特許 5915856 内燃機関の排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5915856

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】内燃機関の排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20160422BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20160422BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20160422BHJP

   F02M 26/00 20160101ALI20160422BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20160422BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/24 S

   F02D21/08 311B

   F02D23/00 J

   F02D21/08 301J

   F02M25/07 570F

   F01N3/24 T

   F01N3/28 301E

   F01N3/08 A

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-89643(P2012-89643)

(22)【出願日】2012年4月10日

(65)【公開番号】特開2013-217323(P2013-217323A)

(43)【公開日】2013年10月24日

【審査請求日】2014年11月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(72)【発明者】

【氏名】岡田 公二郎

(72)【発明者】

【氏名】恒川 希代香

(72)【発明者】

【氏名】木村 洋之

(72)【発明者】

【氏名】松田 征二

(72)【発明者】

【氏名】守本 健児

(72)【発明者】

【氏名】磯部 雄輔

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２４７５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９１６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４７６５９６６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４０４６０６２（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８

Ｆ０２Ｄ ２１／０８、２３／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気通路の排気により吸気通路の吸気を過給する過給手段と、
前記過給手段よりも下流側の前記排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、
前記過給手段よりも上流側の前記吸気通路、及び、前記過給手段よりも下流側で前記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の前記排気通路を連通する低圧ＥＧＲ通路と、
前記排気通路との連通部位の近傍における前記低圧ＥＧＲ通路に備えられ、前記低圧ＥＧＲ通路の開閉を行って前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの流通を制御する低圧ＥＧＲバルブと、
前記過給手段よりも下流側の前記吸気通路、及び、前記過給手段よりも上流側の前記排気通路を連通する高圧ＥＧＲ通路を備え、前記高圧ＥＧＲ通路に前記排気通路の排気ガスの一部を導入して前記吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、
前記低圧ＥＧＲバルブ、前記高圧ＥＧＲ手段の作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段には、
低負荷、低回転の高圧ＥＧＲ導入領域、
高圧ＥＧＲ導入領域よりも高負荷、高回転の低圧ＥＧＲ導入領域、
低圧ＥＧＲ導入領域よりも高負荷、高回転のＥＧＲ非導入領域を有する制御マップが備えられ、
前記制御手段は、
前記ＥＧＲ非導入領域の運転領域内で、更に、高負荷、高回転状態への移行時に、前記低圧ＥＧＲバルブが閉じられていたことを条件にして前記低圧ＥＧＲバルブを開いてから高負荷、高回転の運転領域に移行する一方、
前記高圧ＥＧＲ導入領域から、前記ＥＧＲ非導入領域への移行時に、前記低圧ＥＧＲバルブが閉じられていたことを条件にして前記低圧ＥＧＲバルブを開いてから前記ＥＧＲ非導入領域に移行する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項2】

請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記低圧ＥＧＲバルブが閉じられて排気ガスの再循環が実施されていない時に、前記低圧ＥＧＲ通路に空気を導入する空気導入手段を備えた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項3】

請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記空気導入手段は、
前記吸気通路の吸気の一部を前記低圧ＥＧＲ通路に導入する手段である
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項4】

請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記空気導入手段は、
前記吸気通路に設けられたエアフローセンサの上流側より吸気の一部を前記低圧ＥＧＲ
通路に導入する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項5】

請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記空気導入手段は、
前記低圧ＥＧＲバルブの近傍であって該低圧ＥＧＲバルブよりも前記吸気通路側の前記
低圧ＥＧＲ通路に空気を導入する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【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の一部を吸気に再循環させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関（エンジン）の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する技術として、排気ガスの一部を吸気に導入する排気再循環（ＥＧＲ）装置が知られている（特許文献１参照）。近年、排気ガスの規制が益々厳しくなり、高負荷運転時（例えば、高負荷・高加速の加速時）のＮＯｘ低減が求められるようになっている。

【0003】

排気通路にはＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒が備えられているが、高負荷運転時は、燃焼室に空気を多く入れないとスモークが悪化する虞があるため、ＥＧＲ装置による排気再循環は行われないのが一般的である。このため、高負荷運転時には、排気ガスの流量が増加し、ＮＯｘ浄化触媒の浄化効率が低下し、ＮＯｘを十分に浄化することができない虞があった。特に、ディーゼルエンジンは、排気ガスの流量が多いため、高負荷運転時におけるＮＯｘの浄化性能の低下が現れやすいのが現状である。

【0004】

また、排気ガスの流量を抑制することでＮＯｘ浄化触媒の浄化効率を維持することができるが、排気ガスの流量を抑制する制御を行うと、過給機を備えた車両では、過給機を十分に動作させるための排気ガス量が不足してしまう。このため、吸気の過給（新気の押し込み）が不十分になり、燃焼室への空気の供給が不足してスモークが悪化する問題が生じてしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１７５１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、高負荷運転時に、吸気量を十分に確保した状態で、排気ガスの流量を低減することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路の排気により吸気通路の吸気を過給する過給手段と、前記過給手段よりも下流側の前記排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記過給手段よりも上流側の前記吸気通路、及び、前記過給手段よりも下流側で前記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の前記排気通路を連通する低圧ＥＧＲ通路と、前記排気通路との連通部位の近傍における前記低圧ＥＧＲ通路に備えられ、前記低圧ＥＧＲ通路の開閉を行って前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの流通を制御する低圧ＥＧＲバルブと、前記過給手段よりも下流側の前記吸気通路、及び、前記過給手段よりも上流側の前記排気通路を連通する高圧ＥＧＲ通路を備え、前記高圧ＥＧＲ通路に前記排気通路の排気ガスの一部を導入して前記吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、前記低圧ＥＧＲバルブ、前記高圧ＥＧＲ手段の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段には、低負荷、低回転の高圧ＥＧＲ導入領域、高圧ＥＧＲ導入領域よりも高負荷、高回転の低圧ＥＧＲ導入領域、低圧ＥＧＲ導入領域よりも高負荷、高回転のＥＧＲ非導入領域を有する制御マップが備えられ、前記制御手段は、前記ＥＧＲ非導入領域の運転領域内で、更に、高負荷、高回転状態への移行時に、前記低圧ＥＧＲバルブが閉じられていたことを条件にして前記低圧ＥＧＲバルブを開いてから高負荷、高回転の運転領域に移行する一方、前記高圧ＥＧＲ導入領域から、前記ＥＧＲ非導入領域への移行時に、前記低圧ＥＧＲバルブが閉じられていたことを条件にして前記低圧ＥＧＲバルブを開いてから前記ＥＧＲ非導入領域に移行することを特徴とする。

【0008】

請求項１に係る本発明では、内燃機関が高負荷状態となるＥＧＲ非導入運転領域の際に、排気通路の排気ガスの一部を低圧ＥＧＲ通路に導入するので、ＮＯｘ浄化触媒への排気ガスの流入量を抑制することができる。また、吸気量に影響を与えないため、燃焼室に供給される空気量が減ることがない。
そして、高圧ＥＧＲ手段により排気ガスの再循環が実施される低負荷の運転領域から、内燃機関が高負荷状態となるＥＧＲ非導入運転領域への過渡時には、低圧ＥＧＲバルブを開いて排気ガスの再循環を一時的に経た後にＥＧＲを非導入状態にすることができる。

【0009】

このため、高負荷運転時に、吸気量を十分に確保した状態で、排気ガスの流量を低減することができ、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能を維持することができる。

【0010】

また、排気通路との連通部位の近傍に設けた低圧ＥＧＲバルブが閉じられてから所定時間が経過したことを条件にして低圧ＥＧＲバルブを開いて排気ガスの一部を低圧ＥＧＲ通路に導入するので、排気ガスが新たに低圧ＥＧＲ通路内へ侵入することが所定時間なく、その期間に低圧ＥＧＲ通路内の排気ガス濃度は次第に低下する。そのため移行前の運転領域に拘わらず、高負荷運転時にＥＧＲ非導入運転領域へ移行する際に、排気通路の排気ガスの一部を低圧ＥＧＲ通路に導入することができ、ＮＯｘ浄化触媒への排気ガスの流入量を抑制することができる。

【0013】

また、請求項２に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記低圧ＥＧＲバルブが閉じられて排気ガスの再循環が実施されていない時に、前記低圧ＥＧＲ通路に空気を導入する空気導入手段を備えたことを特徴とする。

【0014】

請求項２に係る本発明では、排気ガスの再循環が実施されていない時に、空気導入手段
により低圧ＥＧＲ通路に空気を導入しておくことができ、排気通路の排気ガスの一部を低
圧ＥＧＲ通路に導入する際に、低圧ＥＧＲ通路の内部の空気が燃焼室に供給されるまでの
間、十分な量の空気が確保され、スモークの問題が生じることがない。

【0015】

また、請求項３に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記空気導入手段は、前記吸気通路の吸気の一部を前記低圧ＥＧＲ通路に導入する手段であることを特徴とする。

【0016】

請求項３に係る本発明では、空気導入手段により、吸気通路の吸気の一部が低圧ＥＧＲ通路に導入されるので、排気通路の排気ガスの一部を低圧ＥＧＲ通路に導入した際に、エアクリーナを通過した吸気を燃焼室に供給することができる。

【0017】

また、請求項４に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記空気導入手段は、前記吸気通路に設けられたエアフローセンサの上流側より吸気の一部を前記低圧ＥＧＲ通路に導入することを特徴とする。

【0018】

請求項４に係る本発明では、エアフローセンサの上流側より吸気の一部を低圧ＥＧＲ通路に導入するので、エアフローセンサの検出値と実際の吸気量との間にずれが生じることがない。

【0019】

また、請求項５に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記空気導入手段は、前記低圧ＥＧＲバルブの近傍であって該低圧ＥＧＲバルブよりも前記吸気通路側の前記低圧ＥＧＲ通路に空気を導入することを特徴とする。

【0020】

請求項５に係る本発明では、低圧ＥＧＲバルブよりも吸気通路側の低圧ＥＧＲ通路に空気を導入するので、低圧ＥＧＲ通路の全体を掃気することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、高負荷運転時に、吸気量を十分に確保した状態で、排気ガスの流量を低減することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。

【図2】ＥＧＲ領域を表すマップである。

【図3】ガスの流れを説明する概略構成図である。

【図4】ガスの流れを説明する概略構成図である。

【図5】ガスの流れを説明する概略構成図である。

【図6】本発明の第２実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。

【図7】本発明の第３実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１、図２に基づいて内燃機関の排気浄化装置の構成を説明する。図１には本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成、図２にはＥＧＲ領域を負荷とエンジン回転速度との関係で表すマップを示してある。

【0024】

図１に示すように、車両に搭載される内燃機関としての多気筒ディーゼルエンジン（エンジン）１の排気管２には排気浄化装置３が備えられている。エンジン１のシリンダブロック４のボア内にはピストン５が往復動自在に備えられ、ピストン５とシリンダヘッド６との間で燃焼室７が形成されている。ピストン５はコンロッド８を介してクランクシャフト９に接続され、ピストン５の往復運動によってクランクシャフト９が駆動される。

【0025】

シリンダヘッド６には吸気ポートを介して吸気マニホールド１１を含む吸気管（吸気通路）１２が接続されている。吸気ポートは吸気バルブにより開閉される。また、シリンダヘッド６には排気ポートを介して排気マニホールド１３を含む排気管（排気通路）２が接続されている。排気ポートは排気バルブにより開閉される。

【0026】

シリンダヘッド６には各気筒の燃焼室７に燃料を直接噴射する電子制御式の燃料噴射弁１０が設けられ、燃料噴射弁１０には図示しないコモンレールから燃料が供給される。コモンレールでは燃料が所定の燃圧に調整され、燃料噴射弁１０には所定の燃圧に制御された高圧燃料が供給される。

【0027】

吸気管１２及び排気管２の途中部には過給機としてターボチャージャ１５が設けられ、ターボチャージャ１５は排気管１４側にタービンが備えられ、タービンに連結されたコンプレッサが吸気管１２側に備えられている。エンジン１の排気ガスが排気管１４からターボチャージャ１５に送られると、排気ガスの流れによりタービンが回転し、タービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管１２内の吸気が過給される。

【0028】

ターボチャージャ１５の下流側の吸気管１２にはインタークーラ１６が配され、過給された吸気はインタークーラ１６で冷却されて燃焼室７に送られる。インタークーラ１６の下流側の吸気管１２には、上流側から吸気管１２を開閉するスロットルバルブ１７、吸気の温度を検出する吸気温度センサ１８、吸気マニホールド１１内の圧力を検出するインマニ圧センサ１９が備えられている。

【0029】

ターボチャージャ１５の下流側の排気管２には、排気浄化装置３として、ディーゼル酸化触媒（酸化触媒）２１及び排気浄化用のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：フィルタ）２２を備えた浄化装置２３が備えられている。酸化触媒２１に排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。また、排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）がフィルタ２２で捕集される。

【0030】

フィルタ２２で捕集されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ_２によって酸化（燃焼）されＣＯ_２として排出され、フィルタ２２に残存するＮＯ_２はＮ_２に分解されて排出される。即ち、浄化装置２３では、排気ガスが浄化されてＰＭ及びＮＯｘの排出量を大幅に低減することができる。

【0031】

浄化装置２３の下流側の排気管２には、排気浄化装置３として、ＮＯｘトラップ触媒２４が備えられている。ＮＯｘトラップ触媒２４は、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦捕捉し、捕捉したＮＯｘを、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含む還元雰囲気中で放出して窒素（Ｎ_２）等に還元する浄化装置である。つまり、酸化触媒２１で生成されたＮＯ_２、また、酸化触媒２１で酸化されずに排気ガス中に残存するＮＯを一旦捕捉し、捕捉したＮＯｘを放出して窒素（Ｎ_２）等に還元する。

【0032】

尚、ＮＯｘを一旦捕捉し還元雰囲気中でＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ触媒２４に代えて、他の反応等によりＮＯｘを浄化する除去装置（触媒）を用いることが可能である。

【0033】

ＮＯｘトラップ触媒２４の入口側には排気温度センサ２５が設けられ、排気温度センサ２５によってＮＯｘトラップ触媒２４の入口の排気ガスの温度、即ち、浄化装置２３から排出される排気ガスの温度が検出される。ＮＯｘトラップ触媒２４の入口側にはリニアA/Fセンサ２６が設けられ、リニアA/Fセンサ２６によって排気空燃比が検出される。

【0034】

ターボチャージャ１５の上流側の排気管１４には高圧ＥＧＲ通路として高圧ＥＧＲ管３１の一端が接続され、高圧ＥＧＲ管３１の他端はスロットルバルブ１７の下流側（ターボチャージャ１５の下流側）の吸気管１２に連通している。高圧ＥＧＲ管３１には高圧ＥＧＲクーラ３２が設けられ、高圧ＥＧＲ管３１の吸気管１２との接続部には高圧ＥＧＲバルブ３３が設けられている。

【0035】

高圧ＥＧＲバルブ３３を開くことで、ターボチャージャ１５の上流側の排気管１４を流れる排気ガスの一部が高圧ＥＧＲ管３１に導入され、高圧ＥＧＲ管３１に導入された排気ガスは高圧ＥＧＲクーラ３２で冷却されてターボチャージャ１５の下流側の吸気管１２に供給される（高圧ＥＧＲ手段）。

【0036】

浄化装置２３の下流側でＮＯｘトラップ触媒２４の上流側（ターボチャージャ１５の下流側）の排気管１４には低圧ＥＧＲ通路として低圧ＥＧＲ管３５の一端が接続され、低圧ＥＧＲ管３５の他端はターボチャージャ１５の上流側の吸気管１２に連通している。低圧ＥＧＲ管３５には低圧ＥＧＲクーラ３６が設けられ、低圧ＥＧＲ管３５の排気管１４との接続部の近傍には低圧ＥＧＲバルブ３７が設けられている。

【0037】

低圧ＥＧＲバルブ３７を開くことで、ターボチャージャ１５の下流側の排気管１４を流れる排気ガスの一部が低圧ＥＧＲ管３５に導入され、低圧ＥＧＲ管３５に導入された排気ガスは低圧ＥＧＲクーラ３６で冷却されてターボチャージャ１５の上流側の吸気管１２に供給される。

【0038】

高圧ＥＧＲ手段及び低圧ＥＧＲ手段により排気ガスの一部を吸気に還流させることで、エンジン１の燃焼室７内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。高圧ＥＧＲ手段はターボチャージャ１５の上流側の排気ガスの一部を循環させるため、ターボチャージャ１５による過給が十分に必要となる運転状態（空気量を確保する必要がある運転状態）の場合、低圧ＥＧＲ手段を用いてＮＯｘの排出量を低減する。

【0039】

つまり、図２に細幅ピッチの斜線で示すように、負荷（トルク）が小さくエンジン回転速度が低い領域で高圧ＥＧＲ手段が用いられる高圧ＥＧＲ領域とされ、図２に太幅ピッチの斜線で示すように、負荷（トルク）が高圧ＥＧＲ領域よりも大きくエンジン回転速度が高い領域で低圧ＥＧＲ手段が用いられる低圧ＥＧＲ領域（空気量を確保する必要がある運転領域）とされる。

【0040】

低圧ＥＧＲ管３５との接続部の上流側の吸気管１２には低圧スロットルバルブ３８が設けられ、低圧スロットルバルブ３８の上流側の吸気管１２にはエアクリーナ３９が設けられている。エアクリーナ３９を通過した吸気の流量はエアフローセンサ（温度センサ付き）３０により検出される。

【0041】

車両には、制御手段として電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１が備えられ、ＥＣＵ４１には入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣＵ４１には上述したセンサ類（吸気温度センサ１８、インマニ圧センサ１９、排気温度センサ２５、リニアA/Fセンサ２６、エアフローセンサ３０等）からの情報が入力され、センサ類の情報に基づいて排気浄化装置３、高圧ＥＧＲ手段及び低圧ＥＧＲ手段を含むエンジン１の総合的な制御がＥＣＵ４１により行われる。

【0042】

上述した排気浄化装置を備えたエンジン１は、図２に示すように、負荷（トルク）とエンジン回転速度の関係により、高圧ＥＧＲ手段が用いられる高圧ＥＧＲ領域、低圧ＥＧＲ手段が用いられる低圧ＥＧＲ領域、エンジン１が高負荷状態となるＥＧＲ非導入運転領域（図中網線で示してある）が設定されている。加速時等でエンジン１が高負荷状態となる領域は、ＥＧＲ手段が用いられない領域であり、排気ガスの流量が増加してＮＯｘトラップ触媒２４の浄化効率が低下する虞がある。

【0043】

このため、エンジン１が高負荷状態となるＥＧＲ非導入運転領域の際に、低圧ＥＧＲ管３５にＮＯｘトラップ触媒２４の上流側の排気ガスの一部を導入し、ＮＯｘトラップ触媒２４への排気ガスの流入量を抑制するようにしている。

【0044】

例えば、低圧ＥＧＲ手段による排気ガスの再循環がなされていない運転領域（ＥＧＲ非導入運転領域）から、当該状態より高負荷状態となるＥＧＲ非導入運転領域への過渡時には、つまり、図２中矢印Ａ、矢印Ｂで示すように、ＥＧＲ非導入運転領域でのＮＯｘ量線（図中一点鎖線で示す）を跨ぐ状態で運転状態が変化した際には、低圧ＥＧＲ管３５にＮＯｘトラップ触媒２４の上流側の排気ガスの一部を導入する制御が実施され、その後所定の運転状態にされる。

【0045】

ＥＧＲ非導入運転領域は、低圧ＥＧＲバルブ３７が閉じられている領域であるので、低圧ＥＧＲ管３５にＮＯｘトラップ触媒２４の上流側の排気ガスの一部を導入する制御は、低圧ＥＧＲバルブ３７が閉じられてから所定時間が経過したことを条件に実施されることになる。

【0046】

更に、高圧ＥＧＲ手段により排気ガスの再循環が実施される高圧ＥＧＲ領域から、ＥＧＲ非導入運転領域への過渡時には、つまり、図２中矢印Ｃで示すように、高圧ＥＧＲ領域から負荷及びエンジン回転速度が増加するように運転状態が変化した際には、低圧ＥＧＲ管３５にＮＯｘトラップ触媒２４の上流側の排気ガスの一部を導入する制御が一時的に実施され、その後ＥＧＲ非導入運転領域での運転状態にされる。

【0047】

高圧ＥＧＲ領域は、低圧ＥＧＲバルブ３７が閉じられている領域であるので、低圧ＥＧＲ管３５にＮＯｘトラップ触媒２４の上流側の排気ガスの一部を導入する制御は、低圧ＥＧＲバルブ３７が閉じられてから所定時間が経過したことを条件に実施されることになる。

【0048】

このため、移行前の運転領域に拘わらず、高負荷運転時にＥＧＲ非導入運転領域へ移行する際に、排気管１４の排気ガスの一部を低圧ＥＧＲ管３５に導入することができ、ＮＯｘトラップ触媒２４への排気ガスの流入量を抑制することができる。このため、高負荷運転時に、吸気量を十分に確保した状態で、排気ガスの流量を低減し、排気ガス流量の増加によるＮＯｘトラップ触媒２４の浄化性能の低下を抑制することができる。

【0049】

図３から図５に基づいて本実施例の排気浄化装置を備えたエンジン１のガスの流れを具体的に説明する。

【0050】

図３には高負荷運転に至る前（加速前）における系統内のガスの状況、図４には加速開始時の系統内のガスの状況、図５には加速中の系統内のガスの状況を示してある。

【0051】

図３に示すように、加速前の状況においては、燃焼室７に至る吸気管１２には空気が存在し（図中白抜き状態）、燃焼室７からＮＯｘトラップ触媒２４の下流側に至るまでの排気管１４にはＮＯｘ濃度が低い排気ガスが存在している（図中薄色の網目状態）。そして、低圧ＥＧＲ管３５には前回の再循環時の排気ガスが存在している（図中斜線状態）。

【0052】

図４に示すように、加速が開始されると、低圧ＥＧＲバルブ３７が開いて排気ガスの一部が低圧ＥＧＲ管３５に流れ始め、ＮＯｘトラップ触媒２４に流れる排気ガスが減少する。同時に、前回の再循環時の排気ガスが吸気管１２に流入し、燃焼室７から浄化装置２３に至る排気管１４にＮＯｘ濃度が高い加速中の排気ガス（図中黒色状態）が存在する。低圧ＥＧＲ手段の応答遅れの間、前回の再循環時の排気ガス（図中斜線状態）は燃焼室７まで到達せず、十分な空気量が確保された状態が保たれる。

【0053】

これにより、加速時であっても、排気ガスの一部を低圧ＥＧＲ管３５に導入し、ＮＯｘトラップ触媒２４に流れる排気ガスの流量を減少させてＮＯｘトラップ触媒２４の浄化性能の低下を抑制することができる。そして、加速開始時には、低圧ＥＧＲ手段の応答遅れにより低圧ＥＧＲ管３５の排気ガスが燃焼室７に到達しないので、空気量が十分に確保され、スモークの問題は生じない。

【0054】

尚、加速開始時に排気管１４に存在する排気ガスはＮＯｘ濃度が低い排気ガス（図中薄色の網目状態）であるため、排気ガスの流量を減少させずにＮＯｘトラップ触媒２４の浄化効率が低い状態であっても、大気に放出されるＮＯｘ量は少ない。このため、低圧ＥＧＲ管３５の接続位置に、加速開始後のＮＯｘ濃度が高い排気ガス（図中黒色状態）が至るタイミングに合わせて、低圧ＥＧＲバルブ３７を開くようにすることも可能である。

【0055】

これにより、低圧ＥＧＲ管３５の排気ガス（図中斜線状態）が吸気管１２に流入するタイミングが遅くなり、空気量が十分に確保される状態を長く維持することができ、スモークの問題に対して有利になる。

【0056】

図５に示すように、加速中は、ＮＯｘ濃度が高い排気ガス（図中黒色状態）が低圧ＥＧＲ管３５に導入され、ＮＯｘトラップ触媒２４に流れるＮＯｘ濃度が高い排気ガスの流量が減少している。燃焼室７には、吸気管１２に吸入される空気、及び、低圧ＥＧＲ管３５から流入する排気ガスが導入されるため、排気ガスの一部を低圧ＥＧＲ管３５に導入しない状態と同じガス流量が確保される。

【0057】

従って、加速時であっても、ＮＯｘトラップ触媒２４の浄化性能を維持することができる。そして、燃焼室７に供給される空気量が十分に確保され、スモークの問題が生じることがない。

【0058】

上述した実施例では、ＮＯｘ浄化触媒として、ＮＯｘを吸蔵・放出するＮＯｘトラップ触媒２４を例に挙げて説明したが、尿素ＳＣＲ（尿素水添加選択還元触媒）や固体ＳＣＲ（アンモニア固体貯蔵・直接添加選択還元触媒）等、他のＮＯｘ浄化触媒を適用することも可能である。

【0059】

また、低圧ＥＧＲバルブ３７の下流側の低圧ＥＧＲ管３５に流体貯蔵タンクを設置することも可能である。図示の実施例の場合、低圧ＥＧＲクーラ３６が流体貯蔵タンクの役割を果たしている。流体貯蔵タンクを備えることにより、低圧ＥＧＲ管３５に導入させた排気ガスの一部が燃焼室７に到達するまでの時間を延長することができる。

【0060】

また、低圧ＥＧＲクーラ３６の冷却水系統は、エンジン冷却水系統とは別の系統とし、専用の熱交換器で冷却水を冷却することが好ましい。これにより、低圧ＥＧＲクーラ３６の冷却能力を高くすることができ、高負荷で低圧ＥＧＲ管３５に排気ガスの一部を導入し、コンプレッサ（ターボチャージャ１５のコンプレッサ）の出口温度が高くなる状態になっても、コンプレッサに導入される低圧ＥＧＲガスの温度を低下させることができ、コンプレッサの出口温度が許容温度を超えることがない。

【0061】

また、ＤＰＦ２２の再生制御を実施するために、ＤＰＦ２２へのＰＭの堆積量を算出しているが、堆積量の積算に際し、エンジン回転速度、負荷に対するＤＰＦ２２への流入ＰＭ量（排気ガス中のＰＭ量）のマップ値を積算している。このマップとして、通常運転時とは別に、低圧ＥＧＲ管３５に排気ガスの一部を導入する制御を実施した際の専用のマップを適用する。全開加速状態が一定時間以上継続し、燃焼室７内に低圧ＥＧＲ手段からの排気ガスが継続して導入される場合、ＤＰＦ２２へのＰＭの堆積が通常より早く進行することが予想されるため、専用のマップを適用することで、ＰＭの堆積が早く進行する点を考慮した制御を実施することができる。

【0062】

また、全開加速状態が一定時間以上継続し、燃焼室７内に低圧ＥＧＲ手段からの排気ガスが継続して導入される場合、運転条件に応じて追加の燃料を主燃料噴射の後に噴射する等でスモークの発生を抑制することができる。

【0063】

図６、図７に基づいて他の実施例を説明する。

【0064】

図６には本発明の第２実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成、図７には本発明の第３実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成を示してある。図１に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。以下には、異なる構成の部分を説明する。

【0065】

第２実施例を説明する。

【0066】

図６に示すように、低圧ＥＧＲ管３５の排気管１４との接続部の近傍には、外部空気導入管５１が接続され、外部空気導入管５１には開閉バルブ５２が設けられている。開閉バルブ５２を開くことにより低圧ＥＧＲ管３５の内部に空気を導入することができる。

【0067】

低圧ＥＧＲ手段を使用した後、開閉バルブ５２を開き、低圧ＥＧＲ管３５に空気を導入する。所定時間経過した後、開閉バルブ５２を閉じることで低圧ＥＧＲ管３５の内部が空気で満たされる。少なくとも、低圧ＥＧＲバルブ３７を開く時には開閉バルブ５２は閉じておく。また、低圧スロットルバルブ３８を絞ることで、外部空気導入管５１に比べて吸気管１２が相対的に低圧（負圧）になり、低圧ＥＧＲ管３５への空気の導入が容易になる。

【0068】

第２実施例では、加速前に、低圧ＥＧＲ管３５の内部を空気で満たすことができるので、加速開始時には、低圧ＥＧＲ管３５の内部の空気が吸気管１２に供給され、空気を供給する時間を長くすることができる。このため、全開加速状態が長く継続する場合であっても、低圧ＥＧＲ管３５に導入した排気ガスが燃焼室７に到達する時間が延長され、スモークが悪化する問題が生じることがない。

【0069】

高圧ＥＧＲ手段を用いている場合には、開閉バルブ５２を開いて外部の空気を導入する。これにより、加速時に低圧ＥＧＲを用いる運転条件を回避することができる。

【0070】

また、開閉バルブ５２を開いて外部の空気の導入中は、低圧ＥＧＲ管３５に導入される空気量が推定される。燃焼室７に供給される空気量は、エアフローセンサ３０で計測された吸入空気量と、低圧ＥＧＲ管３５に導入された推定空気量との合計空気量とされる。これにより、低圧ＥＧＲ管３５内の空気を燃焼室７に導入する際、エアフローセンサ３０が計測する空気量と、実際に燃焼室７に導入される空気量との間に誤差が生じない状態で制御を行うことができる。

【0071】

第３実施例を説明する。

【0072】

図７に示すように、低圧ＥＧＲ管３５の排気管１４との接続部の近傍には、内部空気導入管５５の一端が接続され、内部空気導入管５５の他端はエアクリーナ３９に連通している。内部空気導入管５５の他端の近傍には流入開閉バルブ５６が設けられている。流入開閉バルブ５６を開くことにより低圧ＥＧＲ管３５の内部にエアクリーナ３９の下流の空気を導入することができる。

【0073】

低圧ＥＧＲ手段を使用した後、流入開閉バルブ５６を開き、低圧ＥＧＲ管３５にエアクリーナ３９を通過した空気を導入する。所定時間経過した後、流入開閉バルブ５６を閉じることで低圧ＥＧＲ管３５の内部が清浄な空気で満たされる。少なくとも、低圧ＥＧＲバルブ３７を開く時には流入開閉バルブ５６は閉じておく。

【0074】

第３実施例では、第２実施例に加えて、低圧ＥＧＲ管３５にエアクリーナ３９を通過した清浄な空気を導入することができる。エアフローセンサ３０の上流側のエアクリーナ３９の部位に内部空気導入管５５の他端が連通しているので、低圧ＥＧＲ管３５に空気を導入する際に、エアフローセンサ３０が計測する空気量と、燃焼室７に実際に導入される空気量との間に誤差が生じることがない。

【0075】

尚、第３実施例では、内部空気導入管５５の他端をエアクリーナ３９に連通し、連通部をエアフローセンサ３０の上流側としたが、エアフローセンサ３０の下流側に内部空気導入管５５の他端を連通することも可能である。この時、低圧ＥＧＲ管３５に導入される空気量が推定される。燃焼室７に供給される空気量は、エアフローセンサ３０で計測された吸入空気量から、低圧ＥＧＲ管３５に導入された推定空気量を減じた空気量とされる。高圧ＥＧＲ手段からＥＧＲが導入されていない場合（高圧ＥＧＲが導入されていない場合）、燃焼室７内に吸入される空気量は、吸気マニホールド１１のインマニ圧センサ１９で計測した空気量をそのまま用いる。

【0076】

低圧ＥＧＲ管３５に導入されて貯えられる空気量を推定するに際して、高圧ＥＧＲ手段からＥＧＲが導入されていない場合（高圧ＥＧＲが導入されていない場合）、エアフローセンサ３０で計測された空気量と、インマニ圧センサ１９で計測された空気量との差を用いる。この推定量をＥＣＵ４１で記憶し、低圧ＥＧＲバルブ３７が開いている際には（低圧ＥＧＲ管３５内の空気を吸気管１２に導入中は）、エアフローセンサ３０で計測する空気量と、推定により求めた低圧ＥＧＲ管３５内の空気量を加えて、燃焼室７内に吸入される空気量とする。

【0077】

これにより、低圧ＥＧＲ管３５内の空気を燃焼室７に導入する際、エアフローセンサ３０が計測する空気量と、実際に燃焼室７に導入される空気量との間に誤差が生じない状態で制御を行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明は、内燃機関の排気ガスの一部を吸気に再循環させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気浄化装置の産業分野で利用することができる。

【符号の説明】

【0079】

１ 多気筒ディーゼルエンジン
２ 排気管
３ 排気浄化装置
４ シリンダブロック
５ ピストン
６ シリンダヘッド
７ 燃焼室
８ コンロッド
９ クランクシャフト
１０ 燃料噴射弁
１１ 吸気マニホールド
１２ 吸気管
１３ 排気マニホールド
１４ 排気管
１５ ターボチャージャ
１６ インタークーラ
１７ スロットルバルブ
１８ 吸気温センサ
１９ インマニ圧センサ
２１ ディーゼル酸化触媒（酸化触媒）
２２ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２３ 浄化装置
２４ ＮＯｘトラップ触媒
２５ 排気温度センサ
２６ リニアA/Fセンサ
３０ エアフローセンサ
３１ 高圧ＥＧＲ管
３２ 高圧ＥＧＲクーラ
３３ 高圧ＥＧＲバルブ
３５ 低圧ＥＧＲ管
３６ 低圧ＥＧＲクーラ
３７ 低圧ＥＧＲバルブ
３８ 低圧スロットルバルブ
３９ エアクリーナ
４１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５１ 外部空気導入管
５２ 開閉バルブ
５５ 内部空気導入管
５６ 流入開閉バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】