JP2004068608A - 内燃機関の排ガス再循環装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品点数を低減して簡単な構成にて、再循環される排ガスの温度を調整可能とする。
【解決手段】排気管24と吸気通路10との間には、排ガスの還流を行なう排ガス還流通路32が設けられ、その排ガス還流通路32にはEGRクーラ36が設けられている。EGRクーラ36の出入口には、第1と第2のペルチェ素子ユニット50,52がそれぞれ設けられている。第1と第2のペルチェ素子ユニット50,52は、駆動回路46によってコントロールされる。ペルチェ素子ユニット50,52によって、EGRガスの冷却効率を高めたり、温めたり、温度を計測したりすることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】排気管24と吸気通路10との間には、排ガスの還流を行なう排ガス還流通路32が設けられ、その排ガス還流通路32にはEGRクーラ36が設けられている。EGRクーラ36の出入口には、第1と第2のペルチェ素子ユニット50,52がそれぞれ設けられている。第1と第2のペルチェ素子ユニット50,52は、駆動回路46によってコントロールされる。ペルチェ素子ユニット50,52によって、EGRガスの冷却効率を高めたり、温めたり、温度を計測したりすることができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガスの一部を、排気通路から排ガス還流通路を介して吸気通路に再循環させる内燃機関の排ガス再循環装置であって、特に、その再循環される排ガスの温度を調整することのできる内燃機関の排ガス再循環装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の内燃機関の中には、排ガス中のNOx低減を図るべく、排ガスの一部を吸気側に再循環させる排ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation;以下、EGRと称する。)装置を備えたものがある。この装置により排ガス再循環を行えば、混合気の不活性化で燃焼温度を低下させることにより、NOxを低減させることができる。
【0003】
また、特開平11−117815号公報には、再循環される排ガスの温度を、内燃機関の運転状態に応じて変化させる手段を備えた排ガス再循環装置が提案されている。この装置は、排ガス還流通路に、EGRクーラと、このEGRクーラをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路に設けられるヒータと、通路切換バルブとを備え、内燃機関の運転状態に応じて通路切換バルブを制御することにより、再循環される排ガスの温度を、内燃機関の運転状態に応じたものとする。この装置によれば、再循環される排ガスの充填率を高めるとともに、NOxだけでなく排気微粒子をも共に低減することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、EGRクーラ、バイパス通路、ヒータ、通路切換バルブ、各種のセンサ等を設ける必要があることから、部品点数が多く構成が複雑となる問題があった。
【0005】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、部品点数を低減して簡単な構成にて、再循環される排ガスの温度を調整することのできる技術を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題の少なくとも少なくとも一部を解決するための手段としては、以下に示す構成をとった。
【0007】
本発明の内燃機関の排ガス再循環装置は、
内燃機関の排ガスの一部を、排気通路から排ガス還流通路を介して吸気通路に再循環させる内燃機関の排ガス再循環装置において、
前記排ガス還流通路に設けられる熱電変換素子と、
前記熱電変換素子に電流を供給して前記再循環される排ガスの温度を変える素子駆動手段と
を備えることを要旨としている。
【0008】
この内燃機関の排ガス再循環装置では、素子駆動手段により、熱電変換素子に電流を供給することにより、熱電変換素子が設けられた排ガス還流通路に温度を高めたり低めたりといった温度変化を与えることができる。このために、その温度変化によって、排ガス還流通路を介して再循環する排ガスの温度を変化させることができる。したがって、少ない部品点数で、再循環される排ガスの温度を調整することができる。
【0009】
前記内燃機関の排ガス再循環装置において、前記排ガス還流通路に設けられ、前記再循環される排ガスを前記内燃機関の冷却水により冷却する冷却部を備えるとともに、前記熱電変換素子は、前記冷却部に設けられた構成とすることができる。
【0010】
前記冷却水を使った冷却部だけでは、内燃機関が高負荷・高回転域で運転されたとき、冷却能力が不足することがある。また、極低温時においては、冷却水温もまた極低温であることから、再循環する排ガスが必要以上に冷却されて、排ガスの清浄効果が充分に得られない。これらに対して、上記構成では、熱電変換素子により、冷却部で冷却された排ガスをより一層冷却したり高めたりすることができる。したがって、上述したような冷却能力の不足や、冷却のし過ぎといった問題の解消を図ることができる。
【0011】
上記冷却部に熱電変換素子を設けた構成の内燃機関の排ガス再循環装置において、前記熱電変換素子として、前記冷却部のガス入口側に設けられる第1の熱電変換素子と、前記冷却部のガス出口側に設けられる第2の熱電変換素子とを備え、さらに、前記第1と第2の熱電変換素子の出力電流値の差を検出する電流差検出手段と、前記電流差検出手段の検出結果に基づいて、前記素子駆動手段による電流の供給を制御する制御手段とを備える構成とすることができる。
【0012】
この構成の内燃機関の排ガス再循環装置によれば、電流差検出手段により、冷却部のガス入口側とガス出口側との温度差を検出することができる。したがって、制御手段により、電流差検出手段の検出結果に基づいて、前記素子駆動手段による電流の供給を制御することにより、この温度差に応じた熱電変換素子の制御が可能となる。このために、温度差が小さく冷却部の冷却能力が低いと判定されたときには、第1と第2の熱電変換素子により冷却を施すことで、再循環される排ガスの冷却能力を高めることができる。
【0013】
前述した各構成において、前記熱電変換素子は、ペルチェ素子とすることができる。ペルチェ素子は、構造が簡単であることから、排ガス再循環装置の構成をより一層簡単とすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.全体の構成:
B.ペルチェ素子の構成:
C.制御処理:
D.作用・効果:
E.変形例:
【0015】
A.全体の構成:
図1は、一実施例としての排ガス再循環(EGR)装置を備えたエンジンの全体構成を示す説明図である。なお、ここでは車両に搭載されたガソリンエンジンを示すが、本発明ではエンジンの種類を特に問わず、ディーゼルエンジン等のEGR装置が付設可能な種々のエンジンに適用することができる。
【0016】
図1に示すように、エンジン1の吸気側には、吸気マニホールド(吸気管)12が接続され、吸入空気の取り入れ口に向かって、サージタンク14、スロットルボディ16、エアクリーナ18が順に接続される。これらによって、吸気通路10が構成される。吸気通路10を介して吸入される吸入空気は、燃料噴射弁(図示せず)から噴射される燃料と混合されて、エンジン1の燃焼室内に吸入される。この燃料混合気は、燃焼室内で点火プラグ(図示せず)によって火花点火され、エンジン1を駆動させる。燃焼室内で燃焼したガス(排ガス)は、排気マニホールド22、排気管24を介して排出される。排気マニホールド22、排気管24等によって、排気通路20が構成される。
【0017】
排気管24と、サージタンク14の上流側の吸気通路10との間には、排ガスの還流を行なう排ガス還流通路32が設けられている。排ガス還流通路32には、EGRバルブ34およびEGRクーラ36が設けられている。EGRクーラ36には、エンジン1の冷却水を循環させる冷却水循環通路38が連通しており、この冷却水によって、排ガス還流通路32を通過する排ガス(EGRガス)を冷却可能となっている。排ガス還流通路32、EGRバルブ34、EGRクーラ36等によって、EGR装置30が構成される。
【0018】
EGRバルブ34は、電子制御ユニット(以下、ECUと呼ぶ)40と電気的に接続されており、ECU40によって、その開閉が制御される。また、ECU40には、エンジン1の運転状態を検出するセンサとして、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ42、エンジン1のシリンダブロックに配設されて冷却水温を検出する水温センサ44等が電気的に接続されている。ECU40は、これらセンサの検出値に基づいて、燃料噴射弁等の各種のアクチュエータの制御を行なうことにより、エンジン1の運転を制御する。なお、ECU40は、CPU、ROM、RAM等を備える所謂マイクロコンピュータによって構成される。上記各種の制御は、ROMに格納されたコンピュータプログラムに従って、CPUによって実行される。
【0019】
B.ペルチェ素子の構成:
EGRクーラ36の出入口には、第1と第2のペルチェ素子ユニット50,52がそれぞれ設けられている。図2は、ペルチェ素子ユニット50,52を模式的に示す説明図である。図示するように、EGRクーラ36の入口側に第1のペルチェ素子ユニット50が設けられ、EGRクーラ36の出口側に第2のペルチェ素子ユニット52が設けられている。第1または第2のペルチェ素子ユニット50,52の構成および働きについて、以下詳細に説明するが、両者は同一のものであることから、第1のペルチェ素子ユニット50について説明する。
【0020】
第1のペルチェ素子ユニット50は、P型半導体50aとN型半導体50bとを金属片50cで接合した構成をしており、P型半導体50aの他端側に、第1の金属電極50dを備え、N型半導体50bの他端側に、第2の金属電極50eを備える。第1のペルチェ素子ユニット50の金属片50c側の面には、電気絶縁性および熱伝導性に優れた第1の板材54が接合されており、この第1の板材54を介して、第1のペルチェ素子ユニット50はEGRクーラ36の外壁に密着される。また、第1のペルチェ素子ユニット50の第1および第2の金属電極50d.50e側の面にも、電気絶縁性および熱伝導性に優れた第2の板材56が接合されている。第1および第2の板材54,56は、例えばアルミナ等のセラミックスにより形成される。なお、第2の板材56のペルチェ素子ユニット50と反対側の面は、大気と開放となっている。
【0021】
こうした構成によって、第1のペルチェ素子ユニット50は、P型半導体50aとN型半導体50bを熱的に並列に配置して、電気的に直列に接続することができ、第1および第2の金属電極50d,50eに電気接続線L1,L2を介して電流を流すことにより、ペルチェ効果によって、第1の板材54側、第2の板材56側において、吸熱と放熱を起こすことができる。N型半導体50b側から直流電流を流すと、ベルチェ効果により、金属片50cで吸熱が起こり、同時に、第1および第2の金属電極50d,50eで放熱が起こるため、熱は図中上部から下部に向かって移行される。この結果、EGRクーラ36の熱を奪ってEGRガスの冷却効率を高めることができる(以下、この動作を「冷却動作」と呼ぶ)。
【0022】
一方、P型半導体50a側から直流電流を流すと、ベルチェ効果により、第1および第2の金属電極50d,50eで吸熱が起こり、同時に、金属片50cで放熱が起こるため、熱は図中下部から上部に向かって移行される。この結果、EGRクーラ36を加熱してEGRガスの温度を高めることができる(以下、この動作を「加熱動作」と呼ぶ)。
【0023】
EGRクーラ36での冷却水による冷却により、EGRガスを大きく冷却して、さらには、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52の上記冷却動作および加熱動作により、そのEGRガスの温度を、補助的に高めたり低めたりすることで、EGRガスの温度を所望の温度に調整することができる。
【0024】
なお、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52は、上述した冷却動作および加熱動作以外にも、接触面の温度差を計測するセンシング動作も行なう。詳細には、電気接続線L1,L2への電流の供給を中断して、電気接続線L1,L2にシャント抵抗器(図示せず)を接続して、そのシャント抵抗器に発生する電位差を計測して電流値をモニタすることで、接触面の温度差を計測することができる。こうして、第1の板材54と第2の板材56との間の温度差、すなわち、EGRガスクーラ36の壁面温度と大気との温度差を計測することができる。
【0025】
上述した第1のペルチェ素子ユニット50の構成は、ペルチェ素子の1単位の構成であり、実際は、複数の単位から構成されている。図3は、第1のペルチェ素子ユニット50を示す説明図である。図示するように、ペルチェ素子ユニット50は、P型半導体50aとN型半導体50bとの1単位を複数直列に接続した構成である。図中、塗りつぶした矢印は、電流の向きを示しており、図示するように、N型半導体50b側から直流電流を流すと、金属片50c側で吸熱が起こり、反対側の面側で放熱が起こるため、熱は図中上部から下部に向かって移行される。このように、ペルチェ素子ユニット50は、複数のペルチェ素子から構成されていることから、全体での熱の移動量を高めている。
【0026】
なお、第2のペルチェ素子ユニット52も第1のペルチェ素子ユニット50と同様に複数のペルチェ素子から構成される。こうした構成の第1のペルチェ素子ユニット50は、EGRクーラ36の入口側の壁面の周囲に接して設けられ、第2のペルチェ素子ユニット52は、EGRクーラ36の出口側の壁面の周囲に接して設けられる。かかる構成により、EGRクーラ36の入口側と出口側とで個別に、上記冷却動作、加熱動作およびセンシング動作を行なうことができる。これら動作は、図1に示すように、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52と電気的に接続される駆動回路46によってコントロールされる。
【0027】
駆動回路46は、周知の電子回路により構成されるもので、ペルチェ素子ユニット50,52にN型半導体50b側から所定の電流を印加する(供給する)第1の回路状態、ペルチェ素子ユニット50,52にP型半導体50a側から所定の電流を印加する第2の回路状態、電流の印加を中断してシャント抵抗を接続するとともに、そのシャント抵抗に発生する電位差を計測して電流値をモニタする第3の回路状態に切り替わる。この回路状態の切り替えは、ECU40から送られてくる制御指令に従って行なわれる。上記第1ないし第3の回路状態により、上記ペルチェ素子ユニット50,52の冷却動作、加熱動作、センシング動作をそれぞれ実現している。
【0028】
C.制御処理:
次に、ECU40にて実行される制御処理について説明する。ECU40は、前述したように、エンジンの運転を制御する処理や、EGR装置30のEGRバルブ34を開閉する制御処理を行なうが、さらに、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を駆動回路46を介して駆動制御する処理を行なう。この処理は、EGRガス温制御処理と呼ばれるものである。以下、このEGRガス温制御処理について説明する。
【0029】
EGRガス温制御処理は、ROMに格納されたコンピュータプログラムに従って、CPUによって実行されるもので、所定時間毎に繰り返し実行される。図4は、EGRガス温制御処理を示すフローチャートである。図示するように、処理が開始されると、CPUは、まず、エンジン1の運転状態を示す各種センサの検出値を読み込む処理を行なう(ステップS100)。ここで、上記各種センサとしては、回転速度センサ42や水温センサ44等が該当し、回転速度センサ42で検出されたエンジン回転速度NEや、水温センサ44で検出された冷却水温THW等を読み込む。
【0030】
次いで、CPUは、駆動回路46に、前述した第3の回路状態となるように制御信号を出力して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52の出力電流値I1,I2を計測する処理を行なう(ステップS110)。続いて、CPUは、ステップS100で読み込んだ冷却水温THWが、所定値Ta(例えば、90℃)以上であるか否かを判別する(ステップS120)。EGRクーラ36は、エンジン1の冷却水を用いてEGRガスを冷やすものであることから、ステップS120では、冷却水温THWが所定値Ta以上であるか否かを判別することにより、EGRガスをさらに冷やす必要があるのか、あるいは暖める必要があるのかを判別している。
【0031】
ステップS120で、冷却水温THWが所定値Ta以上であると判別された場合には、ステップS130に処理を進める。ステップS130では、CPUは、ステップS110で計測された出力電流値I2から、同じくステップS110で計測された出力電流値I1を減算して電流差Dを算出する処理を行なう。すなわち、出口側の第2のペルチェ素子ユニット52で計測された出力電流値I2から、入口側の第1のペルチェ素子ユニット50で計測された出力電流値I1を減算した値である電流差Dを求める。
【0032】
ステップS130で求められた電流差Dは、EGRクーラ36の出口側と入口側におけるEGRガスの温度差TDに対応する値である。というのも、出力電流値I2は、大気温度を基準としたEGRクーラ36の出口側の温度差を示す値であり、出力電流値I1は、大気温度を基準としたEGRクーラ36の入口側の温度差を示す値であることから、出力電流値I2から出力電流値I1を引いた電流差Dは、上記EGRガスの温度差TDを示すことになる。
【0033】
図5は、上記電流差Dと上記EGRガスの温度差TDとの関係を示すグラフである。図示するように、上記EGRガスの温度差TDの上昇に伴って、上記電流差Dは線形に上昇する。一般に、ペルチェ素子を用いて温度をセンシングする場合、ペルチェ素子の出力電流値は、温度に対して必ずしも線形に変化しないが、上記電流差Dは、2つのペルチェ素子ユニット50,52の線形からずれる部分を補完しあった値となることから、図示のように線形に変化する。
【0034】
図4に戻って、ステップS130の実行後、CPUは、ステップS100で読み込んだエンジン1の運転状態と、ステップS130で求めた電流差Dとが、所定の条件を満たしているか否かを判別する処理を行なう(ステップS140)。具体的には、ステップS100で読み込んだエンジン回転速度NEが所定値NEa(例えば、4000rpm)以上で、かつ、電流差Dが所定値Da(例えば、10mA)以下であるか否かの判定を行なう。エンジン回転速度NEが所定値NEa以上というように大きくなると、エンジン1からの排ガスの温度が高くなる。また、電流差Dが所定値Da以下というように小さいということは、EGRクーラ36の出口側と入口側とEGRガスの温度差が小さいということで、EGRクーラ36の冷却能力が低いということである。したがって、エンジン回転速度NEと電流差Dが両条件を満たすということは、EGRガスの冷却が不足しているということであり、ステップS140では、このような状態の判定を、上記所定の条件を満たすかによって行なう。
【0035】
ステップS140で肯定判別されると、CPUは、駆動回路46に対して、前述した第1の回路状態となるように制御信号を出力して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を冷却動作となるように駆動する(ステップS150)。これにより、EGRガスの冷却効率は向上される。その後、所定期間TM1(例えば、10秒)だけ遅延処理を行なった後、駆動回路46に対して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への電流の印加を停止させる指令を出力する(ステップS160)。その後、「リターン」に抜けて、この処理のルーチンを一旦終了する。
【0036】
一方、ステップS140で否定判別されると、そのまま「リターン」に抜けて、この処理のルーチンを一旦終了する。
【0037】
また、ステップS120で、冷却水温THWが所定値Taより小さいと判別された場合には、CPUは、ステップS170に処理を進める。ステップS170では、CPUは、ステップS110で計測された出力電流値I2が、所定値Ia(例えば、0.1mA)以下であるか否かを判別する。この判別は、出口側の第2のペルチェ素子ユニット52で測定される温度が所定温度以下であるか否かを判別するものであり、ここで肯定判別された場合には、CPUは、ステップS180に処理を進めて、駆動回路46に対して、前述した第2の回路状態となるように制御信号を出力して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を加熱動作となるように駆動する。これにより、EGRガスの温度は高められる。その後、所定期間TM2(例えば、10秒)だけ遅延処理を行なった後、駆動回路46に対して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への電流の印加を停止させる指令を出力する(ステップS190)。その後、「リターン」に抜けて、この処理のルーチンを一旦終了する。
【0038】
一方、ステップS170で否定判別されると、そのまま「リターン」に抜けて、この処理のルーチンを一旦終了する。
【0039】
図6は、上記EGRガス温制御処理によって実現される動作の一例を示すタイミングチャートである。図示するように、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52の出力電流値I1,I2の電流差Dが低下して所定値Da以下となったときに(時刻t1)、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、値0から所定値A1に立ち上げられる。この動作は、EGRガス温制御処理におけるステップS140,S150で実現される。この結果、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52は冷却動作に切り替わる。
【0040】
その後、所定期間TM1の経過後(時刻t2)、印加電流は値0に下げられる。この動作は、ステップS160で実現される。印加電流の供給を中断したのは、駆動回路46を第3の回路状態にしてペルチェ素子ユニット50,52からの出力電流値I1,I2を計測する(ステップS110)ためである。
【0041】
その後、所定時間後繰り返し実行されるEGRガス温制御処理において、上記電流差Dが所定値Da以下と判断されたときには(時刻t3)、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、再び値0から所定値A1に立ち上げられる。なお、時刻t1,t3においては、冷却水温THWは、所定値Ta以上で、エンジン回転速度NEは、所定値NEa以上であるものとする。
【0042】
一方、図中、1点鎖線に示すように、時刻t3において、電流差Dが所定値Daを上回っている場合には、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、値0のままである。
【0043】
図7は、上記EGRガス温制御処理によって実現される動作の他の例を示すタイミングチャートである。図示するように、第2のペルチェ素子ユニット52の出力電流値I2が所定値Ia以下となったときに(時刻t11)、第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、値0から所定値A2に立ち下げられる(印加電流が逆方向に流される)。この動作は、EGRガス温制御処理におけるステップS170,S180で実現される。この結果、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52は加熱動作に切り替わる。
【0044】
その後、所定期間TM2の経過後(時刻t12)、印加電流は値0に上げられる。この動作は、ステップS190で実現される。印加電流の供給を中断したのは、駆動回路46を第3の回路状態にしてペルチェ素子ユニット50,52からの出力電流値I1,I2を計測するためである。
【0045】
続いて、所定時間後繰り返し実行されるEGRガス温制御処理において、上記出力電流値I2が所定値Iaを上回ったと判断されたときには(時刻t13)、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、再び値0から所定値A2に立ち下げられる。一方、図中、2点鎖線に示すように、時刻t13において、出力電流値I2が所定値Iaを上回っている場合には、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、値0のままである。
【0046】
D.作用・効果:
以上のように構成されたエンジン1のEGR装置30によれば、EGRクーラ36にペルチェ素子ユニット50,52が設けられていることから、ペルチェ素子ユニット50,52によって、EGRクーラ36に対して温度を高めたり低めたりといった温度変化を与えることができる。このために、その温度変化によって、排ガス還流通路32を介して再循環する排ガスの温度を変化させることができる。したがって、少ない部品点数で、再循環される排ガスの温度を調整することができる。
【0047】
特に、EGRクーラ36だけでは、エンジン1が高負荷・高回転域で運転されたとき、冷却能力が不足することがあるが、このEGR装置30によれば、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を冷却動作に制御することで、EGRクーラ36で冷却された排ガスをより一層冷却することができる。また、極低温時においては、冷却水温もまた極低温であることから、再循環する排ガスが必要以上に冷却されて、排ガスの清浄効果が充分に得られなことがあるが、このEGR装置30では、ペルチェ素子ユニット50,52を加熱動作に制御することで、EGRクーラ36で冷却された排ガスの温度を高めることができる。したがって、このEGR装置30によれば、上述した運転条件における冷却能力の不足や、冷却のし過ぎといった問題の解消を図ることができる。
【0048】
また、このEGR装置30によれば、EGRクーラ36のガス入口側とガス出口側に設けられた第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52によって、EGRクーラ36のガス入口側とガス出口側との温度差を検出して、この温度差に応じて第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52の動作を制御する。このために、温度差が小さくEGRクーラ36の冷却能力が低いときには、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を冷却動作とすることで、再循環される排ガスの冷却能力を高めることができる。
【0049】
この実施例では、熱電変換素子としてペルチェ素子を用いているが、ペルチェ素子は、構造が簡単であることから、EGR装置30全体としての構成をより一層簡単とすることができる。また、ペルチェ素子ユニットによってEGRガスの温度を計測しているが、この構成によれば、センサを用いてEGRガスを直接計測する場合に較べて、耐久性に優れているといった効果も奏する。排ガス還流通路32の内側は、熱やすすを直接受け、また振動も受けることから、センサに対して高い耐久性が要求されるが、この構成によれば、耐久性が問題となることもない。
【0050】
E.変形例:
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0051】
(1)上述した実施例では、EGRクーラ30に2つのペルチェ素子ユニット50,52を設けていたが、これに換えて、1つのペルチェ素子ユニットだけを設ける構成としてもよい。このペルチェ素子ユニットにより測定した出力電流値が所定値T1を上回った時には、そのペルチェ素子ユニットを冷却動作で駆動し、ペルチェ素子ユニットにより測定した出力電流値が所定値T2(<T1)を下回った時には、そのペルチェ素子ユニットを加熱動作で駆動する。この構成によっても、簡単な構成で、再循環される排ガスの温度を調整することができる。
【0052】
(2)また、EGRクーラ30の入口側と出口側とに2つのペルチェ素子ユニット50,52を設けていたが、これに換えて、3以上のペルチェ素子ユニットを設ける構成としてもよい。例えば、EGRクーラ30の入口側と出口側とその中間部とに3つのペルチェ素子ユニットを設けた構成とすることができる。この構成によれば、EGRガスの温度調整をより緻密に行なうことができる。
【0053】
(3)上述した実施例では、ペルチェ素子ユニット50,52は、EGRクーラ36に設けていたが、これに換えて、排ガス還流通路32に設けた構成とすることもできる。要は、EGR装置30で再循環される排ガスの温度を変化させることができる部位であればいずれの位置でもよい。また、EGRクーラ36と排ガス還流通路32とのそれぞれに設ける構成とすることもできる。
【0054】
(4)上述した実施例では、ペルチェ素子ユニット50,52は、複数のペルチェ素子の集合体であるが、必ずしも、複数備える必要もなく、単一のペルチェ素子によって構成することもできる。
【0055】
(5)上述した実施例では、エンジン1の冷却水を用いて冷却を行なうEGRクーラ36で主にEGRガスの冷却を行ない、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52により、補助的にEGRガスの温度を調整するよう構成していたが、これに換えて、EGRクーラ36を無くして、ペルチェ素子ユニットだけでEGRガスの温度を調整する構成とすることもできる。例えば、排ガス還流通路32に一のペルチェ素子ユニットを設けた構成とする。この構成によれば、より一層簡単な構成で、再循環される排ガスの温度を調整することができる。
【0056】
(6)上述した実施例では、本発明の駆動手段と制御手段とを駆動回路46とECU40とで個別に構成していたが、これに換えて、一の電子制御ユニットで駆動手段と制御手段との双方の働きを成す構成とすることもできる。
【0057】
(7)上述した実施例では、熱電変換素子としてペルチェ素子を用いていたが、これに換えて、P型、N型の半導体素子による構成等の他の熱電変換素子を用いる構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての排ガス再循環装置30を備えたエンジン1の全体構成を示す説明図である。
【図2】第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を模式的に示す説明図である。
【図3】第1のペルチェ素子ユニット50を示す説明図である。
【図4】ECU40のCPUにより実行されるEGRガス温制御処理を示すフローチャートである。
【図5】第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52で測定される電流差Dと上記EGRガスの温度差TDとの関係を示すグラフである。
【図6】EGRガス温制御処理によって実現される動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図7】EGRガス温制御処理によって実現される動作の他の例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1…エンジン
10…吸気通路
14…サージタンク
16…スロットルボディ
18…エアクリーナ
20…排気通路
22…排気マニホールド
24…排気管
30…排ガス再循環(EGR)装置
32…排ガス還流通路
36…EGRクーラ
38…冷却水循環通路
40…電子制御ユニット(ECU)
42…回転速度センサ
44…水温センサ
46…駆動・制御回路
50…第1のペルチェ素子ユニット
50a…P型半導体
50b…N型半導体
50c…金属片
50d…第1の金属電極
50e…第2の金属電極
52…第2のペルチェ素子ユニット
54…第1の板材
56…第2の板材
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガスの一部を、排気通路から排ガス還流通路を介して吸気通路に再循環させる内燃機関の排ガス再循環装置であって、特に、その再循環される排ガスの温度を調整することのできる内燃機関の排ガス再循環装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の内燃機関の中には、排ガス中のNOx低減を図るべく、排ガスの一部を吸気側に再循環させる排ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation;以下、EGRと称する。)装置を備えたものがある。この装置により排ガス再循環を行えば、混合気の不活性化で燃焼温度を低下させることにより、NOxを低減させることができる。
【0003】
また、特開平11−117815号公報には、再循環される排ガスの温度を、内燃機関の運転状態に応じて変化させる手段を備えた排ガス再循環装置が提案されている。この装置は、排ガス還流通路に、EGRクーラと、このEGRクーラをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路に設けられるヒータと、通路切換バルブとを備え、内燃機関の運転状態に応じて通路切換バルブを制御することにより、再循環される排ガスの温度を、内燃機関の運転状態に応じたものとする。この装置によれば、再循環される排ガスの充填率を高めるとともに、NOxだけでなく排気微粒子をも共に低減することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、EGRクーラ、バイパス通路、ヒータ、通路切換バルブ、各種のセンサ等を設ける必要があることから、部品点数が多く構成が複雑となる問題があった。
【0005】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、部品点数を低減して簡単な構成にて、再循環される排ガスの温度を調整することのできる技術を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題の少なくとも少なくとも一部を解決するための手段としては、以下に示す構成をとった。
【0007】
本発明の内燃機関の排ガス再循環装置は、
内燃機関の排ガスの一部を、排気通路から排ガス還流通路を介して吸気通路に再循環させる内燃機関の排ガス再循環装置において、
前記排ガス還流通路に設けられる熱電変換素子と、
前記熱電変換素子に電流を供給して前記再循環される排ガスの温度を変える素子駆動手段と
を備えることを要旨としている。
【0008】
この内燃機関の排ガス再循環装置では、素子駆動手段により、熱電変換素子に電流を供給することにより、熱電変換素子が設けられた排ガス還流通路に温度を高めたり低めたりといった温度変化を与えることができる。このために、その温度変化によって、排ガス還流通路を介して再循環する排ガスの温度を変化させることができる。したがって、少ない部品点数で、再循環される排ガスの温度を調整することができる。
【0009】
前記内燃機関の排ガス再循環装置において、前記排ガス還流通路に設けられ、前記再循環される排ガスを前記内燃機関の冷却水により冷却する冷却部を備えるとともに、前記熱電変換素子は、前記冷却部に設けられた構成とすることができる。
【0010】
前記冷却水を使った冷却部だけでは、内燃機関が高負荷・高回転域で運転されたとき、冷却能力が不足することがある。また、極低温時においては、冷却水温もまた極低温であることから、再循環する排ガスが必要以上に冷却されて、排ガスの清浄効果が充分に得られない。これらに対して、上記構成では、熱電変換素子により、冷却部で冷却された排ガスをより一層冷却したり高めたりすることができる。したがって、上述したような冷却能力の不足や、冷却のし過ぎといった問題の解消を図ることができる。
【0011】
上記冷却部に熱電変換素子を設けた構成の内燃機関の排ガス再循環装置において、前記熱電変換素子として、前記冷却部のガス入口側に設けられる第1の熱電変換素子と、前記冷却部のガス出口側に設けられる第2の熱電変換素子とを備え、さらに、前記第1と第2の熱電変換素子の出力電流値の差を検出する電流差検出手段と、前記電流差検出手段の検出結果に基づいて、前記素子駆動手段による電流の供給を制御する制御手段とを備える構成とすることができる。
【0012】
この構成の内燃機関の排ガス再循環装置によれば、電流差検出手段により、冷却部のガス入口側とガス出口側との温度差を検出することができる。したがって、制御手段により、電流差検出手段の検出結果に基づいて、前記素子駆動手段による電流の供給を制御することにより、この温度差に応じた熱電変換素子の制御が可能となる。このために、温度差が小さく冷却部の冷却能力が低いと判定されたときには、第1と第2の熱電変換素子により冷却を施すことで、再循環される排ガスの冷却能力を高めることができる。
【0013】
前述した各構成において、前記熱電変換素子は、ペルチェ素子とすることができる。ペルチェ素子は、構造が簡単であることから、排ガス再循環装置の構成をより一層簡単とすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.全体の構成:
B.ペルチェ素子の構成:
C.制御処理:
D.作用・効果:
E.変形例:
【0015】
A.全体の構成:
図1は、一実施例としての排ガス再循環(EGR)装置を備えたエンジンの全体構成を示す説明図である。なお、ここでは車両に搭載されたガソリンエンジンを示すが、本発明ではエンジンの種類を特に問わず、ディーゼルエンジン等のEGR装置が付設可能な種々のエンジンに適用することができる。
【0016】
図1に示すように、エンジン1の吸気側には、吸気マニホールド(吸気管)12が接続され、吸入空気の取り入れ口に向かって、サージタンク14、スロットルボディ16、エアクリーナ18が順に接続される。これらによって、吸気通路10が構成される。吸気通路10を介して吸入される吸入空気は、燃料噴射弁(図示せず)から噴射される燃料と混合されて、エンジン1の燃焼室内に吸入される。この燃料混合気は、燃焼室内で点火プラグ(図示せず)によって火花点火され、エンジン1を駆動させる。燃焼室内で燃焼したガス(排ガス)は、排気マニホールド22、排気管24を介して排出される。排気マニホールド22、排気管24等によって、排気通路20が構成される。
【0017】
排気管24と、サージタンク14の上流側の吸気通路10との間には、排ガスの還流を行なう排ガス還流通路32が設けられている。排ガス還流通路32には、EGRバルブ34およびEGRクーラ36が設けられている。EGRクーラ36には、エンジン1の冷却水を循環させる冷却水循環通路38が連通しており、この冷却水によって、排ガス還流通路32を通過する排ガス(EGRガス)を冷却可能となっている。排ガス還流通路32、EGRバルブ34、EGRクーラ36等によって、EGR装置30が構成される。
【0018】
EGRバルブ34は、電子制御ユニット(以下、ECUと呼ぶ)40と電気的に接続されており、ECU40によって、その開閉が制御される。また、ECU40には、エンジン1の運転状態を検出するセンサとして、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ42、エンジン1のシリンダブロックに配設されて冷却水温を検出する水温センサ44等が電気的に接続されている。ECU40は、これらセンサの検出値に基づいて、燃料噴射弁等の各種のアクチュエータの制御を行なうことにより、エンジン1の運転を制御する。なお、ECU40は、CPU、ROM、RAM等を備える所謂マイクロコンピュータによって構成される。上記各種の制御は、ROMに格納されたコンピュータプログラムに従って、CPUによって実行される。
【0019】
B.ペルチェ素子の構成:
EGRクーラ36の出入口には、第1と第2のペルチェ素子ユニット50,52がそれぞれ設けられている。図2は、ペルチェ素子ユニット50,52を模式的に示す説明図である。図示するように、EGRクーラ36の入口側に第1のペルチェ素子ユニット50が設けられ、EGRクーラ36の出口側に第2のペルチェ素子ユニット52が設けられている。第1または第2のペルチェ素子ユニット50,52の構成および働きについて、以下詳細に説明するが、両者は同一のものであることから、第1のペルチェ素子ユニット50について説明する。
【0020】
第1のペルチェ素子ユニット50は、P型半導体50aとN型半導体50bとを金属片50cで接合した構成をしており、P型半導体50aの他端側に、第1の金属電極50dを備え、N型半導体50bの他端側に、第2の金属電極50eを備える。第1のペルチェ素子ユニット50の金属片50c側の面には、電気絶縁性および熱伝導性に優れた第1の板材54が接合されており、この第1の板材54を介して、第1のペルチェ素子ユニット50はEGRクーラ36の外壁に密着される。また、第1のペルチェ素子ユニット50の第1および第2の金属電極50d.50e側の面にも、電気絶縁性および熱伝導性に優れた第2の板材56が接合されている。第1および第2の板材54,56は、例えばアルミナ等のセラミックスにより形成される。なお、第2の板材56のペルチェ素子ユニット50と反対側の面は、大気と開放となっている。
【0021】
こうした構成によって、第1のペルチェ素子ユニット50は、P型半導体50aとN型半導体50bを熱的に並列に配置して、電気的に直列に接続することができ、第1および第2の金属電極50d,50eに電気接続線L1,L2を介して電流を流すことにより、ペルチェ効果によって、第1の板材54側、第2の板材56側において、吸熱と放熱を起こすことができる。N型半導体50b側から直流電流を流すと、ベルチェ効果により、金属片50cで吸熱が起こり、同時に、第1および第2の金属電極50d,50eで放熱が起こるため、熱は図中上部から下部に向かって移行される。この結果、EGRクーラ36の熱を奪ってEGRガスの冷却効率を高めることができる(以下、この動作を「冷却動作」と呼ぶ)。
【0022】
一方、P型半導体50a側から直流電流を流すと、ベルチェ効果により、第1および第2の金属電極50d,50eで吸熱が起こり、同時に、金属片50cで放熱が起こるため、熱は図中下部から上部に向かって移行される。この結果、EGRクーラ36を加熱してEGRガスの温度を高めることができる(以下、この動作を「加熱動作」と呼ぶ)。
【0023】
EGRクーラ36での冷却水による冷却により、EGRガスを大きく冷却して、さらには、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52の上記冷却動作および加熱動作により、そのEGRガスの温度を、補助的に高めたり低めたりすることで、EGRガスの温度を所望の温度に調整することができる。
【0024】
なお、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52は、上述した冷却動作および加熱動作以外にも、接触面の温度差を計測するセンシング動作も行なう。詳細には、電気接続線L1,L2への電流の供給を中断して、電気接続線L1,L2にシャント抵抗器(図示せず)を接続して、そのシャント抵抗器に発生する電位差を計測して電流値をモニタすることで、接触面の温度差を計測することができる。こうして、第1の板材54と第2の板材56との間の温度差、すなわち、EGRガスクーラ36の壁面温度と大気との温度差を計測することができる。
【0025】
上述した第1のペルチェ素子ユニット50の構成は、ペルチェ素子の1単位の構成であり、実際は、複数の単位から構成されている。図3は、第1のペルチェ素子ユニット50を示す説明図である。図示するように、ペルチェ素子ユニット50は、P型半導体50aとN型半導体50bとの1単位を複数直列に接続した構成である。図中、塗りつぶした矢印は、電流の向きを示しており、図示するように、N型半導体50b側から直流電流を流すと、金属片50c側で吸熱が起こり、反対側の面側で放熱が起こるため、熱は図中上部から下部に向かって移行される。このように、ペルチェ素子ユニット50は、複数のペルチェ素子から構成されていることから、全体での熱の移動量を高めている。
【0026】
なお、第2のペルチェ素子ユニット52も第1のペルチェ素子ユニット50と同様に複数のペルチェ素子から構成される。こうした構成の第1のペルチェ素子ユニット50は、EGRクーラ36の入口側の壁面の周囲に接して設けられ、第2のペルチェ素子ユニット52は、EGRクーラ36の出口側の壁面の周囲に接して設けられる。かかる構成により、EGRクーラ36の入口側と出口側とで個別に、上記冷却動作、加熱動作およびセンシング動作を行なうことができる。これら動作は、図1に示すように、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52と電気的に接続される駆動回路46によってコントロールされる。
【0027】
駆動回路46は、周知の電子回路により構成されるもので、ペルチェ素子ユニット50,52にN型半導体50b側から所定の電流を印加する(供給する)第1の回路状態、ペルチェ素子ユニット50,52にP型半導体50a側から所定の電流を印加する第2の回路状態、電流の印加を中断してシャント抵抗を接続するとともに、そのシャント抵抗に発生する電位差を計測して電流値をモニタする第3の回路状態に切り替わる。この回路状態の切り替えは、ECU40から送られてくる制御指令に従って行なわれる。上記第1ないし第3の回路状態により、上記ペルチェ素子ユニット50,52の冷却動作、加熱動作、センシング動作をそれぞれ実現している。
【0028】
C.制御処理:
次に、ECU40にて実行される制御処理について説明する。ECU40は、前述したように、エンジンの運転を制御する処理や、EGR装置30のEGRバルブ34を開閉する制御処理を行なうが、さらに、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を駆動回路46を介して駆動制御する処理を行なう。この処理は、EGRガス温制御処理と呼ばれるものである。以下、このEGRガス温制御処理について説明する。
【0029】
EGRガス温制御処理は、ROMに格納されたコンピュータプログラムに従って、CPUによって実行されるもので、所定時間毎に繰り返し実行される。図4は、EGRガス温制御処理を示すフローチャートである。図示するように、処理が開始されると、CPUは、まず、エンジン1の運転状態を示す各種センサの検出値を読み込む処理を行なう(ステップS100)。ここで、上記各種センサとしては、回転速度センサ42や水温センサ44等が該当し、回転速度センサ42で検出されたエンジン回転速度NEや、水温センサ44で検出された冷却水温THW等を読み込む。
【0030】
次いで、CPUは、駆動回路46に、前述した第3の回路状態となるように制御信号を出力して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52の出力電流値I1,I2を計測する処理を行なう(ステップS110)。続いて、CPUは、ステップS100で読み込んだ冷却水温THWが、所定値Ta(例えば、90℃)以上であるか否かを判別する(ステップS120)。EGRクーラ36は、エンジン1の冷却水を用いてEGRガスを冷やすものであることから、ステップS120では、冷却水温THWが所定値Ta以上であるか否かを判別することにより、EGRガスをさらに冷やす必要があるのか、あるいは暖める必要があるのかを判別している。
【0031】
ステップS120で、冷却水温THWが所定値Ta以上であると判別された場合には、ステップS130に処理を進める。ステップS130では、CPUは、ステップS110で計測された出力電流値I2から、同じくステップS110で計測された出力電流値I1を減算して電流差Dを算出する処理を行なう。すなわち、出口側の第2のペルチェ素子ユニット52で計測された出力電流値I2から、入口側の第1のペルチェ素子ユニット50で計測された出力電流値I1を減算した値である電流差Dを求める。
【0032】
ステップS130で求められた電流差Dは、EGRクーラ36の出口側と入口側におけるEGRガスの温度差TDに対応する値である。というのも、出力電流値I2は、大気温度を基準としたEGRクーラ36の出口側の温度差を示す値であり、出力電流値I1は、大気温度を基準としたEGRクーラ36の入口側の温度差を示す値であることから、出力電流値I2から出力電流値I1を引いた電流差Dは、上記EGRガスの温度差TDを示すことになる。
【0033】
図5は、上記電流差Dと上記EGRガスの温度差TDとの関係を示すグラフである。図示するように、上記EGRガスの温度差TDの上昇に伴って、上記電流差Dは線形に上昇する。一般に、ペルチェ素子を用いて温度をセンシングする場合、ペルチェ素子の出力電流値は、温度に対して必ずしも線形に変化しないが、上記電流差Dは、2つのペルチェ素子ユニット50,52の線形からずれる部分を補完しあった値となることから、図示のように線形に変化する。
【0034】
図4に戻って、ステップS130の実行後、CPUは、ステップS100で読み込んだエンジン1の運転状態と、ステップS130で求めた電流差Dとが、所定の条件を満たしているか否かを判別する処理を行なう(ステップS140)。具体的には、ステップS100で読み込んだエンジン回転速度NEが所定値NEa(例えば、4000rpm)以上で、かつ、電流差Dが所定値Da(例えば、10mA)以下であるか否かの判定を行なう。エンジン回転速度NEが所定値NEa以上というように大きくなると、エンジン1からの排ガスの温度が高くなる。また、電流差Dが所定値Da以下というように小さいということは、EGRクーラ36の出口側と入口側とEGRガスの温度差が小さいということで、EGRクーラ36の冷却能力が低いということである。したがって、エンジン回転速度NEと電流差Dが両条件を満たすということは、EGRガスの冷却が不足しているということであり、ステップS140では、このような状態の判定を、上記所定の条件を満たすかによって行なう。
【0035】
ステップS140で肯定判別されると、CPUは、駆動回路46に対して、前述した第1の回路状態となるように制御信号を出力して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を冷却動作となるように駆動する(ステップS150)。これにより、EGRガスの冷却効率は向上される。その後、所定期間TM1(例えば、10秒)だけ遅延処理を行なった後、駆動回路46に対して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への電流の印加を停止させる指令を出力する(ステップS160)。その後、「リターン」に抜けて、この処理のルーチンを一旦終了する。
【0036】
一方、ステップS140で否定判別されると、そのまま「リターン」に抜けて、この処理のルーチンを一旦終了する。
【0037】
また、ステップS120で、冷却水温THWが所定値Taより小さいと判別された場合には、CPUは、ステップS170に処理を進める。ステップS170では、CPUは、ステップS110で計測された出力電流値I2が、所定値Ia(例えば、0.1mA)以下であるか否かを判別する。この判別は、出口側の第2のペルチェ素子ユニット52で測定される温度が所定温度以下であるか否かを判別するものであり、ここで肯定判別された場合には、CPUは、ステップS180に処理を進めて、駆動回路46に対して、前述した第2の回路状態となるように制御信号を出力して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を加熱動作となるように駆動する。これにより、EGRガスの温度は高められる。その後、所定期間TM2(例えば、10秒)だけ遅延処理を行なった後、駆動回路46に対して、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への電流の印加を停止させる指令を出力する(ステップS190)。その後、「リターン」に抜けて、この処理のルーチンを一旦終了する。
【0038】
一方、ステップS170で否定判別されると、そのまま「リターン」に抜けて、この処理のルーチンを一旦終了する。
【0039】
図6は、上記EGRガス温制御処理によって実現される動作の一例を示すタイミングチャートである。図示するように、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52の出力電流値I1,I2の電流差Dが低下して所定値Da以下となったときに(時刻t1)、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、値0から所定値A1に立ち上げられる。この動作は、EGRガス温制御処理におけるステップS140,S150で実現される。この結果、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52は冷却動作に切り替わる。
【0040】
その後、所定期間TM1の経過後(時刻t2)、印加電流は値0に下げられる。この動作は、ステップS160で実現される。印加電流の供給を中断したのは、駆動回路46を第3の回路状態にしてペルチェ素子ユニット50,52からの出力電流値I1,I2を計測する(ステップS110)ためである。
【0041】
その後、所定時間後繰り返し実行されるEGRガス温制御処理において、上記電流差Dが所定値Da以下と判断されたときには(時刻t3)、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、再び値0から所定値A1に立ち上げられる。なお、時刻t1,t3においては、冷却水温THWは、所定値Ta以上で、エンジン回転速度NEは、所定値NEa以上であるものとする。
【0042】
一方、図中、1点鎖線に示すように、時刻t3において、電流差Dが所定値Daを上回っている場合には、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、値0のままである。
【0043】
図7は、上記EGRガス温制御処理によって実現される動作の他の例を示すタイミングチャートである。図示するように、第2のペルチェ素子ユニット52の出力電流値I2が所定値Ia以下となったときに(時刻t11)、第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、値0から所定値A2に立ち下げられる(印加電流が逆方向に流される)。この動作は、EGRガス温制御処理におけるステップS170,S180で実現される。この結果、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52は加熱動作に切り替わる。
【0044】
その後、所定期間TM2の経過後(時刻t12)、印加電流は値0に上げられる。この動作は、ステップS190で実現される。印加電流の供給を中断したのは、駆動回路46を第3の回路状態にしてペルチェ素子ユニット50,52からの出力電流値I1,I2を計測するためである。
【0045】
続いて、所定時間後繰り返し実行されるEGRガス温制御処理において、上記出力電流値I2が所定値Iaを上回ったと判断されたときには(時刻t13)、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、再び値0から所定値A2に立ち下げられる。一方、図中、2点鎖線に示すように、時刻t13において、出力電流値I2が所定値Iaを上回っている場合には、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52への印加電流は、値0のままである。
【0046】
D.作用・効果:
以上のように構成されたエンジン1のEGR装置30によれば、EGRクーラ36にペルチェ素子ユニット50,52が設けられていることから、ペルチェ素子ユニット50,52によって、EGRクーラ36に対して温度を高めたり低めたりといった温度変化を与えることができる。このために、その温度変化によって、排ガス還流通路32を介して再循環する排ガスの温度を変化させることができる。したがって、少ない部品点数で、再循環される排ガスの温度を調整することができる。
【0047】
特に、EGRクーラ36だけでは、エンジン1が高負荷・高回転域で運転されたとき、冷却能力が不足することがあるが、このEGR装置30によれば、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を冷却動作に制御することで、EGRクーラ36で冷却された排ガスをより一層冷却することができる。また、極低温時においては、冷却水温もまた極低温であることから、再循環する排ガスが必要以上に冷却されて、排ガスの清浄効果が充分に得られなことがあるが、このEGR装置30では、ペルチェ素子ユニット50,52を加熱動作に制御することで、EGRクーラ36で冷却された排ガスの温度を高めることができる。したがって、このEGR装置30によれば、上述した運転条件における冷却能力の不足や、冷却のし過ぎといった問題の解消を図ることができる。
【0048】
また、このEGR装置30によれば、EGRクーラ36のガス入口側とガス出口側に設けられた第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52によって、EGRクーラ36のガス入口側とガス出口側との温度差を検出して、この温度差に応じて第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52の動作を制御する。このために、温度差が小さくEGRクーラ36の冷却能力が低いときには、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を冷却動作とすることで、再循環される排ガスの冷却能力を高めることができる。
【0049】
この実施例では、熱電変換素子としてペルチェ素子を用いているが、ペルチェ素子は、構造が簡単であることから、EGR装置30全体としての構成をより一層簡単とすることができる。また、ペルチェ素子ユニットによってEGRガスの温度を計測しているが、この構成によれば、センサを用いてEGRガスを直接計測する場合に較べて、耐久性に優れているといった効果も奏する。排ガス還流通路32の内側は、熱やすすを直接受け、また振動も受けることから、センサに対して高い耐久性が要求されるが、この構成によれば、耐久性が問題となることもない。
【0050】
E.変形例:
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0051】
(1)上述した実施例では、EGRクーラ30に2つのペルチェ素子ユニット50,52を設けていたが、これに換えて、1つのペルチェ素子ユニットだけを設ける構成としてもよい。このペルチェ素子ユニットにより測定した出力電流値が所定値T1を上回った時には、そのペルチェ素子ユニットを冷却動作で駆動し、ペルチェ素子ユニットにより測定した出力電流値が所定値T2(<T1)を下回った時には、そのペルチェ素子ユニットを加熱動作で駆動する。この構成によっても、簡単な構成で、再循環される排ガスの温度を調整することができる。
【0052】
(2)また、EGRクーラ30の入口側と出口側とに2つのペルチェ素子ユニット50,52を設けていたが、これに換えて、3以上のペルチェ素子ユニットを設ける構成としてもよい。例えば、EGRクーラ30の入口側と出口側とその中間部とに3つのペルチェ素子ユニットを設けた構成とすることができる。この構成によれば、EGRガスの温度調整をより緻密に行なうことができる。
【0053】
(3)上述した実施例では、ペルチェ素子ユニット50,52は、EGRクーラ36に設けていたが、これに換えて、排ガス還流通路32に設けた構成とすることもできる。要は、EGR装置30で再循環される排ガスの温度を変化させることができる部位であればいずれの位置でもよい。また、EGRクーラ36と排ガス還流通路32とのそれぞれに設ける構成とすることもできる。
【0054】
(4)上述した実施例では、ペルチェ素子ユニット50,52は、複数のペルチェ素子の集合体であるが、必ずしも、複数備える必要もなく、単一のペルチェ素子によって構成することもできる。
【0055】
(5)上述した実施例では、エンジン1の冷却水を用いて冷却を行なうEGRクーラ36で主にEGRガスの冷却を行ない、第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52により、補助的にEGRガスの温度を調整するよう構成していたが、これに換えて、EGRクーラ36を無くして、ペルチェ素子ユニットだけでEGRガスの温度を調整する構成とすることもできる。例えば、排ガス還流通路32に一のペルチェ素子ユニットを設けた構成とする。この構成によれば、より一層簡単な構成で、再循環される排ガスの温度を調整することができる。
【0056】
(6)上述した実施例では、本発明の駆動手段と制御手段とを駆動回路46とECU40とで個別に構成していたが、これに換えて、一の電子制御ユニットで駆動手段と制御手段との双方の働きを成す構成とすることもできる。
【0057】
(7)上述した実施例では、熱電変換素子としてペルチェ素子を用いていたが、これに換えて、P型、N型の半導体素子による構成等の他の熱電変換素子を用いる構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての排ガス再循環装置30を備えたエンジン1の全体構成を示す説明図である。
【図2】第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52を模式的に示す説明図である。
【図3】第1のペルチェ素子ユニット50を示す説明図である。
【図4】ECU40のCPUにより実行されるEGRガス温制御処理を示すフローチャートである。
【図5】第1および第2のペルチェ素子ユニット50,52で測定される電流差Dと上記EGRガスの温度差TDとの関係を示すグラフである。
【図6】EGRガス温制御処理によって実現される動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図7】EGRガス温制御処理によって実現される動作の他の例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1…エンジン
10…吸気通路
14…サージタンク
16…スロットルボディ
18…エアクリーナ
20…排気通路
22…排気マニホールド
24…排気管
30…排ガス再循環(EGR)装置
32…排ガス還流通路
36…EGRクーラ
38…冷却水循環通路
40…電子制御ユニット(ECU)
42…回転速度センサ
44…水温センサ
46…駆動・制御回路
50…第1のペルチェ素子ユニット
50a…P型半導体
50b…N型半導体
50c…金属片
50d…第1の金属電極
50e…第2の金属電極
52…第2のペルチェ素子ユニット
54…第1の板材
56…第2の板材
Claims (4)
- 内燃機関の排ガスの一部を、排気通路から排ガス還流通路を介して吸気通路に再循環させる内燃機関の排ガス再循環装置において、
前記排ガス還流通路に設けられる熱電変換素子と、
前記熱電変換素子に電流を供給して前記再循環される排ガスの温度を変える素子駆動手段と
を備える内燃機関の排ガス再循環装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の排ガス再循環装置であって、
前記排ガス還流通路に設けられ、前記再循環される排ガスを前記内燃機関の冷却水により冷却する冷却部を備えるとともに、
前記熱電変換素子は、前記冷却部に設けられた内燃機関の排ガス再循環装置。 - 請求項2に記載の内燃機関の排ガス再循環装置であって、
前記熱電変換素子として、前記冷却部のガス入口側に設けられる第1の熱電変換素子と、前記冷却部のガス出口側に設けられる第2の熱電変換素子とを備え、さらに、
前記第1と第2の熱電変換素子の出力電流値の差を検出する電流差検出手段と、
前記電流差検出手段の検出結果に基づいて、前記素子駆動手段による電流の供給を制御する制御手段と
を備える内燃機関の排ガス再循環装置。 - 前記熱電変換素子は、ペルチェ素子である請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関の排ガス再循環装置。
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