JP6156651B2 - 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係わり、特に、内燃機関から排出された排気ガスを処理する内燃機関の排気装置に関する。   The present invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust system for an internal combustion engine that processes exhaust gas discharged from the internal combustion engine.

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯXなど）を除去して排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置が用いられている。この排気ガス浄化装置は、例えば特許文献１に示されているように、エンジンの排気ガス中の未燃焼ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯXなど）の酸化・還元を行う三元触媒や、リーン空燃比においてＮＯXを除去するリーンＮＯX触媒などを有している。 2. Description of the Related Art Exhaust gas purification apparatuses that purify exhaust gas by removing unburned gas (HC, CO, NO x, etc.) contained in exhaust gas discharged from internal combustion engines such as diesel engines and gasoline engines are used. For example, as disclosed in Patent Document 1, this exhaust gas purifying device includes a three-way catalyst that performs oxidation / reduction of unburned gas (HC, CO, NO x, etc.) in engine exhaust gas, and lean air It has a lean NO x catalyst that removes NO x at the fuel ratio.

これらの触媒には、排気ガスの浄化に適した温度範囲が存在しており、この温度範囲を外れると、排気ガスの浄化効率が低下する。従って、排気ガスを効率的に浄化するには、触媒の温度を適切な温度範囲内に維持することが必要となる。   These catalysts have a temperature range suitable for exhaust gas purification, and if the temperature is out of this temperature range, the exhaust gas purification efficiency decreases. Therefore, in order to efficiently purify the exhaust gas, it is necessary to maintain the temperature of the catalyst within an appropriate temperature range.

そこで、例えば特許文献１の排気浄化処理装置では、排気管の途中に冷却エア通路を設け、この冷却エア通路に冷却装置を設置している。冷却装置は、冷却エア通路を流れるエンジンからの排気を冷却し、冷却された排気を触媒の上流側の排気管に供給する。これにより、触媒には冷却された排気が供給され、触媒温度が適切な温度に維持される。   Therefore, for example, in the exhaust gas purification processing device of Patent Document 1, a cooling air passage is provided in the middle of the exhaust pipe, and the cooling device is installed in the cooling air passage. The cooling device cools the exhaust from the engine flowing through the cooling air passage, and supplies the cooled exhaust to the exhaust pipe on the upstream side of the catalyst. Thereby, the cooled exhaust gas is supplied to the catalyst, and the catalyst temperature is maintained at an appropriate temperature.

特開２００５−３６７７０号公報JP 2005-36770 A

上述したような従来技術は、排気ガスの浄化効率の観点から触媒を適切な温度範囲内に保持しようとするものである。さらに、触媒が過度に高温になると、触媒の担体に担持された貴金属粒子が融合することにより触媒の表面積が減少して反応効率が低下したり、担体自体にクラックが生じたりする可能性もある。従って、このような触媒の劣化抑制や耐久性向上の観点からも、触媒へ流入する排気ガスの温度を抑制することが望ましい。   The conventional techniques as described above are intended to keep the catalyst within an appropriate temperature range from the viewpoint of exhaust gas purification efficiency. Furthermore, if the catalyst becomes too hot, the surface area of the catalyst may decrease due to the fusion of the noble metal particles supported on the catalyst support, resulting in a decrease in the reaction efficiency, or cracks in the support itself. . Therefore, it is desirable to suppress the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst from the viewpoint of suppressing the deterioration of the catalyst and improving the durability.

しかしながら、上述したような従来技術では、排気管の途中に冷却エア通路を設けると共に、この冷却エア通路に冷却装置を新設しなければならず、装置の複雑化やコスト上昇を招く。   However, in the prior art as described above, a cooling air passage must be provided in the middle of the exhaust pipe, and a cooling device must be newly installed in the cooling air passage, resulting in an increase in complexity and cost of the device.

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、装置の複雑化やコスト上昇を招くことなく、触媒へ流入する排気ガスの温度を低下させ、触媒の劣化を抑制し耐久性を向上させることができる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and reduces the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst without complicating the apparatus and increasing the cost, thereby degrading the catalyst. An object of the present invention is to provide an exhaust device for an internal combustion engine that can be suppressed and improved in durability.

上記の目的を達成するために、本発明の内燃機関の排気装置は、内燃機関から排出された排気ガスを処理する内燃機関の排気装置であって、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒と、排気ガス浄化触媒より上流に配置された、タービン及びコンプレッサを備えたターボ過給機と、ターボ過給機のタービンの上流側から排気ガスの一部を取り出して内燃機関の吸気経路に循環させる排気再循環路と、排気再循環路に設けられ、この排気再循環路に流入した排気ガスを冷却する排気冷却部と、一端が排気冷却部の下流側において排気再循環路に連結されると共に他端が排気ガス浄化触媒の上流側に連結された冷却排気ガス導入通路と、ターボ過給機のタービンの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路とを有し、排気冷却部により冷却された排気ガスの一部は、排気再循環路を経由して内燃機関の吸気経路に循環され、排気冷却部により冷却された排気ガスの他の一部は、冷却排気ガス導入通路に分岐され排気ガス浄化触媒の上流側に導入され、冷却排気ガス導入通路の出口は、バイパス通路に連結され、バイパス通路の上流側端部には、ターボ過給機のタービンの上流側から流入する排気ガスの流量を調節するウェイストゲートバルブが設けられ、冷却排気ガス導入通路には、この冷却排気ガス導入通路を流れる排気ガスの流量を調整する冷却排気ガス流量調整バルブが設けられ、更に、ウェイストゲートバルブ及び冷却排気ガス流量調整バルブの開度を制御するバルブ制御部を有し、バルブ制御部は、冷却排気ガス流量調整バルブを開いた後にウェイストゲートバルブを開くことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、冷却排気ガス導入通路の一端が排気冷却部の下流側において排気再循環路に連結されると共に他端が排気ガス浄化触媒の上流側に連結され、排気冷却部により冷却された排気ガスの一部は、冷却排気ガス導入通路に分岐され排気ガス浄化触媒の上流側に導入されるので、冷却された排気ガスがタービンから流出した排気ガスと共に触媒装置に流入することにより、触媒装置へ流入する排気ガスの温度を低下させることができる。
そして、この排気冷却部は、排気再循環路から吸気経路に循環する排気ガス及び冷却排気ガス導入通路に流入する排気ガスの両方の冷却に使用できるので、冷却排気ガス導入通路に流入する排気ガスを冷却するための排気冷却部を新設する必要がなく、これにより、装置の複雑化やコスト上昇を招くことなく、触媒へ流入する排気ガスの温度を低下させ、触媒の劣化を抑制し耐久性を向上させることができる。
また、バルブ制御部は、冷却排気ガス流量調整バルブを開いた後にウェイストゲートバルブを開くので、ウェイストゲートバルブを経由して高温を維持したままバイパス通路に流入した排気ガスを、排気再循環路の排気冷却部により冷却され冷却排気ガス導入通路を経由してバイパス通路に流入した排気ガスと混合させて温度を低下させることができ、触媒装置へ流入する排気ガスの温度を低下させることができる。 In order to achieve the above object, an exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention is an exhaust system for an internal combustion engine that processes exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and purifies the exhaust gas of the internal combustion engine. A turbocharger having a turbine and a compressor disposed upstream of the catalyst and the exhaust gas purification catalyst, and a part of the exhaust gas is taken out from the upstream side of the turbine of the turbocharger to the intake path of the internal combustion engine An exhaust gas recirculation path to be circulated, an exhaust gas recirculation path provided in the exhaust gas recirculation path, an exhaust cooling section for cooling the exhaust gas flowing into the exhaust gas recirculation path, and one end connected to the exhaust gas recirculation path on the downstream side of the exhaust cooling section. A cooling exhaust gas introduction passage whose other end is connected to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst, and a bypass passage that bypasses the upstream side and the downstream side of the turbine of the turbocharger. Yo Part of the cooled exhaust gas is circulated through the exhaust gas recirculation path to the intake path of the internal combustion engine, and the other part of the exhaust gas cooled by the exhaust cooling unit branches to the cooling exhaust gas introduction path. The exhaust gas purification catalyst is introduced to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst, the outlet of the cooling exhaust gas introduction passage is connected to the bypass passage, and the upstream end of the bypass passage is exhausted from the upstream side of the turbine of the turbocharger. A waste gate valve for adjusting the gas flow rate is provided, and a cooling exhaust gas flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the cooling exhaust gas introduction passage is provided in the cooling exhaust gas introduction passage. A valve control unit for controlling the opening degree of the valve and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve; the valve control unit opens the waste gate bar after opening the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve. Characterized in that it open the drive.
In the present invention configured as described above, one end of the cooling exhaust gas introduction passage is connected to the exhaust gas recirculation path on the downstream side of the exhaust cooling unit, and the other end is connected to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst. Part of the exhaust gas cooled by the cooling unit is branched into the cooling exhaust gas introduction passage and introduced to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst, so that the cooled exhaust gas together with the exhaust gas flowing out of the turbine enters the catalyst device. By flowing in, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst device can be lowered.
The exhaust cooling section can be used for cooling both the exhaust gas circulating from the exhaust gas recirculation path to the intake path and the exhaust gas flowing into the cooling exhaust gas introduction path, so that the exhaust gas flowing into the cooling exhaust gas introduction path This eliminates the need to install a new exhaust cooling section to cool the battery, thereby reducing the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst without complicating the equipment and increasing costs, and suppressing catalyst deterioration and durability. Can be improved.
In addition, since the valve control unit opens the waste gate valve after opening the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve, the exhaust gas flowing into the bypass passage through the waste gate valve while maintaining a high temperature is passed through the exhaust recirculation passage. The temperature can be lowered by mixing with the exhaust gas cooled by the exhaust cooling section and flowing into the bypass passage via the cooling exhaust gas introduction passage, and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst device can be lowered.

また、本発明において、好ましくは、冷却排気ガス流量調整バルブの開口面積の最小変化量は、ウェイストゲートバルブの開口面積の最小変化量よりも小さいことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、冷却排気ガス流量調整バルブ及びウェイストゲートバルブの両方が開く運転領域では、最小変化量の大きいウェイストゲートバルブの開度を大きくして、タービンを迂回してバイパス通路に流入する排気ガスの流量を確保しつつ、最小変化量の小さい冷却排気ガス流量調整バルブの開度を微調整することにより、ターボ過給機による過給圧や触媒装置の入口における排気ガス温度を高精度に制御することができる。 In the present invention, it is preferable that the minimum change amount of the opening area of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve is smaller than the minimum change amount of the opening area of the waste gate valve.
In the present invention configured as described above, in the operation region where both the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve and the waste gate valve are opened, the opening of the waste gate valve having a large minimum change amount is increased to bypass the turbine. While ensuring the flow rate of the exhaust gas flowing into the bypass passage, by finely adjusting the opening of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve with a small minimum change amount, the exhaust pressure at the turbocharger and the inlet of the catalyst device The gas temperature can be controlled with high accuracy.

本発明による内燃機関の排気装置によれば、装置の複雑化やコスト上昇を招くことなく、触媒へ流入する排気ガスの温度を低下させ、触媒の劣化を抑制し耐久性を向上させることができる。   According to the exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention, the temperature of exhaust gas flowing into the catalyst can be lowered, the deterioration of the catalyst can be suppressed, and the durability can be improved without causing complication of the apparatus and an increase in cost. .

本発明の実施形態による排気装置のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of an exhaust device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による排気装置の冷却排気ガス流量調整バルブ及びウェイストゲートバルブの開口面積の最小変化量を示した線図である。It is the diagram which showed the minimum variation | change_quantity of the opening area of the cooling exhaust-gas flow volume adjustment valve and waste gate valve of the exhaust apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による排気装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process which the exhaust apparatus by embodiment of this invention performs. 本発明の実施形態による排気装置を搭載したエンジンのトルクカーブと共に、冷却排気ガス流量調整バルブ及びウェイストゲートバルブが開く領域を示した線図である。It is the diagram which showed the area | region which a cooling exhaust-gas flow volume adjustment valve and a waste gate valve open with the torque curve of the engine carrying the exhaust device by embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例による排気装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process which the exhaust apparatus by the modification of embodiment of this invention performs. 本発明の実施形態の変形例による排気装置を搭載したエンジンのトルクカーブと共に、冷却排気ガス流量調整バルブ及びウェイストゲートバルブが開く領域を示した線図である。It is the diagram which showed the area | region which a cooling exhaust-gas flow volume adjustment valve and a waste gate valve open with the torque curve of the engine carrying the exhaust device by the modification of embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による内燃機関の排気装置を説明する。
まず、図１及び図２により、本発明の実施形態による内燃機関の排気装置の全体構成を説明する。図１は、本発明の実施形態による排気装置のシステム構成図であり、図２は、本発明の実施形態による排気装置の冷却排気ガス流量調整バルブ及びウェイストゲートバルブの開口面積の最小変化量を示した線図である。 Hereinafter, an internal combustion engine exhaust system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, the overall configuration of an exhaust device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a system configuration diagram of an exhaust system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 illustrates a minimum change amount of an opening area of a cooling exhaust gas flow rate adjustment valve and a waste gate valve of the exhaust system according to an embodiment of the present invention. FIG.

まず、図１において符号１は、本発明の実施形態による内燃機関の排気装置を示す。本実施形態においては、内燃機関の排気装置１は、エンジン２の排気経路に設けられているものとする。
図１に示すように、エンジン２には、このエンジン２に空気を供給する吸気経路４と、エンジン２から排気ガスが排出される排気経路６とが接続されている。また、エンジン２は、タービン８及びコンプレッサ１０を備えたターボ過給機１２を有しており、ターボ過給機１２のタービン８は排気経路６に設けられ、コンプレッサ１０は吸気経路４に設けられている。 First, in FIG. 1, reference numeral 1 denotes an exhaust device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, it is assumed that the exhaust device 1 for an internal combustion engine is provided in the exhaust path of the engine 2.
As shown in FIG. 1, the engine 2 is connected to an intake path 4 that supplies air to the engine 2 and an exhaust path 6 from which exhaust gas is discharged from the engine 2. The engine 2 has a turbocharger 12 including a turbine 8 and a compressor 10. The turbine 8 of the turbocharger 12 is provided in the exhaust path 6, and the compressor 10 is provided in the intake path 4. ing.

エンジン２の吸気経路４において、コンプレッサ１０の上流側には、吸気経路４に吸入される外気をろ過するエアクリーナ１４が設けられている。コンプレッサ１０の下流側には、コンプレッサ１０によって圧縮され高温となった空気を冷却するインタークーラ１６が設けられている。さらに、インタークーラ１６の下流側には、インテークマニフォールド１８が接続され、このインテークマニフォールド１８は、エンジン２の各燃焼室２０の吸気ポートに接続されている。
外部から吸気経路４に流入した空気は、エアクリーナ１４によってろ過された後にコンプレッサ１０により圧縮される。コンプレッサ１０によって圧縮された空気はインタークーラ１６によって冷却され、インテークマニフォールド１８を介してエンジン２の各燃焼室２０に吸気される。 In the intake path 4 of the engine 2, an air cleaner 14 that filters outside air sucked into the intake path 4 is provided on the upstream side of the compressor 10. An intercooler 16 is provided on the downstream side of the compressor 10 to cool the air that has been compressed by the compressor 10 and has reached a high temperature. Further, an intake manifold 18 is connected to the downstream side of the intercooler 16, and the intake manifold 18 is connected to an intake port of each combustion chamber 20 of the engine 2.
The air flowing into the intake passage 4 from the outside is filtered by the air cleaner 14 and then compressed by the compressor 10. The air compressed by the compressor 10 is cooled by the intercooler 16 and is taken into the combustion chambers 20 of the engine 2 via the intake manifold 18.

また、エンジン２の排気経路６において、エキゾーストマニフォールド２２がエンジン２の各燃焼室２０の排気ポートに接続されている。エキゾーストマニフォールド２２の下流側には、ターボ過給機１２のタービン８が設けられている。さらに、タービン８の下流側には、排気ガスに含まれる未燃焼ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯXなど）を除去する排気ガス浄化触媒２４が設けられている。この排気ガス浄化触媒２４は、例えば排気ガスの流れに沿って延びる多数のセルを有したセラミックス製あるいは金属製の担体の表面に貴金属粒子を触媒として担持させたものであり、排気ガス中の未燃焼ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯXなど）をＮ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏに分解する。 Further, in the exhaust path 6 of the engine 2, an exhaust manifold 22 is connected to the exhaust port of each combustion chamber 20 of the engine 2. A turbine 8 of the turbocharger 12 is provided on the downstream side of the exhaust manifold 22. Further, an exhaust gas purification catalyst 24 for removing unburned gas (HC, CO, NO x, etc.) contained in the exhaust gas is provided on the downstream side of the turbine 8. The exhaust gas purifying catalyst 24 is a catalyst in which noble metal particles are supported as a catalyst on the surface of a ceramic or metal carrier having a number of cells extending along the flow of exhaust gas. combustion gases (HC, CO, NO X, etc.) decompose into N 2, CO 2, H 2 O.

また、エンジン２の排気経路６には、ターボ過給機１２のタービン８の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路２６が設けられ、このバイパス通路２６の上流側端部には、ターボ過給機１２のタービン８の上流側から流入する排気ガスの流量を調節するウェイストゲートバルブ２８が設けられている。ウェイストゲートバルブ２８としては、フラップ式バルブが用いられる。バイパス通路２６の出口は、排気ガス浄化触媒２４の上流側に接続されている。   Further, the exhaust path 6 of the engine 2 is provided with a bypass passage 26 that bypasses the upstream side and the downstream side of the turbine 8 of the turbocharger 12. A waste gate valve 28 for adjusting the flow rate of exhaust gas flowing from the upstream side of the turbine 8 of the feeder 12 is provided. As the waste gate valve 28, a flap valve is used. The outlet of the bypass passage 26 is connected to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst 24.

また、エンジン２は、ターボ過給機１２のタービン８の上流側から排気ガスの一部を取り出して吸気経路４に循環させる排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）通路３０が設けられている。ＥＧＲ通路３０の入口は、エキゾーストマニフォールド２２に接続され、このエキゾーストマニフォールド２２を流れる排気ガスの一部がＥＧＲ通路３０に流入するようになっている。ＥＧＲ通路３０の出口は、インタークーラ１６とインテークマニフォールド１８との間に接続され、ＥＧＲ通路３０に流入した排気ガスを吸気経路４に循環させるようになっている。さらに、ＥＧＲ通路３０に流入した排気ガスを冷却する排気冷却部３２が、ＥＧＲ通路３０に設けられている。   Further, the engine 2 is provided with an exhaust gas recirculation (EGR) passage 30 that extracts a part of the exhaust gas from the upstream side of the turbine 8 of the turbocharger 12 and circulates the exhaust gas to the intake passage 4. The inlet of the EGR passage 30 is connected to the exhaust manifold 22, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 22 flows into the EGR passage 30. The outlet of the EGR passage 30 is connected between the intercooler 16 and the intake manifold 18 so that the exhaust gas flowing into the EGR passage 30 is circulated through the intake passage 4. Further, an exhaust gas cooling unit 32 that cools the exhaust gas flowing into the EGR passage 30 is provided in the EGR passage 30.

さらに、エンジン２の排気経路６には、ＥＧＲ通路３０の排気冷却部３２により冷却された排気ガスの一部を、排気ガス浄化触媒２４の上流側に導入する冷却排気ガス導入通路３４が設けられている。この冷却排気ガス導入通路３４の入口は、排気冷却部３２の下流側においてＥＧＲ通路３０に連結され、冷却排気ガス導入通路３４の出口は、排気ガス浄化触媒２４の上流側においてバイパス通路２６に連結されている。
排気ガスがタービン８を通過する際にコンプレッサ１０を回転させるための仕事（エネルギ）が取り出されることにより、タービン８の上流側と下流側との間に圧力差が生じる。排気冷却部３２により冷却された排気ガスの一部は、このタービン８の上流側と下流側との間の圧力差を利用して、冷却排気ガス導入通路３４からバイパス通路２６に流入し、タービン８から流出した排気ガスと合流して排気ガス浄化触媒２４に流入する。 Further, the exhaust passage 6 of the engine 2 is provided with a cooling exhaust gas introduction passage 34 for introducing a part of the exhaust gas cooled by the exhaust cooling portion 32 of the EGR passage 30 to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst 24. ing. The inlet of the cooling exhaust gas introduction passage 34 is connected to the EGR passage 30 on the downstream side of the exhaust cooling unit 32, and the outlet of the cooling exhaust gas introduction passage 34 is connected to the bypass passage 26 on the upstream side of the exhaust gas purification catalyst 24. Has been.
A work (energy) for rotating the compressor 10 is extracted when the exhaust gas passes through the turbine 8, so that a pressure difference is generated between the upstream side and the downstream side of the turbine 8. Part of the exhaust gas cooled by the exhaust cooling unit 32 flows into the bypass passage 26 from the cooling exhaust gas introduction passage 34 using the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the turbine 8, and the turbine 8 merges with the exhaust gas flowing out of the exhaust gas 8 and flows into the exhaust gas purification catalyst 24.

ＥＧＲ通路３０において、排気冷却部３２の下流側に、このＥＧＲ通路３０から吸気経路４に循環させる排気ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ３６が設けられている。また、冷却排気ガス導入通路３４には、この冷却排気ガス導入通路３４を流れる排気ガスの流量を調整する冷却排気ガス流量調整バルブ３８が設けられている。これらのＥＧＲバルブ３６及び冷却排気ガス流量調整バルブ３８としては、リニア駆動方式のバルブが用いられている。図２において実線で示すように、上述したフラップ式のウェイストゲートバルブ２８は、バルブ開度が大きくなるほど開口面積の増加率が大きくなる（即ち、バルブ開度が大きくなるほど、バルブの開口面積の最小変化量が増大する）のに対して、図２において１点鎖線で示すように、ＥＧＲバルブ３６及び冷却排気ガス流量調整バルブ３８は、バルブ開度と開口面積とが比例関係にある（即ち、バルブ開度の大小に関わらず開口面積の最小変化量が一定）ので、特にバルブ開度が大きい領域において、ＥＧＲバルブ３６及び冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開口面積の最小変化量は、ウェイストゲートバルブ２８の最小変化量よりも小さくなっている。   In the EGR passage 30, an EGR valve 36 that adjusts the flow rate of the exhaust gas circulated from the EGR passage 30 to the intake passage 4 is provided on the downstream side of the exhaust cooling unit 32. The cooling exhaust gas introduction passage 34 is provided with a cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the cooling exhaust gas introduction passage 34. As these EGR valve 36 and cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38, linear drive type valves are used. As shown by a solid line in FIG. 2, the flap-type waste gate valve 28 described above has a larger increase rate of the opening area as the valve opening degree becomes larger (that is, the larger the valve opening degree, the smaller the opening area of the valve). 2), the EGR valve 36 and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 have a proportional relationship between the valve opening degree and the opening area (that is, as indicated by the one-dot chain line in FIG. 2). (The minimum change amount of the opening area is constant regardless of the size of the valve opening), and particularly in the region where the valve opening is large, the minimum change amount of the opening area of the EGR valve 36 and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 is the waste gate. It is smaller than the minimum change amount of the valve 28.

エアクリーナ１４の出口には、エアクリーナ１４を通過した空気の流量を検出するエアフローセンサ４０が設けられ、インテークマニフォールド１８には、コンプレッサ１０により圧縮されエンジン２の各燃焼室２０に供給される吸気の過給圧力を検出する過給圧センサ４２が設けられ、排気ガス浄化触媒２４の入口には、排気ガス浄化触媒２４に流入する排気ガスの温度を検出する排気温度センサ４４と、排気ガスの酸素濃度を検出するＯ2センサ４６が設けられている。これらの各センサの検出値は、パワートレインコントロールユニット（ＰＣＵ）４８に出力される。 An air flow sensor 40 is provided at the outlet of the air cleaner 14 to detect the flow rate of the air that has passed through the air cleaner 14. The intake manifold 18 has an excess of intake air that is compressed by the compressor 10 and supplied to each combustion chamber 20 of the engine 2. A supercharging pressure sensor 42 for detecting the supply pressure is provided. An exhaust temperature sensor 44 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 24 and an oxygen concentration of the exhaust gas are provided at the inlet of the exhaust gas purification catalyst 24. An O 2 sensor 46 for detecting the above is provided. The detection values of these sensors are output to a powertrain control unit (PCU) 48.

ＰＣＵ４８は、エアフローセンサ４０、過給圧センサ４２、排気温度センサ４４、Ｏ2センサ４６から出力された検出値や、このＰＣＵ４８のメモリに格納されている制御マップ等の各種データに基づき、ＥＧＲバルブ３６、冷却排気ガス流量調整バルブ３８、及びウェイストゲートバルブ２８の開度を制御する。 The PCU 48 is based on the detected values output from the air flow sensor 40, the supercharging pressure sensor 42, the exhaust temperature sensor 44, the O 2 sensor 46, and various data such as a control map stored in the memory of the PCU 48. 36, the opening degree of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 and the waste gate valve 28 is controlled.

次に、図３及び図４により、本発明の実施形態による排気装置１の動作を説明する。図３は、本発明の実施形態による排気装置１のＰＣＵ４８が実行する処理を示すフローチャートであり、図４は、本発明の実施形態による排気装置１を搭載したエンジン２のトルクカーブと共に、冷却排気ガス流量調整バルブ３８及びウェイストゲートバルブ２８が開く領域を示した線図である。   Next, the operation of the exhaust device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a flowchart showing processing executed by the PCU 48 of the exhaust device 1 according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 shows cooling exhaust along with the torque curve of the engine 2 equipped with the exhaust device 1 according to the embodiment of the present invention. It is the diagram which showed the area | region where the gas flow volume adjustment valve 38 and the waste gate valve 28 open.

まず、図３の処理は、車両のイグニッションがオンにされ、ＰＣＵ４８に電源が投入された場合に起動され、繰り返し実行される。図３に示すように、処理が開始されると、ステップＳ１において、ＰＣＵ４８は、吸気流量に占める再循環された排気ガスの流量の割合（ＥＧＲ率）、過給圧、及び排気ガス温度の目標値をメモリから取得する。この目標値は、エンジン２の形式や使用環境に応じて適宜設定されるものであり、例えば、過給圧の目標値は１００ｋＰａ、排気ガス温度の目標値は８００℃である。   First, the process of FIG. 3 is started and repeatedly executed when the ignition of the vehicle is turned on and the PCU 48 is powered on. As shown in FIG. 3, when the process is started, in step S1, the PCU 48 sets the target ratio of the recirculated exhaust gas flow rate (EGR rate), the supercharging pressure, and the exhaust gas temperature in the intake air flow rate. Get value from memory. This target value is appropriately set according to the type of engine 2 and the use environment. For example, the target value of the supercharging pressure is 100 kPa, and the target value of the exhaust gas temperature is 800 ° C.

次に、ステップＳ２に進み、ＰＣＵ４８は、ＥＧＲバルブ３６及び冷却排気ガス流量調整バルブ３８の協調制御を行う。具体的には、ＥＧＲ率が運転状態に応じて予め設定された目標値となるように、且つ、過給圧が目標値となるように、ＥＧＲバルブ３６及び冷却排気ガス流量調整バルブ３８のそれぞれの開度を制御する。   Next, in step S2, the PCU 48 performs coordinated control of the EGR valve 36 and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38. Specifically, each of the EGR valve 36 and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 is set so that the EGR rate becomes a target value set in advance according to the operating state and the supercharging pressure becomes the target value. To control the opening degree.

次に、ステップＳ３に進み、ＰＣＵ４８は、ＥＧＲバルブ３６及び冷却排気ガス流量調整バルブ３８の協調制御によって過給圧を目標値に保持できるか否かを判定する。例えば、ＥＧＲバルブ３６の開度を調節してＥＧＲ率を目標値に保持しつつ、冷却排気ガス流量調整バルブ３８を全開にしても過給圧が目標値を超えてしまう場合、ＥＧＲバルブ３６及び冷却排気ガス流量調整バルブ３８の協調制御によって過給圧を目標値に保持できないと判定する。   Next, proceeding to step S3, the PCU 48 determines whether or not the supercharging pressure can be maintained at the target value by cooperative control of the EGR valve 36 and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38. For example, if the supercharging pressure exceeds the target value even when the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 is fully opened while the EGR rate is maintained at the target value by adjusting the opening of the EGR valve 36, the EGR valve 36 and It is determined that the supercharging pressure cannot be maintained at the target value by cooperative control of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38.

その結果、ＥＧＲバルブ３６及び冷却排気ガス流量調整バルブ３８の協調制御によって過給圧を目標値に保持できる場合、ステップＳ４に進み、ＰＣＵ４８は、排気ガス浄化触媒２４に流入する排気ガスの温度がステップＳ１で取得した目標値以下か否かを判定する。その結果、排気ガス温度が目標値以下である場合、ＰＣＵ４８は処理を終了する。   As a result, when the supercharging pressure can be maintained at the target value by cooperative control of the EGR valve 36 and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38, the process proceeds to step S4, where the PCU 48 determines the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 24. It is determined whether or not it is equal to or less than the target value acquired in step S1. As a result, when the exhaust gas temperature is equal to or lower than the target value, the PCU 48 ends the process.

また、ステップＳ３において、ＥＧＲバルブ３６及び冷却排気ガス流量調整バルブ３８の協調制御によって過給圧を目標値に保持できない場合、ステップＳ５に進み、ＰＣＵ４８はウェイストゲートバルブ２８を開く。   In step S3, if the supercharging pressure cannot be maintained at the target value by cooperative control of the EGR valve 36 and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38, the process proceeds to step S5, and the PCU 48 opens the waste gate valve 28.

また、ステップＳ４において、排気ガス温度が目標値以下ではない（目標値を超えている）場合、ステップＳ６に進み、ＰＣＵ４８は、冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開度を増大させる。   In step S4, when the exhaust gas temperature is not lower than the target value (exceeds the target value), the process proceeds to step S6, and the PCU 48 increases the opening degree of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38.

ステップＳ５又はＳ６の後、ステップＳ７に進み、ＰＣＵ４８は、ＥＧＲバルブ３６、冷却排気ガス流量調整バルブ３８、及び、ステップＳ５でウェイストゲートバルブ２８を開いた場合にはウェイストゲートバルブ２８も含めて協調制御を行う。具体的には、ＥＧＲ率が運転状態に応じて予め設定された目標値となるように、且つ、過給圧が目標値となるように、ＥＧＲバルブ３６、冷却排気ガス流量調整バルブ３８、及びウェイストゲートバルブ２８のそれぞれの開度を制御する。   After step S5 or S6, the process proceeds to step S7, and the PCU 48 cooperates with the EGR valve 36, the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38, and the waste gate valve 28 when the waste gate valve 28 is opened in step S5. Take control. Specifically, the EGR valve 36, the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38, and the EGR rate become a target value set in advance according to the operating state, and the supercharging pressure becomes the target value. Each opening degree of the waste gate valve 28 is controlled.

次に、ステップＳ４に進み、ＰＣＵ４８は、排気ガス温度が目標値以下か否かを判定する。以降、排気ガス温度が目標値以下になるまで、ＰＣＵ４８はステップＳ４、Ｓ６、Ｓ７を繰り返し、排気ガス温度が目標値以下になった場合、ＰＣＵ４８は処理を終了する。   Next, in step S4, the PCU 48 determines whether or not the exhaust gas temperature is equal to or lower than a target value. Thereafter, the PCU 48 repeats steps S4, S6, and S7 until the exhaust gas temperature becomes lower than the target value. When the exhaust gas temperature becomes lower than the target value, the PCU 48 ends the process.

次に、図４の線図において、横軸はエンジン回転数を示し、縦軸はトルクを示している。この図４における実線はスロットル全開時のトルクカーブであり、エンジン２はこのトルクカーブの下方の領域で運転される。また、図４における１点鎖線は、冷却排気ガス流量調整バルブ３８が開く最低エンジン回転数を示す線であり、破線は、ウェイストゲートバルブ２８が開く最低エンジン回転数を示す線である。   Next, in the diagram of FIG. 4, the horizontal axis indicates the engine speed and the vertical axis indicates the torque. The solid line in FIG. 4 is a torque curve when the throttle is fully opened, and the engine 2 is operated in a region below the torque curve. 4 is a line indicating the minimum engine speed at which the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 opens, and the broken line is a line indicating the minimum engine speed at which the waste gate valve 28 opens.

具体的には、あるスロットル開度においてエンジン回転数が増加し、１点鎖線で示す状態に達したとき、過給圧は図３のステップＳ１で取得された目標値に達する。そこで、ＰＣＵ４８は、冷却排気ガス流量調整バルブ３８を開く（ステップＳ２）。これにより、エキゾーストマニフォールド２２を流れる排気ガスの一部はＥＧＲ通路３０に流入し、排気冷却部３２から冷却排気ガス導入通路３４を経由してバイパス通路２６に流入する。即ち、ＥＧＲ通路３０に流入した排気ガスはタービン８を通過しないので、エンジン回転数の増加に伴う過給圧の上昇が抑制される。   Specifically, when the engine speed increases at a certain throttle opening and reaches a state indicated by a one-dot chain line, the supercharging pressure reaches the target value acquired in step S1 of FIG. Therefore, the PCU 48 opens the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 (step S2). As a result, part of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 22 flows into the EGR passage 30 and flows into the bypass passage 26 from the exhaust cooling section 32 via the cooling exhaust gas introduction passage 34. That is, since the exhaust gas flowing into the EGR passage 30 does not pass through the turbine 8, an increase in the supercharging pressure accompanying an increase in the engine speed is suppressed.

ここで、ＥＧＲ通路３０から冷却排気ガス導入通路３４を経由してバイパス通路２６に流入した排気ガスは、ＥＧＲ通路３０の排気冷却部３２により冷却されているので、この冷却された排気ガスがタービン８から流出した排気ガスと合流して排気ガス浄化触媒２４に流入することにより、排気ガス浄化触媒２４の入口における排気ガス温度は目標値以下に保たれる。   Here, since the exhaust gas flowing into the bypass passage 26 from the EGR passage 30 via the cooling exhaust gas introduction passage 34 is cooled by the exhaust cooling section 32 of the EGR passage 30, the cooled exhaust gas is converted into the turbine. By joining the exhaust gas flowing out of the exhaust gas 8 and flowing into the exhaust gas purification catalyst 24, the exhaust gas temperature at the inlet of the exhaust gas purification catalyst 24 is kept below the target value.

さらにエンジン回転数が増加した場合、ＰＣＵ４８は、冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開度を増大させ、タービン８を迂回してＥＧＲ通路３０から冷却排気ガス導入通路３４を経由してバイパス通路２６に流入する排気ガスの流量を増大させることにより、過給圧の上昇を抑制する。   When the engine speed further increases, the PCU 48 increases the opening of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38, bypasses the turbine 8, passes from the EGR passage 30 to the bypass passage 26 via the cooling exhaust gas introduction passage 34. An increase in the supercharging pressure is suppressed by increasing the flow rate of the inflowing exhaust gas.

さらにエンジン回転数が増加し、破線で示す状態に達したとき、冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開度は最大に達する。即ち、タービン８を迂回してＥＧＲ通路３０から冷却排気ガス導入通路３４を経由してバイパス通路２６に流入する排気ガスの流量をこれ以上増大させることができないので、エンジン回転数がさらに増大すると過給圧が目標値を超えてしまう。そこで、ＰＣＵ４８はウェイストゲートバルブ２８を開く（ステップＳ５）。これにより、エキゾーストマニフォールド２２を流れる排気ガスの一部はバイパス通路２６に流入する。即ち、バイパス通路２６に流入した排気ガスはタービン８を通過しないので、エンジン回転数の増加に伴う過給圧の上昇が抑制される。また、ウェイストゲートバルブ２８を介してバイパス通路２６に流入した排気ガスは、ＥＧＲ通路３０の排気冷却部３２により冷却され冷却排気ガス導入通路３４を経由してバイパス通路２６に流入した排気ガスと混合することにより温度が低下するので、排気ガス浄化触媒２４の入口における排気ガス温度は目標値以下に保たれる。   When the engine speed further increases and reaches the state indicated by the broken line, the opening degree of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 reaches the maximum. That is, the flow rate of the exhaust gas that bypasses the turbine 8 and flows into the bypass passage 26 from the EGR passage 30 via the cooling exhaust gas introduction passage 34 cannot be increased any more. Supply pressure exceeds the target value. Therefore, the PCU 48 opens the waste gate valve 28 (step S5). As a result, part of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 22 flows into the bypass passage 26. That is, since the exhaust gas that has flowed into the bypass passage 26 does not pass through the turbine 8, an increase in supercharging pressure accompanying an increase in the engine speed is suppressed. Further, the exhaust gas flowing into the bypass passage 26 via the waste gate valve 28 is cooled by the exhaust cooling section 32 of the EGR passage 30 and mixed with the exhaust gas flowing into the bypass passage 26 via the cooling exhaust gas introduction passage 34. As a result, the temperature decreases, so that the exhaust gas temperature at the inlet of the exhaust gas purification catalyst 24 is kept below the target value.

さらにエンジン回転数が増加した場合、ＰＣＵ４８は、ウェイストゲートバルブ２８の開度を増大させ、タービン８を迂回してバイパス通路２６に流入する排気ガスの流量を増大させることにより、過給圧の上昇を抑制する。   When the engine speed further increases, the PCU 48 increases the boost pressure by increasing the opening of the waste gate valve 28 and increasing the flow rate of the exhaust gas that bypasses the turbine 8 and flows into the bypass passage 26. Suppress.

上述したように、特にバルブ開度が大きい領域において、冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開口面積の最小変化量は、ウェイストゲートバルブ２８の最小変化量よりも小さい。そこで、冷却排気ガス流量調整バルブ３８及びウェイストゲートバルブ２８の両方が開く領域では、最小変化量の大きいウェイストゲートバルブ２８の開度を大きくすることにより、タービン８を迂回してバイパス通路２６に流入する排気ガスの流量を確保しつつ、最小変化量の小さい冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開度を微調整することにより、過給圧や排気ガス浄化触媒２４の入口における排気ガス温度を高精度に制御することができる。   As described above, the minimum change amount of the opening area of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 is smaller than the minimum change amount of the waste gate valve 28 particularly in a region where the valve opening is large. Therefore, in the region where both the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 and the waste gate valve 28 are opened, the opening of the waste gate valve 28 having a large minimum change amount is increased to bypass the turbine 8 and flow into the bypass passage 26. The exhaust gas temperature at the inlet of the supercharging pressure and the exhaust gas purification catalyst 24 can be accurately adjusted by finely adjusting the opening degree of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 with a small minimum change amount while ensuring the flow rate of the exhaust gas to be reduced. Can be controlled.

次に、図５及び図６により、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。図５は、本発明の実施形態の変形例による内燃機関の排気装置１のＰＣＵ４８が実行する処理を示すフローチャートであり、図６は、本発明の実施形態の変形例による内燃機関の排気装置１を搭載したエンジン２のトルクカーブと共に、冷却排気ガス流量調整バルブ３８及びウェイストゲートバルブ２８が開く領域を示した線図である。   Next, a further modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing processing executed by the PCU 48 of the exhaust system 1 for an internal combustion engine according to a modification of the embodiment of the present invention. FIG. 6 shows the exhaust system 1 for the internal combustion engine according to a modification of the embodiment of the present invention. 6 is a diagram showing a region where the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 and the waste gate valve 28 are opened together with the torque curve of the engine 2 equipped with the engine.

まず、図５の処理は、図３に示した本発明の実施形態の処理と同様に、車両のイグニッションがオンにされ、ＰＣＵ４８に電源が投入された場合に起動され、繰り返し実行される。図５に示すように、処理が開始されると、ステップＳ１１において、ＰＣＵ４８は、ＥＧＲ率、過給圧（例えば１００ｋＰａ）、及び排気ガス温度の目標値（例えば８００℃）をメモリから取得する。   First, similarly to the process of the embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the process of FIG. 5 is activated and repeatedly executed when the ignition of the vehicle is turned on and the PCU 48 is powered on. As shown in FIG. 5, when the process is started, in step S11, the PCU 48 acquires the target value (for example, 800 ° C.) of the EGR rate, the supercharging pressure (for example, 100 kPa), and the exhaust gas temperature from the memory.

次に、ステップＳ１２に進み、ＰＣＵ４８は、ＥＧＲバルブ３６及びウェイストゲートバルブ２８の協調制御を行う。具体的には、ＥＧＲ率が運転状態に応じて予め設定された目標値となるように、且つ、過給圧が目標値となるように、ＥＧＲバルブ３６及びウェイストゲートバルブ２８のそれぞれの開度を制御する。   Next, in step S12, the PCU 48 performs coordinated control of the EGR valve 36 and the waste gate valve 28. Specifically, the respective opening degrees of the EGR valve 36 and the waste gate valve 28 so that the EGR rate becomes a target value set in advance according to the operating state and the supercharging pressure becomes the target value. To control.

次に、ステップＳ１３に進み、ＰＣＵ４８は、ＥＧＲバルブ３６及びウェイストゲートバルブ２８の協調制御によって過給圧を目標値に保持できるか否かを判定する。例えば、ＥＧＲバルブ３６の開度を調節してＥＧＲ率を目標値に保持しつつ、ウェイストゲートバルブ２８を全開にしても過給圧が目標値を超えてしまう場合、ＥＧＲバルブ３６及びウェイストゲートバルブ２８の協調制御によって過給圧を目標値に保持できないと判定する。   Next, proceeding to step S13, the PCU 48 determines whether or not the supercharging pressure can be maintained at the target value by cooperative control of the EGR valve 36 and the waste gate valve 28. For example, if the supercharging pressure exceeds the target value even if the waste gate valve 28 is fully opened while the EGR rate is maintained at the target value by adjusting the opening of the EGR valve 36, the EGR valve 36 and the waste gate valve It is determined that the supercharging pressure cannot be maintained at the target value by 28 cooperative control.

その結果、ＥＧＲバルブ３６及びウェイストゲートバルブ２８の協調制御によって過給圧を目標値に保持できる場合、ステップＳ１４に進み、ＰＣＵ４８は、排気ガス浄化触媒２４に流入する排気ガスの温度がステップＳ１１で取得した目標値以下か否かを判定する。その結果、排気ガス温度が目標値以下である場合、ＰＣＵ４８は処理を終了する。   As a result, when the supercharging pressure can be maintained at the target value by the cooperative control of the EGR valve 36 and the waste gate valve 28, the process proceeds to step S14, and the PCU 48 determines that the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 24 is the step S11. It is determined whether or not it is equal to or less than the acquired target value. As a result, when the exhaust gas temperature is equal to or lower than the target value, the PCU 48 ends the process.

また、ステップＳ１３において、ＥＧＲバルブ３６及びウェイストゲートバルブ２８の協調制御によって過給圧を目標値に保持できない場合、ステップＳ１５に進み、ＰＣＵ４８は冷却排気ガス流量調整バルブ３８を開く。   In step S13, when the supercharging pressure cannot be maintained at the target value by cooperative control of the EGR valve 36 and the waste gate valve 28, the process proceeds to step S15, and the PCU 48 opens the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38.

また、ステップＳ１４において、排気ガス温度が目標値以下ではない（目標値を超えている）場合、ステップＳ１６に進み、ＰＣＵ４８は、冷却排気ガス流量調整バルブ３８が開いていない場合には冷却排気ガス流量調整バルブ３８を開き、既に冷却排気ガス流量調整バルブ３８が開いている場合には冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開度を増大させる。   In step S14, if the exhaust gas temperature is not lower than the target value (exceeds the target value), the process proceeds to step S16. If the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 is not open, the PCU 48 cools the exhaust gas. When the flow rate adjustment valve 38 is opened and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 is already open, the opening degree of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 is increased.

ステップＳ１５又はＳ１６の後、ステップＳ１７に進み、ＰＣＵ４８は、ＥＧＲバルブ３６、ウェイストゲートバルブ２８、及び、冷却排気ガス流量調整バルブ３８の協調制御を行う。具体的には、ＥＧＲ率が運転状態に応じて予め設定された目標値となるように、且つ、過給圧が目標値となるように、ＥＧＲバルブ３６、ウェイストゲートバルブ２８、及び、冷却排気ガス流量調整バルブ３８のそれぞれの開度を制御する。   After step S15 or S16, the process proceeds to step S17, and the PCU 48 performs coordinated control of the EGR valve 36, the waste gate valve 28, and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38. Specifically, the EGR valve 36, the waste gate valve 28, and the cooling exhaust gas are set so that the EGR rate becomes a target value set in advance according to the operating state and the supercharging pressure becomes the target value. Each opening degree of the gas flow rate adjusting valve 38 is controlled.

次に、ステップＳ１４に進み、ＰＣＵ４８は、排気ガス温度が目標値以下か否かを判定する。以降、排気ガス温度が目標値以下になるまで、ＰＣＵ４８はステップＳ１４、Ｓ１６、Ｓ１７を繰り返す。   Next, in step S14, the PCU 48 determines whether or not the exhaust gas temperature is equal to or lower than a target value. Thereafter, the PCU 48 repeats steps S14, S16, and S17 until the exhaust gas temperature becomes equal to or lower than the target value.

次に、図６の線図において、横軸はエンジン回転数を示し、縦軸はトルクを示している。この図６における実線はスロットル全開時のトルクカーブであり、エンジン２はこのトルクカーブの下方の領域で運転される。また、図６における破線は、ウェイストゲートバルブ２８が開く最低エンジン回転数を示す線であり、１点鎖線は、冷却排気ガス流量調整バルブ３８が開く最低エンジン回転数を示す線である。   Next, in the diagram of FIG. 6, the horizontal axis indicates the engine speed and the vertical axis indicates the torque. The solid line in FIG. 6 is a torque curve when the throttle is fully opened, and the engine 2 is operated in a region below the torque curve. Further, the broken line in FIG. 6 is a line indicating the minimum engine speed at which the waste gate valve 28 is opened, and the one-dot chain line is a line indicating the minimum engine speed at which the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 is opened.

具体的には、あるスロットル開度においてエンジン回転数が増加し、破線で示す状態に達したとき、過給圧は図５のステップＳ１１で取得された目標値に達する。そこで、ＰＣＵ４８は、ウェイストゲートバルブ２８を開く（ステップＳ１２）。これにより、エキゾーストマニフォールド２２を流れる排気ガスの一部はウェイストゲートバルブ２８を経由してバイパス通路２６に流入する。即ち、バイパス通路２６に流入した排気ガスはタービン８を通過しないので、エンジン回転数の増加に伴う過給圧の上昇が抑制される。   Specifically, when the engine speed increases at a certain throttle opening and reaches a state indicated by a broken line, the supercharging pressure reaches the target value acquired in step S11 of FIG. Therefore, the PCU 48 opens the waste gate valve 28 (step S12). As a result, part of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 22 flows into the bypass passage 26 via the waste gate valve 28. That is, since the exhaust gas that has flowed into the bypass passage 26 does not pass through the turbine 8, an increase in supercharging pressure accompanying an increase in the engine speed is suppressed.

さらにエンジン回転数が増加した場合、ＰＣＵ４８は、ウェイストゲートバルブ２８の開度を増大させ、タービン８を迂回してウェイストゲートバルブ２８を経由してバイパス通路２６に流入する排気ガスの流量を増大させることにより、過給圧の上昇を抑制する。   When the engine speed further increases, the PCU 48 increases the opening degree of the waste gate valve 28 and increases the flow rate of the exhaust gas that bypasses the turbine 8 and flows into the bypass passage 26 via the waste gate valve 28. This suppresses the increase in supercharging pressure.

さらにエンジン回転数が増加し、１点鎖線で示す状態に達したとき、ウェイストゲートバルブ２８の開度は最大に達する。即ち、タービン８を迂回してウェイストゲートバルブ２８を経由してバイパス通路２６に流入する排気ガスの流量をこれ以上増大させることができないので、エンジン回転数がさらに増大すると過給圧が目標値を超えてしまう。そこで、ＰＣＵ４８は冷却排気ガス流量調整バルブ３８を開く（ステップＳ１５）。これにより、エキゾーストマニフォールド２２を流れる排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路３０から冷却排気ガス導入通路３４を経由してバイパス通路２６に流入する。即ち、ＥＧＲ通路３０に流入した排気ガスはタービン８を通過しないので、エンジン回転数の増加に伴う過給圧の上昇が抑制される。   When the engine speed further increases and reaches the state indicated by the one-dot chain line, the opening degree of the waste gate valve 28 reaches the maximum. That is, since the flow rate of the exhaust gas that bypasses the turbine 8 and flows into the bypass passage 26 via the waste gate valve 28 cannot be increased any more, the boost pressure reaches the target value when the engine speed further increases. It will exceed. Therefore, the PCU 48 opens the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 (step S15). Thereby, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 22 flows into the bypass passage 26 from the EGR passage 30 via the cooling exhaust gas introduction passage 34. That is, since the exhaust gas flowing into the EGR passage 30 does not pass through the turbine 8, an increase in the supercharging pressure accompanying an increase in the engine speed is suppressed.

また、ウェイストゲートバルブ２８の開度が増大すると、タービン８を迂回して高温を維持したまま触媒入口まで流入する排気ガスの流量が増大し、触媒入口における排気ガス温度が上昇する。しかし、図５のステップＳ１５又はＳ１６で冷却排気ガス流量調整バルブ３８を開くことにより、ウェイストゲートバルブ２８を経由してバイパス通路２６に流入した排気ガスは、ＥＧＲ通路３０の排気冷却部３２により冷却され冷却排気ガス導入通路３４を経由してバイパス通路２６に流入した排気ガスと混合することにより温度が低下するので、排気ガス浄化触媒２４の入口における排気ガス温度は目標値以下に保たれる。   Further, when the opening degree of the waste gate valve 28 is increased, the flow rate of the exhaust gas flowing into the catalyst inlet while bypassing the turbine 8 and maintaining the high temperature is increased, and the exhaust gas temperature at the catalyst inlet is increased. However, by opening the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 in step S15 or S16 in FIG. 5, the exhaust gas flowing into the bypass passage 26 via the waste gate valve 28 is cooled by the exhaust cooling section 32 of the EGR passage 30. Since the temperature is lowered by mixing with the exhaust gas flowing into the bypass passage 26 via the cooling exhaust gas introduction passage 34, the exhaust gas temperature at the inlet of the exhaust gas purification catalyst 24 is kept below the target value.

さらにエンジン回転数が増加した場合、ＰＣＵ４８は、冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開度を増大させ、タービン８を迂回してＥＧＲ通路３０から冷却排気ガス導入通路３４を経由してバイパス通路２６に流入する排気ガスの流量を増大させることにより、過給圧の上昇を抑制する。   When the engine speed further increases, the PCU 48 increases the opening of the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38, bypasses the turbine 8, passes from the EGR passage 30 to the bypass passage 26 via the cooling exhaust gas introduction passage 34. An increase in the supercharging pressure is suppressed by increasing the flow rate of the inflowing exhaust gas.

また、上述した実施形態では、ウェイストゲートを備えた固定容量型のターボ過給機１２を搭載したエンジン２に本発明の排気装置１を適用した場合を例示したが、ウェイストゲートを持たない可変容量型のターボ過給機１２を搭載したエンジン２にも本発明の排気装置１を適用することができる。
この場合、冷却排気ガス導入通路３４の出口は、タービン８の出口と合流して排気ガス浄化触媒２４に入口に接続される。この冷却排気ガス導入通路３４により、排気冷却部３２により冷却された排気ガスの一部が、排気ガス浄化触媒２４に流入する排気ガスに導入されるので、この冷却された排気ガスがタービン８から流出した排気ガスと合流して排気ガス浄化触媒２４に流入することにより、排気ガス浄化触媒２４へ流入する排気ガスの温度を低下させる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the exhaust device 1 of the present invention is applied to the engine 2 equipped with the fixed capacity type turbocharger 12 having the waste gate is illustrated. However, the variable capacity without the waste gate is illustrated. The exhaust device 1 of the present invention can also be applied to an engine 2 equipped with a turbocharger 12 of the type.
In this case, the outlet of the cooling exhaust gas introduction passage 34 joins the outlet of the turbine 8 and is connected to the inlet of the exhaust gas purification catalyst 24. A part of the exhaust gas cooled by the exhaust cooling unit 32 is introduced into the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 24 by the cooling exhaust gas introduction passage 34, so that the cooled exhaust gas is supplied from the turbine 8. By joining the exhaust gas that has flowed out and flowing into the exhaust gas purification catalyst 24, the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 24 is lowered.

また、上述した実施形態では、バイパス通路２６の出口は、排気ガス浄化触媒２４の上流側に接続され、冷却排気ガス導入通路３４の出口は、排気ガス浄化触媒２４の上流側においてバイパス通路２６に連結されていると説明したが、これとは異なる構成であっても、排気冷却部３２により冷却された排気ガスが排気ガス浄化触媒２４に流入するように構成されていればよい。
例えば、タービン８の出口とバイパス通路２６の出口とが、それぞれ独立して排気ガス浄化触媒２４の上流側に接続され、冷却排気ガス導入通路３４の出口が、バイパス通路２６に連結されるように構成してもよい。あるいは、タービン８の出口、バイパス通路２６の出口、及び冷却排気ガス導入通路３４の出口が、それぞれ独立して排気ガス浄化触媒２４の上流側に接続されるように構成してもよい。 In the above-described embodiment, the outlet of the bypass passage 26 is connected to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst 24, and the outlet of the cooling exhaust gas introduction passage 34 is connected to the bypass passage 26 on the upstream side of the exhaust gas purification catalyst 24. Although described as being connected, the exhaust gas cooled by the exhaust cooling unit 32 may be configured to flow into the exhaust gas purification catalyst 24 even if the configuration is different.
For example, the outlet of the turbine 8 and the outlet of the bypass passage 26 are independently connected to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst 24, and the outlet of the cooling exhaust gas introduction passage 34 is connected to the bypass passage 26. It may be configured. Alternatively, the outlet of the turbine 8, the outlet of the bypass passage 26, and the outlet of the cooling exhaust gas introduction passage 34 may be independently connected to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst 24.

次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例による排気装置１の作用効果を説明する。   Next, the effect of the exhaust device 1 according to the above-described embodiment of the present invention and the modification of the embodiment of the present invention will be described.

まず、冷却排気ガス導入通路３４の入口が排気冷却部３２の下流側においてＥＧＲ通路３０に連結されると共に出口が排気ガス浄化触媒２４の上流側に連結され、排気冷却部３２により冷却された排気ガスの一部は、冷却排気ガス導入通路３４に分岐され排気ガス浄化触媒２４の上流側に導入されるので、冷却された排気ガスがタービン８から流出した排気ガスと共に排気ガス浄化触媒２４に流入することにより、排気ガス浄化触媒２４へ流入する排気ガスの温度を低下させることができる。
そして、この排気冷却部３２は、ＥＧＲ通路３０から吸気経路４に循環する排気ガス及び冷却排気ガス導入通路３４に流入する排気ガスの両方の冷却に使用できるので、冷却排気ガス導入通路３４に流入する排気ガスを冷却するための排気冷却部３２を新設する必要がなく、これにより、装置の複雑化やコスト上昇を招くことなく、触媒へ流入する排気ガスの温度を低下させ、触媒の劣化を抑制し耐久性を向上させることができる。 First, the inlet of the cooling exhaust gas introduction passage 34 is connected to the EGR passage 30 on the downstream side of the exhaust cooling unit 32 and the outlet is connected to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst 24, and the exhaust cooled by the exhaust cooling unit 32. Part of the gas is branched into the cooling exhaust gas introduction passage 34 and introduced upstream of the exhaust gas purification catalyst 24, so that the cooled exhaust gas flows into the exhaust gas purification catalyst 24 together with the exhaust gas flowing out of the turbine 8. By doing so, the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 24 can be lowered.
The exhaust cooling section 32 can be used to cool both the exhaust gas circulating from the EGR passage 30 to the intake passage 4 and the exhaust gas flowing into the cooling exhaust gas introduction passage 34, and therefore flows into the cooling exhaust gas introduction passage 34. It is not necessary to newly provide an exhaust cooling section 32 for cooling the exhaust gas to be generated, thereby reducing the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst without complicating the apparatus and increasing the cost, thereby reducing the deterioration of the catalyst. It can suppress and improve durability.

また、ＰＣＵ４８は、冷却排気ガス導入通路３４を流れる冷却排気ガスの流量を調整する冷却排気ガス流量調整バルブ３８を開いた後にウェイストゲートバルブ２８を開くので、ウェイストゲートバルブ２８を経由して高温を維持したままバイパス通路２６に流入した排気ガスを、ＥＧＲ通路３０の排気冷却部３２により冷却され冷却排気ガス導入通路３４を経由してバイパス通路２６に流入した排気ガスと混合させて温度を低下させることができ、排気ガス浄化触媒２４へ流入する排気ガスの温度を低下させることができる。   Further, since the PCU 48 opens the waste gate valve 28 after opening the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve 38 for adjusting the flow rate of the cooling exhaust gas flowing through the cooling exhaust gas introduction passage 34, the PCU 48 increases the temperature via the waste gate valve 28. The exhaust gas flowing into the bypass passage 26 while being maintained is cooled by the exhaust cooling section 32 of the EGR passage 30 and mixed with the exhaust gas flowing into the bypass passage 26 via the cooling exhaust gas introduction passage 34 to lower the temperature. The temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 24 can be reduced.

特に、冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開口面積の最小変化量は、ウェイストゲートバルブ２８の開口面積の最小変化量よりも小さいので、冷却排気ガス流量調整バルブ３８及びウェイストゲートバルブ２８の両方が開く運転領域では、最小変化量の大きいウェイストゲートバルブ２８の開度を大きくして、タービン８を迂回してバイパス通路２６に流入する排気ガスの流量を確保しつつ、最小変化量の小さい冷却排気ガス流量調整バルブ３８の開度を微調整することにより、過給圧や排気ガス浄化触媒２４の入口における排気ガス温度を高精度に制御することができる。   In particular, since the minimum change amount of the opening area of the cooling exhaust gas flow rate adjusting valve 38 is smaller than the minimum change amount of the opening area of the waste gate valve 28, both the cooling exhaust gas flow rate adjusting valve 38 and the waste gate valve 28 are opened. In the operating region, the opening amount of the waste gate valve 28 having a large minimum change amount is increased to secure the flow rate of the exhaust gas that bypasses the turbine 8 and flows into the bypass passage 26, while the cooling exhaust gas having a small minimum change amount. By finely adjusting the opening degree of the flow rate adjustment valve 38, the supercharging pressure and the exhaust gas temperature at the inlet of the exhaust gas purification catalyst 24 can be controlled with high accuracy.

１ 排気装置
２ エンジン
４ 吸気経路
６ 排気経路
８ タービン
１０ コンプレッサ
１２ ターボ過給機
２４ 排気ガス浄化触媒
２６ バイパス通路
２８ ウェイストゲートバルブ
３０ ＥＧＲ通路
３２ 排気冷却部
３４ 冷却排気ガス導入通路
３６ ＥＧＲバルブ
３８ 冷却排気ガス流量調整バルブ
４８ ＰＣＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust device 2 Engine 4 Intake route 6 Exhaust route 8 Turbine 10 Compressor 12 Turbocharger 24 Exhaust gas purification catalyst 26 Bypass passage 28 Wastegate valve 30 EGR passage 32 Exhaust cooling section 34 Cooling exhaust gas introduction passage 36 EGR valve 38 Cooling Exhaust gas flow control valve 48 PCU

Claims (2)

内燃機関から排出された排気ガスを処理する内燃機関の排気装置であって、
上記内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒と、
上記排気ガス浄化触媒より上流に配置された、タービン及びコンプレッサを備えたターボ過給機と、
上記ターボ過給機の上記タービンの上流側から排気ガスの一部を取り出して上記内燃機関の吸気経路に循環させる排気再循環路と、
上記排気再循環路に設けられ、この排気再循環路に流入した排気ガスを冷却する排気冷却部と、
一端が上記排気冷却部の下流側において上記排気再循環路に連結されると共に他端が上記排気ガス浄化触媒の上流側に連結された冷却排気ガス導入通路と、
上記ターボ過給機の上記タービンの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路とを有し、
上記排気冷却部により冷却された排気ガスの一部は、上記排気再循環路を経由して上記内燃機関の吸気経路に循環され、上記排気冷却部により冷却された排気ガスの他の一部は、上記冷却排気ガス導入通路に分岐され上記排気ガス浄化触媒の上流側に導入され、
上記冷却排気ガス導入通路の出口は、上記バイパス通路に連結され、
上記バイパス通路の上流側端部には、上記ターボ過給機の上記タービンの上流側から流入する排気ガスの流量を調節するウェイストゲートバルブが設けられ、
上記冷却排気ガス導入通路には、この冷却排気ガス導入通路を流れる排気ガスの流量を調整する冷却排気ガス流量調整バルブが設けられ、
更に、上記ウェイストゲートバルブ及び上記冷却排気ガス流量調整バルブの開度を制御するバルブ制御部を有し、
上記バルブ制御部は、上記冷却排気ガス流量調整バルブを開いた後に上記ウェイストゲートバルブを開く、
ことを特徴とする内燃機関の排気装置。 An exhaust system for an internal combustion engine that processes exhaust gas discharged from the internal combustion engine,
An exhaust gas purification catalyst for purifying the exhaust gas of the internal combustion engine;
A turbocharger provided with a turbine and a compressor, disposed upstream of the exhaust gas purification catalyst;
An exhaust gas recirculation path for extracting a portion of the exhaust gas from the upstream side of the turbine of the turbocharger and circulating it to the intake path of the internal combustion engine;
An exhaust cooling section provided in the exhaust gas recirculation path for cooling the exhaust gas flowing into the exhaust gas recirculation path;
A cooling exhaust gas introduction passage having one end connected to the exhaust gas recirculation path on the downstream side of the exhaust cooling section and the other end connected to the upstream side of the exhaust gas purification catalyst;
A bypass passage that bypasses the upstream side and the downstream side of the turbine of the turbocharger ,
A part of the exhaust gas cooled by the exhaust cooling part is circulated to the intake path of the internal combustion engine via the exhaust recirculation path, and the other part of the exhaust gas cooled by the exhaust cooling part is , Branched into the cooling exhaust gas introduction passage and introduced upstream of the exhaust gas purification catalyst,
The outlet of the cooling exhaust gas introduction passage is connected to the bypass passage,
A waste gate valve for adjusting the flow rate of exhaust gas flowing from the upstream side of the turbine of the turbocharger is provided at the upstream end of the bypass passage,
The cooling exhaust gas introduction passage is provided with a cooling exhaust gas flow rate adjustment valve for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the cooling exhaust gas introduction passage,
Furthermore, it has a valve control unit for controlling the opening of the waste gate valve and the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve,
The valve control unit opens the waste gate valve after opening the cooling exhaust gas flow rate adjustment valve;
An exhaust system for an internal combustion engine. 上記冷却排気ガス流量調整バルブの開口面積の最小変化量は、上記ウェイストゲートバルブの開口面積の最小変化量よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。 2. The exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein a minimum change amount of the opening area of the cooling exhaust gas flow rate adjusting valve is smaller than a minimum change amount of the opening area of the waste gate valve.
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