JP2017133383A - 内燃機関の排気還流システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の高負荷運転時にも排気再循環ガスを導入可能とすること。【解決手段】内燃機関２０から排出された排気ガスを車外に排出する排気通路ＬＡには、その流路面積を変更する第１の流路調整機構４０が設けられている。第１の流路調整機構４０より排気ガス流れ上流側の排気通路ＬＡからは、排気ガスを内燃機関２０の吸気通路ＬＤに還流する排気再循環通路ＬＢが分岐している。内燃機関２０の負荷が第１の所定値以上の場合、第１の流路調整機構４０は、排気通路ＬＡの流路面積を制限し、内燃機関２０の下流側通路の圧力を上昇させる。【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の排気還流システムに関する。

従来、内燃機関から排出された排気ガスを吸気通路に還流して再度燃焼に用いることにより、車両の排気性能および燃費の向上を図る排気還流システムが開発されている。
例えば、下記特許文献１には、内燃機関に排気通路を流れる排気の一部を取り出して吸気通路に還流する排気再循環装置と、冷却水と排気通路から取り出された排気の一部との間で熱交換を行う熱交換器と、内燃機関の内部を通じて冷却水を循環させることで内燃機関の冷却を行う冷却装置とを備えており、熱交換器において排気の排熱で冷却水を昇温して内燃機関の暖機を図る技術が開示されている。

特開２０１１−４７３０５号公報

内燃機関の高負荷運転時は内燃機関の温度が高くなりノッキングが生じやすくなる。ノッキングの抑制には、通常よりも点火タイミングを遅らせる点火リタードや排気再循環ガスの導入が有効である。
しかしながら、従来の排気還流システムでは、内燃機関の負荷が高くなると吸気通路と排気通路との差圧が小さくなり、排気再循環ガスの導入が行えなくなる。このため、点火リタードによってノッキングの抑制を行うのが一般的であるが、点火リタードを行うと内燃機関のエネルギー効率が低下し最大トルクが低減するという課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、内燃機関の高負荷運転時にも排気再循環ガスの導入を可能とすることにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる内燃機関の排気還流システムは、内燃機関から排出された排気ガスを車外に排出する排気通路の流路面積を変更する第１の流路調整機構と、前記第１の流路調整機構より排気ガス流れ上流側の前記排気通路から分岐し前記排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流する排気再循環通路と、を備え、前記内燃機関の負荷が第１の所定値以上の場合、前記第１の流路調整機構は、前記排気通路の流路面積を制限する、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる内燃機関の排気還流システムは、前記排気再循環通路の流路面積を変更する第２の流路調整機構を更に備え、前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値以上の場合、前記第２の流路調整機構は前記排気再循環通路の流路面積を最大に維持する、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる内燃機関の排気還流システムは、前記排気再循環通路上に設けられ、冷却媒体により前記排気ガスを冷却する排気クーラを更に備える、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる内燃機関の排気還流システムは、前記排気クーラの排気ガス流れ下流側かつ前記第２の流路調整機構の排気ガス流れ上流側の前記排気再循環通路から分岐し前記第１の流路調整機構より前記排気ガス流れ下流側の前記排気通路へと接続するバイパス通路の流路面積を変更する第３の流路調整機構を更に備え、前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値以上の場合、前記第３の流路調整機構は前記バイパス通路の流路面積を制限する、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる内燃機関の排気還流システムは、前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値よりも小さい第２の所定値未満の場合、前記第２の流路調整機構は前記排気再循環通路の流路面積を最小にするとともに、前記第１の流路調整機構および前記第３の流路調整機構はそれぞれの調整対象通路の流路面積を制限し、前記第２の流路調整機構より上流の前記排気再循環通路内に前記排気ガスを導入する、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる内燃機関の排気還流システムは、前記第３の流路調整機構は、前記バイパス通路の流路面積を前記第１の流路調整機構により制限された前記排気通路の流路面積以下とする、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、内燃機関の負荷が第１の所定値以上の場合、排気通路の流路面積を制限し、内燃機関の下流側通路（排気ガス流れ下流側）の圧力を上昇させるので、下流側通路と吸気流路（内燃機関の上流側通路）との圧力差が大きくなり、排気再循環通路を介して吸気通路内に還流する排気ガス量が増大する。これにより、ノッキングが生じやすい内燃機関の高負荷運転時にも吸気通路への排気ガスの導入が可能となり、点火リタードによる出力低下を防止するとともに、内燃機関のノッキングを回避する上で有利となる。
請求項２の発明によれば、排気再循環通路の流路面積を最大に維持するので、排気通路および排気再循環通路と吸気通路とを連通させ、効率的に排気ガスを吸気通路に導入する上で有利となる。
請求項３の発明によれば、排気再循環通路上に排気クーラが設けられているので、吸気通路には排気クーラで冷却された排気ガスが導入される。これにより、内燃機関の筒内温度の上昇を回避し、より効果的にノッキングを防止する上で有利となる。
請求項４の発明によれば、バイパス通路の流路面積を制限することにより内燃機関の下流側通路の圧力を更に上昇させて、内燃機関の負荷が大きい高負荷運転時でも確実に排気ガスを再循環させる上で有利となる。
請求項５の発明によれば、内燃機関の負荷が小さく吸気通路への排気ガスの導入が行われていない間も排気再循環通路内に排気ガスを導入するので、内燃機関の負荷が大きくなった際に短時間で吸気通路への排気ガスの導入を開始する上で有利となる。
請求項６の発明によれば、排気通路の流路面積よりもバイパス通路の流路面積を小さくするので、排気再循環通路内の排気ガス圧が高くなり、排気ガスを吸気通路に導入する際の移送速度を向上させる上で有利となる。

実施の形態にかかる排気還流システム１０の構成を示す説明図である。 ＥＣＵ５０の機能的構成を示す説明図である。 内燃機関２０の暖機運転中における排気還流システム１０の状態を示す説明図である。 暖機運転中に内燃機関２０に負荷が与えられた場合の状態を示す説明図である。 暖機完了後かつＥＧＲガス導入がない場合の排気還流システム１０の状態を示す説明図である。 内燃機関２０の負荷が低〜中程度の場合の状態を示す説明図である。 内燃機関２０が高負荷の場合の排気還流システム１０の状態を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる内燃機関の排気還流システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
以下の説明において、「上流」、「下流」とは、それぞれ「排気ガス流れ上流」、「排気ガス流れ下流」を指す。
図１は、実施の形態にかかる排気還流システム１０の構成を示す説明図である。
内燃機関（エンジン）２０から排出された排気ガスは、排気通路ＬＡを通り車外へと排出される。排気通路ＬＡ上には、排気ガス中の有害成分を還元および酸化により浄化する触媒２２、排気通路ＬＡの流路面積を調整する第１の流路調整機構４０、排気ガスが外部へ排出される際に発生する音を低減するマフラー２４が設けられている。

排気通路ＬＡのうち、第１の流路調整機構４０より排気ガス流れ上流側の箇所Ｐ１からは、排気ガスを内燃機関２０の吸気通路ＬＤに還流する排気再循環通路ＬＢが分岐している。本実施の形態では、排気再循環通路ＬＢを第１の流路調整機構４０の上流かつ触媒２２の下流としている。排気再循環通路ＬＢを通り内燃機関２０で再度燃焼に用いられる排気ガスは、排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスとなる。
内燃機関２０の吸気通路ＬＤに還流される排気ガス量は、排気再循環通路ＬＢの流路面積を変更する第２の流路調整機構（ＥＧＲバルブ）４２を用いて調整する。第２の流路調整機構４２は、排気再循環通路ＬＢのうち後述するバイパス通路ＬＣとの分岐位置Ｐ２より下流に設けられている。

排気再循環通路ＬＢ上には、高温の排気ガスを冷却する排気クーラ２６が設けられている。排気クーラ２６内には冷却液等の冷却媒体が循環し、この冷却媒体と排気ガスとが熱交換を行い、排気ガスを冷却する。
排気クーラ２６には、冷却媒体が循環する排気クーラ冷却路２８が接続されている。排気クーラ冷却路２８は、排気クーラ２６と内燃機関２０とをつなぎ、排気クーラ２６を経た冷却媒体と内燃機関２０との間の熱交換を可能とする。
排気クーラ冷却路２８内の冷却媒体を循環させ、積極的に排気との熱交換を行うために、ポンプ３０を設置してもよい。ポンプ３０は、少なくとも内燃機関２０の暖機中に稼働するものとする。

排気再循環通路ＬＢのうち排気クーラ２６の下流からは、排気クーラ２６で冷却された排気ガスを吸気通路ＬＤに還流せずに排気通路ＬＡへと排出するバイパス通路ＬＣが分岐している。すなわち、バイパス通路ＬＣは、排気クーラ２６の排気ガス流れ下流側かつ第２の流路調整機構４４の排気ガス流れ上流側の排気再循環通路ＬＢから分岐し、第１の流路調整機構４０より排気ガス流れ下流側の排気通路ＬＡへと接続する。本実施の形態では、バイパス通路ＬＣの他端は、排気通路ＬＡ上のマフラー２４よりも上流の位置Ｐ３に接続している。
また、バイパス通路ＬＣのうち排気再循環通路ＬＢとの分岐位置Ｐ２より下流には、バイパス通路ＬＣの流路面積を変更する第３の流路調整機構４４が設けられている。

また、排気再循環通路ＬＢには通路内の圧力を検出する圧力センサ１８が設けられている。
本実施の形態では、圧力センサ１８が排気再循環通路ＬＢのうち排気クーラ２６の下流に設けられているものとするが、圧力センサ１８の設置位置は、内燃機関２０、第１の流路調整機構４０、第２の流路調整機構４２および第３の流路調整機構４４で囲まれる領域Ｒ（図３の網掛け部）の圧力を検出できる箇所であればどこでもよい。例えば、圧力センサ１８を排気クーラ２６より下流で分岐位置Ｐ２より上流の排気再循環通路ＬＢに配置した場合は、排気クーラ２６で冷却された排気の圧力を検出するため排気ガスからの熱害を受けにくい。

内燃機関２０には、高負荷運転時等に発生するノッキングを検出するノックセンサ１９が取り付けられている。ノックセンサ１９は、内燃機関２０のノッキング振動を圧電素子等で検出する。ノックセンサ１９は後述するＥＣＵ５０に接続されており、ノックセンサ１９によりノッキングが検出された場合、ＥＣＵ５０は内燃機関２０での点火リタード等を行う。

また、内燃機関２０には、燃焼室周辺にウォータージャケットが設けられており、ウォータージャケット内を循環する冷却媒体と燃焼室との間で熱交換を行うことにより、燃焼による内燃機関２０の過熱を防止している。
前述した排気クーラ冷却路２８は内燃機関２０内のウォータージャケットと連通し、排気クーラ２６を経た冷却媒体をウォータージャケット内に導入する。
なお、排気クーラ冷却路２８には冷却媒体の温度を検出する温度センサ１６が設けられている。

また、ウォータージャケットにはエンジン冷却路３４も連通されている。エンジン冷却路３４は、内燃機関２０とラジエータ３２とをつなぎ、内燃機関２０から熱を奪い温度が上昇した冷却媒体はラジエータ３２で冷却され、内燃機関２０へと還流される。
エンジン冷却路３４には、ポンプ３６およびサーモスタット弁３８が設けられている。
ポンプ３６は、エンジン冷却路３４内の冷却媒体を循環させる。
サーモスタット弁３８はラジエータ３２の上流に設けられており、冷却媒体が所定温度（例えば７０℃など）未満の場合、すなわち暖気中は閉となってラジエータ３２への冷却媒体の進入を阻止する。この場合、冷却媒体はラジエータバイパス路３４Ａを通り、冷却されずに循環する。
また、冷却媒体が所定温度以上の場合、すなわち暖気完了後にはサーモスタット弁３８は開となってラジエータ３２に冷却媒体を進入させる。この場合、冷却媒体はラジエータ３２で冷却され温度が低下する。
上述のようにエンジン冷却路３４および排気クーラ冷却路２８は共に内燃機関２０のウォータージャケットに連通しており、それぞれの冷却路を通った冷却媒体はウォータージャケット内で混合する。

第１の流路調整機構４０および第３の流路調整機構４４は、例えばバタフライ弁であり、弁棒Ｓを中心に弁体Ｄが０度から９０度の範囲で回転することによって、それぞれの調整対象通路の流路面積を調整する。
図１は、第１の流路調整機構４０および第３の流路調整機構４４がそれぞれの調整対象通路の流路面積を最小（流路面積＝ゼロ）、すなわち全閉にしている状態を図示している。この時、弁体Ｄの回転角度は０度である。弁体Ｄの回転角度が９０度になると、通路の流路面積は最大（流路面積≒配管断面積）、すなわち全開となる。

また、第２の流路調整機構４２は、例えば一般的なＥＧＲバルブの構造であるグローブバルブである。
第２の流路調整機構４２は、吸気通路ＬＤへの排気ガスの還流量（ＥＧＲガス量）に基づいてその開度が制御される。
より詳細には、後述するＥＣＵ５０は、内燃機関２０の負荷、回転数および領域Ｒの圧力と第２の流路調整機構４２の開度（排気再循環通路ＬＢの流路面積、ＥＧＲガス量）との関係を示すＥＧＲ導入マップを有しており、当該ＥＧＲ導入マップに基づいて第２の流路調整機構４２の開度を変更する。
第２の流路調整機構４２が全閉になっている場合、排気再循環通路ＬＢの流路面積は最小（流路面積＝ゼロ）となり、第２の流路調整機構４２が全開になっている場合、排気再循環通路ＬＢの流路面積は最大（流路面積≒配管断面積）となる。

これら第１の流路調整機構４０、第２の流路調整機構４２および第３の流路調整機構４４は、内燃機関２０の運転状態を制御するＥＣＵ５０によってその開閉状態が制御されている。
図２は、ＥＣＵ５０の機能的構成を示す説明図である。
ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
ＥＣＵ５０には、ドライバのアクセル操作量を検知するアクセルペダルセンサ５２や車両各輪の回転速度を検知する車輪速センサ５４、上述した温度センサ１６および圧力センサ１８、ノックセンサ１９等の各種センサが接続されている。

本実施の形態では、ＥＣＵ５０は、冷却媒体の温度および内燃機関２０の運転状態に基づいて、以下のように各流路調整機構の開閉状態を制御する。
＜内燃機関２０の暖機中＞
図３は、内燃機関２０の暖機運転中における排気還流システム１０の状態を示す説明図である。
車両の始動直後等には内燃機関２０の温度が低くなっているため、内燃機関２０の暖機を促進する暖機運転を行う。暖機運転を行うか否かは、ＥＣＵ５０が温度センサ１６の検出値を用いて判断する。すなわち、温度センサ１６の検出値が所定温度未満の場合、ＥＣＵ５０は排気還流システム１０を以下のような状態とする。
なお、図３では内燃機関２０に負荷は与えられていない（例えばアイドリング状態）ものとする。
また、暖機運転中にはサーモスタット弁３８が閉となっているため、ラジエータ３２による冷却媒体の冷却は行われない。

暖機運転中、ＥＣＵ５０は、第１の流路調整機構４０、第２の流路調整機構４２および第３の流路調整機構４４により、排気通路ＬＡ、排気再循環通路ＬＢおよびバイパス通路ＬＣの流路面積をそれぞれ制限する。
より詳細には、例えば第１の流路調整機構４０の弁体Ｄの回転角度を０度とし全閉状態とするとともに、第３の流路調整機構４４を例えば弁体Ｄの回転角度を４５度とし半開状態とする。すなわち、第３の流路調整機構４４は、第１の流路調整機構４０により制限された排気通路ＬＡの流路面積よりもバイパス通路ＬＣの流路面積を大きくする。
また、上述のように内燃機関２０に負荷は与えられておらず、第２の流路調整機構４２は全閉状態となっている。

この場合、内燃機関２０から排出された排気ガスは、全量が排気再循環通路ＬＢに導入され、排気クーラ２６を通過する。また、バイパス通路ＬＣを通過して車外に排出される排気ガス量が制限され、内燃機関２０、第１の流路調整機構４０、第２の流路調整機構４２および第３の流路調整機構４４で囲まれる領域Ｒ（網掛け部）内の圧力が上昇し、この領域Ｒ内の排気ガス温度が高くなる。また、領域Ｒ内における排気ガスの流速が遅くなり、領域Ｒ内に排気ガスが滞在する時間が長くなる。
これにより、排気クーラ２６内で排気ガスから冷却媒体に移動する熱量が大きくなり、単に排気ガスを排気再循環通路ＬＢに導入するよりも迅速に冷却媒体の温度を上昇させ、内燃機関２０の暖機を図ることができる。
また、一般に触媒２２は低温時に性能が低下することが知られているが、本実施の形態では触媒２２が領域Ｒ内に配置されているため、短時間で触媒２２の温度を上昇させることができ、触媒２２の性能を効率的に発揮させることができる。

図４は、暖機運転中に内燃機関２０に負荷が与えられた場合の状態を示す説明図である。
暖機運転中にアクセルペダルが踏み込まれるなど内燃機関２０に負荷が与えられた場合、内燃機関２０からの排気ガス量が増加する。このため、図３に示す負荷が与えられていない状態よりも領域Ｒ内の圧力が上昇する。
なお、上述したＥＧＲ導入マップに従って適宜第２の流路調整機構４２が開放されて、一部の排気ガスは排気再循環通路ＬＢを介して吸気通路ＬＤに還流される。

圧力センサ１８で検出された領域Ｒ内の圧力が所定圧以上となった場合、ＥＣＵ５０は、まず図４Ａに示すように第３の流路調整機構４４の開度を大きくしてバイパス通路ＬＣの流路面積を拡大する。これにより、バイパス通路ＬＣを介して車外に排出される排気ガス量が増加して領域Ｒ内の圧力が低下する。このとき第３の流路調整機構４４の開度は、領域Ｒ内の圧力が所定圧未満となるまで広げられる。
また、内燃機関２０からの排気ガス量が多い場合など、第３の流路調整機構４４を全開にしてバイパス通路ＬＣの流路面積を最大にした後も領域Ｒ内が所定圧以上である場合、ＥＣＵ５０は、図４Ｂに示すように第１の流路調整機構４０の開度を大きくして排気通路ＬＡの流路面積を拡大する。これにより、排気再循環通路ＬＢに導入される排気ガス量が低減して領域Ｒ内の圧力が低下する。
このようにすることで、領域Ｒ内の圧力上昇により配管の破損等が生じるのを防止しながら、排気ガスから冷却媒体への熱量移動を促進させ、早期に内燃機関２０の暖機を図ることができる。
なお、図４Ａのように、まず第３の流路調整機構４４のみの開度を調整するのは、第１の流路調整機構４０の開度を大きくした場合、排気再循環通路ＬＢに導入される排気ガス量が減少し、排気クーラ２６における熱交換量が低減して暖機完了までの所要時間が長くなってしまうためである。

また、冷却媒体の温度が所定温度以上となり、暖機が完了した場合、ＥＣＵ５０は第１の流路調整機構４０の開度を大きくし、暖機中（冷却媒体の温度が所定温度未満のとき）よりも排気通路ＬＡの流路面積を拡大する。
これにより、排気再循環通路ＬＢに導入される排気ガス量が減少して、排気クーラ２６内で排気ガスから冷却媒体に移動する熱量が低減し、内燃機関２０の過熱を防止することができる。

＜暖機完了後：ＥＧＲガス導入なし時＞
つづいて、内燃機関２０の暖機完了後の制御について説明する。温度センサ１６の検出値が所定温度以上となった場合、ＥＣＵ５０は内燃機関２０の負荷の大きさによって各流路調整機構の稼働状態を変更する。
なお、暖機完了後にはサーモスタット弁３８が開となり、ラジエータ３２による冷却媒体の冷却が行われる。

図５は、暖機完了後かつＥＧＲガス導入がない場合の排気還流システム１０の状態を示す説明図である。
内燃機関の負荷がない、またはごく小さい（第２の所定値未満）場合、ＥＧＲガスの導入は行わないため、ＥＣＵ５０は第２の流路調整機構４２は全閉状態とし、排気再循環通路ＬＢの流路面積を最小（ゼロ）にする。
上述したように、暖機完了後、ＥＣＵ５０は、第１の流路調整機構４０の開度を大きくし、暖機中（冷却媒体の温度が所定温度未満のとき）よりも排気通路ＬＡの流路面積を拡大する。
一方で、ＥＣＵ５０は、第１の流路調整機構４０の開度を全開にはせず排気通路の流路面積を制限し、排気ガスの一部が排気再循環通路ＬＢに導入されるようにする。

また、ＥＣＵ５０は、第３の流路調整機構４４によりバイパス通路ＬＣの流路面積を制限し、排気再循環通路ＬＢに導入された排気ガスの一部が第２の流路調整機構４２の上流に排気再循環通路内に滞留するようにする。
これにより、その後ＥＧＲガスの導入が指示されて第２の流路調整機構４２が開となった際に、第２の流路調整機構４２より下流の排気再循環通路ＬＢおよび吸気通路ＬＤ内に排気ガスを迅速に導入することができ、ＥＧＲガス導入時における移送遅れを低減することができる。

なお、図５において、例えば第１の流路調整機構４０の開度≧第３の流路調整機構４４の開度とし、バイパス通路ＬＣの流路面積を排気通路ＬＡの流路面積以下とするのが好ましい。これは、第３の流路調整機構４４の開度が小さいほど、すなわちバイパス通路ＬＣの流路面積が小さいほど第２の流路調整機構４２上流における排気ガスの圧力が高くなり、吸気通路ＬＤへの移送速度を高めることができるためである。
なお、この場合にも圧力センサ１８で検出された領域Ｒ内の圧力が所定圧未満に維持されるよう、第３の流路調整機構４４の開度を適宜制御する。

＜暖機完了後：低〜中負荷時＞
図６は、内燃機関２０の負荷が低〜中程度の場合の状態を示す説明図である。
内燃機関２０の負荷が低〜中程度の場合、ＥＣＵ５０は、第１の流路調整機構４０の開度を図５（ＥＧＲガス導入なし時）よりもさらに大きくし、例えば全開状態とする。また、第３の流路調整機構４４の開度は全閉状態とし、バイパス通路ＬＣを介した排気ガスの排気通路ＬＡへの還流を行わないようにする。
内燃機関２０の負荷が低〜中程度の場合には、内燃機関２０の上流にあるスロットルが絞られて吸気通路ＬＤに負圧が発生するため、排気通路ＬＡと吸気通路ＬＤとの差圧により排気ガスが排気再循環通路ＬＢ内に引き込まれる。
ＥＣＵ５０は上述したＥＧＲ導入マップに基づいて第２の流路調整機構４２の開度を変更し、吸気通路ＬＤへの排気ガスの導入量を制御する。
すなわち、図６に示した状態は一般的な排気再循環システムと同様の状態である。

＜暖機完了後：高負荷時＞
図７は、内燃機関２０が高負荷の場合の排気還流システム１０の状態を示す説明図である。
内燃機関２０の負荷が高い（第１の所定値以上）場合、ＥＣＵ５０は、第１の流路調整機構４０の開度を図６（低〜中負荷時）よりも小さくして、排気ガスの一部を積極的に排気再循環通路ＬＢに導入させる。また、第３の流路調整機構４４の開度は図６（低〜中負荷時）と変わらず、例えば全閉状態とする。すなわち、第１の流路調整機構４０および第３の流路調整機構４４は、それぞれの調整対象通路の流路面積を制限する。
これにより、内燃機関２０の下流側通路（領域Ｒ）の圧力が上昇し、内燃機関２０の下流側通路側の排気ガスが内燃機関２０の上流側通路（吸気通路ＬＤ）側に導入される。
一般に、高負荷時には吸気通路ＬＤ内の圧力が大きくなるため、吸気通路ＬＤと排気通路ＬＡとの差圧が小さくなり、吸気通路ＬＤへのＥＧＲガスの還流量が小さくなることが知られている。
一方、排気還流システム１０では、第１の流路調整機構４０および第３の流路調整機構４４を閉じて内燃機関２０の下流側通路の圧力を上昇させる。これにより、吸気通路ＬＤと排気通路ＬＡとの差圧が大きくなり、高負荷時にも積極的にＥＧＲガスを還流させることができる。内燃機関２０の高負荷運転時に排気再循環ガスを導入することにより、内燃機関２０における混合気の比熱が大きくなり、筒内温度が低下して、内燃機関２０の過熱によるノッキングを防止することができる。

また、このときＥＣＵ５０は、第２の流路調整機構４２を全開とし、排気再循環通路ＬＢの流路面積を最大に維持する。これにより、排気再循環通路ＬＢと吸気通路ＬＤとを連通させ、効率的に排気ガスを吸気通路ＬＤに導入することができる。
この場合、ＥＧＲガスの還流量は第１の流路調整機構４０の開度で制御する。より詳細には、ＥＣＵ５０は例えば内燃機関２０の負荷および回転数と高負荷時における第１の流路調整機構４０の開度（排気通路ＬＡの流路面積）との関係を示す高負荷時ＥＧＲ導入マップを有し、この高負荷時ＥＧＲ導入マップに基づいて第１の流路調整機構４０の開度を制御すればよい。

なお、図６から図７の制御に切り替えるタイミングとしては、内燃機関２０の負荷（スロットル開度等）の大きさが所定値以上となった場合の他、例えば内燃機関２０に設けられたノッキングセンサによりノッキングが検知された際としてもよい。

以上説明したように、実施の形態にかかる排気還流システム１０によれば、内燃機関２０の負荷が第１の所定値以上の場合、排気通路ＬＡの流路面積を制限し、内燃機関２０の下流側通路（排気ガス流れ下流側）の圧力を上昇させるので、下流側通路と吸気流路ＬＤ（内燃機関の上流側通路）との圧力差が大きくなり、排気再循環通路ＬＢを介して吸気通路ＬＤ内に還流する排気ガス量が増大する。これにより、ノッキングが生じやすい内燃機関２０の高負荷運転時にも吸気通路ＬＤへの排気ガスの導入が可能となり、点火リタードによる出力低下を防止するとともに、内燃機関２０のノッキングを回避する上で有利となる。
また、排気還流システム１０によれば、高負荷時には排気再循環通路ＬＢの流路面積を最大に維持するので、排気通路ＬＡおよび排気再循環通路ＬＢと吸気通路ＬＤとを連通させ、効率的に排気ガスを吸気通路に導入する上で有利となる。
また、排気還流システム１０によれば、排気再循環通路ＬＢ上に排気クーラ２６が設けられているので、吸気通路ＬＤには排気クーラ２６で冷却された排気ガスが導入される。これにより、内燃機関２０の筒内温度の上昇を回避し、より効果的にノッキングを防止する上で有利となる。
また、排気還流システム１０によれば、バイパス通路ＬＣの流路面積を制限することにより内燃機関２０の下流側通路の圧力を更に上昇させて、内燃機関２０の負荷が大きい高負荷運転時でも確実に排気ガスを再循環させる上で有利となる。
また、排気還流システム１０によれば、内燃機関２０の負荷が小さく吸気通路ＬＤへの排気ガスの導入が行われていない間も排気再循環通路ＬＢ内に排気ガスを導入するので、内燃機関２０の負荷が大きくなった際に短時間で吸気通路ＬＤへの排気ガスの導入を開始する上で有利となる。
また、排気還流システム１０によれば、排気通路ＬＡの流路面積よりもバイパス通路ＬＣの流路面積を小さくするので、排気再循環通路ＬＢ内の排気ガス圧が高くなり、排気ガスを吸気通路ＬＤに導入する際の移送速度を向上させる上で有利となる。

１０……排気還流システム、２０……内燃機関、２６……排気クーラ、２８……排気クーラ冷却路、３２……ラジエータ、３４……エンジン冷却路、４０……第１の流路調整機構、４２……第２の流路調整機構、４４……第３の流路調整機構、５０……ＥＣＵ、５２……アクセルペダルセンサ、５４……車輪速センサ、ＬＡ……排気通路、ＬＢ……排気再循環通路、ＬＣ……バイパス通路。

Claims (6)

1. 内燃機関から排出された排気ガスを車外に排出する排気通路の流路面積を変更する第１の流路調整機構と、
   前記第１の流路調整機構より排気ガス流れ上流側の前記排気通路から分岐し前記排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流する排気再循環通路と、を備え、
   前記内燃機関の負荷が第１の所定値以上の場合、前記第１の流路調整機構は、前記排気通路の流路面積を制限する、
   ことを特徴とする内燃機関の排気還流システム。
2. 前記排気再循環通路の流路面積を変更する第２の流路調整機構を更に備え、
   前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値以上の場合、前記第２の流路調整機構は前記排気再循環通路の流路面積を最大に維持する、
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気還流システム。
3. 前記排気再循環通路上に設けられ、冷却媒体により前記排気ガスを冷却する排気クーラを更に備える、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気再還流システム。
4. 前記排気クーラの排気ガス流れ下流側かつ前記第２の流路調整機構の排気ガス流れ上流側の前記排気再循環通路から分岐し前記第１の流路調整機構より前記排気ガス流れ下流側の前記排気通路へと接続するバイパス通路の流路面積を変更する第３の流路調整機構を更に備え、
   前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値以上の場合、前記第３の流路調整機構は前記バイパス通路の流路面積を制限する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気再循環システム。
5. 前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値よりも小さい第２の所定値未満の場合、前記第２の流路調整機構は前記排気再循環通路の流路面積を最小にするとともに、前記第１の流路調整機構および前記第３の流路調整機構はそれぞれの調整対象通路の流路面積を制限し、前記第２の流路調整機構より上流の前記排気再循環通路内に前記排気ガスを導入する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気還流システム。
6. 前記第３の流路調整機構は、前記バイパス通路の流路面積を前記第１の流路調整機構により制限された前記排気通路の流路面積以下とする、
   ことを特徴とする請求項４また５に記載の内燃機関の排気還流システム。

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