JP2013170526A - エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ通路に直列に設けられた第１ＥＧＲ弁及び第２ＥＧＲ弁を使用して小流量域のＥＧＲ流量を精密に調節すること。
【解決手段】ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路１７と、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量を調節するためにＥＧＲ通路１７に直列に設けられた第１ＥＧＲ弁１８及び第２ＥＧＲ弁１９とを備える。第１ＥＧＲ弁１８はポペット弁により構成され、全開から全閉までの間で開度可変に構成される。第２ＥＧＲ弁１９はバタフライ弁により構成され、所定の最大開度から全閉までの間で開度可変に構成される。電子制御装置（ＥＣＵ）６１は、第２ＥＧＲ弁１９をＥＧＲの要求流量に応じた所定の目標絞り開度に固定させると共に、第１ＥＧＲ弁１８を要求流量に応じた開度に制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流してエンジンへ還流させるエンジンの排気還流装置に関する。

従来、この種の技術が、例えば、自動車用エンジンにおいて採用されている。排気還流装置（Exhaust Gas Recirculation（ＥＧＲ）装置）は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される燃焼後の排気の一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路へ導き、吸気通路を流れる吸気と混合させて燃焼室へ還流させるようになっている。ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲ弁により調節されるようになっている。このＥＧＲによって、主として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができ、エンジンの部分負荷時における燃費向上を図ることができる。

エンジンの排気は、酸素が含まれていないか酸素が希薄な状態にある。従って、ＥＧＲにより排気の一部を吸気と混ぜることで、吸気中の酸素濃度が低下する。このため、燃焼室では、酸素濃度が低い状態で燃料が燃焼することから、燃焼時のピーク温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。ガソリンエンジンでは、ＥＧＲにより吸気中の酸素含有量を増加させることなく、スロットルバルブをある程度閉じた状態においても、エンジンのポンピングロスを低減することができる。

ここで、近時は、エンジンの更なる燃費向上を図るために、エンジンの全運転領域でＥＧＲを行うことが考えられ、大量ＥＧＲを実現することが求められている。大量ＥＧＲを実現するためには、従前の技術に対し、ＥＧＲ通路の内径を拡大したり、ＥＧＲ弁の弁体や弁座の流路開口面積を大きくしたりする必要がある。

また、下記の特許文献１〜３には、ＥＧＲの制御性を向上させるために、ＥＧＲ通路に２つのＥＧＲ弁を直列に設けたＥＧＲ装置が開示されている。例えば、特許文献１に記載のＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路に直列に設けられた２つのＥＧＲ弁の一方がポペット弁により構成され、他方がバタフライ弁により構成され、バタフライ弁がポペット弁よりも下流側に配置される。また、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲの要求流量に基づいてポペット弁とバタフライ弁とを制御するための制御手段を備え、制御手段は、ＥＧＲの要求流量が所定流量より少ない場合、ポペット弁を所定の開弁位置で固定させ、バタフライ弁を要求流量に応じた開度に作動させるようになっている。この構成により、ポペット弁により全閉時の密閉性を確保し、バタフライ弁により微量な要求流量に適した開度を実現してＥＧＲ流量を適切に調節するようにしている。

特開２００６−３２９０３９号公報 特開２０００−３４５９２３号公報 特開昭６３−１９８７６６号公報

ここで、特許文献１に記載のＥＧＲ装置を大量ＥＧＲに対応させることが考えられ、ＥＧＲ通路の流路径を拡げたり、ＥＧＲ弁の弁体や弁座を大型化したりすることが考えられる。ところが、特許文献１に記載のＥＧＲ装置では、ＥＧＲの要求流量が所定流量より少ない小流量域となる場合に、ポペット弁を所定の開弁位置で固定させ、バタフライ弁を要求流量に応じた開度に作動させるが、実際にバタフライ弁により微量のＥＧＲ流量を調節することが難しかった。図１０に、バタフライ弁及びポペット弁につき開度とＥＧＲ流量との関係を比較してグラフにより示す。図１０に示すように、バタフライ弁には、全閉（０％）のときに微小の漏れがあるので、ポペット弁を所定の開度（Ｂ１以上）に開弁すると、微小の漏れによってＥＧＲがスキップ的に流れてしまう。これは、バタフライ弁の全閉固着を防止するために、全閉時にバタフライ弁とボアとの間に隙間ができるからである。このため、バタフライ弁により微量なＥＧＲ流量を調節することは、むしろポペット弁よりも劣ることになる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気還流通路に直列に設けられた第１排気還流弁及び第２排気還流弁を使用して小流量域の排気還流の流量を精密に調節することを可能としたエンジンの排気還流装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流して燃焼室へ還流させる排気還流通路と、排気還流通路における排気流量を調節するために排気還流通路に直列に設けられた第１排気還流弁及び第２排気還流弁とを備えたエンジンの排気還流装置において、第１排気還流弁がポペット弁により構成されると共に、全開から全閉までの間で開度可変に構成されることと、第２排気還流弁が所定の最大開度から全閉までの間で開度可変に構成されることと、第２排気還流弁を排気還流の要求流量に応じた所定の絞り開度に固定させると共に、第１排気還流弁を要求流量に応じた開度に制御するための制御手段とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、排気還流通路における排気流量を調節するために、制御手段により第１排気還流弁と第２排気還流弁の双方が制御される。すなわち、所定の最大開度から全閉までの間で開度可変に構成される第２排気還流弁が排気還流の要求流量に応じた所定の絞り開度に固定される。また、ポペット弁により構成されると共に全開から全閉までの間で開度可変に構成される第１排気還流弁が要求流量に応じた開度に制御される。従って、排気還流通路における排気還流は、第２排気還流弁が要求流量に応じた所定の絞り開度に固定されることで要求流量の小流量域では比較的小流量に絞られるので、第１排気還流弁の単位開度当たりの流量変化が小さくなる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第１排気還流弁が電動弁により構成されると共に、第２排気還流弁が電動弁により構成されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、第１排気還流弁と第２排気還流弁のそれぞれに電動弁による制御性が反映される。例えば、第１排気還流弁及び第２排気還流弁を電動弁により構成することで、それらの開度を連続的に可変とすることができる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、第２排気還流弁がバタフライ弁により構成されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、第２排気還流弁にバタフライ弁の流量特性が反映される。例えば、バタフライ弁は、ポペット弁に比べて調節可能な最大流量が大きく、全開から全閉への応答速度も速い。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、第２排気還流弁がポペット弁により構成されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、第２排気還流弁にポペット弁の流量特性が反映される。例えば、ポペット弁は、バタフライ弁に比べて流量特性が開度に対して徐々に変化する。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明において、排気還流通路において第１排気還流弁が第２排気還流弁よりも下流に配置されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の作用に加え、上流側の第２排気還流弁が全閉となった後は、下流側の第１排気還流弁が排気の影響を受けにくい。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明において、排気還流通路において第１排気還流弁が第２排気還流弁よりも上流に配置されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の作用に加え、上流側の第１排気還流弁が全閉となった後は、下流側の第２排気還流弁が排気の影響を受けにくい。

上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の発明において、吸気通路と排気通路に過給機が設けられ、過給機より下流の吸気通路にスロットルバルブが設けられ、排気還流通路は、その入口が過給機より上流の排気通路に接続され、その出口がスロットルバルブより下流の吸気通路に接続されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の作用に加え、過給機の非作動時に第１排気還流弁及び第２排気還流弁が共に開いているときは、スロットルバルブより下流の吸気通路で発生する負圧が排気還流通路の出口に作用し、排気通路の排気の一部が排気還流通路を通じて吸気通路へ引き込まれる。一方、過給機の作動時に第１排気還流弁及び第２排気還流弁が共に開いているときは、排気通路における過給排気圧が排気還流通路の入口に作用し、排気通路の排気の一部が排気還流通路を通じて吸気通路へ押し込まれる。

上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の発明において、吸気通路と排気通路に過給機が設けられ、過給機より下流の吸気通路にスロットルバルブが設けられ、過給機より下流の排気通路に排気触媒が設けられ、排気還流通路は、その入口が排気触媒より下流の排気通路に接続され、その出口が過給機より上流の吸気通路に接続されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の作用に加え、過給機の作動時に第１排気還流弁及び第２排気還流弁が共に開いているときは、過給吸気圧による負圧が、過給機より上流の吸気通路にて排気還流通路の出口に作用し、排気触媒より下流の排気通路を流れる排気の一部が排気還流通路を通じて吸気通路へ引き込まれる。排気触媒で浄化される排気ガスの一部が排気還流通路に導入される。

請求項１に記載の発明によれば、排気還流通路に直列に設けられた第１排気還流弁及び第２排気還流弁を使用して小流量域の排気還流の流量を精密に調節することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、排気還流通路における排気還流の流量をより精密に制御することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、第２排気還流弁を最大開度から全閉へ制御することにより、排気還流通路における排気還流を速やかに遮断することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、第２排気還流弁による排気還流の流量調節をより精密に行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加え、排気還流の停止中には、第１排気還流弁を排気から保護することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加え、排気還流の停止中には、第２排気還流弁を排気から保護することができる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の効果に加え、過給機の作動時と非作動時の双方で排気還流通路を通じて適量の排気を吸気通路へ流して燃焼室へ還流させることがきる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の効果に加え、高過給域まで排気還流通路に過給吸気圧による負圧を作用させて排気還流を行うことができ、排気還流通路から排気触媒を省略することができる。

第１実施形態に係り、エンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含む過給機付エンジンシステムを示す概略構成図。 同実施形態に係り、ＥＧＲ通路の一部であって第１ＥＧＲ弁と第２ＥＧＲ弁が設けられる部分を拡大して示す断面図。 同実施形態に係り、ＥＧＲ制御の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、第１ＥＧＲ弁の開度・ストロークとＥＧＲ流量との関係を示すグラフ。 同実施形態に係り、第１ＥＧＲ弁の開度・ストローク及び第２ＥＧＲ弁の開度・ストロークとＥＧＲ流量との関係を示すグラフ。 同実施形態に係り、同じく第１ＥＧＲ弁の開度・ストローク及び第２ＥＧＲ弁の開度・ストロークとＥＧＲ流量との関係を示すグラフ。 第２実施形態に係り、ＥＧＲ通路の一部であって第１ＥＧＲ弁と第２ＥＧＲ弁が設けられる部分を拡大して示す断面図。 第３実施形態に係り、エンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含む過給機付エンジンシステムを示す概略構成図。 別の実施形態に係り、ＥＧＲ通路の一部であって第１ＥＧＲ弁と第２ＥＧＲ弁が設けられる部分を拡大して示す断面図。 従来例に係り、バタフライ弁及びポペット弁につき開度とＥＧＲ流量との関係を比較して示すグラフ。

＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態におけるエンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含む過給機付エンジンシステムを概略構成図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１の吸気ポート２には、吸気通路３が接続され、排気ポート４には、排気通路５が接続される。吸気通路３の入口には、エアクリーナ６が設けられる。エアクリーナ６より下流の吸気通路３には、排気通路５との間に吸気通路３における吸気を昇圧させるための過給機７が設けられる。

過給機７は、吸気通路３に配置されたコンプレッサ８と、排気通路５に配置されたタービン９と、コンプレッサ８とタービン９を一体回転可能に連結する回転軸１０とを含む。過給機７は、排気通路５を流れる排気によりタービン９を回転させて回転軸１０を介してコンプレッサ８を一体的に回転させることにより、吸気通路３における吸気を昇圧させる、すなわち過給を行うようになっている。

過給機７に隣接して排気通路５には、タービン９を迂回する排気バイパス通路１１が設けられる。この排気バイパス通路１１には、ウェイストゲートバルブ１２が設けられる。ウェイストゲートバルブ１２により排気バイパス通路１１を流れる排気が調節されることにより、タービン９に供給される排気流量が調節され、タービン９及びコンプレッサ８の回転速度が調節され、過給機７による過給圧が調節されるようになっている。

吸気通路３において、過給機７のコンプレッサ８とエンジン１との間には、インタークーラ１３が設けられる。このインタークーラ１３は、コンプレッサ８により昇圧されて高温となった吸気を適温に冷却するためのものである。インタークーラ１３とエンジン１との間の吸気通路３には、サージタンク３ａが設けられる。また、インタークーラ１３の下流側であってサージタンク３ａの上流側には、スロットルバルブ１４が設けられる。このスロットルバルブ１４は、運転者によるアクセルペダル（図示略）の操作に応じて開度が調節されるように構成される。また、タービン９の下流側の排気通路５には、排気を浄化するための排気触媒としての触媒コンバータ１５が設けられる。

この実施形態において、大量ＥＧＲを実現するためのＥＧＲ装置は、エンジン１の燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部を吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）１７と、ＥＧＲ通路１７における排気流量（ＥＧＲ流量）を調節するためにＥＧＲ通路１７に直列に設けられた第１排気還流弁（第１ＥＧＲ弁）１８及び第２排気還流弁（第２ＥＧＲ弁）１９とを備える。ＥＧＲ通路１７は、タービン９の上流側の排気通路５と、サージタンク３ａとの間に設けられる。すなわち、排気通路５を流れる排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１７を通じて吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させるために、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａが、スロットルバルブ１４の下流側にてサージタンク３ａに接続される。また、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂは、タービン９の上流側における排気通路５に接続される。

ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂの近傍には、ＥＧＲガスを浄化するためのＥＧＲ用触媒コンバータ２０が設けられる。また、ＥＧＲ用触媒コンバータ２０より下流のＥＧＲ通路１７には、同通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２１が設けられる。この実施形態で、第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲクーラ２１より下流のＥＧＲ通路１７に配置される。この実施形態では、ＥＧＲ通路１７において、第１ＥＧＲ弁１８が第２ＥＧＲ弁１９よりも下流に配置される。

図２に、ＥＧＲ通路１７の一部であって第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９が設けられる部分を拡大して断面図により示す。図１、図２に示すように、第１ＥＧＲ弁１８は、ポペット弁により、かつ、電動弁により構成される。すなわち、第１ＥＧＲ弁１８は、ステップモータ３１により駆動される弁体３２を備える。弁体３２は、略円錐形状をなし、ＥＧＲ通路１７に設けられた弁座３３に着座可能に設けられる。ステップモータ３１は直進的に往復運動（ストローク運動）可能に構成された出力軸３４を備え、その出力軸３４の先端に弁体３２が固定される。出力軸３４は軸受３５を介してＥＧＲ通路１７に支持される。そして、ステップモータ３１の出力軸３４をストローク運動させることにより、弁座３３に対する弁体３２の開度が調節されるようになっている。第１ＥＧＲ弁１８の出力軸３４は、弁体３２が弁座３３に着座する全閉状態から、弁体３２が軸受３５に当接する全開状態までの間で所定のストロークＬ１だけストローク運動可能に設けられる。この実施形態では、大量ＥＧＲを実現するために、従前の技術に比べて弁座３３の開口面積が拡大されている。それに合わせて、弁体３２が大型化されている。

図１、図２に示すように、第２ＥＧＲ弁１９は、バタフライ弁により構成されると共に、電動弁により構成される。すなわち、第２ＥＧＲ弁１９は、ＥＧＲ通路１７を貫通して回動可能に設けられた弁軸４２と、ＥＧＲ通路１７の中にて弁軸４２上に固定された円板状の弁体４３と、弁体４３を駆動させるための駆動機構を構成するステップモータ５１とを備える。図２に示すように、直進的にストローク運動可能に構成されたステップモータ５１の出力軸５２は、リンク５３を介して弁軸４２に連結される。そして、ステップモータ５１の出力軸５２をストローク運動させることにより、弁体４３の開度が調節されるようになっている。

この実施形態では、図２に示すように、ステップモータ５１の出力軸５２が最下端位置まで押し出された状態では、第２ＥＧＲ弁１９の弁体４３がリンク５３及び弁軸４２を介して全閉位置に配置される。この出力軸５２が最上端位置まで引き戻されることにより、第２ＥＧＲ弁１９の弁体４３は全開位置に配置されることになる。しかし、この実施形態では、出力軸５２上の所定の位置にストッパ５４が設けられ、そのストッパ５４がステップモータ５１のハウジング下端に係合可能に設けられる。このストッパ５４、第２ＥＧＲ弁１９の弁体４３の最大開度を、図２に２点鎖線で示すように、全開よりも小さい所定の小開度Ａ１（例えば、全開に対する３０％の開度）に規制するように構成される。このように、第２ＥＧＲ弁１９は、所定の小開度Ａ１を最大開度として、その小開度Ａ１から全閉までの間で開度可変に構成される。また、この実施形態では、ステップモータ５１を制御して出力軸５２のストローク運動を制御することにより、第２ＥＧＲ弁１９の弁体４３の開度を所定の小開度Ａ１から全閉までの間で連続的に可変に構成される。この実施形態では、第２ＥＧＲ弁１９の所定の小開度Ａ１により第１ＥＧＲ弁１８による最大ＥＧＲ流量を確保できるように、第２ＥＧＲ弁１９の弁体４３とＥＧＲ通路１７の寸法が設定される。

この実施形態では、過給機７を備えたエンジン１の全運転領域にてＥＧＲを実行可能とするために、第１ＥＧＲ弁１８による最大ＥＧＲ流量が比較的大流量となるように設定される。そのために、第１ＥＧＲ弁１８の全開時における弁体３２の開口ストロークが、図２に２点鎖線で示すように比較的大きく設定される。そのため、第１ＥＧＲ弁１８が全開から全閉へ制御されるときには、多少時間がかかることになる。すなわち、第１ＥＧＲ弁１８は、全開からの全閉時に僅かに閉弁遅れの傾向にある。

ここで、ポペット弁である第１ＥＧＲ弁１８とバタフライ弁である第２ＥＧＲ弁１９の特性を比較する。全開時の最大ＥＧＲ流量については、第２ＥＧＲ弁１９の方が多い。全開から全閉への応答速度については、第２ＥＧＲ弁１９の方が速い。ＥＧＲ流量の制御性について、低流量域では第１ＥＧＲ弁１８の方が良く、高流量域では第２ＥＧＲ弁１９の方が良い。そこで、第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９の双方を制御することにより、低流量域ではＥＧＲ流量を徐々に変化させ、高流量域ではＥＧＲ流量を急激に変化させるように設定することができる。流量特性については、第１ＥＧＲ弁１８の開弁時の面積特性は、開度に対して曲線的に大きくなり、第２ＥＧＲ弁１９の開弁時の面積特性は、開度に対して直線的に大きくなる。

この実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９の双方を制御するために、第１ＥＧＲ弁１８のステップモータ３１と第２ＥＧＲ弁１９のステップモータ５１のそれぞれが電子制御装置（ＥＣＵ）６１により制御されるようになっている。ＥＣＵ６１は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、所定の制御プログラム等を予め記憶したり、ＣＰＵの演算結果等を一時的に記憶したりする各種メモリと、これら各部と接続される外部入力回路及び外部出力回路とを備え、本発明の小流量制御手段及び大流量制御手段に相当する。外部出力回路には各ステップモータ３１，５１が接続される。外部入力回路には、エンジン１の運転状態を検出するための各種センサ（図示略）が接続され、各種エンジン信号が入力されるようになっている。ここで、エンジン１の運転状態を示す各種エンジン信号として、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、スロットル開度ＴＡ及びエンジン冷却水温度ＴＨＷ等に係る各種センサの検出信号が含まれる。

次に、上記のように構成したＥＧＲ装置につき、ＥＣＵ６１が実行するＥＧＲ制御の処理内容について説明する。図３に、ＥＧＲ制御の処理内容の一例をフローチャートにより示す。

処理がこのルーチンへ移行すると、先ず、ステップ１００で、ＥＣＵ６１は、エンジン１の運転状態を示す各種エンジン信号を取り込む。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ６１は、ＥＧＲオン条件が成立したか否かを判断する。すなわち、エンジン１の運転状態がＥＧＲを行うべき状態であるか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、ＥＧＲを行わないために、ＥＣＵ６１は、処理をステップ１９０へ移行する。

そして、ＥＣＵ６１は、ステップ１９０で、ステップモータ５１を制御することにより、第２ＥＧＲ弁１９を全閉に制御すると共に、ステップ２００で、ステップモータ３１を制御することにより、第１ＥＧＲ弁１８を全閉に制御する。

一方、ステップ１１０の判断結果が肯定である場合、ＥＧＲを行うために、ＥＣＵ６１は、処理をステップ１２０へ移行する。

そして、ステップ１２０で、ＥＣＵ６１は、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬを取り込む。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ６１は、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬに応じたＥＧＲの要求流量Ｑｅｇｒを求める。すなわち、ＥＣＵ６１は、エンジン１の運転状態に応じた要求流量Ｑｅｇｒを求める。ＥＣＵ６１は、この処理を、予め設定された関数データである要求流量マップ（図示略）を参照して行う。

次に、ステップ１４０で、ＥＣＵ６１は、ＥＧＲの要求流量Ｑｅｇｒに応じた第２ＥＧＲ弁１９の目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２を求める。この目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２は、第２ＥＧＲ弁１９の最大開度である上記した小開度Ａ１（３０％）と、それよりも小さい開度とを含む。ＥＣＵ６１は、この処理を、予め設定された関数データである開度マップ（図示略）を参照して行う。ここで、第２ＥＧＲ弁１９の目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２は、要求流量Ｑｅｇｒが小さくなるに連れて、段階的に小さくなるように設定される。この目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２として、例えば「３０％、１５％、１０％、５％」の開度を当てはめることができる。

次に、ステップ１５０で、ＥＣＵ６１は、第２ＥＧＲ弁１９の目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２に応じた第１ＥＧＲ弁１８の目標開度Ｔｅｇｒ１を求める。ＥＣＵ６１は、この処理を、予め設定された関数データである開度マップ（図示略）を参照して行う。

次に、ステップ１６０で、ＥＣＵ６１は、ステップモータ５１を制御することにより、第２ＥＧＲ弁１９を目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２に固定する。

次に、ステップ１７０で、ＥＣＵ６１は、ステップモータ３１を制御することにより、第１ＥＧＲ弁１８を目標開度Ｔｅｇｒ１に制御する。

次に、ステップ１８０で、ＥＣＵ６１は、エンジン１の運転状態が第１ＥＧＲ弁１８の大開度域からのエンジン急減速であるか否かを判断する。「大開度域」として、例えば「全開を１００％とする６０％以上の開度」を当てはめることができる。この判断結果が否定である場合、ＥＣＵ６１は、ステップ１００の処理へ戻る。この判断結果が肯定である場合、ＥＧＲを直ちに停止するために、ＥＣＵ６１は処理をステップ１９０へ移行し、上記したステップ１９０及びステップ２００の処理を実行する。

以上説明したこの実施形態におけるＥＧＲ装置によれば、エンジン１の運転時であって過給機７の非作動時に、第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９が共に開いているときは、スロットルバルブ１４より下流のサージタンク３ａで発生する負圧がＥＧＲ通路１７の出口１７ａに作用し、排気通路５を流れる排気の一部がＥＧＲガスとして、ＥＧＲ用触媒コンバータ２０、ＥＧＲ通路１７及びＥＧＲクーラ２１を通じてサージタンク３ａへ引き込まれる。このため、過給機７の非作動時に、ＥＧＲ通路１７を通じて適量のＥＧＲガスを吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させることがきる。このとき、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量は、第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９の開度を適宜制御することで任意に調節することができる。

一方、エンジン１の運転時であって過給機７の作動時に、第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９が共に開いているときは、排気通路５における過給排気圧がＥＧＲ通路１７の入口１７ｂに作用し、排気通路５を流れる排気の一部が、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ用触媒コンバータ２０、ＥＧＲ通路１７及びＥＧＲクーラ２１を通じてサージタンク３ａへ押し込まれる。このため、過給機７の作動時に、ＥＧＲ通路１７を通じて適量のＥＧＲガスを吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させることがきる。このとき、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量は、第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９の開度を適宜制御することで任意に調節することができる。

この実施形態によれば、第１ＥＧＲ弁１８がポペット弁により構成されるので、その開閉によるＥＧＲ流量の特性は、一般的には、開度に対して徐々に変化する。このため、第２ＥＧＲ弁１９が開いているときに、第１ＥＧＲ弁１８の開度を制御することにより、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量を徐々に変化させて調節することができる。一方、第２ＥＧＲ弁１９がバタフライ弁により構成されるので、調節可能なＥＧＲ流量はポペット弁に比べて大きく、全開から全閉への応答速度も速い。このため、第２ＥＧＲ弁１９を最大開度から全閉へ制御することにより、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲの流れを速やかに遮断することができる。これにより、第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９の双方を制御することで、吸気の小流量域では、ＥＧＲ流量を徐々に変化させて調節し、吸気の大流量域では、ＥＧＲ流量を急激に変化させて調節するようにしている。

この実施形態によれば、第１ＥＧＲ弁１８が全開から全閉までの間で開度可変に構成され、第２ＥＧＲ弁１９の最大開度が全開よりも小さい所定の小開度Ａ１に規制される。従って、第１ＥＧＲ弁１８が大開度（例えば、全開）から、第２ＥＧＲ弁１９が最大開度である所定の小開度Ａ１から、エンジン１が急減速となって、それぞれ全閉へ向けて制御されるときには、第１ＥＧＲ弁１８よりも第２ＥＧＲ弁１９の方が速くに全閉となり得る。

この実施形態によれば、ＥＧＲの要求流量Ｑｅｇｒが所定流量Ｑ１より少ない小流量となる場合に、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量を調節するために、ＥＣＵ６１により第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９の双方が制御される。すなわち、バタフライ弁により構成されると共に所定の最大開度（小開度Ａ１）から全閉までの間で開度可変に構成される第２ＥＧＲ弁１９が、ＥＧＲの要求流量Ｑｅｇｒに応じた、最大開度（小開度Ａ１）と、それよりも小さい所定の目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２に固定される。また、ポペット弁により構成されると共に全開から全閉までの間で開度可変に構成される第１ＥＧＲ弁１８が、要求流量Ｑｅｇｒに応じた（目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２にも応じた。）目標開度Ｔｅｇｒ１に制御される。従って、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲは、第２ＥＧＲ弁１９が最大開度（小開度Ａ１）と、それよりも小さい所定の目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２に固定されることで要求流量Ｑｅｇｒの小流量域では比較的小流量に絞られるので、第１ＥＧＲ弁１８の単位開度当たりの流量変化が小さくなる。このため、ＥＧＲの要求流量Ｑｅｇｒが少ない小流量となる領域において、ＥＧＲ流量を精密に調節することができる。また、第１ＥＧＲ弁１８が密閉性のあるポペット弁であることから、第２ＥＧＲ弁１９を目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２に固定した状態において、第１ＥＧＲ弁１８を全閉にすることでＥＧＲの流れを漏れなく遮断することができる。

図４に、第１ＥＧＲ弁１８の開度・ストロークとＥＧＲ流量との関係をグラフにより示す。図４には、第２ＥＧＲ弁１９なしの場合と、第２ＥＧＲ弁１９の目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２が最大開度（小開度Ａ１）よりも小さい第１の開度Ａ２（例えば、全開に対する１５％の開度）の場合と、目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２が第１の開度Ａ２よりも小さい第２の開度Ａ３（例えば、全開に対する５％の開度）の場合とを、目標流量特性と比較して示す。図４から分かるように、第２ＥＧＲ弁１９なしの場合には、第１ＥＧＲ弁１８によるＥＧＲ流量特性は、目標流量特性からかけ離れている。これに対し、目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２を第１の開度Ａ２、第２の開度Ａ３にすることにより、３０％未満の小開度域では、第１ＥＧＲ弁１８によるＥＧＲ流量特性が目標流量特性に近付くことが分かる。このグラフから、第２ＥＧＲ弁１９を最大開度（小開度Ａ１）よりも小さい所定の目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２に固定させることで、小流量域におけるＥＧＲ流量を、第１ＥＧＲ弁１８により目標流量特性に近付けて精密に調節できることが分かる。

また、この実施形態によれば、ＥＧＲの要求流量Ｑｅｇｒが多い大流量となる領域においても、ＥＧＲ流量を好適に調節することができる。よって、この実施形態では、小流量域から大流量域までのＥＧＲの要求流量Ｑｅｇｒに応じたＥＧＲ流量を応答性よく好適に調節することができる。

また、第１ＥＧＲ弁１８が大流量の要求流量Ｑｅｇｒに応じた開度から、第２ＥＧＲ弁１９が目標絞り開度ＴＤｅｇｒ２よりも大きい開度から、それぞれ全閉へ向けて制御されるときには、第１ＥＧＲ弁１８よりも第２ＥＧＲ弁１９の方が早くに全閉となり得る。すなわち、第１ＥＧＲ弁１８が全開から全閉へ向けて制御されるときには、第２ＥＧＲ弁１９が、その最大開度である所定の小開度Ａ１（例えば、３０％）から全閉へ向けて制御されることになる。また、第１ＥＧＲ弁１８が全開よりも小さい開度（例えば、７５％）から全閉へ向けて制御されるときには、第２ＥＧＲ弁１９が最大開度である小開度Ａ１（例えば、３０％）よりも所定値αだけ小さい開度Ａ１−αから全閉へ向けて制御されることになる。これにより、第１ＥＧＲ弁１８の開度に応じて、第１ＥＧＲ弁１８よりも第２ＥＧＲ弁１９の方が確実に早く全閉となり得る。また、第１ＥＧＲ弁１８の開度が全開よりも小さくなるに連れて、第２ＥＧＲ弁１９が開弁状態から全閉となるまでの時間を徐々に短くすることができる。

ここで、図５、図６に、第１ＥＧＲ弁１８の開度・ストローク及び第２ＥＧＲ弁１９の開度・ストロークとＥＧＲ流量との関係をグラフにより示す。図５に示すように、第１ＥＧＲ弁１８が全開（１００％）で、第２ＥＧＲ弁１９が最大開度である所定の小開度Ａ１（例えば、３０％）のときに、エンジン１の急減速により、各ＥＧＲ弁１８，１９が全閉（０％）に制御される。ここで、第１ＥＧＲ弁１８のＥＧＲ流量特性は、小流量域／小開度域で流量変化が比較的大きく、大流量域／大開度域で流量変化が比較的小さい。そのため、第１ＥＧＲ弁１８が全開のときに、エンジン１の急減速に応じて第１ＥＧＲ弁１８が全閉へ向けて制御されても、第１ＥＧＲ弁１８に閉じ遅れが生じる。これに対し、第２ＥＧＲ弁１９は、全開からではなく最大開度である所定の小開度Ａ１から全閉に制御され、しかも第１ＥＧＲ弁１８よりも開閉応答性が速いので、第１ＥＧＲ弁１８よりも速やかに全閉となる。すなわち、図５において、第１ＥＧＲ弁１８が全閉へ向かう途中で約６０％の開度となるときに、第２ＥＧＲ弁１９が全閉となる。この結果、ＥＧＲ通路１７が、第２ＥＧＲ弁１９によって速やかに閉鎖され、ＥＧＲの流れが速やかに遮断される。

一方、図６に示すように、第１ＥＧＲ弁１８が、全開（１００％）よりも小さい開度（例えば、７５％）のときに、エンジン１の急減速により、全閉に制御されたとする。このとき、第２ＥＧＲ弁１９は、最大開度である所定の小開度Ａ１（例えば、３０％）よりも所定値αだけ小さい所定の小開度Ａ１−αから全閉に制御されることとなる。このとき、第１ＥＧＲ弁１８に閉じ遅れが生じても、第２ＥＧＲ弁１９は、最大開度である所定の小開度Ａ１よりも小さい小開度Ａ１−αから全閉に制御され、しかも第１ＥＧＲ弁１８よりも開閉応答性が速いので、第１ＥＧＲ弁１８よりも速やかに全閉となる。すなわち、図６において、第１ＥＧＲ弁１８が全開から全閉へ向けて約４０％の開度となっているときに、第２ＥＧＲ弁１９が全閉（０％）となる。この結果、ＥＧＲ通路１７が、第２ＥＧＲ弁１９によりより速やかに全閉となり、ＥＧＲがより速やかに遮断される。

上記したようにこの実施形態では、ＥＧＲ通路１７に直列に設けられた第１ＥＧＲ弁１８及び第２ＥＧＲ弁１９を使用してＥＧＲ通路１７における大量のＥＧＲ流量を精度良く調節することができると共に、エンジン１の急減速時には、大量ＥＧＲを速やかに遮断することができる。このため、大量ＥＧＲの停止遅れによるエンジン１の減速失火を回避することができる。加えて、第２ＥＧＲ弁１９を速やかに全閉とするために、その駆動機構として従来使用されてきたステップモータ５１を使用しているだけなので、その駆動機構の大型化や駆動力の増強を抑制することができる。

この実施形態では、第２ＥＧＲ弁１９を所定の小開度Ａ１とし、第１ＥＧＲ弁１８を全開とすることにより、第１ＥＧＲ弁１８による最大ＥＧＲ流量がＥＧＲ通路１７における最大ＥＧＲ流量として確保される。このため、第１ＥＧＲ弁１８が有する流量特性を最大限に発揮させて大量ＥＧＲを制御することができる。

この実施形態では、第１ＥＧＲ弁１８及び第２ＥＧＲ弁１９がそれぞれ電動弁により構成されるので、第１ＥＧＲ弁１８及び第２ＥＧＲ弁１９には、電動弁による制御性が反映される。すなわち、第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９の双方の開度を連続的に可変とすることができる。このため、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量をより精密に制御することができる。また、第２ＥＧＲ弁１９の開閉応答性を高めることができる。更に、第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９の双方を制御することで、主として第１ＥＧＲ弁１８により大量のＥＧＲ流量を徐々に変化させて調節することができると共に、主として第２ＥＧＲ弁１９によりＥＧＲの開始と停止を速やかに行うことができる。

この実施形態では、ＥＧＲ通路１７において第１ＥＧＲ弁１８が第２ＥＧＲ弁１９よりも下流に配置されるので、上流側の第２ＥＧＲ弁１９が全閉となった後は、下流側の第１ＥＧＲ弁１８が排気の影響を受け難くなる。このため、ＥＧＲの停止中には、第１ＥＧＲ弁１８を排気から保護することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下に説明する各実施形態において前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図７に、ＥＧＲ通路１７の一部であって第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９が設けられる部分を拡大して断面図により示す。図７に示すように、この実施形態では、第２ＥＧＲ弁１９がポペット弁により構成される点で第１実施形態と異なる。第２ＥＧＲ弁１９のステップモータ５１の出力軸５２は、軸受５７を介してＥＧＲ通路１７に支持される。出力軸５２の下端には平板状の弁体５８が固定され、その弁体５８がＥＧＲ通路１７に設けられた弁座５９に着座可能に設けられる。

この実施形態では、第１ＥＧＲ弁１８の出力軸３４が、全閉状態から全開状態までの間で所定のストロークＬ１だけストローク運動可能に設けられる。これに対し、第２ＥＧＲ弁１９は、その最大開度が全開よりも小さい所定の小開度Ａ１（例えば、３０％）により設定される。すなわち、ステップモータ５１の出力軸５２は、弁体５８が弁座５９に着座する全閉状態から、弁体５８が軸受５７に当接する所定の小開度Ａ１までの間で所定のストロークＬ２だけストローク運動可能に設けられる。ステップモータ５１が本来有する出力軸５２の運動可能なストロークは、ストロークＬ２よりも大きいのであるが、この実施形態では、弁体５８の最大開度を所定の小開度Ａ１に設定するために、軸受５７を軸方向に長くし、その下端に弁体５８が早めに当接することで出力軸５２のストローク運動を最大量よりも小さいストロークＬ２に規制するようにしている。また、この実施形態では、第１ＥＧＲ弁１８による最大ＥＧＲ流量を確保するために、第２ＥＧＲ弁１９の弁座５９の開口面積が比較的大きく形成されると共に、弁体５８が比較的大面積に形成される。この実施形態では、第１ＥＧＲ弁１８の出力軸３４に係るストロークＬ１よりも第２ＥＧＲ弁１９の出力軸５２に係るストロークＬ２の方が明らかに小さくなるように設定される。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

従って、この実施形態のＥＧＲ装置によれば、第２ＥＧＲ弁１９がポペット弁により構成されるので、第１実施形態で弁体４３と出力軸５２との間に設けられたリンク５３を省略することができる。また、ポペット弁は、バタフライ弁に比べて流量特性が開度に対して徐々に変化するので、第２ＥＧＲ弁１９によるＥＧＲ流量の調節をより精密に行うことができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図８に、この実施形態におけるＥＧＲ装置を含む過給機付エンジンシステムを概略構成図により示す。図８に示すように、この実施形態では、ＥＧＲ装置の配置の点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、この実施形態で、ＥＧＲ通路１７は、その入口１７ｂが触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に接続され、その出口１７ａが過給機７のコンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。その他の構成については、第１実施形態のそれと同じである。

従って、この実施形態によれば、エンジン１の運転時であって、過給機７の作動時に第１ＥＧＲ弁１８と第２ＥＧＲ弁１９が共に開いているときは、過給吸気圧による負圧が、コンプレッサ８より上流の吸気通路３にてＥＧＲ通路１７の出口１７ａに作用し、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に流れる排気の一部がＥＧＲ通路１７、ＥＧＲクーラ２１、第２ＥＧＲ弁１９及び第１ＥＧＲ弁１８を介して吸気通路３へ引き込まれる。ここで、高過給域であっても触媒コンバータ１５の下流側では、触媒コンバータ１５が抵抗となって排気圧力がある程度低減される。このため、高過給域までＥＧＲ通路１７に過給吸気圧による負圧を作用させてＥＧＲを行うことができる。また、触媒コンバータ１５で浄化される排気ガスの一部がＥＧＲ通路１７に導入されるので、第１実施形態と比較して、ＥＧＲ通路１７からＥＧＲ用触媒コンバータ２０を省略することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することができる。

（１）前記各実施形態では、ＥＧＲ通路１７において第１ＥＧＲ弁１８を第２ＥＧＲ弁１９よりも下流に配置したが、図９に示すように、ＥＧＲ通路１７において第１ＥＧＲ弁１８を第２ＥＧＲ弁１９よりも上流に配置することもできる。この場合、上流側の第１ＥＧＲ弁１８が全閉となった後は、下流側の第２ＥＧＲ弁１９が排気の影響を受け難くなる。このため、ＥＧＲの停止中には、第２ＥＧＲ弁１９を排気から保護することができる。

（２）前記各実施形態では、本発明のＥＧＲ装置を過給機７を備えたエンジン１に具体化したが、本発明のＥＧＲ装置を過給機を備えていないエンジンに具体化することもできる。

（３）前記第２実施形態では、弁体５８の最大開度を所定の小開度Ａ１に設定するために、軸受５７を軸方向に長くし、その下端に弁体５８が早めに当接することでステップモータ５１の出力軸５２のストローク運動をストロークＬ２に規制するようにした。これに対し、ステップモータ５１の出力軸５２の移動を、図２に示すようなストッパ５４を設けて規制することにより、出力軸５２のストローク運動をストロークＬ２に規制するように構成することもできる。

この発明は、例えば、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンにかかわらず車両用エンジンに利用することができる。

１ エンジン
３ 吸気通路
３ａ サージタンク
５ 排気通路
７ 過給機
８ コンプレッサ
９ タービン
１０ 回転軸
１４ スロットルバルブ
１５ 触媒コンバータ（排気触媒）
１６ 燃焼室
１７ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１７ａ 出口
１７ｂ 入口
１８ 第１ＥＧＲ弁（第１排気還流弁）
１９ 第２ＥＧＲ弁（第２排気還流弁）
３１ ステップモータ
３２ 弁体
４３ 弁体
５１ ステップモータ
６１ ＥＣＵ（小流量制御手段、大流量制御手段）
ＴＤｅｇｒ２ 目標絞り開度
Ｑｅｇｒ 要求流量

Claims (8)

1. エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流して前記燃焼室へ還流させる排気還流通路と、前記排気還流通路における排気流量を調節するために前記排気還流通路に直列に設けられた第１排気還流弁及び第２排気還流弁とを備えたエンジンの排気還流装置において、
   前記第１排気還流弁がポペット弁により構成されると共に、全開から全閉までの間で開度可変に構成されることと、
   前記第２排気還流弁が所定の最大開度から全閉までの間で開度可変に構成されることと、
   前記第２排気還流弁を前記排気還流の要求流量に応じた所定の絞り開度に固定させると共に、前記第１排気還流弁を前記要求流量に応じた開度に制御するための制御手段と
   を備えたことを特徴とするエンジンの排気還流装置。
2. 前記第１排気還流弁が電動弁により構成されると共に、前記第２排気還流弁が電動弁により構成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気還流装置。
3. 前記第２排気還流弁がバタフライ弁により構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気還流装置。
4. 前記第２排気還流弁がポペット弁により構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気還流装置。
5. 前記排気還流通路において前記第１排気還流弁が前記第２排気還流弁よりも下流に配置されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のエンジンの排気還流装置。
6. 前記排気還流通路において前記第１排気還流弁が前記第２排気還流弁よりも上流に配置されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のエンジンの排気還流装置。
7. 前記吸気通路と前記排気通路に過給機が設けられ、前記過給機より下流の前記吸気通路にスロットルバルブが設けられ、前記排気還流通路は、その入口が前記過給機より上流の前記排気通路に接続され、その出口が前記スロットルバルブより下流の前記吸気通路に接続されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のエンジンの排気還流装置。
8. 前記吸気通路と前記排気通路に過給機が設けられ、前記過給機より下流の前記吸気通路にスロットルバルブが設けられ、前記過給機より下流の前記排気通路に排気触媒が設けられ、前記排気還流通路は、その入口が前記排気触媒より下流の前記排気通路に接続され、その出口が前記過給機より上流の前記吸気通路に接続されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のエンジンの排気還流装置。

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