JP2008050946A - 内燃機関の排気還流システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関における排気浄化装置のＯＴによる劣化が生じうる場合に、ＥＧＲ燃焼の効果を維持しつつ、前記排気浄化装置の温度をより効率的に低下させることができる技術を提供する。
【解決手段】過給機のタービン下流の排気通路の排気をコンプレッサ上流の吸気通路に還流させる低圧ＥＧＲ手段と、タービン上流の排気通路の排気をコンプレッサ下流の吸気通路に還流させる高圧ＥＧＲ手段とを併設し、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段を切り替えて、又は、併用してＥＧＲを行うこととし、排気浄化装置のＯＴが検出または予測された場合（Ｓ１０２）には、低圧ＥＧＲ手段による排気の還流量を最大とする（Ｓ１０３）とともに、高圧ＥＧＲ手段による排気の還流量を略零とする（Ｓ１０４）。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の排気系における排気の一部を吸気系に還流させる内燃機関の排気還流システムに関する。

内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を
低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を設けることが知られている。この技術において例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒を設けた場合には、ＮＯx触媒に排気中のＳＯxが吸蔵され、浄化能力が低下するＳＯx被毒を解消するために、ＮＯx触媒の床温を上昇させるとともに還元剤を供給する制御を行う場合がある（以下、「Ｓ
Ｏx再生処理」という。）。

また、内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。

かかるフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下するので、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている（以下、「ＰＭ再生処理」という。）。

ここで、上記のフィルタやＮＯx触媒の温度が過剰に高温になり（以下、これらの状態
を「フィルタやＮＯx触媒がＯＴする」または「ＯＴが発生する」ともいう。)、その結果、フィルタやＮＯx触媒が熱劣化してしまうことが起こりうる。例えば、フィルタの場合
を例にとると、フィルタの再生処理中に、内燃機関の運転状態が高機関負荷、高機関回転数になった場合には、前記フィルタに導入される排気の温度が高くなり、フィルタにおける微粒子物質の酸化反応が過剰に活発化するため、フィルタがＯＴすることがあった。また、フィルタの温度が高温の時に内燃機関がアイドル状態になった場合にも、フィルタを流通する排気ガス量が減少し、排気ガスにより持ち去られる熱量が減少するため、フィルタがＯＴすることがあった。ＮＯx触媒についても、内燃機関の運転状態が高機関負荷、
高機関回転数となり、過剰な還元剤が供給された場合にはＯＴするおそれがあった。

これに対して、フィルタの温度が高すぎる場合は、排気還流装置によるＥＧＲ率を減少補正して未燃ＨＣ、ＣＯの排出を抑制し、これらのフィルタにおける発熱量を減少させてフィルタの温度を低下させる技術が提案されている(例えば、特許文献１参照。)。しかし、この技術によっては必ずしもフィルタの温度を充分に低下できるとは言えなかった。また、過給機と吸気冷却用のインタークーラと排気浄化触媒とを備えている場合に、インタークーラ下流側に触媒上流側へのバイパス回路を設置し、触媒温度が上昇した際には、バイパス回路をオープンさせ、排気浄化触媒を冷却する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、この技術においては、排気浄化触媒の冷却時に、バイパス回路流量を最大とするため出力が低下する問題や、排気浄化触媒の冷却時には吸気温度を低下させるためにＥＧＲ制御を実行できず、内燃機関の燃焼室におけるＮＯx発生量が増加
してしまう問題が生じる場合があった。
特開２００５−４２６６３号公報 特開２００５−４２６７２号公報 特開２００６−３７７４２号公報

本発明の目的とするところは、内燃機関における排気浄化装置のＯＴによる劣化が生じうる場合に、ＥＧＲ燃焼の効果を維持しつつ、前記排気浄化装置の温度をより効率的に低下させることができる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、過給機のタービン上流の排気通路の排気をコンプレッサ下流の吸気通路に還流させる高圧ＥＧＲ手段と、タービン下流の排気通路の排気をコンプレッサ上流の吸気通路に還流させる低圧ＥＧＲ手段とを併設し、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段を切り替えて、又は、併用してＥＧＲを行うこととし、排気浄化装置のＯＴが検出または予測された場合には、低圧ＥＧＲ手段による排気の還流量を増加させるとともに、高圧ＥＧＲ手段による排気の還流量を低下させることを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有する過給機と、
前記排気通路における前記タービンの下流に設けられ、前記内燃機関からの排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気浄化装置より下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に還流させる低圧ＥＧＲ手段と、
前記タービンより上流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより下流の吸気通路に還流させる高圧ＥＧＲ手段と、
前記排気浄化装置の温度の過剰な上昇を検出または予測する過昇温検知手段と、
を備え、
前記低圧ＥＧＲ手段は、前記排気浄化装置より下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、該低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ流量制御装置と、を有し、
前記高圧ＥＧＲ手段は、前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、該高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する高圧ＥＧＲ流量制御装置と、を有し、
前記過昇温検知手段が前記排気浄化装置の温度の過剰な上昇を検出または予測した場合には、前記低圧ＥＧＲ流量制御装置が前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を増加させるとともに、前記高圧ＥＧＲ流量制御装置が前記高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を減少させることを特徴とする。

上述のように本発明においては、過給機のタービンの下流で特に排気浄化装置の下流の排気通路における排気をコンプレッサ上流の吸気通路に還流させる低圧ＥＧＲ手段と、前記過給機のタービン上流の排気通路における排気をコンプレッサ下流の吸気通路に還流させる高圧ＥＧＲ手段と、の２つのＥＧＲ手段を併設する。そして、排気浄化装置がＯＴすることを過昇温検知手段が検出または予測した場合には、低圧ＥＧＲ手段が還流させる排気の量を増加させ、高圧ＥＧＲ手段が還流させる排気の量を減少させる。

そうすれば、高圧ＥＧＲ手段によってタービン上流の排気通路から抜き取られる排気の量が減少することにより、過給機のタービンの回転数をより高くすることができ、新気の空気流量を増量することができる。これにより排気浄化装置の冷却効率を向上させることができ、排気浄化装置のＯＴを抑制または解消することができる。また、その際、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段とが還流させる合計の排気の量（換言すると全体のＥＧＲ率）を極端に低下させることがないので、内燃機関の燃焼室におけるＮＯx発生量を引き続き
抑制することができる。

また、上記の本発明において低圧ＥＧＲ手段は、低圧ＥＧＲ通路あるいは、低圧ＥＧＲ通路と前記吸気通路との接続部より下流の前記吸気通路に、低圧ＥＧＲ手段が還流させる排気を冷却する冷却装置を有するようにしてもよい。

そうすれば、低圧ＥＧＲ手段が還流させる排気の量を増加させた場合に、より多くの排気を冷却することができ、排気全体の温度をより低くすることができる。そうすれば、より効率よく排気浄化装置を冷却することができ、より確実に排気浄化装置のＯＴを抑制または解消することができる。

また、本発明において過昇温検知手段が排気浄化装置のＯＴを検出または予測した場合には、低圧ＥＧＲ流量制御装置が低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を最大とし、高圧ＥＧＲ流量制御装置が高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を略零とするようにしてもよい。

例えば、低圧ＥＧＲ流量制御装置及び、高圧ＥＧＲ流量制御装置が流量制御弁を含んで構成されている場合には、低圧ＥＧＲ流量制御装置の流量制御弁を全開制御し、高圧ＥＧＲ流量制御装置の流量制御弁を全閉制御してもよい。

そうすれば、過給機のタービンの回転数をより効率よく上昇させることができ、排気浄化装置の冷却効率を可及的に高くすることができる。また、低圧ＥＧＲ手段が冷却装置を有する場合には、排気全体の温度をより効率よく低下させることができるので、排気浄化装置の冷却効率をさらに高くすることができる。

また、本発明においては、過昇温検知手段が排気浄化装置のＯＴを検出または予測した場合には、低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量と高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量とは、排気浄化装置の温度を低減可能で、且つ還流する合計の排気の量が許容範囲に収まる所定のＯＴ時低圧ＥＧＲ量とＯＴ時高圧ＥＧＲ量の組み合わせとしてもよい。

ここで、ＯＴ時低圧ＥＧＲ量とＯＴ時高圧ＥＧＲ量の組合せは、排気浄化装置の温度を低減可能であり、且つ例えば、還流する合計の排気の量と、ＯＴ前に還流していた合計の排気の量との差が許容範囲に収まるように決定されようにする。そうすれば、より確実に排気浄化装置のＯＴを抑制または解消することができ、燃焼室におけるＮＯxの発生量も
可及的に少なく抑えることができる。

このＯＴ時低圧ＥＧＲ量とＯＴ時高圧ＥＧＲ量の組合せは、予め実験的に求めた一定値であってもよいし、内燃機関の運転状態、排気浄化装置の状態（差圧、温度）との関係においてマップ化され、各パラメータによって変動するようにしてもよい。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、内燃機関における排気浄化装置のＯＴによる劣化が生じうる場合に、ＥＧＲ燃焼の効果を維持しつつ、前記排気浄化装置の温度をより効率的に低下させることができる。

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例示的に詳しく説明する。

図１は本発明を適用する内燃機関及び吸排気系、制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼル機関である。

内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気管９との接続部近傍には、吸気管９の流路断面積を変更可能なスロットル弁１２が設けられている。スロットル弁１２は電気配線を介して後述するＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、吸気管９を流れる吸気の流量を調節する事ができる。スロットル弁１２より上流には、吸気管９を流れるガスを冷却するインタークーラ１３が設けられている。インタークーラ１３より上流には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機１０のコンプレッサが格納されたコンプレッサハウジング６が設けられている。コンプレッサハウジング６のさらに上流側には吸気管９の流路断面積を変更可能な第２スロットル弁１７が設けられている。第２スロットル弁１７もＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいて吸気管９を流れる吸気の流量を調節する。

一方、内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。排気マニホールド１８には集合管１６を介して遠心過給機１０のタービンが格納されたタービンハウジング７が接続されている。タービンハウジング７の排気が流出する開口部には排気管１９が接続されている。排気管１９には排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ２０が設けられている。フィルタ２０より下流には排気管１９の流路断面積を変更可能な排気絞り弁１１が設けられている。排気絞り弁１１より下流において排気管１９は大気に開放されている。排気絞り弁１１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、排気管１９を流れる排気の流量を調節する事ができる。

本実施例におけるフィルタ２０は、本発明の排気浄化装置に相当する。なお、排気浄化装置としては、フィルタに限らず、例えば、排気中のＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や尿素選択還元型ＮＯｘ触媒、又は排気中の未燃燃料等を酸化する酸化触媒、或いはこれらの適当な組み合わせであっても良い。これらの組合せとしては、フィルタの機能と吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能を併せ持つＤＰＮＲなどを例示することができる。

排気管１９のフィルタ２０より下流かつ排気絞り弁１１より上流の箇所と、吸気管９のコンプレッサハウジング６より上流の箇所とは、低圧ＥＧＲ通路２３によって連通されている。低圧ＥＧＲ通路２３には、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気を冷却する低圧ＥＧＲクーラ１４、低圧ＥＧＲ通路２３の流路断面積を変更可能な低圧ＥＧＲ弁５が設けられている。低圧ＥＧＲ弁５は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気の量を調節する事ができる（以下、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気を「低圧ＥＧＲガス」といい、その量を「低圧ＥＧＲガス量」という。）。

一方、排気マニホールド１８と吸気マニホールド８とは高圧ＥＧＲ通路１５によって連通されている。高圧ＥＧＲ通路１５には、高圧ＥＧＲ通路１５の流路断面積を変更可能な高圧ＥＧＲ弁２１が設けられている。高圧ＥＧＲ弁２１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、高圧ＥＧＲ通路１５を流れる排気の量を調節する事ができる（以下、高圧ＥＧＲ通路１５を流れる排気を「高圧ＥＧＲガス」といい、その量を「高圧ＥＧＲガス量」という。）。

排気管１９におけるフィルタ２０の前後には、フィルタ２０の前後差圧を検出する差圧センサ２６が備えられている。また、フィルタ２０の下流側には、フィルタ２０から排出された排気の温度を検出する排気温センサ２７が備えられている。この差圧センサ２６及び排気温センサ２７は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、各センサによる検出信号がＥＣＵ２２に入力されるようになっている。

内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御コンピュータであるＥＣＵ２２が併設されている。ＥＣＵ２２は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、前記各種センサによって検出される内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射等の既知の制御を行うとともに、高圧ＥＧＲ弁２１、低圧ＥＧＲ弁５、スロットル弁１２、第２スロットル弁１７、排気絞り弁１１に対して開度指令信号を出力する。

上記の構成において、吸気管９に導入された空気は、コンプレッサハウジング６内のコンプレッサによって過給されるとともに、インタークーラ１３、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の各気筒２に導入される。

各気筒２から排出された排気は排気マニホールド１８、集合管１６を経由し、タービンハウジング７に流入してタービンを駆動する。その後排気管１９を通過し、フィルタ２０において排気中の微粒子物質が捕集され、最終的に大気中に排出される。

ここで、低圧ＥＧＲ弁５が開弁されると、低圧ＥＧＲ通路２３が導通状態となり、フィルタ２０から流出した排気の一部が低圧ＥＧＲ通路２３を経由して吸気管９に流入する。吸気管９に流入した低圧ＥＧＲガスはコンプレッサハウジング６内のコンプレッサによって過給され、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の気筒２に導入される（低圧ＥＧＲ通路２３を経由して行われるＥＧＲを、以下、「低圧ＥＧＲ」という。）。

高圧ＥＧＲ弁２１が開弁されると、高圧ＥＧＲ通路１５が導通状態となり、排気マニホールド１８を流れる排気の一部が高圧ＥＧＲ通路１５を経由して吸気マニホールド８に流入し、内燃機関１の気筒２に還流する。ここで、スロットル弁１２の開度を調節して吸気マニホールド８における高圧ＥＧＲ通路１５の分岐箇所の圧力を増減することで、高圧ＥＧＲガス量を調節することができる（高圧ＥＧＲ通路１５を経由して行われるＥＧＲを、以下、「高圧ＥＧＲ」という。）。

低圧ＥＧＲおよび／または高圧ＥＧＲによって排気の一部を内燃機関１の気筒２に還流させることによって、燃焼室内における燃焼温度が低下し、燃焼過程で発生するＮＯｘの量を低下させることができる。

なお、本実施例において、低圧ＥＧＲ手段は、低圧ＥＧＲ通路２３、低圧ＥＧＲ弁５、インタークーラ１３及びＥＧＲクーラ１４を含んで構成される。このうち、低圧ＥＧＲ弁５は低圧ＥＧＲ流量制御装置に相当する。インタークーラ１３及びＥＧＲクーラ１４は冷却装置に相当する。また、高圧ＥＧＲ手段は、高圧ＥＧＲ通路１５、高圧ＥＧＲ弁２１を含んで構成される。このうち、高圧ＥＧＲ弁２１は高圧ＥＧＲ流量制御装置に相当する。

ここで、内燃機関１の高負荷の運転状態において、内燃機関１への吸気の温度が異常に高温になったような場合について考える。このような異常燃焼が生じた場合には、燃焼室においてスモークが大量に発生して、フィルタ２０に微粒子物質が短期間に大量に捕集される場合があった。このような場合には、フィルタ２０が目詰まりを起こしフィルタ２０の前後の差圧が急激に上昇するとともにフィルタ２０における大量の微粒子物質が一気に
酸化する場合があった。そうすると、フィルタ２０の温度が急激に上昇してＯＴし、フィルタ２０や、フィルタ２０に触媒が担持されている場合には触媒において熱劣化や溶損が生じる場合があった。

本実施例では、フィルタ２０のＯＴが予測される状態または、フィルタ２０がＯＴしている状態においては、低圧ＥＧＲ弁５を全開とするとともに、高圧ＥＧＲ弁２１を全閉とすることにした。

図２には、本実施例におけるＯＴ回避ＥＧＲ制御ルーチンを示す。本ルーチンはＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、ＥＣＵ２２によって内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行されるルーチンである。

本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１においてフィルタ前後の差圧が取得される。具体的には差圧センサ２６の出力信号がＥＣＵ２２に読み込まれることによって取得される。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。

Ｓ１０２においては、Ｓ１０１において取得されたフィルタ２０の前後差圧がＰ１以上かどうかが判定される。ここでＰ１は、フィルタ２０の前後差圧がこれ以上の場合には、フィルタ２０に極度の目詰まりが発生しており、近い将来にＯＴが発生すると予測できる閾値としての差圧である。ここにおいてフィルタ２０の前後差圧がＰ１より低いと判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。一方、フィルタ２０の前後差圧がＰ１以上であると判定された場合には、このままではフィルタ２０にＯＴが発生すると予測されるのでＳ１０３に進む。

Ｓ１０３においては、低圧ＥＧＲ弁５を全開とする。これによりフィルタ２０の下流から低圧ＥＧＲ通路２３を通過してコンプレッサハウジング６の上流側の吸気管９に還流する低圧ＥＧＲガス量を最大にすることができる。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、高圧ＥＧＲ弁２１を全閉とする。これにより、排気マニホールド１８から高圧ＥＧＲ通路１５を通過して吸気マニホールド８に還流する高圧ＥＧＲガス量を略零とすることができる。Ｓ１０４の処理が終了するとＳ１０５に進む。

Ｓ１０５においては、フィルタ２０の前後差圧がＰ２以下かどうかが判定される。ここでＰ２は、フィルタ２０の前後差圧がこれ以下の場合には、高圧ＥＧＲのみを実施したとしてもフィルタ２０がＯＴすることはないと判断される閾値としての差圧である。ここで、フィルタ２０の前後差圧がＰ２より高いと判定された場合には、Ｓ１０３の処理の前に戻る。そして、フィルタ２０内の微粒子物質が酸化除去されて、Ｓ１０５においてフィルタ２０の前後差圧がＰ２以下と判定されるまで、低圧ＥＧＲ弁５の全開状態及び高圧ＥＧＲ弁２１の全閉状態が維持される。Ｓ１０５においてフィルタ２０の前後差圧がＰ２以下と判定された場合には、フィルタ２０においてＯＴが発生する危険性がなくなったと判断されるので、Ｓ１０６に進む。

Ｓ１０６においては、ＥＧＲ制御が通常の状態に復帰する。すなわち、低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１の開度がＳ１０２においてＯＴが予測される前の状態に戻される。Ｓ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例においては、フィルタ２０の前後差圧からフィルタ２０において近い将来にＯＴが発生すると予測された場合には、低圧ＥＧＲ弁５を全開として高圧ＥＧＲ弁２１を全閉とすることとした。

そうすると、低圧ＥＧＲガス量を最大とするとともに高圧ＥＧＲガス量を略零とすることができる。またここで、低圧ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ１４及びインタークーラ１３の２つのクーラによって冷却された後に内燃機関１の気筒２に還流するので、その温度を高圧ＥＧＲガスと比較して大幅に低温とすることができる。従って、より低温の排気をフィルタ２０に供給することができ、フィルタ２０のＯＴを効率的に抑制することができる。

また、高圧ＥＧＲガス量を略零にすることによって、過給機１０のタービンハウジング７を通過する排気の量を増加させることができる。そうすれば、タービンの回転数を増加させることができ、コンプレッサハウジング６におけるコンプレッサの回転数を上昇させることができる。その結果、内燃機関１に導入される新気の空気流量を増加させることができる。このことによっても、フィルタ２０により多くの低温の排気を流入させることができ、フィルタ２０のＯＴを抑制することができる。

さらに、本実施例においては、高圧ＥＧＲを停止して低圧ＥＧＲのみとしているが、ＥＧＲ自体は継続しているため、内燃機関１から排出されるＮＯx量を低減することができ
る。

なお、上記のＳ１０１及びＳ１０２の処理を実行するＥＣＵ２２は、本実施例において過昇温検知手段に相当する。

また、本実施例においては、Ｓ１０２においてフィルタ２０の前後差圧がＰ１以上かどうかを判定して、フィルタ２０が近い将来にＯＴするかどうかを予測することとした。これに対し、この閾値をＰ１より高いＰ３として、Ｓ１０２においてフィルタ２０の前後差圧がＰ３以上かどうかを判定することにより、フィルタ２０がその時点で既にＯＴしているかどうかを検出するようにしても構わない。

次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、実際にフィルタの温度を検出してフィルタのＯＴを判定するようにした例について説明する。なお、本実施例における内燃機関１及びその吸気系、制御系は図１に示したものと同等とする。一方、本実施例における排気系は図１に示したものと若干異なるものとする。具体的には、本実施例における排気管１９のフィルタ２０の上流には、排気管１９を通過する排気に還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁（不図示）と、燃料添加弁から燃料が供給されることにより発熱する酸化触媒（不図示）とが備えられているものとする。

ここで、内燃機関１においては、先述のとおり、フィルタ２０によって排気中の微粒子物質を捕集することにより排気浄化を行っている。そして、内燃機関１の異常燃焼によってスモークが大量発生するような場合でなくても、フィルタ２０には微粒子物質が時間とともに堆積する。時間とともにフィルタ２０中に堆積した微粒子物質の量が増加すると、フィルタ２０の目詰まりが生じ、その結果、内燃機関１における背圧が上昇し、運転性能が劣化するおそれがある。

そこで、内燃機関１においては、所定期間毎に、あるいは、フィルタ２０に所定量の微粒子物質が捕集されたことが検出された際に、フィルタ２０内の微粒子物質を酸化除去する再生処理が行われる。なお、上述の所定期間とは、フィルタ２０の再生処理の実施間隔がそれ以上長くなると、フィルタ２０の背圧上昇が運転性能に影響を与えると考えられる閾値としての期間であり、所定量とは、フィルタ２０に捕集された微粒子物質がそれ以上多くなると、フィルタ２０の背圧上昇が運転性能に影響を与えると考えられる閾値として
の微粒子物質量である。ここで、フィルタ２０に捕集された微粒子物質の量が所定量以上であることは、前述の差圧センサ２６の出力信号から検出することができる。

この再生処理においては、不図示の燃料添加弁から、還元剤としての燃料を不図示の酸化触媒に供給する。このことにより、酸化触媒において燃料の酸化反応が起こり、酸化触媒から排出される排気の温度が上昇する。そうすると、フィルタ２０の温度も上昇し、フィルタ２０の温度が微粒子物質の着火温度以上になると、フィルタ２０内で、微粒子物質の酸化反応が開始される。そのことにより、フィルタ２０内の微粒子物質を酸化除去させることができる。

この再生処理中において、例えばフィルタ２０の温度が高温の時に内燃機関１がアイドル状態になった場合について考える。このような場合にも、フィルタ２０を流通する排気ガス量が減少し、排気ガスにより持ち去られる熱量が減少するため、フィルタ２０がＯＴするおそれがある。本実施例においては、例えばこのような場合にフィルタ２０の温度を検出し、フィルタ２０の温度が過剰に高温となった場合に、低圧ＥＧＲガス量を増加させてＯＴ時低圧ＥＧＲガス量Ｌ１とし、高圧ＥＧＲガス量を減少させてＯＴ時高圧ＥＧＲガス量Ｈ１とすることとした。

ここで、ＯＴ時低圧ＥＧＲガス量Ｌ１と、ＯＴ時高圧ＥＧＲガス量Ｈ１とは、予め実験的に決定されたＥＧＲガス量の組み合わせであり、低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量とをそれぞれこの値とすることにより、フィルタ２０の温度を低下させることができるとともに、内燃機関１の燃焼室におけるＮＯx発生量を抑えられると確認済みのＥＧＲガス
量である。

図３には、本実施例におけるＯＴ回避ＥＧＲ制御ルーチン２を示す。本ルーチンはＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、ＥＣＵ２２によって内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行されるルーチンである。

本ルーチンが実行されると、まずＳ２０１において、フィルタ２０の温度が取得される。具体的には排気温センサ２７の出力信号がＥＣＵ２２に読み込まれることによって取得される。Ｓ２０１の処理が終了するとＳ２０２に進む。

Ｓ２０２においては、Ｓ２０１において取得されたフィルタ２０の温度がＴ１以上かどうかが判定される。ここでＴ１は、フィルタ２０の温度がこれ以上の場合には、フィルタ２０がＯＴしていると判断できる閾値としての温度である。ここで、フィルタ２０の温度がＴ１より低いと判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。一方、フィルタ２０の温度がＴ１以上であると判定された場合にはＳ２０３に進む。

Ｓ２０３においては、低圧ＥＧＲ弁５の開度が増加することにより、低圧ＥＧＲガス量が増加してＯＴ時低圧ＥＧＲガス量Ｌ１に設定される。Ｓ２０３の処理が終了するとＳ２０４に進む。Ｓ２０４においては、高圧ＥＧＲ弁２１の開度が増加することにより、高圧ＥＧＲガス量が増加してＯＴ時高圧ＥＧＲガス量Ｈ１に設定される。Ｓ２０４の処理が終了するとＳ２０５に進む。

Ｓ２０５においては、フィルタ２０の温度がＴ２以下かどうかが判定される。ここでＴ２は、フィルタ２０の温度がこれ以下の場合には、高圧ＥＧＲのみを実施したとしてもフィルタ２０がＯＴすることはないと判断される閾値としての温度である。ここで、フィルタ２０の温度がＴ２より高いと判定された場合には、Ｓ２０３の処理の前に戻り、Ｓ２０５においてフィルタ２０の温度がＴ２以下と判定されるまで、低圧ＥＧＲガス量がＯＴ時低圧ＥＧＲガス量Ｌ１となり、高圧ＥＧＲガス量がＯＴ時高圧ＥＧＲガス量Ｈ１となる状
態が維持される。Ｓ２０５においてフィルタ２０の温度がＴ２以下と判定された場合には、フィルタ２０において発生していたＯＴが解消したと判断されるので、Ｓ２０６に進む。

Ｓ２０６においては、低圧ＥＧＲ弁５及び、高圧ＥＧＲ弁２１の開度がＳ２０２でＯＴが発生したと判定される以前の状態に復帰する。Ｓ２０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例においては、フィルタ２０の再生処理中の温度を検出し、この温度によってフィルタ２０がＯＴしていると判断された場合には低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量を、それぞれ予め定められた、フィルタ２０を冷却し且つＮＯxの
発生を抑える最適値に設定することとした。これによれば、より確実にフィルタ２０のＯＴを解消できるとともに、ＥＧＲの効果も充分に得ることができる。

なお、上記のＳ２０１及びＳ２０２の処理を実行するＥＣＵ２２は、本実施例において過昇温検知手段に相当する。また、ＯＴ時低圧ＥＧＲガス量Ｌ１はＯＴ時低圧ＥＧＲ量に相当し、ＯＴ時高圧ＥＧＲガス量Ｈ１はＯＴ時高圧ＥＧＲ量に相当する。

また、本実施例においては、ＯＴ時低圧ＥＧＲガス量Ｌ１と、ＯＴ時高圧ＥＧＲガス量Ｈ１は予め決定された不変の値としたが、これはＳ２０１で取得されたフィルタ２０の温度に応じた最適値を用いるようにしてもよい。さらに、内燃機関１の運転状態を取得するようにして、フィルタ２０の温度と、内燃機関１の運転状態とをパラメータとして、それぞれの条件に応じた最適の値を用いるようにしてもよい。また、本実施例においては、ＯＴ時低圧ＥＧＲガス量Ｌ１とＯＴ時高圧ＥＧＲガス量Ｈ１と合計のＥＧＲガス量は、内燃機関１の燃焼室におけるＮＯxの発生を減少させる効果が充分に得られる範囲に決定され
ており、この範囲が本実施例における許容範囲に相当する。

また、本実施例においては、Ｓ２０２においてフィルタ２０の温度がＴ１以上かどうかを判定して、フィルタ２０がＯＴしているかどうかを検出することとした。これに対して、この閾値をＴ１より低いＴ３として、Ｓ２０２においてフィルタ２０の温度がＴ３以上かどうかを判定することにより、フィルタ２０が近い将来にＯＴするかどうかを予測するようにしても構わない。

なお、上記の実施例においては、本発明をディーゼル機関に適用した例について説明したが、同様の思想をディーゼル機関以外の機関、例えばガソリン機関に適用しても構わない。

本発明の実施例における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例１におけるＯＴ回避ＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例２におけるＯＴ回避ＥＧＲ制御ルーチン２を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
５・・・低圧ＥＧＲ弁
６・・・コンプレッサハウジング
７・・・タービンハウジング
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気管
１０・・・遠心過給機
１１・・・排気絞り弁
１２・・・スロットル弁
１３・・・インタークーラ
１４・・・ＥＧＲクーラ
１５・・・高圧ＥＧＲ通路
１６・・・集合管
１７・・・第２スロットル弁
１８・・・排気マニホールド
１９・・・排気管
２０・・・フィルタ
２１・・・高圧ＥＧＲ弁
２２・・・ＥＣＵ
２３・・・低圧ＥＧＲ通路
２６・・・差圧センサ
２７・・・排気温センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有する過給機と、
   前記排気通路における前記タービンの下流に設けられ、前記内燃機関からの排気を浄化する排気浄化装置と、
   前記排気浄化装置より下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に還流させる低圧ＥＧＲ手段と、
   前記タービンより上流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより下流の吸気通路に還流させる高圧ＥＧＲ手段と、
   前記排気浄化装置の温度の過剰な上昇を検出または予測する過昇温検知手段と、
   を備え、
   前記低圧ＥＧＲ手段は、前記排気浄化装置より下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、該低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ流量制御装置と、を有し、
   前記高圧ＥＧＲ手段は、前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、該高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する高圧ＥＧＲ流量制御装置と、を有し、
   前記過昇温検知手段が前記排気浄化装置の温度の過剰な上昇を検出または予測した場合には、前記低圧ＥＧＲ流量制御装置が前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を増加させるとともに、前記高圧ＥＧＲ流量制御装置が前記高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を減少させることを特徴とする内燃機関の排気還流システム。
2. 前記低圧ＥＧＲ手段は、前記低圧ＥＧＲ通路および／または、前記低圧ＥＧＲ通路と前記吸気通路との接続部より下流の前記吸気通路に設けられて前記低圧ＥＧＲ手段が還流させる排気を冷却する冷却装置をさらに有す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システム。
3. 前記過昇温検知手段が前記排気浄化装置の温度の過剰な上昇を検出または予測した場合には、前記低圧ＥＧＲ流量制御装置が前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を最大とするとともに、前記高圧ＥＧＲ流量制御装置が前記高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を略零とすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気還流システム。
4. 前記過昇温検知手段が前記排気浄化装置の温度の過剰な上昇を検出または予測した場合には、前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量と前記高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量とは、前記排気浄化装置の温度を低減可能で、且つ還流する合計の排気の量が許容範囲に収まる所定のＯＴ時低圧ＥＧＲ量とＯＴ時高圧ＥＧＲ量の組み合わせとされることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気還流システム。

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