JP2020153242A - 排気再循環バルブ暖機装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】排気再循環バルブの暖機を早期に完了する。【解決手段】排気通路１４の途中に設けられた排気スロットル１６と、排気通路１４における排気スロットル１６よりも上流側から延びて吸気通路１３に接続された排気再循環通路２０と、排気再循環通路２０の途中に設けられた排気再循環バルブ３０と、排気再循環通路２０における排気再循環バルブ３０よりも排気の流れ方向の上流側から延びて、排気通路１４における排気スロットル１６よりも下流側に接続されている分岐通路５０を有する。排気再循環バルブ３０には、排気再循環通路２０の一部を構成するバルブ流路と、分岐通路５０の一部を構成する暖機流路とが区画されている。【選択図】図１

Description

この発明は、排気再循環バルブ暖機装置に関する。
特許文献１に開示された内燃機関においては、排気通路から排気再循環通路が延びている。この排気再循環通路の下流端は吸気通路に接続されている。排気再循環通路には、当該排気再循環通路を流れる排気の流量を調節する排気再循環バルブが設けられている。排気再循環バルブのハウジングには、温水を流通させるための温水通路が区画されている。この温水通路には、内燃機関のシリンダブロックで暖められた冷却水が供給される。
特開２０１３−５３５５８号公報
排気再循環バルブが冷たくなっている状態で内燃機関が始動して当該排気再循環バルブに排気が流れると、排気に含まれる水分が結露して、当該排気再循環バルブの弁体等の腐食を招くおそれがある。したがって、内燃機関の始動後には排気再循環バルブを早期に暖めることが望まれる。特許文献１に開示された内燃機関では、当該内燃機関の始動後、シリンダブロックで冷却水が暖められるまでに時間がかかるため、排気再循環バルブの温水通路に暖められた冷却水を供給するのにも時間がかかり、排気再循環バルブの暖機に相応の時間を要することになる。
上記課題を解決するための排気再循環バルブ暖機装置は、内燃機関における排気通路の途中に設けられ、前記排気通路を流れる排気の流量を調整する弁部材と、前記排気通路における前記弁部材よりも上流側から延びて前記内燃機関の吸気通路に接続され、排気を前記吸気通路に再循環させる排気再循環通路と、前記排気再循環通路の途中に設けられ、前記排気再循環通路を流れる排気の流量を調整する排気再循環バルブと、前記排気通路における前記弁部材よりも上流側、又は前記排気再循環通路における前記排気再循環バルブよりも排気の流れ方向の上流側から延びて、前記排気通路における前記弁部材よりも下流側に接続されている分岐通路とを有し、前記排気再循環バルブには、前記排気再循環通路の一部を構成するバルブ流路と、前記分岐通路の一部を構成する暖機流路とが区画されている。
上記構成によれば、排気通路を流れる排気の一部が分岐通路に流入する。そして、この排気が暖機流路を通過することによって排気再循環バルブが暖まる。分岐通路におけるこうした排気の流通によって、内燃機関の始動直後から排気再循環バルブの暖機が開始される。そのため、排気再循環バルブの暖機を早期に完了できる。
排気再循環バルブ暖機装置は、前記排気再循環バルブの開閉を制御するバルブ制御部を備え、前記バルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が規定温度に至るまでの間、前記排気再循環バルブを全閉状態に制御してもよい。
上記構成によれば、排気再循環バルブの温度が規定温度以下である状態、すなわち排気再循環バルブの暖機途中においては、バルブ通路に排気が流入しない。そのため、バルブ通路での結露が防止される。また、上記構成によれば、バルブ通路への排気の流入がなくなる分、分岐通路に排気が流入し易くなる。したがって、分岐通路の一部である暖機流路に多くの排気が流れることになり、排気再循環バルブの暖機を促進できる。
排気再循環バルブ暖機装置において、前記バルブ制御部は、前記弁部材の開閉を制御するものであり、前記バルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が規定温度に至るまでの間、前記弁部材を全開よりも小さい開度に制御してもよい。
上記構成によれば、弁部材が全開である場合に比べて、排気通路における弁部材よりも上流側の部分のガス圧が高くなる。そのため、分岐通路への排気の流入を促進できる。さらに、上記構成によれば、排気通路における弁部材よりも上流側の部分のガス圧が、排気通路における弁部材よりも下流側のガス圧に比べて高くなる。こうしたガス圧差により、分岐通路における排気の流通が促進され、分岐通路により一層多くの排気が流入するようになる。
排気再循環バルブ暖機装置において、前記バルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が規定温度に至るまでの間、前記弁部材を全閉よりも大きな開度に制御してもよい。
弁部材を全閉にしてしまうと、排気通路における弁部材よりも上流側のガス圧が過度に高くなる。この場合、気筒から排気通路に排気が排出され難くなり、ピストンの動作に対する抵抗となる。この点、上記構成によれば、排気通路におけるガス圧の過度な上昇を抑えることができる。そのため、ピストンの速やかな動作を妨げることがない。
排気再循環バルブ暖機装置において、前記暖機流路の少なくとも一部は、前記バルブ流路と等間隔を保ちつつ当該バルブ流路と同一方向に延びていてもよい。
上記構成によれば、暖機流路におけるバルブ流路と同一方向に延びている部分においてはバルブ流路を効率良く暖めることができる。排気再循環バルブのうち、バルブ流路は、結露を回避したい部分であることから、特に温度を上昇させることが望まれる。こうした部分を効率良く暖めることは、排気再循環バルブの暖機において好適である。
排気再循環バルブ暖機装置において、前記分岐通路における前記排気再循環バルブよりも上流側には、冷却水が流れる第１冷却水通路が接続されており、前記分岐通路における前記排気再循環バルブよりも下流側には、冷却水が流れる第２冷却水通路が接続されており、前記分岐通路と前記第１冷却水通路との接続箇所には、第１三方弁が配置されており、前記分岐通路と前記第２冷却水通路との接続箇所には、第２三方弁が配置されていてもよい。
上記構成によれば、分岐通路に冷却水を流通させることができる。つまり、分岐通路を、排気再循環バルブを暖機するための排気の流路として利用するだけではなく、当該分岐通路の一部を、排気再循環バルブを冷却するための冷却水の流路としても利用できる。
排気再循環バルブ暖機装置は、前記第１三方弁及び前記第２三方弁を制御するバルブ制御部を備え、前記バルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が規定温度に至るまでの間、前記第１冷却水通路及び前記分岐通路間での冷却水の流通が遮断されるように第１三方弁を制御するとともに、前記第２冷却水通路及び前記分岐通路間での冷却水の流通が遮断されるように第２三方弁を制御し、前記排気再循環バルブの温度が規定温度を越えると、前記第１冷却水通路及び前記分岐通路における前記第１三方弁よりも前記排気再循環バルブ側部分の間での冷却水の流通が許容されるように前記第１三方弁を制御するとともに、前記第２冷却水通路及び前記分岐通路における前記第２三方弁よりも前記排気再循環バルブ側部分の間での冷却水の流通が許容されるように前記第２三方弁を制御してもよい。
上記構成によれば、排気再循環バルブの温度が規定温度以下である状態、すなわち排気再循環バルブの暖機途中においては、分岐通路には冷却水が流通することなく排気のみが流通する。一方で、排気再循環バルブの温度が規定温度より大きい状態、すなわち排気再循環バルブの暖機後においては、分岐通路における第１三方弁と第２三方弁との間には、排気が流通することなく冷却水のみが流通する。したがって、分岐通路において排気と冷却水とが混在してしまうことを抑制できる。
排気再循環バルブ暖機装置が適用された内燃機関の概略図。 排気再循環バルブの断面図。 第１切替弁及び第２切替弁の双方が通水モードである状態を表した図。 第１切替弁が遮断モードであり、第２切替弁が通水モードである状態を表した図。 第１切替弁が通水モードであり、第２切替弁が遮水モードである状態を表した図。 バルブ制御処理の処理手順を表したフローチャート。
以下、排気再循環バルブ暖機装置が適用された内燃機関の一実施形態を、図面を参照して説明する。
先ず、内燃機関の概略を、吸気系及び排気系の通路構成を中心に説明する。図１に示すように、内燃機関１０は、気筒１２が区画された機関本体１１を備えている。この実施形態では、気筒１２は３つ区画されている。図示は省略するが、気筒１２内にはピストンが収容されている。ピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフトＣと連結されている。クランクシャフトＣの近傍には、当該クランクシャフトＣの回転位置であるクランク位置Ｓを検出するためのクランク角センサ１０４が配置されている。
機関本体１１には、気筒１２内に外部から吸気を導入するための吸気通路１３が接続されている。吸気通路１３の途中には、当該吸気通路１３を流通する吸気量Ｇを検出するためのエアフロメータ１０２が取り付けられている。また、機関本体１１には、気筒１２内の排気を排出するための排気通路１４が接続されている。排気通路１４の途中には、開度変更によって当該排気通路１４を流れる排気の流量を調整する弁部材として、排気スロットル１６が設けられている。排気スロットル１６は、バタフライ式のバルブである。
排気通路１４における、排気スロットル１６よりも上流側からは、排気を吸気通路１３に再循環させるための排気再循環通路２０が延びている。排気再循環通路２０の下流端は、吸気通路１３に接続されている。排気再循環通路２０の途中には、排気再循環通路２０を流れる排気を冷却する排気再循環クーラ２２が設けられている。また、排気再循環通路２０における、排気再循環クーラ２２よりも排気の流れ方向の下流側には、開度変更によって排気再循環通路２０を流れる排気の流量を調整する排気再循環バルブ３０が設けられている。なお、排気再循環バルブ３０の構造については後で詳しく説明する。
排気再循環通路２０からは、排気通路１４における排気スロットル１６よりも下流側に繋がる分岐通路５０が延びている。具体的には、排気再循環通路２０における、排気再循環クーラ２２よりも排気の流れ方向の上流側からは、分岐通路５０の一部である上流分岐通路５１が延びている。上流分岐通路５１は、排気再循環バルブ３０のハウジング３２に接続されている。排気再循環バルブ３０のハウジング３２からは、分岐通路５０の一部である下流分岐通路５２が延びている。上流分岐通路５１と下流分岐通路５２とは、排気再循環バルブ３０のハウジング３２内で連通されている。下流分岐通路５２は、排気通路１４における排気スロットル１６よりも下流側に接続されている。上流分岐通路５１及び下流分岐通路５２の材質は、ステンレス鋼になっている。
次に、排気再循環バルブ３０の構造を説明する。図２に示すように、排気再循環バルブ３０のハウジング３２は、略柱状になっている。このハウジング３２には、貫通孔が貫通している。この貫通孔の壁面によって、バルブ流路３４が区画されている。バルブ流路３４は、排気再循環通路２０の一部を構成している。すなわち、バルブ流路３４の一方側の開口には、排気再循環バルブ３０よりも上流側の排気再循環通路２０が接続され、他方側の開口には、排気再循環バルブ３０よりも下流側の排気再循環通路２０が接続されている。
バルブ流路３４の入口側の端は、ハウジング３２の軸線方向一方側の端面において開口している。バルブ流路３４は、その延設方向の途中で屈曲しており、出口側の端がハウジング３２の外周面で開口している。バルブ流路３４においては、入り口側の開口と、出口側の開口とが互いに異なる方向を指向している。また、バルブ流路３４における入り口側の端部は、バルブ流路３４における他の部分よりも流路断面積が大きくなっている。この結果として、バルブ流路３４には、段差面が生じている。この段差面は、バルブ流路３４を開閉する弁体４０が当接する弁座３４ａになっている。
弁体４０は、ハウジング３２内に収容されている。弁体４０は、ハウジング３２の軸線方向に延びる軸部４０ａを有する。軸部４０ａの先端には、弁座３４ａに当接する傘部４０ｂが設けられている。軸部４０ａにおける、傘部４０ｂとは反対側の端部は、バルブ流路３４の内壁を貫通している。そして、軸部４０ａにおける、傘部４０ｂとは反対側の端部は、ハウジング３２内に収容された駆動機構４６に接続されている。駆動機構４６は、電動モータを含んで構成されている。駆動機構４６は、軸部４０ａをその軸線方向に往復動させる。それに応じて傘部４０ｂが弁座３４ａに対して当接したり離間したりすることで、排気再循環バルブ３０の開度が変更される。
ハウジング３２には、バルブ流路３４とは別の貫通孔が貫通している。この貫通孔の壁面によって、暖機流路３６が区画されている。暖機流路３６は、分岐通路５０の一部を構成している。すなわち、暖機流路３６の一方側の開口には上流分岐通路５１が接続され、他方側の開口には下流分岐通路５２が接続されている。
暖機流路３６は、バルブ流路３４と駆動機構４６との間に位置している。また、暖機流路３６の上流側の一部は、バルブ流路３４と等間隔を保ちつつ当該バルブ流路３４と同一方向に延びている。暖機流路３６の中流部は、弁体４０の軸部４０ａを迂回するように延びている。また、暖機流路３６の下流側の一部は、バルブ流路３４と等間隔を保ちつつ当該バルブ流路３４と同一方向に延びている。暖機流路３６とバルブ流路３４との間には、他の部材や窪みや空間が存在していない。ハウジング３２の材質は、上流分岐通路５１及び下流分岐通路５２の材質と同様、ステンレス鋼になっている。
次に、内燃機関１０における冷却水路系について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０には、冷却水が流通する冷却水回路７０が設けられている。冷却水回路７０には、当該冷却水回路７０内に冷却水を圧送する冷却水ポンプ７７が設けられている。冷却水回路７０における冷却水ポンプ７７よりも下流側には、冷却水を冷やすためのラジエータ７８が設けられている。冷却水回路７０におけるラジエータ７８よりも下流側は、機関本体１１の内部につながっている。冷却水回路７０における機関本体１１よりも下流側は、冷却水ポンプ７７に接続されている。したがって、冷却水ポンプ７７から圧送された冷却水は、ラジエータ７８や機関本体１１等を経て、再び冷却水ポンプ７７へと戻される。
冷却水回路７０において機関本体１１よりも下流側からは、第１冷却水通路７２が分岐している。図１のドットで示すように、第１冷却水通路７２には、冷却水が流通する。第１冷却水通路７２は、分岐通路５０における排気再循環バルブ３０よりも上流側の部分である上流分岐通路５１に接続されている。冷却水回路７０において第１冷却水通路７２の分岐箇所よりも下流側からは、第２冷却水通路７４が分岐している。図１のドットで示すように、第２冷却水通路７４には、冷却水が流通する。第２冷却水通路７４は、分岐通路５０における排気再循環バルブ３０よりも下流側の部分である下流分岐通路５２に接続されている。
第１冷却水通路７２と上流分岐通路５１との接続箇所には、流路を切り替えるための第１三方弁８２が配置されている。第１三方弁８２は、３つの流路のうちのいずれか２つの流路同士を連通させ、他の１つの流路を遮断する。具体的には、第１三方弁８２は、第１冷却水通路７２及び上流分岐通路５１の連通を遮断する一方で上流分岐通路５１における第１三方弁８２よりも上流側及び下流側を連通する遮水モードを実現できる。また、図３に示すように、第１三方弁８２は、第１冷却水通路７２及び上流分岐通路５１における第１三方弁８２よりも排気再循環バルブ３０側部分を連通する一方で上流分岐通路５１における第１三方弁８２よりも上流側及び下流側の連通を遮断する通水モードを実現できる。
図１に示すように、第２冷却水通路７４と下流分岐通路５２との接続箇所には、流路を切り替えるための第２三方弁８４が配置されている。第２三方弁８４は、３つの流路のうちのいずれか２つの流路同士を連通させ、他の１つの流路を遮断する。具体的には、第２三方弁８４は、第２冷却水通路７４及び下流分岐通路５２の連通を遮断する一方で下流分岐通路５２における第２三方弁８４よりも上流側及び下流側を連通する遮水モードを実現できる。また、図３に示すように、第２三方弁８４は、第２冷却水通路７４及び下流分岐通路５２における第２三方弁８４よりも排気再循環バルブ３０側部分を連通する一方で下流分岐通路５２における第２三方弁８４よりも上流側及び下流側の連通を遮断する通水モードを実現できる。
図１に示すように、上流分岐通路５１における第１三方弁８２の近傍には、水滴の有無Ｗ１を検出する第１結露センサ８６が配置されている。第１結露センサ８６は、上流分岐通路５１における第１三方弁８２よりも排気再循環バルブ３０側部分に位置している。第１結露センサ８６においては、水滴の存在に応じて電流値が変化することで、水滴の有無Ｗ１が検出される。
下流分岐通路５２における第２三方弁８４の近傍には、水滴の有無Ｗ２を検出する第２結露センサ８８が設けられている。第２結露センサ８８は、下流分岐通路５２における第２三方弁８４よりも排気再循環バルブ３０側部分に位置している。第２結露センサ８８においては、第１結露センサ８６と同様、水滴の存在に応じて電流値が変化することで、水滴の有無Ｗ２が検出される。
次に、内燃機関１０の制御構成について説明する。排気スロットル１６の開閉、排気再循環バルブ３０の開閉、第１三方弁８２及び第２三方弁８４のそれぞれの流路の切り替えは、内燃機関１０に搭載された電子制御ユニット１００によって制御される。すなわち、本実施形態の電子制御ユニット１００は、バルブ制御部としても機能する。電子制御ユニット１００は、各種のプログラムが格納された不揮発性の記憶部、各種のプログラムを実行するＣＰＵ、プログラムの実行に際してデータが一時的に記憶される揮発性のＲＡＭ等を備えたコンピュータである。
電子制御ユニット１００には、内燃機関１０に取り付けられている各種センサからの検出信号が入力される。具体的には、電子制御ユニット１００には、第１結露センサ８６が検出する水滴の有無Ｗ１の情報、及び第２結露センサ８８が検出する水滴の有無Ｗ２の情報が入力される。また、電子制御ユニット１００には、エアフロメータ１０２が検出する吸気量Ｇ、及びクランク角センサ１０４が検出するクランク位置Ｓが入力される。
電子制御ユニット１００は、クランク位置Ｓに基づいて単位時間当たりのクランクシャフトＣの回転数である機関回転数ＮＥを算出する。また、電子制御ユニット１００は、機関回転数ＮＥ及び吸気量Ｇに基づいて機関負荷率ＫＬを算出する。そして、電子制御ユニット１００は、機関回転数ＮＥや機関負荷率ＫＬに基づいて、排気再循環バルブ３０の温度を算出する。
電子制御ユニット１００は、排気再循環バルブ３０の温度と、予め定められた規定温度Ｍとの大小関係に依って、排気スロットル１６及び排気再循環バルブ３０の開度や、第１三方弁８２及び第２三方弁８４の流路モードを変更する。規定温度Ｍは、排気再循環バルブ３０の露点温度を示す値であり、排気再循環バルブ３０の暖機の完了を示す値となっている。ここで、燃料の燃焼時に発生する水分は、燃料の成分に応じて決まっている。規定温度Ｍは、燃料の成分と、燃料の燃焼時に発生する水分との関係性に基づいて、実験等により予め定められている。
電子制御ユニット１００は、内燃機関１０の始動後、排気再循環バルブ３０の温度が規定温度Ｍに至るまでは、排気再循環バルブ３０を全閉状態に制御し、排気スロットル１６を規定開度Ｐに制御する。規定開度Ｐは、全開よりも小さく、全閉よりも大きい開度である。ここで、排気通路１４における排気スロットル１６よりも上流側のガス圧が過度に高いと、気筒１２内から排気通路１４に排気が排出され難くなり、ピストンの動作に対する抵抗となる。上記の規定開度Ｐは、ピストンの動作に対する抵抗が許容範囲に収まる開度のうちの最小の開度として、実験等により予め定められている。
また、電子制御ユニット１００は、内燃機関１０の始動後、排気再循環バルブ３０の温度が規定温度Ｍに至るまでは、第１三方弁８２及び第２三方弁８４の双方を遮水モードにする。また、電子制御ユニット１００は、排気再循環バルブ３０の温度が規定温度Ｍを越えると、第１三方弁８２及び第２三方弁８４の双方を通水モードにする。
次に、電子制御ユニット１００が実行するバルブ制御処理について説明する。
電子制御ユニット１００は、内燃機関１０が始動されると、排気スロットル１６、排気再循環バルブ３０、第１三方弁８２、及び第２三方弁８４を制御するためのバルブ制御処理を実行する。なお、以下のバルブ制御処理は、内燃機関１０が停止されると、処理の途中であっても強制的に終了する。
図６に示すように、電子制御ユニット１００は、バルブ制御処理を開始すると、ステップＳ１０の処理を実行する。ステップＳ１０において、電子制御ユニット１００は、排気スロットル１６を規定開度Ｐに制御する。また、電子制御ユニット１００は、排気再循環バルブ３０を全閉状態に制御する。また、電子制御ユニット１００は、第１三方弁８２を遮水モードに切り替える。また、電子制御ユニット１００は、第２三方弁８４を通水モードに切り替える。すなわち、図４に示すように、第１冷却水通路７２及び上流分岐通路５１の連通が遮断され、第２冷却水通路７４及び下流分岐通路５２の連通が許容される。なお、ステップＳ１０の処理を実行する時点で第１三方弁８２が遮水モードになっている場合には、電子制御ユニット１００は第１三方弁８２をそのまま遮水モードに維持する。また、ステップＳ１０の処理を実行する時点で第２三方弁８４が通水モードになっている場合には、電子制御ユニット１００は第２三方弁８４をそのまま通水モードに維持する。図６に示すように、電子制御ユニット１００は、ステップＳ１０の処理を実行すると、処理をステップＳ２０に進める。
ステップＳ２０において、電子制御ユニット１００は、分岐通路５０からの冷却水の排出が完了したか否かを判定する。電子制御ユニット１００は、第１結露センサ８６及び第２結露センサ８８の検出結果に基づいて、ステップＳ２０の判定を実行する。電子制御ユニット１００は、第１結露センサ８６及び第２結露センサ８８の双方が水滴を検出していない場合には、分岐通路５０からの冷却水の排出が完了したと判定し、そうでない場合には、分岐通路５０に未だ冷却水が残っていると判定する。電子制御ユニット１００は、ステップＳ２０の判定がＮＯである場合、再度ステップＳ２０の判定を実行する。電子制御ユニット１００は、ステップＳ２０の判定がＹＥＳとなるまで、すなわち冷却水の排出が完了するまで、ステップＳ２０の判定を繰り返す。電子制御ユニット１００は、ステップＳ２０の判定がＹＥＳになると、処理をステップＳ３０に進める。
ステップＳ３０において、電子制御ユニット１００は、第２三方弁８４を遮水モードに切り替える。すなわち、図１に示すように、第１冷却水通路７２及び上流分岐通路５１の連通が遮断されることに加え、第２冷却水通路７４及び下流分岐通路５２の連通も遮断される。図６に示すように、電子制御ユニット１００は、ステップＳ３０の処理を実行すると、処理をステップＳ４０に進める。
ステップＳ４０において、電子制御ユニット１００は、排気再循環バルブ３０の温度が、規定温度Ｍよりも大きいか否かを判定する。電子制御ユニット１００は、排気再循環バルブ３０の温度が規定温度Ｍ以下である場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、再度ステップＳ４０の処理を実行する。電子制御ユニット１００は、排気再循環バルブ３０の温度が規定温度Ｍよりも大きくなるまで、すなわち排気再循環バルブ３０の暖機が完了するまで、ステップＳ４０の処理を繰り返す。そして、電子制御ユニット１００は、排気再循環バルブ３０の温度が規定温度Ｍよりも大きくなると（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ５０に処理を進める。
ステップＳ５０において、電子制御ユニット１００は、排気スロットル１６を全開状態に制御する。また、電子制御ユニット１００は、排気再循環バルブ３０の通常制御を開始する。この通常制御では、電子制御ユニット１００は、機関回転数ＮＥと機関負荷率ＫＬとに基づいて、排気再循環バルブ３０の開度を制御する。電子制御ユニット１００は、通常制御を開始すると、内燃機関１０が停止されるまで通常制御を所定の制御周期で繰り返し実行する。また、ステップＳ５０において、電子制御ユニット１００は、第１三方弁８２を通水モードに切り替える。すなわち、図５に示すように、第１冷却水通路７２及び上流分岐通路５１の連通が許容される。図６に示すように、電子制御ユニット１００は、ステップＳ５０の処理を実行すると、処理をステップＳ６０に進める。
ステップＳ６０において、電子制御ユニット１００は、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間からの排気の排出が完了したか否かを判定する。電子制御ユニット１００は、第１結露センサ８６及び第２結露センサ８８の検出結果に基づいて、ステップＳ６０の判定を行う。電子制御ユニット１００は、第１結露センサ８６及び第２結露センサ８８の双方が水滴を検出する場合には、排気の排出を完了したと判定し、そうでない場合には、排気が未だ存在していると判定する。電子制御ユニット１００は、ステップＳ６０の判定がＮＯである場合、再度ステップＳ６０の判定を実行する。電子制御ユニット１００は、ステップＳ６０の判定がＹＥＳとなるまで、ステップＳ６０の判定を繰り返す。電子制御ユニット１００は、ステップＳ６０の判定がＹＥＳになると、処理をステップＳ７０に進める。
ステップＳ７０において、電子制御ユニット１００は、第２三方弁８４を通水モードに切り替える。すなわち、図３に示すように、第２冷却水通路７４及び下流分岐通路５２の連通が許容される。図６に示すように、電子制御ユニット１００は、ステップＳ７０の処理を実行すると、一連の処理を終了する。
次に、バルブ制御処理に伴う作用を説明する。
図３に示すように、内燃機関１０の始動前においては、第１三方弁８２及び第２三方弁８４の双方が通水モードになっているものとする。このとき、図３のドットで示すように、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間は冷却水で満たされている。
内燃機関１０が始動されると、排気スロットル１６が規定開度Ｐに制御される（ステップＳ１０）。これにより、排気スロットル１６が全開状態である場合に比べて、排気通路１４における排気スロットル１６よりも上流側の部分のガス圧が高くなる。この結果として、排気再循環通路２０への排気の流入が促進される。そして、図３の矢印Ａ１で示すように、排気が排気再循環通路２０へ流入するようになる。また、内燃機関１０が始動されると、排気再循環バルブ３０は全閉状態に制御される（ステップＳ１０）。これにより、排気通路１４から排気再循環通路２０へと流れた排気は、排気再循環通路２０における排気再循環バルブ３０よりも下流側へは流れない。そして、排気通路１４から排気再循環通路２０へと流れた排気は、図３の矢印Ａ２で示すように、上流分岐通路５１に流入する。
さて、内燃機関１０が始動されると、図４に示すように、第１三方弁８２が遮水モードに切り替えられる（ステップＳ１０）。この結果として、第１冷却水通路７２から上流分岐通路５１への冷却水の流入は遮断される。そして、図４の矢印Ａ３で示すように、上流分岐通路５１における第１三方弁８２よりも上流側から下流側へと排気が流れる。この排気のガス圧によって、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間では、図４のドットで示すように、冷却水が分岐通路５０の下流へと押し流される。下流へと押し流された冷却水は、第２冷却水通路７４を通じて分岐通路５０から排出される。そして、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間はやがて排気で満たされるようになり、冷却水の排出は完了する（ステップＳ２０：ＹＥＳ）。この時点で、図１に示すように、第２三方弁８４が遮水モードに切り替えられる（ステップＳ３０）。したがって、これ以降は、排気が分岐通路５０の全域を流通する。つまり、排気再循環通路２０から分岐通路５０に流入した排気が、排気通路１４における排気スロットル１６よりも下流に至るようになる。ここで、排気スロットル１６が規定開度Ｐに制御されていることから、排気通路１４における排気スロットル１６よりも上流側のガス圧は、排気スロットル１６よりも下流側のガス圧に比べて高くなる。こうしたガス圧差により、分岐通路５０における排気の流通が促進され、分岐通路５０により一層多くの排気が流入するようになる。
分岐通路５０を流通する排気は、排気再循環バルブ３０のハウジング３２内の暖機流路３６を通過する際、排気再循環バルブ３０のハウジング３２を暖める。そして、排気再循環バルブ３０は徐々に暖機されていく。
やがて、排気再循環バルブ３０の温度が規定温度Ｍを越えると（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、すなわち排気再循環バルブ３０の暖機が完了すると、排気スロットル１６は全開とされる（ステップＳ５０）。また、排気再循環バルブ３０は通常制御によって開度変更される（ステップＳ５０）。したがって、内燃機関１０は通常の運転状態となる。
また、排気再循環バルブ３０の暖機が完了すると、図５に示すように、第１三方弁８２が通水モードに切り替えられる（ステップＳ５０）。これにより、図５の矢印Ａ４で示すように、上流分岐通路５１では、第１三方弁８２によって、当該第１三方弁８２よりも上流側からの排気の流れが遮断される。その一方で、図５のドットで示すように、上流分岐通路５１には、第１冷却水通路７２から冷却水が流入する。この冷却水によって、図５の矢印Ａ５で示すように、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間の排気は下流へと押し流される。冷却水が第２三方弁８４まで至ると、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間から排気が排出され、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間が冷却水で満たされる（ステップＳ６０：ＹＥＳ）。この時点で、図３に示すように、第２三方弁８４は通水モードに切り替えられる（ステップＳ７０）。したがって、これ以降は、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間で冷却水が流通する。これにより、排気再循環バルブ３０が冷却される。
次に、本実施形態の効果を説明する。
（１）排気再循環バルブ３０が冷たくなっている状態で内燃機関１０が始動して当該排気再循環バルブ３０に排気が流れると、排気に含まれる水分が結露して、当該排気再循環バルブ３０の弁体４０等の腐食を招くおそれがある。そのため、排気再循環バルブ３０を早期に暖機することが望まれる。上記構成では、排気再循環バルブ３０のハウジング３２に、排気再循環通路２０の一部を構成するバルブ流路３４とは別に、暖機流路３６を設けている。そして、この暖機流路３６に排気を流すことによって排気再循環バルブ３０の暖機を行う。このようにして排気を利用して排気再循環バルブ３０の暖機を行うことで、内燃機関１０の始動直後から排気再循環バルブ３０の暖機を開始できる。そのため、排気再循環バルブ３０の暖機を早期に完了できる。
（２）排気再循環バルブ３０の暖機に際して、排気再循環バルブ３０は全閉状態とされる。そのため、排気再循環バルブ３０の暖機に際してバルブ流路３４に排気が流入することはない。したがって、バルブ流路３４での結露を防止できる。また、排気再循環バルブ３０が全閉状態とされることによって、上記排気の流れで説明したとおり、分岐通路５０への排気の流入が促進される。したがって、排気再循環バルブ３０の暖機を促進できる。
（３）さらに、排気再循環バルブ３０の暖機に際して、排気スロットル１６の開度は、全開よりも小さく、全閉よりも大きな開度である規定開度Ｐとされる。排気スロットル１６の開度を全開よりも小さい開度とすることで、上記排気の流れで説明したとおり、分岐通路５０への排気の流入が促進される。したがって、排気再循環バルブ３０の暖機を促進できる。一方で、排気スロットル１６の開度を全閉よりも大きな開度とすることで、排気通路１４における排気スロットル１６よりも上流側のガス圧が過度に高くなることはない。そのため、気筒１２内から排気通路１４に排気が排出され難くなることはなく、ピストンの動作が妨げられることはない。
（４）排気再循環バルブ３０のハウジング３２に形成されている暖機流路３６は、その上流側の一部と下流側の一部とが、バルブ流路３４と等間隔を保ちつつ当該バルブ流路３４と同一方向に延びている。また、暖機流路３６とバルブ流路３４との間には、他の部材や窪みや空間が存在していない。こうした構成によれば、暖機流路３６に排気を流通させた際、暖機流路３６における上流側の一部と下流側の一部においては、バルブ流路３４を効率良く暖めることができる。排気再循環バルブ３０のうち、バルブ流路３４は、結露を回避したい部分であることから、特に温度を上昇させることが望まれる。こうした部分を効率良く暖めることは、排気再循環バルブ３０の暖機において好適である。
（５）内燃機関１０の始動直後は、分岐通路５０が冷たくなっていることもある。この状態で分岐通路５０に排気が流れると、排気に含まれる水分が結露する。上記構成では、分岐通路５０の材質がステンレス鋼となっていて腐食が生じに難い。そのため、分岐通路５０で結露が生じたとしても分岐通路５０が腐食することは抑制できる。
（６）ところで、上記実施形態では、分岐通路５０を、排気再循環バルブ３０を暖機するための排気の流路として利用するだけではなく、当該分岐通路５０の一部を、排気再循環バルブ３０を冷却するための冷却水の流路としても利用できる。このようにして一つの部材で二つの機能を発揮できるようにすることは、内燃機関１０の構造の簡略化や部材点数の削減に寄与する。
（７）上記実施形態では、内燃機関１０の始動に合わせて冷却水を分岐通路５０から排出する。その際、仮に第１三方弁８２及び第２三方弁８４の双方を同時に遮水モードに切り替えるとする。この場合、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間に冷却水が残存している状態で、上流分岐通路５１及び第１冷却水通路７２間の連通が遮断され、且つ、下流分岐通路５２及び第２冷却水通路７４間の連通が遮断されてしまう。この場合、上記残存している冷却水は、分岐通路５０から排気通路１４に流れ込んでしまう。
この点、上記実施形態では、第１結露センサ８６と第２結露センサ８８の検出結果に基づいて、第１三方弁８２と第２三方弁８４とで流路を切り替えるタイミングをずらしている。つまり、先ず第１三方弁８２を遮水モードにし、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間における冷却水の排出を検出した上で、第２三方弁８４を遮水モードにしている。そのため、冷却水が排気通路１４に排出されてしまうことを抑制できる。
（８）上記（７）欄と同様な効果は、第１三方弁８２及び第２三方弁８４を通水モードに切り替える際についていえる。具体的には、排気再循環バルブ３０の暖機完了に合わせて分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間から排気を排出する際、仮に第１三方弁８２及び第２三方弁８４の双方を同時に通水モードに切り替えるとする。この場合、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間に排気が残存している状態で、上流分岐通路５１及び第１冷却水通路７２間が連通され、且つ、下流分岐通路５２及び第２冷却水通路７４間が連通されてしまう。この場合、分岐通路５０に流れ込んだ冷却水に、上記残存している排気が混入する。
この点、上記構成では、第１結露センサ８６と第２結露センサ８８の検出結果に基づいて、第１三方弁８２と第２三方弁８４とで流路を切り替えるタイミングをずらしている。つまり、先ず第１三方弁８２を通水モードにし、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間における排気の排出を検出した上で、第２三方弁８４を通水モードにしている。そのため、冷却水に排気が混入することを抑制できる。
（９）排気再循環バルブ３０のハウジング３２に形成されている暖機流路３６は、バルブ流路３４と駆動機構４６との間に位置している。そのため、暖機流路３６に冷却水を流通させたときには、バルブ流路３４を流れる排気の熱影響が駆動機構４６に及ぶことを効果的に抑制できる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・バルブ制御処理のステップＳ２０に関して、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間からの冷却水の排出の完了を判定する方法は、第１結露センサ８６及び第２結露センサ８８を用いた上記実施形態の例に限定されない。例えば、ステップＳ１０の処理が完了してからの経過時間によって冷却水の排出の完了を判定してもよい。具体的には、第１三方弁８２を遮水モードに切り替えてから冷却水の排出が完了するまでの所要時間を予め定めておき、その所要時間が経過したときに、第２三方弁８４を遮水モードに切り替える。上記の所要時間は、分岐通路５０の長さやガス圧、さらには冷却水の水圧等に合わせて、実験等によって定めればよい。
・バルブ制御処理のステップＳ６０に関して、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間からの排気の排出の完了を判定する方法は、第１結露センサ８６及び第２結露センサ８８を用いた上記実施形態の例に限定されない。例えば、ステップＳ５０の処理が完了してからの経過時間によって排気の排出の完了を判定してもよい。具体的には、第１三方弁８２を通水モードに切り替えてから排気の排出が完了するまでの所要時間を予め定めておき、その所要時間が経過したときに、第２三方弁８４を通水モードに切り替える。上記の所要時間は、分岐通路５０の長さやガス圧、さらには冷却水の水圧等に合わせて、実験等によって定めればよい。
・上記の２つの変更例のように、バルブ制御処理におけるステップＳ２０及びステップＳ６０の双方で第１結露センサ８６及び第２結露センサ８８を用いないのであれば、これら第１結露センサ８６及び第２結露センサ８８を廃止してもよい。
・第２冷却水通路７４は、冷却水回路７０において第１冷却水通路７２の分岐箇所よりも上流側から分岐していてもよい。要は、第１冷却水通路７２及び第２冷却水通路７４を通じて、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間に冷却水を流通させたり、分岐通路５０における第１三方弁８２及び第２三方弁８４間から冷却水を排出させたりすることができればよい。
・第１冷却水通路７２及び上流分岐通路５１の連通を遮断または許容するための構造は、第１三方弁８２を利用したものに限定されない。例えば、第１冷却水通路７２の途中に、当該第１冷却水通路７２を開閉する弁部材を設けるとともに、上流分岐通路５１における第１冷却水通路７２との接続箇所よりも上流側に、上流分岐通路５１を開閉する弁部材を設ける。そして、第１冷却水通路７２及び上流分岐通路５１の連通を遮断するときには、第１冷却水通路７２に設けた弁部材を全閉状態とする一方で上流分岐通路５１に設けた弁部材を全開状態とする。また、第１冷却水通路７２及び上流分岐通路５１の連通を許容するときには、第１冷却水通路７２に設けた弁部材を全開状態とする一方で上流分岐通路５１に設けた弁部材を全閉状態とする。こうした態様によっても、第１三方弁８２を採用した場合と同様の流路の切り替えを実現できる。
・上記の変更例と同様、第２冷却水通路７４及び下流分岐通路５２の連通を遮断または許容するための構造についても、第２三方弁８４を利用したものに限定されない。
・分岐通路５０を冷却水の流路として利用する構成を廃止してもよい。つまり、分岐通路５０に対して第１冷却水通路７２及び第２冷却水通路７４を接続する構成を廃止してもよい。この場合、分岐通路５０は排気専用の流路となる。分岐通路５０を排気専用の流路として利用すれば、排気通路１４に冷却水が排出されたり、冷却水に排気が混入したりする懸念はなくなる。なお、分岐通路５０を排気専用の流路とする場合、排気再循環バルブ３０のハウジング３２に冷却水専用の流路を区画し、その流路に、冷却水回路７０の冷却水を流通させればよい。
・暖機流路３６の延設方向や、ハウジング３２内における暖機流路３６の位置は、上記実施形態の例に限定されない。つまり、暖機流路３６における一部分のみが、バルブ流路３４と等間隔を保ちつつバルブ流路３４と同一方向に延びていてもよいし、当該暖機流路３６の全体が、バルブ流路３４とは全く異なる方向に延びていてもよい。また、暖機流路３６とバルブ流路３４との間に、他の部材や窪みや空間が存在していてもよい。また、暖機流路３６は、バルブ流路３４と駆動機構４６との間から外れた位置に位置していてもよい。つまり、暖機流路３６は、排気再循環バルブ３０のハウジング３２内に区画されてさえいれば、その延設方向や位置を問わない。暖機流路３６が、排気再循環バルブ３０のハウジング３２内に区画されてさえいれば、排気によって当該ハウジング３２を暖めることができ、その熱によってバルブ流路３４を暖めることができる。つまり、排気再循環バルブ３０を暖機できる。
・バルブ制御処理のステップＳ１０に関して、排気スロットル１６を制御する開度は規定開度Ｐに限定されない。例えば、バルブ制御処理のステップＳ１０で、排気スロットル１６を全閉状態に制御してもよい。この場合、例えば分岐通路５０として相応に通路断面積の大きなものを採用すれば、ピストンの動作に対する抵抗が大きくなることもない。また、排気スロットル１６の構造によっては、当該排気スロットル１６を全閉状態にしても、排気通路１４にある程度の流路が確保されることがある。このような排気スロットル１６であれば、排気スロットル１６を全閉に制御することの弊害は生じ難い。
・ステップＳ１０に関して、排気スロットル１６を全開状態に制御してもよい。この場合でも、少なからず分岐通路５０に排気が流れる。そのため、排気再循環バルブ３０を暖機できる。
・ステップＳ１０に関して、排気再循環バルブ３０を全閉状態よりも大きな開度に制御してもよい。例えば、排気再循環バルブ３０の開度を全閉状態よりも多少大きくし、結露の問題が生じない程度の量の排気を吸気通路１３に再循環させつつ、分岐通路５０に排気を流通させて排気再循環バルブ３０を暖機してもよい。
・上流分岐通路５１は、排気再循環通路２０からではなく、排気通路１４における排気スロットル１６よりも上流側から延びていてもよい。この場合でも、排気通路１４における排気スロットル１６よりも上流側と下流側とのガス圧差を利用して、排気を暖機流路３６に導入できる。
・排気通路１４に配置される弁部材は、排気スロットル１６に限定されない。弁部材は、排気通路１４を流れる排気の流量を調整できる構造であればよい。弁部材は、排気通路１４を単に全開状態または全閉状態とするタイプのものでもよいし、全開状態と全閉状態との間で開度を変更できるタイプのものでもよい。ただし、規定開度Ｐを実現する上では、弁部材は、全開状態と全閉状態との間で開度を変更できるタイプであることが好ましい。例えば、排気再循環バルブ３０のような所謂ポペット式のものや、玉型弁などがあてはまる。
・上流分岐通路５１及び下流分岐通路５２の材質は、ステンレス鋼に限定されない。なお、上流分岐通路５１及び下流分岐通路５２の材質は、腐食が生じ難いものであることが好ましい。
・ハウジングの材質は、ステンレス鋼に限定されない。なお、ハウジングの材質は、腐食が生じ難いものであることが好ましい。
・排気再循環バルブ３０の温度の算出方法は、上記実施形態の例に限定されない。排気再循環バルブ３０に温度センサを取り付けて当該排気再循環バルブ３０の温度を直接検出してもよい。
・上記実施形態における内燃機関１０の全体構成はあくまでも概略的に例示したものである。例えば、気筒１２の数は３つに限定されない。
Ｍ…規定温度、１０…内燃機関、１３…吸気通路、１４…排気通路、１６…排気スロットル、２０…排気再循環通路、３０…排気再循環バルブ、３４…バルブ流路、３６…暖機流路、５０…分岐通路、５１…上流分岐通路、５２…下流分岐通路、７２…第１冷却水通路、７４…第２冷却水通路、８２…第１三方弁、８４…第２三方弁、１００…電子制御ユニット。
排気再循環バルブ暖機装置において、前記バルブ制御部は、前記弁部材の開閉を制御するものであり、前記バルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が前記規定温度に至るまでの間、前記弁部材を全開よりも小さい開度に制御してもよい。
排気再循環バルブ暖機装置において、前記バルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が前記規定温度に至るまでの間、前記弁部材を全閉よりも大きな開度に制御してもよい。
排気再循環バルブ暖機装置は、前記第１三方弁及び前記第２三方弁を制御する三方弁用のバルブ制御部を備え、前記三方弁用のバルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が前記規定温度に至るまでの間、前記第１冷却水通路及び前記分岐通路間での冷却水の流通が遮断されるように前記第１三方弁を制御するとともに、前記第２冷却水通路及び前記分岐通路間での冷却水の流通が遮断されるように前記第２三方弁を制御し、前記排気再循環バルブの温度が前記規定温度を越えると、前記第１冷却水通路及び前記分岐通路における前記第１三方弁よりも前記排気再循環バルブ側部分の間での冷却水の流通が許容されるように前記第１三方弁を制御するとともに、前記第２冷却水通路及び前記分岐通路における前記第２三方弁よりも前記排気再循環バルブ側部分の間での冷却水の流通が許容されるように前記第２三方弁を制御してもよい。
排気再循環バルブ暖機装置が適用された内燃機関の概略図。 排気再循環バルブの断面図。 第１三方弁及び第２三方弁の双方が通水モードである状態を表した図。 第１三方弁が遮断モードであり、第２三方弁が通水モードである状態を表した図。 第１三方弁が通水モードであり、第２三方弁が遮水モードである状態を表した図。 バルブ制御処理の処理手順を表したフローチャート。

Claims (7)

  1. 内燃機関における排気通路の途中に設けられ、前記排気通路を流れる排気の流量を調整する弁部材と、
    前記排気通路における前記弁部材よりも上流側から延びて前記内燃機関の吸気通路に接続され、排気を前記吸気通路に再循環させる排気再循環通路と、
    前記排気再循環通路の途中に設けられ、前記排気再循環通路を流れる排気の流量を調整する排気再循環バルブと、
    前記排気通路における前記弁部材よりも上流側、又は前記排気再循環通路における前記排気再循環バルブよりも排気の流れ方向の上流側から延びて、前記排気通路における前記弁部材よりも下流側に接続されている分岐通路とを有し、
    前記排気再循環バルブには、前記排気再循環通路の一部を構成するバルブ流路と、前記分岐通路の一部を構成する暖機流路とが区画されている
    排気再循環バルブ暖機装置。
  2. 前記排気再循環バルブの開閉を制御するバルブ制御部を備え、
    前記バルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が規定温度に至るまでの間、前記排気再循環バルブを全閉状態に制御する
    請求項１に記載の排気再循環バルブ暖機装置。
  3. 前記バルブ制御部は、前記弁部材の開閉を制御するものであり、
    前記バルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が規定温度に至るまでの間、前記弁部材を全開よりも小さい開度に制御する
    請求項２に記載の排気再循環バルブ暖機装置。
  4. 前記バルブ制御部は、前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が規定温度に至るまでの間、前記弁部材を全閉よりも大きな開度に制御する
    請求項３に記載の排気再循環バルブ暖機装置。
  5. 前記暖機流路の少なくとも一部は、前記バルブ流路と等間隔を保ちつつ当該バルブ流路と同一方向に延びている
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気再循環バルブ暖機装置。
  6. 前記分岐通路における前記排気再循環バルブよりも上流側には、冷却水が流れる第１冷却水通路が接続されており、
    前記分岐通路における前記排気再循環バルブよりも下流側には、冷却水が流れる第２冷却水通路が接続されており、
    前記分岐通路と前記第１冷却水通路との接続箇所には、第１三方弁が配置されており、
    前記分岐通路と前記第２冷却水通路との接続箇所には、第２三方弁が配置されている
    請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気再循環バルブ暖機装置。
  7. 前記第１三方弁及び前記第２三方弁を制御するバルブ制御部を備え、
    前記バルブ制御部は、
    前記内燃機関が始動してから、前記排気再循環バルブの温度が規定温度に至るまでの間、前記第１冷却水通路及び前記分岐通路間での冷却水の流通が遮断されるように第１三方弁を制御するとともに、前記第２冷却水通路及び前記分岐通路間での冷却水の流通が遮断されるように第２三方弁を制御し、
    前記排気再循環バルブの温度が規定温度を越えると、前記第１冷却水通路及び前記分岐通路における前記第１三方弁よりも前記排気再循環バルブ側部分の間での冷却水の流通が許容されるように前記第１三方弁を制御するとともに、前記第２冷却水通路及び前記分岐通路における前記第２三方弁よりも前記排気再循環バルブ側部分の間での冷却水の流通が許容されるように前記第２三方弁を制御する
    請求項６に記載の排気再循環バルブ暖機装置。
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