JP4862604B2 - 内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気の一部を吸気系に再循環させる内燃機関の排気再循環装置に関する。

内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯx」ともいう）の量を低減する技
術として、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」ともいう）装置が知られている。

また、より広い運転領域でＥＧＲを実施可能にする技術として、ターボチャージャのタービン下流の排気をコンプレッサ上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ通路を設け、内燃機関の高負荷の運転状態においては低圧ＥＧＲ通路を用いて排気の再循環を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、内燃機関の排気中のＮＯxや微粒子物質を浄化するために、内燃機関の排気系に
、吸蔵還元型ＮＯx触媒や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。そして、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx還元処理、ＳＯx被毒
回復処理またはフィルタのＰＭ再生処理を実施する際には、排気中に還元剤を添加することにより還元剤を吸蔵還元型ＮＯx触媒あるいはフィルタに供給する場合があるが、この
場合、過給機のタービン上流において還元剤を排気に添加することにより、タービンの攪拌作用を利用して還元剤と排気との混合を促進できることが知られている。

しかし、低圧ＥＧＲ通路を有する内燃機関において、過給機のタービン上流において還元剤を排気に添加する場合には、排気に添加された還元剤が低圧ＥＧＲ通路によって吸気通路に再循環されてしまい、内燃機関における燃焼に影響を及ぼしてしまう場合があった。
特開２００５−７６４５６号公報 特開２００６−０２２８０８号公報 特開２００４−０７６５９５号公報 特開２００２−０２１５３９号公報 特開２００３−０９０２１２号公報 特開２００２−３６４４１２号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、特に複数の気筒群からの排気のエネルギを用いて複数の過給機を作動させる内燃機関において、低圧ＥＧＲ通路によって排気の再循環を行う排気再循環装置に関する。そして、その目的は、排気浄化装置の浄化能力の再生のために、過給機の上流側において排気に添加された還元剤が低圧ＥＧＲ通路によって吸気系に回り込むことを抑制することである。

上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の気筒を複数の気筒群に分け、気筒群毎に排気通路及び過給機を有する内燃機関の排気再循環装置であって、複数の気筒群に対応する複数の排気通路において、低圧ＥＧＲ通路を有する排気通路と、過給機の上流側において還元剤を添加する排気通路とを分けることを最大の特徴とする。

より詳しくは、複数の気筒を有する内燃機関における気筒が集合して形成された２またはそれ以上の気筒群と、
前記気筒群の各々に対して設けられ、前記気筒群からの排気が通過する排気通路と、
前記気筒群の各々に対して設けられ、前記排気通路の各々にタービンが配置されるとともに、前記内燃機関の吸気通路にコンプレッサが配置された過給機と、
前記タービンの下流側の前記排気通路を通過する排気を浄化するとともに、還元剤が供給されることにより浄化能力が再生される排気浄化装置と、
前記排気通路における前記タービンより上流側に配置され、前記排気浄化装置の浄化能力を再生する際には、該排気通路を通過する排気に還元剤を添加することにより前記排気浄化装置に還元剤を供給するターボ前還元剤添加手段と、
前記排気通路のうちの一部の排気通路に設けられ、一端が該排気通路における前記タービンより下流側に接続され他端が前記吸気通路における前記コンプレッサより上流側に接続された低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧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、
を備え、
前記ターボ前還元剤添加手段は、前記低圧ＥＧＲ通路が設けられていない排気通路に設けられたことを特徴とする。

すなわち、本発明における内燃機関は複数の気筒を有し、その複数の気筒は２またはそれ以上の気筒群にグループ分けされている。そして、気筒群毎に排気通路が設けられ、各排気通路には過給機のタービンが配置されている。すなわち、本発明においては前記気筒群の数だけ過給機が備えられている。そして、各過給機のコンプレッサに接続される吸気通路には、前記内燃機関に導入される吸気が流れている。

また、前記排気通路の一部には、該排気通路におけるタービンの下流側と前記吸気通路のコンプレッサより上流側とに接続され両者を連通する低圧ＥＧＲ通路が設けられており、この低圧ＥＧＲ通路には、この低圧ＥＧＲ通路によって再循環される排気の流量を制御する低圧ＥＧＲ流量制御装置が設けられている。

さらに、前記排気通路の一部におけるタービンの上流には、排気浄化装置の浄化能力の再生の際に還元剤を排気に添加するターボ前還元剤添加手段が設けられているが、本発明においては、前記低圧ＥＧＲ通路を、前記ターボ前還元剤添加手段が設けられていない排気通路に設けることとし、前記低圧ＥＧＲ通路と、前記ターボ前還元剤添加手段とが設けられた排気通路とを分けることとした。

このような構成にすれば、ターボ前還元剤添加手段から排気に添加された還元剤が低圧ＥＧＲ通路によって内燃機関の吸気通路に回り込んでしまうことを抑制できる。

また、本発明においては、排気通路の全ては、各排気通路におけるタービンの下流側で合流して下流側排気通路を形成するようにし、低圧ＥＧＲ通路の一端は、下流側排気通路の上流において排気通路に接続され、排気浄化装置は、下流側排気通路に設けられるようにしてもよい。

すなわち、全ての排気通路は途中で合流して下流側排気通路となり、共通の排気浄化装置が下流側排気通路に設けられるようにする。そして低圧ＥＧＲ通路は合流前の排気通路の一部に設けられるようにする。

そうすれば、排気浄化装置の浄化能力の再生時には、ターボ前還元剤添加手段から還元剤を排気に添加することで、共通の排気浄化装置の浄化能力をより確実に再生することができる。また、下流側において全ての排気通路が合流するとしても、低圧ＥＧＲ通路と、
ターボ前還元剤添加手段とは上流側の異なる排気通路に備えられることとなるので、ターボ前還元剤添加手段から添加された還元剤が低圧ＥＧＲ通路に導入されて吸気通路に回りこむことを回避できる。

また、従来の、ターボ前還元剤添加手段が設けられた排気通路の下流側に低圧ＥＧＲ通路が接続されたような構成においては、ターボ前還元剤添加手段から排気に添加された還元剤が低圧ＥＧＲ通路にそのまま流入することを回避するために、低圧ＥＧＲ通路と排気通路との接続部は、排気浄化触媒の下流側に配置する必要があった。

これに対し、本発明においては、低圧ＥＧＲ通路と、ターボ前還元剤添加手段とが設けられた排気通路を分けているので、低圧ＥＧＲ通路と排気通路とを、排気浄化装置の上流側において接続させることが可能になっている。これにより、低圧ＥＧＲ通路に比較的圧力の高い排気を流入させることができ、排気再循環の制御性を向上させることができる。

また、本発明においては、一端が排気通路におけるタービンより上流側に接続され他端が吸気通路におけるコンプレッサより下流側に接続された高圧ＥＧＲ通路と、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、ターボ前還元剤添加手段が配置された排気通路に設けるようにし、高圧ＥＧＲ通路と排気通路との接続部は、ターボ前還元剤添加手段の上流側に位置するようにしてもよい。

すなわち、本発明においては、高圧ＥＧＲ通路と低圧ＥＧＲ通路の両方が設けられ、内燃機関の運転状態によって高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲを切換えまたは併用して、内燃機関の排気を再循環可能にしてもよい。そして、高圧ＥＧＲ通路は、ターボ前還元剤添加手段の上流側の排気を吸気通路におけるコンプレッサの下流に再循環するようにしてもよい。

そうすれば、内燃機関として、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを切換または併用することができ、内燃機関のより広い運転状態において好適に排気の再循環を行うことができる。また、高圧ＥＧＲ通路は、ターボ前還元剤添加手段の上流側において排気通路と接続されるので、ターボ前還元剤添加手段から添加された還元剤が高圧ＥＧＲ通路によって吸気通路に回り込むことを抑制できる。

また、本発明においては、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路におけるタービンの下流側であって排気浄化装置の上流側に、排気通路を通過する排気に還元剤を添加することにより排気浄化装置に還元剤を供給するターボ後還元剤添加手段をさらに備えることとし、低圧ＥＧＲ通路と前記排気通路との接続部は、排気通路におけるタービンより下流側であってターボ後還元剤添加手段の上流側に位置するようにしてもよい。

すなわち、本発明では、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路には、過給機のタービンの下流にターボ後還元剤添加手段を備えるようにしてもよい。そして、低圧ＥＧＲ通路は、排気通路におけるタービンより下流側であってターボ後還元剤添加手段の上流側と吸気通路におけるコンプレッサより上流側とを連通するようにしてもよい。これにより、ターボ後還元剤添加手段から添加された還元剤が低圧ＥＧＲ通路によって吸気通路に回り込むことを抑制しつつ、排気浄化装置の浄化能力の再生を行うことができる。

また、本発明においては、ターボ後還元剤添加手段は、下流側排気通路における排気浄化装置の上流側に設けられるようにしてもよい。これによっても、ターボ後還元剤添加手段から添加された還元剤が低圧ＥＧＲ通路によって吸気通路に回り込むことを抑制しつつ、排気浄化装置の浄化能力の再生を行うことができる。

また、本発明においては、排気浄化装置の浄化能力の再生時において、排気浄化装置に
還元剤を供給する際に、内燃機関の運転状態が所定の低・中負荷領域に属する場合には、ターボ前還元剤添加手段から還元剤を添加し、内燃機関の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合には、ターボ前還元剤添加手段とターボ後還元剤添加手段の両方から還元剤を添加するようにしてもよい。

そうすれば、比較的排気流量の少ない低・中負荷領域においては、ターボ前還元剤添加手段から添加された還元剤は過給機によって霧化を促進することができ、排気浄化装置の浄化能力の再生時の再生効率を向上させることができる。また、比較的多量の還元剤量を必要とする高負荷領域においては、ターボ後還元剤添加手段からも還元剤を添加することにより、還元剤の要求量を充足することができる。なお、この高負荷領域においては、比較的排気流量が多いためターボ後還元剤添加手段から添加された還元剤についても霧化を促進することができる。

ここで、所定の低・中負荷領域とは、ターボ前還元剤添加手段のみから還元剤を添加することによって排気浄化装置の浄化能力の再生が可能であるような運転状態の範囲であり、予め実験的に求められる。また、所定の高負荷領域とは、ターボ前還元剤添加手段のみから還元剤を添加することによっては、排気浄化装置の浄化能力の再生が困難であり、且つ排気流量が多いためにターボ後還元剤添加手段から添加された還元剤についても充分に霧化が可能である運転状態の範囲である。この運転状態の範囲は予め実験的に求められる。

また、本発明において過給機は、開度が変更されることにより前記タービンを回転させる排気の流速を調節可能とした可変ノズルを有することとし、各過給機における可変ノズルの開度は、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路と、そうでない排気通路とにおける背圧を同一にするように調節されてもよい。

すなわち、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路とそうでない排気通路では、経路の相違に起因して排気通路を流れる排気の流量が異なることが考えられる。そうすると各排気通路が接続されている気筒群毎に背圧が異なり、内燃機関の運転性能への影響が気筒群毎に異なってしまうおそれがある。そこで、本発明においては、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路とそうでない排気通路における背圧が等しくなるように、各排気通路に備えられた過給機の可変ノズルを調節することとした。そうすれば、各気筒群に接続された排気通路の背圧を均等にすることができ、各気筒群における運転性能を均等化することができる。

また、本発明においては、各過給機のコンプレッサが配置された吸気通路には、吸気通路を通過する吸気の流量を制御するスロットル弁が設けられ、スロットル弁の開度は、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路と、そうでない排気通路とにおける背圧を同一にするように調節されてもよい。

前述のように本発明においては、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路とそうでない排気通路における背圧が等しくなるように、各排気通路に備えられた過給機の可変ノズルを調節することとした。しかし、それによっても、各気筒群に接続された排気通路の背圧を充分に均等化することができず、各気筒群における運転性能を充分に均等化できない場合がある。

本発明においては、そのような場合に、各吸気通路におけるスロットル弁の開度をさらに調節することにより過給機のコンプレッサ側負荷を調整し、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路とそうでない排気通路における背圧を同一にするようにしてもよい。そうすれば、より確実に各排気通路が接続されている気筒群毎の背圧を均等化することができ、各
気筒群における内燃機関の運転性能を揃えることができる。

また、本発明においては、内燃機関の過渡状態において、低圧ＥＧＲ通路を通過して再循環される排気の量が所定の許容値以上である場合には、高圧ＥＧＲをカット（閉弁）して高圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路に係る過給機の回転数を増加させるとともに、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路に係る過給機の回転数を減少させるようにしてもよい。

ここで、内燃機関の過渡状態、例えば一旦アクセルペダルの踏み込み量を低下させて再度アクセルを踏み込み、急加速するような場合について考える。このような場合には、応答性が比較的低い低圧ＥＧＲに基づくＥＧＲガスが過剰に内燃機関に導入され、失火などの問題が生じるおそれがあった。

本発明では、このような内燃機関の過渡状態において内燃機関に導入される吸気のＥＧＲ率を適正に維持するために、応答性の高い高圧ＥＧＲに係る過給機の回転数を増加させるとともに、応答性の低い低圧ＥＧＲに係る過給機の回転数を減少させることとした。

具体的には、低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路に係る過給機の可変ノズルを開き気味にすることによって過給機の回転数を減少させてもよい。また、高圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路に係る過給機の可変ノズルを閉じ気味にすることによって回転数を増加させてもよい。さらに、高圧ＥＧＲ流量制御装置によって高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を減少させ、あるいは高圧ＥＧＲ通路が設けられている排気通路に係る過給機へ導入される吸気量を増加させるなどの制御によって、高圧ＥＧＲに係る過給機を過給効率のよい条件で作動させるようにしてもよい。

そうすれば、応答性の高い高圧ＥＧＲによるＥＧＲガスの流量を増加させ、応答性の低い低圧ＥＧＲによるＥＧＲガスの流量を減少させることができ、過渡状態におけるＥＧＲ全体としての応答性を向上させることができる。その結果、過渡状態においてＥＧＲガスが過剰に内燃機関に導入されて失火が生じるなどの不都合を抑制することができる。

ここで、所定の許容値とは、内燃機関の過渡状態において、応答性の低い低圧ＥＧＲによって再循環される排気の量がこれ以上である場合には、失火などの不都合が生じるおそれがあると判断される閾値としてのＥＧＲガスの量であり、予め実験的に求め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、複数の気筒群からの排気のエネルギを用いて複数の過給機を作動させる内燃機関において、排気浄化装置の浄化能力の再生のために過給機の上流側で排気に添加された還元剤が、低圧ＥＧＲ通路によって吸気系に回り込んでしまうことを抑制できる。

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に示す内燃機関は、右バンク１及び左バンク５１を有し、各バンク１、５１に４つの気筒２、５２を有するＶ型８気筒内燃機関である。ここで、各バンク１、５１に形成された４つの気筒２、５２は本実施例における各気筒群に相当する。

内燃機関の左右バンク１、５１には、共通の吸気マニホールド３が接続されており、吸気マニホールド３の各枝管は吸気ポートを介して左右バンク１、５１の各気筒２、５２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド３は上流において共通吸気管５に接続されている。共通吸気管５にはサージタンク６が設けられている。共通吸気管５のさらに上流側には、共通吸気管５に流入する前の吸気を冷却するインタークーラ７が設けられている。

インタークーラ７の上流において共通吸気管５は右吸気管８と左吸気管５８とに分岐している。右吸気管８には、右吸気管８の流路断面積を変更可能な右スロットル弁９が設けられている。右スロットル弁９は電気配線を介して後述するＥＣＵ３５に接続されており、ＥＣＵ３５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、右吸気管８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９より上流には、排気のエネルギを駆動源として作動する右過給機１０のコンプレッサ１０ａが設けられている。コンプレッサ１０ａのさらに上流側の右吸気管８には図示しないエアフローメータ、エアクリーナが設けられている。

一方、左吸気管５８には、排気のエネルギを駆動源として作動する左過給機６０のコンプレッサ６０ａが設けられている。コンプレッサ６０ａの上流には、左吸気管５８の流路断面積を変更可能な左スロットル弁５９が設けられている。左スロットル弁５９も電気配線を介してＥＣＵ３５に接続されており、ＥＣＵ３５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、左吸気管５８を流れる吸気の流量を調節する事ができる。

次に内燃機関の排気系について説明する。内燃機関の右バンク１には、右排気マニホールド４が接続されており、右排気マニホールド４の各枝管は排気ポートを介して右バンク１の各気筒２の燃焼室と連通されている。右排気マニホールド４には右過給機１０のタービン１０ｂが接続されている。タービン１０ｂの排気が流出する開口部には右排気管１２が接続されている。

内燃機関の左バンク５１には、左排気マニホールド５４が接続されており、左排気マニホールド５４の各枝管は排気ポートを介して左バンク５１の各気筒２の燃焼室と連通されている。左排気マニホールド５４には左過給機６０のタービン６０ｂが接続されている。タービン６０ｂの排気が流出する開口部には左排気管６２が接続されている。

右排気管１２と左排気管６２は下流において合流し、集合排気管１５になる。集合排気管１５には通過する排気のＮＯx及び微粒子物質を浄化するＤＰＮＲ２０が設けられてい
る。ＤＰＮＲ２０の下流側において集合排気管１５は大気に開放されている。なお、この集合排気管１５は本実施例における下流側排気通路に相当する。また、本実施例において集合排気管１５を通過する排気のＮＯx及び微粒子物質を浄化するために、ＤＰＮＲ２０
を用いるのではなく、吸蔵還元型ＮＯx触媒と、微粒子物質を捕集するフィルタとを直列
に並べて設けるようにしてもよい。

ここで、右排気マニホールド４と右吸気管８の右スロットル弁９の下流側とは高圧ＥＧＲ通路２２で連通されている。そして、高圧ＥＧＲ通路２２には、高圧ＥＧＲ通路２２を通過する排気の流量を制御する高圧ＥＧＲ弁２３が備えられている。高圧ＥＧＲ弁２３は電気配線を介してＥＣＵ３５に接続されており、ＥＣＵ３５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２２を流れる排気の量を調節する事ができる。高圧ＥＧＲ通路２２及び高圧ＥＧＲ弁２３によって高圧ＥＧＲ装置３０が構成される
。（以下、高圧ＥＧＲ通路２２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。）。

一方、左排気管６２と、左吸気管５８における左コンプレッサ６０ａと左スロットル弁５９の間の部分とは低圧ＥＧＲ通路７２で連通されており、低圧ＥＧＲ通路７２には低圧ＥＧＲ通路７２を通過する排気流量を制御する低圧ＥＧＲ弁７３が備えられている。低圧ＥＧＲ弁７３も電気配線を介してＥＣＵ３５に接続されており、ＥＣＵ３５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７２を流れる排気の量を調節する事ができる。低圧ＥＧＲ通路７２及び低圧ＥＧＲ弁７３によって低圧ＥＧＲ装置８０が構成される。（以下、低圧ＥＧＲ通路７２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。）。

また、右排気マニホールド４には、ＤＰＮＲ２０の浄化能力の再生時に還元剤を排気に添加するターボ前燃料添加弁２５が備えられている。一方、集合排気管１５におけるＤＰＮＲ２０の上流側にも、ＤＰＮＲ２０の浄化能力の再生時に還元剤を排気に添加するターボ後燃料添加弁２６が備えられている。なお、ターボ前燃料添加弁２５は本実施例においてターボ前還元剤添加手段に相当し、ターボ後燃料添加弁２６はターボ後還元剤添加手段に相当する。

また、上記の内燃機関には、電子制御コンピュータであるＥＣＵ３５が併設されている。ＥＣＵ３５は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、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２３、低圧ＥＧＲ弁７３、右スロットル弁９、左スロットル弁５９に対して開度指令信号を出力する。

上記の構成において、右吸気管８、左吸気管５８に導入された空気は、右コンプレッサ１０ａ、左コンプレッサ６０ａによって過給されるとともに、インタークーラ７、サージタンク６及び吸気マニホールド３を経由して内燃機関の右バンク１、左バンク５１の各気筒２、５２に導入される。

各気筒２、５２から排出された排気は右排気マニホールド４、左排気マニホールド５４を経由し、右タービン１０ｂ、左タービン６０ｂに流入してタービンを駆動する。その後右排気管１２、左排気管６２を通過し、集合排気管１５において合流した後、ＤＰＮＲ２０において排気中の微粒子物質やＮＯx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７３が開弁されると、低圧ＥＧＲ通路７２が導通状態となり、左排気管６２を通過する排気の一部が低圧ＥＧＲ通路７２を経由して左吸気管５８に流入する。左吸気管５８に流入した低圧ＥＧＲガスは左コンプレッサ６０ａによって過給され、インタークーラ７、サージタンク６、吸気マニホールド３を経由して内燃機関の各バンク１、５１の気筒２、５２に導入される。

高圧ＥＧＲ弁２３が開弁されると、高圧ＥＧＲ通路２２が導通状態となり、右排気マニホールド４を流れる排気の一部が高圧ＥＧＲ通路２２を経由して右吸気管８に流入し、インタークーラ７、サージタンク６、吸気マニホールド３を経由して、内燃機関の各バンク１，５１の気筒２、５２に再循環する。

高圧ＥＧＲ通路２２および／または低圧ＥＧＲ通路７２によって排気の一部を内燃機関の気筒２、５２に再循環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、高圧ＥＧＲ弁２３は高圧ＥＧＲ流量制御装置に相当する。また、低圧ＥＧＲ弁７３は低圧ＥＧＲ流量制御装置に相当する。

このように、本実施例においては、内燃機関の右バンク１から排出された排気の一部が高圧ＥＧＲ装置３０によって再循環され、左バンク５１から排出された排気の一部が低圧ＥＧＲ装置８０によって再循環されるようになっており、バンク毎に高圧ＥＧＲ装置３０と低圧ＥＧＲ装置８０のいずれか一方によって排気の再循環が可能になっている。

<還元剤（燃料）添加制御>
次に、本実施例においてＤＰＮＲ２０のＮＯx還元処理を実施する際の制御について説
明する。本実施例においては、ＤＰＮＲ２０のＮＯx還元処理を実施する際の、内燃機関
の運転状態が低〜中負荷の運転状態である場合には、ターボ前燃料添加弁２５から右排気マニホールド４を通過する排気に燃料を添加する。排気に添加された燃料は右過給機１０のタービン１０ｂを通過した後に、右排気管１２、集合排気管１５を通過した後、ＤＰＮＲ２０に供給される。

ここで、上述のように、本実施例においては右バンク１側には高圧ＥＧＲ通路２２及び高圧ＥＧＲ弁２３とターボ前燃料添加弁２５とが備えられ、左バンク２側には低圧ＥＧＲ通路７２及び低圧ＥＧＲ弁７３が備えられている。また、高圧ＥＧＲ通路２２はターボ前燃料添加弁２５の上流側に設けられている。従って、ＤＰＮＲ２０のＮＯx還元処理時に
おいてターボ前燃料添加弁２５から燃料が添加されても、添加された燃料が高圧ＥＧＲ通路２２または低圧ＥＧＲ通路７２に回り込んで内燃機関に導入されるおそれがない。

また、ターボ前燃料添加弁２５から燃料が添加された際に、添加された燃料が低圧ＥＧＲ通路７２に回り込んで内燃機関に導入されるおそれがある場合には、低圧ＥＧＲ通路７２はＤＰＮＲ２０の下流側において集合排気管１５に接続される必要が生じる。これは、ターボ前燃料添加弁２５から添加された燃料を触媒で酸化除去し、低圧ＥＧＲ通路７２に導入されなくするためである。しかし、本実施例においては、ターボ前燃料添加弁２５からの燃料は低圧ＥＧＲ通路７２には導入されない構成となっているので、低圧ＥＧＲ通路７２はＤＰＮＲ２０の上流側において集合排気管１５に接続されてもよい。

そうすると、より排気の圧力が高い状態で排気に低圧ＥＧＲ通路７２を通過させることができ、低圧ＥＧＲガス量の制御性を向上させることができる。

また、一般に、低〜中負荷の運転状態においては排気流量が少ないので、ＮＯx還元処
理時などに排気中に添加された燃料と排気とが充分に混合されないおそれがある。それに対し、本実施例ではターボ前燃料添加弁２５から燃料を添加するため右過給機１０のタービン１０ｂで排気と燃料とが攪拌され、両者を充分に混合させることができる。

また、本実施例においては高負荷の運転状態においてＤＰＮＲ２０のＮＯx還元処理を
行う際に、添加燃料量がターボ前燃料添加弁２５から添加される量では不足する場合には、ターボ後燃料添加弁２６からも燃料を添加することとした。

そうすれば、添加燃料量が不足しがちな高負荷の運転状態においても充分な燃料をＤＰＮＲ２０に供給できる。また、高負荷の運転状態においては排気の流量が多く、ターボ後燃料添加弁２６から燃料を添加することによっても燃料と排気とを充分に混合させることができる。さらに、本実施例においては、低圧ＥＧＲ通路７２はターボ後燃料添加弁２６の上流側において左排気管６２と接続されているため、低圧ＥＧＲ通路７２にターボ後燃料添加弁２６から添加された燃料が回り込むおそれがない。

<背圧制御>
次に、本実施例において、右バンク１及び左バンク５１における背圧を揃えるための制御について説明する。本実施例においては、上記のように右バンク１の排気系には高圧ＥＧＲ装置３０を備えており、左バンク５１の排気系には低圧ＥＧＲ装置８０を備えている。そうすると、右バンク１に係る排気系と左バンク５１に係る排気系とで経路が異なるため、右過給機１０と左過給機６０とで排気の流量が異なる場合があった。そうすると、右バンク１と左バンク５１における背圧が異なり、バンク毎に運転性能が異なってしまうおそれがあった。

そこで、本実施例においては、右過給機１０のタービン１０ｂと左過給機６０のタービン６０ｂには可変ノズル（図示せず）を備えることとした。そして、右過給機１０と左過給機６０における可変ノズルの開度を独立に制御して、右バンク１と左バンク５１における背圧を均等化することとした。ここでは、例えば右排気マニホールド４及び左排気マニホールド５４に図示しない排気圧センサを設け、右排気マニホールド４及び左排気マニホールド５４における排気圧センサの出力値が同じになるように可変ノズルの開度を制御してもよい。あるいは、右過給機１０のタービン１０ｂと、左過給機６０のタービン６０ｂの回転数が同じになるように、各可変ノズルの開度を制御してもよい。

そうすれば、右バンク１と左バンク５１における背圧を均等化することができ、内燃機関全体としての運転性能を向上させることができる。

ところで、上述のように、右過給機１０及び左過給機６０の可変ノズルの開度を制御しても、なお、右バンク１と左バンク５１における背圧を均等にすることが困難な場合がある。このような場合には、右スロットル弁９及び左スロットル弁５９の開度を制御して右吸気管８及び左吸気管５８に流入する新気の量を独立に制御することで、左過給機１０と右過給機６０の過給圧、過渡ＥＧＲ量を制御するようにしてもよい。そうすれば、より確実に右バンク１と左バンク５１における運転性能を均一にすることができ、内燃機関全体としての運転性能を向上させることができる。

<過渡状態におけるＥＧＲガス量の制御>
次に、本実施例に係る内燃機関の過度状態におけるＥＧＲガス量の制御について説明する。

ここで内燃機関の過渡状態、例えば図示しないアクセルペダルの踏み込み量を一旦減少させて再度アクセルペダルを踏み込み、急加速するような場合について考える。このような場合には、応答性が比較的低い低圧ＥＧＲ装置８０により再循環された低圧ＥＧＲガス量が内燃機関の運転状態の変化に追従できず、過剰に内燃機関に導入され、失火などの問題が生じるおそれがあった。

そこで、本実施例では、上記のような過渡状態においては、左過給機６０の可変ノズルを開いてタービン６０ｂの回転数を低下させるとともに、右過給機１０については可変ノズルを閉じてタービン１０ｂの回転数を上昇させる。そうすれば、右吸気管８からの新気の導入を促進するとともに、左吸気管５８からの低圧ＥＧＲガスの導入を抑制することができる。

これにより、内燃機関に導入される低圧ＥＧＲガス量を抑制することができ、過渡状態における低圧ＥＧＲガスの過多を解消することができる。また、相対的に高圧ＥＧＲガス量の割合を増加させることができ、相対的に低圧ＥＧＲガス量の割合を減少させることができるので、ＥＧＲガス全体としての応答性を向上させることができる。

なお、この場合、高圧ＥＧＲ弁２３の開度は閉弁方向に変更するのが望ましい。また、スロットル弁９は開弁方向に変更するのが望ましい。そうすることにより、より効率よく右吸気管８から新気を内燃機関に導入することができ、より効率よく、内燃機関に導入される低圧ＥＧＲガス量を抑制することができる。

なお、上記の構成においては、高圧ＥＧＲ弁２３、低圧ＥＧＲ弁７３の詰まりを防止するために、高圧ＥＧＲ通路２２における高圧ＥＧＲ弁２３の上流側及び、低圧ＥＧＲ通路７２における低圧ＥＧＲ弁７３の上流側に酸化触媒を設けるようにしてもよい。

また、上記の構成において高圧ＥＧＲ通路２２は右吸気管８に接続されるのではなく、サージタンク６に直接接続されるようにしてもよい。

なお、本実施例においては、過給機の下流側において右排気管１２と左排気管６２が合流し、集合排気管１５となり、この集合排気管１５にＤＰＮＲ２０が備えられた例について説明した。しかし、本発明は、右排気管１２と左排気管６２が合流せず、２つの排気管に独立にＤＰＮＲを備えた構成について適用しても構わない。

この場合でも、各排気管におけるＤＰＮＲのＮＯx還元処理時においてターボ前燃料添
加弁が備えられた排気管と低圧ＥＧＲ通路が備えられた排気管とを分離しているので、ターボ前燃料添加弁から燃料が添加されても、添加された燃料が低圧ＥＧＲ通路に回り込んで内燃機関に導入されるおそれがない。

また、上述したように、ターボ前燃料添加弁が備えられた排気管と低圧ＥＧＲ通路が備えられた排気管とを分離していることが本発明の特徴点の一つであるので、本発明を、高圧ＥＧＲ通路を備えず、低圧ＥＧＲ通路のみが備えられた内燃機関に適用しても構わない。

また、上記の実施例においては、内燃機関はＶ型内燃機関であり、各バンク１、５１に設けられた４つの気筒２、５２がそれぞれ気筒群に相当したが、本発明が適用されるのはＶ型内燃機関に限定されない。例えば、直列６気筒型の内燃機関の気筒を３個ずつ２つの気筒群に分割し、各々の気筒群に対して低圧ＥＧＲ装置とターボ前燃料添加弁を割り当ててもよい。

さらに、上記の実施例においては、ＤＰＮＲ２０のＮＯx還元処理における燃料添加制
御について説明したが、同様の思想をＤＰＮＲ２０のＳＯx被毒回復処理やＰＭ再生処理
に適用してもよいことはもちろんである。

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。

符号の説明

１・・・右バンク
２・・・気筒
３・・・吸気マニホールド
４・・・右排気マニホールド
５・・・共通吸気管
６・・・サージタンク
７・・・インタークーラ
８・・・右吸気管
９・・・右スロットル弁
１０・・・右過給機
１２・・・右排気管
１５・・・集合排気管
２０・・・ＤＰＮＲ
３０・・・高圧ＥＧＲ装置
５１・・・左バンク
５２・・・気筒
５４・・・左排気マニホールド
５８・・・左吸気管
５９・・・左スロットル弁
６０・・・左過給機
６２・・・左排気管
７２・・・低圧ＥＧＲ通路
７３・・・低圧ＥＧＲ弁
８０・・・低圧ＥＧＲ装置
３５・・・ＥＣＵ

Claims (8)

1. 複数の気筒を有する内燃機関における気筒が集合して形成された２またはそれ以上の気筒群と、
   前記気筒群の各々に対して設けられ、前記気筒群からの排気が通過する排気通路と、
   前記気筒群の各々に対して設けられ、前記排気通路の各々にタービンが配置されるとともに、前記内燃機関の吸気通路にコンプレッサが配置された過給機と、
   前記タービンの下流側の前記排気通路を通過する排気を浄化するとともに、還元剤が供給されることにより浄化能力が再生される排気浄化装置と、
   前記排気通路における前記タービンより上流側に配置され、前記排気浄化装置の浄化能力を再生する際には、該排気通路を通過する排気に還元剤を添加することにより前記排気浄化装置に還元剤を供給するターボ前還元剤添加手段と、
   前記排気通路のうちの一部の排気通路に設けられ、一端が該排気通路における前記タービンより下流側に接続され他端が前記吸気通路における前記コンプレッサより上流側に接続された低圧ＥＧＲ通路と、
   前記低圧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、
   を備え、
   前記ターボ前還元剤添加手段は、前記低圧ＥＧＲ通路が設けられていない排気通路に設けられ、
   前記排気通路の全ては、各排気通路における前記タービンの下流側で合流して下流側排気通路を形成し、
   前記低圧ＥＧＲ通路の一端は、前記下流側排気通路の上流における前記排気通路に接続され、
   前記排気浄化装置は、前記下流側排気通路に設けられたことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
2. 前記ターボ前還元剤添加手段が配置された排気通路に設けられ、一端が該排気通路における前記タービンより上流側に接続され他端が前記吸気通路における前記コンプレッサより下流側に接続された高圧ＥＧＲ通路と、
   前記高圧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、
   をさらに備え、
   前記高圧ＥＧＲ通路と前記排気通路との接続部は、前記排気通路における前記ターボ前
   還元剤添加手段の上流側に位置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再循環装置。
3. 前記低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路における前記タービンの下流側であって前記排気浄化装置の上流側に、該排気通路を通過する排気に還元剤を添加することにより前記排気浄化装置に還元剤を供給するターボ後還元剤添加手段をさらに備え、
   前記低圧ＥＧＲ通路と前記排気通路との接続部は、該排気通路における前記タービンより下流側であって前記ターボ後還元剤添加手段の上流側に位置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再循環装置。
4. 前記下流側排気通路における前記排気浄化装置の上流側に設けられるとともに、該下流側排気通路を通過する排気に還元剤を添加することにより前記排気浄化装置に還元剤を供給するターボ後還元剤添加手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
5. 前記排気浄化装置の浄化能力の再生時において、該排気浄化装置に還元剤を供給する際に、前記内燃機関の運転状態が所定の低・中負荷領域に属する場合には、前記ターボ前還元剤添加手段から還元剤を添加し、前記内燃機関の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合には、前記ターボ前還元剤添加手段と前記ターボ後還元剤添加手段の両方から還元剤を添加することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気再循環装置。
6. 前記過給機は、開度が変更されることにより前記タービンを回転させる排気の流速を調節可能とした可変ノズルを有し、
   前記各過給機における前記可変ノズルの開度は、前記低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路と、そうでない排気通路とにおける背圧を同一にすべく調節されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気再循環装置。
7. 前記各過給機のコンプレッサが配置された吸気通路には、該吸気通路を通過する吸気の流量を制御するスロットル弁が設けられ、
   前記スロットル弁の開度は、前記低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路と、そうでない排気通路とにおける背圧を同一にすべく調節されることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気再循環装置。
8. 前記内燃機関の過渡状態において、前記低圧ＥＧＲ通路を通過して前記内燃機関に再循環される排気の量が所定の許容値以上である場合には、
   前記高圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路に係る過給機の回転数を増加させるとともに、前記低圧ＥＧＲ通路が設けられた排気通路に係る過給機の回転数を減少させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置。

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