JP2006070852A

JP2006070852A - 排気ガス還流装置

Info

Publication number: JP2006070852A
Application number: JP2004257388A
Authority: JP
Inventors: Kenta Hatano; 健太波多野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-16
Also published as: US7284544B2; US20060278204A1; WO2006027878A1

Abstract

【課題】高温の排気ガスを冷却してエンジン吸気側に還流させることができるものでありながら、排気ガス還流路やバルブに付着したデポジットを高温の排気ガスで除去することができる信頼性の高い排気ガス還流装置を得ることにある。
【解決手段】エンジン１の排気ガス還流路４と、この排気ガス還流路４に設置されたＥＧＲクーラー５と、排気ガス還流路４におけるＥＧＲクーラー５の上流側と下流側に接続されたバイパス通路６と、ＥＧＲクーラー５の下流側の排気ガス還流路４に設けられたＥＧＲバルブ７と、バイパス通路６を開閉するバイパスバルブ８と、ＥＧＲクーラー５を通らない高温の排気ガスをＥＧＲバルブ７に流すタイミング時期を決定し、そのタイミング時期に前記高温の排気ガスをＥＧＲクーラー５に通さずにバイパス通路６からＥＧＲバルブ７に流し、前記タイミング時期以外は高温の排気ガスをＥＧＲクーラー５に通して還流させるようにバイパスバルブ８を開閉制御するためのバルブ制御手段２０とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、デポジット除去機能を有する排気ガス還流装置に関するものである。

従来の排気ガス還流装置において、エンジン吸・排気通路に排気ガス還流路（以下、ＥＧＲ管という）を接続し、そのＥＧＲ管にＥＧＲバルブを設置しただけのものでは、還流する排気ガスに含まれた浮遊物等のデポジットが前記ＥＧＲ管の内周面やＥＧＲバルブのバルブロッド摺動部等に付着し、そのデポジット付着に起因した圧力損失やＥＧＲバルブの動作不良等が発生するという不具合があった。そこで、前記デポジットの除去だけを目的として、前記ＥＧＲ管の下流側と排気通路とをバイパス通路で接続し、そのバイパス通路とＥＧＲ管との接続部に切換弁を設置し、この切換弁と前記ＥＧＲバルブを開閉制御してＥＧＲ時にＥＧＲ管に内壁に付着したデポジットを、非ＥＧＲ時に高温の排気ガスによって、燃焼・除去するように構成したものも既に知られている（例えば、特許文献１参照）。また、高温の排気ガスを冷却してエンジン吸気側に還流させるべく排気ガス還流路にＥＧＲクーラーを設置した構成の排気ガス還流装置も既に知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２９９５７９号公報（第４〜５頁、図１）特開２００３−０９７３６１号公報（要約書および選択図）

従来の排気ガス還流装置は以上のように構成されているので、特許文献１の場合、非ＥＧＲ時に高温の排気ガスをバイパス通路から排気通路を介してＥＧＲ管に流すことでＥＧＲ管の内壁に付着したデポジットを燃焼・除去するようなっており、前記ＥＧＲ管にはＥＧＲクーラーが設けられていないので、高温の排気ガスによるデポジット除去以外の効果、すなわち、高温の排気ガスを冷却してエンジン吸気側に還流することができないばかりか、高温の排気ガスによってＥＧＲバルブや切換弁が熱的影響を受け易いという課題があった。また、特許文献２の場合は、ＥＧＲクーラーを備え、暖気を促進安定させる時にのみバイパスバルブを開閉させるようになっているため、水蒸気・未燃焼ガス・オイル等を含んだ高温の排気ガスがＥＧＲクーラーを通過することで凝縮したデポジットがＥＧＲバルブ等に付着し、これによりＥＧＲバルブが固着してしまうという課題があった。また、特許文献２のＥＧＲクーラーを特許文献１のＥＧＲ管に組み込むことも考えられるが、この場合、ＥＧＲクーラーで冷却された排気ガスが排気通路を通って排気通路に還流されることとなり、前記ＥＧＲクーラーで冷却された排気ガスをエンジンの吸気側に還流させることができないために実現不可能という大きな問題が生じる結果となる。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高温の排気ガスを冷却してエンジン吸気側に還流させることができるものでありながら、排気ガス還流路やバルブに付着したデポジットを高温の排気ガスで除去することができ、デポジットによる圧力損失の改善が図れて信頼性および耐久性が向上する排気ガス還流装置を得ることを目的とする。

この発明に係る排気ガス還流装置は、エンジンの排気ガス還流路と、この排気ガス還流路に設置されたＥＧＲクーラーと、前記排気ガス還流路における前記ＥＧＲクーラーの上流側と下流側に接続されたバイパス通路と、前記ＥＧＲクーラーの下流側の前記排気ガス還流路に設けられたＥＧＲバルブと、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを備えた排気ガス還流装置において、前記ＥＧＲクーラーを通らない高温の排気ガスを前記ＥＧＲバルブに流すタイミング時期を決定する機能を有し、そのタイミング時期に前記高温の排気ガスを前記ＥＧＲクーラーに通さずに前記バイパス通路から前記ＥＧＲバルブに流し、前記タイミング時期以外は高温の排気ガスを前記ＥＧＲクーラーに通して還流させるように前記バイパスバルブを開閉制御するためのバルブ制御手段を備えたものである。

この発明によれば、ＥＧＲクーラーが設置された排気ガス還流路における前記ＥＧＲクーラーの上流側と下流側とをバイパス通路で接続し、このバイパス通路を開閉するバイパスバルブを開閉制御するためのバルブ制御手段によって、前記ＥＧＲクーラーを通らない高温の排気ガスを前記ＥＧＲバルブに流すタイミング時期が設定され、そのタイミング時期に前記高温の排気ガスを前記ＥＧＲクーラーに通さずに前記バイパス通路から前記前記ＥＧＲバルブに流すように構成したので、排気ガス還流路やＥＧＲバルブおよびバイパスバルブ等に付着したデポジットを前記タイミング時期にのみ高温の排気ガスで燃焼・乾燥させて除去することができ、デポジットによる圧力損失の改善が図れると共に、排気ガス還流装置の信頼性および耐久性を向上させることができるという効果がある。また、前記タイミング時期にのみ高温の排気ガスをＥＧＲクーラーの下流側に還流させるので、前記タイミング時期を前記ＥＧＲバルブやバイパスバルブが熱的影響を受けない範囲に設定することが可能になるという効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による排気ガス還流装置の基本構成を説明するための概略図、図２は図１中のＥＧＲバルブを示す断面図である。
この発明に係る排気ガス還流装置は、図１に示すように、エンジン１の吸気通路２と排気通路３とを接続する排気ガス還流路（以下、ＥＧＲ管という）４を備え、このＥＧＲ管４にはＥＧＲクーラー５が設置されている。このＥＧＲクーラー５は、例えば互いに間隔を空けて並設された多数のパイプ（図示せず）の一端を一つにまとめて冷却水流入口５ａに接続し、パイプの他端を一つにまとめて冷却水流出口５ｂに接続した構成であり、排気ガスはパイプ間を通ることにより冷却される。このようにＥＧＲクーラー５を有するＥＧＲ管４において、前記ＥＧＲクーラー５の上流側と下流側にはバイパス通路６が接続されている。また、前記ＥＧＲ管４には前記ＥＧＲクーラー５の下流側に位置するＥＧＲバルブ７が設置されている。ここで、前記バイパス通路６の下流側は前記ＥＧＲクーラー５とＥＧＲバルブ７との間のＥＧＲ管４に接続され、その接続部にバイパスバルブ８が設置されている。

前記バイパスバルブ８は、前記バイパス通路６を遮断してＥＧＲクーラー５をＥＧＲバルブ７に接続する弁位置や、前記ＥＧＲクーラー５の下流側（冷却排気ガス流出口）を遮断してバイパス通路６をＥＧＲバルブ７に接続する弁位置と、前記ＥＧＲクーラー５およびバイパス通路６のそれぞれを所定の弁角度で前記ＥＧＲバルブ７に接続する弁位置とに切り換え可能なバルブ構成となっている。

前記ＥＧＲバルブ７は、図２に示すように、前記ＥＧＲクーラー５およびバイパスバルブ８の下流側でＥＧＲ管４の一部を形成するバルブハウジング９と、このバルブハウジング９内に設けられたバルブシート１０と、このバルブシート１０に接離させるバルブ１１と、このバルブ１１に連結されて前記バルブハウジング９にブッシュ１２を介して軸方向へ摺動自在に挿通支持されたバルブロッド１３と、このバルブロッド１３の挿通支持に設けられて前記バルブ１１の動作時にバルブロッド１３に付着したデポジットを掻き落とすフィルタ（デポジット掻き落とし手段）１４と、前記バルブロッド１３に取り付けられたスプリングホルダ１５と、このスプリングホルダ１５と前記バルブハウジング９の内壁との間に介在して前記バルブ１１を閉弁方向に付勢するスプリング１６と、前記バルブロッド１３を前記スプリング１６に力に抗して開弁方向に駆動するステッピングモータ等のアクチュエータ１７とを備えた構成となっている。

そして、前記ＥＧＲバルブ７とバイパスバルブ８は、各種の検出情報を入力する共通のバルブ制御手段（ＥＣＵ）２０によって開閉制御されるようになっている。すなわち、バルブ制御手段２０は、吸気通路２の圧力、温度、空気流量、エンジン回転数等の各種情報を検出・入力してＥＧＲ量を決定する機能と、そのＥＧＲ量決定値に基づく弁開度となるように前記ＥＧＲバルブ７の開度制御を行う機能と、前記ＥＧＲバルブ７の開度に対してＥＧＲ流量が低下した時、その流量低下を前記ＥＧＲバルブ７等へのデポジット付着による流量低下と判定して前記ＥＧＲクーラー５を通らない高温の排気ガスをＥＧＲバルブ７に流すタイミングを決定し、そのタイミング決定時（タイミング時期）に前記ＥＧＲバルブ７に対してＥＧＲクーラー５を遮断し且つバイパス通路６を前記ＥＧＲバルブ７に接続する弁位置に前記バイパスバルブ８を開動作させる機能とを有している。

したがって、前記バルブ制御手段２０は、前記吸気通路２に配置された圧力センサ２１と温度センサ２２および空気流量センサ（図示せず）とエンジン回転数センサ２３等の各種センサから検出信号を入力して前述のようにＥＧＲバルブ７およびバイパスバルブ８を開閉制御するものである。ここで、前記圧力センサ２１、温度センサ２２、空気流量センサおよびエンジン回転数センサ２３等からの信号により、ＥＧＲクーラー５下流側の排気ガス還流路４でのデポジット付着の有無を判断する情報を検出する。このようなデポジット付着検出システムにより検出したデポジット検出信号をバルブ制御手段２０が入力することで、当該バルブ制御手段２０は、前記デポジット付着検出システムからの入力値とＥＧＲバルブ７の開度とを比較し、その結果、ＥＧＲバルブ７の開度に比べて排気ガスの還流量が低下していると判断したとき、その判断時期をタイミング時期としてバイパスバルブ８を切り換え、高温の排気ガスをＥＧＲクーラー５には流さずにバイパス通路６からＥＧＲバルブ７に流すように制御するものである。

次に動作について説明する。
エンジン１の正常運転時には、バイパスバルブ８が図２に実線で示すようにバイパス通路６を遮断してＥＧＲクーラー５の冷却排気ガス流出口を開放した状態にある。この状態では、排気通路３から高温の排気ガスがＥＧＲクーラー５を通過することで冷却され、その冷却排気ガスがＥＧＲバルブ７（バルブ１０）でＥＧＲ量が調整されながら吸気通路２に還流される。その還流時において、前記バルブ制御手段２０が各種センサからの入力信号に基づいてＥＧＲバルブ７の開度に対するＥＧＲ量の低下を判定すると、ＥＧＲクーラー５を通らない高温の排気ガスをＥＧＲバルブ７に流すタイミング時期を決定し、そのタイミング時期に前記バルブ制御手段２０からの出力制御信号をバイパスバルブ８が入力することにより、当該バイパスバルブ８は、図２に破線で示す弁位置すなわちＥＧＲクーラー５の冷却排気ガス流出口を遮断してバイパス通路６を開放する位置に切り換えられる。これにより、排気通路３から分流した高温の排気ガスがＥＧＲクーラー５を通らずにバイパス通路６を通りバイパスバルブ８を通過して吸気通路２に還流される。

このようにＥＧＲクーラー５を通らない高温の排気ガスが還流されることにより、ＥＧＲバルブ７のバルブロッド１３および排気ガス還流路４の内壁に付着したデポジットが燃焼除去もしくは乾燥させて剥がれ易くなる。このような高温排気ガスの還流時間はバルブ制御手段２０に予め設定されており、その設定時間経過後に前記バルブ制御手段２０の出力制御信号でアクチュエータ１７が起動してバルブロッド１３を往復摺動させられることにより、バルブロッド１３に付着した乾燥デポジットがフィルタ１４で掻き落とし除去される。また、バルブシート１０およびバルブ１１に付着した乾燥デポジットにあっても、前記バルブシャフト１０に対してバルブ１１が繰り返し着座することにより除去される。

以上説明した実施の形態１によれば、ＥＧＲクーラー５が設置された排気ガス還流路４における前記ＥＧＲクーラー５の上流側と下流側とをバイパス通路６で接続し、このバイパス通路６を開閉するバイパスバルブ８を開閉制御するためのバルブ制御手段２０が各種センサからの入力信号に基づいて、前記ＥＧＲクーラーを通らない高温の排気ガスを前記ＥＧＲバルブに流すタイミング時期を決定し、そのタイミング時期に前記高温の排気ガスを前記ＥＧＲクーラー５に通さずに前記バイパス通路６から前記前記ＥＧＲバルブ７に流すように構成したので、排気ガス還流路４やＥＧＲバルブ７およびバイパスバルブ８等に付着したデポジットを、前記ＥＧＲクーラー５を通らない高温の排気ガスで燃焼除去したり乾燥させたりすることができるという効果がある。また、バルブハウジング９におけるバルブロッド１３の挿通摺動部にデポジット掻き落とし用のフィルタ１４を設けるように構成したので、前記ＥＧＲクーラー６を通らない高温排気ガスを設定時間だけ還流させ、その還流時間経過後にバルブ制御手段２０からの出力制御信号でアクチュエータ１７を起動させてバルブロッド１３を往復摺動させることにより、前記バルブロッド１３に付着したデポジットを前記フィルタ１４で掻き落とし除去することができるという効果がある。

さらに前記実施の形態１によれば、前述のようにＥＧＲクーラー５を通らない高温排気ガスの還流時間をバルブ制御手段２０に予め設定しておき、その設定時間だけ高温の排気ガスを還流させることにより、ＥＧＲバルブ７やバイパスバルブ８が高温の排気ガスによる熱的影響を受けない範囲で高温の排気ガスを還流させることが可能になるという効果がある。さらには、高温排気ガスの還流時間経過後やエンジン１の正常運転時にバイパスバルブ８がバイパス通路６を閉じてＥＧＲクーラー５の冷却排気ガス流出口を開放する弁位置に切り換えられるため、高温の排気ガスをＥＧＲクーラー５で冷却してエンジン１の吸気側に還流させることができるという効果がある。

実施の形態２．
前記実施の形態１では、デポジット除去の際に、ＥＧＲクーラー５の冷却排気ガス流出口を全閉してバイパス通路６を全開する弁位置にバイパスバルブ８がバルブ制御手段２０からの出力制御信号で切り換え制御されるようにしたが、前記バルブ制御手段２０は、各種センサからの入力信号に基づく高温排気ガスの還流タイミング決定時にＥＧＲクーラー５の冷却排気ガス流出口とバイパス通路６のそれぞれをＥＧＲバルブ７に接続させる開開度にバイパスバルブ８を切り換え制御させる構成とすることも可能である。

このような構成とした実施の形態２によれば、前記バルブ制御手段２０による高温排気ガスの還流タイミング決定時に、高温の排気ガスがＥＧＲクーラー５を通って冷却された冷却排気ガスと、前記ＥＧＲクーラー５を通らずに前記バイパス通路６を通る高温の排気ガスとを混合してＥＧＲバルブ７に流すことができるという効果がある。このように実施の形態２では、ＥＧＲクーラー５を通って冷却された冷却排気ガスと、ＥＧＲクーラー５を通らずにバイパス通路６を通る高温の排気ガスとが混合されて還流されることにより、高温の排気ガスのみを還流させる場合に比べて前記ＥＧＲバルブ７に流す排気ガスの温度を、前記ＥＧＲバルブ７が熱的影響を受けずにデポジットの燃焼・乾燥が可能な温度範囲で低温にコントロールすることができるという効果がある。

実施の形態３．
この実施の形態３では、高温の排気ガスの還流時において、その還流時間や排気ガス温度およびエンジン１の運転状況等を検出し、その検出情報からＥＧＲバルブ７に流す排気ガスの温度をコントロールする排気ガス温度制御機能をバルブ制御手段２０に持たせるように構成したものである。すなわち、前記実施の形態１でも述べたように、エンジン１からの高温の排気ガスをそのままＥＧＲバルブ７に流したのでは、当該ＥＧＲバルブ７が熱破壊等の熱的影響を受け易くなるので、前記高温の排気ガスを、前記ＥＧＲバルブ７が熱的影響を受けずにデポジットの燃焼・乾燥が可能な温度範囲にコントロールする排気ガス温度制御機能をバルブ制御手段２０が有する構成としたものである。したがって、この場合、バルブ制御手段２０には、ＥＧＲバルブ７が熱的影響を受けずにデポジットの燃焼・乾燥が可能な温度（例えば、２００℃〜５００℃）を設定しておき、前記ＥＧＲバルブ７の上流側で実際の排気ガス温度をセンサで検出し、その温度検出信号を入力させて前記設定温度と比較し、実際の排気ガス温度が前記設定温度となるように制御すればよい。その制御手段としては、例えば、ＥＧＲバルブ７に流れる排気ガスの実測温度が前記設定温度よりも高温のときには、前記排気ガスの温度が設定温度範囲となるように、前記ＥＧＲクーラー５に流している冷却水（冷却媒体）の流量をコントロールすればよい。

以上説明した実施の形態３によれば、ＥＧＲバルブ７に流す高温の排気ガスの温度を、前記ＥＧＲバルブ７が熱的影響を受けずにデポジットの燃焼・乾燥が可能な温度範囲にコントロールすることができ、排気ガス還流装置の信頼性・耐久性が向上するという効果がある。

実施の形態４．
この実施の形態４では、バルブ制御手段２０に、ＥＧＲバルブ７に流す高温の排気ガスの還流時間を、前記ＥＧＲバルブ７が熱的破壊を起こさない時間帯を設定し、その設定時間帯だけ高温の排気ガスをＥＧＲバルブ７に流すようにしたものである。ここで、デポジットは、通常２００℃から乾燥状態になるので、デポジット除去のために還流させる排気ガスは少なくとも２００℃以上の高温の排気ガスを流すが、その高温の排気ガスが例えば５００℃以上であっても、その還流時間をＥＧＲバルブ７が熱的影響を受けない短い時間帯（例えば、１５秒〜３０秒程度）に設定するものである。したがって、この実施の形態４の場合も、高温の還流排気ガスによって、ＥＧＲバルブ７に付着したデポジットを効率よく燃焼もしくは乾燥させることができると共に、ＥＧＲバルブ７が熱破壊を起こすようなことがなく、信頼性および耐久性が向上するという効果がある。

この発明の実施の形態１による排気ガス還流装置の基本構成を説明するための概略図である。図１中のＥＧＲバルブを示す拡大断面図である。

符号の説明

１エンジン、２吸気通路、３排気通路、４排気ガス還流路（ＥＧＲ管）、５ＥＧＲクーラー、６バイパス通路、７ＥＧＲバルブ、８バイパスバルブ、９バルブハウジング、１０バルブシート、１１バルブ、１２ブッシュ、１３バルブロッド、１４フィルタ、１５スプリングホルダ、１６スプリング、１７アクチュエータ、２０バルブ制御手段（ＥＣＵ）、２１圧力センサ、２２温度センサ、２３エンジン回転数センサ。

Claims

エンジンの排気ガス還流路と、この排気ガス還流路に設置されたＥＧＲクーラーと、前記排気ガス還流路における前記ＥＧＲクーラーの上流側と下流側に接続されたバイパス通路と、前記ＥＧＲクーラーの下流側の前記排気ガス還流路に設けられたＥＧＲバルブと、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを備えた排気ガス還流装置において、前記ＥＧＲクーラーを通らない高温の排気ガスを前記ＥＧＲバルブに流すタイミング時期を決定する機能を有し、そのタイミング時期に前記高温の排気ガスを前記ＥＧＲクーラーに通さずに前記バイパス通路から前記ＥＧＲバルブに流し、前記タイミング時期以外は高温の排気ガスを前記ＥＧＲクーラーに通して還流させるように前記バイパスバルブを開閉制御するためのバルブ制御手段を備えたことを特徴とする排気ガス還流装置。
バイパスバルブは、ＥＧＲクーラーと当該ＥＧＲクーラー下流側のＥＧＲバルブとの間で排気ガス還流路とバイパス通路との接続部に設置され、バイパス通路を遮断してＥＧＲクーラーをＥＧＲバルブに接続する弁位置と、前記ＥＧＲクーラーと前記ＥＧＲバルブとの間を遮断してバイパス通路と前記ＥＧＲバルブとを接続する弁位置と、前記ＥＧＲクーラー下流側で当該ＥＧＲクーラーと前記バイパス通路のそれぞれを所定の弁開度で前記ＥＧＲバルブに接続する弁位置とにバルブ制御手段で切り換え制御されるようになっていることを特徴とする請求項１記載の排気ガス還流装置。
バルブ制御手段は、ＥＧＲクーラー下流側の排気ガス還流路でのデポジット付着情報検出手段によってＥＧＲバルブ開度との比較で排気ガスの還流量低下と判断したとき、その判断時期をタイミング時期としてバイパスバルブを切り換え制御して高温の排気ガスをＥＧＲバルブに流すようになっていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の排気ガス還流装置。
バルブ制御手段は、ＥＧＲバルブに流す排気ガスの温度を設定温度範囲に制御する排気ガス温度制御機能を有していることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の排気ガス還流装置。
バルブ制御手段は、タイミング時期にバイパスバルブおよびＥＧＲバルブに熱的影響を及ばない時間帯だけ高温の排気ガスを流す時間が設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の排気ガス還流装置。
バルブ制御手段は、高温の排気ガス還流時または還流後にＥＧＲバルブを動作させるようになっていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の排気ガス還流装置。