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JP2004183549A - Exhaust recirculation device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust recirculation device for internal combustion engine Download PDF

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JP2004183549A
JP2004183549A JP2002351087A JP2002351087A JP2004183549A JP 2004183549 A JP2004183549 A JP 2004183549A JP 2002351087 A JP2002351087 A JP 2002351087A JP 2002351087 A JP2002351087 A JP 2002351087A JP 2004183549 A JP2004183549 A JP 2004183549A
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JP
Japan
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gas
exhaust
temperature
passage
internal combustion
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002351087A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Hashizume
剛 橋詰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2002351087A priority Critical patent/JP2004183549A/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
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Abstract

【課題】煤、ＨＣあるいはＣＯを多く含んだ排気ガスが環流ガスとして環流ガス冷却手段を通過する場合においても、環流ガス冷却手段に付着する煤あるいはＨＣの量を低減することができる内燃機関の排気環流装置を提供する。
【解決手段】排気ガスの一部が環流ガスとして吸気側に環流される環流ガス通路１８と、環流ガス通路１８に設けられ、環流ガス通路１８を通過する環流ガスを冷却する環流ガス冷却手段２８と、環流ガスの空燃比と相関のあるパラメータを検知する空燃比検知手段３３と、空燃比検知手段３３により検知された空燃比がリッチである場合に、環流ガス冷却手段２８の温度を上昇させる温度調節手段とを備えたことを特徴とする。かかる構成とすることで、煤あるいはＨＣを多く含んだ環流ガスが環流ガス冷却手段２８で冷やされないので環流ガス冷却手段２８に付着する煤等の量を低減することができる。
【選択図】 図４An internal combustion engine capable of reducing the amount of soot or HC adhering to a circulating gas cooling unit even when an exhaust gas containing a large amount of soot, HC or CO passes through the circulating gas cooling unit as a circulating gas. An exhaust recirculation device is provided.
A recirculating gas passage (18) in which part of exhaust gas is recirculated to the intake side as recirculating gas, and recirculating gas cooling means (28) provided in the recirculating gas passage (18) for cooling the recirculating gas passing through the recirculating gas passage (18). The air-fuel ratio detecting means 33 for detecting a parameter correlated with the air-fuel ratio of the recirculating gas; and increasing the temperature of the recirculating gas cooling means 28 when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means 33 is rich. A temperature control means. With such a configuration, the recirculating gas containing a large amount of soot or HC is not cooled by the recirculating gas cooling unit 28, so that the amount of soot and the like adhering to the recirculating gas cooling unit 28 can be reduced.
[Selection diagram] Fig. 4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系を流れる排気の一部を吸気系へ環流させる排気環流装置に関し、特に、環流されるガスを冷却するクーラ等の冷却手段を備えた排気環流装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関では、酸素過剰状態の混合気が燃焼された際に多量の窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生することが知られている。特に、混合気の燃焼速度が速くなるほど、もしくは、混合気の燃焼温度が高くなるほど、より多くの窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。
【０００３】
そして、このようにして発生した窒素酸化物（ＮＯｘ）が排気ガスとして自動車外へ放出される量を低減するために、排気ガスの一部を吸気に環流することで、燃焼速度及び燃焼温度を低く抑えて、ＮＯｘの生成を抑制させる排気環流装置、例えばＥＧＲ装置が有効であることが知られ、広く実用化されている。
【０００４】
このＥＧＲ装置では、排気系から吸気系へ再循環される排気（以下、「ＥＧＲガス」と称する。）を適正温度にすることが重要である。すなわち、ＥＧＲガスの温度が過剰に高いと、吸気中に高温で膨張したＥＧＲガスの占める割合が高くなり、シリンダ内に入る空気量が低減するため、混合気の燃焼速度及び燃焼温度を十分に低下させることができなくなるため窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を抑制することが困難となる一方、ＥＧＲガスの温度が過剰に低いと、内燃機関の冷間時等にＥＧＲガスの熱を利用して吸気温度及び燃焼室内の雰囲気温度を高めることができなくなるため混合気を完全燃焼させることが困難となるおそれがある。
【０００５】
そのため、ＥＧＲガスとして排気ガスの一部が吸気系へ環流される途中に、例えば水冷式のＥＧＲクーラを設けて、エンジン冷却水を冷却水通路を通じてＥＧＲクーラ内に循環して、この冷却水によりＥＧＲガスを適正温度に冷却するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１３２５５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の排気環流装置が備えられた内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガス中には、煤、ＨＣを主成分とする有害なＰＭ（粒子状物質：パティキュレートマター）が含まれており、大気放出以前にＰＭを捕集するためのフィルタを排気系に配置している。そして、このようなフィルタにおいては、目詰まりによる排気抵抗の増加を防止するために、捕集したＰＭを焼失する、いわゆるＰＭ再生を実施することが必要である。
【０００８】
このＰＭ再生においては、ディーゼルエンジンの通常の排気ガス温度である約４００℃よりも高温である５００℃以上にするとＰＭが着火燃焼するという性質を利用する。そして、フィルタを５００℃以上に上昇させるための一つの手段として内燃機関の圧縮行程での通常の主燃料噴射に加えて、排気行程中又は膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程又は排気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を実施している。
【０００９】
また、近年、内燃機関の排気系に、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等のＮＯｘ吸収剤を配置して、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することも実用化されている。
【００１０】
このようなＮＯｘ吸収剤は、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）とともに硫黄酸化物（ＳＯｘ）も吸収してしまうため、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が増加した場合には排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収しきれなくなる、所謂ＳＯｘ被毒を生じる。
【００１１】
これに対して、先ず吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の床温を高める触媒昇温処理を実行した上で、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることにより吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去し、以ってＮＯｘ吸収剤のＳＯｘ被毒を解消させる技術が提案されている。そして、触媒昇温処理では、上述のＰＭ再生と同様に、燃料をポスト噴射させ、ＨＣを排気系に大量に放出させ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温させることが提案されている。
【００１２】
そして、このようなポスト噴射あるいはビゴム噴射等の副噴射においては気筒内に大量の煤、ＨＣあるいはＣＯが発生し、かかる煤等を多く含んだ排気ガスが環流ガス（ＥＧＲガス）として吸気系に環流される時に該環流ガスを冷却する手段である例えばＥＧＲクーラを通過する際、ＥＧＲクーラが低温であるとＥＧＲクーラに煤等が付着してしまう。特に、ＥＧＲクーラに流れている冷却水の通路近辺の壁面が最も低温になるので、該壁面に煤又はＨＣが付着してしまうこととなる。そして、このようにＥＧＲクーラに煤等が付着すると、その後正常な熱変換が行なえなくなり、通常の運転時にＥＧＲガスを適正に冷却できなくなってしまう。
【００１３】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、副噴射等を実施して発生した煤、ＨＣあるいはＣＯを多く含んだ排気ガスが吸気系に環流される際に環流ガス冷却手段（例えばＥＧＲクーラ）を通過する場合においても、環流ガス冷却手段に付着する煤等の量を低減することができる内燃機関の排気環流装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、排気ガスの一部が環流ガスとして環流ガス冷却手段を通過する場合に、該環流ガスの性状に応じて環流ガス冷却手段の温度を調節することを特徴とする。
【００１５】
具体的な手段としては、排気ガスの一部が環流ガスとして吸気側に環流される環流ガス通路と、該環流ガス通路に設けられ、該環流ガス通路を通過する環流ガスを冷却する環流ガス冷却手段と、前記環流ガスの空燃比と相関のあるパラメータを検知する空燃比検知手段と、前記空燃比検知手段により検知された空燃比がリッチである場合、前記環流ガス冷却手段の温度を上昇させる温度調節手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
空燃比検知手段としては、環流ガス通路であって、環流ガス冷却手段より上流およびまたは環流ガス冷却手段より下流に配置される空燃比センサや酸素濃度センサを例示することができる。
【００１７】
そして、かかる構成とすることにより、ＨＣ、ＣＯ等を多く含んだ空燃比が低い排気ガスの一部が環流ガスとして環流ガス冷却手段を通過する場合においても、温度調節手段で環流ガス冷却手段の温度を調節するので、環流ガスが過剰に冷やされて環流ガス冷却手段に煤等が付着することを防止することができる。
【００１８】
なお、環流ガスとしては、排気ガスの一部が吸気系へ再循環され新気と混じり再度燃焼室内へ吸入されるＥＧＲガスを例示することができる。
【００１９】
また、環流ガス冷却手段としては、導入した冷媒と環流ガスとの間で熱交換を行うことにより環流ガスを冷却するものを例示することができる。そして冷媒としては、水、オイル等を例示することができる。
【００２０】
そして、環流ガス冷却手段として、上述の、導入した冷媒と環流ガスとの間で熱交換を行うことにより環流ガスを冷却するものである場合、前記温度調節手段としては、前記環流ガス冷却手段に導入する冷媒の量を調節することにより環流ガス冷却手段の温度を調節するものを例示することができる。
【００２１】
そして、例えば、煤、ＨＣあるいはＣＯを多く含んだ排気ガスの一部が環流ガスとして環流ガス冷却手段を通過する可能性のある環流ガス通路内の環流ガスの空燃比が低い場合には、環流ガス冷却手段に導入する冷媒の量を減少させて、環流ガス冷却手段が過剰に冷却しないようにするとよい。
【００２２】
また、環流ガス冷却手段として、導入した冷媒と環流ガスとの間で熱交換を行なわせることにより環流ガスを冷却するものである場合、該冷媒の温度を検知する温度検知手段を更に備え、前記温度調節手段は、前記温度検知手段の検知温度に基づいて、前記環流ガス冷却手段に導入する冷媒の量を調節するようにしてもよい。
【００２３】
環流ガス冷却手段に導入する水等の冷媒の量を減少させる場合、環流ガス冷却手段内に冷媒が滞留する場合があるが、かかる場合、環流ガス冷却手段を通過する高温の環流ガスにより冷媒が沸騰させられる可能性がある。
【００２４】
かかる弊害を防止するために、温度検知手段を備えて冷媒の温度を検知し、例えば、冷媒が沸騰するような温度である場合は、温度調節手段は、環流ガス冷却手段内に導入される冷媒の量を減少させないようにするとよい。
【００２５】
また、本発明は、前述した課題を解決するために以下のような手段を採用してもよい。すなわち、本発明に係る内燃機関の排気環流装置は、排気ガスの一部が環流ガスとして吸気側に環流される環流ガス通路と、該環流ガス通路に設けられ、該環流ガス通路を通過する環流ガスを冷却する環流ガス冷却手段と、を備えた内燃機関の排気環流装置において、内燃機関の吸気行程、膨張行程または排気行程の少なくとも一つの行程で燃料が噴射される際に、前記環流ガス冷却手段の温度を上昇させる温度調節手段を備えたことを特徴とする。
【００２６】
本発明では、環流ガスの温度を調節する温度調節手段を備え、吸気行程、膨張行程または排気行程の少なくとも一つの行程で燃料が噴射される際に該温度調節手段で環流ガス冷却手段の温度を上昇することができる。例えば、煤、ＨＣあるいはＣＯを多く含んだ排気ガスの一部が環流ガスとして環流ガス冷却手段を通過する可能性のある吸気行程、膨張行程または排気行程の少なくとも一つの行程で燃料が噴射される場合に、温度調節手段で環流ガス冷却手段の温度を煤等が環流ガス冷却手段に付着しない程度の温度に上昇するようにする。
【００２７】
このようにすることで、環流ガスに含まれる煤等が環流ガス冷却手段に付着することを抑制することができるので、内燃機関の通常の運転時に環流ガスを適正に冷却することができる。
【００２８】
そして、前記内燃機関の吸気行程、膨張行程または排気行程の少なくとも一つの行程で燃料が噴射されるのは、排気通路に備えられたディーゼルパティキュレートフィルタを再生する場合あるいは排気通路に備えられた触媒から硫黄酸化物を除去する場合であることを例示することができる。
【００２９】
なお、環流ガス、環流ガス冷却手段、温度調節手段は上述したものを例示することができる。
【００３０】
また、環流ガス冷却手段として、導入した冷媒と環流ガスとの間で熱交換を行なわせることにより環流ガスを冷却するものである場合、該冷媒の温度を検知する温度検知手段を更に備え、前記温度調節手段は、前記温度検知手段の検知温度に基づいて、前記環流ガス冷却手段に導入する冷媒の量を調節するようにしてもよい。
【００３１】
また、上述の本発明に係る内燃機関の排気環流装置において、前記環流ガス冷却手段に環流ガスが通過しない場合には、前記温度調節手段は前記環流ガス冷却手段の温度を調節しないことは好適である。
【００３２】
たとえ、煤、ＨＣあるいはＣＯを多く含んだ排気ガスが生成されようとも、このような排気ガスの一部が環流ガスとして環流ガス冷却手段を通過しない場合は、環流ガス冷却手段に煤等が付着することもない。よって、かかる構成とすることにより、必要な場合にのみ環流ガス冷却手段の温度を調節するので簡易な構成とすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る排気環流装置を備えた内燃機関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を有する水冷式の４気筒ディーゼルエンジンである。
【００３５】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、蓄圧室（コモンレール）４と接続され、このコモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。
【００３６】
内燃機関１には、吸気通路７が接続されており、この吸気通路７は、エアクリーナボックス８に接続されている。そして、エアクリーナボックス８より下流の吸気通路７には、該吸気通路７内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ９が取り付けられている。
【００３７】
また、吸気通路７の途中には、過給機（ターボチャージャー）１０のコンプレッサハウジング１０ａが設けられている。コンプレッサハウジング１０ａより下流の吸気通路７にはインタークーラ１１が取り付けられている。更にインタークーラ１１より下流の吸気通路７には、該吸気通路７内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１２が設けられている。この吸気絞り弁１２には、該吸気絞り弁１２を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１３が取り付けられている。
【００３８】
そして、コンプレッサハウジング１０ａに流入し、該コンプレッサハウジング１０ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１１にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１２によって流量を調節されて吸気通路７を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３９】
また、内燃機関１には排気通路１４が接続され、この排気通路１４は下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【００４０】
また、排気通路１４の途中には、前記過給機１０のタービンハウジング１０ｂが配置されており、排気通路１４のタービンハウジング１０ｂより下流の部位には、パティキュレートフィルタ及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が備えられた排気浄化装置１５が配置されている。
【００４１】
そして、排気浄化装置１５の上流の排気通路１４には該排気通路１４内を流通する排気の圧力に対応した電気信号を出力するフィルタ上流圧力センサ２６が取り付けられており、排気浄化装置１５より下流の排気通路１４には排気通路１４内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１６と、該排気通路１４内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ１７と、該排気通路１４内を流通する排気の圧力に対応した電気信号を出力するフィルタ下流圧力センサ２７とが取り付けられている。
【００４２】
そして、タービンハウジング１０ｂから排出された排気は、排気通路１４を介して排気浄化装置１５へ流入し、排気中の有害物質が除去又は浄化される。
【００４３】
また、前記吸気通路７における吸気絞り弁１２より下流の部位と、前記排気通路１４におけるタービンハウジング１０ｂより上流の部位とは、排気の一部を吸気通路７へ環流させる環流ガス通路としてのＥＧＲ通路１８を介して連通されている。このＥＧＲ通路１８の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１８内を流通する排気（以下、「ＥＧＲガス」と称する。）の流量を変更するＥＧＲ弁１９が設けられている。
【００４４】
そして、ＥＧＲ通路１８においてＥＧＲ弁１９より上流の部位には、該ＥＧＲ通路１８内を流通するＥＧＲガスを冷却する環流ガス冷却手段としてのＥＧＲクーラ２８が設けられている。
【００４５】
このＥＧＲクーラ２８には、２本の配管２９、３０が接続され、これら２本の配管２９、３０は、内燃機関１の冷却水を冷却するためのラジエター３１に接続されている。
【００４６】
２本の配管２９、３０のうちの一方の配管３０は、ラジエター３１において冷却された冷却水の一部をＥＧＲクーラ２８へ導くための配管でありもう一方の配管２９はＥＧＲクーラ２８から排出された冷却水をラジエター３１へ戻すための配管である。尚、以下では、配管３０を冷却水導入管３０と称し、配管２９を冷却水導出管２９と称するものとする。
【００４７】
そして、冷却水導入管３０の途中には、冷却水導入管３０内の流路を開閉する冷却水弁３２が設けられている。この冷却水弁３２は、駆動電力が印加されたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。
【００４８】
このように構成された排気環流装置では、ＥＧＲ弁１９が開弁されると、ＥＧＲ通路１８が導通状態となり、排気通路１４内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路１８へ流入し、ＥＧＲクーラ２８を経て吸気通路７へ導かれる。
【００４９】
その際、ＥＧＲクーラ２８では、ＥＧＲ通路１８内を流通するＥＧＲガスと冷媒としての冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。なお、本実施の形態においては、冷媒として水を用いたがその他オイル等ＥＧＲガスを冷却するためにＥＧＲガスとの間で熱交換を行なうものであればその種類は特に限定されるものではない。
【００５０】
そして、ＥＧＲ通路１８を介して排気通路１４から吸気通路７へ環流されたＥＧＲガスは、吸気通路７の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００５１】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が抑制される。
【００５２】
更に、ＥＧＲクーラ２８においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００５３】
また、排気浄化装置１５より上流の排気通路１４を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給手段を備えている。
【００５４】
この還元剤供給手段は、図１に示されるようにその噴孔が排気通路１４内に臨むよう内燃機関１のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２１と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２１へ導く還元剤供給路２２とを備えている。
【００５５】
尚、還元剤噴射弁２１は、該還元剤噴射弁２１の噴孔が排気通路１４におけるＥＧＲ通路１８との接続部位より下流であって、排気通路１４における４つの通路の集合部に最も近い気筒２の排気ポートに突出するとともに、排気通路１４の集合部へ向くようシリンダヘッドに取り付けられることが好ましい。
【００５６】
これは、還元剤噴射弁２１から噴射された還元剤（未燃の燃料成分）がＥＧＲ通路１８へ流入するのを防止するとともに、還元剤が排気通路１４内に滞ることなく過給機１０のタービンハウジング１０ｂへ到達するようにするためである。
【００５７】
尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒２のうち１番（＃１）気筒２が排気通路１４の集合部と最も近い位置にあるため、１番（＃１）気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２１が取り付けられているが、１番（＃１）気筒２以外の気筒２が排気通路１４の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２１が取り付けられるようにする。
【００５８】
このように構成された還元剤供給手段において、還元剤噴射弁２１から排気通路１４内へ噴射された還元剤は、排気通路１４の上流から流れてきた排気とともにタービンハウジング１０ｂへ流入する。タービンハウジング１０ｂ内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。
【００５９】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２５が併設されている。このＥＣＵ２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。
【００６０】
ＥＣＵ２５には、前述したエアフローメータ９、空燃比センサ１６、排気温度センサ１７に加え、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサ２３及び水温センサ２４、フィルタ上流圧力センサ２６、フィルタ下流圧力センサ２７等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２５に入力されるようになっている。
【００６１】
一方、ＥＣＵ２５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１３、ＥＧＲ弁１９、還元剤噴射弁２１、冷却水弁３２等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２５が、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１３、ＥＧＲ弁１９、還元剤噴射弁２１及び冷却水弁３２等を制御することが可能になっている。
【００６２】
例えば、ＥＣＵ２５は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算等を実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ２５が入力した各種信号やＥＣＵ２５が演算して得られた各種制御値は、該ＥＣＵ２５のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００６３】
例えば、ＥＧＲ制御では、先ず機関回転数、水温センサ２４の出力信号（冷却水温度）、アクセル開度等を読み出し、ＥＧＲ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
【００６４】
上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【００６５】
そして、上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＥＣＵ２５は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとしてＥＧＲ弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標ＥＧＲ弁開度を算出し、該目標ＥＧＲ弁開度に対応した駆動電力をＥＧＲ弁１９に印加する。一方、上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＥＣＵ２５は、ＥＧＲ弁１９を全閉状態に保持すべく制御する。
【００６６】
次に、本実施の形態に係る排気浄化装置１５のパティキュレートフィルタについて説明する。
【００６７】
図２にパティキュレートフィルタの構造を示す。なお、図２において（Ａ）はパティキュレートフィルタの横方向断面を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタの縦方向断面図を示している。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタは、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って、排気流入通路５０および排気流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００６８】
なお、パティキュレートフィルタは酸化触媒を担持したものでもよい。かかる場合は、パティキュレートフィルタの各排気流入通路５０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上に、例えばアルミナからなる担体の層を形成し、この担体上に酸化触媒が坦持されることとなる。
【００６９】
また、パティキュレートフィルタは例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流出通路５１内に流出する。そして、排気が隔壁５４を通る際に、隔壁５４で排気ガス中に含まれる煤等のＰＭを捕集することにより、ＰＭを大気中に放出しないようにしている。
【００７０】
また、ＰＭがパティキュレートフィルタにより過度に捕集されると隔壁５４は目詰まりを起こす。この目詰まりは排気抵抗の増加を生じさせ内燃機関１の出力低下を生じさせる。そのため、本実施の形態においては、パティキュレートフィルタの再生を図るためにパティキュレートフィルタの雰囲気温度を約５００℃の高温とし、酸素過剰雰囲気下でＰＭを酸化（燃焼）させて除去するＰＭ再生制御を実施する。
【００７１】
具体的には、先ずＰＭがパティキュレートフィルタに所定量以上堆積し、再生の必要があるか否かを判定する。
【００７２】
パティキュレートフィルタの上流側に配置されたフィルタ上流圧力センサ２６の出力信号と下流側に配置されたフィルタ下流圧力センサ２７の出力信号とに基づいてパティキュレートフィルタ前後の差圧をＥＣＵ２５のＣＰＵが算出し、算出された差圧をＲＯＭに記憶されたパティキュレートフィルタ前後の差圧とＰＭ堆積量との関係を示す数値マップに代入することによりパティキュレートフィルタに堆積したＰＭの量を求めることができる。
【００７３】
また、パティキュレートフィルタが再生されなかった時間、パティキュレートフィルタが再生されなかった間に車輌が走行した距離等に基づいてＰＭの堆積量を推定してもよい。
【００７４】
次にパティキュレートフィルタが再生の必要があると判定された場合には、ＰＭ再生制御実行条件が成立しているか否かを判定する。このＰＭ再生制御実行条件としては、例えば、パティキュレートフィルタが活性状態にあるか、排気温度センサ１７の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下であるか等の条件を例示することができる。
【００７５】
そして、ＰＭ再生制御実行条件が成立していると判定された場合は、パティキュレートフィルタの再生を行なうためにパティキュレートフィルタの温度を上昇させる。具体的にパティキュレートフィルタの温度を早期に上昇させる手段として、内燃機関１の圧縮行程での通常の主燃料噴射に加えて、排気行程中又は膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程又は排気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を行うことが有効である。ポスト噴射においては、排気行程中又は膨張行程中に噴射された燃料が未燃燃料として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入し、該触媒との反応熱により該触媒の温度が上昇する。一方、ビゴム噴射においては、吸気行程又は排気行程の上死点近傍で噴射された燃料がその後の行程で蒸発して着火し易いものとなり燃焼を安定させるので、主燃料噴射時期を遅延させることによりピストン運動に消費されるエネルギ量が減少し、それに伴い温度上昇した排気がパティキュレートフィルタに到達することにより該フィルタの温度が上昇する。更に噴射された燃料の未燃分が該触媒に供給され、それが該触媒上で酸化反応を起こし、以って該触媒の温度が上昇する。そして、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇するとその近傍に位置するパティキュレートフィルタの温度も上昇し、ＰＭが燃焼し除去されることとなる。
【００７６】
副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予めマップ化しておきＲＯＭに記憶させておけば、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから算出することができる。
【００７７】
なお、ポスト噴射及びビゴム噴射等の副噴射は、主燃料噴射との間に必ずしもインターバルを設ける必要はない。また、リッチスパイク制御と同様に還元剤噴射弁２１から還元剤たる燃料を噴射してパティキュレートフィルタの温度を上昇させてもよい。
【００７８】
また、排気浄化装置１５の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、該触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比（理論空燃比以上）であるときには、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、該触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比（理論空燃比以下）となったときには、吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元するものである。
【００７９】
従って、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって排気中の酸素濃度が低下するとともに還元剤の濃度が高まると、ＮＯｘ触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯｘ）が放出及び還元され、以てＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力が再生されることになる。
【００８０】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）がＮＯｘ触媒に吸収されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）がＮＯｘ触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００８１】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力が飽和し易い。
【００８２】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力が飽和する前にＮＯｘ触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯｘ触媒に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出及び還元させる必要がある。そこで、本実施の形態においては燃料添加制御を実施することとしている。
【００８３】
この燃料添加制御では、ＥＣＵ２５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチ空燃比とする、リッチスパイク制御を実行する。
【００８４】
リッチスパイク制御では、ＥＣＵ２５は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が活性状態にあるか、排気温度センサ１７の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下であるか、後述するＳＯｘ被毒解消制御が実行されていないか等の条件を例示することができる。
【００８５】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ２５は、還元剤噴射弁２１からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させることにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。そして、このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、その後排気浄化装置１５の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入し、該触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することになる。
【００８６】
このようにして、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことができることになる。
【００８７】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様のメカニズムによって排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵するため、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸蔵量が増加すると、それに応じて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低減する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。
【００８８】
そして、このようにＮＯｘ触媒にＳＯｘ被毒が生じると、ＮＯｘ吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）がＮＯｘ触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。したがって、ＮＯｘ触媒に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出及び還元させる、ＳＯｘ被毒解消制御を実施することとしている。
【００８９】
このＳＯｘ被毒解消制御では、ＥＣＵ２５は、先ず吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の床温を高める触媒昇温処理を実行した上で、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするようにする。
【００９０】
触媒昇温処理では、本実施の形態では、ポスト噴射又はビゴム噴射等の副噴射を行なう。ポスト噴射においては、上述したように、排気行程中又は膨張行程中に噴射された燃料が未燃燃料として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入し、該触媒との反応熱により該触媒の温度が上昇する。一方、ビゴム噴射においては、吸気行程又は排気行程の上死点近傍で噴射された燃料がその後の行程で蒸発して着火し易いものとなり燃焼を安定させるので、主燃料噴射時期を遅延させることによりピストン運動に消費されるエネルギ量が減少し、それに伴い温度上昇した排気が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に到達することにより該触媒の温度が上昇する。更に噴射された燃料の未燃分が該触媒に供給され、それが該触媒上で酸化反応を起こし、以って該触媒の温度が上昇する。
【００９１】
なお、ＥＣＵ２５が、還元剤噴射弁２１から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の床温を高めるようにしてもよい。
【００９２】
但し、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が過剰に昇温すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の熱劣化が促進される可能性があるため、排気温度センサ１７の出力信号値に基づいて副噴射量及び還元剤噴射量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【００９３】
そして、上記したような触媒昇温処理により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の床温が５００℃〜７００℃程度の高温域まで上昇すると、ＥＣＵ２５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく還元剤噴射弁２１から燃料を噴射させる。
【００９４】
このようにしてＳＯｘ被毒解消制御が実行されると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の床温が高い状況下で、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されている硫黄酸化物（ＳＯｘ）が還元されて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒が解消されることになる。
【００９５】
なお、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒はパティキュレートフィルタに担持されたものでもよい。かかる場合は、パティキュレートフィルタの各排気流入通路５０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上に、例えばアルミナからなる担体の層を形成し、この担体上に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が坦持されることとなる。
【００９６】
そして、本実施の形態においては、上述のＰＭ再生制御あるいはＳＯｘ被毒解消制御において、ポスト噴射、ビゴム噴射等の副噴射を実行する場合であって、ＥＧＲ制御実行中の場合には、必ず冷却水弁３２を閉じるようにする。
【００９７】
図３のフローチャート図を用いて具体的に説明する。
【００９８】
ステップ１００では、副噴射実行中であるか否かが判定される。そして、副噴射実行中であればステップ１０１に進み、副噴射実行中でなければステップ１０３へ進む。
【００９９】
ステップ１０１では、ＥＧＲ制御実行中であるか否かが判定される。そして、ＥＧＲ制御実行中であればステップ１０２に進み冷却水弁３２を閉じる。この状態、つまり、ポスト噴射、ビゴム噴射等の副噴射実行中である場合であって、ＥＧＲ制御実行中である場合は、気筒内にて煤、ＨＣの発生量が多くなり、このように煤等を多く含んだ排気がＥＧＲガスとして吸気通路７へ環流されＥＧＲクーラを通過する可能性がある。そして、その際、ＥＧＲクーラが低温であると煤等がＥＧＲクーラに付着してしまう可能性があるので、冷却水弁３２を閉じてＥＧＲクーラが冷やされないようにして煤等がＥＧＲクーラに付着しないようにする。
【０１００】
また、ステップ１０１でＥＧＲ制御実行中でなければステップ１０３に進む。そしてステップ１０３においては冷却水弁３２を開くようにする。ＥＧＲ制御実行中でなければ、ＥＧＲガスが吸気系へ環流されることがないので、たとえ、煤を多く含んだ排気ガスが生成されようとも、このような排気ガスはＥＧＲクーラを通過しないのでＥＧＲクーラに煤が付着することもないからである。
【０１０１】
そして、このようにすることで、各気筒２から排出されるＮＯｘの低減を図ることができるとともにＥＧＲクーラ２８に付着する煤、ＨＣ等の量を低減することができる。そして、ＥＧＲクーラに煤が付着することに起因する熱変換効率の悪化を防止することができる。
【０１０２】
（第２の実施の形態）
図４には、第２の実施の形態に係る環流装置を備えた内燃機関の構成を示す概略図が示されている。本実施の形態は、第１の実施の形態に対して、ＥＧＲ通路１８に空燃比センサ３３を備えた点のみ異なる。
【０１０３】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１０４】
そして、本実施の形態では、空燃比センサ３３の検出空燃比が所定の値よりも低い場合は、冷却水弁３２を閉じるようにする。つまり、空燃比センサ３３の出力値に基づいて、冷却水弁３２の開閉を制御し、煤やＨＣを大量に含んでいる空燃比である場合には冷却水弁３２を閉じるようにする。
【０１０５】
第１の実施の形態では、ポスト噴射、ビゴム噴射等の副噴射を実行している期間中に冷却水弁３２を閉じるが、副噴射を実行する場合以外においてもＳＯｘ被毒解消制御あるいは燃料添加制御において、還元剤噴射弁２１より還元剤を噴射する場合、還元剤噴射弁２１をＥＧＲ通路１８入口から離れた位置に配置しているとはいえ、還元剤が添加され大量にＨＣ、ＣＯを含んだ排気ガスがＥＧＲガスとしてＥＧＲクーラ２８を通過する可能性があることから空燃比センサ３３を設けて、その検出値に基づいて冷却水弁３２を閉じるようにした。
【０１０６】
一方、還元剤噴射弁２１はＥＧＲ通路１８入口から若干離れたところに位置しているため、還元剤を添加しても還元剤添加後の排気ガスがＥＧＲガスとしてＥＧＲクーラ２８を通過しない場合が多い。かかる場合にも、ＳＯｘ被毒解消制御あるいは燃料添加制御を実行する場合であって、還元剤噴射弁２１より還元剤を噴射する場合に必ず冷却水弁３２を閉じ、冷却水を流れないようにすると、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２８にて冷やされずそのまま燃焼室内へ吸入されることとなり、ＮＯｘ量を低減できなくなる。
【０１０７】
そこで、本実施の形態では、ＥＧＲ通路１８内に空燃比センサ３３を備え、煤あるいはＨＣが大量に含まれるリッチな空燃比であると検知された場合にのみ冷却水弁３２を閉じるようにした。
【０１０８】
図５のフローチャート図を用いて具体的に説明する。
【０１０９】
ステップ２００では、ＥＧＲ通路１８内の空燃比が所定空燃比α未満か否かが判定される。そして、所定空燃比α未満である場合はステップ２０１に進み、所定空燃比α以上である場合はステップ２０３へ進む。
【０１１０】
ステップ２０１では、ＥＧＲ制御実行中であるか否かが判定される。そして、ＥＧＲ制御実行中であればステップ２０２に進み冷却水弁３２を閉じる。この状態、つまり、ＥＧＲ通路１８内の空燃比が所定空燃比α未満である場合において、ＥＧＲ制御実行中である状態においては、煤、ＨＣあるいはＣＯを多く含んだ空燃比が低い排気がＥＧＲガスとして環流されＥＧＲクーラを通過する可能性がある。その際、ＥＧＲクーラが低温であると煤、ＨＣあるいはＣＯがＥＧＲクーラに付着するので、冷却水弁３２を閉じてＥＧＲクーラが冷やされないようにして煤等がＥＧＲクーラに付着しないようにする。
【０１１１】
また、ステップ２０１でＥＧＲ制御実行中でなければステップ２０３に進む。ステップ２０３においては冷却水弁３２を開くようにする。ＥＧＲ制御実行中でなければ、ＥＧＲガスが吸気系へ環流されることがないので、たとえ、煤を多く含んだ排気ガスが生成されようとも、このような排気ガスはＥＧＲクーラを通過しないのでＥＧＲクーラに煤が付着することもないからである。
【０１１２】
このようにすることで、各気筒２から排出されるＮＯｘの低減を図ることができるとともにＥＧＲクーラ２８へ付着する煤、ＨＣ等の量を低減することができる。そして、ＥＧＲクーラに煤等が付着することに起因する熱変換効率の悪化を防止することができる。
【０１１３】
（第３の実施の形態）
図６には、第３の実施の形態に係る環流装置を備えた内燃機関の構成を示す概略図が示されている。本実施の形態は、第１の実施の形態に対して、温度センサ３４を備えた点のみ異なる。
【０１１４】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１１５】
第１の実施の形態においては、ＰＭ再生制御、ＳＯｘ被毒解消制御を実行する場合でビゴム噴射あるいはポスト噴射を実行する場合はその期間中冷却水弁３２を閉じ、第２の実施の形態においては、ＥＧＲ通路１８内の空燃比が所定空燃比α未満である場合には冷却水弁３２を閉じることから、その間ＥＧＲクーラには冷却水が流れない。そのため、ＥＧＲクーラ２８内に滞留した冷却水が、ＥＧＲクーラ２８内を通過する高温のＥＧＲガスにより暖められ沸騰するおそれがある。特に、ＰＭ再生、ＳＯｘ被毒解消制御を実行する場合においては、燃料添加制御に比して長期間に渡り冷却水弁３２を閉じる場合があることから、冷却水が冷却水クーラ２８内に比較的長期間滞留し、このような事態が起こる可能性がある。
【０１１６】
そこで本実施の形態においては、第１及び第２の実施の形態では冷却水弁３２を閉じてＥＧＲクーラ２８内に冷却水を滞留させる期間中であっても、ＥＧＲクーラ２８に温度センサ３４を設けてその検知温度に基づいてＥＧＲクーラ２８に冷却水を流すか否かを制御するようにする。つまり、第１及び第２の実施の形態においては、冷却水弁３２を閉じる期間中であっても、温度センサ３４で検知した温度が所定の温度以上である場合は、冷却水弁３２を再び開くようにする。
【０１１７】
図７のフローチャート図を用いて具体的に説明する。
【０１１８】
ステップ３００では、副噴射実行中であるか否かが判定される。そして、副噴射実行中であればステップ３０１に進み、副噴射実行中でなければステップ３０４へ進む。
【０１１９】
ステップ３０１では、ＥＧＲ制御実行中であるか否かが判定される。そして、ＥＧＲ制御実行中であればステップ３０２に進み、ＥＧＲ制御実行中でなければステップ３０４に進む。
【０１２０】
そして、ステップ３０２では、ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が所定温度ＴＨより高いか否かが判定され、高い場合はステップ３０４へ進む。この状態、つまり、ポスト噴射、ビゴム噴射等の副噴射実行中であり、ＥＧＲ制御実行中である場合であって、ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が所定温度ＴＨより高い状態では、冷却水弁３２を閉じるとＥＧＲクーラ内に滞留した冷却水が高温のＥＧＲガスにより沸騰するおそれがある。そのため、かかる状態においては、冷却水弁３２を開くようにする。
【０１２１】
一方、ステップ３０２において、ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が所定温度ＴＨより高くない場合は、冷却水弁３２を閉じ、ＥＧＲクーラ内に冷却水を流さないようにする。このようにして、ＥＧＲクーラが冷却水により冷やされないようにすることで、煤あるいはＨＣがＥＧＲクーラに付着しないようにすることができる。
【０１２２】
また、第１の実施の形態と同様に、ステップ３０１でＥＧＲ制御実行中でなければステップ３０４に進み、冷却水弁３２を開くようにする。ＥＧＲ制御実行中でなければ、ＥＧＲガスが吸気系へ環流されることがないので、たとえ、煤を多く含んだ排気ガスが生成されようとも、このような排気ガスはＥＧＲクーラを通過しないのでＥＧＲクーラに煤が付着することもないからである。
【０１２３】
なお、該所定温度ＴＨは、ＥＧＲクーラの容量、ＥＧＲクーラに流れる冷却水を通す管の断面積、冷却水の流れる速度、ＥＧＲガスの量等に基づいて定まる値であり、該排気環流装置が搭載される内燃機関に応じて予め定められるものである。
【０１２４】
以上、かかる構成とすることで、各気筒２から排出されるＮＯｘの低減を図ることができるとともにＥＧＲクーラ内の冷却水を沸騰させることなくＥＧＲクーラ２８へ付着するＨＣ、煤等の量を低減することができる。そして、ＥＧＲクーラに煤が付着することに起因する熱変換効率の悪化を防止することができる。
【０１２５】
また、本実施の形態のステップ３００においては、第１の実施の形態と同様に副噴射実行中であるか否かを判定しているが、第２の実施の形態と同じようにＥＧＲ通路内の空燃比が所定の空燃比αよりも低いか否かで判定してもよい。
【０１２６】
（第４の実施の形態）
図８には、第４の実施の形態に係る環流装置を備えた内燃機関の構成を示す概略図が示されている。
【０１２７】
本実施の形態は、第３の実施の形態に対して、冷却水弁３２の代わりにＥＧＲクーラ２８に流入する冷却水の量を調節する冷却水絞り弁３５が設けられている点のみ異なる。そして、この冷却水絞り弁３５には、ステッパモータ等で構成されて該冷却水絞り弁３２を開閉駆動する冷却水絞り用アクチュエータ３６が取り付けられている。
【０１２８】
その他の構成および作用については第３の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１２９】
第３の実施の形態において説明したように、第１及び第２の実施の形態においては冷却水弁３２を閉じている間ＥＧＲクーラには冷却水が流れないため、ＥＧＲクーラ２８内に滞留した冷却水が、ＥＧＲクーラ２８内を通過する高温のＥＧＲガスにより暖められ沸騰するおそれがある。
【０１３０】
一方、第３の実施の形態のように、温度センサ３４の検知温度に基づいてＥＧＲクーラ内の冷却水の温度が所定温度ＴＨ以上である場合に冷却水弁３２を開けるとＥＧＲクーラ内の冷却水が沸騰するのは防げるが、煤等を大量に含んだＥＧＲガスが冷却水によって急激に冷やされたＥＧＲクーラを通過し、ＥＧＲクーラに煤等が付着する可能性がある。
【０１３１】
そこで本実施の形態においては、ＥＧＲクーラ２８内の冷却水の温度が所定温度ＴＨ以上である場合は、その温度に応じて冷却水絞り弁３５の開閉量を調節しＥＧＲクーラ２８内に新たに導入される冷却水量を調節することとした。つまり、ＥＧＲクーラ２８内の温度がＴＨよりもやや高い場合は冷却水絞り弁３５を少しだけ開き、少量だけＥＧＲクーラ２８内に導入するようにし、ＴＨよりもかなり高い場合は冷却水絞り弁３５の開き量を大きくし、多量の冷却水がＥＧＲクーラ２８内に導入されるようにする。
【０１３２】
図９のフローチャート図を用いて具体的に説明する。
【０１３３】
ステップ４００では、副噴射実行中であるか否かが判定される。そして、副噴射実行中であればステップ４０１に進み、副噴射実行中でなければステップ４０５へ進み冷却水絞り弁３５を全開にする。
【０１３４】
ステップ４０１では、ＥＧＲ制御実行中であるか否かが判定される。そして、ＥＧＲ制御実行中であればステップ４０２に進む。
【０１３５】
そして、ステップ４０２では、ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が所定温度ＴＨより高いか否かが判定され、高い場合はステップ４０３へ進む。この状態、つまり、ポスト噴射、ビゴム噴射等の副噴射実行中であり、ＥＧＲ制御実行中である場合であって、ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が所定温度ＴＨより高い状態では、冷却水弁３２を閉じるとＥＧＲクーラ内に滞留した冷却水が高温のＥＧＲガスにより沸騰されるおそれがある。そのため、かかる状態においては、冷却水絞り弁３５によりＥＧＲクーラ２８内に流れる冷却水量をその温度に応じて調節する。
【０１３６】
冷却水絞り弁３５の開き量は、ＥＧＲクーラ内の冷却水温度とＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガスの温度・量との関係を予めマップ化しておきＥＣＵ２５内のＲＯＭに記憶させておけば、そのマップと温度センサ３４の検知温度とＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガスの温度・量とから算出することができる。
【０１３７】
一方、ステップ４０２において、ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が所定温度ＴＨより高くない場合は、ステップ４０４に進み冷却水絞り弁３５を全閉にする。
【０１３８】
このように、冷却水絞り弁３５を全閉にしＥＧＲクーラが冷やされないようにすることで、煤等がＥＧＲクーラに付着しないようにすることができる。
【０１３９】
また、ステップ４０１でＥＧＲ制御実行中でなければステップ４０５に進み、冷却水絞り弁３５を全開にする。ＥＧＲ制御実行中でなければ、ＥＧＲガスが吸気系へ環流されることがないので、たとえ、煤を多く含んだ排気ガスが生成されようとも、このような排気ガスはＥＧＲクーラを通過しないのでＥＧＲクーラに煤が付着することもないからである。
【０１４０】
なお、所定温度ＴＨは、ＥＧＲクーラの容量、ＥＧＲクーラに流れる冷却水を通す管の断面積、冷却水の流れる速度等に基づいて定まる値であり、該排気環流装置が搭載される内燃機関に応じて予め定めておいてもいいし、内燃機関の運転状態等に応じて可変させても良い。
【０１４１】
以上、かかる構成とすることで、各気筒２から排出されるＮＯｘの低減を図ることができるとともにＥＧＲクーラ内の冷却水を沸騰させることなくＥＧＲクーラ２８へ付着するＨＣ、煤等の量を低減することができる。そして、ＥＧＲクーラに煤が付着することに起因する熱変換効率の悪化を防止することができる。
【０１４２】
なお、本実施の形態のステップ４００においては、第１の実施の形態と同様に副噴射実行中であるか否かを判定しているが、第２の実施の形態と同じようにＥＧＲ通路内の空燃比が所定の空燃比αよりも低いか否かで判定してもよい。
【０１４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、煤、ＨＣあるいはＣＯを多く含んだ排気ガスが環流ガスとして例えばＥＧＲクーラ等の環流ガス冷却手段を通過する場合においても、環流ガス冷却手段に付着する煤あるいはＨＣの量を低減することができるので、ＮＯｘの低減を図ることができるとともに環流ガス冷却手段に煤等が付着することに起因する熱変換効率の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る内燃機関の排気環流装置を適用する内燃機関とその吸排気系、排気系の概略構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図であり、（Ｂ）は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る排気環流装置に設けられた冷却水弁の開閉制御のフローチャート図である。
【図４】第２の実施の形態に係る内燃機関の排気環流装置を適用する内燃機関とその吸排気系、排気系の概略構成を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る排気環流装置に設けられた冷却水弁の開閉制御のフローチャート図である。
【図６】第３の実施の形態に係る内燃機関の排気環流装置を適用する内燃機関とその吸排気系、排気系の概略構成を示す図である。
【図７】第３の実施の形態に係る排気環流装置に設けられた冷却水弁の開閉制御のフローチャート図である。
【図８】第４の実施の形態に係る内燃機関の排気環流装置を適用する内燃機関とその吸排気系、排気系の概略構成を示す図である。
【図９】第４の実施の形態に係る排気環流装置に設けられた冷却水絞り弁の開閉量制御のフローチャート図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
７ 吸気通路
８ エアクリーナボックス
９ エアフローメータ
１０ 遠心過給器
１１ インタークーラ
１２ 吸気絞り弁
１３ 吸気絞り用アクチュエータ
１４ 排気通路
１５ 排気浄化装置
１６ 空燃比センサ
１７ 排気温度センサ
１８ ＥＧＲ通路
１９ ＥＧＲ弁
２０ 排気ポート
２１ 還元剤添加弁
２２ 還元剤供給路
２３ クランクポジションセンサ
２４ 水温センサ
２５ ＥＣＵ
２６ フィルタ上流圧力センサ
２７ フィルタ下流圧力センサ
２８ ＥＧＲクーラ
２９ 冷却水導出管
３０ 冷却水導入管
３１ ラジエター
３２ 冷却水弁
３３ 空燃比センサ
３４ 温度センサ
３５ 冷却水絞り弁
３６ アクチュエータ
５０ 排気流入通路
５１ 排気流出通路
５２，５３ 栓
５４ 隔壁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of exhaust gas flowing through an exhaust system of an internal combustion engine to an intake system, and more particularly to an exhaust gas recirculation device provided with a cooling unit such as a cooler that cools recirculated gas. .
[0002]
[Prior art]
It is known that in an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, a large amount of nitrogen oxides (NOx) is generated when an oxygen-excess mixture is burned. In particular, the higher the combustion speed of the air-fuel mixture or the higher the combustion temperature of the air-fuel mixture, the more nitrogen oxides (NOx) are generated.
[0003]
Then, in order to reduce the amount of nitrogen oxides (NOx) generated as described above as an exhaust gas to be discharged to the outside of the vehicle, a part of the exhaust gas is circulated to the intake air to reduce the combustion speed and the combustion temperature. It is known that an exhaust gas recirculation device, for example, an EGR device, which suppresses the generation of NOx while keeping it low, is effective and widely used.
[0004]
In this EGR device, it is important that the exhaust gas (hereinafter, referred to as “EGR gas”) recirculated from the exhaust system to the intake system has an appropriate temperature. That is, if the temperature of the EGR gas is excessively high, the proportion of the EGR gas which has expanded at a high temperature in the intake air increases, and the amount of air entering the cylinder is reduced. On the other hand, when the temperature of the EGR gas is excessively low, the heat of the EGR gas is used when the internal combustion engine is cold, etc. As a result, the intake air temperature and the atmosphere temperature in the combustion chamber cannot be increased, so that it may be difficult to completely burn the air-fuel mixture.
[0005]
Therefore, for example, a water-cooled EGR cooler is provided in the middle of a part of the exhaust gas being recirculated to the intake system as the EGR gas, and the engine cooling water is circulated through the cooling water passage into the EGR cooler. The EGR gas is cooled to an appropriate temperature (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-132553 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The exhaust gas of an internal combustion engine, particularly a diesel engine, provided with an exhaust gas recirculation device having such a configuration contains harmful PM (particulate matter: particulate matter) mainly composed of soot and HC. In addition, a filter for trapping PM before the air is released is disposed in the exhaust system. In such a filter, in order to prevent an increase in exhaust resistance due to clogging, it is necessary to perform so-called PM regeneration, in which the collected PM is burned out.
[0008]
In the PM regeneration, the property that PM is ignited and burned when the temperature is set to 500 ° C. or higher, which is higher than the normal exhaust gas temperature of the diesel engine of about 400 ° C., is used. As one means for raising the temperature of the filter to 500 ° C. or more, in addition to the normal main fuel injection during the compression stroke of the internal combustion engine, fuel is additionally injected into the cylinder during the exhaust stroke or the expansion stroke. Sub-injection such as post-injection or injection of fuel into the cylinder near the top dead center of the intake stroke or the exhaust stroke is performed.
[0009]
Also, in recent years, it has been put to practical use to arrange a NOx absorbent such as a storage reduction type NOx catalyst in an exhaust system of an internal combustion engine to remove nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas.
[0010]
Such a NOx absorbent also absorbs sulfur oxides (SOx) together with nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas. Therefore, when the amount of sulfur oxides (SOx) absorbed increases, the nitrogen in the exhaust gas is reduced. This causes so-called SOx poisoning in which oxides (NOx) cannot be absorbed completely.
[0011]
On the other hand, first, a catalyst temperature raising process for increasing the bed temperature of the NOx storage reduction catalyst is performed, and then the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is set to a rich air-fuel ratio to thereby make the NOx storage reduction catalyst available. There has been proposed a technique for removing sulfur oxides (SOx) from a catalyst, thereby eliminating SOx poisoning of a NOx absorbent. In the catalyst temperature raising process, it has been proposed to post-inject fuel, release a large amount of HC into the exhaust system, and raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst, similarly to the above-described PM regeneration.
[0012]
In such a sub-injection such as post-injection or rubber injection, a large amount of soot, HC or CO is generated in the cylinder, and exhaust gas containing a large amount of such soot is returned to the intake system as recirculated gas (EGR gas). When passing through an EGR cooler, which is a means for cooling the recirculated gas at the time of reflux, if the temperature of the EGR cooler is low, soot and the like adhere to the EGR cooler. In particular, since the temperature of the wall near the passage of the cooling water flowing through the EGR cooler becomes the lowest, soot or HC adheres to the wall. If soot and the like adhere to the EGR cooler, normal heat conversion cannot be performed thereafter, and the EGR gas cannot be cooled properly during normal operation.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to recycle exhaust gas containing a large amount of soot, HC, or CO generated by performing sub-injection or the like into an intake system. An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that can reduce the amount of soot and the like adhering to the recirculation gas cooling means even when the recirculation gas passes through a recirculation gas cooling means (for example, an EGR cooler).
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, when a part of the exhaust gas passes through the circulating gas cooling means as circulating gas, the temperature of the circulating gas cooling means is adjusted according to the properties of the circulating gas. It is characterized by the following.
[0015]
As a specific means, a circulating gas passage in which a part of the exhaust gas is circulated to the intake side as a circulating gas, and a circulating gas cooling provided in the circulating gas passage and cooling the circulating gas passing through the circulating gas passage Means, an air-fuel ratio detecting means for detecting a parameter correlated with the air-fuel ratio of the circulating gas, and increasing the temperature of the circulating gas cooling means when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means is rich. A temperature control means.
[0016]
Examples of the air-fuel ratio detecting means include an air-fuel ratio sensor and an oxygen concentration sensor that are disposed in the recirculating gas passage and upstream of the recirculating gas cooling means and / or downstream of the recirculating gas cooling means.
[0017]
With such a configuration, even when a part of the exhaust gas containing a large amount of HC, CO, etc. and having a low air-fuel ratio passes through the circulating gas cooling means as the circulating gas, the temperature adjusting means controls the circulating gas cooling means. Since the temperature is adjusted, it is possible to prevent soot and the like from adhering to the reflux gas cooling means due to excessive cooling of the reflux gas.
[0018]
Note that the recirculated gas may be, for example, EGR gas in which part of the exhaust gas is recirculated to the intake system, mixed with fresh air, and sucked into the combustion chamber again.
[0019]
Further, as the reflux gas cooling means, a means for cooling the reflux gas by exchanging heat between the introduced refrigerant and the reflux gas can be exemplified. And water, oil, etc. can be illustrated as a refrigerant.
[0020]
When the reflux gas is cooled by performing heat exchange between the introduced refrigerant and the reflux gas as the reflux gas cooling unit, the temperature adjustment unit includes the reflux gas cooling unit. One that adjusts the temperature of the circulating gas cooling means by adjusting the amount of the introduced refrigerant can be exemplified.
[0021]
For example, when the air-fuel ratio of the circulating gas in the circulating gas passage in which a part of the exhaust gas containing a large amount of soot, HC or CO may pass through the circulating gas cooling means as the circulating gas is low, The amount of the refrigerant introduced into the gas cooling means may be reduced so that the reflux gas cooling means does not excessively cool.
[0022]
Further, as the reflux gas cooling means, when cooling the reflux gas by causing heat exchange between the introduced refrigerant and the reflux gas, the apparatus further comprises a temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant, The temperature adjusting means may adjust the amount of the refrigerant introduced into the circulating gas cooling means based on the temperature detected by the temperature detecting means.
[0023]
When reducing the amount of the refrigerant such as water to be introduced into the circulating gas cooling means, the refrigerant may stay in the circulating gas cooling means, but in such a case, the refrigerant is cooled by the high-temperature circulating gas passing through the circulating gas cooling means. May be boiled.
[0024]
In order to prevent such an adverse effect, a temperature detection unit is provided to detect the temperature of the refrigerant, and for example, when the temperature is such that the refrigerant boils, the temperature adjustment unit is provided with a refrigerant introduced into the reflux gas cooling unit. Should not be reduced.
[0025]
The present invention may employ the following means in order to solve the above-described problems. That is, the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention includes a recirculating gas passage through which a part of the exhaust gas is recirculated to the intake side as a recirculating gas, and a recirculating gas passage provided in the recirculating gas passage. A recirculation gas cooling means for cooling gas, wherein the recirculation gas cooling is performed when fuel is injected in at least one of an intake stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke of the internal combustion engine. It is characterized by comprising a temperature adjusting means for increasing the temperature of the means.
[0026]
In the present invention, a temperature adjusting means for adjusting the temperature of the circulating gas is provided, and when the fuel is injected in at least one of the intake stroke, the expansion stroke and the exhaust stroke, the temperature of the circulating gas cooling means is adjusted by the temperature adjusting means. Can rise. For example, fuel is injected in at least one of an intake stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke in which a part of the exhaust gas containing a large amount of soot, HC, or CO may pass through the reflux gas cooling means as a reflux gas. In this case, the temperature of the circulating gas cooling means is increased by the temperature adjusting means to a temperature at which soot and the like do not adhere to the circulating gas cooling means.
[0027]
By doing so, it is possible to suppress soot and the like contained in the circulating gas from adhering to the circulating gas cooling means, so that the circulating gas can be appropriately cooled during normal operation of the internal combustion engine.
[0028]
The fuel is injected in at least one of an intake stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke of the internal combustion engine when regenerating a diesel particulate filter provided in an exhaust passage or a catalyst provided in an exhaust passage. Can be exemplified.
[0029]
The reflux gas, the reflux gas cooling means, and the temperature control means can be the same as those described above.
[0030]
Further, as the reflux gas cooling means, when cooling the reflux gas by causing heat exchange between the introduced refrigerant and the reflux gas, the apparatus further comprises a temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant, The temperature adjusting means may adjust the amount of the refrigerant introduced into the circulating gas cooling means based on the temperature detected by the temperature detecting means.
[0031]
Further, in the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention described above, it is preferable that the temperature adjusting means does not adjust the temperature of the recirculating gas cooling means when the recirculating gas does not pass through the recirculating gas cooling means. is there.
[0032]
Even if exhaust gas containing a large amount of soot, HC, or CO is generated, if some of such exhaust gas does not pass through the circulating gas cooling means as circulating gas, soot and the like adhere to the circulating gas cooling means. Nothing to do. Therefore, with such a configuration, the temperature of the circulating gas cooling unit is adjusted only when necessary, so that a simple configuration can be achieved.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be illustratively described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention thereto unless otherwise specified. Absent.
[0034]
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device according to the present invention. The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cylinder diesel engine having four cylinders 2.
[0035]
The internal combustion engine 1 includes a fuel injection valve 3 for directly injecting fuel into a combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber (common rail) 4, which communicates with a fuel pump 6 via a fuel supply pipe 5.
[0036]
An intake passage 7 is connected to the internal combustion engine 1, and the intake passage 7 is connected to an air cleaner box 8. An air flow meter 9 that outputs an electric signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake passage 7 is attached to the intake passage 7 downstream of the air cleaner box 8.
[0037]
In the middle of the intake passage 7, a compressor housing 10a of a supercharger (turbocharger) 10 is provided. An intercooler 11 is attached to the intake passage 7 downstream of the compressor housing 10a. Further, an intake throttle valve 12 for adjusting the flow rate of intake air flowing through the intake passage 7 is provided in the intake passage 7 downstream of the intercooler 11. An intake throttle actuator 13 for driving the intake throttle valve 12 to open and close is attached to the intake throttle valve 12.
[0038]
The intake air that has flowed into the compressor housing 10a and has been compressed in the compressor housing 10a and has been heated to a high temperature is cooled by the intercooler 11, and the flow rate thereof is adjusted by the intake throttle valve 12 as necessary, thereby adjusting the intake air. The fuel is distributed to the combustion chambers of the cylinders 2 through the passages 7 and is burned using the fuel injected from the fuel injection valves 3 of the cylinders 2 as an ignition source.
[0039]
Further, an exhaust passage 14 is connected to the internal combustion engine 1, and the exhaust passage 14 is connected downstream to a muffler (not shown).
[0040]
A turbine housing 10b of the supercharger 10 is disposed in the exhaust passage 14, and a particulate filter and a NOx storage reduction catalyst are provided in a portion of the exhaust passage 14 downstream of the turbine housing 10b. Exhaust purification device 15 is arranged.
[0041]
A filter upstream pressure sensor 26 that outputs an electric signal corresponding to the pressure of exhaust gas flowing through the exhaust passage 14 is attached to the exhaust passage 14 upstream of the exhaust purification device 15, The air-fuel ratio sensor 16 outputs an electric signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 14, and outputs an electric signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 14. An exhaust gas temperature sensor 17 and a filter downstream pressure sensor 27 that outputs an electric signal corresponding to the pressure of exhaust gas flowing through the exhaust passage 14 are attached.
[0042]
Then, the exhaust gas discharged from the turbine housing 10b flows into the exhaust gas purification device 15 via the exhaust passage 14, and harmful substances in the exhaust gas are removed or purified.
[0043]
A portion of the intake passage 7 downstream of the intake throttle valve 12 and a portion of the exhaust passage 14 upstream of the turbine housing 10b are an EGR passage as a recirculating gas passage for recirculating a part of exhaust gas to the intake passage 7. And 18. EGR passage 18 includes an electromagnetic valve or the like, and changes the flow rate of exhaust gas (hereinafter, referred to as “EGR gas”) flowing through EGR passage 18 according to the magnitude of the applied power. A valve 19 is provided.
[0044]
An EGR cooler 28 is provided at a position upstream of the EGR valve 19 in the EGR passage 18 as recirculating gas cooling means for cooling EGR gas flowing through the EGR passage 18.
[0045]
Two pipes 29 and 30 are connected to the EGR cooler 28, and these two pipes 29 and 30 are connected to a radiator 31 for cooling the cooling water of the internal combustion engine 1.
[0046]
One of the two pipes 29, 30 is a pipe for guiding a part of the cooling water cooled in the radiator 31 to the EGR cooler 28, and the other pipe 29 is discharged from the EGR cooler 28. This is a pipe for returning the cooled water to the radiator 31. In the following, the pipe 30 is referred to as a cooling water introduction pipe 30 and the pipe 29 is referred to as a cooling water outlet pipe 29.
[0047]
Further, a cooling water valve 32 that opens and closes a flow path in the cooling water introduction pipe 30 is provided in the middle of the cooling water introduction pipe 30. The cooling water valve 32 is configured by an electromagnetically driven valve that opens when driving power is applied.
[0048]
In the exhaust gas recirculation device configured as described above, when the EGR valve 19 is opened, the EGR passage 18 becomes conductive, and a part of the exhaust gas flowing in the exhaust passage 14 flows into the EGR passage 18 and the EGR passage 18 It is guided to the intake passage 7 via the cooler 28.
[0049]
At that time, in the EGR cooler 28, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the EGR passage 18 and the cooling water as the refrigerant, and the EGR gas is cooled. In the present embodiment, water is used as the refrigerant. However, the type of the refrigerant is not particularly limited as long as heat exchange is performed with EGR gas for cooling EGR gas such as oil. .
[0050]
Then, the EGR gas circulated from the exhaust passage 14 to the intake passage 7 via the EGR passage 18 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while mixing with fresh air flowing from the upstream of the intake passage 7, and fuel injection is performed. The fuel injected from the valve 3 is burned using the ignition source.
[0051]
Here, the EGR gas includes water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ), Etc., because it does not burn itself and contains an endothermic inert gas component, when the EGR gas is contained in the mixture, the combustion temperature of the mixture decreases. Thus, the generation amount of nitrogen oxides (NOx) is suppressed.
[0052]
Further, when the EGR gas is cooled in the EGR cooler 28, the temperature of the EGR gas itself decreases and the volume of the EGR gas decreases, so that the amount of fresh air (volume of fresh air) supplied to the combustion chamber is reduced. There is no unnecessary reduction.
[0053]
Further, a reducing agent supply means is provided for adding fuel (light oil) as a reducing agent to exhaust gas flowing through the exhaust passage 14 upstream of the exhaust gas purification device 15.
[0054]
As shown in FIG. 1, this reducing agent supply means is mounted on the cylinder head of the internal combustion engine 1 so that its injection hole faces the exhaust passage 14, and opens when a fuel having a predetermined valve opening pressure or more is applied. A reducing agent injection valve 21 for injecting fuel by valve opening and a reducing agent supply passage 22 for guiding the fuel discharged from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 21 are provided.
[0055]
In addition, the reducing agent injection valve 21 is a cylinder in which the injection hole of the reducing agent injection valve 21 is located downstream of a connection portion of the exhaust passage 14 with the EGR passage 18 and is closest to a collection portion of the four passages in the exhaust passage 14. Preferably, it is attached to the cylinder head so as to project to the second exhaust port and to face the gathering portion of the exhaust passage 14.
[0056]
This prevents the reducing agent (unburned fuel component) injected from the reducing agent injection valve 21 from flowing into the EGR passage 18 and prevents the reducing agent from stagnating in the exhaust passage 14 of the supercharger 10. This is to reach the turbine housing 10b.
[0057]
In the example shown in FIG. 1, the first (# 1) cylinder 2 among the four cylinders 2 of the internal combustion engine 1 is located closest to the gathering portion of the exhaust passage 14, so that the first (# 1) cylinder 2 When the reducing agent injection valve 21 is attached to the exhaust port of the cylinder 2, when the cylinder 2 other than the first (# 1) cylinder 2 is located at the position closest to the collecting portion of the exhaust passage 14, the exhaust port of the cylinder 2 Is mounted with the reducing agent injection valve 21.
[0058]
In the reducing agent supply means configured as described above, the reducing agent injected from the reducing agent injection valve 21 into the exhaust passage 14 flows into the turbine housing 10b together with the exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust passage 14. The exhaust gas and the reducing agent that have flowed into the turbine housing 10b are stirred and uniformly mixed by the rotation of the turbine wheel to form an exhaust gas having a rich air-fuel ratio.
[0059]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) 25 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 25 is an arithmetic and logic circuit including a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like.
[0060]
The ECU 25 includes a crank position sensor 23 and a water temperature sensor 24 attached to the internal combustion engine 1, a filter upstream pressure sensor 26, a filter downstream pressure sensor 27, and the like, in addition to the above-described air flow meter 9, air-fuel ratio sensor 16, and exhaust temperature sensor 17. Are connected via electric wiring, and the output signals of the various sensors are input to the ECU 25.
[0061]
On the other hand, the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 13, the EGR valve 19, the reducing agent injection valve 21, the cooling water valve 32, and the like are connected to the ECU 25 via electric wiring. The throttle actuator 13, the EGR valve 19, the reducing agent injection valve 21, the cooling water valve 32 and the like can be controlled.
[0062]
For example, the ECU 25 executes the input of output signals of various sensors, the calculation of the engine speed, the calculation of the fuel injection amount, the calculation of the fuel injection timing, and the like in a basic routine to be executed at regular intervals. Various signals input by the ECU 25 in the basic routine and various control values obtained by calculation by the ECU 25 are temporarily stored in the RAM of the ECU 25.
[0063]
For example, in the EGR control, first, an engine speed, an output signal (cooling water temperature) of the water temperature sensor 24, an accelerator opening, and the like are read, and it is determined whether or not the execution condition of the EGR control is satisfied.
[0064]
The above-described EGR control execution conditions include, for example, that the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, that the internal combustion engine 1 has been continuously operated for a predetermined time or more from the start, and that the amount of change in the accelerator opening is a positive value. Conditions can be exemplified.
[0065]
When it is determined that the EGR control execution condition described above is satisfied, the ECU 25 accesses the EGR valve opening control map using the engine speed and the accelerator opening as parameters, and executes the engine speed and the engine speed. A target EGR valve opening corresponding to the accelerator opening is calculated, and drive power corresponding to the target EGR valve opening is applied to the EGR valve 19. On the other hand, if it is determined that the above-described EGR control execution condition is not satisfied, the ECU 25 performs control to maintain the EGR valve 19 in the fully closed state.
[0066]
Next, the particulate filter of the exhaust emission control device 15 according to the present embodiment will be described.
[0067]
FIG. 2 shows the structure of the particulate filter. 2A shows a horizontal cross section of the particulate filter, and FIG. 2B shows a vertical cross section of the particulate filter. As shown in FIGS. 2A and 2B, the particulate filter is a so-called wall flow type including a plurality of exhaust passages 50 and 51 extending parallel to each other. These exhaust passages include an exhaust inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53. In FIG. 2A, hatched portions indicate plugs 53. Accordingly, the exhaust inflow passages 50 and the exhaust outflow passages 51 are alternately arranged with the thin partition walls 54 interposed therebetween. In other words, the exhaust inflow passage 50 and the exhaust outflow passage 51 are arranged such that each exhaust inflow passage 50 is surrounded by four exhaust outflow passages 51 and each exhaust outflow passage 51 is surrounded by the four exhaust inflow passages 50.
[0068]
The particulate filter may support an oxidation catalyst. In such a case, a layer of a carrier made of, for example, alumina is formed on the peripheral wall surface of each exhaust inflow passage 50 and each exhaust outflow passage 51 of the particulate filter, that is, on both side surfaces of each partition wall 54 and on the inner wall surface of pores in the partition wall 54. Is formed, and the oxidation catalyst is supported on this carrier.
[0069]
Further, the particulate filter is formed of, for example, a porous material such as cordierite, so that the exhaust gas flowing into the exhaust inflow passage 50 is formed in the surrounding partition wall 54 as shown by an arrow in FIG. And flows out into the adjacent exhaust outflow passage 51. When the exhaust gas passes through the partition wall 54, the partition wall 54 collects PM such as soot contained in the exhaust gas so that the PM is not released to the atmosphere.
[0070]
When PM is excessively collected by the particulate filter, the partition wall 54 is clogged. This clogging causes an increase in exhaust resistance and a decrease in output of the internal combustion engine 1. Therefore, in the present embodiment, in order to regenerate the particulate filter, the ambient temperature of the particulate filter is set to a high temperature of about 500 ° C., and the PM regeneration control for oxidizing (burning) and removing PM in an oxygen-excess atmosphere. Is carried out.
[0071]
Specifically, first, PM is deposited on the particulate filter in a predetermined amount or more, and it is determined whether or not the PM needs to be regenerated.
[0072]
The CPU of the ECU 25 calculates the differential pressure across the particulate filter based on the output signal of the filter upstream pressure sensor 26 disposed on the upstream side of the particulate filter and the output signal of the filter downstream pressure sensor 27 disposed on the downstream side. Then, the amount of PM deposited on the particulate filter can be obtained by substituting the calculated differential pressure into a numerical map indicating the relationship between the differential pressure before and after the particulate filter stored in the ROM and the PM deposition amount. .
[0073]
Further, the amount of accumulated PM may be estimated based on the time during which the particulate filter was not regenerated, the distance traveled by the vehicle while the particulate filter was not regenerated, and the like.
[0074]
Next, when it is determined that the particulate filter needs to be regenerated, it is determined whether the PM regeneration control execution condition is satisfied. Examples of the PM regeneration control execution conditions include conditions such as whether the particulate filter is in an active state, whether the output signal value (exhaust temperature) of the exhaust temperature sensor 17 is equal to or lower than a predetermined upper limit, and the like. it can.
[0075]
When it is determined that the PM regeneration control execution condition is satisfied, the temperature of the particulate filter is increased in order to perform the regeneration of the particulate filter. Specifically, as a means for raising the temperature of the particulate filter early, in addition to the normal main fuel injection during the compression stroke of the internal combustion engine 1, fuel is additionally injected into the cylinder during the exhaust stroke or the expansion stroke. It is effective to perform post-injection for injection or sub-injection such as rubber injection for injecting fuel into the cylinder near the top dead center of the intake stroke or the exhaust stroke. In the post-injection, the fuel injected during the exhaust stroke or the expansion stroke flows as unburned fuel into the NOx storage reduction catalyst, and the temperature of the catalyst increases due to heat of reaction with the catalyst. On the other hand, in the rubber injection, the fuel injected near the top dead center of the intake stroke or the exhaust stroke evaporates in the subsequent strokes and becomes easy to ignite, stabilizing the combustion.Thus, by delaying the main fuel injection timing, The amount of energy consumed by the piston movement decreases, and the exhaust gas whose temperature rises along with it reaches the particulate filter, whereby the temperature of the filter increases. Further, the unburned portion of the injected fuel is supplied to the catalyst, which causes an oxidation reaction on the catalyst, thereby increasing the temperature of the catalyst. When the temperature of the NOx storage reduction catalyst rises, the temperature of the particulate filter located in the vicinity thereof also rises, and PM is burned and removed.
[0076]
If the relationship between the accelerator opening, the engine speed, and the sub-injection amount or the sub-injection timing is mapped in advance and stored in the ROM, the map, the accelerator opening, and the engine rotation can be used for the amount and the injection timing of the sub-injection. It can be calculated from the numbers.
[0077]
It is not always necessary to provide an interval between the post-injection and the sub-injection such as the rubber injection and the main fuel injection. Further, similarly to the rich spike control, the fuel as the reducing agent may be injected from the reducing agent injection valve 21 to increase the temperature of the particulate filter.
[0078]
When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is a lean air-fuel ratio (not less than the stoichiometric air-fuel ratio), the storage reduction type NOx catalyst of the exhaust purification device 15 stores nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas, When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes a rich air-fuel ratio (below the stoichiometric air-fuel ratio), the stored nitrogen oxides (NOx) are reduced.
[0079]
Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio and the oxygen concentration in the exhaust decreases and the concentration of the reducing agent increases, the nitrogen oxides ( NOx) is released and reduced, whereby the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is regenerated.
[0080]
By the way, when the internal combustion engine 1 is performing the lean burn operation, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 becomes a lean atmosphere and the oxygen concentration of the exhaust gas becomes high, so that nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas Is absorbed by the NOx catalyst, but if the lean burn operation of the internal combustion engine 1 is continued for a long time, the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is saturated, and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are absorbed by the NOx catalyst. It is released into the atmosphere without being removed.
[0081]
In particular, in a diesel engine such as the internal combustion engine 1, a mixture having a lean air-fuel ratio is burned in most of the operating region, and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a lean air-fuel ratio in most of the operating region. The NOx absorption capacity of the catalyst is easily saturated.
[0082]
Therefore, when the internal combustion engine 1 is performing the lean burn operation, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is reduced and the concentration of the reducing agent is increased before the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is saturated, so that the NOx catalyst It is necessary to release and reduce the absorbed nitrogen oxides (NOx). Therefore, in the present embodiment, fuel addition control is performed.
[0083]
In this fuel addition control, the ECU 25 executes rich spike control in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is spiked (short-time) to a rich air-fuel ratio in a relatively short cycle.
[0084]
In the rich spike control, the ECU 25 determines whether the rich spike control execution condition is satisfied at predetermined intervals. The conditions for executing the rich spike control include, for example, whether the NOx storage reduction catalyst is active, whether the output signal value (exhaust gas temperature) of the exhaust gas temperature sensor 17 is equal to or lower than a predetermined upper limit, or whether SOx poisoning described later is performed. Conditions such as whether or not the cancellation control has been executed can be exemplified.
[0085]
When it is determined that the above-described rich spike control execution condition is satisfied, the ECU 25 injects the fuel as the reducing agent from the reducing agent injection valve 21 in a spike manner to flow into the NOx storage reduction catalyst. The air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily set to a predetermined target rich air-fuel ratio. The rich air-fuel ratio exhaust gas thus formed then flows into the NOx storage reduction catalyst of the exhaust gas purification device 15 to reduce nitrogen oxides (NOx) absorbed by the catalyst. .
[0086]
In this way, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage-reduction catalyst is obtained by alternately repeating "lean" and "spike-like target rich air-fuel ratio" in a relatively short cycle. The catalyst can alternately repeat the absorption, release, and reduction of nitrogen oxides (NOx) in a short cycle.
[0087]
Further, since the storage reduction type NOx catalyst stores sulfur oxide (SOx) in exhaust gas by the same mechanism as nitrogen oxide (NOx), when the storage amount of sulfur oxide (SOx) increases, the amount of sulfur oxide (SOx) increases accordingly. So-called SOx poisoning occurs in which the NOx storage capacity of the storage reduction type NOx catalyst is reduced.
[0088]
When SOx poisoning occurs in the NOx catalyst, the NOx absorption capacity is saturated, and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are released to the atmosphere without being removed by the NOx catalyst. Therefore, SOx poisoning elimination control for releasing and reducing sulfur oxides (SOx) absorbed by the NOx catalyst is performed.
[0089]
In the SOx poisoning elimination control, the ECU 25 first executes a catalyst temperature increasing process for increasing the bed temperature of the NOx storage reduction catalyst, and then sets the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst to the rich air-fuel ratio. To do.
[0090]
In the catalyst temperature increasing process, in the present embodiment, sub-injection such as post-injection or rubber injection is performed. In the post-injection, as described above, the fuel injected during the exhaust stroke or the expansion stroke flows into the NOx storage reduction catalyst as unburned fuel, and the temperature of the catalyst increases due to heat of reaction with the catalyst. . On the other hand, in the rubber injection, the fuel injected near the top dead center of the intake stroke or the exhaust stroke evaporates in the subsequent strokes and becomes easy to ignite, stabilizing the combustion.Thus, by delaying the main fuel injection timing, The amount of energy consumed by the piston movement decreases, and the exhaust gas whose temperature rises along with it reaches the NOx storage reduction catalyst, thereby increasing the temperature of the catalyst. Further, the unburned portion of the injected fuel is supplied to the catalyst, which causes an oxidation reaction on the catalyst, thereby increasing the temperature of the catalyst.
[0091]
The ECU 25 causes fuel to be added from the reducing agent injection valve 21 to the exhaust gas to oxidize those unburned fuel components in the NOx storage reduction catalyst. May be raised.
[0092]
However, if the temperature of the NOx storage reduction catalyst rises excessively, thermal deterioration of the NOx storage reduction catalyst may be accelerated. Preferably, the quantity is feedback controlled.
[0093]
When the bed temperature of the NOx storage reduction catalyst rises to a high temperature range of about 500 ° C. to 700 ° C. by the above-described catalyst temperature raising process, the ECU 25 enriches the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst. Fuel is injected from the reducing agent injection valve 21 so as to obtain an air-fuel ratio.
[0094]
When the SOx poisoning elimination control is executed in this manner, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst becomes a rich air-fuel ratio under a situation where the bed temperature of the NOx storage reduction catalyst is high. Sulfur oxide (SOx) absorbed by the reduced NOx catalyst is reduced, and SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst is eliminated.
[0095]
The NOx storage reduction catalyst may be one supported on a particulate filter. In such a case, a layer of a carrier made of, for example, alumina is formed on the peripheral wall surface of each exhaust inflow passage 50 and each exhaust outflow passage 51 of the particulate filter, that is, on both side surfaces of each partition wall 54 and on the inner wall surface of pores in the partition wall 54. Is formed, and the NOx storage reduction catalyst is supported on this carrier.
[0096]
In the present embodiment, in the above-described PM regeneration control or SOx poisoning elimination control, the case where the sub-injection such as the post-injection or the rubber injection is executed, and when the EGR control is being executed, the cooling is always performed. The water valve 32 is closed.
[0097]
This will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
[0098]
In step 100, it is determined whether or not the sub-injection is being executed. If the sub-injection is being performed, the process proceeds to step 101, and if not, the process proceeds to step 103.
[0099]
In step 101, it is determined whether the EGR control is being performed. If the EGR control is being performed, the process proceeds to step 102, where the cooling water valve 32 is closed. In this state, that is, when the sub-injection such as the post-injection and the rubber injection is being performed and the EGR control is being performed, the amount of soot and HC generated in the cylinder increases. There is a possibility that the exhaust gas containing a large amount of EGR gas is circulated to the intake passage 7 as EGR gas and passes through the EGR cooler. At this time, if the temperature of the EGR cooler is low, soot and the like may adhere to the EGR cooler. Therefore, the cooling water valve 32 is closed to prevent the EGR cooler from being cooled, soot and the like adhere to the EGR cooler. Not to be.
[0100]
If the EGR control is not being executed in step 101, the process proceeds to step 103. Then, in step 103, the cooling water valve 32 is opened. Unless the EGR control is being executed, the EGR gas is not recirculated to the intake system. Even if exhaust gas containing a large amount of soot is generated, such exhaust gas does not pass through the EGR cooler. This is because soot does not adhere to the cooler.
[0101]
By doing so, it is possible to reduce NOx exhausted from each cylinder 2 and to reduce the amount of soot, HC, and the like adhering to the EGR cooler 28. In addition, it is possible to prevent the heat conversion efficiency from deteriorating due to soot adhering to the EGR cooler.
[0102]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of an internal combustion engine including the recirculation device according to the second embodiment. This embodiment is different from the first embodiment only in that an EGR passage 18 is provided with an air-fuel ratio sensor 33.
[0103]
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and therefore, the same components will be denoted by the same reference characters and description thereof will be omitted.
[0104]
In the present embodiment, when the detected air-fuel ratio of the air-fuel ratio sensor 33 is lower than a predetermined value, the cooling water valve 32 is closed. That is, the opening and closing of the cooling water valve 32 is controlled based on the output value of the air-fuel ratio sensor 33, and the cooling water valve 32 is closed when the air-fuel ratio contains a large amount of soot and HC.
[0105]
In the first embodiment, the cooling water valve 32 is closed during the period in which the sub-injection such as the post-injection and the birub injection is being executed. However, even when the sub-injection is not executed, the SOx poisoning elimination control or the fuel addition is performed. In the control, when the reducing agent is injected from the reducing agent injection valve 21, although the reducing agent injection valve 21 is arranged at a position away from the entrance of the EGR passage 18, the reducing agent is added and a large amount of HC and CO are removed. Since the contained exhaust gas may pass through the EGR cooler 28 as EGR gas, an air-fuel ratio sensor 33 is provided, and the cooling water valve 32 is closed based on the detected value.
[0106]
On the other hand, since the reducing agent injection valve 21 is located at a position slightly away from the inlet of the EGR passage 18, the exhaust gas after the addition of the reducing agent may not pass through the EGR cooler 28 as the EGR gas even if the reducing agent is added. Many. Also in this case, the SOx poisoning elimination control or the fuel addition control is executed, and when the reducing agent is injected from the reducing agent injection valve 21, the cooling water valve 32 is always closed so that the cooling water does not flow. Then, the EGR gas is sucked into the combustion chamber without being cooled by the EGR cooler 28, and the NOx amount cannot be reduced.
[0107]
Therefore, in the present embodiment, the air-fuel ratio sensor 33 is provided in the EGR passage 18, and the cooling water valve 32 is closed only when it is detected that the air-fuel ratio is rich and contains a large amount of soot or HC. .
[0108]
This will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
[0109]
In step 200, it is determined whether the air-fuel ratio in the EGR passage 18 is less than a predetermined air-fuel ratio α. If the air-fuel ratio is less than the predetermined air-fuel ratio α, the process proceeds to step 201;
[0110]
In step 201, it is determined whether the EGR control is being performed. If the EGR control is being performed, the process proceeds to step 202, where the cooling water valve 32 is closed. In this state, that is, when the air-fuel ratio in the EGR passage 18 is less than the predetermined air-fuel ratio α, and in the state where the EGR control is being executed, the exhaust gas containing a large amount of soot, HC, or CO and having a low air-fuel ratio emits EGR gas. And may pass through the EGR cooler. At this time, if the temperature of the EGR cooler is low, soot, HC or CO adheres to the EGR cooler. Therefore, the cooling water valve 32 is closed so that the EGR cooler is not cooled so that soot and the like do not adhere to the EGR cooler.
[0111]
If the EGR control is not being executed in step 201, the process proceeds to step 203. In step 203, the cooling water valve 32 is opened. Unless the EGR control is being executed, the EGR gas is not recirculated to the intake system. Even if exhaust gas containing a large amount of soot is generated, such exhaust gas does not pass through the EGR cooler. This is because soot does not adhere to the cooler.
[0112]
By doing so, it is possible to reduce the amount of NOx discharged from each cylinder 2 and to reduce the amount of soot, HC and the like adhering to the EGR cooler 28. Then, it is possible to prevent the heat conversion efficiency from being deteriorated due to the adhesion of soot and the like to the EGR cooler.
[0113]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an internal combustion engine including the recirculation device according to the third embodiment. This embodiment is different from the first embodiment only in that a temperature sensor 34 is provided.
[0114]
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and therefore, the same components will be denoted by the same reference characters and description thereof will be omitted.
[0115]
In the first embodiment, when performing the PM regeneration control and the SOx poisoning elimination control and performing the rubber injection or post-injection, the cooling water valve 32 is closed during the period, and in the second embodiment, When the air-fuel ratio in the EGR passage 18 is less than the predetermined air-fuel ratio α, the cooling water valve 32 is closed, and no cooling water flows to the EGR cooler during that time. Therefore, the cooling water retained in the EGR cooler 28 may be heated by the high temperature EGR gas passing through the EGR cooler 28 and may be boiled. In particular, when performing the PM regeneration and the SOx poisoning elimination control, the cooling water valve 32 may be closed for a longer period of time than the fuel addition control. For a long period of time, such a situation may occur.
[0116]
Therefore, in this embodiment, in the first and second embodiments, even during the period in which the cooling water valve 32 is closed and the cooling water stays in the EGR cooler 28, the temperature sensor 34 is connected to the EGR cooler 28. It is provided to control whether or not to supply the cooling water to the EGR cooler 28 based on the detected temperature. That is, in the first and second embodiments, even when the cooling water valve 32 is closed, if the temperature detected by the temperature sensor 34 is equal to or higher than the predetermined temperature, the cooling water valve 32 is turned on again. Make it open.
[0117]
This will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
[0118]
In step 300, it is determined whether the sub injection is being performed. If the sub-injection is being executed, the process proceeds to step 301, and if not, the process proceeds to step 304.
[0119]
In step 301, it is determined whether the EGR control is being performed. If the EGR control is being performed, the process proceeds to step 302. If the EGR control is not being performed, the process proceeds to step 304.
[0120]
Then, in step 302, it is determined whether or not the temperature of the cooling water in the EGR cooler is higher than a predetermined temperature TH. In this state, that is, when the sub-injection such as post-injection and rubber injection is being performed and the EGR control is being performed, and the cooling water temperature in the EGR cooler is higher than the predetermined temperature TH, the cooling water valve 32 When the EGR gas is closed, the cooling water staying in the EGR cooler may be boiled by the high temperature EGR gas. Therefore, in such a state, the cooling water valve 32 is opened.
[0121]
On the other hand, if the temperature of the cooling water in the EGR cooler is not higher than the predetermined temperature TH in step 302, the cooling water valve 32 is closed to prevent the cooling water from flowing into the EGR cooler. In this way, by preventing the EGR cooler from being cooled by the cooling water, it is possible to prevent soot or HC from adhering to the EGR cooler.
[0122]
Further, similarly to the first embodiment, if the EGR control is not being executed in step 301, the process proceeds to step 304, and the cooling water valve 32 is opened. Unless the EGR control is being executed, the EGR gas is not recirculated to the intake system. Even if exhaust gas containing a large amount of soot is generated, such exhaust gas does not pass through the EGR cooler. This is because soot does not adhere to the cooler.
[0123]
The predetermined temperature TH is a value determined based on the capacity of the EGR cooler, the cross-sectional area of the pipe through which the cooling water flows through the EGR cooler, the speed of the cooling water, the amount of the EGR gas, and the like. It is predetermined in accordance with the internal combustion engine to be mounted.
[0124]
As described above, by adopting such a configuration, it is possible to reduce NOx discharged from each cylinder 2 and to reduce the amount of HC, soot and the like adhering to the EGR cooler 28 without boiling the cooling water in the EGR cooler. can do. In addition, it is possible to prevent the heat conversion efficiency from deteriorating due to soot adhering to the EGR cooler.
[0125]
Further, in step 300 of the present embodiment, it is determined whether or not the sub-injection is being performed as in the first embodiment. May be determined based on whether the air-fuel ratio is lower than a predetermined air-fuel ratio α.
[0126]
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of an internal combustion engine including the recirculation device according to the fourth embodiment.
[0127]
This embodiment differs from the third embodiment only in that a cooling water throttle valve 35 for adjusting the amount of cooling water flowing into the EGR cooler 28 is provided instead of the cooling water valve 32. The cooling water throttle valve 35 is provided with a cooling water throttle actuator 36 which is configured by a stepper motor or the like and drives the cooling water throttle valve 32 to open and close.
[0128]
Other configurations and operations are the same as those of the third embodiment, so that the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0129]
As described in the third embodiment, in the first and second embodiments, since the cooling water does not flow through the EGR cooler while the cooling water valve 32 is closed, the cooling water stays in the EGR cooler 28. The cooling water may be heated and boiled by the high-temperature EGR gas passing through the EGR cooler 28.
[0130]
On the other hand, when the cooling water valve 32 is opened when the temperature of the cooling water in the EGR cooler is equal to or higher than the predetermined temperature TH based on the temperature detected by the temperature sensor 34 as in the third embodiment, the cooling in the EGR cooler is stopped. Although the water can be prevented from boiling, the EGR gas containing a large amount of soot and the like may pass through the EGR cooler rapidly cooled by the cooling water, and the soot and the like may adhere to the EGR cooler.
[0131]
Therefore, in the present embodiment, when the temperature of the cooling water in the EGR cooler 28 is equal to or higher than the predetermined temperature TH, the opening / closing amount of the cooling water throttle valve 35 is adjusted in accordance with the temperature to newly enter the inside of the EGR cooler 28. The amount of cooling water to be introduced was adjusted. That is, when the temperature in the EGR cooler 28 is slightly higher than TH, the cooling water throttle valve 35 is slightly opened, and the cooling water throttle valve 35 is introduced into the EGR cooler 28 only in a small amount. Is increased so that a large amount of cooling water is introduced into the EGR cooler 28.
[0132]
This will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
[0133]
In step 400, it is determined whether or not the sub-injection is being executed. If the sub-injection is being executed, the routine proceeds to step 401, and if not, the routine proceeds to step 405, where the cooling water throttle valve 35 is fully opened.
[0134]
In step 401, it is determined whether the EGR control is being performed. If the EGR control is being performed, the process proceeds to step 402.
[0135]
Then, at step 402, it is determined whether or not the temperature of the cooling water in the EGR cooler is higher than a predetermined temperature TH. In this state, that is, when the sub-injection such as post-injection and rubber injection is being performed and the EGR control is being performed, and the cooling water temperature in the EGR cooler is higher than the predetermined temperature TH, the cooling water valve 32 If the EGR gas is closed, the cooling water staying in the EGR cooler may be boiled by the high-temperature EGR gas. Therefore, in such a state, the amount of cooling water flowing into the EGR cooler 28 by the cooling water throttle valve 35 is adjusted according to the temperature.
[0136]
The amount of opening of the cooling water throttle valve 35 can be determined by mapping the relationship between the temperature of the cooling water in the EGR cooler and the temperature and amount of the EGR gas passing through the EGR cooler in advance and storing the relationship in the ROM in the ECU 25. It can be calculated from the map, the temperature detected by the temperature sensor 34, and the temperature and amount of the EGR gas passing through the EGR cooler.
[0137]
On the other hand, if the temperature of the cooling water in the EGR cooler is not higher than the predetermined temperature TH in step 402, the process proceeds to step 404, and the cooling water throttle valve 35 is fully closed.
[0138]
As described above, by fully closing the cooling water throttle valve 35 so that the EGR cooler is not cooled, soot and the like can be prevented from adhering to the EGR cooler.
[0139]
If the EGR control is not being executed in step 401, the process proceeds to step 405, and the cooling water throttle valve 35 is fully opened. Unless the EGR control is being executed, the EGR gas is not recirculated to the intake system. Even if exhaust gas containing a large amount of soot is generated, such exhaust gas does not pass through the EGR cooler. This is because soot does not adhere to the cooler.
[0140]
The predetermined temperature TH is a value determined based on the capacity of the EGR cooler, the cross-sectional area of the pipe through which the cooling water flows through the EGR cooler, the speed of the cooling water flowing, and the like. May be determined in advance, or may be varied according to the operating state of the internal combustion engine or the like.
[0141]
As described above, by adopting such a configuration, it is possible to reduce NOx discharged from each cylinder 2 and to reduce the amount of HC, soot and the like adhering to the EGR cooler 28 without boiling the cooling water in the EGR cooler. can do. In addition, it is possible to prevent the heat conversion efficiency from deteriorating due to soot adhering to the EGR cooler.
[0142]
In step 400 of the present embodiment, it is determined whether or not the sub-injection is being performed, as in the first embodiment. May be determined based on whether the air-fuel ratio is lower than a predetermined air-fuel ratio α.
[0143]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when the exhaust gas containing a large amount of soot, HC, or CO passes through the circulating gas cooling means such as an EGR cooler as the circulating gas, it adheres to the circulating gas cooling means. Since the amount of soot or HC can be reduced, NOx can be reduced, and deterioration of heat conversion efficiency due to the attachment of soot or the like to the recirculating gas cooling means can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust recirculation device for an internal combustion engine according to a first embodiment is applied, and an intake / exhaust system and an exhaust system thereof.
FIG. 2A is a diagram illustrating a horizontal cross section of the particulate filter, and FIG. 2B is a diagram illustrating a vertical cross section of the particulate filter.
FIG. 3 is a flowchart of opening / closing control of a cooling water valve provided in the exhaust gas recirculation device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust recirculation device for an internal combustion engine according to a second embodiment is applied, and an intake / exhaust system and an exhaust system thereof.
FIG. 5 is a flowchart of opening / closing control of a cooling water valve provided in an exhaust gas recirculation device according to a second embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust recirculation device for an internal combustion engine according to a third embodiment is applied, and an intake / exhaust system and an exhaust system thereof.
FIG. 7 is a flowchart of opening / closing control of a cooling water valve provided in an exhaust gas recirculation device according to a third embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust recirculation device for an internal combustion engine according to a fourth embodiment is applied, and an intake / exhaust system and an exhaust system thereof.
FIG. 9 is a flowchart of opening / closing control of a cooling water throttle valve provided in an exhaust gas recirculation device according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
2 cylinders
3 Fuel injection valve
4 common rail
5 Fuel supply pipe
6 Fuel pump
7 Intake passage
8 Air cleaner box
9 Air flow meter
10 Centrifugal supercharger
11 Intercooler
12 Intake throttle valve
13 Actuator for intake throttle
14 Exhaust passage
15 Exhaust gas purification device
16 Air-fuel ratio sensor
17 Exhaust gas temperature sensor
18 EGR passage
19 EGR valve
20 Exhaust port
21 Reducing agent addition valve
22 Reducing agent supply path
23 Crank position sensor
24 Water temperature sensor
25 ECU
26 Filter upstream pressure sensor
27 Filter downstream pressure sensor
28 EGR cooler
29 Cooling water outlet pipe
30 Cooling water inlet pipe
31 Radiator
32 Cooling water valve
33 Air-fuel ratio sensor
34 temperature sensor
35 Cooling water throttle valve
36 Actuator
50 Exhaust inflow passage
51 Exhaust outflow passage
52,53 stopper
54 partition

Claims (6)

排気ガスの一部が環流ガスとして吸気側に環流される環流ガス通路と、
該環流ガス通路に設けられ、該環流ガス通路を通過する環流ガスを冷却する環流ガス冷却手段と、
前記環流ガスの空燃比と相関のあるパラメータを検知する空燃比検知手段と、
前記空燃比検知手段により検知された空燃比がリッチである場合に、前記環流ガス冷却手段の温度を上昇させる温度調節手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気環流装置。A recirculating gas passage in which a part of the exhaust gas is recirculated to the intake side as a recirculating gas,
Circulating gas cooling means provided in the circulating gas passage to cool circulating gas passing through the circulating gas passage;
Air-fuel ratio detecting means for detecting a parameter correlated with the air-fuel ratio of the reflux gas,
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, comprising: a temperature adjusting means for increasing the temperature of the recirculating gas cooling means when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means is rich. 排気ガスの一部が環流ガスとして吸気側に環流される環流ガス通路と、
該環流ガス通路に設けられ、該環流ガス通路を通過する環流ガスを冷却する環流ガス冷却手段と、
を備えた内燃機関の排気環流装置において、
内燃機関の吸気行程、膨張行程または排気行程の少なくとも一つの行程で燃料が噴射される際に、前記環流ガス冷却手段の温度を上昇させる温度調節手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気環流装置。A recirculating gas passage in which a part of the exhaust gas is recirculated to the intake side as a recirculating gas,
Circulating gas cooling means provided in the circulating gas passage to cool circulating gas passing through the circulating gas passage;
In an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine comprising:
An exhaust system for an internal combustion engine, comprising: temperature control means for increasing the temperature of the recirculating gas cooling means when fuel is injected in at least one of an intake stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke of the internal combustion engine. Reflux device. 前記内燃機関の吸気行程、膨張行程または排気行程の少なくとも一つの行程で燃料が噴射されるのは、排気通路に備えられたディーゼルパティキュレートフィルタを再生する場合あるいは排気通路に備えられた触媒から硫黄酸化物を除去する場合であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気環流装置。The fuel is injected during at least one of the intake stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke of the internal combustion engine when regenerating a diesel particulate filter provided in the exhaust passage, or when sulfur is removed from a catalyst provided in the exhaust passage. The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the oxide is removed. 前記環流ガス冷却手段は、導入した冷媒と環流ガスとの間で熱交換を行うことにより環流ガスを冷却し、
前記温度調節手段は、前記環流ガス冷却手段に導入する冷媒の量を調節することにより前記環流ガス冷却手段の温度を調節することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の内燃機関の排気環流装置。The reflux gas cooling means cools the reflux gas by performing heat exchange between the introduced refrigerant and the reflux gas,
4. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the temperature adjusting unit adjusts a temperature of the reflux gas cooling unit by adjusting an amount of a refrigerant introduced into the reflux gas cooling unit. 5. Exhaust recirculation device. 前記環流ガス冷却手段の冷媒の温度を検知する温度検知手段を更に備え、
前記温度調節手段は、前記温度検知手段の検知温度に基づいて、前記環流ガス冷却手段に導入する冷媒の量を調節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環流装置。Further comprising a temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant of the reflux gas cooling means,
The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the temperature adjusting means adjusts an amount of the refrigerant introduced into the recirculating gas cooling means based on a temperature detected by the temperature detecting means. 前記環流ガス冷却手段に環流ガスが通過しない場合には、前記温度調節手段は前記環流ガス冷却手段の温度を調節しないことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気環流装置。The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein when the reflux gas does not pass through the reflux gas cooling unit, the temperature adjustment unit does not adjust the temperature of the reflux gas cooling unit. Exhaust recirculation device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007315274A (en) * 2006-05-25 2007-12-06 Mitsubishi Motors Corp Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2008025520A (en) * 2006-07-25 2008-02-07 Isuzu Motors Ltd Egr system and control method of egr system
JP2013113217A (en) * 2011-11-29 2013-06-10 Suzuki Motor Corp Apparatus for removing unburned deposits in egr flow passage of vehicle

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