(57)【要約】【課題】内燃機関における排気還流に伴う炭化水素生成量の増加を防止する。【解決手段】内燃機関１の排気還流装置は、内燃機関１の排気の一部を排気還流通路１５を介して吸気に還流する。空燃比センサ２１が、排気の組成から内燃機関１が燃焼させる混合気の空燃比を検出し、ＥＣＵ２０が空燃比から排気に含まれる炭化水素の割合を計算する。排気に含まれる炭化水素の割合と、温度センサ２２が検出する排気温度とに基づき、ＥＣＵ２０がバイパス弁１８やＥＧＲ弁１９を操作して、内燃機関１内の混合気の燃焼温度を上昇させ、炭化水素の生成を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気還流装置において、内燃機関の排気の一部を吸気に還流する排気還流通路と、排気の組成から内燃機関が燃焼させる混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、空燃比から排気に含まれる炭化水素の割合を計算する計算手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、排気中の炭化水素割合と排気温度とに基づき内燃機関が燃焼させる混合気の温度を昇温させる昇温手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
昇温手段は排気中の炭化水素割合が所定値より大きく、かつ排気温度が所定排気温度以下の場合に、内燃機関が燃焼させる混合気の温度を上昇させるように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
還流排気の温度を検出する還流排気温度検出手段をさらに備え、昇温手段は還流排気の温度が所定還流排気温度を上回る場合には、内燃機関が燃焼させる混合気の温度を上昇させないようにさらに構成される、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
空燃比検出手段は広域空燃比センサで構成される、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項５】
昇温手段は、排気還流通路の還流排気を冷却するクーラと、クーラを迂回するバイパス通路と、排気還流通路の還流排気を冷却クーラとバイパス通路とに選択的に導くバイパス弁とを備えるとともに、排気還流通路の還流排気をバイパス通路に導くようにバイパス弁を操作することで、内燃機関が燃焼させる混合気の温度を上昇させるように構成される、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項６】
昇温手段は、排気還流通路を開閉する排気還流弁を備えるとともに、排気還流弁を閉鎖することで内燃機関が燃焼させる混合気の温度を上昇させるように構成される、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気還流通路への有機性可溶成分（ＳＯＦ）の堆積防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの燃焼温度の上昇による窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出増加を抑えるために、ディーゼルエンジンの排気の一部を排気還流（ＥＧＲ）通路を介して吸気に還流することで、ディーゼルエンジンが燃焼させる混合気の温度を下げることが知られている。
【０００３】
しかしながら、ＥＧＲを行なって混合気の温度を下げると、炭化水素（ＨＣ）の生成量が増え、有機性可溶成分（ＳＯＦ）が生成されやすくなる。その結果、ＥＧＲ通路や、ＥＧＲ通路に備えるＥＧＲ弁やＥＧＲクーラにＳＯＦが堆積し、ＥＧＲ弁の作動不良やＥＧＲクーラの冷却性能の悪化を招く可能性がある。ＳＯＦはＨＣが煤（Ｓｏｏｔ）になる途中の生成物である。
【０００４】
特許文献１は、ＥＧＲ通路や関連部材へのＳＯＦの堆積を防ぐために、ＥＧＲクーラの上流またはＥＧＲクーラ内部にＳＯＦの吸着機能と酸化機能を兼ね備えたＳＯＦ吸着酸化触媒を設けることを提案している。
【０００５】
特許文献１の従来技術によれば、ＳＯＦ吸着酸化触媒は２００−４００℃でＳＯＦを吸着し、選択的に酸化する。
【特許文献１】特開２００３−２５４１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術のＳＯＦ吸着酸化触媒は上記の温度領域以下の温度環境ではＳＯＦの吸着を期待できない。一方、ＳＯＦはより低い温度環境でも生成される。したがって、従来技術では、ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁やＥＧＲクーラへのＳＯＦの堆積を充分に防止することは難しい。
【０００７】
この発明は、従来技術のこのような問題に着目してなされたものであり、ＥＧＲによりＮＯｘの生成を抑制しつつ、ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁やＥＧＲクーラへのＳＯＦの堆積防止をより効率的に実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するために、この発明は、内燃機関の排気還流装置において、内燃機関の排気の一部を吸気に還流する排気還流通路と、排気の組成から内燃機関が燃焼させる混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、空燃比から排気に含まれる炭化水素の割合を計算する計算手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、排気中の炭化水素割合と排気温度とに基づき内燃機関が燃焼させる混合気の温度を昇温させる昇温手段と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
昇温手段が排気中の炭化水素割合と排気温度とに基づき内燃機関が燃焼させる混合気の温度を昇温させることで、炭化水素の生成量が増加しやすい低温環境で、混合気の温度が上昇する。そのため、炭化水素の生成が抑制され、炭化水素を主成分とするＳＯＦのＥＧＲ弁やＥＧＲクーラへの堆積を防止できる。また、計算手段は、検出手段が検出した混合気の空燃比から排気に含まれる炭化水素を計算するので、排気中の炭化水素割合を精度良く計算でき、炭化水素の生成量が増加しやすい環境を正確に判定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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説明する。
【００１１】
図１は、この発明の第１の実施形態による排気還流装置を備えた内燃機関の概略構成図である。図２はこの発明の第１の実施形態によるコントローラが実行するバイパス弁切り換えルーチンを説明するフローチャートである。図３はコントローラが格納する空燃比センサ出力と排気中のＨＣ量との関係を示すマップの特性を示すダイアグラムである。
【００１２】
図１を参照すると、圧縮着火式の多気筒内燃機関１の各気筒には吸気通路２からターボ過給器３のコンプレッサに加給された空気が、インタークーラ４と吸気コレクタ５を介して吸入される。内燃機関１の各気筒においては吸入空気に向けて燃料が噴射され、結果として生成される混合気をピストンが圧縮することで圧縮着火した混合気が燃焼する。
【００１３】
燃焼により生じる排気は排気コレクタ６を介して排気通路７に排出される。排気通路７に排出された排気はターボ過給器３の排気タービンを回転駆動した後、一酸化炭素（ＣＯ）やＨＣを酸化するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）８、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸着して酸化するＮＯｘトラップ触媒９、粒状物質（ＰＭ）をトラップして燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１０、及び消音用のマフラー１１を介して大気中に放出される。ＤＯＣ８として三元触媒（ＴＷＣ）を使用することも可能である。
【００１４】
排気コレクタ６の排気の一部は排気還流（ＥＧＲ）通路１５を介して吸気コレクタ５に還流する。
【００１５】
ＥＧＲ通路１５には還流排気を冷却する水冷式のＥＧＲクーラ１６と、ＥＧＲクーラ１６をバイパスするバイパス通路１７と、ＥＧＲクーラ１６の上流に設けて、ＥＧＲクーラ１６とバイパス通路１７とを切り換えるバイパス弁１８と、ＥＧＲ通路１５の流量を制御するＥＧＲ弁１９と、が設けられる。
【００１６】
バイパス弁１８の開閉操作とＥＧＲ弁１９の開度は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０からの指令信号により制御される。
【００１７】
ＥＣＵ２０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ  インタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＵ２０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００１８】
バイパス弁１８とＥＧＲ弁１９の制御のために、ＥＣＵ２０には、ＤＯＣ８の上流の排気通路７の排気組成から内燃機関１が燃焼させる混合気の空燃比Ａ／Ｆを検出する、空燃比検出手段としての空燃比センサ２１と、ＤＯＣ８の上流の排気通路７の排気温度ＴＣ＿ＩＮを検出する、排気温度検出手段としての温度センサ２２と、ＥＧＲクーラ１６の下流のＥＧＲ通路１５の還流排気温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮを検出する、還流排気温度検出手段としての温度センサ２３と、から、それぞれの検出データが信号入力される。空燃比センサ２１はリッチ空燃比からリーン空燃比までを連続的に検出可能ないわゆる広域空燃比センサで構成される。
【００１９】
ＥＧＲは、内燃機関１内の混合気の燃焼温度を下げることで、ＮＯｘの生成量を減らす効果をもたらす。しかし、混合気の燃焼温度を下げることで、ＳＯＦの生成が増加する可能性がある。
【００２０】
ＥＣＵ２０は、ＳＯＦの生成を抑制するために、上記の入力信号に基づき図２に示すバイパス弁切り換えルーチンを実行する。このルーチンは、内燃機関１の運転中に例えば１０ミリ秒の一定時間間隔で実行される。
【００２１】
図２を参照すると、ステップＳ１でＥＣＵ２０は、空燃比センサ２１が検出した空燃比Ａ／Ｆに基づき、あらかじめＲＯＭに格納された図３に示す特性のマップを参照して、排気中のＨＣの割合ＨＣを求める。
【００２２】
ステップＳ２でＥＣＵ２０は排気中のＨＣの割合ＨＣが所定値Ａより大きいかどうかを判定する。
【００２３】
ＨＣが所定値Ａより大きい場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ３で、ＤＯＣ８の上流の排気通路７の排気温度ＴＣ＿ＩＮが所定排気温度Ｔｅｍｐ１以下かどうかを判定する。
【００２４】
排気温度ＴＣ＿ＩＮが所定排気温度Ｔｅｍｐ１以下の場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ４でＥＣＵ２０はバイパス弁１８をオンにする。ここで、バイパス弁１８をオンにすることは、還流排気をＥＧＲクーラ１６を通さずに、バイパス通路１７を通すことを意味する。ステップＳ４の処理の後、ＥＣＵ２０はルーチンを終了する。
【００２５】
ステップＳ２でＨＣが所定値Ａより大きくない場合、またはステップＳ３で排気温度ＴＣ＿ＩＮが所定排気温度Ｔｅｍｐ１を上回る場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ５でＥＣＵ２０はバイパス弁１８をオフにする。ここで、バイパス弁１８をオフにするというのは、還流排気をバイパス通路１７を通さずに、ＥＧＲクーラ１６を通すことを意味する。ステップＳ５の処理の後、ＥＣＵ２０はルーチンを終了する。
【００２６】
このルーチン実行により、バイパス弁１８はＨＣの割合ＨＣが所定値Ａより大きく、かつ排気温度が所定排気温度Ｔｅｍｐ１以下の場合に、還流排気をＥＧＲクーラ１６を通さずにバイパス通路１７を通す。ＥＧＲは前述のように還流排気により内燃機関１内の混合気の燃焼温度を下げることでＮＯｘを低減する。しかし、その結果として、ＨＣの一形態であるＳＯＦの生成量が増え、排気中のＳＯＦがＥＧＲ通路１５のＥＧＲクーラ１６やＥＧＲ弁１９に堆積しやすくなる。
【００２７】
このルーチンは、ＨＣが所定値Ａより大きく、かつ排気温度が所定排気温度Ｔｅｍｐ１以下の場合には、還流排気をＥＧＲクーラ１６を通さずにバイパス通路１７を通すことで、還流排気の温度を上昇させ、内燃機関１内の混合気の燃焼温度を上げることで、ＳＯＦの生成量を低下させる。
【００２８】
一方、ＨＣが所定値Ａ以下であるか、または排気温度が所定排気温度Ｔｅｍｐ１より高い場合には、ＳＯＦの生成量は少ない。この場合には、バイパス弁１８が還流排気をバイパス通路１７を通さずに、ＥＧＲクーラ１６を通すことで、還流排気を冷却する。これにより、ＳＯＦの生成量を増やすことなく、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００２９】
以上のように、この発明による排気還流装置は、空燃比センサ２１が検出した空燃比Ａ／Ｆから排気中のＨＣ量を求め、排気中のＨＣ量と排気温度に基づき、バイパス弁１８を開閉制御するので、ＳＯＦが生成されやすい環境を正確に把握し、そのような状況に限ってＥＧＲクーラ１６による還流排気の冷却を行なわないようにする。したがって、ＥＧＲによるＮＯｘ低減効果を損なわずに、ＳＯＦの生成を抑制でき、ＥＧＲ通路１５内のＥＧＲクーラ１６やＥＧＲ弁１９などの部材へのＳＯＦの堆積を防止することができる。
【００３０】
図４を参照してこの発明の第２の実施形態を説明する。図４はこの発明の第２の実施形態によるＥＣＵ２０が実行するバイパス弁切り換えルーチンを示すフローチャートである。第２の実施形態によるＥＣＵ２０は、第１の実施形態の図２のバイパス弁切り換えルーチンの代わりに、図４のバイパス弁切り換えルーチンを実行する。
【００３１】
図４のルーチンは、図２のルーチンのステップＳ３と、Ｓ４及びＳ５の間にステップＳ３Ａを挿入したものに相当する。
【００３２】
ステップＳ３ＡでＥＣＵ２０は、温度センサ２３が検出したＥＧＲクーラ１６の下流のＥＧＲ通路１５の還流排気温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮを、所定還流排気温度Ｔｅｍｐ２と比較する。還流排気温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮが、所定還流排気温度Ｔｅｍｐ２以下の場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ４でバイパス弁１８をオンにする。排気温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮが、所定還流排気温度Ｔｅｍｐ２を上回る場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ５でバイパス弁１８をオフにする。
【００３３】
第１の実施形態によるバイパス弁切り換えルーチンでは、ＥＢＵ２０は排気中のＨＣの割合ＨＣと、排気通路７の排気温度ＴＣ＿ＩＮと、に基づきバイパス弁１８を開閉していたが、このルーチンでは、さらにＥＧＲクーラ１６による冷却後の還流排気の温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮを考慮して、バイパス弁１８を開閉する。このように、排気通路７の排気温度ＴＣ＿ＩＮだけでなく、還流排気の温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮをも考慮することにより、ＳＯＦの生成されやすい内燃機関１の運転環境をより精度良く検出することができ、還流排気の温度制御精度を向上させることができる。
【００３４】
図５を参照してこの発明の第３の実施形態を説明する。図５はこの発明の第３の実施形態によるＥＣＵ２０が実行するＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００３５】
第１の実施形態においては、ＥＣＵ２０がバイパス弁１８の開閉制御を行なうことで、ＳＯＦがＥＧＲクーラ１６やＥＧＲ弁１９に堆積しないよう還流排気の温度を調整しているが、第３の実施形態によるＥＣＵ２０は、第１の実施形態によるＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンに代えて図５のＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンを実行することで、同じ目的を達成する。
【００３６】
図５を参照すると、ステップＳ１−Ｓ３の処理は、図２のバイパス弁切り換えルーチンのステップＳ１−Ｓ３の処理とそれぞれ同一である。
【００３７】
このＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、ＨＣが所定値Ａより多く、かつＤＯＣ８の上流の排気通路７の排気温度ＴＣ＿ＩＮが所定排気温度Ｔｅｍｐ１以下の場合には、ステップＳ４ＡでＥＧＲ弁１９を閉鎖する。
【００３８】
一方，ＨＣが所定値Ａ以下であるか、または排気温度ＴＣ＿ＩＮが所定排気温度Ｔｅｍｐ１より高い場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ５Ａで、ＥＧＲ弁１９の通常の開度制御を行なう。
【００３９】
ＨＣが所定値Ａより多く、かつＤＯＣ８の上流の排気通路７の排気温度ＴＣ＿ＩＮが所定排気温度Ｔｅｍｐ１以下の場合には、ＳＯＦが生成されやすい。この実施形態では、ＳＯＦが生成されやすい内燃機関１の運転環境でＥＧＲ弁１９を閉鎖することで、内燃機関１内の混合気の燃焼温度を上昇させ、ＳＯＦの生成を抑制する。この実施形態によっても、第１の実施形態と同様にＳＯＦの生成を抑制することができる。
【００４０】
この実施形態では、ＥＧＲ弁１９を制御しており、バイパス弁１８の開閉制御を行なわない。したがって、この実施形態によれば、バイパス通路１７とバイパス弁１８とを備えていないＥＧＲ装置にもこの発明を適用することができる。
【００４１】
図６を参照してこの発明の第４の実施形態を説明する。図６はこの発明の第４の実施形態によるＥＣＵ２０が実行するＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。第４の実施形態によるＥＣＵ２０は、第３の実施形態の図５のＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンの代わりに、図６のＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンを実行する。
【００４２】
図６のルーチンは、図５のルーチンのステップＳ３と、Ｓ４Ａ及びＳ５Ａの間にステップＳ３Ａを挿入したものに相当する。
【００４３】
ステップＳ３ＡでＥＣＵ２０は、温度センサ２３が検出したＥＧＲクーラ１６の下流のＥＧＲ通路１５の排気温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮを、所定還流排気温度Ｔｅｍｐ２と比較する。排気温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮが、所定還流排気温度Ｔｅｍｐ２以下の場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ４ＡでＥＧＲ弁１９を閉鎖する。排気温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮが、所定還流排気温度Ｔｅｍｐ２を上回る場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ５ＡでＥＧＲ弁１９の通常の開度制御を行なう。
【００４４】
第３の実施形態によるＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンでは、ＥＢＵ２０は排気中のＨＣの割合ＨＣと、排気通路７の排気温度ＴＣ＿ＩＮと、に基づきＥＧＲ弁１９の開度を制御していたが、このルーチンでは、さらにＥＧＲクーラ１６による冷却後の還流排気の温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮを考慮して、ＥＧＲ弁１９の開度を制御する。このように、排気通路７の排気温度ＴＣ＿ＩＮだけでなく、還流排気の温度ＥＧＲ／Ｖ＿ＩＮをも考慮することにより、ＳＯＦの生成されやすい内燃機関１の運転環境をより精度良く検出することができ、還流排気の温度制御精度を向上させることができる。
【００４５】
第１及び第２の実施形態において、ＥＧＲクーラ１６、バイパス通路１７、バイパス弁１８、及びＥＣＵ２０が昇温手段を構成する。第３及び第４の実施形態において、ＥＧＲ弁１９とＥＣＵ２０が昇温手段を構成する。また、第１から第４の実施形態において，ＥＣＵ２０が計算手段を構成する。
【００４６】
以上、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の第１の実施形態による排気還流装置を備えた内燃機関の概略構成図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるコントローラが実行するバイパス弁切り換えルーチンを説明するフローチャートである。
【図３】コントローラが格納する空燃比センサ出力と排気中のＨＣ量との関係を示すマップの特性を示すダイアグラムである。
【図４】この発明の第２の実施形態によるＥＣＵが実行するバイパス弁切り換えルーチンを示すフローチャートである。
【図５】この発明の第３の実施形態によるＥＣＵが実行するＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】この発明の第４の実施形態によるＥＣＵが実行するＥＧＲ弁１９の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１    内燃機関
２    吸気通路
５    排気通路
１５  排気還流（ＥＧＲ）通路
１６  ＥＧＲクーラ
１７  バイパス通路
１８  バイパス弁
１９  ＥＧＲ弁
２０  エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２１  温度センサ
２２  空燃比センサ
２３  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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