(57)【要約】【課題】高負荷時においても、高いＥＧＲ率を確保しながらＥＧＲを行ってＮＯｘを効果的に低減することができるターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムを提供する。【解決手段】ターボチャージャー２のタービン２ａの上流側からコンプレッサー２ｂの下流側にＥＧＲガスを還流する第１のＥＧＲ通路１０を設けた内燃機関ＥのＥＧＲシステム１において、タービン２ａの下流側からコンプレッサー２ｂの上流側にＥＧＲガスを還流する第２のＥＧＲ通路２０を設けて、第２のＥＧＲ通路２０にＤＰＦ２１を配設すると共に、第１のＥＧＲ通路１０と第２のＥＧＲ通路２０における排気ガスの流通を、排気通路３に配設された排気ガス温度センサー３２で検出した排気ガス検出温度に基づいて制御するように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャーを備え、該ターボチャージャーのタービンの上流側から、該ターボチャージャーのコンプレッサーの下流側に排気ガスの一部を還流する第１のＥＧＲ通路を設けた内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、前記タービンの下流側から前記コンプレッサーの上流側に排気ガスの一部を還流する第２のＥＧＲ通路を設けて、該第２のＥＧＲ通路にディーゼルパティキュレートフィルタを配設すると共に、前記第１のＥＧＲ通路と前記第２のＥＧＲ通路における排気ガスの流通を制御する流通制御手段と、該流通制御手段を排気状態監視手段で検出したデータに基づいて制御するＥＧＲ制御手段を備えたことを特徴とするターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステム。
【請求項２】
前記流通制御手段を前記第１のＥＧＲ通路に設けた第１のＥＧＲ弁と前記第２のＥＧＲ通路に設けた第２のＥＧＲ弁とで構成すると共に、前記排気状態監視手段を排気通路に配設した排気ガス温度センサーで構成し、前記ＥＧＲ制御手段が、前記排気ガス温度センサーで検出した排気ガス検出温度に基づいて、前記第１のＥＧＲ弁と前記第２のＥＧＲ弁とを開閉弁制御して、前記排気ガスの流通を制御することを特徴とする請求項１記載のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステム。
【請求項３】
前記排気ガス検出温度が、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生温度以下である場合に、前記第１のＥＧＲ弁を開制御すると共に、前記第２のＥＧＲ弁を閉制御し、前記排気ガス検出温度が、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生温度より高い場合に、前記第２のＥＧＲ弁を開制御することを特徴とする請求項２記載のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステム。
【請求項４】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタを酸化触媒を担持した酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタで形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステム。
【請求項５】
前記第２のＥＧＲ通路の入口を前記タービンの下流側に設ける代わりに、前記タービンの上流側に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスを浄化するターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の内燃機関においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出を低減させるために、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ（排気還流）が用いられている。
【０００３】
このＥＧＲを行うためのＥＧＲ通路は、ターボチャージャを備えた内燃機関においては、従来技術では通常は、タービンの上流側とコンプレッサーの下流側とを連結して設けられており、このＥＧＲ通路により、排気ガスの一部をタービンの入口側から分岐して、コンプレッサー出口側に還流している。
【０００４】
しかしながら、このＥＧＲ通路の構成では、内燃機関が大型のディーゼルエンジンになった場合に、内燃機関の運転が高負荷になって、ターボ効率が良くなりブースト圧が高くなると、同時にタービン前の圧力も低下するため、両者の圧力差小さくなり、ＥＧＲ通路の入口圧と出口圧の差圧が小さくなるため、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路に還流しなくなり、所望のＥＧＲを行うことができなくなるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、様々な工夫がなされているが、その一つの排気ガス還流装置では、タービンの下流側から排気ガスを分岐し、コンプレッサーの上流側に還流するＥＧＲ通路と共に、タービンの下流側の排気ガスの分岐部よりも更に下流側に可変背圧制御バルブを設けて、この可変背圧制御バルブを制御するか、あるいは、この可変背圧制御バルブとＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁とを同時に制御することにより最適なＥＧＲガス還流圧力を得ている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、このＥＧＲ通路に、上流側からスートトラップ、排気ガス昇温用の加熱ヒーター、煤塵除去用のパーティキュレートトラップ、未燃ＨＣ（炭化水素）除去用の酸化触媒を設け、ＥＧＲ通路の下流側に設けられたＥＧＲクーラーやＥＧＲ弁、吸気通路側の吸気ポート、吸気弁等に、ＰＭや未燃ＨＣが付着して目詰まりを起こすのを防止している。また、更に、ＥＧＲ通路の分岐をタービンの上流側にして、より高温の排気ガスを還流するようにしている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−７１４２８号公報  （第３頁、第１図、第２図）
【特許文献２】
特開平６−６６２０８号公報  （第２頁、第４図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成の排気ガス還流装置では、排気通路に可変背圧制御バルブを設けているので、排気ガスの全量がこの可変背圧制御バルブを通過することになるため、可変背圧制御バルブの容量が大きくなり、コストアップにもなるという問題がある。また、この可変背圧制御バルブの制御は、排気通路の圧力を高めることになるので、タービン効率の悪化や燃費の悪化を招くという問題も生じる。
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高負荷時においても、ＥＧＲガスを還流することができるＥＧＲ通路の入口と出口の圧力差を確保できて、高いＥＧＲ率を確保しながらＥＧＲを行ってＮＯｘを効果的に低減することができるターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムは、ターボチャージャーを備え、該ターボチャージャーのタービンの上流側から、該ターボチャージャーのコンプレッサーの下流側に排気ガスの一部を還流する第１のＥＧＲ通路を設けた内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、前記タービンの下流側から前記コンプレッサーの上流側に排気ガスの一部を還流する第２のＥＧＲ通路を設けて、該第２のＥＧＲ通路にディーゼルパティキュレートフィルタを配設すると共に、前記第１のＥＧＲ通路と前記第２のＥＧＲ通路における排気ガスの流通を制御する流通制御手段と、該流通制御手段を排気状態監視手段で検出したデータに基づいて制御するＥＧＲ制御手段を備えて構成される。
【００１１】
この構成によれば、第２のＥＧＲ通路は、タービンの下流側からコンプレッサーの上流側に連通しているので，高負荷運転時に，第１のＥＧＲ通路における排気ガスの一部、即ち、ＥＧＲガスの還流が困難になった時でも、第２のＥＧＲ通路により、コンプレッサーの吸引力を利用してＥＧＲガスを吸気側に還流して、ＥＧＲを行うことができる。
【００１２】
更に、第２のＥＧＲ通路に、ＥＧＲガス専用のディーゼルパティキュレートフィルタを設けているので、スート（ＳＯＯＴ）等の粒子状物質（パティキュレート・マター：ＰＭ）や未燃ＨＣ等を含むＥＧＲガスをこのディーゼルパティキュレートフィルタで浄化してからコンプレッサーに流すことができ、コンプレッサーの耐久性の悪化を防止できる。
【００１３】
また、第２のＥＧＲ通路を経由すると、ＥＧＲガスを吸気通路のより上流側に還流することができるので、ＥＧＲガスが新気とよく混合し、気筒間におけるＥＧＲのバラツキが少なくなる。このことは、スモークの排出に対してＥＧＲ率に敏感な運転領域においてぎりぎりのＥＧＲ率までＥＧＲをかけられることが可能になることを意味し、これにより、ＮＯｘ低減効果を更にアップできる。
【００１４】
そして、上記のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、前記流通制御手段を前記第１のＥＧＲ通路に設けた第１のＥＧＲ弁と前記第２のＥＧＲ通路に設けた第２のＥＧＲ弁とで構成すると共に、前記排気状態監視手段を排気通路に配設した排気ガス温度センサーで構成し、前記ＥＧＲ制御手段が、前記排気ガス温度センサーで検出した排気ガス検出温度に基づいて、前記第１のＥＧＲ弁と前記第２のＥＧＲ弁とを開閉弁制御して、前記排気ガスの流通を制御するように構成される。
【００１５】
ＥＧＲ弁の使用により、流通制御手段の構成が容易となると共に、ＥＧＲ量の制御が単純化する。そして、排気ガス温度センサーの使用により、流通制御のアルゴリズムが非常に単純化される。
【００１６】
この排ガス温度による流通制御においては、内燃機関の運転が高負荷・高回転運転領域になって、第１のＥＧＲ通路の入口と出口の差圧が小さくなる時は、排気ガス温度も高くなるので、排気通路の排気ガス温度によって制御することで、この差圧の変化に対応できる。つまり、排気ガス温度の高くなる運転領域は、第１のＥＧＲ通路の入口と出口の差圧が低くなる領域を含んでいる。
【００１７】
なお、流通制御手段としては、上記のＥＧＲ弁以外にも、排気通路とＥＧＲ通路との分岐部に設けた弁等で構成することもでき、排気状態監視手段としては、内燃機関の負荷やエンジン回転数なども利用でき、この負荷やエンジン回転数などから予め入力されたマップデータに基づいて、ＥＧＲ弁を開閉弁制御でき、あるいは、排気通路やＥＧＲ通路に設けた排気圧力センサー等を使用することもできる。
【００１８】
また、上記のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、前記排気ガス検出温度が、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生温度以下である場合に、前記第１のＥＧＲ弁を開制御すると共に、前記第２のＥＧＲ弁を閉制御し、前記排気ガス検出温度が、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生温度より高い場合に、前記第２のＥＧＲ弁を開制御するように構成される。
【００１９】
この排気ガス検出温度が、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生温度であるとは、この排気ガス検出温度が、その温度になるとディーゼルパティキュレートフィルタで捕集されたＰＭが燃焼を開始して自己再生をする温度（自己再生温度）になったことをいい、排気ガス検出温度が自己再生温度の値になったことを意味していない。排気ガス検出温度が自己再生温度になっても、排気ガスがディーゼルパティキュレートフィルタに流入するまでに冷却されて排気ガス温度が低下するからである。そのため、排気ガス検出温度における再生温度の値は、自己再生温度よりも、冷却分だけ高くなる。
【００２０】
そして、この制御によれば、排気ガス検出温度がディーゼルパティキュレートフィルタの再生温度より高い時だけ、ＥＧＲガスが第２のＥＧＲ通路のディーゼルパティキュレートフィルタを通過するので、目詰まり等を回避でき、このディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御を不要にできる。
【００２１】
つまり，この制御により、排気ガス温度が低い時に第２のＥＧＲ通路に排気ガスを還流させると、ディーゼルパティキュレートフィルタにＳＯＯＴが溜まり続け、目詰まりや溶損等を発生するという問題を回避できる。
【００２２】
更に、前記ディーゼルパティキュレートフィルタを酸化触媒を担持した酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタで形成する。この構成により、酸化触媒の触媒作用により、ＰＭを燃焼して再生することができる再生温度を下げることができるので、より確実にディーゼルパティキュレートフィルタの目詰まり等を防止できる。
【００２３】
また、上記のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、前記第２のＥＧＲ通路の入口を前記タービンの下流側に設ける代わりに、前記タービンの上流側に設けて構成することもできる。この構成によれば、より温度の高い排気ガスをＤＰＦに導入することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムについて、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１に示すように、第１の実施の形態のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステム１では、エンジンＥはターボチャージャー２を備えており、このターボチャージャー２のタービン２ａがエンジンＥの排気マニホールドに連通する排気通路３に配置され、エンジンＥの排気ガスにより駆動される。このタービン２ａの下流側の排気通路３には、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦ）４ａとＮＯｘ浄化触媒コンバータ４ｂを有する排気ガス処理装置４が設けられている。
【００２６】
このタービン２ａに駆動されるコンプレッサー２ｂは、吸気通路５に設けられ、吸気フィルタ６を経由して入ってくる空気Ａを吸引及び圧縮し、この圧縮した空気Ａをインタークーラー７を通過させてエンジンＥの吸気マニホールドに送る。
【００２７】
また、第１のＥＧＲ通路１０がターボチャージャー２のタービン２ａの上流側の排気通路３と、ターボチャージャー２のコンプレッサー２ｂの下流側の吸気通路５に接続して設けられる。この第１のＥＧＲ通路１０には、上流側から、第１のＥＧＲクーラー１１と、第１のＥＧＲ弁１２が配設される。
【００２８】
そして、本発明においては、第２のＥＧＲ通路２０がターボチャージャー２のタービン２ａの下流側で、かつ、排気ガス処理装置４の上流側の排気通路３と、ターボチャージャー２のコンプレッサー２ｂの上流側の吸気通路５に接続して設けられる。この第２のＥＧＲ通路２０には、上流側から、ＤＰＦ２１、ＥＧＲクーラー２２、第２のＥＧＲ弁２３が配設される。また、排気通路３に排気ガス温度センサー３２が配設される。
【００２９】
このＤＰＦ２１は酸化触媒を担持した酸化触媒付きＤＰＦで形成される。これにより、酸化触媒の触媒作用により、スート等のＰＭを燃焼して再生することができるＤＰＦ２１の再生温度を下げることができるので、より確実にＤＰＦ２１の目詰まり等を防止できる。
【００３０】
この第１のＥＧＲ弁１２と第２のＥＧＲ弁２３により、第１のＥＧＲ通路１０と第２のＥＧＲ通路２０における排気ガスＧｅ１，Ｇｅ２の流通を制御する流通制御手段が構成され、排気ガス温度センサー３２により、排気状態監視手段が構成される。
【００３１】
なお、この流通制御手段としては、ＥＧＲ弁１２、２３以外にも、排気通路３とＥＧＲ通路１０、２０との分岐部に設けた弁等で構成することもでき、排気状態監視手段としては、エンジンＥの負荷やエンジン回転数なども利用でき、この負荷やエンジン回転数などから予め入力されたマップデータに基づいて、ＥＧＲ弁１２、２３を開閉弁制御できる。また、排気通路３やＥＧＲ通路１０、２０に設けた排気圧力センサー（図示しない）等を使用することもできる。
【００３２】
そして、エンジンコントローラユニット（ＥＣＵ）と呼ばれるエンジンＥ全般の制御装置３０の一部として、ＥＧＲ制御手段としてのＥＧＲ制御装置３１が組み込まれる。このＥＧＲ制御装置３１は、エンジンＥの負荷や回転数等のエンジンＥの運転状態を示すデータと、排気ガス温度センサー３２で検出された排気ガス検出温度を入力し、第１のＥＧＲ弁１２と第２のＥＧＲ弁２３を開閉弁制御する。
【００３３】
なお、開弁時には、単なるＥＧＲ通路１０、２０の開放だけではなく、エンジンＥの運転状態に応じて弁開度を調整してＥＧＲ量の調整も行い、エンジンＥの運転状態に応じた所望のＥＧＲ量でＥＧＲを行う。
【００３４】
次に、上記のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムにおけるＥＧＲ制御について説明する。
【００３５】
このＥＧＲ制御は、ＥＧＲ制御装置３１によって、排気ガス温度センサー３２で検出された排気ガス検出温度に基づいて、この排気ガス検出温度が、ＤＰＦ２１の再生温度以下である場合に、第１のＥＧＲ弁１２を開制御すると共に、第２のＥＧＲ弁２３を閉制御し、排気ガス検出温度が、ＤＰＦ２１の再生温度より高い場合に、第２のＥＧＲ弁２３を開制御するように構成される。
【００３６】
この排気ガス検出温度が、ＤＰＦ２１の再生温度であるとは、この排気ガス検出温度が、その温度になるとＤＰＦ２１で捕集されたＰＭが燃焼を開始して自己再生をする温度（自己再生温度）になったことをいい、その時に排気ガス検出温度の再生温度の方が自己再生温度よりも高くなる。つまり、排気ガス検出温度が検出された場所から、排気ガスがＤＰＦ２１に流入するまでの間に冷却されて排気ガス温度が低下するので、この再生温度は、この冷却による温度低下を見込んでＤＰＦ２１の自己再生温度よりも高く設定される。
【００３７】
なお、第２のＥＧＲ弁２３を開制御した場合には、第１のＥＧＲ通路１０における排気ガスＧｅ１の流通は殆ど無くなるので、第１のＥＧＲ弁１２は特に閉制御する必要はないが、第１のＥＧＲ弁１２を閉制御するとＥＧＲ量が第１のＥＧＲ弁１２に関係しなくなるので、第２のＥＧＲ弁２３の弁開度だけでＥＧＲ量を調整できるようになり、ＥＧＲ量の調整がより容易となる。
【００３８】
そして、この排気ガス検出温度による流通制御においては、エンジンＥの運転が高負荷・高回転運転領域になって、第１のＥＧＲ通路１０の入口と出口の差圧が小さくなる時は、排気ガス検出温度も高くなるので、このＥＧＲ制御で、この差圧の変化に対応できる。つまり、第２のＥＧＲ弁２３を開制御する排気ガス検出温度の領域は、差圧が小さくなる高負荷・高回転運転領域を含むように設定される。
【００３９】
このＥＧＲ制御によれば、第２のＥＧＲ通路２０は、タービン２ａの下流側からコンプレッサー２ｂの上流側に連通しているので、コンプレッサー２ｂの吸引力によりＥＧＲガスＧｅ２を吸気側に還流することができ、第１のＥＧＲ通路１０では、差圧の減少によりＥＧＲガスＧｅ１の還流が困難になった時でも、第２のＥＧＲ通路２０により、ＥＧＲガスＧｅ２を供給してＥＧＲを継続できる。なお、このＥＧＲ制御において、ＥＧＲ率を高くするために排気絞りを用いても良い。
【００４０】
また、このＥＧＲ制御によれば、ＤＰＦ２１では、排気ガス検出温度が再生温度より高い時だけ、ＥＧＲガスが通過するので、目詰まり等を回避でき、再生制御を不要にできる。つまり，この制御により、排気ガス温度が低い時に第２のＥＧＲ通路２０に排気ガスを還流させると、ＤＰＦ２１にＰＭが溜まり続け、目詰まりや溶損等を発生するという問題を回避できる。
【００４１】
そして、このＤＰＦ２１により、コンプレッサー２ｂを通過するＥＧＲガスＧｅ２は浄化されるので、排気ガス中のＰＭがコンプレッサー２ｂに入るのを防止でき、耐久性の悪化を回避できる。
【００４２】
そして、このＥＧＲ制御により、エンジンＥの運転が低負荷領域や低回転領域で行われ、排気ガス検出温度が低い時は、差圧も大きく、第１のＥＧＲ通路１０を用いてＥＧＲガスＧｅ１を吸気側に還流することができるので、第２のＥＧＲ通路へのＥＧＲガスの通過量を減少又は閉制御により停止する。これにより、第２のＥＧＲ通路２０のＤＰＦ２１にＰＭが堆積するのを減少又は防止できる。
【００４３】
次に第２の実施の形態のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステム１Ａについて説明する。
【００４４】
この第２の実施の形態のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステム１Ａでは、図２に示すように、第２のＥＧＲ通路２０Ａの入口をタービン２ａの下流側に設ける代わりに、タービン２ａの上流側に設ける。この点が、第１の実施の形態のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステム１と異なるだけで、その他は同じである。
【００４５】
この構成によれば、第１の実施の形態と同様な効果を奏することができ、その上、より温度の高い排気ガスをＤＰＦ２１に導入することができるので、より広範なエンジンＥの運転領域で、第２のＥＧＲ通路２０Ａを使用してＥＧＲを行うことができる。
【００４６】
但し、タービン２ａに入るガス量がＥＧＲガス量の分だけ減少し、第２のＥＧＲクーラー２２の冷却能力の増加も必要となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムによれば、次のような効果を奏することができる。
【００４８】
従来のＥＧＲ装置で使用されていた第１のＥＧＲ通路の入口と出口の差圧が小さくなってＥＧＲを行い難い高負荷モードにおけるエンジンの運転状態においても、第２のＥＧＲ通路により、ターボチャージャーの吸引力を利用してＥＧＲガスを還流して高いＥＧＲ率でＥＧＲを行うことができるので、ＮＯｘを効果的に低減することができる。
【００４９】
しかも、第２のＥＧＲ通路により、ＥＧＲガスをターボチャージャーのコンプレッサーの上流側に還流するので、ＥＧＲガスと新気が良く混合され、気筒間におけるＥＧＲのバラツキが少なくなるので、スモークの排出に対してＥＧＲ率に敏感な高負荷運転領域において、ぎりぎりのＥＧＲ率までＥＧＲをかけられることが可能になり、ＮＯｘ低減ができる。
【００５０】
また、コンプレッサーを通過するＥＧＲガスは、第２のＥＧＲ通路に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を通過させてＰＭ等を浄化するので、コンプレッサーの耐久性を損なうことがない。
【００５１】
そして、排気ガス検出温度が、ＤＰＦの再生温度以下の場合には、第２のＥＧＲ通路を閉制御してＤＰＦへのＥＧＲガスの流通を停止し、再生温度より高い時だけ、第２のＥＧＲ通路を開制御してＤＰＦを通過させるように構成することにより、ＰＭ等によるＤＰＦの目詰まりを回避でき、このＤＰＦの再生制御を不要にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態のターボチャージャーを備えた内燃機関のＥＧＲシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１、１Ａ    ＥＧＲシステム
Ｅ    内燃機関（エンジン）
２    ターボチャージャー
２ａ  タービン
２ｂ  コンプレッサー
３    排気通路
１０    第１のＥＧＲ通路
１２    第１のＥＧＲ弁
２０、２０Ａ    第２のＥＧＲ通路
２１    ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２３    第２のＥＧＲ弁
３２    排気ガス温度センサー
【図１】
2004162674.tif 000003
【図２】
2004162674.tif 000004