JP4654973B2 - Exhaust device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気装置に関する。 The present invention relates to an exhaust device for an internal combustion engine.
特許文献1には、排気タービン式過給機を備えた内燃機関において、排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR通路にEGRクーラが配置されたものが開示されている。 Patent Document 1 discloses an internal combustion engine equipped with an exhaust turbine supercharger in which an EGR cooler is arranged in an EGR passage that recirculates a part of exhaust gas to an intake system.
尚、排気タービン式過給機は、同一軸に取り付けたタービンロータ及びコンプレッサロータを有し、排気通路内の排気ガスによって駆動するタービンロータで吸気通路内のコンプレッサロータを駆動し、空気を圧縮し高密度の空気をエンジンへ供給するものである。
しかしながら、この特許文献1においては、エンジン始動直後で排気浄化用の触媒を早期に活性化させる際には、EGRクーラを介さずに排気ガスを触媒に導入することが可能であるが、排気タービン式過給機(タービンロータ)を排気ガスがバイパスする構造とはなっていないため、排気タービン式過給機を通過することによって排気ガスの温度が相対的に低下し、十分な触媒の早期活性化を図ることが難しいという問題がある。つまり、内燃機関の運転性能を早期に最大限引き出すことが困難となっている。 However, in this Patent Document 1, when the exhaust purification catalyst is activated immediately after engine startup, exhaust gas can be introduced into the catalyst without using an EGR cooler. Since the exhaust gas bypass structure does not bypass the turbocharger (turbine rotor), the exhaust gas temperature relatively decreases by passing through the exhaust turbine supercharger, and sufficient early activation of the catalyst There is a problem that it is difficult to plan. That is, it is difficult to maximize the operating performance of the internal combustion engine at an early stage.
また、触媒の活性時間が十分に短縮されず、それに伴い、エンジンの冷却水温の上昇が遅れ、結果的に排気ガスを吸気系に還流させることができる時期が遅れ、燃費性能の向上が十分ではないという問題がある。 In addition, the activation time of the catalyst is not shortened sufficiently, and as a result, the rise in the engine coolant temperature is delayed, resulting in a delay in the time when the exhaust gas can be recirculated to the intake system, and the fuel consumption performance is not sufficiently improved. There is no problem.
そこで、本発明は、排気タービン式過給機のタービンロータが配置された排気通路と、タービンロータをバイパスするよう排気通路に接続されたバイパス通路と、バイパス通路内に配置されウエストゲート弁と、排気通路に対するバイパス通路の接続位置よりも排気上流側で排気通路に対して接続され、排気通路内の排気ガスを吸気系に導入するEGR通路と、EGR通路に配置されたEGRクーラと、EGRクーラよりもEGR通路における排気下流側に配置され吸気系に導入される排気ガス導入量を制御するEGR弁と、を備えた内燃機関の排気装置において、EGR通路と排気通路との接続位置となるEGR通路接続部に3方向の流れを制御可能な第1方向制御手段が配置され、バイパス通路と排気通路との接続位置のうち、タービンロータの排気上流側に位置するバイパス通路上流側接続部に3方向の流れを制御可能な第2方向制御手段が配置され、EGR通路におけるEGRクーラとEGR弁との間の区間と、バイパス通路におけるウエストゲート弁よりも排気上流側の区間との間を連通させる連絡通路が設けられていることを特徴としている。 Accordingly, the present invention provides an exhaust passage in which a turbine rotor of an exhaust turbine supercharger is disposed, a bypass passage connected to the exhaust passage so as to bypass the turbine rotor, a wastegate valve disposed in the bypass passage, An EGR passage that is connected to the exhaust passage upstream of the connection position of the bypass passage to the exhaust passage and introduces exhaust gas in the exhaust passage into the intake system; an EGR cooler disposed in the EGR passage; and an EGR cooler And an EGR valve that controls an exhaust gas introduction amount that is disposed on the exhaust gas downstream side of the EGR passage and that is introduced into the intake system. EGR serving as a connection position between the EGR passage and the exhaust passage A first direction control means capable of controlling the flow in three directions is disposed in the passage connection portion, and the turbine is located among the connection positions of the bypass passage and the exhaust passage The second direction control means capable of controlling the flow in three directions is arranged at the upstream side of the bypass passage located on the upstream side of the exhaust of the motor, the section between the EGR cooler and the EGR valve in the EGR passage, and the bypass passage A communication passage that communicates with a section on the exhaust upstream side of the wastegate valve is provided.
本発明によれば、運転状態に応じて、第1及び第2方向制御手段、EGR弁及びウエストゲート弁を制御することで、排気ガスの流れを最適化することができ、内燃機関の運転性能を早期に最大限引き出すことが可能となる。 According to the present invention, the flow of exhaust gas can be optimized by controlling the first and second direction control means, the EGR valve, and the wastegate valve according to the operating state, and the operating performance of the internal combustion engine. Can be maximized at an early stage.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る内燃機関の排気装置の概略構成模式的に示した説明図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention.
内燃機関1の排気通路2には、排気タービン式過給機のタービンロータ3が配置されていると共に、このタービンロータ3をバイパスするバイパス通路4が接続されている。
A
排気タービン式過給機は、同一軸に取り付けたタービンロータ3及びコンプレッサロータ(図示せず)を有するものであり、排気通路2内の排気ガスによって駆動するタービンロータ3で吸気通路内のコンプレッサロータを駆動し、空気を圧縮し高密度の空気を内燃機関1へ供給するものである。
The exhaust turbine supercharger has a
バイパス通路4には、運転状態に応じて決まる過給圧の設定上限値を超えないように過給圧制御を実施可能なウエストゲート弁5が配置されている。 In the bypass passage 4, a wastegate valve 5 capable of supercharging pressure control is disposed so as not to exceed a set upper limit value of the supercharging pressure determined according to the operation state.
そして、排気通路2には、排気通路2とバイパス通路4との接続位置よりも排気上流側で、排気通路2内の排気ガスを吸気系に導入するEGR通路6が接続されている。このEGR通路6には、EGRクーラ7が配置されていると共に、EGRクーラ7よりもEGR通路6における排気下流側に吸気系に導入される排気ガス導入量を制御するEGR弁8が配置されている。
The
尚、バイパス通路4と排気通路2との接続位置のうちタービンロータ3の排気下流側に位置するバイパス通路下流側接続部9よりも排気下流側に排気浄化用の触媒10が配置されている。
An
EGR通路6におけるEGRクーラ7とEGR弁8との間の区間と、バイパス通路4におけるウエストゲート弁5よりも排気上流側の区間とは、連絡通路11により連通するよう構成されている。
A section between the EGR cooler 7 and the
そして、EGR通路6と排気通路2との接続位置となるEGR通路接続部12には、3方向の流れを制御可能な第1方向制御手段としての第1三方弁13が配置されている。換言すれば、第1方向制御手段である第1三方弁13は、流体の出入り口が3つあり、これら3つの出入り口の内の少なくとも2つを出入り口とする複数の流路の切り替えを行うものである。詳述すると、排気通路2のうち、EGR通路接続部12よりも排気上流側の位置をA、排気下流側の位置をCとし、排気通路2に接続されたEGR通路6の一端位置をBとすると、この第1三方弁13は、A〜B間の流れのみを許容する場合と、A〜C間の流れのみを許容する場合と、A〜B間及びA〜C間の流れを同時に許容する場合と、に切り替られるように構成されている。
A first three-
また、バイパス通路4と排気通路2との接続位置のうち、タービンロータ3の排気上流側に位置するバイパス通路上流側接続部14には、3方向の流れを制御可能な第2方向制御手段としての第2三方弁15が配置されている。換言すれば、第2方向制御手段である第2三方弁15は、流体の出入り口が3つあり、これら3つの出入り口の内の少なくとも2つを出入り口とする複数の流路の切り替えを行うものである。詳述すると、排気通路2のうち、バイパス通路上流側接続部14よりも排気上流側の位置をD、排気下流側の位置をFとし、排気通路2に接続されたバイパス通路4の排気上流側端位置をEとすると、この第2三方弁15は、D〜E間の流れのみを許容する場合と、E〜F間の流れのみを許容する場合と、D〜F間の流れのみを許容する場合と、D〜E間及びD〜F間の流れを同時に許容する場合と、に切り替られるように構成されている。
Of the connecting positions of the bypass passage 4 and the
このように構成された本実施形態においては、運転状態に応じて、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15の設定が変更され、排気ガスの流れを最適化することができ、内燃機関の運転性能を早期に、かつ効果的に最大限引き出すことが可能となる。
In the present embodiment configured as described above, the settings of the waste gate valve 5, the
例えば、冷機状態から内燃機関1を始動する際には、触媒10の可及的速やかな活性化を図る必要がある。そこで、冷機始動時には、図2及び図3に示すように、触媒10が活性化温度に到達するまで、すなわち始動から時刻T1までの期間は、EGRクーラ7及びタービンロータ3をバイパスした排気ガスが触媒10に導入されるように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御する。
For example, when starting the internal combustion engine 1 from a cold state, it is necessary to activate the
具体的には、冷機始動時には、EGR通路接続部12よりも排気上流側の排気通路2からEGR通路接続部12を経てEGR通路接続部12よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1三方弁13が切り替えられ、バイパス通路上流側接続部14よりも排気上流側の排気通路2からバイパス通路上流側接続部14を経てバイパス通路4へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2三方弁15が切り替えられ、EGR弁8が全閉状態となり、ウエストゲート弁5が全開状態となるよう制御されている。換言すれば、第1三方弁13はA〜C間の流れのみが許容されるよう切り替えられ、第2三方弁15によりD〜E間の流れのみが許容されるよう切り替えられている。尚、図3において、網掛けされた経路は、排気ガスが流れる経路を示している。
Specifically, at the time of cold start, exhaust gas that flows from the
この図3のように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御すれば、無駄な熱損失がないまま排気ガスが触媒10に到達することになるので、触媒10の可及的速やかな活性化を図ることができる。
As shown in FIG. 3, if the wastegate valve 5, the
また、触媒10が活性化温度に達した冷機状態においては、冷却水温度の早期に上昇させることで、暖機の促進化やEGRが実施可能な冷却水温度へ早期に到達させる必要がある。
Further, in the cold state where the
そこで、触媒10活性化後の冷機時には、図4〜図6に示すように、冷却水温度がEGRの実施可能な所定温度K(例えば60℃)となるまで(T1〜T2間)、EGRクーラ7を通った排気ガスが触媒10へ導入されるように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御する。
Therefore, at the time of cooling after activation of the
具体的には、加速要求の無い場合には、図5に示すように、EGR通路接続部12よりも排気上流側の排気通路2からEGR通路接続部12を経てEGR通路6へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1三方弁13が切り替えられ、バイパス通路上流側接続部14よりも排気上流側の排気通路2からバイパス通路上流側接続部14を経てバイパス通路上流側接続部14よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2三方弁15が切り替えられ、EGR弁8が全閉状態となり、ウエストゲート弁5が全開状態となるよう制御されている。換言すれば、第1三方弁13はA〜B間の流れのみが許容されるよう切り替えられ、第2三方弁15によりD〜F間の流れのみが許容されるよう切り替えられており、実質的に排気ガスがタービンロータ3をバイパスして触媒10に導入されるようになっている。尚、図5において、網掛けされた経路は、排気ガスが流れる経路を示している。
Specifically, when there is no acceleration request, as shown in FIG. 5, the exhaust gas flowing from the
この図5のように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御すれば、EGRクーラ7にて排気ガスと冷却水との間の熱交換が行えるので、温度の上昇した冷却水による暖機の促進と、EGRが実施可能となる冷却水温度への早期の到達が実現でき、結果として燃費向上効果を得ることができる。
As shown in FIG. 5, if the waste gate valve 5, the
また、加速要求がある場合には、図6に示すように、EGR通路接続部12よりも排気上流側の排気通路2からEGR通路接続部12を経てEGR通路6へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1三方弁13が切り替えられ、バイパス通路4からバイパス通路上流側接続部14を経てバイパス通路上流側接続部14よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2三方弁15が切り替えられ、EGR弁8が全閉状態となり、ウエストゲート弁5が運転状態に応じて決まる過給圧の設定上限値を超えないように過給圧制御(デューティ制御)されている。換言すれば、第1三方弁13はA〜B間の流れのみが許容されるよう切り替えられ、第2三方弁15によりE〜F間の流れのみが許容されるよう切り替えられ、タービンロータ3に排気ガスの一部が導入されるようになっている。尚、図6において、網掛けされた経路は、排気ガスが流れる経路を示している。
Further, when there is an acceleration request, only the flow of exhaust gas flowing from the
この図6のように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御すれば、排気タービン式過給機の駆動により加速要求に対応しつつ、冷却水温度の上昇を図ることができる。
As shown in FIG. 6, if the waste gate valve 5,
また、早急な過給圧の立ち上がりが必要とされる場合には、図7〜図9に示すように、EGRクーラ7等の過給圧の上昇に寄与しない部分に排気ガスを流すことなく、タービンロータ3の駆動に寄与する部分に集中して排気ガスが流れるように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御する。
Further, in the case where a rapid rise in the supercharging pressure is required, as shown in FIGS. 7 to 9, the exhaust gas does not flow through a portion that does not contribute to the increase in the supercharging pressure, such as the EGR cooler 7. The waste gate valve 5, the
具体的には、過給圧のコントロールを開始するいわゆるインターセプトポイント前の状態(図7においてエンジン回転数がR1以下となる領域)では、図8に示すように、EGR通路接続部12よりも排気上流側の排気通路2からEGR通路接続部12を経てEGR通路接続部12よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1三方弁13が切り替えられ、バイパス通路上流側接続部14よりも排気上流側の排気通路2からバイパス通路上流側接続部14を経てバイパス通路上流側接続部14よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2三方弁15が切り替えられ、EGR弁8が全閉状態となり、ウエストゲート弁5が全開状態となるよう制御されている。換言すれば、第1三方弁13はA〜C間の流れのみが許容されるよう切り替えられ、第2三方弁15によりD〜F間の流れのみが許容されるよう切り替えられている。尚、図8において、網掛けされた経路は、排気ガスが流れる経路を示している。
Specifically, in a state before the so-called intercept point at which the control of the supercharging pressure is started (a region where the engine speed is R1 or less in FIG. 7), as shown in FIG. The first three-
ここで、上述したインターセプトポイントとは、過給圧のコントロールを開始する時期のことであり、全負荷(アクセル全開)条件でエンジン回転数を上げていった際に、これ以上過給圧が上がらなくなるよう設定されるポイントである。具体的には、図7におけるP点がインターセプトポイントとなる。 Here, the above-mentioned intercept point is the timing when the control of the supercharging pressure is started, and when the engine speed is increased under the full load (accelerator fully open) condition, the supercharging pressure further increases. It is a point that is set to disappear. Specifically, point P in FIG. 7 is the intercept point.
この図8のように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御すれば、インターセプトポイント前の状態では、全ての排気ガスがタービンロータに導入されることになり、可及的速やかに過給圧を上昇させることができる。
As shown in FIG. 8, if the wastegate valve 5, the
そして、過給圧のコントロールを開始するいわゆるインターセプトポイント後の状態(図7においてエンジン回転数がR1より大きくなる領域)では、図9に示すように、EGR通路接続部12よりも排気上流側の排気通路2からEGR通路接続部12を経てEGR通路接続部12よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1三方弁13が切り替えられ、バイパス通路上流側接続部14よりも排気上流側の排気通路2からバイパス通路上流側接続部14を経てバイパス通路4及びバイパス通路上流側接続部14よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2三方弁15が切り替えられ、EGR弁8が全閉状態となり、ウエストゲート弁5がウエストゲート弁5が運転状態に応じて決まる過給圧の設定上限値を超えないように過給圧制御(デューティ制御)されている。換言すれば、第1三方弁13はA〜C間の流れのみが許容されるよう切り替えられ、第2三方弁15によりD〜E間の流れ及びD〜F間の流れが同時に許容されるよう切り替えられている。尚、図9において、網掛けされた経路は、排気ガスが流れる経路を示している。
In a state after the so-called intercept point where the control of the supercharging pressure is started (a region where the engine speed is larger than R1 in FIG. 7), as shown in FIG. 9, the exhaust gas upstream side of the EGR
この図9のように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御すれば、インターセプトポイント後の状態では、過給圧が所定の設定上限値を超えないようにウエストゲート弁が制御されるので、タービンロータ3に対して適正な量の排気ガスを導入することができる。
As shown in FIG. 9, if the waste gate valve 5,
そして、EGRを実施する際には、図10〜図12に示すように、吸気系に還流させる排気ガス(EGRガス)の温度が運転状態に応じて変更されるように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御する。
When performing EGR, as shown in FIGS. 10 to 12, the wastegate valve 5, so that the temperature of the exhaust gas (EGR gas) recirculated to the intake system is changed according to the operating state. The
具体的には、運転状態が低負荷領域でEGRを実施する際には、図11に示すように、EGR通路接続部12よりも排気上流側の排気通路2からEGR通路接続部12を経てEGR通路接続部12よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1三方弁13が切り替えられ、バイパス通路上流側接続部14よりも排気上流側の排気通路2からバイパス通路上流側接続部14を経てバイパス通路4へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2三方弁15が切り替えられ、EGR弁が運転状態に応じた排気ガスの還流量となるようデューティ制御され、ウエストゲート弁5が全開状態となるよう制御されている。換言すれば、第1三方弁13はA〜C間の流れのみが許容されるよう切り替えられ、第2三方弁15によりD〜E間の流れのみが許容されるよう切り替えられている。尚、図11において、網掛けされた経路は、排気ガスが流れる経路を示している。
Specifically, when the EGR is performed in the low load region of the operating state, as shown in FIG. 11, the EGR from the
この図11のように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御すれば、運転状態が低負荷域でEGRを実施する際には、EGRクーラ7をバイパスすることで比較的温度が高い排気ガスをEGRガスとして吸気系に還流させることができる。つまり、比較的温度の高いEGRガスが要求される低負荷運転領域では、運転状態にあった比較的高温のEGRガスを吸気系に導入することができる。
As shown in FIG. 11, if the waste gate valve 5, the
そして、運転状態が高負荷域でEGRを実施する際には、図12に示すように、EGR通路接続部12よりも排気上流側の排気通路2からEGR通路接続部12を経てEGR通路6へと流れる排気ガスの流れとEGR通路接続部12よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れの双方が許容されるように第1三方弁13が切り替えられ、バイパス通路上流側接続部14よりも排気上流側の排気通路2からバイパス通路上流側接続部14を経てバイパス通路上流側接続部14よりも排気下流側の排気通路2へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2三方弁15が切り替えられ、EGR弁が運転状態に応じた排気ガスの還流量となるようデューティ制御され、ウエストゲート弁5がウエストゲート弁5が運転状態に応じて決まる過給圧の設定上限値を超えないように過給圧制御(デューティ制御)されている。換言すれば、第1三方弁13はA〜B間の流れ及びA〜C間の流れが同時に許容されるよう切り替えられ、第2三方弁15によりD〜F間の流れのみが許容されるよう切り替えられている。尚、図12において、網掛けされた経路は、排気ガスが流れる経路を示している。
When the EGR is performed in the high load region, as shown in FIG. 12, the
この図12のように、ウエストゲート弁5、EGR弁8、第1三方弁13、第2三方弁15を制御すれば、運転状態が高負荷域の状態でEGRを実施する際には、EGRクーラ7に導入されることで冷却された比較的温度が低い排気ガスをEGRガスとして吸気系に還流させることができる。つまり、比較的温度の低いEGRガスが要求される高荷運転領域の運転状態の際には、運転状態にあった比較的低温のEGRガスを吸気系に導入することができると共に、タービンロータ3にも排気ガスが導入されるので所望の過給圧を得ることができる。
As shown in FIG. 12, if the waste gate valve 5, the
図13は、上述した本実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart showing the control flow of the present embodiment described above.
ステップ(以下、単にSと表記する)11では、触媒10が活性化されているか否かを判定し、触媒10が活性化されている場合にはS13へ進み、触媒10が活性化されていない場合にはS12へ進む。
In step (hereinafter simply referred to as S) 11, it is determined whether or not the
S12では、第1三方弁13がA〜C間の流れのみを許容するよう切り替えられ、第2三方弁15がD〜E間の流れのみを許容するよう切り替えられ、EGR弁8が閉、ウエストゲート弁5が開となるよう設定される。
In S12, the first three-
S13では、冷却水温がEGR可能な水温となっているか否かを判定し、EGR可能な水温となっている場合にはS17へ進み、EGR可能な水温となっていない場合にはS14へ進む。 In S13, it is determined whether or not the cooling water temperature is an EGR-capable water temperature. If the cooling water temperature is an EGR-capable water temperature, the process proceeds to S17. If the EGR-capable water temperature is not achieved, the process proceeds to S14.
S14では、過給領域であるか否かを判定し、過給領域であればS15へ進み、過給領域でなければS16へ進む。 In S14, it is determined whether or not it is the supercharging region. If it is the supercharging region, the process proceeds to S15, and if it is not the supercharging region, the process proceeds to S16.
S15では、第1三方弁13がA〜B間の流れのみを許容するよう切り替えられ、第2三方弁15がE〜F間の流れのみを許容するよう切り替えられ、EGR弁8が閉、ウエストゲート弁5が運転状態に応じて決まる過給圧の設定上限値を超えないようにデューティ制御されるよう設定される。一方、S16では、第1三方弁13がA〜B間の流れのみを許容するよう切り替えられ、第2三方弁15がD〜F間の流れのみを許容するよう切り替えられ、EGR弁8が閉、ウエストゲート弁5が開となるよう設定される。
In S15, the first three-
S17では、EGRをONするか否かを判定し、EGRをONする場合にはS21へ進み、EGRをONしない場合にはS18へ進む。 In S17, it is determined whether or not the EGR is turned on. If the EGR is turned on, the process proceeds to S21. If the EGR is not turned on, the process proceeds to S18.
S18では、運転状態がインターセプトポイント前の状態であるか否かを判定し、インターセプトポイント前であればS19へ進み、インターセプトポイント後であればS20へ進む。 In S18, it is determined whether or not the driving state is a state before the intercept point. If it is before the intercept point, the process proceeds to S19, and if it is after the intercept point, the process proceeds to S20.
S19では、第1三方弁13がA〜C間の流れのみを許容するよう切り替えられ、第2三方弁15がD〜F間の流れのみを許容するよう切り替えられ、EGR弁8が閉、ウエストゲート弁5が開となるよう設定される。一方S20では、第1三方弁13がA〜C間の流れのみを許容するよう切り替えられ、第2三方弁15がD〜E間及びD〜F間の流れを同時に許容するよう切り替えられ、EGR弁8が閉、ウエストゲート弁5が運転状態に応じて決まる過給圧の設定上限値を超えないようにデューティ制御されるよう設定される。
In S19, the first three-
S21では、吸気系に還流される排気ガスの温度を制御するにあたり、運転状態が低負荷域であるか否かを判定し、低負荷域であればS22へ、低負荷域でなければ(高負荷域であれば)S23へ進む。 In S21, in controlling the temperature of the exhaust gas recirculated to the intake system, it is determined whether or not the operating state is a low load region. If it is a load range, the process proceeds to S23.
S22では、第1三方弁13がA〜C間の流れのみを許容するよう切り替えられ、第2三方弁15がD〜E間の流れのみを許容するよう切り替えられ、EGR弁8が運転状態に応じた排気ガスの還流量となるようデューティ制御され、ウエストゲート弁5が開となるよう設定される。一方、S23では、第1三方弁13がA〜B間の流れのみを許容するよう切り替えられ、第2三方弁15がD〜F間の流れのみを許容するよう切り替えられ、EGR弁8が運転状態に応じた排気ガスの還流量となるようデューティ制御され、ウエストゲート弁5が運転状態に応じて決まる過給圧の設定上限値を超えないようにデューティ制御されるよう設定される。
In S22, the first three-
尚、上述した実施形態においては、第1及び第2方向制御手段は三方弁に限定されるのではなく、上述した実施形態で求められるような切替ができるものであればよい。 In the above-described embodiment, the first and second direction control means are not limited to the three-way valve, but may be any one that can be switched as required in the above-described embodiment.
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。 The technical idea of the present invention that can be grasped from the above embodiment will be listed together with the effects thereof.
(1) 同一軸に取り付けたタービンロータ及びコンプレッサロータを有する排気タービン式過給機のタービンロータが配置された排気通路と、タービンロータをバイパスするよう排気通路に接続されたバイパス通路と、バイパス通路内に配置されたウエストゲート弁と、排気通路に対するバイパス通路の接続位置よりも排気上流側で排気通路に対して接続され、排気通路内の排気ガスを吸気系に導入するEGR通路と、EGR通路に配置されたEGRクーラと、EGRクーラよりもEGR通路における排気下流側に配置され吸気系に導入される排気ガス導入量を制御するEGR弁と、を備えた内燃機関の排気装置において、EGR通路と排気通路との接続位置となるEGR通路接続部に3方向の流れを制御可能な第1方向制御手段が配置され、バイパス通路と排気通路との接続位置のうち、タービンロータの排気上流側に位置するバイパス通路上流側接続部に3方向の流れを制御可能な第2方向制御手段が配置され、EGR通路におけるEGRクーラとEGR弁との間の区間と、バイパス通路におけるウエストゲート弁よりも排気上流側の区間との間を連通させる連絡通路が設けられている。 (1) An exhaust passage in which a turbine rotor of an exhaust turbine supercharger having a turbine rotor and a compressor rotor attached to the same shaft is disposed, a bypass passage connected to the exhaust passage so as to bypass the turbine rotor, and a bypass passage An EGR passage that is connected to the exhaust passage upstream of the connection position of the bypass passage to the exhaust passage and introduces exhaust gas in the exhaust passage into the intake system, and an EGR passage. In an exhaust system for an internal combustion engine, the EGR passage includes: an EGR cooler that is disposed in the EGR passage; and an EGR valve that is disposed downstream of the EGR passage in the EGR passage and controls an exhaust gas introduction amount introduced into the intake system. The first direction control means capable of controlling the flow in the three directions is arranged at the EGR passage connecting portion which is a connection position between the exhaust passage and the exhaust passage. Among the connection positions of the bypass passage and the exhaust passage, the second direction control means capable of controlling the flow in the three directions is arranged at the bypass passage upstream side connection portion located on the exhaust upstream side of the turbine rotor, and the EGR in the EGR passage A communication passage is provided that communicates between the section between the cooler and the EGR valve and the section upstream of the wastegate valve in the bypass passage.
これによって、運転状態に応じて、第1及び第2方向制御手段、EGR弁及びウエストゲート弁を制御することで、排気ガスの流れを最適化することができ、内燃機関の運転性能を早期に最大限引き出すことが可能となる。 Thereby, the flow of exhaust gas can be optimized by controlling the first and second direction control means, the EGR valve and the wastegate valve according to the operating state, and the operating performance of the internal combustion engine can be improved early. It is possible to draw out as much as possible.
(2) 上記(1)に記載の内燃機関の排気装置において、バイパス通路と排気通路との接続位置のうちタービンロータの排気下流側に位置するバイパス通路下流側接続部よりも排気下流側に排気浄化用の触媒が配置され、冷機始動時には、EGR通路接続部よりも排気上流側の排気通路からEGR通路接続部を経てEGR通路接続部よりも排気下流側の排気通路へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1方向制御手段が設定され、バイパス通路上流側接続部よりも排気上流側の排気通路からバイパス通路上流側接続部を経てバイパス通路へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2方向制御手段が設定され、EGR弁が閉弁され、ウエストゲート弁が開弁されるよう設定されている。 (2) In the exhaust system for an internal combustion engine according to (1), the exhaust gas is exhausted more downstream than the bypass passage downstream connection portion located on the exhaust downstream side of the turbine rotor in the connection position between the bypass passage and the exhaust passage. At the time of cold start, an exhaust gas flow that flows from the exhaust passage upstream of the EGR passage to the exhaust passage downstream of the EGR passage connecting portion through the EGR passage connecting portion when the cooler is started The first direction control means is set such that only the flow of exhaust gas flowing from the exhaust passage upstream of the bypass passage to the bypass passage through the bypass passage upstream connection portion than the bypass passage upstream connection portion is set. The second direction control means is set so as to be allowed, the EGR valve is closed, and the waste gate valve is opened.
これによって、冷機始動時には、EGRクーラ及びタービンロータをバイパスした排気ガスを触媒に導入することができ、最も効率よく触媒を活性化させることができる。 Thereby, at the time of cold start, the exhaust gas bypassing the EGR cooler and the turbine rotor can be introduced into the catalyst, and the catalyst can be activated most efficiently.
(3) 上記(1)または(2)に記載の内燃機関の排気装置において、冷機状態で加速要求がある場合には、EGR通路接続部よりも排気上流側の排気通路からEGR通路接続部を経てEGR通路へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1方向制御手段が設定され、バイパス通路からバイパス通路上流側接続部を経てタービンロータへと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2方向制御手段が設定され、EGR弁が閉弁するよう設定され、ウエストゲート弁が運転状態に応じて決まる過給圧の設定上限値を超えないように過給圧制御をするよう設定されている。これによって、EGRクーラにて排気ガスの熱を回収することができる。つまり、EGRクーラにて排気ガスと冷却水との間で熱交換を行い、冷却水温度を効率よく上昇させることができる。 (3) In the exhaust system for an internal combustion engine according to (1) or (2), when there is a request for acceleration in a cold state, the EGR passage connection portion is connected from the exhaust passage upstream of the EGR passage connection portion. The first direction control means is set so that only the flow of exhaust gas flowing to the EGR passage is allowed, and only the flow of exhaust gas flowing from the bypass passage to the turbine rotor via the bypass passage upstream side connection portion is allowed. The second direction control means is set so that the EGR valve is closed, and the boost pressure control is performed so that the waste gate valve does not exceed the set upper limit value of the boost pressure determined according to the operating state. Is set. Thereby, the heat of the exhaust gas can be recovered by the EGR cooler. That is, heat exchange can be performed between the exhaust gas and the cooling water in the EGR cooler, and the cooling water temperature can be increased efficiently.
(4) 上記(1)〜(3)のいずれかに記載の内燃機関の排気装置において、低負荷運転時に高温の排気ガスを吸気系に還流させたい場合には、EGR通路接続部よりも排気上流側の排気通路からEGR通路接続部を経てEGR通路接続部よりも排気下流側の排気通路へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1方向制御手段が設定され、バイパス通路上流側接続部よりも排気上流側の排気通路からバイパス通路接続部を経てバイパス通路へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2方向制御手段が設定され、EGR弁が運転状態に応じた排気ガスの還流量となるよう設定され、ウエストゲート弁が開弁するよう設定されている。これによって、低負荷運転時等の比較的高い温度の排気ガスを吸気系に還流させることが要求される際には、EGRクーラを介さずに排気ガスを吸気系に還流させると共に、ターボ過給器をバイパスして触媒に排気ガスを導入させることができる。 (4) In the exhaust system for an internal combustion engine according to any one of the above (1) to (3), when it is desired to return high-temperature exhaust gas to the intake system during low-load operation, the exhaust gas is exhausted more than the EGR passage connection portion. The first direction control means is set so that only the flow of the exhaust gas flowing from the upstream exhaust passage through the EGR passage connecting portion to the exhaust downstream side of the EGR passage connecting portion is allowed, and the bypass passage upstream The second direction control means is set so that only the flow of the exhaust gas flowing from the exhaust passage upstream of the side connection portion to the bypass passage through the bypass passage connection portion is allowed, and the EGR valve is set according to the operating state. The exhaust gas recirculation amount is set, and the wastegate valve is set to open. As a result, when it is required to return the exhaust gas having a relatively high temperature to the intake system during low load operation or the like, the exhaust gas is returned to the intake system without passing through the EGR cooler, and the turbocharging is performed. The exhaust gas can be introduced into the catalyst by bypassing the vessel.
2…排気通路
3…タービンロータ
4…バイパス通路
5…ウエストゲート弁
6…EGR通路
7…EGRクーラ
8…EGR弁
10…触媒
11…連絡通路
13…第1三方弁(第1方向制御手段)
15…第2三方弁(第2方向制御手段)
2 ...
15 ... Second three-way valve (second direction control means)
Claims (4)
EGR通路と排気通路との接続位置となるEGR通路接続部に3方向の流れを制御可能な第1方向制御手段が配置され、
バイパス通路と排気通路との接続位置のうち、タービンロータの排気上流側に位置するバイパス通路上流側接続部に3方向の流れを制御可能な第2方向制御手段が配置され、
EGR通路におけるEGRクーラとEGR弁との間の区間と、バイパス通路におけるウエストゲート弁よりも排気上流側の区間との間を連通させる連絡通路が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気装置。 An exhaust passage in which the turbine rotor of an exhaust turbine supercharger having a turbine rotor and a compressor rotor mounted on the same shaft is disposed, a bypass passage connected to the exhaust passage so as to bypass the turbine rotor, and disposed in the bypass passage The EGR passage, which is connected to the exhaust passage upstream of the connection position of the bypass passage to the exhaust passage and the exhaust passage, introduces exhaust gas in the exhaust passage into the intake system, and the EGR passage. An exhaust system for an internal combustion engine comprising: an EGR cooler; and an EGR valve that is disposed on the exhaust downstream side of the EGR passage relative to the EGR cooler and controls an amount of exhaust gas introduced into the intake system.
The first direction control means capable of controlling the flow in the three directions is arranged at the EGR passage connecting portion which is a connection position between the EGR passage and the exhaust passage,
Of the connection positions of the bypass passage and the exhaust passage, the second direction control means capable of controlling the flow in the three directions is arranged in the bypass passage upstream connection portion located on the exhaust upstream side of the turbine rotor,
Exhaust gas for an internal combustion engine, characterized in that a communication passage is provided for communicating between a section between the EGR cooler and the EGR valve in the EGR passage and a section in the bypass passage upstream of the wastegate valve. apparatus.
冷機始動時には、EGR通路接続部よりも排気上流側の排気通路からEGR通路接続部を経てEGR通路接続部よりも排気下流側の排気通路へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるように第1方向制御手段が設定され、バイパス通路上流側接続部よりも排気上流側の排気通路からバイパス通路上流側接続部を経てバイパス通路へと流れる排気ガスの流れのみが許容されるよう第2方向制御手段が設定され、EGR弁が閉弁され、ウエストゲート弁が開弁されるよう設定されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気装置。 An exhaust purification catalyst is disposed on the exhaust downstream side of the bypass passage downstream connection portion located on the exhaust downstream side of the turbine rotor in the connection position between the bypass passage and the exhaust passage,
At the time of cold start, the exhaust gas flow from the exhaust passage upstream of the EGR passage connection to the exhaust passage downstream of the EGR passage connection through the EGR passage connection is permitted. Second direction control is set so that one-way control means is set and only the flow of the exhaust gas flowing from the exhaust passage upstream of the bypass passage upstream from the bypass passage upstream to the bypass passage via the bypass passage upstream connecting portion is allowed. 2. An exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the means is set, the EGR valve is closed, and the waste gate valve is opened.
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