(57)【要約】  【課題】排気ガスの吸気系への再循環を行う内燃機関において、触媒の還元を目的として例えば燃料を排気ガスに混入させる場合に、再循環動作を実行していると、燃料が混合された排気ガスが吸気系に流入することがあった。  【解決手段】複数の気筒を備え、それぞれの気筒に対応する排気ポートそれぞれに個別に連通する各管路が集合する管路集合部を備える排気多枝管と排気多枝管に連通し排気ガスを吸気系に還流させるための還流管路とを備え、管路集合部を挟む二つの部位のうち第一の部位に排気ガス用還元剤を排気多枝管内に噴射する還元剤噴射弁を設けるとともに、第一の部位とは反対方向にある第二の部位に還流管路を連通させてなる内燃機関において、排気ガスの吸気系への還流を実行中は、管路集合部よりも還流管路側に位置する気筒が排気行程にある時に、還元剤噴射弁を作動させる。【選択図】図３
2007255371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を備え、それぞれの気筒に対応する排気ポートそれぞれに個別に連通する各管路が集合する管路集合部を備える排気多枝管と排気多枝管に連通し排気ガスを吸気系に還流させるための還流管路とを備え、管路集合部を挟む二つの部位のうち第一の部位に排気ガス用還元剤を排気多枝管内に噴射する還元剤噴射弁を設けるとともに、第一の部位とは反対方向にある第二の部位に還流管路を連通させてなる内燃機関において、
排気ガスの吸気系への還流を実行中は、管路集合部よりも還流管路側に位置する気筒が排気行程にある時に、還元剤噴射弁を作動させる排気ガス用還元剤の噴射制御方法。
【請求項２】
還流管路の連通位置に最も近い気筒が排気行程である時に還元剤噴射弁を作動させる請求項１記載の排気ガス用還元剤の噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するために排気系に噴射される排気ガス用還元剤の噴射制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車などの車両に搭載される内燃機関、特にはディーゼルエンジンにおいては、排気ガスを浄化するための触媒を備え、さらに排気ガス中の窒素酸化物を低減するために、排気ガスを吸気系に還流するための排気ガス再循環装置を備えるものが知られている。近年にあっては、このような構成においてさらに、触媒が窒素酸化物を吸収し、その吸収量が限界量を超えることによりその機能が低下することに着目して、少なくとも触媒に吸収された窒素酸化物を還元するために、排気系に排気ガス用還元剤を噴射するように構成したものが知られている。
【０００３】
このような還元剤を噴射するものとして、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載のものは、排気マニホルドと排気管とを排気集合管により連通させ、排気マニホルドの排気集合管との連通部位の近傍に排気ガス用還元剤を噴射する還元剤噴射弁を取り付け、排気集合管の連通部位とは反対側の排気マニホルドの端部位に排気ガスを吸気マニホルドに再循環させる再循環管路を接続し、排気集合管の連通部位に近い気筒が排気行程の時に排気ガス用還元剤を噴射することにより、霧化した排気ガス用還元剤を排気流に乗せて下流に流すように構成するものである。このような構成を採用することにより、排気ガス用還元剤が再循環管路に流入することを回避するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２８０１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、ディーゼルエンジンであればそのディーゼルエンジンが使用している燃料を排気ガス用還元剤として使用するものである。上述した特許文献１のものでは、還元剤噴射弁に近い位置の気筒が排気ガスを排出する場合に排気ガス用還元剤つまり燃料を噴射するので、排気ガスの排気温度が高い状態で燃料が排気ガスに接触するものとなる。それゆえに燃料は効果的に霧化することができ、排気温度が高い場合その一部は燃焼することがあり、多くは排気ガスとともに排気マニホルド内に拡散して滞留するような状態になる。
【０００５】
このように、燃料が排気ガスに含まれた状態で排気マニホルド内に拡散して滞留するような状態においては、他の気筒が排気行程において排気ガスを排出した場合に、燃料を含んだ排気ガスが再循環管路に流入することになる。このため、吸入空気中に未燃焼燃料が混入することとなり、本来の排気ガス再循環の効果を損なう可能性が生じた。
【０００６】
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の排気ガス用還元剤の噴射制御方法は、複数の気筒を備え、それぞれの気筒に対応する排気ポートそれぞれに個別に連通する各管路が集合する管路集合部を備える排気多枝管と排気多枝管に連通し排気ガスを吸気系に還流させるための還流管路とを備え、管路集合部を挟む二つの部位のうち第一の部位に排気ガス用還元剤を排気多枝管内に噴射する還元剤噴射弁を設けるとともに、第一の部位とは反対方向にある第二の部位に還流管路を連通させてなる内燃機関において、排気ガスの吸気系への還流を実行中は、管路集合部よりも還流管路側に位置する気筒が排気行程にある時に、還元剤噴射弁を作動させることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、排気ガス用還元剤としては、ＨＣを含む液体であればよく、具体的には、ガソリンや軽油などの燃料が挙げられる。この場合、その供給の容易性を考慮するならば、内燃機関において使用される燃料に一致させることである。つまり、内燃機関がガソリンを燃料とする火花点火式のものであるならば、排気ガス用還元剤としてはガソリンを、また内燃機関が軽油を燃料とするディーゼルエンジンであるならば、排気ガス用還元剤としては軽油をそれぞれ適用するものである。
【０００９】
このような構成であれば、排気ガスを吸気系に還流している内燃機関の運転状態で、排気多枝管の管路集合部よりも還流管路側に位置する気筒が排気行程にある時に、排気ガス用還元剤を還元剤噴射弁から排気多枝管内に噴射することになる。噴射された排気ガス用還元剤は、排気ガスに混入して排気多枝管の管路集合部に向かって流れる。この場合に、管路集合部よりも還流管路側に位置する気筒が排気行程にあるので、この気筒から排出される排気ガスが還流管路に流入しようとする排気ガスに対して抵抗となる。したがって、微粒子状になったり霧化した排気ガス用還元剤が混在した排気ガスが吸気系に流入することを防止することが可能になる。
【００１０】
排気ガス用還元剤が混在した排気ガスの吸気系への流入をより効果的に防止するためには、還流管路の連通位置に最も近い気筒が排気行程である時に還元剤噴射弁を作動させる構成が好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したような構成であるので、排気ガスを吸気系に還流している内燃機関の運転状態において、排気ガスを還元するために排気ガスに対して噴射した排気ガス用還元剤が混在した排気ガスが吸気系に流入することを防止するができ、排気ガス用還元剤により排気ガス再循環による効果が低下することを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
この実施形態は、内燃機関としての、ターボチャージャ１を備えた多気筒例えば直列４気筒のディーゼルエンジン１００に適用するものである。ディーゼルエンジン１００の本体２自体は、当該分野で広く知られたものであってよく、その本体２に対してターボチャージャ１、排気ガス再循環装置３、排気ガス用還元剤を噴射するための還元剤噴射弁である還元剤添加弁４、排気ガス浄化装置５等を備えるものである。
【００１４】
具体的には、ディーゼルエンジン１００は、第一気筒２１から第四気筒２４を直列に備える本体２と、第一気筒２１から第四気筒２４に対応する排気ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４それぞれに個別に連通する管路である各枝管６１、６２、６３、６４をターボチャージャ１との接続端を構成する管路集合部６５で集合させてなる排気多枝管６と、各気筒２１、２２、２３、２４の吸気ポートＰ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８に連通する吸気多枝管７と、排気多枝管６と吸気多枝管７との間に配設されるターボチャージャ１と、ターボチャージャ１から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置５と、排気多枝管６の第一の部位６６に取り付けられる還元剤添加弁４とを備えている。
【００１５】
本体２は、第一気筒２１から第四気筒２４のそれぞれのシリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁８を備えている。なお、図１においては、作図の都合上、第四気筒２４にのみ燃料噴射弁８を図示している。この本体２に対して、吸気系を構成する吸気多枝管７が取り付けられ、吸気多枝管７にはスロットルバルブ８１を有するスロットルボディ８が取り付けられている。スロットルボディ８には、インタークーラ９を有してターボチャージャ１のコンプレッサ１１の出口に接続される吸気管路ＩＰが接続される。また、吸気多枝管７の第四気筒２４側の部位には、排気ガス再循環装置３を構成するＥＧＲバルブ３１を介して同装置３を構成する還流管路であるＥＧＲパイプ３２の一方の端部が接続される。なお、ターボチャージャ１のコンプレッサ１２の入口には、エアクリーナＡＣを有する吸入空気管路ＡＰが接続される。
【００１６】
また、本体２には、排気系を構成する排気多枝管６が取り付けられる。排気多枝管６は各気筒２１、２２、２３、２４に接続される枝管６１、６２、６３、６４が管路集合部６５において集合するものであるが、この実施形態のディーゼルエンジン１００は直列４気筒であるので、その管路集合部６５が、平面上で見た場合に、第二気筒２２からの枝管６２と第三気筒２３の枝管６３との間の位置に存在するものである。排気多枝管６は、その管路集合部６５の部分から、排気ガスが排気多枝管６外部つまりターボチャージャ１に排出されるものである。したがって、管路集合部６５には、ターボチャージャ１のタービン１２の入口が接続されるものである。なお、タービン１２の出口には、排気ガス浄化装置５が接続される。
【００１７】
そして、排気多枝管６の管路集合部６５を挟む二つの部位のうちの第一の部位６６である、第一気筒２１側の端部部位に、還元剤添加弁４が取り付けてある。すなわちこの還元剤添加弁４は、第一気筒２１の排気ポートＰ１に連通する枝管６１の近傍に位置する端部部位に、還元剤である燃料を管路集合部６５の方向に向けて噴射するように取り付けてある。この還元剤添加弁４は燃料を噴射するものであるので、それぞれの燃料噴射弁８に接続される燃料供給路（図示しない）に接続されるものである。
【００１８】
このような還元剤添加弁４の配置に対して、排気多枝管６の第一の部位６６とは反対方向にある第二の部位６７すなわち第四気筒２４側の端部部位に、ＥＧＲパイプ３２の他方の端部が接続される。この構造により、排気多枝管６と吸気多枝管７とがＥＧＲパイプ３２とＥＧＲバルブ３１とを介して選択的に連通するものである。なお、吸気多枝管７とＥＧＲパイプ３２との接続部位は特に規制されるものではない。
【００１９】
排気ガス浄化装置５は、酸化触媒５１とＮＯｘ吸蔵還元触媒５２とディーゼルパーティキュレートフィルタ５３とが相互に間隔をあけてケーシング５４内に直列で配置される構成である。それぞれの触媒５１、５２及びディーゼルパーティキュレートフィルタ５３は、当該分野でよく知られたものを広く使用することができるものである。
【００２０】
このような構成のディーゼルエンジン１００に対して、その運転を制御するための電子制御装置ＥＣＵが運転状態を検出して、少なくとも燃料噴射弁８、還元剤添加弁４及びＥＧＲバルブ３１の作動を制御するものである。電子制御装置ＥＣＵは、図２に示すように、中央演算処理装置ＣＰＵと、記憶装置ＭＥＭと、入力インターフェースＩＩＦと、出力インターフェースＯＩＦとを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。基本的には、ディーゼルエンジン１００の運転状態に応じて、つまりエンジン回転数やスロットルバルブ８１の開度などを検出しその検出結果に基づいて判定した運転状態に応じて燃料噴射制御を実行するものである。そして、この実施形態においては、還元剤添加弁４の作動を制御するために、入力インターフェースＩＩＦには、ディーゼルエンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサＰＳから出力される気筒判別信号とクランク角度基準位置信号とエンジン回転数信号とが入力される。一方、出力インターフェースＯＩＦからは、燃料噴射弁８に対して燃料噴射信号が、還元剤添加弁４に対して還元剤噴射信号が、ＥＧＲバルブ３１に対して開閉信号がそれぞれ出力されるようになっている。なお、図２においては、ディーゼルエンジン１００の運転の制御に必要な基本的なセンサ類については、当該分野におけるものと同じ構成でよいので、図示及び説明を省略する。
【００２１】
以上の構成において、還元剤添加弁４は、排気ガスの一部を吸気系、具体的には吸気多枝管７に還流（再循環）させる排気ガス再循環動作を行っている場合にあっては、次に説明するように制御される。排気ガス再循環動作を実行している場合、ＥＧＲバルブ３１はディーゼルエンジン１００の運転状態に応じて開成するもので、通常、ディーゼルエンジン００が加速などによる過渡運転時である場合やアイドリング運転時である場合は閉成される。
【００２２】
これに対して、還元剤添加弁４は、排気多枝管６の管路集合部６５よりもＥＧＲパイプ３２側に位置する気筒が排気行程にある時に作動させるものである。この実施形態にあっては、管路集合部６５は、平面視した場合の排気多枝管５の横方向のほぼ中央に位置するもので、上述したように第一気筒２１側の第一の部位６６に還元剤添加弁４が取り付けてあり、第四気筒２４側の第二の部位６７にＥＧＲパイプ３２が接続してあるので、第三気筒２３または第四気筒２４が排気行程にある時に還元剤添加弁４を作動させるものである。この実施形態においては、第三気筒２３が排気行程にある場合のものについて説明する。
【００２３】
還元剤添加弁４の駆動制御言い換えれば燃料の噴射制御を、図３を交えて説明する。なお、この噴射制御は、排気ガス再循環動作を実行している場合、つまりＥＧＲバルブ３１を運転状態に応じた開度で開成している場合に実行するものであって、ＥＧＲバルブ３１を完全に閉成している場合は、以下に説明する噴射制御とは異なり、設定された運転状態の場合に設定された周期により還元剤添加弁４を作動させて（駆動して）燃料を噴射するものである。したがって、排気ガス再循環動作の実行は、ＥＧＲバルブ３１の制御信号が出力されていることにより検出（判定）するものである。また、この実施形態のディーゼルエンジン１００は、第一気筒２１、第三気筒２３、第四気筒２４、第二気筒２２の順に例えば排気行程が実行される。
【００２４】
まず、ステップＳ１では、第三気筒２３が排気行程である（判定条件）か否かを気筒判別信号とクランク角度基準位置信号とに基づいて判定する。ステップＳ１において第三気筒２３が排気行程であると判定した場合は、ステップＳ２にて還元剤添加弁４に駆動信号を出力して、還元剤添加弁４を作動させる。一方、ステップＳ１において、第三気筒２３が排気行程でないと判定した場合には、ステップＳ１を繰り返し実行する。そして、ステップＳ３においては、ＥＧＲバルブ３１が開成しているか否かを判定する。判定の結果が開成である場合には、ステップＳ１に戻り、開成していないつまり閉成していると判定した場合には、この制御を終了する。
【００２５】
ディーゼルエンジン１００を始動して、ＥＧＲバルブ３１が開成されて排気ガスの再循環動作を実行していると、この排気ガス用還元剤である燃料の噴射制御を実行するものである。そして、第一気筒２１、第二気筒２２及び第四気筒２４が排気行程である場合は、ステップＳ１における判定条件とは異なるので、再度ステップＳ１を実行する。そして、第三気筒２３が排気行程となったことをステップＳ１において判定すると、ステップＳ２において還元剤添加弁４を作動させて燃料を排気多枝管６内に噴射する。
【００２６】
噴射された燃料は排気多枝管６内に滞留する排気ガスと混ざり合い排気多枝管６の内部に向かって拡散し、その一部は燃焼する。この場合に、第三気筒２３が排気行程であるので、第三気筒２３の排気ポートＰ３に連通する枝管６３から排気ガスが排気多枝管６内に噴出する。このことにより、還元剤添加弁４とＥＧＲパイプ３２の接続部位である第二の部位６７との間には、噴出した排気ガスが気体による壁のように作用して、燃料が混合した排気ガスがＥＧＲパイプ３２に流入することを抑制する。つまり、燃料の混合した排気ガスの大部分は、管路集合部６５に向かって移動するが、その排気ガスの一部は、ＥＧＲバルブ３１が開成していることにより第一気筒２１から第四気筒２４の方向つまりＥＧＲパイプ３２の接続部位に向かって移動しようとするが、第三気筒２３の枝管６３から噴出した排気ガスにより形成される排気ガス層あるいは排気ガス流により移動を阻止されることになる。
【００２７】
したがって、排気ガスの再循環動作を実行している場合であっても、排気ガス浄化装置５の状態に応じて適切に燃料を排気ガスに対して噴射することができる。また、還元剤添加弁４は、第三気筒２３の排気行程で駆動されるので、エンジン回転数が同じである限り所定の間隔をあけて排気ガスの再循環動作の実行中に繰り返し燃料を噴射することができる。この結果、排気ガスの再循環による燃焼効果を妨げることなく、排気ガス浄化装置５の触媒５１、５２を還元することができ、排気ガスの浄化能力が低下することを確実に防止することができる。
【００２８】
また、この実施形態にあっては、排気ガス用還元剤として燃料を使用しているので、還元剤添加弁４から噴射された燃料が排気多枝管６内の排気ガスの温度により燃焼することがある。このように、噴射された燃料の少なくとも一部が燃焼することにより、排気ガスの温度が上昇すると、排気ガス浄化装置５内の温度を上昇させることができる。このため、排気ガス浄化装置５の各触媒５１、５２の温度を上昇させることができ、例えば始動後において、各触媒５１、５２を早期に活性化することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態にあっては、第三気筒２３が排気行程にある場合に還元剤添加弁４を作動させるものを説明したが、第三気筒２３に代えて、ＥＧＲパイプ３２の接続部位に最も近い気筒である第四気筒２４が排気行程にある時に還元剤添加弁４を作動させるものであってよい。この場合にあっても、第四気筒２４の排気ポートＰ４に連通する枝管６４から噴出する排気ガスにより上述した排気ガスの壁（排気ガス流）が排気多枝管６内に形成されるので、排気ガス用還元剤（燃料）が混合された排気ガスがＥＧＲパイプ３２に流入することを確実に抑制することができる。
【００３０】
また、上記実施形態にあっては、管路集合部６５を第二気筒２２と第三気筒２３との枝管６２、６３のほぼ中間となる位置に設けた排気多枝管６を説明したが、少なくとも第四気筒２４に対応する枝管６４が管路集合部６５よりＥＧＲパイプ３２の接続部位に近い側に位置する構成のものであればよい。
【００３１】
さらには、上記実施形態にあっては直列４気筒のディーゼルエンジン１００を説明したが、直列三気筒、直列五気筒、直列六気筒などのディーゼルエンジン、さらにはこのような直列多気筒を並列配置したＶ型ディーゼルエンジンあるいは水平対向ディーゼルエンジンなどに適用するものであってよい。このような奇数気筒のエンジンにおいても、排気多枝管は、もっともＥＧＲパイプの接続部位に近い気筒の枝管が管路集合部よりＥＧＲパイプの接続部位に近い側に位置する構成のものであればよい。
【００３２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。
【図２】同実施形態の電子制御装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３４】
１００…ディーゼルエンジン
４…還元剤添加弁
６…排気多枝管
７…吸気多枝管
２１…第一気筒
２２…第二気筒
２３…第三気筒
２４…第四気筒
３２…ＥＧＲパイプ
６５…管路集合部
６６…第一の部位
６７…第二の部位
【図１】
2007255371.tif 000003
【図２】
2007255371.tif 000004
【図３】
2007255371.tif 000005