DE112009000943T5

DE112009000943T5 - Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112009000943T5
Application number: DE112009000943T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Toyota-shi Okada; Shigeki Toyota-shi Miyashita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2011-05-26
Also published as: US8171918B2; JP4670884B2; WO2009118622A1; JP2009236058A; US20100205941A1; CN101925731A; CN101925731B

Abstract

Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine, mit:
einem EGR-Durchtritt, der einen Abgasdurchtritt der Brennkraftmaschine und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet;
einem EGR-Ventil, das in dem EGR-Durchtritt bereitgestellt ist und den EGR-Durchtritt blockiert, wenn es geschlossen ist;
einem EGR-Katalysator, der zwischen einem Verbindungsabschnitt mit dem Abgasdurchtritt in dem EGR-Durchtritt und einer Einbauposition des EGR-Ventils bereitgestellt ist, ein Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt und in dem EGR-Durchtritt in der Nähe des Verbindungsabschnitts angeordnet ist; und
einer Steuereinheit, die eine Abgasrückführungssteuerung durchführt, durch die das EGR-Ventil geöffnet wird und das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas über den EGR-Durchtritt zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine. Noch genauer betrifft die Erfindung ein Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine, die einen Abgasrückführungsdurchtritt (EGR-Durchtritt) hat, der einen Abgasdurchtritt und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet, ein EGR-Ventil, das den EGR-Durchtritt blockiert, wenn es geschlossen ist, und einen EGR-Katalysator, der das Abgas reinigt, das in den EGR-Durchtritt strömt, und das verursacht, dass das Abgas, das in dem Abgasdurchtritt strömt, in den Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Es ist ein Abgasrückführungsgerät bekannt, in dem das Abgas über einen EGR-Durchtritt in einen Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird, der einen Abgasdurchtritt und einen Ansaugdurchtritt einer Brennkraftmaschine verbindet. Die sogenannte externe EGR, durch die das Abgas innerhalb der Zylinder einer Brennkraftmaschine über einen EGR-Durchtritt zurückgeführt wird, kann einen Kraftstoffverbrauch verbessern.
Ein EGR-Katalysator, der das Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt, und das EGR-Ventil, das die Menge des Abgases regelt, das in dem EGR-Durchtritt strömt, sind manchmal in dem EGR-Durchtritt angeordnet, wie es in einem Abgasrückführungssystem einer Brennkraftmaschine, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2005-264821 ( JP-A-2005-264821 ) in einem Gerät der Fall ist, das somit das Abgas über den EGR-Durchtritt zu dem Ansaugdurchtritt zurückführt.
Um eine ausreichende Reinigungsfunktion des EGR-Katalysators bereitzustellen, muss ein aufgewärmter Zustand angenommen werden, in dem die EGR-Katalysatortemperatur gleich wie oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist. Daher ist es wünschenswert, dass ein Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators während des Betriebs einer Brennkraftmaschine unterdrückt wird und der aufgewärmte Zustand des EGR-Katalysators beibehalten bleibt. Eine Unterdrückung des Absinkens der Temperatur in dem EGR-Katalysator während des Betriebs einer Brennkraftmaschine wurde bisher nicht ausreichend untersucht.
Wenn z. B. ein EGR-Ventil in dem EGR-Durchtritt bereitgestellt wurde, ist das EGR-Ventil nicht notwendigerweise jederzeit geöffnet. Es gibt einen Zeitraum, in dem das EGR-Ventil geschlossen ist, der EGR-Durchtritt blockiert ist, und das Abgas nicht in den EGR-Durchtritt strömt, und dieser Zeitraum wird ausgehend von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine oder Ähnlichem bestimmt. Wenn das Abgas somit nicht zu dem EGR-Durchtritt strömt, kann die EGR-Katalysatortemperatur fallen und eine Reinigungswirkung kann verschlechtert sein.
Entsprechend ist es erwünscht, das Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators in einem Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine mit einem EGR-Durchtritt, der einen Abgasdurchtritt und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet, einem EGR-Ventil, das den EGR-Durchtritt blockiert, wenn es geschlossen ist, und einem EGR-Katalysator, der das Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt, und eine Abgasrückführungssteuerung durchführt, durch die das EGR-Ventil geöffnet und das Abgas, das in dem Abgasdurchtritt strömt, über den EGR-Durchtritt zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird, zu ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine mit einem EGR-Durchtritt, der einen Abgasdurchtritt und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet; einem EGR-Ventil, das den EGR-Durchtritt blockiert, wenn es geschlossen ist; und einem EGR-Katalysator, der ein Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt, und eine Abgasrückführungssteuerung durchführt, durch die das EGR-Ventil geöffnet wird und das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas über den EGR-Durchtritt zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird, wobei ein Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators unterdrückt werden kann, bereit.
Die Erfindung stellt ein Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine mit einem EGR-Durchtritt, der einen Abgasdurchtritt und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet; einem EGR-Ventil, das den EGR-Durchtritt blockiert, wenn es geschlossen ist; und einem EGR-Katalysator, der ein Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt, und eine Abgasrückführungssteuerung durchführt, durch die das EGR-Ventil geöffnet wird und das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas über den EGR-Durchtritt zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird, bereit, wobei ein Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators sogar in einem Zustand unterdrückt werden kann, in dem das EGR-Ventil geschlossen ist.
Der erste Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine mit einem EGR-Durchtritt, der einen Abgasdurchtritt der Brennkraftmaschine und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet; einem EGR-Ventil, das in dem EGR-Durchtritt angeordnet ist und den EGR-Durchtritt blockiert, wenn es geschlossen ist; einem EGR-Katalysator, der zwischen einem Verbindungsabschnitt mit dem Abgasdurchtritt in dem EGR-Durchtritt und einer Einbauposition des EGR-Ventils angeordnet ist, der ein Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt, und in der Nähe des Verbindungsabschnitts in dem EGR-Durchtritt angeordnet ist; und einer Steuereinheit, die die Abgasrückführüngssteuerung durchführt, durch die das EGR-Ventil geöffnet wird und das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas über den EGR-Durchtritt zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird.
In dem ersten Gesichtspunkt kann der EGR-Katalysator in einer Position angeordnet sein, die von dem Abgas erreicht werden kann, das wegen Druckschwankungen in dem Abgas, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Zustand verursacht werden, in dem das EGR-Ventil geschlossen ist, von dem Abgasdurchtritt in den EGR-Durchtritt strömt.
In dem ersten Gesichtspunkt kann die Position, die von dem einströmenden Abgas erreicht werden kann, eine Position sein, in der ein Volumen eines Abschnitts zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem EGR-Katalysator in dem EGR-Durchtritt kleiner als ein Minimalwert eines Volumens des Abgases ist, das wegen des Vorhandenseins von Schwankungen in dem Abgas, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden, von dem Abgasdurchtritt in den EGR-Durchtritt strömt.
In dem ersten Gesichtspunkt kann ein EGR-Kühlgerät, welches das in dem EGR-Durchtritt strömende Abgas kühlt, zwischen einer Einbauposition des EGR-Ventils und einer Einbauposition des EGR-Katalysators in dem EGR-Durchtritt angeordnet sein, und das EGR-Kühlgerät kann in einer Position angeordnet sein, in der das Abgas, das wegen Druckschwankungen in dem Abgas, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden, aus dem EGR-Kühlgerät heraus strömt, in einem Zustand, in dem das EGR-Ventil geschlossen ist, gehindert wird, den EGR-Katalysator zu erreichen.
In dem ersten Gesichtspunkt kann die Position, in der verhindert wird, dass das ausströmende Abgas den EGR-Katalysator erreicht, eine Position sein, in der ein Volumen eines Abschnitts zwischen dem EGR-Kühlgerät und dem EGR-Katalysator in dem EGR-Durchtritt größer als ein Maximalwert eines Volumens des Abgases ist, das wegen Druckschwankungen in dem Abgas, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden, aus dem EGR-Kühlgerät zu dem EGR-Katalysator strömt.
In dem ersten Gesichtspunkt kann eine Temperaturerfassungs-/-schätzeinheit, die eine Temperatur des EGR-Katalysators erfasst oder schätzt, bereitgestellt sein, wobei die Steuerungseinheit das EGR-Ventil in einem geschlossenen Zustand beibehalten kann, solange eine durch die Temperaturbestimmungs-/-schätzeinheit erfasste oder geschätzte Temperatur gleich wie oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, die im Voraus eingestellt wurde.
Gemäß dem ersten Gesichtspunkt ist in einem Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine mit einem EGR-Durchtritt, der einen Abgasdurchtritt und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet, einem EGR-Ventil, das den EGR-Durchtritt blockiert, wenn es geschlossen ist, und einem EGR-Katalysator, der ein Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt, und eine Abgasrückführungssteuerung durchführt, durch die das EGR-Ventil geöffnet und das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird, der EGR-Katalysator zwischen dem Verbindungsabschnitt mit dem Abgasdurchtritt und dem EGR-Ventil in dem EGR-Durchtritt bereitgestellt und in der Nähe des Verbindungsabschnitts in dem EGR-Durchtritt angeordnet. Als Ergebnis kann das Abgas, das in dem Abgasdurchtritt strömt, den EGR-Katalysator einfach erreichen. Z. B. erreicht das Abgas, das von dem Abgasdurchtritt in den EGR-Durchtritt strömt, den EGR-Katalysator einfach wegen Druckschwankungen in dem Abgas, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden. Als Ergebnis kann durch die Abgaswärme das Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators unterdrückt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorangehend beschriebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen, und in denen:
1 eine schematische strukturelle Skizze einer Ausführungsform des Abgasrückführungsgeräts einer Brennkraftmaschine der Erfindung ist; und
2 ein Flussdiagramm ist, das den Betrieb der Ausführungsform des Abgasrückführungsgeräts einer Brennkraftmaschine der Erfindung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform des Abgasrückführungsgeräts einer Brennkraftmaschine der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
(Ausführungsform) Eine Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform betrifft ein Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine mit einem EGR-Durchtritt, der einen Abgasdurchtritt und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet, einem EGR-Ventil, das den EGR-Durchtritt absperrt, wenn es geschlossen ist, und einem EGR-Katalysator, der das Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt. Das Abgasrückführungsgerät verursacht, dass das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas zurückgeführt wird.
1 ist eine schematische strukturelle Skizze des Geräts der vorliegenden Ausführungsform.
1 zeigt eine Maschine 1. Die Maschine 1 ist eine sogenannte Viertaktmaschine, die in Fahrzeugen wie z. B. Personenkraftwagen und Lastkraftwagen eingebaut ist. In dieser Maschine wird eine Serie von vier Hüben: einem Einlasshub, einem Verdichtungshub, einem Ausdehnungshub und einem Auslasshub ausgeführt, wenn ein Kolben (in der Figur nicht dargestellt), der in einem Zylinder 2 hin- und her bewegbar angeordnet ist, sich zweimal hin- und her bewegt. Ein Abgasrückführungsgerät 50 einer Brennkraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf die Brennkraftmaschine dieses Systems begrenzt, sondern kann an Brennkraftmaschinen verschiedener Bauarten angewendet werden.
Die Maschine 1 weist vier Zylinder 2 auf Ein Ansaugkrümmer (Ansaugdurchtritt) 3, und ein Abgaskrümmer (Abgasdurchtritt) 4 sind mit der Maschine 1 in Verbindung.
Der Ansaugkrümmer 3 weist vier Ansaugzweigleitungen 3a und einen Setztank 3b auf. Jedes Ansaugzweigrohr 3a ist mit einem entsprechend unterschiedlichen Zylinder 2 in Verbindung. Der Setztank 3b ist in der Einlassströmungsrichtung stromaufwärts von den Ansaugzweigrohren 3a in dem Ansaugkrümmer 3 bereitgestellt. Ein Endabschnitt des Ansaugzweigrohrs 3a, der an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, ist mit dem Setztank 3b in Verbindung, und ein Endabschnitt des Ansaugzweigrohrs 3a, der an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, ist mit dem Zylinder 2 in Verbindung.
Ein Einlassrohr 5 ist mit dem Setztank 3b in Verbindung. Luft wird über das Einlassrohr 5 in den Setztank 3b eingebracht.
Der Abgaskrümmer 4 ist in vier Abgaszweigrohre 4a verzweigt. Jedes Abgaszweigrohr 4a ist mit dem entsprechend unterschiedlichen Zylinder 2 in Verbindung. Die vier Abgaszweigrohre 4a sind wechselweise in einem Einigungsabschnitt 4b verbunden. Abgas (Verbrennungsgas), das in dem Zylinder 2 erzeugt wird, strömt in das entsprechende Abgaszweigrohr 4a und vereinigt sich mit dem Abgas, das von einem anderen Zylinder 2 abgegeben wurde, in dem Vereinigungsabschnitt 4b. Ein Abgasrohr (Abgasdurchtritt) 6 ist mit einem Endabschnitt des Abgaskrümmers 4 stromabwärts des Vereinigungsabschnitts 4b in Verbindung. Ein Abgaskatalysator 7, der das Abgas reinigt, das in dem Abgasrohr 6 strömt, ist in dem Abgasrohr 6 bereitgestellt.
Die Maschine 1 der vorliegenden Ausführungsform ist mit dem Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine (im Folgenden einfach als ”Abgasrückführungsgerät” bezeichnet) 50 bereitgestellt, das verursacht, dass das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas zurückgeführt wird. Das Abgasrückführungsgerät 50 weist einen EGR-Durchtritt 51, einen EGR-Katalysator 52, einen EGR-Kühler (EGR-Kühlgerät) 53 und ein EGR-Ventil 54 auf.
Der EGR-Durchtritt 51 verbindet den Abgasdurchtritt und den Ansaugdurchtritt der Maschine 1. Noch genauer ist ein Endabschnitt des EGR-Durchtritts 51 direkt hinter (stromabwärts des Vereinigungsabschnitts 4b und in einem Abschnitt, der nahe an dem Vereinigungsabschnitt 4b liegt) dem Vereinigungsabschnitt 4b in dem Abgaskrümmer 4 in Verbindung. Ein Verbindungsabschnitt des EGR-Durchtritts 51 und des Abgaskrümmers 4 wird im Folgenden als abgasseitiger Verbindungsabschnitt 55 bezeichnet. Ein Endabschnitt (anderer Endabschnitt des EGR-Durchtritts 51 an der Seite gegenüber), die mit dem Abgaskrümmer 4 verbunden ist, ist mit dem Setztank 3b in Verbindung. Ein Verbindungsabschnitt des EGR-Durchtritts 51 und des Setztanks 3b wird im Folgenden als ansaugseitiger Verbindungsabschnitt 56 bezeichnet.
Der EGR-Katalysator 52, der das Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt 51 strömt, der EGR-Kühler 53, der das Abgas kühlt, das in dem EGR-Durchtritt 51 strömt, und das EGR-Ventil 54, das den EGR-Durchtritt 51 öffnet und schließt, sind in dem EGR-Durchtritt 51 angeordnet. Der EGR-Katalysator 52 ist an einer Position näher an dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 als der EGR-Kühler 53 und das EGR-Ventil 54 bereitgestellt. Der EGR-Kühler 53 ist zwischen einer Einbauposition des EGR-Katalysators 52 und der Einbauposition des EGR-Ventils 54 in dem EGR-Durchtritt 51 bereitgestellt.
Somit tritt das von dem Auslasskrümmer 4 zu dem EGR-Durchtritt 51 strömende Abgas, wenn die Abgasrückführungssteuerung durchgeführt wird, durch die verursacht wird, dass das Abgas in den Einlassdurchtritt zurückgeführt wird, nachfolgend durch den EGR-Katalysator 52, den EGR-Kühler 53 und das EGR-Ventil 54, und strömt in den Setztank 3b. Das über den EGR-Durchtritt 51 in den Ansaugdurchtritt zurückgeführte Abgas wird im Folgenden als ”EGR-Gas” bezeichnet. Das in den Setztank 3b strömende EGR-Gas strömt über die Ansaugzweigrohre 3a zusammen mit der Luft (neue Luft), die in den Setztank 3b über das Ansaugrohr 5 eingebracht wurde, in jeden Zylinder 2. Als Ergebnis wird die sogenannte externe EGR realisiert, d. h., es wird verursacht, dass das Abgas innerhalb der Zylinder 2 der Maschine 1 über den EGR-Durchtritt 51 zirkuliert. Die externe EGR macht es möglich, einen Kraftstoffverbrauch der Maschine 1 zu verbessern.
Der EGR-Katalysator 52 reinigt unverbrannte Kraftstoffbestandteile und Partikelbestandteile (PM), die in dem EGR-Gas enthalten sind. Durch das Einbauen des EGR-Katalysators 52 stromaufwärts des EGR-Kühlers 53 und des EGR-Ventils 54 kann die Anhaftung von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen und Ähnlichem an dem EGR-Kühler 53, dem EGR-Ventil 54 oder dem Einlasssystem unterdrückt werden. Als Ergebnis kann das Ausbilden und Wachstum von Ablagerungen an dem EGR-Kühler 53, dem EGR-Ventil 54 und dem Ansaugsystem unterdrückt werden.
Der EGR-Kühler 53 kühlt das EGR-Gas in dem EGR-Kühler 53 durch einen Wärmeaustausch mit Kühlwasser. Das EGR-Gas, das durch den EGR-Kühler 53 gekühlt wird, wird in den Zylinder 2 zurückgeführt, und dabei die Verbrennungsgastemperatur reduziert und die Verschlechterung von Emissionen (Anstieg der abgegebenen Menge von schädlichen Substanzen) der Maschine 1 unterdrückt.
Das EGR-Ventil 54 ist in dem ansaugseitigen Verbindungsabschnitt 56 bereitgestellt. Das EGR-Ventil 54 kann auf einen beliebigen Öffnungsgrad eingestellt werden, und dabei wird es möglich gemacht, die Strömungsrate des in dem EGR-Durchtritt 51 strömenden EGR-Gases zu steuern. Darüber hinaus kann der EGR-Durchtritt 51 durch das Schließen des EGR-Ventils 54 blockiert werden.
Ein Fahrzeug (nicht in den Figuren gezeigt), das die Maschine 1 trägt, ist mit einer Steuereinheit 20 bereitgestellt, die eine elektronische Steuereinheit (ECU) aufweist, die verschiedene Bauteile des Fahrzeugs steuert. Das EGR-Ventil 54 ist mit der Steuereinheit 20 in Verbindung und wird durch die Steuereinheit 20 gesteuert. Die Steuereinheit 20 weist eine Funktion auf, den offenen und geschlossenen Zustand des EGR-Ventils 54 zu steuern.
Die Maschine 1 ist mit der Steuereinheit 20 in Verbindung, und der Betrieb der Maschine 1 wie z. B. eine Kraftstoffeinspritzmenge und eine Einspritzzeit wird durch die Steuereinheit 20 gesteuert. Die Steuereinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Funktion einer Temperaturerfassungs-/-schätzeinheit auf, die die Temperatur des EGR-Katalysators 52 erfasst oder schätzt.
Die Steuereinheit 20 führt eine Abgasrückführungssteuerung durch, durch die das EGR-Ventil 54 geöffnet wird, und das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas wird über den EGR-Durchtritt 51 zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt. Die Steuereinheit 20 bestimmt auf der Basis der Betriebszustände der Maschine 1, wie z. B. einer Maschinendrehzahl und einer Last der Maschine 1, ob das EGR-Gas in den Zylinder 2 eingebracht wird (ob die Abgasrückführungssteuerung ausgeführt wird). Wenn darüber hinaus bestimmt wird, dass das EGR-Gas in den Zylinder 2 eingebracht wird, berechnet die Steuereinheit 20 einen Sollwert des EGR-Verhältnisses, was ein Verhältnis des EGR-Gases in der Einlassluft ist, die in den Zylinder 2 eingebracht wird. Die Steuereinheit 20 führt die Öffnungs-Schließsteuerung des EGR-Ventils 54 aus, um das Soll-EGR-Verhältnis zu realisieren.
Unter bestimmten Betriebszuständen der Maschine 1 wird die Abgasrückführungssteuerung nicht durchgeführt, es wird das Abgas nämlich nicht in den Ansaugdurchtritt zurückgeführt. Wenn auf Grundlage der Betriebszustände der Maschine 1 bestimmt wird, dass die Abgasrückführungssteuerung nicht durchzuführen ist, schließt die Steuereinheit 20 das EGR-Ventil 54 und blockiert den EGR-Durchtritt 51.
Der EGR-Katalysator 52 kann das Abgas unter Bedingungen niedriger Temperatur nicht vollständig reinigen. Daher ist es wünschenswert, dass das Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators 52 unterdrückt werden kann und ein Zustand angenommen werden kann (Aufwärmzustand), in dem der EGR-Katalysator 52 eine ausreichende Reinigungswirkung aufweist, wenn die Maschine 1 betrieben wird. Wenn jedoch das EGR-Ventil 54 geschlossen ist, wie oben stehend beschrieben wurde, strömt das EGR-Gas nicht in den EGR-Katalysator 52. Daher ist es möglich, dass die Temperatur des EGR-Katalysators 52 sinkt und die Reinigungsleistung des EGR-Katalysators 52 sich verschlechtert.
Im Gegensatz ist in dem Abgasrückführungsgerät 50 der vorliegenden Ausführungsform der EGR-Katalysator in der Nähe des abgasseitigen Verbindungsabschnitts 55 bereitgestellt. Somit ist der EGR-Katalysator 52 in der Nähe des Verbindungsabschnitts mit dem Abgaskrümmer 4 (Abgasdurchtritt) in dem EGR-Durchtritt 51 bereitgestellt. Als Ergebnis strömt das in dem Abgaskrümmer 4 strömende Abgas, in den EGR-Durchtritt 51 und erreicht einfach den EGR-Katalysator 52. Wie z. B. im Folgenden beschrieben werden wird, erreicht das Abgas, das in den EGR-Durchtritt 51 strömt, wegen Abgasschwankungen einfach den EGR-Katalysator 52.
Während des Betriebs der Maschine 1 werden wegen einer Wiederholung einer Serie von vier Hüben (Einlasshub, Verdichtungshub, Ausdehnungshub und Abgashub) in jedem Zylinder 2 Schwankungen in dem Abgasdurchtritt erzeugt. Wegen dieser Abgasschwankungen strömt das Abgas sogar dann in den EGR-Durchtritt 51, wenn das EGR-Ventil 54 geschlossen ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, wenn der Druck innerhalb des Abgaskrümmers 4 wegen der Druckschwankungen in dem Abgas, das in dem Abgaskrümmer 4 strömt, wenn die Maschine 1 betrieben wird, höher als der innerhalb des EGR-Durchtritts 51 wird, strömt das Abgas von dem Abgaskrümmer 4 in den EGR-Durchtritt 51. Wo der Druck innerhalb des Abgaskrümmers 4 niedriger als der innerhalb des EGR-Durchtritts 51 wird, strömt das Abgas aus dem EGR-Durchtritt 51 in den Abgaskrümmer 4. Somit strömt das Abgas wegen dieser Abgasschwankungen von dem Abgaskrümmer 4 in den EGR-Durchtritt 51 und in die Gegenrichtung, es tritt nämlich ein ”Atmen” des Abgases auf.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der EGR-Katalysator 52 in der Nachbarschaft des abgasseitigen Verbindungsabschnitts 55 bereitgestellt. Daher erreicht das Abgas, das zu dem EGR-Durchtritt 51 strömt, wegen eines Unterschieds zwischen einem Druck innerhalb des Abgaskrümmers 4 und eines Drucks innerhalb des EGR-Durchtritts 51 einfach den EGR-Katalysator 52. Als Ergebnis kann das Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators 52 unterdrückt werden.
Da darüber hinaus der EGR-Katalysator 52 in der Nachbarschaft des abgasseitigen Verbindungsabschnitts 55 angeordnet ist, wird das Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators 52 durch eine Wärmeleitung des EGR-Durchtritts 51 unterdrückt. Die Wärme des Abgases, das in dem Abgaskrümmer 4 strömt, wird über einen Wandabschnitt des Abgaskrümmers 4 und einen Wandabschnitt des EGR-Durchtritts 51 zu dem EGR-Katalysator 52 übertragen. Da der EGR-Katalysator 52 in der Nachbarschaft des abgasseitigen Verbindungsabschnitts 55 bereitgestellt ist, kann der EGR-Katalysator 52 eine größere Wärmemenge wegen einer Wärmeleitung erhalten. Als Ergebnis kann mit dem Abgasrückführungsgerät 50 der vorliegenden Ausführungsform das Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators 52 unterdrückt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Position des EGR-Katalysators 52 so eingestellt, dass eine zuverlässige Unterdrückung des Absinkens der Temperatur in dem EGR-Katalysator 52 ermöglicht ist. Der EGR-Katalysator 52 ist in einer Position angeordnet, in der das zu dem EGR-Durchtritt 51 strömende Abgas wegen der Abgasschwankungen den EGR-Katalysator 52 unabhängig von Betriebszuständen der Maschine 1 erreichen kann. Da die Position, die von dem Abgas erreicht werden kann, sich abhängig von Betriebszuständen der Maschine 1 unterscheidet, ist die Einbauposition des EGR-Katalysators 52 gemäß Betriebszuständen bestimmt, unter denen die erreichbare Position die nächste an dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 ist (es ist am schwierigsten für das Abgas, den EGR-Katalysator 52 zu erreichen).
Die Einbauposition des EGR-Katalysators 52 kann z. B. durch einen geeigneten Versuch gefunden werden. Die Maschine 1 wird unter verschiedenen Betriebszuständen betrieben und die Einbauposition des EGR-Katalysators 52 wird so bestimmt, dass das Abgas den EGR-Katalysator 52 sogar in dem Fall von Betriebszuständen erreichen kann, unter denen die Position, die durch das von dem Abgaskrümmer 4 in den EGR-Durchtritt 51 strömende Abgas erreicht werden kann, am nächsten zu dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 ist. Z. B. wird ein Volumen des Abgases, das wegen der Abgasschwankungen von dem Abgaskrümmer 4 zu dem EGR-Durchtritt 51 strömt, unter verschiedenen Betriebszuständen gemessen, und ein Minimalwert des Volumens des Abgases, das von dem Abgaskrümmer 4 zu dem EGR-Durchtritt 51 strömt, wird gefunden. Die Einbauposition des EGR-Katalysators 52 wird dann so bestimmt, dass das Volumen des Abschnitts (siehe Bezugszeichen 51a) zwischen dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 und dem EGR-Katalysator 52 in dem EGR-Durchtritt 51 gleich wie oder kleiner als der Minimalwert des Volumens ist.
Die Einbauposition des EGR-Katalysators 52 kann ebenfalls eher ausgehend von einer Länge des Abschnitts 51a zwischen dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 und dem EGR-Katalysator 52 als an dem Volumen des Abschnitts 51a zwischen dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 und dem EGR-Katalysator 52 gefunden werden. In diesem Fall wird ein erreichter Abstand des Abgases, das wegen der Abgasschwankungen von dem Abgaskrümmer 4 zu dem EGR-Durchtritt 51 strömt (Abstand zwischen dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 und einem Punkt, der von dem Abgas erreicht wurde, das in den EGR-Durchtritt 51 geströmt ist, und am nächsten an dem ansaugseitigen Verbindungsabschnitt 56 liegt), unter verschiedenen Betriebszuständen gemessen, und ein Minimalwert des zu erreichenden Abstands wird gefunden. Die Einbauposition des EGR-Katalysators 52 wird dann so bestimmt, dass eine Länge (Abstand) des Abschnitts 51a zwischen dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 und dem EGR-Katalysator 52 in dem EGR-Durchtritt 51 gleich wie oder geringer als der erreichte Abstand ist.
Da der EGR-Katalysator 52 somit eingebaut wird, kann das Abgas, das wegen der Abgasschwankungen von dem Abgaskrümmer 4 zu dem EGR-Durchtritt 51 strömt, zuverlässig verursacht werden, den EGR-Katalysator 52 sogar zu erreichen, wenn das EGR-Ventil 54 geschlossen ist. Von dem Gesichtspunkt, das Absinken der Temperatur in dem EGR-Katalysator 52 zu unterdrücken, ist es wünschenswert, dass der EGR-Katalysator 52 so nahe wie möglich an dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 liegt. Z. B. kann die Länge des Abschnitts 51a zwischen dem abgasseitigen Verbindungsabschnitt 55 und dem EGR-Katalysator52 in dem EGR-Durchtritt 51 im Wesentlichen null gemacht werden.
Darüber hinaus ist in dem Abgasrückführungsgerät 50 der vorliegenden Ausführungsform die wechselweise Anordnung des EGR-Katalysators 52 und des EGR-Kühlers 53 so bestimmt, dass das Abgas niedriger Temperatur, das in dem EGR-Kühler 53 vorhanden ist, nicht zurück zu dem EGR-Katalysator 52 strömt und kein Absinken der Temperatur in dem EGR Katalysator 52 verursacht.
Noch genauer ist die Länge (oder das Volumen) eines Abschnitts 51b zwischen dem EGR-Katalysator 52 und dem EGR-Kühler 53 in dem EGR-Durchtritt 51 so eingestellt, dass das Abgas, das wegen Abgasschwankungen aus dem EGR-Kühler 53 strömt, gehindert wird, den EGR-Katalysator 52 zu erreichen. Wie oben stehend beschrieben wurde, treten in dem Abgas, das in dem Abgaskrümmer 4 strömt, Druckschwankungen auf, wenn die Maschine 1 betrieben wird. Als Ergebnis strömt das Abgas von dem Abgaskrümmer 4 zu dem EGR-Durchtritt 51, oder das Abgas strömt aus dem EGR-Durchtritt 51 zu dem Abgaskrümmer 4. Somit bewegt sich das Abgas innerhalb des EGR-Durchtritts 51 sogar, wenn das EGR-Ventil 54 geschlossen ist. In diesem Fall, in dem das Abgas niedriger Temperatur innerhalb des EGR-Kühlers 53 vorhanden ist, d. h., das Abgas durch den EGR-Kühler 53 gekühlt wird, erreicht den EGR-Katalysator 52, die Temperatur des EGR-Katalysators 52 sinkt.
In der vorliegenden Ausführungsform, die im Folgenden beschrieben werden wird, ist der EGR-Kühler 53 so angeordnet, dass das aus dem EGR-Kühler 53 strömende Abgas gehindert wird, den EGR-Katalysator 52 sogar zu erreichen, wenn das Abgas sich wegen Abgasschwankungen innerhalb des EGR-Durchtritts 51 bewegt.
Die Einbauposition des EGR-Kühlers 53 (Position relativ zu dem EGR-Katalysator 52) kann z. B. durch einen geeigneten Versuch gefunden werden. Die Maschine 1 wird unter verschiedenen Betriebszuständen betrieben und der EGR-Kühler 53 ist so eingebaut, dass das aus dem EGR-Kühler ausströmende Abgas gehindert werden kann, den EGR-Katalysator 52 sogar unter Betriebszuständen zu erreichen, die derart sind, dass das ausströmende Abgas sich zu einer Stelle am nächsten an dem Abgasverbindungsabschnitt 55 bewegt (der größte Grad der Bewegung). Z. B. wird die ausströmende Menge (Atemmenge, die durch die Abgasschwankungen verursacht wird) des Abgases, das aus dem EGR-Kühler 53 wegen der Abgasschwankungen zu dem EGR-Katalysator 52 strömt, unter verschiedenen Betriebszuständen der Maschine 1 gemessen, und eine wechselweise Anordnung des EGR-Kühlers 53 und des EGR-Katalysators 52 wird derart bestimmt, dass das Volumen des Abschnitts 51b zwischen dem EGR-Katalysator 52 und dem EGR-Kühler 53 in dem EGR-Durchtritt 51 größer als der Maximalwert der gemessenen ausströmenden Menge wird.
Die wechselweise Anordnung des EGR-Kühlers 53 und des EGR-Katalysators 52 kann ebenfalls ausgehend von der Länge des Abschnitts 51b zwischen dem EGR-Katalysator 52 und dem EGR-Kühler 53 eher als an dem Volumen der Abschnitte 51b zwischen dem EGR-Katalysator 52 und dem EGR-Kühler 53 in dem EGR-Durchtritt 51 bestimmt werden. In diesem Fall wird das Bewegungsausmaß (Bewegungsabstand) des Abgases, das wegen der Abgasschwankungen aus dem EGR-Kühler 53 zu dem EGR-Katalysator 52 strömt, unter verschiedenen Betriebszuständen gemessen und ein Maximalwert des Bewegungsausmaßes wird gefunden. Eine wechselweise Anordnung des EGR-Kühlers 53 und des EGR-Katalysators 52 wird dann derart bestimmt, dass die Länge (Abstand) des Abschnitts 51b zwischen dem EGR-Katalysator 52 und dem EGR-Kühler 53 in dem EGR-Durchtritt 51 größer als der Maximalwert des Bewegungsausmaßes wird.
Wenn die wechselweise Anordnung des EGR-Kühlers 53 und des EGR-Katalysators 52 somit bestimmt wird, wird verhindert, dass das Abgas niedriger Temperatur, das aus dem EGR-Kühler 53 herausströmt, den EGR-Katalysator 52 erreicht, und es wird verhindert, dass die Temperatur des EGR-Katalysators 52 sogar absinkt, wenn das Abgas sich wegen Abgasschwankungen in einem Zustand innerhalb des EGR-Durchtritts 51 bewegt, in dem das EGR-Ventil 54 geschlossen ist.
Z. B. ist es unter Betriebszuständen hoher Last oder unter Betriebszuständen, die den Füllwirkungsgrad der Luft innerhalb der Zylinder erhöhen, notwendig, das Ausgangsmoment so weit wie möglich zu erhöhen. Daher ist das EGR-Ventil 54 manchmal geschlossen, um das Verhältnis von Luft (neuer Luft) in der Ansaugung zu erhöhen. Unter solchen Betriebszuständen ist die Menge des Abgases groß, das von der Maschine 1 abgegeben wird, und der Abgasdruck steigt (die Druckschwankungen sind groß). Wenn das EGR-Ventil 54 unter Betriebszuständen hoher Last oder unter Betriebszuständen, die den Füllwirkungsgrad der Luft innerhalb der Zylinder erhöhen, geschlossen ist, kann angenommen werden, dass der Bewegungsbereich des Abgases innerhalb des EGR-Durchtritts 51 steigen wird und das Abgas, das aus dem EGR-Kühler 53 strömt, den EGR-Katalysator 52 einfach erreichen wird. In dem Abgasrückführungsgerät 50 der vorliegenden Ausführungsform kann in einem solchen Fall verhindert werden, dass das aus dem EGR-Kühler 53 strömende Abgas den EGR-Katalysator 52 erreicht, und es kann verhindert werden, dass sogar in einem solchen Fall die Temperatur des EGR-Katalysators 52 sinkt.
In dem Abgasrückführungsgerät 50 der vorliegenden Ausführungsform ist der Abgasverbindungsabschnitt 55 direkt nach dem Vereinigungsabschnitt 4b des Abgaskrümmers 4 bereitgestellt. Wie im Folgenden beschrieben werden wird, ist es als Ergebnis möglich, eine Wirkung zu zeigen, das Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators 52 zu unterdrücken, während das Absinken des Reinigungswirkungsgrads des EGR-Katalysators 52 unterdrückt wird.
Außerdem führt in der folgenden Ausführungsform die Steuerungseinheit 20 eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung derart durch, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Abgaskatalysator 7 strömt, das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Somit wird eine Einspritzsteuerung des Kraftstoffs, der in jeden Zylinder 2 zugeführt wird, derart durchgeführt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, wenn das von dem Zylinder 2 abgegebene Abgas sich vereinigt und in dem Abgaskatalysator strömt. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nach dem Vereinigen in dem Vereinigungsabschnitt 4b somit auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das von jedem Zylinder 2 abgegeben wird (Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in dem Abgaszweigohr 4a strömt) nicht notwendigerweise das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis variiert zwischen den Zylindern 2 und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das von jedem Zylinder 2 abgegeben wird, kann im Verhältnis zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager sein. Von dem Standpunkt, zu verhindern, dass das Abgas, das eine höhere Temperatur aufweist, in den EGR-Katalysator 52 eingebracht wird, und das Absinken der Temperatur des EGR-Katalysators 52 zu unterdrücken, ist es erwünscht, dass der Abgasverbindungsabschnitt 55 stromaufwärts des Vereinigungsabschnitts 4b bereitgestellt ist. Wenn jedoch der EGR-Durchtritt 51 stromaufwärts des Vereinigungsabschnitts 4b verbunden ist, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in dem EGR-Durchtritt 51 strömt, im Verhältnis zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager werden, und es ist möglich, dass der EGR-Katalysator 52 keinen ausreichenden Reinigungswirkungsgrad bereitstellen wird.
Im Gegensatz ist in der vorliegenden Ausführungsform der EGR-Durchtritt 51 mit dem Vereinigungsabschnitt 4b des Abgaskrümmers 4 oder direkt nach dem Vereinigungsabschnitt 4b verbunden. Als Ergebnis strömt das Abgas mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verdurchschnittlicht ist, in den EGR-Durchtritt 51, das Absinken des Reinigungswirkungsgrads des EGR-Katalysators 52 ist unterdrückt und der EGR-Katalysator 52 kann das Abgas wirkungsvoll reinigen. Da darüber hinaus der EGR-Durchtritt 51 stromabwärts des Vereinigungsabschnitts 4b und so weit an der stromaufwärtigen Seite wie möglich verbunden ist, kann das Abgas mit einer höheren Temperatur zu dem EGR-Durchtritt 51 geführt werden.
Da darüber hinaus fette oder magere Abgase, die von jedem Zylinder 2 abgegeben werden, in dem Vereinigungsabschnitt 4b vereinigt werden, wird durch unverbrannte Kraftstoffbestandteile, die hauptsächlich in dem fetten Abgas enthalten sind, und durch Sauerstoff, der hauptsächlich in dem mageren Abgas enthalten ist, stromabwärts des Vereinigungsabschnitts 4b eine Reaktionswärme erzeugt. Da das Abgas stromabwärts des Vereinigungsabschnitts 4b in dem Abgaskrümmer 4 den EGR-Katalysator 52 erreicht, reagiert z. B. Sauerstoff, der durch den EGR-Katalysator 52 adsorbiert wurde, wenn das magere Abgas den Katalysator erreicht hat, mit unverbrannten Bestandteilen, die in dem fetten Abgas enthalten sind, das den Katalysator erreicht hat, und macht es dabei möglich, den EGR-Katalysator 52 zu erwärmen. Als Ergebnis kann ein Absinken der Temperatur in dem EGR-Katalysator 52 unterdrückt werden.
Insbesondere ist EGR-Katalysator 52 in der vorliegenden Ausführungsform der in einer Position bereitgestellt, die von dem Abgas erreicht werden kann, das wegen der Abgasschwankungen sogar in einem Zustand von dem Abgaskrümmer 4 zu dem EGR-Durchtritt 51 strömt, in dem das EGR-Ventil 54 geschlossen ist. Als Ergebnis wird nicht nur der EGR-Katalysator 52 durch die Wärme des Abgases erwärmt, sondern der EGR-Katalysator 52 wird ebenfalls durch die Reaktionswärme von Sauerstoff und unverbrannten Bestandteilen des Kraftstoffs erwärmt, sogar wenn das EGR-Ventil 54 geschlossen ist.
Wie oben stehend beschrieben wurde, kann mit dem Abgasrückführungsgerät 50 der vorliegenden Ausführungsform, da der EGR-Katalysator 52 in der Nähe des Abgasverbindungsabschnitts 55 bereitgestellt ist, das Abgas, das von dem Abgaskrümmer 4 zu dem EGR-Durchtritt 51 strömt, den EGR-Katalysator 52 einfach erreichen, und es wird ein Absinken der Temperatur in dem EGR-Katalysator 52 unterdrückt. Da der EGR-Katalysator 52 so eingebaut ist, dass das in den EGR-Durchtritt 51 strömende Abgas wegen der Abgasschwankungen den EGR-Katalysator 52 erreichen kann, kann insbesondere das Absinken der Temperatur in dem EGR-Katalysator 52 zuverlässiger unterdrückt werden.
Darüber hinaus ist in dem Abgasrückführungsgerät 50 der vorliegenden Ausführungsform die wechselweise Anordnung des EGR-Katalysators 52 und des EGR-Kühlers 53 derart bestimmt, dass das Abgas niedriger Temperatur, das in dem EGR-Kühler 53 vorhanden ist, nicht zu dem EGR-Katalysator 52 zurück strömt, und ein Absinken der Temperatur in dem EGR-Katalysator 52 nicht verursacht. Die Länge (Volumen) des EGR-Durchtritts 51 zwischen dem EGR-Katalysator 52 und dem EGR-Kühler 53 wird groß gemacht, so dass das Abgas, das aus dem EGR-Kühler 53 heraus geströmt ist, gehindert werden kann, sogar den EGR-Katalysator 52 zu erreichen, wenn das innerhalb des EGR-Durchtritts 51 angeordnete Abgas sich wegen Druckschwankungen in dem Abgas bewegt, die den Betrieb der Maschine 1 begleiten. Daher ist in einem Zustand, in dem das EGR-Ventil 54 geschlossen ist, verhindert, dass das Abgas, das von dem EGR-Kühler 53 strömt, in Berührung mit dem EGR-Katalysator 53 gerät und dessen Temperatur senkt.
Die Öffnungs-Schließsteuerung des EGR-Ventils 54, die durch die Steuereinheit 20 durchgeführt wird, wenn die Kühlung begonnen wird, wird im Folgenden erläutert.
Wenn in der folgenden Ausführungsform der EGR-Katalysator 52 nicht ausreichend aufgewärmt ist, z. B., wenn eine Kühlung begonnen wird, behält die Steuereinheit 20 das EGR-Ventil 54 in einem geschlossenen Zustand bei, bis der EGR-Katalysator 52 einen vorbestimmten aufgewärmten Zustand erreicht. Als Ergebnis kann eine Anhäufung von Ablagerungen an dem Einlasssystem unterdrückt werden, die durch eine Strömung des Abgases in dem EGR-Durchtritt 51 induziert werden, bevor der EGR-Katalysator 52 aufgewärmt ist.
In dem bekannten Abgasrückführungsgerät kann nicht erwartet werden, dass die Temperatur des EGR-Katalysators 52 ansteigt, wenn das EGR-Ventil 54 geschlossen ist und das Abgas nicht in dem EGR-Durchtritt 51 strömt. Daher ist es notwendig, das EGR-Ventil 54 zu öffnen und zu verursachen, dass das Abgas in den EGR-Durchtritt 51 strömt, um den EGR-Katalysator 52 aufzuwärmen. Da in diesem Fall das Abgas strömt, bevor der EGR-Katalysator 52 einen vorbestimmten Aufwärmzustand erreicht, werden unverbrannte Bestandteile des Kraftstoffs oder Partikelbestandteile nicht ausreichend entfernt, treten durch den EGR-Katalysator 52 und können sich an dem Ansaugsystem anhaften. Wenn unverbrannte Bestandteile sich an dem Ansaugsystem anhaften, können in dem Ansaugsystem Ablagerungen erzeugt werden.
Im Gegensatz kann in dem Abgasrückführungsgerät 50 der vorliegenden Ausführungsform das Abgas hoher Temperatur den EGR-Katalysator 52 wegen der Abgasschwankungen sogar erreichen, wenn das EGR-Ventil 54 geschlossen bleibt. Wenn die Maschine 1 betrieben wird, wird daher der EGR-Katalysator 52 sogar aufgewärmt, falls das EGR-Ventil 54 geschlossen bleibt. Als Ergebnis kann das EGR-Ventil 54 geöffnet werden und die Strömung des Abgases zu dem EGR-Durchtritt 51 kann begonnen werden, nachdem die Temperatur des EGR-Katalysators 52 ausreichend erhöht wurde (z. B. auf eine Temperatur, die gleich wie oder höher als eine Aktivierungstemperatur ist). Es kann verhindert werden, dass das Abgas in den EGR-Durchtritt 51 strömt, während der EGR-Katalysator 52 nicht ausreichend aufgewärmt ist, und die Ausbildung und das Wachstum von Ablagerungen in dem Ansaugsystem können unterdrückt werden.
Ob der EGR-Katalysator 52 einen vorbestimmten aufgewärmten Zustand erreicht hat, wird durch das Schätzen des aufgewärmten Zustands des EGR-Katalysators 52 auf Basis der Geschichte der Betriebszustände bestimmt. Die Steuereinheit 20 bestimmt den aufgewärmten Zustand des EGR-Katalysators 52 von der Wärmemenge, die durch das Abgas zu dem EGR-Katalysator 52 bereitgestellt wird, und einer Wärmekapazität des EGR-Katalysators 52. Die Wärmemenge, die durch das Abgas zu dem EGR-Katalysator 52 bereitgestellt wird, kann z. B. aus der Abgastemperatur, die durch die Betriebszustände der Maschine 1 bestimmt wird, und das Volumen (Strömungsrate) des Abgases, das den EGR-Katalysator 52 wegen der Abgasschwankungen erreicht, gefunden werden. Die Steuereinheit 20 speichert im Voraus ein Kennfeld, das ein Verhältnis zwischen Betriebszuständen der Maschine 1 und eine Variationsmenge der Temperatur des EGR-Katalysators 52 pro vorbestimmten Abstand entsprechend den Betriebszuständen speichert. Die Steuereinheit 20 schätzt die Variationsmenge der Temperatur des EGR-Katalysators 52 mit Bezug auf das Kennfeld auf Basis der Betriebszustände der Maschine 1 mit einem vorbestimmten Abstand, der im Voraus eingestellt wurde, integriert die geschätzte Variationsmenge der Temperatur und schätzt die vorliegende Temperatur (Aufwärmzustand) des EGR-Katalysators 52. z. B. können eine Maschinendrehzahl und ein Abgabemoment (Maschinenlast) der Maschine 1 als Betriebszustände der Maschine 1 verwendet werden.
2 ist ein Flussdiagramm und stellt die Abläufe dar, die durchgeführt werden, wenn die Steuereinheit 20 bestimmt, ob das EGR-Ventil 54 geöffnet ist, nachdem die Kühlung begonnen wurde. Das Flussdiagramm, das in 2 dargestellt ist, wird wiederholt ausgeführt, z. B., nachdem das Kühlen begonnen wurde, wenn nicht bestimmt wurde, dass das EGR-Ventil 54 geöffnet ist (wenn nicht bestimmt wurde, dass der EGR-Katalysator 52 den vorbestimmten aufgewärmten Zustand erreicht hat).
Zuerst wird in Schritt S10 die vorliegende Temperatur des EGR-Katalysators 52 durch die Steuereinheit 20 geschätzt. Die Steuereinheit 20 schätzt eine Variationsmenge der Temperatur des EGR-Katalysators 52 in einem vorbestimmten Abstand, der im Voraus auf Basis der Betriebszustände der Maschine 1 bestimmt wurde und schätzt die vorliegende Temperatur des EGR-Katalysators 52 durch das Integrieren der geschätzten Variationsmenge der Temperatur.
Dann bestimmt in Schritt S20 die Steuereinheit 20, ob die vorliegende Temperatur des EGR-Katalysators 52, die in Schritt S10 geschätzt wurde, höher als die vorbestimmte Temperatur ist, die im Voraus eingestellt wurde. Die vorbestimmte Temperatur ist eine Schwelle zum Bestimmen, ob der EGR-Katalysator 52 einen vorbestimmten aufgewärmten Zustand erreicht hat und das Abgas ausreichend reinigen kann. Die vorbestimmte Temperatur wird z. B. auf Basis der Aktivierungstemperatur des EGR-Katalysators 52 eingestellt. Wenn das Bestimmungsergebnis des Schritts S20 anzeigt, dass die vorliegende Temperatur des EGR-Katalysators 52 höher als die vorbestimmte Temperatur (Schritt S20 – JA) ist, schreitet die Strömungssteuerung zu Schritt S30 voran, und wenn die vorliegende Temperatur des Katalysators nicht höher als die vorbestimmte Temperatur ist (Schritt S20 – NEIN), endet die Strömungssteuerung.
In Schritt S30 ermöglicht die Steuereinheit 20, dass das EGR-Ventil 54 geöffnet wird. Als Ergebnis wird bestimmt, dass die Vorbereitung zur Ausführung der Abgasrückführungssteuerung, durch die das Abgas zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird, vollständig ist. Wenn auf Basis der Betriebszustände der Maschine 1 bestimmt wird, dass die Abgasrückführungssteuerung auszuführen ist, erlaubt die Steuereinheit 20, dass die Abgasrückführungssteuerung ausgeführt wird. Wenn Schritt S30 ausgeführt wird, endet die Steuerung der Strömung.
Dem EGR-Ventil 54 ist es nicht gestattet, geöffnet zu sein, solange in Schritt S20 eine negative Bestimmung gemacht wird. In diesem Fall erlaubt die Steuereinheit 20 nicht, dass die Abgasrückführungssteuerung ausgeführt wird, sogar wenn bestimmt wurde, dass die Abgasrückführungssteuerung auf Basis der Betriebszustände der Maschine 1 auszuführen ist.
Wie oben stehend beschrieben wurde, wird das Abgas gehindert in dem EGR-Durchtritt 51 zu strömen, bevor der EGR-Katalysator 52 sich in dem Aufwärmzustand befindet, in dem auf Basis der geschätzten Temperatur des EGR-Katalysators 52 bestimmt wird, ob es dem EGR-Ventil 54 gestattet ist, geöffnet zu sein. Darüber hinaus kann, verursacht werden, dass das Abgas hoher Temperatur den EGR-Katalysator 52 erreicht und der EGR-Katalysator 52 kann wegen der Atmungswirkung des Abgases aufgewärmt werden, die durch die Abgasschwankungen induziert wird.
Zusammenfassung
Ein Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine hat einen EGR-Durchtritt, der einen Abgasdurchtritt und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet, ein EGR-Ventil, das den EGR-Durchtritt blockiert, wenn es geschlossen ist, einen EGR-Katalysator, der zwischen einem Verbindungsabschnitt mit dem Abgasdurchtritt in dem EGR-Durchtritt und einer Einbauposition des EGR-Ventils bereitgestellt ist, und der ein Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt. Das Abgasrückführungsgerät führt eine Abgasrückführungssteuerung durch, durch die das EGR-Ventil geöffnet wird, und das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas wird über den EGR-Durchtritt zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt. Der EGR-Katalysator ist in der Nachbarschaft des Verbindungsabschnitts in dem EGR-Durchtritt angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-264821 [0003]
JP 2005-264821 A [0003]

Claims

Abgasrückführungsgerät einer Brennkraftmaschine, mit: einem EGR-Durchtritt, der einen Abgasdurchtritt der Brennkraftmaschine und einen Ansaugdurchtritt der Brennkraftmaschine verbindet; einem EGR-Ventil, das in dem EGR-Durchtritt bereitgestellt ist und den EGR-Durchtritt blockiert, wenn es geschlossen ist; einem EGR-Katalysator, der zwischen einem Verbindungsabschnitt mit dem Abgasdurchtritt in dem EGR-Durchtritt und einer Einbauposition des EGR-Ventils bereitgestellt ist, ein Abgas reinigt, das in dem EGR-Durchtritt strömt und in dem EGR-Durchtritt in der Nähe des Verbindungsabschnitts angeordnet ist; und einer Steuereinheit, die eine Abgasrückführungssteuerung durchführt, durch die das EGR-Ventil geöffnet wird und das in dem Abgasdurchtritt strömende Abgas über den EGR-Durchtritt zu dem Ansaugdurchtritt zurückgeführt wird.
Abgasrückführungsgerät nach Anspruch 1, wobei der EGR-Katalysator in einer Position bereitgestellt ist, die durch das Abgas erreichbar ist, das wegen Druckschwankungen in dem Abgas, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Zustand verursacht werden, in dem das EGR-Ventil geschlossen ist, von dem Abgasdurchtritt in den EGR-Durchtritt strömt.
Abgasrückführungsgerät nach Anspruch 2, wobei die Position, die durch das einströmende Abgas erreichbar ist, eine Position ist, in der ein Volumen eines Abschnitts zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem EGR-Katalysator in dem EGR-Durchtritt kleiner als ein Minimalwert eines Volumens des Abgases ist, das wegen der Druckschwankungen, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden, von dem Abgasdurchtritt in den EGR-Durchtritt strömt.
Abgasrückführungsgerät nach Anspruch 2, wobei die Position, die durch das einströmende Abgas erreichbar ist, eine Position ist, in der eine Länge eines Abschnitts zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem EGR-Katalysator in dem EGR-Durchtritt kleiner als ein Minimalwert eines erreichten Abstands des Abgases ist, das wegen der Druckschwankungen in dem Abgas, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden, von dem Abgasdurchtritt in den EGR-Durchtritt strömt.
Abgasrückführungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Länge eines Abschnitts zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem EGR-Katalysator in dem EGR-Durchtritt im Wesentlichen null ist.
Abgasrückführungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem mit einem EGR-Kühlgerät, das zwischen einer Einbauposition des EGR-Ventils und einer Einbauposition des EGR-Katalysators in dem EGR-Durchtritt bereitgestellt ist, und das Abgas kühlt, das in dem EGR-Durchtritt strömt, wobei das EGR-Kühlgerät in einer Position bereitgestellt ist, in der das Abgas, das wegen der Druckschwankungen, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Zustand verursacht werden, in dem das EGR-Ventil geschlossen ist, aus dem EGR-Kühlgerät heraus strömt, daran gehindert ist, den EGR-Katalysator zu erreichen.
Abgasrückführungsgerät nach Anspruch 6, wobei die Position, in der das ausströmende Abgas gehindert werden kann, den EGR-Katalysator zu erreichen, eine Position ist, in der ein Volumen eines Abschnitts zwischen dem EGR-Kühlgerät und dem EGR-Katalysator in dem EGR-Durchtritt größer als ein Maximalwert eines Volumens des Abgases ist, das wegen der Druckschwankungen in dem Abgas, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden, aus dem EGR-Kühlgerät zu dem EGR-Katalysator strömt.
Abgasrückführungsgerät nach Anspruch 6, wobei die Position, in der das ausströmende Abgas gehindert werden kann, den EGR-Katalysator zu erreichen, eine Position ist, in der eine Länge des Abschnitts zwischen dem EGR-Kühlgerät und dem EGR-Katalysator in dem EGR-Durchtritt größer als ein Maximalwert eines Bewegungsabstands des Abgases ist, das wegen der Druckschwankungen in dem Abgas, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden, aus dem EGR-Kühlgerät zu dem EGR-Katalysator strömt.
Abgasrückführungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, außerdem mit einer Temperatürerfassungs-/-schätzeinheit, die eine Temperatur des EGR-Katalysators erfasst oder schätzt, wobei die Steuereinheit das EGR-Ventil in einem geschlossenen Zustand beibehält, solange eine durch die Temperaturerfassungs-/-schätzeinheit erfasste oder geschätzte Temperatur gleich wie oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, die im Voraus eingestellt wurde.