(57)【要約】【課題】吸気ガスのｐＨが酸性の場合には、排気ガスを燃料リッチとしてＮＨ3をより多く生成させて吸気ガスのｐＨを中和し、吸気系部品の腐食を防止する内燃機関の排気還流装置を提供する。【解決手段】エンジン１０本体に設けられる吸気管３２及び排気管４１と、ＥＧＲ通路５２と、ＥＧＲ弁５３と、排気管４１に排気ガス中の有害成分を浄化する触媒装置４２とを有する内燃機関の排気還流装置において、吸気ガスのｐＨを検出し、吸気ガスのｐＨが所定値以下で吸気ガスのｐＨが酸性側の場合には、吸気ガスのｐＨに基づいて排気ガスの空燃比をリッチ側に制御し、三元触媒４３により排気ガス中のＮＯXの還元反応が進行することでＮＨ3を発生させ、排気ガス中のｐＨをアルカリ性とし、ＥＧＲ通路５２を介してＮＨ3を多く含有するＥＧＲガスを吸気管３２に還流し、吸気ガスのｐＨを略中性となるように調整する。【選択図】図２
2009085011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体の吸気系に設けられる吸気通路及び排気系に設けられる排気通路と、
前記排気通路と前記吸気通路との間を連結し、前記排気通路から前記吸気通路に排出ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路と、
該排気ガス還流通路に設けられ、前記排気ガス還流通路を流れる前記排気ガスの流量を調整する排気ガス還流制御弁と、
前記排気通路に、前記排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化用触媒が収容されているガス浄化装置とを有する内燃機関の排気還流装置において、
前記吸気通路を流れる吸気ガスのｐＨが酸性側の場合に、吸気ガスのｐＨに基づいて前記排気ガスの空燃比を制御し、前記吸気ガスのｐＨを略中性となるように調整することを特徴とする内燃燃機の排気還流装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記吸気ガスのｐＨを推定する吸気ｐＨ推定手段を設け、
前記吸気ｐＨ推定手段により求められた前記吸気ガスのｐＨに基づいて、前記排気ガスの空燃比をリッチとして前記排気浄化用触媒を通過した排気ガス中のアンモニア量を調整し、前記排気浄化用触媒を通過した排気ガスを前記排気ガス還流通路を介して前記吸気通路に還流させ、前記吸気ガスのｐＨを略中性とすることを特徴とする内燃燃機の排気還流装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記吸気ｐＨ推定手段が、前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段においてフューエルカット中の前記排気ガスに含まれる水素から発生する起電力に基づいて前記吸気ガスのｐＨを求めることを特徴とする内燃燃機の排気還流装置。
【請求項４】
請求項２において、 
前記吸気ｐＨ推定手段が、燃焼中に発生した水素に起因するノッキングのノック強度に応じて点火遅角を実施した点火時期遅角量に基づいて前記吸気ガスのｐＨを求めることを特徴とする内燃燃機の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気系の吸気ガスのｐＨを略中性とし、吸気系や排気還流系が腐食するのを防止し、吸気系等の耐久性を高める内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排気中の窒素酸化物（ＮＯX）量を低減させるべく内燃機関の排気系に排出された排気の一部（以下、「ＥＧＲガス」という。）を内燃機関の吸気系に排気還流（以下、「ＥＧＲ」という。）させ導入する内燃機関の排気還流装置が知られている。
【０００３】
従来のエンジンの排気還流装置として、例えば図８に示すような内燃機関の排気還流装置が提案されている。図８は、従来の内燃機関の排気還流装置の構成の一例を示す図である。図８に示すように、従来の内燃機関の排気還流装置１００は、エンジン本体１０１に吸入空気（吸気）である吸気ガスを送給する吸気通路１０２及びエンジン本体１０１から排出される排気ガスを送給する排気通路１０３が接続されている（特許文献１）。
【０００４】
吸気通路１０２には、エアフロメータ１０４、スロットル弁１０５、過給機１０６、インタークーラ１０７、サージタンク１０８、燃料噴射弁１０９−１、１０９−２が配設されている。過給機１０６は、例えば図示しないベルト等の伝動手段及び電磁クラッチ等を介してエンジン出力軸により機械的に駆動されるようになっている。
【０００５】
また、排気通路１０３には、少なくとも還元機能を有する触媒からなり、例えば酸化、還元の両機能を有する三元触媒１１０を有する触媒装置１１１が設けられている。三元触媒１１０により排気ガスから有害成分を除去し、排気している。
【０００６】
また、吸気通路１０２と排気通路１０３との間には、排気通路１０３を流れる排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気系に還流する排気還流通路（以下「ＥＧＲ通路」という。）１１２−１、１１２−２が設けられている。ＥＧＲ通路１１２−１により触媒装置１１１の上流側の排気通路１０３と吸気通路１０２とが接続され、ＥＧＲ通路１１２−２により触媒装置１１１の下流側の排気通路１０３と吸気通路１０２とが接続され、ＥＧＲ通路１１２−１、１１２−２には、図示しない電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）からの信号に応じて作動するＥＧＲ弁１１３が設置されており、ＥＧＲ弁１１３の開度に応じた適量のＥＧＲガスが吸気通路１０２に還流される。
【０００７】
従来の内燃機関の排気還流装置１００では、触媒装置１１１の上流側で排気ガスが酸性であり、触媒装置１１１の下流側で排気ガスがアルカリ性であるため、ＥＧＲ通路１１２−１、１１２−２からこれらのＥＧＲガスを調整して混合することによって得られたｐＨ値が７程度の略中性のＥＧＲガスを吸気通路１０２に還流していた。
【０００８】
【特許文献１】特開平０７−３２４６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の内燃機関の排気浄化装置１００では、ＥＧＲガスのｐＨを調整するのみであり吸気ガスのｐＨは考慮されていないため、吸気ガスのｐＨが酸性、アルカリ性に偏ってしまう、という問題がある。
【００１０】
即ち、ＥＧＲガス過給機１０６の上流側でＥＧＲガスが吸気ガスに還流されるため、過給機１０６でＥＧＲガス中の煤に含まれる硫黄成分が過給機１０６で暖められた水蒸気と反応して硫酸を生成し、吸気通路１０２の吸気ガスのｐＨが酸性となり、ＥＧＲガスを原因として吸気系の吸気通路１０２、インタークーラ１０７等アルミ系金属からなる金属部品を腐食し、ひいては溶損してしまう場合がある、という問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、吸気ガスのｐＨが酸性の場合には、排気ガスを燃料リッチとしてアンモニアをより多く生成させて吸気ガスのｐＨを中和し、吸気系部品の腐食を防止する内燃機関の排気還流装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、機関本体の吸気系に設けられる吸気通路及び排気系に設けられる排気通路と、前記排気通路と前記吸気通路との間を連結し、前記排気通路から前記吸気通路に排出ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路と、該排気ガス還流通路に設けられ、前記排気ガス還流通路を流れる前記排気ガスの流量を調整する排気ガス還流制御弁と、前記排気通路に、前記排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化用触媒が収容されているガス浄化装置とを有する内燃機関の排気還流装置において、前記吸気通路を流れる吸気ガスのｐＨが酸性側の場合に、吸気ガスのｐＨに基づいて前記排気ガスの空燃比を制御し、前記吸気ガスのｐＨを略中性となるように調整することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る内燃機関の排気還流装置においては、前記吸気ガスのｐＨを推定する吸気ｐＨ推定手段を設け、前記吸気ｐＨ推定手段により求められた前記吸気ガスのｐＨに基づいて、前記排気ガスの空燃比をリッチとして前記排気浄化用触媒を通過した排気ガス中のアンモニア量を調整し、前記排気浄化用触媒を通過した排気ガスを前記排気ガス還流通路を介して前記吸気通路に還流させ、前記吸気ガスのｐＨを略中性とすることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る内燃機関の排気還流装置においては、前記吸気ｐＨ推定手段が、前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段においてフューエルカット中の前記排気ガスに含まれる水素から発生する起電力に基づいて前記吸気ガスのｐＨを求めることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る内燃機関の排気還流装置においては、前記吸気ｐＨ推定手段が、燃焼中に発生した水素に起因するノッキングのノック強度に応じて点火遅角を実施した点火時期遅角量に基づいて前記吸気ガスのｐＨを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、吸気通路を流れる吸気ガスのｐＨが酸性側の場合に、吸気ガスのｐＨに基づいて排気ガスの空燃比を制御し、前記吸気ガスのｐＨを略中性となるように調整しているため、吸気系部品の腐食を防止することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、吸気ガスのｐＨを推定する吸気ｐＨ推定手段を設け、前記吸気ｐＨ推定手段により求められた前記吸気ガスのｐＨに基づいて、排気ガスの空燃比をリッチとして排気浄化用触媒を通過した排気ガス中のアンモニア量を調整し、前記排気浄化用触媒を通過した排気ガスを排気ガス還流通路を介して吸気通路に還流させ、前記吸気ガスのｐＨを略中性としているため、より適切に吸気系部品の腐食を防止することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、フューエルカット中の前記排気ガスに含まれる水素から発生する起電力に基づいて前記吸気ガスのｐＨを求めることができるため、前記吸気ガスのｐＨを略中性となるように前記吸気ガスのｐＨを調整し、吸気系部品の腐食を防止することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、燃焼中に発生した水素に起因するノッキングのノック強度に応じて点火遅角を実施した点火時期遅角量に基づいて前記吸気ガスのｐＨを求めることができるため、前記吸気ガスのｐＨを略中性となるように前記吸気ガスのｐＨを調整し、吸気系部品の腐食を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】
【００２０】
以下に、この発明に係る内燃機関の排気還流装置をエンジンシステムに適用した例について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の排気還流装置が適用されたエンジンシステムを表す概略構成図である。
本実施例の内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンにおいて、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１０は、筒内噴射式の多気筒直列型エンジンである。このエンジン１０にて、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部に図示しないクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。
【００２２】
燃焼室１８は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。
【００２３】
従って、エンジン１０に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が図示しないローラロッカアームを作動させ、吸気弁２１及び排気弁２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。
【００２４】
また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ−ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ）２７、２８となっている。この吸気・排気可変動弁機構２７、２８は、例えば、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラが設けられて構成され、カムスプロケットに対するカムシャフトとの位相を変更することで、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７、２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ２９、３０が設けられている。
【００２５】
吸気ポート１９には、図示しないインテークマニホールドを介してサージタンク３１が連結され、このサージタンク３１に吸気管３２が連結されており、この吸気管３２の空気取入口にはエアクリーナ３３が取付けられている。そして、このエアクリーナ３３の下流側にインタークーラ３４、スロットル弁３５を有する電子スロットル装置３６が設けられている。また、吸気ポート１９と吸気管３２とからなる吸気系の通路を吸気通路という。
【００２６】
また、シリンダヘッド１２には、図示しない燃料タンクから供給される高圧サプライポンプ３７の燃料を燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ３８が装着されており、このインジェクタ３８は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜している。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ３９が装着されている。また、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁４０が装着されている。
【００２７】
一方、排気ポート２０には、図示しないエギゾーストマニホールドを介して排気管４１が連結されており、この排気管４１には触媒装置４２が装着されている。また、排気ポート２０と排気管４１とからなる排気系の通路を排気通路という。この触媒装置４２には、排気ガスを浄化処理する三元触媒４３、４４が収容されている。この三元触媒４３、４４は三元触媒であって、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯX）などの有害物質を浄化処理するものであり、特に、所定の活性化温度以上で、空燃比が理論空燃比近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を効率良く浄化処理することができる。
【００２８】
また、吸気管３２及び排気管４１には、電動アシストターボ過給機（ＭＡＴ）４５が設けられている。この電動アシストターボ過給機４５は、吸気管３２に設けられたコンプレッサ４５ａと排気管４１に設けられたタービン４５ｂとが駆動軸４５ｃにより一体に連結されてなり、駆動モータ４６により強制的に駆動することができる。そして、この電動アシストターボ過給機４５におけるコンプレッサ４５ａの下流側の吸気管３２には、このコンプレッサ４５ａにより過給されて温度が上昇した吸気ガスをインタークーラ３４により冷却される。
【００２９】
また、エンジン１０には、排気ガスを吸気系に戻す高圧排気再循環(ＥＧＲ)装置５１が設けられている。ＥＧＲ装置５１は、吸気管３２と排気管４１とを連結して排気ガスの一部を吸気系へ再循環させる排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）５２と、このＥＧＲ通路５２に設けられた機関の運転状態に応じて切替動作させる排出ガス還流制御弁（ＥＧＲ弁）５３と、ＥＧＲ通路５２に設けられて排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５４とから構成されている。
【００３０】
また、エンジン１０のシリンダブロック１１又は図示しないクランクケースには、ブローバイガスライン５５が設けられている。例えばエンジン１１が回転中、ピストン１４が下がることで図示しないオイルパンに空気の圧力ができ、その圧力がオイルパンに加わることで、熱せられたオイルが蒸発し、この熱せられたオイルを含む所謂ブローバイガスを発生する。このブローバイガスには酸性成分が含有されているため、エンジン１０内部を錆びさせると共に、オイルを劣化させる原因となる。そのため、ブローバイガスをブローバイガスライン５５を介して吸気管３２に還流させ、エンジン１０内で燃焼することで、エンジン１０のメンテナンスの向上、オイルの劣化防止を図ることができる。また、ブローバイガスライン５５はエアクリーナ３３に連結するようにしてもよい。エンジン１０の回転数が高くなるとブローバイガスの量が多くなるため、吸気管３２の他にエアクリーナ３３にブローバイガスを送給し、エアクリーナ３３に吸引させるようにしてもよい。
【００３１】
また、排気管４１にはタービン４５ｂを迂回する排気バイパス通路６１が設けられている。排気バイパス通路６１に送給される排気ガスの量は排気バイパス通路６１に設けられるウエストゲートバルブ６２の開閉を制御することで調整している。ウエストゲートバルブ６２の開閉はアクチュエーター６３を用いて制御し、過給圧が高くなるとウエストゲートバルブ６２を開いて、排気ガスをバイパスさせ、バイパス通路６１に送給される排気ガスの量をコントロールしている。即ち、サージタンク３１、エアクリーナ３３からエアバイパスライン６４−１〜６４−３を介してアクチュエーター６３に送給される吸気ガスを用いてアクチュエーター６３内を大気圧、負圧に制御することで、アクチュエーター６３が作動してウエストゲートバルブ６２の開閉を制御するようにしている。アクチュエーター６３としては、例えばモータ、エアシリンダ、油圧シリンダ、ピエゾ(圧電素子)等々、動力を発生する駆動装置であればよい。また、エアクリーナ３３、サージタンク３１からエアバイパスライン６４−１〜６４−３を介して送給される吸気量は、吸気調整通路６５−１〜６５−３を介して送給される吸気ガスを用いてエアバイパスバルブ６６により調整される。また、エアバイパスライン６４−３には、アクチュエーター６３に送給される吸気量を検知する圧力センサ６７が設けられている。
【００３２】
また、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）７１が搭載されており、このＥＣＵ７１は、インジェクタ３８、ポート噴射弁４０や点火プラグ３９などを制御可能となっている。
【００３３】
即ち、吸気管３２の上流側にはエアフローセンサ７２が装着され、計測した吸入空気量をＥＣＵ７１に出力している。また、吸気管３２のインタークーラ３４の下流側には吸気温センサ７３が装着されており、計測した吸入空気量、吸気温度をＥＣＵ７１に出力している。また、電子スロットル装置３６にはスロットルポジションセンサ７４が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ７１に出力している。更に、クランク角センサ７５は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ７１に出力し、このＥＣＵ７１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。
【００３４】
また、吸気管３２のインタークーラ３４の下流側とサージタンク３１内には、バキュームセンサ７６−１、７６−２が装着されており、吸気ガスの負圧を測定してＥＣＵ７１に出力している。
【００３５】
また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ７７が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ７１に出力している。また、シリンダブロック１１には、燃焼時に発生したノッキングのノック強度を測定するノックセンサ７８が設けられており、検出したノック強度をＥＣＵ７１に出力している。
【００３６】
従って、ＥＣＵ７１は、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度(または、アクセル開度)、エンジン回転数、エンジン冷却水温、ノック強度などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。
【００３７】
また、ＥＣＵ７１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７、２８が制御可能となっており、エンジンの運転状態に応じて制御されている。
【００３８】
また、触媒装置４２内には三元触媒４３、４４の触媒床温を検出する図示しない温度センサが設けられている。また、触媒装置４２の上流側には、排気ガス空燃比を検出する空燃比センサ（以下、「Ａ／Ｆセンサ」という。）７９と、三元触媒４３、４４間には、排気ガス中の酸素量を検出する酸素センサ（以下、「Ｏ2センサ」という。）８０とが装着されている。
【００３９】
Ａ／Ｆセンサ７９は、燃焼室１８から排気ポート２０に排気された排気ガスのうち、三元触媒４３、４４に導入される前の排気ガスの排気ガス空燃比を検出し、検出した空燃比をＥＣＵ７１に出力している。なお、このＡ／Ｆセンサ７９により検出された空燃比（推定空燃比）は、吸入空気と燃料とからなる混合ガスの空燃比（理論空燃比）をフィードバック制御するために用いられる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ７９は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度から排気空燃比をリッチ域からリーン域までの全域にわたり検出し、これをＥＣＵ７１にフィードバックすることにより燃料噴射量を補正し、燃焼室１８での燃焼を運転状態に合わせた最適な燃焼状態に制御可能となる。Ｏ2センサ８０は、三元触媒４３を通過した排気ガスの酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をＥＣＵ７１に出力している。
【００４０】
[運転制御方法]
つぎに、本実施例の内燃機関の排気還流装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法について図２のフローチャートに基づいて図１を参照しつつ具体的に説明する。
図２は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法を示すフローチャートである。以下の制御は、上記ＥＣＵ７１により行われる。
図２に示すように、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法は、吸気ガスのｐＨを検出し、吸気ガスのｐＨが所定値以下の場合には、排気ガスの空燃比をリッチ側に制御し、三元触媒４３により排気ガス中のＮＯXの還元反応が進行することでＮＨ3を発生させ、排気ガス中のｐＨがアルカリ側となるようにし、ＥＧＲ弁５３開度を制御してＮＨ3を多く含有する排気ガスを吸気管３２に還流し、吸気ガスのｐＨが略中性となるように吸気ガスのｐＨを調整するものである。
【００４１】
また、本発明において、略中性とは吸気ガスのｐＨ値が７程度であって、吸気系に設けられる吸気系部品が殆ど腐食しない程度のｐＨのことをいう。ｐＨ値が７前後である略中性の場合にはいずれの金属も殆ど腐食しないが、アルミ系金属は、ｐＨ値が例えば８程度より大きいアルカリ性となった場合やｐＨ値が例えば４程度より小さい酸性となった場合には腐食し易い。そのため、略中性としては、ｐＨ値が６〜８の範囲であるのが好ましく、更には、６．５〜７．５の範囲であることが好ましい。
【００４２】
即ち、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法は、吸気ガスのｐＨを検出する吸気ｐＨ検出工程（ステップＳ１１）と、吸気のｐＨが所定値以下か否かを判定する工程（ステップＳ１２）と、空燃比をリッチに制御する空燃比リッチ制御工程（ステップＳ１３）と、ＥＧＲ弁５３の開度を制御するＥＧＲ弁開度制御工程（ステップＳ１４）とからなる。
また、ステップＳ１１の吸気ガスのｐＨを検出する吸気ｐＨ検出工程の具体的な工程は、後述する図３、図５のフローチャートに基づいて行なわれる。
【００４３】
まず、図２において、ステップＳ１１では、吸気ガスのｐＨの検出を実施する。このステップＳ１１での吸気ガスのｐＨの検出の具体的な工程を図３に示す。
【００４４】
［第一の吸気ｐＨの検出］
図３は、吸気ガスのｐＨの検出を行う第一の吸気ｐＨ検出工程を具体的に表すフローチャートである。
図３に示すように、第一の吸気ガスのｐＨの検出は、Ｆ／Ｃ継続時間が所定値以上か否かを判定する工程（ステップＳ２１）と、Ａ／Ｆセンサ７９で吸気ガス中の水素が反応することで発生する起電力を検出し記憶する工程（ステップＳ２２）と、記憶された起電力から吸気ガスのｐＨを推定する吸気ｐＨ推定工程（ステップＳ２３）とからなる。
【００４５】
まず、図３において、ステップＳ２１では、フューエルカット（Ｆ／Ｃ）継続時間が所定値以上か否かを判定する。吸気ガスのｐＨを検出するため、燃焼をしているか否かの確認を行なう。ステップＳ２１の判定の結果、Ｆ／Ｃ継続時間が所定値以上と判定された（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）場合、即ち、燃焼していないと判断された場合には、ステップＳ２２へ移行する。
【００４６】
また、ステップＳ２２では、Ａ／Ｆセンサ７９で吸気ガス中の水素が反応することで発生する起電力を検出し記憶する。吸気ガス中の水素（Ｈ2）がＡ／Ｆセンサ７９内の大気中の酸素（Ｏ2）とＡ／Ｆセンサ７９表面で反応すると、起電力を発生する。よって、Ａ／Ｆセンサ７９により吸気ガス中の水素が反応して発生する起電力を検出し記憶する。そして、起電力を検出した後、ステップＳ２３に移行する。
【００４７】
そして、ステップＳ２３では、記憶された水素の起電力から吸気ガスのｐＨを推定する。Ａ／Ｆセンサ７９により検出された水素の起電力から吸気ガスのｐＨを推定するには、予め定められたマップを参照して決定される。
【００４８】
Ａ／Ｆセンサ７９で検出された水素の起電力とｐＨとの関係を図４に示す。
図４は、Ａ／Ｆセンサで検出された水素の起電力とｐＨとの関係を示す図である。
図４に示すように、ｐＨが中性（７．０）の状態からｐＨが例えば５．５程度の酸性の状態に下がるときは、起電力は大きく変化しないが、ｐＨが例えば３．５〜５．５程度まで下がるときは、起電力は大きく変化するのが確認できる。また、ｐＨが例えば３．５以下では、起電力は大きく変化せず、ｐＨが例えば２．０程度で起電力は最大値であった。
【００４９】
よって、図４に示すような予め定められた水素の起電力とｐＨとの関係を示すマップに基づいて、検出された水素の起電力から吸気ガスのｐＨを推定することができる。
【００５０】
一方、図３においてステップＳ２１の判定の結果、Ｆ／Ｃ継続時間が所定値以下と判定された（ステップＳ２１：Ｎｏ）場合には、第一の吸検出工程の制御を終了する。
【００５１】
そして、図２に示すステップＳ１２へ移行し、吸気ガスのｐＨが所定値以下か否かを判定する。ここで、所定値とは、Ａ／Ｆセンサ７９が水素を検出できるか否かの値のことをいう。ステップＳ１２の判定の結果、吸気ガスのｐＨが所定値以下と判定された（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）場合には、吸気ガスの酸性が強く吸気系に設けられている吸気管等が溶存している可能性があるため、空燃比を制御するためステップＳ１３に移行する。
【００５２】
ステップＳ１３では、排気ガスの空燃比をリッチに制御する。エンジンの燃焼室から排出された排気ガス中にはＮＯXとＳＯXとが含まれており、このＮＯX及びＳＯXは弱酸性であるため、燃焼室から排出された排気ガスは酸性となっている。また、排気管４１に設けられている三元触媒４３を排気ガスが通過したときに、排気ガス中のＮＯXは還元されてその一部がアルカリ性のアンモニア（ＮＨ3）となり、ＳＯXは酸化されてＳＯ3になる。このため、排気ガス中のＮＨ3により三元触媒４３の通過後の排気ガスのｐＨはアルカリ側にずれている。また、三元触媒に限らず少なくとも還元機能を有する触媒、例えばＮＨ3浄化触媒が設けられている場合でも、同様に排気ガスが触媒を通過するとＮＨ3が生じて排気ガスのｐＨはアルカリ側にずれる。
【００５３】
よって、排気ガスの空燃比をリッチ側とし、三元触媒４３により排気ガス中のＮＯXの還元反応を進行することでＮＨ3を発生させ、排気ガス中のｐＨがアルカリ側となるようにする。このとき、排気ガスの空燃比をリッチとする割合は、ステップＳ１１で検出される吸気ガスのｐＨにより決定される。そして、ステップＳ１３において、排気ガスの空燃比をリッチとし、三元触媒４３通過後の排気ガス中にＮＨ3を多く含有させた後、ステップ１４に移行する。
【００５４】
そして、ステップＳ１４では、ＥＧＲ弁５３の開度を制御する。具体的には、ＥＧＲ弁５３を開弁することにより三元触媒４３通過後のＮＨ3を多く含有する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管３２に還流させる。また、ＥＧＲ弁５３を開弁する際、ＥＧＲ弁５３の開度を調整することで吸気ガスに還流させるＥＧＲガスの流量を調整する。これにより、酸性状態の吸気ガスにＮＨ3を含有するＥＧＲガスを混入させることができるため、吸気ガスのｐＨを略中性にすることができる。この結果、吸気管３２に設けられている例えばインタークーラ３４等の吸気系部品の腐食を防止することができる。
【００５５】
また、エンジン１０内で発生するブローバイガスは、上述のようにブローバイガスライン５５を介して吸気管３２に還流される。このブローバイガスは酸性成分を含有しているため、ブローバイガスライン５５を介してブローバイガスが吸気管３２に還流されることで、吸気ガスのｐＨがより低下する場合がある。
【００５６】
この場合、図８に示すような従来の内燃機関の排気還流装置１００では、ＥＧＲガスを略中性として吸気通路１０２に還流するようにしているため、ブローバイガスの流入によって略中性としたＥＧＲガスを吸気ガスに流入させても吸気ガスのｐＨが略中性とならない場合がある。これに対し、本発明の内燃機関の排気還流装置では、吸気ガスのｐＨが略中性となるために必要なＮＨ3を含有する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管３２に還流させている。このため、本発明の内燃機関の排気還流装置は、ブローバイガスに影響されることなく吸気ガスのｐＨを略中性とすることができる。
【００５７】
そして、ステップＳ１４において、吸気ガスのｐＨを略中性とした後、運転制御を終了する。
【００５８】
一方、ステップＳ１２の判定の結果、排気ガスのｐＨが所定値以上と判定された（ステップＳ１２：Ｎｏ）場合には、吸気ガスの酸性は強くなく、吸気系に設けられている吸気管等が溶存している可能性は低いため、そのまま維持し運転制御を終了する。
【００５９】
また、ステップＳ１１において、吸気ｐＨの検出は、図３に示すように、Ａ／Ｆセンサ７９で水素が反応することで発生する起電力を検出することで吸気ガスのｐＨを推定するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ノックセンサ７８を用いて吸気ガスのｐＨを推定するようにしてもよい。例えば水素エンジンで燃料として水素を添加したとき等にシリンダブロック１１でノッキングが発生したときのノック強度に応じて点火時期の遅角化を実行し、この時の点火時期遅角量から吸気ガスのｐＨを推定するようにしてもよい。
【００６０】
次に、ステップＳ１１において、点火時期遅角量から吸気ガスのｐＨを推定し、吸気ガスのｐＨを検出する具体的な工程を図５に示す。
【００６１】
［第二の吸気ｐＨの検出］
図５は、吸気ガスのｐＨの検出を行う第二の吸気ｐＨ検出工程を具体的に表すフローチャートである。
図５に示すように、第二の吸気ガスのｐＨの検出は、エンジン負荷が所定値以下か否かを判定する工程（ステップＳ３１）と、シリンダブロック１１でのノッキングの発生により点火時期の遅角化を実行したときの点火時期遅角量を検出し記憶する工程（ステップＳ３２）と、記憶された点火時期遅角量から吸気ガスのｐＨを推定する吸気ｐＨ推定工程（ステップＳ３３）とからなる。
【００６２】
まず、図５において、ステップＳ３１では、エンジン負荷が所定値以下か否かを判定する。具体的には、例えば水素エンジンでは燃料として水素を添加するときにシリンダブロック１１でノッキングが発生するため、ノック強度に応じて点火時期の遅角化を実行する。そのため、ノックセンサ７８によりノッキングが発生しているか否かを判定し、所定値としてノッキングが発生するノック限界に対してノッキングの発生しない余裕がある点火時期での遅角量であるか否かを判断することができる。ステップＳ３１の判定の結果、エンジン負荷が所定値以下と判定された（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）場合には、ノッキングの発生しない余裕がある点火時期での遅角量であり、ノッキングの発生がしない領域であると判断され、ステップＳ３２へ移行する。
【００６３】
また、ステップＳ３２では、シリンダブロック１１でのノッキングの発生により点火時期の遅角化を実行したときの点火時期遅角量を検出し記憶する。具体的には、燃焼時に水素が発生することによりノッキングが発生するため、ノック強度に応じて点火遅角を実施する。よって、水素が発生することで生じるノッキングに対して点火遅角を実施することで得られる点火時期遅角量を検出し記憶するようにする。そして、点火時期遅角量を記憶した後、ステップＳ３３に移行する。
【００６４】
そして、ステップＳ３３では、記憶された点火時期遅角量から吸気ガスのｐＨを推定する。点火時期遅角量から吸気ガスのｐＨを推定するには、予め定められたマップを参照して決定される。
【００６５】
次に、点火時期遅角量とｐＨとの関係を図６に示す。
図６は、点火時期遅角量とｐＨとの関係を示す関係図である。
図６に示すように、点火時期遅角量が０．０のときには、吸気ガスのｐＨが中性（７．０）の状態にあり、点火時期遅角量が大きくなるに従って、吸気ガスのｐＨが下がるのが確認された。
【００６６】
よって、図６に示すような予め定められた点火時期遅角量とｐＨとの関係を示すマップに基づいて検出された点火時期遅角量から吸気ガスのｐＨを推定することができる。
【００６７】
一方、図５においてステップＳ３１の判定の結果、エンジン負荷が所定値以上と判定された場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）には、ノッキングが発生している領域であると判断され、第二の吸気ｐＨ検出工程の制御を終了する。
【００６８】
そして、第二の吸気ｐＨ検出工程の制御の終了後、図２に示すステップＳ１２へ移行し、上述のように、吸気ガスのｐＨが所定値以下か否かを判定し、ステップＳ１２の判定の結果、吸気ガスのｐＨが所定値以下と判定された（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）場合には、吸気ガスの酸性が強く吸気系に設けられている吸気管等が溶存している可能性があるため、空燃比を制御するためステップＳ１３に移行する。
【００６９】
また、ステップＳ１３において、排気ガスの空燃比をリッチに制御し、三元触媒４３により排気ガス中のＮＯXの還元反応を進行することで、三元触媒４３通過後の排気ガス中にＮＨ3を多く含有させた後、ステップ１４に移行する。
【００７０】
また、ステップＳ１４では、ＥＧＲ弁５３の開度を制御し、ＮＨ3を多く含有する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管３２に還流させるＥＧＲガスの流量を調整する。これにより、酸性状態の吸気ガスにＮＨ3を含有するＥＧＲガスを混入させることができるため、吸気ガスのｐＨを略中性にすることができる。この結果、吸気管３２に設けられている例えばインタークーラ３４等の吸気系部品の腐食を防止することができる。
【００７１】
このように、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムによれば、この一連の制御方法により、吸気ガスのｐＨが酸性側の場合には排気ガスをリッチとしてＮＨ3を発生させ、アルカリ性とした排気ガスを吸気ガスに混入することで、吸気ガスを中性とすることができる。これにより、吸気通路、吸気系部品の腐食を防止することができる。
【実施例２】
【００７２】
本発明による実施例２に係る内燃機関の排気還流装置をエンジンシステムに適用した例について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気還流装置をエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用したエンジンシステムには、実施例１に係る内燃機関の排気還流装置を適用したエンジンシステムの構成と同様であるため、図１に示す実施例１の内燃機関の排気還流装置を適用したエンジンシステムの構成と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
図７に示すように、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムは、吸気通路３２にダミー部材８１を設けたものである。このダミー部材８１の材質としては、例えばアルミ二ウムやステンレス等が用いられる。
【００７３】
ダミー部材８１を吸気通路３２に設けることにより、吸気ガス中の酸性成分によってダミー部材８１を腐食させ、水素を多く発生させることで、Ａ／Ｆセンサ７９での水素の反応量を多くすることができるため、水素がＡ／Ｆセンサ７９でＡ／Ｆセンサ７９に供給される大気側の空気中の酸素（Ｏ2）と反応して生じる起電力を大きくすることができ、水素の起電力の検出性能を上昇させることができる。この結果、吸気ガスのｐＨの検出性能を向上させることができる。
【００７４】
また、シリンダブロック１１でノッキングが発生したときのノック強度に応じて点火時期の遅角化を実行し、得られる点火時期遅角量から吸気ガスのｐＨを推定する場合においても、水素エンジンで燃料として水素を多く添加することができるため、発生する水素量を多くすることで、ノックセンサ７８によりシリンダブロック１１で発生するノッキングの検出性能を上昇させることができる。この結果、吸気ガスのｐＨの検出性能を向上させることができる。
【００７５】
従って、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用したエンジンシステムによれば、吸気通路３２にダミー部材８１を設け、吸気ガスによってダミー部材８１を腐食させることで吸気ガス中の水素量を多くすることができるため、Ａ／Ｆセンサ７９での水素の起電力の検出性能の上昇、又はノックセンサ７８でのノッキングの検出性能の上昇により、吸気ガスのｐＨの検出性能を向上させることができる。これにより、吸気通路３２、吸気系部品の腐食防止の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、この発明に係る内燃機関の排気還流装置は、吸気ガスのｐＨが酸性側の場合には排気ガスをリッチとしてＮＨ3を発生させ、吸気ガスのｐＨに基づいてアルカリ性とした排気ガスを吸気ガスに混入し、吸気ガスを略中性とすることで、吸気系部品の腐食防止の向上を図るものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の排気還流装置が適用されたエンジンシステムを表す概略構成図である。
【図２】本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法を示すフローチャートである。
【図３】第一の吸気ｐＨ検出工程を具体的に表すフローチャートである。
【図４】Ａ／Ｆセンサで検出された水素の起電力とｐＨとの関係を示す図である。
【図５】第二の吸気ｐＨ検出工程を具体的に表すフローチャートである。
【図６】点火時期遅角量とｐＨとの関係を示す関係図である。
【図７】本発明の実施例２に係る内燃機関の排気還流装置が適用されたエンジンシステムを表す概略構成図である。
【図８】従来の内燃機関の排気還流装置の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  エンジン
１１  シリンダブロック
１２  シリンダヘッド
１３  シリンダボア
１４  ピストン
１６  クランクシャフト
１７  コネクティングロッド
１８  燃焼室
１９  吸気ポート
２０  排気ポート
２１  吸気弁
２２  排気弁
２３  吸気カムシャフト
２４  排気カムシャフト
２５  吸気カム
２６  排気カム
２７  吸気可変動弁機構
２８  排気可変動弁機構
２９、３０  カムポジションセンサ
３１  サージタンク
３２  吸気管
３３  エアクリーナ
３４  インタークーラ
３５  スロットル弁
３６  電子スロットル装置
３７  高圧サプライポンプ
３８  インジェクタ
３９  点火プラグ
４０  ポート噴射弁
４１  排気管
４２  触媒装置
４３、４４  三元触媒
４５  電動アシストターボ過給機
４５ａ  コンプレッサ
４５ｂ  タービン
４５ｃ  駆動軸
４６  駆動モータ
５１  高圧排気再循環(ＥＧＲ)装置
５２  排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）
５３  排出ガス還流制御弁（ＥＧＲ弁）
５４  ＥＧＲクーラ
５５  ブローバイガスライン
６１  排気バイパス通路
６２  ウエストゲートバルブ
６３  アクチュエーター
６４−１〜６４−３  エアバイパスライン
６５−１〜６５−３  吸気調整通路
６６  エアバイパスバルブ
６７  圧力センサ
７１  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
７２  エアフローセンサ
７３  吸気温センサ
７４  スロットルポジションセンサ
７５  クランク角センサ
７６−１、７６−２  バキュームセンサ
７７  水温センサ
７８  ノックセンサ
７９  空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）
８０  酸素センサ
８１  ダミー部材
【図１】
2009085011.tif 000003
【図２】
2009085011.tif 000004
【図３】
2009085011.tif 000005
【図４】
2009085011.tif 000006
【図５】
2009085011.tif 000007
【図６】
2009085011.tif 000008
【図７】
2009085011.tif 000009
【図８】
2009085011.tif 000010