本体１０）の始動が指示された場合、内燃機関本体１０を動作させるための制御処理を開始すると共に、図２に示した手順のセンサ暖機開始タイミング調整処理を開始するユニットとして構成（プログラミング）されている。
【００２６】
すなわち、内燃機関本体１０を動作させるための制御処理を開始した制御装置３０は、このセンサ暖機開始タイミング調整処理も開始して、まず、ＥＧＲ弁２２をオープンし、排気絞り弁１７をクローズする（ステップＳ１０１）。より具体的には、制御装置３０は、開状態となるようにＥＧＲ弁２２を制御すると共に、閉状態となるように排気絞り弁１７を制御する処理を、このステップＳ１０１にて行う。
【００２７】
次いで、制御装置３０は、ターボチャージャ１３前のガス温度（以下、Ｔ／Ｃ前温度と表記する）を温度センサ１４により測定し、測定結果を基準温度として記憶する（ステップＳ１０２）。その後、制御装置３０は、Ｔ／Ｃ前温度が基準温度を超えるのを待機（監視）する処理（ステップＳ１０３、Ｓ１０４のループ処理）を開始する。
【００２８】
制御装置３０は、Ｔ／Ｃ前温度の測定値が基準温度を超えたことを検出した場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）には、ＥＧＲ弁２２をクローズし、排気絞り弁１７をオープンする（ステップＳ１０５）。すなわち、制御装置３０は、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁１７の状態を、通常の状態に戻るための処理を行う。
【００２９】
ステップＳ１０５の処理を終えた制御装置３０は、空燃比センサ１６の暖機を開始する処理（ステップＳ１０６）を行う。なお、制御装置３０がこのステップＳ１０６にて実際に行う処理は、ヒータ１６ｂ用の駆動回路（図示略）に、ヒータ１６ｂへの電力供給を開始させる処理である。
【００３０】
そして、ステップＳ１０６の処理を終えた制御装置３０は、このセンサ暖機開始タイミング調整処理を終了する。
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１実施形態に係る内燃機関は、その始動時に、ＥＧＲガス（排気ガス）がＬＰＬ通路２０を流れるようにＥＧＲ弁２２が制御されると共に、ＬＰＬ通路２０の入口部分と出口部分の圧力差が大きくなるように排気絞り弁１７が制御されるものとなっている。また、第１実施形態に係る内燃機関は、その後、Ｔ／Ｃ前温度が上昇したときに、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁１７の状態が通常の状態に戻されて、ヒータ１６ｂによる空燃比センサ１６（センサ素子１６ａ）の暖機が開始されるものともなっている。
【００３２】
そして、ＬＰＬ通路２０内をＥＧＲガスが流れれば、空燃比センサ１６の劣化・破損の原因となり得るＬＰＬ通路２０内の凝縮水を吸気通路１１側に流してしまうことが出来るのであるから、本実施形態に係る内燃機関は、空燃比センサ１６の劣化・破損等が生じ難い内燃機関であると共に、空燃比センサ１６の暖機が極めて早く開始される内燃機関となっていることになる。
【００３３】
《第２実施形態》
図３に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の構成を示す。
【００３４】
この図３と図１とを比較すれば明らかなように、本発明の第２実施形態に係る内燃機関は、排気通路１２への空燃比センサ１６の取り付け位置のみが第１実施形態に係る内燃機関と異なるものとなっている。
【００３５】
具体的には、第１実施形態に係る内燃機関は、排気通路１２の、ＬＰＬ通路２０が接続されている部分よりも下流側の部分に空燃比センサ１６が取り付けられたもの（図１参照）であったが、本実施形態に係る内燃機関は、排気通路１２の、ＬＰＬ通路２０が接続されている部分よりも上流側の部分に空燃比センサ１６が取り付けられたものとなっている。
【００３６】
そして、排気ガスは排気通路１２の下流側に向かって流れるため、ＬＰＬ通路２０内の凝縮水が、排気通路１２の上流側に飛散することは殆どない。このため、この第２実施形態に係る内燃機関は、第２実施形態に係る内燃機関よりも、空燃比センサ１６の劣化・破損等が起こり難い内燃機関となっていることになる。
【００３７】
《第３実施形態》
図４に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の構成を示す。
【００３８】
この図４と図１とを比較すれば明らかなように、本発明の第３実施形態に係る内燃機関は、第１実施形態に係る内燃機関に対して、ＬＰＬ通路２０の最上流部分に、ＬＰＬ通路２０内のＥＧＲガスの流れをＯＮ／ＯＦＦするための遮断弁２３を追加し、制御装置３０を制御装置３０′に変更する改良／変形を施したものである。
【００３９】
制御装置３０′は、制御装置３０と同様に、運転者の要求や内燃機関本体１０の状態に応じた制御を、本実施形態に係る内燃機関の各部に対して行う電子制御ユニットである。
【００４０】
ただし、制御装置３０′は、上記したセンサ暖機開始タイミング調整処理（図２）の代わりに、『内燃機関本体１０の始動後、所定時間が経過したときに、空燃比センサ１６の暖機を開始する処理であると共に、ＬＰＬ−ＥＧＲを開始する（ＥＧＲ弁２２を開ける）必要が生ずるまでは遮断弁２３を閉状態に維持する処理』を実行するように構成（プログラミング）されたユニットとなっている。なお、所定時間とは、排気通路１２内の凝縮水が蒸発することが予想される時間として定められている時間のことである。
【００４１】
要するに、本実施形態に係る内燃機関は、その始動時に、ＬＰＬ通路２０内に凝縮水が溜まっていても空燃比センサ１６の劣化・破損が起こりえない状態（遮断弁２３が閉じられている状態）に制御されてから、空燃比センサ１６の暖機が開始されるものとなっている。そして、ＬＰＬ−ＥＧＲが開始されれば、ＬＰＬ通路２０内の凝縮水が吸気通路１１側に流れてしまう結果として、空燃比センサ１６の劣化・破損は起こらなくなる。
【００４２】
従って、この第３実施形態に係る内燃機関も、空燃比センサ１６の劣化・破損等が生じ難い内燃機関であると共に、空燃比センサ１６の暖機が極めて早く開始される内燃機関となっていることになる。
【００４３】
《変形形態》
上記した各実施形態に係る内燃機関は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、ＬＰＬ通路２０の上流側に存在する凝縮水は、Ｔ／Ｃ前温度が上昇する前に、下流側に移動する。そして、ＬＰＬ通路２０の下流側に存在する凝縮水が排気通路１２内に入ってくることは殆どない。このため、制御装置３０を、Ｔ／Ｃ前温度が上昇する前に（始動後、所定時間後に）、ステップＳ１０５以降の処理が開始されるセンサ暖機開始タイミング調整処理を行う装置に変形しておくことが出来る。
【００４４】
また、第２実施形態に係る内燃機関の構成は、ＬＰＬ通路２０内の凝縮水が飛散して空燃比センサ１６に接触することが起こりにくいものとなっている。従って、第２実施形態
に係る内燃機関の制御装置３０を、上記したセンサ暖機開始タイミング調整処理（図２）の代わりに、『内燃機関本体１０の始動後、所定時間が経過したときに、空燃比センサ１６の暖機を開始する処理』を行うものに変形しておくことも出来る。
【００４５】
また、各実施形態に係る内燃機関を、上記したものとは具体的な構成の異なる内燃機関（例えば、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置も備えた内燃機関）に変形しても良いことなどは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る内燃機関が備える制御装置が、内燃機関本体の始動時に実行するセンサ暖機開始タイミング調整処理の流れ図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る内燃機関の構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０・・・内燃機関本体
１１・・・吸気通路
１２・・・排気通路
１３・・・ターボチャージャ
１３ａ・・・コンプレッサハウジング
１３ｂ・・・タービンハウジング
１４・・・温度センサ
１５・・・ＤＰＦ
１６・・・空燃比センサ
１６ａ・・・センサ素子
１６ｂ・・・ヒータ
１７・・・排気絞り弁
２０・・・ＬＰＬ通路
２１・・・ＥＧＲクーラ
２２・・・ＥＧＲ弁
２３・・・遮断弁
３０、３０′・・・制御装置
【図１】
2010150930.tif 000003
【図２】
2010150930.tif 000004
【図３】
2010150930.tif 000005
【図４】
2010150930.tif 000006