(57)【要約】【課題】吸気温度が高くなることを抑制でき、排気が改善されるエンジンを提供する。【解決手段】実施形態のエンジン１０は、ターボチャージャ１６と、インタクーラ３５と、ＥＧＲ装置５０を備えている。インタクーラ３５は、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａの下流側の吸気通路３２に配置されている。ＥＧＲ装置５０は、ＥＧＲ流路５１とＥＧＲ弁５２とを含んでいる。ＥＧＲ流路５１の一端５１ａは、タービン１６ｂの上流側の排気通路４０に接続されている。ＥＧＲ流路５１の他端５１ｂは、インタクーラ３５の上流側の吸気通路３２ａに接続されている。ＥＧＲ流路５１には、該ＥＧＲ流路５１からインタクーラ３５の上流側の吸気通路３２ａへ流れるＥＧＲガス中の粒子状物質を捕集するＥＧＲパティキュレートフィルタ５６が設けられている。ＥＧＲパティキュレートフィルタ５６を通過したＥＧＲガスは、ＥＧＲ弁５２を経て吸気通路３２ａに導入され、インタクーラ３５によって冷却されて吸気マニホールド３６に送られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室から排出される排気によって回転するタービンおよび前記燃焼室に供給する吸気を圧縮するコンプレッサを備えたターボチャージャと、
前記コンプレッサの下流側の吸気通路に設けられ、前記吸気を冷却するインタクーラと、
前記タービンの上流側の排気通路と前記インタクーラの上流側の吸気通路との間に設けられ、前記燃焼室から排出された排気の一部を前記インタクーラの上流側の前記吸気通路に導入するＥＧＲ流路およびＥＧＲ弁を備えたＥＧＲ装置と、
前記ＥＧＲ流路に配置され、該ＥＧＲ流路から前記インタクーラの上流側の前記吸気通路へ流れるＥＧＲガス中の粒子状物質を捕集するＥＧＲパティキュレートフィルタと、
を具備したことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記ＥＧＲパティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を有したことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記タービンの下流側の排気通路に、該排気通路を流れる排気中の粒子状物質を捕集する下流側パティキュレートフィルタを有したことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記ＥＧＲパティキュレートフィルタと前記吸気通路との間に、前記ＥＧＲ流路を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを有したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気浄化装置を備えたディーゼルエンジン等のエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいて、排気(exhaust gas)を浄化するための１つの手段として、例えば特許文献１，２に開示されているように、燃焼室から排出される排気の一部を排気通路から吸気通路に導入するＥＧＲ装置が知られている。特許文献１の排気浄化装置では、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設けることにより、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却している。またターボチャージャのコンプレッサによって圧縮され高温となった吸気を冷却するために、吸気通路にインタクーラが配置されている。
【０００３】
特許文献２の排気浄化装置も、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設けることにより、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却している。また特許文献２では、ターボチャージャのタービンの下流側の排気通路に第１のパティキュレートフィルタを設けるとともに、タービンの上流側の排気通路に第２のパティキュレートフィルタを設け、この第２のパティキュレートフィルタを通った排気を第１のパティキュレートフィルタに向かわせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８０８１４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６３６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンジンの燃焼室から排出された高温の排気の一部をＥＧＲ装置によって吸気に導入する場合、ＥＧＲガスの量（ＥＧＲ率）が増えると吸気マニホールドの温度が高くなることにより排気が悪化する原因となる。このため特許文献１，２では、ＥＧＲクーラによってＥＧＲガスを冷却しているが、この場合、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラに触れるため、ＥＧＲガス中の粒子状物質がＥＧＲクーラに付着し、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下する原因となる。またＥＧＲクーラは、エンジンの運転によって比較的高温となるエンジン冷却水との間で熱交換することによりＥＧＲガスを冷却するため、ＥＧＲガスの温度を低くすることに限界がある。このため吸気通路に導入されるＥＧＲガスの温度が比較的高いなど、改善の余地があった。
【０００６】
従って本発明が解決しようとする課題は、吸気温度が上昇することを抑制でき、排気が改善されるエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエンジンは、燃焼室から排出される排気によって回転するタービンおよび前記燃焼室に供給する吸気を圧縮するコンプレッサを備えたターボチャージャと、前記コンプレッサの下流側の吸気通路に設けられ前記吸気を冷却するインタクーラと、前記タービンの上流側の排気通路と前記インタクーラの上流側の吸気通路との間に設けられ、前記燃焼室から排出された排気の一部を前記インタクーラの上流側の前記吸気通路に導入するＥＧＲ流路およびＥＧＲ弁を備えたＥＧＲ装置と、前記ＥＧＲ流路に配置され、該ＥＧＲ流路から前記インタクーラの上流側の前記吸気通路へ流れるＥＧＲガス中の粒子状物質を捕集するＥＧＲパティキュレートフィルタとを具備している。
【０００８】
１つの実施形態では、前記ＥＧＲパティキュレートフィルタの上流側に、前記ＥＧＲ流路に流入したＥＧＲガス中のＮＯｘを酸化させる酸化触媒を有している。また前記タービンの下流側の排気通路に、該排気通路を流れる排気中の粒子状物質を捕集する下流側パティキュレートフィルタを有していてもよい。さらに、前記ＥＧＲパティキュレートフィルタと前記吸気通路との間に、前記ＥＧＲ流路を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを有していてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＥＧＲガスを吸気通路に導入できることにより排気が改善され、かつ、このＥＧＲガスが含まれた吸気をインタクーラによって冷却することができるため、吸気温度が高くなることを抑制できる。しかもＥＧＲ流路を流れるＥＧＲガス中の粒子状物質をＥＧＲパティキュレートフィルタによって捕集できるため、前記インタクーラに粒子状物質が付着することを抑制でき、インタクーラの冷却効率が低下することを抑制できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンの概略図。
【図２】第２の実施形態に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。  
図１は、ディーゼルエンジン１０の一例を模式的に示している。このディーゼルエンジン１０は、エンジン本体１１と、吸気系１２と、排気系１３と、燃料噴射システム１４と、排気浄化装置１５と、ターボチャージャ１６などを備えている。ターボチャージャ１６は、コンプレッサ１６ａとタービン１６ｂとを有している。
【００１２】
エンジン本体１１は、シリンダライナ２０と、ピストン２１と、燃焼室２２と、クランクシャフト２３と、吸気弁２４と、排気弁２５などを含んでいる。燃料噴射システム１４は、エンジン本体１１の各気筒ごとに設けられた燃料噴射弁２７と、燃料を加圧してコモンレール２８に供給する燃料ポンプ２９などを備えている。燃料噴射弁２７の噴射量および噴射時期等は、例えば車載コンピュータを用いたＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって、エンジン１０の運転状態に応じて制御される。
【００１３】
吸気系１２は、吸気の上流側から下流側に向かって、エアフィルタ３１と、吸気を圧縮するターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａと、該コンプレッサ１６ａの下流側に形成された吸気通路３２と、スロットル弁３３と、コンプレッサ１６ａによって圧縮され高温となった吸気を冷却するインタクーラ３５と、吸気マニホールド３６と、吸気絞り弁３８などを含んでいる。インタクーラ３５は、空気（外気）と吸気との間で熱交換をすることによって吸気を冷却する空冷方式である。
【００１４】
排気系１３は、排気弁２５の下流に形成された排気通路４０と、燃焼室２２から排気通路４０に排出される排気の圧力によって回転するターボチャージャ１６のタービン１６ｂと、排気浄化装置１５の一部をなす酸化触媒４１と、下流側パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：diesel particulate filter）４２と、下流側パティキュレートフィルタ４２によって浄化された排気を大気中に排出する排気通路４３などを含んでいる。酸化触媒４１と下流側パティキュレートフィルタ４２は、排気系１３の一部をなすＤＰＦハウジング４４に収容されている。
【００１５】
下流側パティキュレートフィルタ４２は、排気中のスモーク成分である粒子状物質（パティキュレートマタ−）を捕集する機能を有している。下流側パティキュレートフィルタ４２は、排気が通過可能でかつ粒子状物質が通過不可能な多孔質の隔壁によって仕切られた多数のフィルタ室を有し、排気が前記隔壁を厚さ方向に通過するときに、排気中の前記粒子状物質が前記隔壁によって捕捉するようになっている。
【００１６】
酸化触媒４１は、例えばセラミック等の触媒担持体と、白金やバナジウム化合物等からなる触媒を有している。酸化触媒４１の温度が活性開始温度（例えば２５０℃）を越えていれば、排気中のＮＯが効率良く酸化されてＮＯ２に変化する。このＮＯ２によって、下流側パティキュレートフィルタ４２に付着している粒子状物質を比較的低温度（例えば２５０〜３５０℃）で燃焼させることができる。
【００１７】
吸気通路３２と排気通路４０との間にＥＧＲ装置５０が設けられている。“ＥＧＲ”は“Exhaust gas recirculation（排気ガス再循環）”の略語である。このＥＧＲ装置５０は、タービン１６ｂの上流側の排気通路４０とインタクーラ３５の上流側の吸気通路３２ａとの間に設けられたＥＧＲ流路５１と、ＥＧＲ弁５２などを備えている。ＥＧＲ流路５１の一端５１ａは、タービン１６ｂの上流側の排気通路４０に接続されている。ＥＧＲ流路５１の他端５１ｂは、インタクーラ３５の上流側の吸気通路３２ａに接続されている。
【００１８】
ＥＧＲ弁５２は、エンジン１０の運転状況に応じてアクチュエータ５２ａによって開閉され、排気通路４０からＥＧＲ流路５１を経て吸気通路３２ａに流入するＥＧＲガスの量を制御する機能を有している。ＥＧＲ流路５１を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲ弁５２を経てインタクーラ３５の上流側の吸気通路３２ａに導入され、インタクーラ３５で冷却されたのち、インタクーラ３５の下流側の吸気通路３２ｂへ流出する。
【００１９】
ＥＧＲ流路５１の上流側に、酸化触媒５５が配置されている。この酸化触媒５５は、前記酸化触媒４１と同様に、排気中のＮＯｘを酸化してＮＯ２に変化させる機能を有している。そして酸化触媒５５の下流側に、ＥＧＲパティキュレートフィルタ５６が配置されている。
【００２０】
ＥＧＲパティキュレートフィルタ５６は、下流側パティキュレートフィルタ４２と同様に、排気が通過可能でかつ粒子状物質が通過不可能な多孔質の隔壁によって仕切られた多数のフィルタ室を有し、排気が前記隔壁を厚さ方向に通過するときに、排気中の前記粒子状物質を前記隔壁によって捕捉するように構成されている。これら酸化触媒５５とＥＧＲパティキュレートフィルタ５６も排気浄化装置１５の一部をなしている。
【００２１】
次に、排気浄化装置１５を備えたディーゼルエンジン１０の作用について説明する。  
エンジン１０の運転中に燃焼室２２から排出される排気が排気通路４０に流入する。この排気通路４０に流入した排気の一部がＥＧＲ流路５１に流入する。ＥＧＲ流路５１に流入した排気の一部（ＥＧＲガス）は、酸化触媒５５とＥＧＲパティキュレートフィルタ５６を通ってＥＧＲ弁５２から吸気通路３２ａに導入される。またＥＧＲ流路５１を流れるＥＧＲガス中の粒子状物質（主に炭素）がＥＧＲパティキュレートフィルタ５６によって捕集される。
【００２２】
ＥＧＲ弁５２から吸気通路３２ａに導入されたＥＧＲガスは、コンプレッサ１６ａから圧送されてくる新気に混入し、インタクーラ３５を通ることにより冷却されたのち、吸気マニホールド３６に供給される。ＥＧＲ弁５２から吸気通路３２ａに導入された前記ＥＧＲガスは、インタクーラ３５に達する前にＥＧＲパティキュレートフィルタ５６によって粒子状物質が除去された状態となっているため、ＥＧＲガス中の粒子状物質がインタクーラ３５に付着することが抑制され、インタクーラ３５の冷却効率が低下することが抑制される。
【００２３】
ＥＧＲパティキュレートフィルタ５６に付着した粒子状物質は、以下に述べる下流側パティキュレートフィルタ４２と同様の連続再生モードにより、酸化触媒５５を用いて燃焼させることができる。また連続再生のみではＥＧＲパティキュレートフィルタ５６に堆積した粒子状物質を燃焼しきれない場合には、以下に述べる下流側パティキュレートフィルタ４２と同様の強制再生モードによって粒子状物質を燃焼させてもよい。
【００２４】
一方、排気通路４０からタービン１６ｂを通って下流側の酸化触媒４１と下流側パティキュレートフィルタ４２に流入した排気中の粒子状物質は、下流側パティキュレートフィルタ４２によって捕集される。エンジン１０の運転によって排気温度が上昇し、酸化触媒４１が活性化すると、排気中のＮＯｘが酸化触媒４１によって酸化されてＮＯ２に変化する。下流側パティキュレートフィルタ４２に付着していた粒子状物質の炭素成分がこのＮＯ２によって比較的低温（例えば２５０℃〜３５０℃前後）で燃焼し、ＣＯ２に変化する。酸化触媒４１の酸素の変換効率は、ある温度域（例えば２５０℃以上の活性温度域）で最大となるから、排気温度がこの温度域にあればＮＯ２によって粒子状物質の炭素成分が燃焼し、下流側パティキュレートフィルタ４２の連続再生が行なわれる。
【００２５】
エンジン１０の運転状況によっては、連続再生ではパティキュレートフィルタ４２，５６に捕集された粒子状物質が燃焼しきれずに粒子状物質が堆積することがある。パティキュレートフィルタ４２，５６に堆積した粒子状物質の実際の堆積量を直接検出することが難しい場合には、堆積量が推定される。
【００２６】
粒子状物質の堆積量を推定するには、例えば車両の走行時間あるいはエンジンの稼動時間を積算した所定時間を強制再生インターバルとして設定し、この所定時間（強制再生インターバル）が経過したときに、粒子状物質が所定量堆積したと推定し、強制再生が行なわれる。強制再生を行なう際に酸化触媒４１，５５が活性温度に達していなければ、例えば燃料噴射弁２７の噴射タイミングを遅らせたり噴射圧力を低減させる等によって、酸化触媒４１，５５を活性温度まで昇温させる。酸化触媒４１，５５が活性温度に達すると、強制再生モードに移行し、例えば燃料噴射弁２７によるポスト噴射を行なうとか、排気中に未燃燃料を添加するなどの強制再生手段により、パティキュレートフィルタ４２，５６に堆積している粒子状物質を強制的に酸化（燃焼）させる。
【００２７】
図２は第２の実施形態に係るディーゼルエンジン１０´を模式的に示している。このディーゼルエンジン１０´は、ＥＧＲパティキュレートフィルタ５６の下流側にＥＧＲクーラ６０を備えている。このＥＧＲクーラ６０は、ＥＧＲ流路５１を流れるＥＧＲガスをエンジン冷却水（クーラント）等の冷却媒体によって冷却する機能を有している。このためＥＧＲ流路５１を流れる高温のＥＧＲガスをＥＧＲクーラ６０によってエンジン冷却水の温度近くまで下げることができる。
【００２８】
このように冷却媒体としてエンジン冷却水を用いるＥＧＲクーラ６０は、ＥＧＲ流路５１を流れるＥＧＲガスをエンジン冷却水の温度以下（例えば９０℃以下）に冷却することはできない。しかしこのＥＧＲガスはＥＧＲ流路５１からインタクーラ３５の上流側の吸気通路３２ａに導入され、インタクーラ３５によってさらに冷却されるため、エンジン冷却水の温度以下に十分冷却された状態で吸気マニホールド３６に送ることができる。上記以外の構成と作用について第２の実施形態のディーゼルエンジン１０´は第１の実施形態のディーゼルエンジン１０と共通であるため、両者に共通の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
なお本発明を実施するに当たって、エンジン本体や吸気系、排気系、ＥＧＲ装置をはじめとして、ＥＧＲパティキュレートフィルタなど排気浄化装置を構成する要素の構造や配置等の態様を適宜変更して実施できることは言うまでもない。また本発明はディーゼルエンジン以外のエンジン（例えばガソリンその他の燃料を用いるエンジン）に適用できる可能性もある。
【符号の説明】
【００３０】
１０…エンジン、１２…吸気系、１３…排気系、１５…排気浄化装置、１６…ターボチャージャ、１６ａ…コンプレッサ、１６ｂ…タービン、２２…燃焼室、３２，３２ａ…吸気通路、３５…インタクーラ、４０…排気通路、４２…下流側パティキュレートフィルタ、５０…ＥＧＲ装置、５１…ＥＧＲ流路、５２…ＥＧＲ弁、５５…酸化触媒、５６…ＥＧＲパティキュレートフィルタ、６０…ＥＧＲクーラ。
【図１】
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【図２】
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