JPH09324706A - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

内燃機関の排気ガス再循環装置

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JPH09324706A
JPH09324706A JP8141665A JP14166596A JPH09324706A JP H09324706 A JPH09324706 A JP H09324706A JP 8141665 A JP8141665 A JP 8141665A JP 14166596 A JP14166596 A JP 14166596A JP H09324706 A JPH09324706 A JP H09324706A
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JP
Japan
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engine
egr gas
neutralizer
gas supply
neutralizing agent
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Pending
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JP8141665A
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English (en)
Inventor
Yasuhiko Otsubo
康彦 大坪
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH09324706A publication Critical patent/JPH09324706A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関冷間時にEGRガス供給作用を行いつつ
機関の耐久性を確保する。 【解決手段】 排気マニホルド7と、スロットル弁6下
流の吸気ダクト4とをEGRガス通路10により互いに
連通し、EGRガス供給作用を行う。硫酸を中和するた
めの中和剤を、吸気ダクト4内に噴射する中和剤供給装
置12を具備する。機関冷却水温が予め定められた設定
水温よりも低いときにEGRガス供給作用を行うときに
は中和剤供給装置12から中和剤を噴射する。この中和
剤は、機関冷間時にEGRガス供給作用を行ったときに
燃焼室内で生成される硫酸を中和し、それによってシリ
ンダボア内壁面、ピストンリング、またはピストンの腐
食を阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気ガス
再循環装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、機関排気通路と機関吸気通路
とをEGRガス通路により互いに連結して燃焼室内にE
GRガスを供給するようにした内燃機関の排気ガス再循
環装置が知られている。このように燃焼室内にEGRガ
スを供給すると排気通路内に排出される窒素酸化物(N
X )量が低減される。
【0003】ところで、機関冷間時には排気通路に接続
される触媒の温度がその活性温度まで昇温していない場
合があり、この場合排気ガスを触媒に導いても排気ガス
中の窒素酸化物を良好に浄化することができない。そこ
で、機関冷間時にも燃焼室内にEGRガスを供給すれば
機関冷間時において排気通路内に排出される窒素酸化物
量を低減することができる。
【0004】ところが、機関冷間時におけるシリンダボ
アの壁面温度は比較的低く、この壁面温度が吸気行程時
における燃焼室内圧力に対する露点よりも低くなるとE
GRガス中の水分および硫酸蒸気が凝縮して硫酸ミスト
となり、この硫酸ミストはシリンダボア内壁面を腐食し
てしまう。すなわち、燃料中に硫黄分が含まれるとこの
硫黄分から亜硫酸ガス(SO2 )が生成されて排気通路
内に排出される。また、亜硫酸ガスの一部はさらに酸化
されて硫酸(H2 SO4 )または無水硫酸(SO3 )が
生成される。したがって、この場合EGRガス供給作用
を行うと燃焼室内に硫酸蒸気が流入しうる。そこで、E
GRガス通路内に電熱体を配置して機関冷間時にEGR
ガス通路内を流通するEGRガスをこの電熱体により加
熱するようにした排気ガス再循環装置が公知である(実
開昭61−69457号公報参照)。この排気ガス再循
環装置では、機関冷間時にEGRガスを加熱することに
よりEGRガス中の水分および硫酸蒸気の凝縮を抑え、
それによってシリンダボア内壁面ができるだけ腐食され
ないようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、機関冷間時
における水分および硫酸蒸気の凝縮を抑制すべくEGR
ガスを加熱するのに必要な熱量は膨大なものであり、し
たがって硫酸ミストの発生を抑制するのは困難である。
しかしながら、シリンダボア内壁面上において凝縮した
硫酸は水素イオン濃度が高く、このためシリンダボア内
壁面の腐食が著しく促され、また潤滑油膜が破断されて
凝着摩耗が促されるという問題点がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によれば、機関排気通路と機関吸気通路とを互
いに連結するEGRガス通路を備えた内燃機関の排気ガ
ス再循環装置において、機関冷間時にEGRガス供給作
用を行うときに、機関吸気通路内、燃焼室内、またはE
GRガス通路内に硫酸を中和するための中和剤を供給す
る中和剤供給手段を具備している。すなわち、機関冷間
時にEGRガス供給作用を行って燃焼室内に生成される
硫酸は中和剤によって中和されるのでシリンダボア内壁
面などが著しく腐食するのが阻止される。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は本発明をディーゼル機関に
適用した場合を示している。しかしながら本発明をガソ
リン火花点火式機関に適用することもできる。図1を参
照すると、機関本体1は4つの気筒1aを備えている。
各気筒1aはそれぞれ対応する吸気枝管2を介して共通
のサージタンク3に接続され、サージタンク3は吸気ダ
クト4を介してエアクリーナ5に接続される。吸気ダク
ト4内には、図示しないアクセルペダルの踏み込み量が
大きくなると開度が大きくなるスロットル弁6が配置さ
れる。一方、各気筒1aは共通の排気マニホルド7を介
して例えば三元触媒8を内蔵した触媒コンバータ9に接
続される。
【0008】排気マニホルド7の集合部とスロットル弁
6下流の吸気ダクト4とを互いに連通するEGRガス通
路10内には、このEGRガス通路10内を流通するE
GRガス量を制御するためのEGRガス制御弁11が配
置される。このEGRガス制御弁11は電子制御ユニッ
ト20からの出力信号に基づいて制御される。EGRガ
ス供給作用を行うべきときにはEGRガス制御弁11が
開弁される。その結果、EGRガス通路10を介して吸
気ダクト4内にEGRガスが供給され、次いで各気筒1
aの燃焼室内に空気と共に吸入され、斯くしてEGRガ
ス供給作用が行われる。これに対してEGRガス供給作
用を停止すべきときにはEGRガス制御弁11が閉弁さ
れる。
【0009】また、図1の内燃機関には中和剤供給装置
12が設けられる。中和剤供給装置12は中和剤タンク
13と、EGRガス通路10の流出口よりも下流の吸気
ダクト4内に中和剤を噴射するための中和剤噴射ノズル
14と、中和剤タンク13内の中和剤を中和剤噴射ノズ
ル14に供給する中和剤ポンプ15とを具備する。後述
するように中和剤供給装置12は硫酸を中和する中和剤
を供給するためのものであり、中和剤として弱酸塩また
は弱塩基を用いることができる。弱酸塩として例えばカ
ルボン酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩などを用いること
ができ、弱塩基としてアミンなどを用いることができ
る。なお、図1の内燃機関において中和剤は弱酸塩また
は弱塩基の水溶液の液滴の形でもって供給される。
【0010】吸気ダクト4内に中和剤を噴射すべきとき
には中和剤ポンプ15が駆動され、中和剤ポンプ15か
ら吐出された中和剤が中和剤噴射ノズル14から吸気ダ
クト4内に噴射される。一方、吸気ダクト4内への中和
剤の噴射を停止すべきときには中和剤ポンプ15が停止
される。なお、中和剤ポンプ15は電子制御ユニット2
0からの出力信号に基づいて制御される。
【0011】再び図1を参照すると、電子制御ユニット
(ECU)20はデジタルコンピュータからなり、双方
向性バス21を介して相互に接続されたROM(リード
オンリメモリ)22、RAM(ランダムアクセスメモ
リ)23、CPU(マイクロプロセッサ)24、入力ポ
ート25、および出力ポート26を具備する。サージタ
ンク3にはサージタンク3内の圧力に比例した出力電圧
を発生する圧力センサ27が取り付けられ、この圧力セ
ンサ27の出力電圧はAD変換器28を介して入力ポー
ト25に入力される。CPU24ではAD変換器28か
らの出力信号に基づいて吸入空気量が算出される。ま
た、機関本体1には機関冷却水温に比例した出力電圧を
発生する水温センサ29が取り付けられ、この水温セン
サ29の出力電圧はAD変換器30を介して入力ポート
25に入力される。
【0012】また、スロットル弁6にはスロットル弁6
がアイドリング開度のときにオンとなり、アクセルペダ
ルが踏み込まれるとオフとなるアイドルスイッチ31が
接続され、アイドルスイッチ31の出力信号はAD変換
器32を介して入力ポート25に入力される。さらに、
入力ポート25には機関本体1のクランクシャフトが例
えば30度回転する毎に出力パルスを発生するクランク
角センサ33が接続される。CPU24ではこの出力パ
ルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポ
ート26はそれぞれ対応する駆動回路34を介してEG
Rガス制御弁11および中和剤ポンプ15にそれぞれ接
続される。
【0013】図1の内燃機関では、次の場合でない限り
EGRガス制御弁11が開弁されてEGRガス供給作用
が行われる。すなわち、機関始動直後であるか、機関無
負荷運転時であるか、或いは機関高回転運転時であると
きにはEGRガス制御弁11は閉弁状態に保持される。
EGRガス供給作用が行われる場合、機関に供給される
EGRガス量が機関運転状態、すなわち例えば機関負荷
(吸入空気量/機関回転数)および機関回転数に応じて
定まる最適量となるようにEGRガス制御弁11の開度
が制御される。このようにEGRガス供給作用が行われ
ると燃焼室内における最高燃焼温度を低下させることが
でき、したがって排気マニホルド7内に排出される窒素
酸化物量を低減することができる。
【0014】ところで、機関冷間時において窒素酸化物
排出量を低減すべくEGRガス供給作用を行うと冒頭で
述べたように燃焼室内に生成される硫酸によってシリン
ダボア内壁面、ピストンリング、またはピストンが著し
く磨耗してしまう。そこで、図1の内燃機関では中和剤
供給装置12を設け、機関冷間時にEGRガス供給作用
を行うべきときには中和剤供給装置12から吸気ダクト
4内に中和剤を供給するようにしている。その結果、燃
焼室内において生成した硫酸がこの中和剤によって中和
され、したがってシリンダボア内壁面、ピストンリン
グ、またはピストンが著しく磨耗するのを阻止すること
ができる。すなわち、機関冷間時に窒素酸化物排出量を
低減しつつ機関の耐久性を確保することができる。
【0015】また、図1の内燃機関では中和剤を水溶液
の液滴の形でもって吸気ダクト4内に供給するようにし
ており、このため吸気ダクト4内に供給されたEGRガ
ス中の硫酸は燃焼室内に到る前にこの液滴中において中
和される。したがって、機関の耐久性を確実に高めるこ
とができる。さらに、このように中和剤を水溶液の液滴
の形でもって供給すると燃焼室内には水溶液の液滴が供
給されることになり、水の気化熱が比較的大きいので窒
素酸化物排出量を少なく維持しつつ燃焼室内に供給され
るEGRガスの割合を低減することができる。したがっ
て、燃焼室内に供給される空気の割合を大きくすること
ができ、排気マニホルド7内に排出される未燃HCまた
はパティキュレートを低減することができる。
【0016】なお、本実施態様では機関冷却水温THW
が予め定められた設定温度T1、例えば40℃よりも低
いときに機関冷間時であると判断している。しかしなが
ら、例えば吸気通路壁面温度、燃焼室内温度、機関本体
自体の温度、排気温度、またはエンジンオイル温度など
に基づいて機関冷間時であるか否かを判別することもで
きる。
【0017】次に図2を参照して上述の中和剤供給作用
を実行するためのルーチンを説明する。図2に示すルー
チンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実
行される。図2を参照すると、まずステップ41ではE
GRガス供給作用が行われているか否かが判別される。
EGRガス供給作用が行われているときには次いでステ
ップ42に進む。ステップ42では機関冷却水温THW
が予め定められた設定温度T1よりも低いか否か、すな
わち機関冷間時であるか否かが判別される。THW<T
1のとき、すなわち機関冷間時には次いでステップ43
に進み、中和剤供給装置12から吸気ダクト4内に中和
剤が供給される。一方、ステップ41においてEGRガ
ス供給作用が行われていないとき、またはステップ42
においてTHW≧T1のときには次いでステップ44に
進み、中和剤の供給作用が停止される。
【0018】なお、機関冷間時といっても機関冷却水温
THWが例えば25℃以下のように極めて低いときには
燃焼がかなり不安定になる。このような場合にはEGR
ガス供給作用を停止するようにしてもよい。図1に示す
中和剤供給装置12は専用の中和剤を蓄える中和剤タン
ク13を備えている。しかしながら、機関冷却水に中和
剤としてのリン酸塩、アミンなどが含まれているので中
和剤噴射ノズル14を機関冷却水通路に接続し、機関冷
間時にEGRガス供給作用を行うときには吸気ダクト4
内に機関冷却水を供給するようにしてもよい。或いは、
ウインドウォッシャ液には中和剤として作用する界面活
性剤が含まれているので中和剤噴射ノズル14をウイン
ドウォッシャ液タンクに接続し、機関冷間時にEGRガ
ス供給作用を行うときには吸気ダクト4内にウインドウ
ォッシャ液を供給するようにすることもできる。このよ
うにすると中和剤タンク13を設ける必要がなくなる。
【0019】また、図1の中和剤供給装置12では吸気
ダクト4内に中和剤を噴射するようにしている。しかし
ながら、中和剤を燃焼室内に直接噴射してもよいし、ま
たはEGRガス通路10内に噴射するようにしてもよ
い。或いは、中和剤をEGRガス通路10の流入口より
も上流の排気マニホルド7内に噴射してもよいし、エン
ジンオイル内に予め添加しておくこともできる。
【0020】
【発明の効果】機関冷間時にEGRガス供給作用を行い
つつ機関の耐久性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】中和剤供給作用を制御するためのフローチャー
トである。
【符号の説明】
1…機関本体 4…吸気ダクト 7…排気マニホルド 10…EGRガス通路 12…中和剤供給装置 13…中和剤タンク 14…中和剤噴射ノズル 15…中和剤ポンプ 29…水温センサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機関排気通路と機関吸気通路とを互いに
    連結するEGRガス通路を備えた内燃機関の排気ガス再
    循環装置において、機関冷間時にEGRガス供給作用を
    行うときに、機関吸気通路内、燃焼室内、またはEGR
    ガス通路内に硫酸を中和するための中和剤を供給する中
    和剤供給手段を具備した排気ガス再循環装置。
JP8141665A 1996-06-04 1996-06-04 内燃機関の排気ガス再循環装置 Pending JPH09324706A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008144633A (ja) * 2006-12-07 2008-06-26 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化システム
US8943802B2 (en) 2009-12-08 2015-02-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for an internal combustion engine
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US9724734B2 (en) 2015-01-30 2017-08-08 Kärcher North America, Inc. High efficiency hot water pressure washer
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