JP2021161901A - Ｅｇｒシステム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの運転状態が低回転高負荷となるときにも必要に応じて最適なＥＧＲを実行すること。【解決手段】ＥＧＲシステムは、エンジン１から排気通路３へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路２へ流してエンジン１へ還流させるためのＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２におけるＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁２４と、ＥＧＲ弁２４より上流であってＥＧＲ通路２２が排気通路３に通じる箇所の近傍にてＥＧＲ通路２２を開閉するための遮断弁２６と、エンジン１の運転状態を検出する運転状態検出手段７１〜７４と、検出される運転状態に応じてＥＧＲ弁２４及び遮断弁２６を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）８０とを備える。ＥＣＵ８０は、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるときは、ＥＧＲカット要求に従って遮断弁２６を制御する。【選択図】 図１

Description

この明細書に開示される技術は、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路を介して吸気通路へ流してエンジンへ還流すると共に、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と遮断弁を制御するように構成したＥＧＲシステムに関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される技術（「内燃機関の制御装置」）が知られている。この技術は、内燃機関（エンジン）から排気通路へ排出された排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ流すＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中に設けられ、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁とを備える。ところで、ＥＧＲ通路には排気通路での排気の脈動が伝播するが、この排気脈動が伝播する範囲の容積（ＥＧＲ通路の容積を含む）が大きいほど、排気脈動の振幅が小さくなり、エンジン気筒内に残留する既燃ガス量が多くなり、ＥＧＲガス流量の制御が難しくなる。

そこで、上記技術は、排気脈動が伝播する範囲をより狭くしつつ適性量のＥＧＲガスを供給できるようにすることを目的とし、ＥＧＲ弁より上流側であってＥＧＲ通路が排気通路に接続される箇所の近傍にてＥＧＲ通路を開閉するノーマルオープン型の開閉装置（遮断弁）と、その遮断弁の開度を変更する変更手段（電子制御装置：ＥＣＵ）とを更に備えている。ＥＣＵは、エンジンの運転状態が低回転高負荷となるときに遮断弁を閉弁し、その他の運転状態では遮断弁を開弁するように遮断弁を制御するようになっている。

特許第５０１８９７４号公報

ところが、特許文献１に記載の技術では、エンジンの運転状態が低回転高負荷となるときに遮断弁を閉弁する制御をしていたので、その閉弁の間はＥＧＲを実行することができず、その分だけＥＧＲを実行できるエンジンの運転状態（運転領域）が制限されることになった。このため、エンジンの運転状態に応じた最適なＥＧＲを実行することができず、ＥＧＲによってエンジンの出力を必要十分に向上させることができなかった。

この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの運転状態が低回転高負荷となるときにも必要に応じて最適なＥＧＲを実行することを可能としたＥＧＲシステム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に記載の技術は、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ流してエンジンへ還流させるためのＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁と、ＥＧＲ弁より上流であってＥＧＲ通路が排気通路に通じる箇所の近傍にてＥＧＲ通路を開閉するための遮断弁と、遮断弁は、流路と、流路を開閉する弁体とを含むことと、エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、検出される運転状態に応じてＥＧＲ弁及び遮断弁を制御するための制御手段とを備えたＥＧＲシステムにおいて、制御手段は、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるときは、ＥＧＲカット要求に従って遮断弁を制御することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、エンジンの運転時において、遮断弁を開弁すると共にＥＧＲ弁を開弁することにより、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路を介し吸気通路へ流れ、エンジンへ還流される。ここで、運転状態検出手段により検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるときは、制御手段がＥＧＲカット要求に従って遮断弁を制御する。すなわち、運転状態がＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるときに、ＥＧＲカット要求が無い場合は、制御手段が遮断弁を開弁制御する。従って、併せてＥＧＲ弁が開弁されることにより、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路を介して吸気通路へ流れ、エンジンへ還流される。一方、運転状態がＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるときに、ＥＧＲカット要求が有る場合は、制御手段が遮断弁を閉弁制御する。従って、排気通路からＥＧＲ通路へのＥＧＲガスの流れが遮断され、エンジンへのＥＧＲガスの還流がカットされる。このとき、エンジンの排気系の容積は主として排気通路の容積のみとなり、エンジンの排気脈動の低下が抑えられる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、制御手段は、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるとき以外では、ＥＧＲカット要求によらず遮断弁を強制的に開弁することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるとき以外では、制御手段がＥＧＲカット要求によらず遮断弁を強制的に開弁する。従って、エンジンから排気通路へ高圧の排気ガスが流れても、その排気ガスの一部が遮断弁を通過してＥＧＲ通路の下流側へ流れるので、遮断弁への応力負荷が低減される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の技術は、請求項１又は２に記載の技術において、制御手段は、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度未満であって高回転高負荷となるときは、遮断弁を強制的に開弁することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１又は２に記載の技術の作用に加え、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度未満であって高回転高負荷となるときは、制御手段が遮断弁を強制的に開弁する。従って、エンジンから排気通路へより高圧の排気ガスが流れても、その排気ガスの一部が遮断弁を通過してＥＧＲ通路の下流側へ流れるので、遮断弁への応力負荷が低減される。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の技術は、請求項３に記載の技術において、制御手段は、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度未満であって高回転高負荷となるとき以外では、遮断弁を閉弁することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項３に記載の技術の作用に加え、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度未満であって高回転高負荷となるとき以外では、制御手段が遮断弁を閉弁する。従って、排気通路に排気脈動が作用しても、遮断弁が閉弁されるので、ＥＧＲ通路へのＥＧＲガスの流れが遮断される。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の技術は、請求項１乃至４のいずれかに記載の技術において、遮断弁は、閉弁時に弁体の上流側と下流側とを連通させる空間を有することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項請求項１乃至４のいずれかに記載の技術の作用に加え、遮断弁の閉弁時には、弁体の上流側と下流側とが空間により連通するので、弁体の上流側にかかる圧力と下流側にかかる圧力との差（前後差圧）が、空間により低減される。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の技術は、請求項５に記載の技術において、空間は、弁体の少なくとも一か所に設けられ、弁体の上流側から下流側へ貫通する貫通孔であることを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項５に記載の技術の作用に加え、遮断弁の閉弁時には、弁体の前後差圧が、弁体の貫通孔により低減される。

上記目的を達成するために、請求項７に記載の技術は、請求項５に記載の技術において、空間は、弁体の外縁と流路の内壁との間の少なくとも一部に設けられた隙間であることを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項５に記載の技術の作用に加え、遮断弁の閉弁時には、弁体の前後差圧が、弁体と流路の内壁との間の隙間により低減される。

上記目的を達成するために、請求項８に記載の技術は、請求項１乃至７のいずれかに記載の技術において、遮断弁は、弁体が回転軸を中心に回動するバタフライ弁であることを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１乃至７のいずれかに記載の技術の作用に加え、遮断弁としてのバタフライ弁を閉弁状態から開弁させるとき、その弁体の上流側にかかる圧力と下流側にかかる圧力が、それぞれ弁体を回転軸を中心に回動させる方向に作用する。

上記目的を達成するために、請求項９に記載の技術は、請求項１乃至７のいずれかに記載の技術において、遮断弁は、弁体が回転軸を中心に揺動するスイングアーム弁であることを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１乃至７のいずれかに記載の技術の作用に加え、遮断弁としてのスイングアーム弁を閉弁状態から開弁させるとき、その弁体の上流側又は下流側にかかる圧力が弁体を回転軸を中心に揺動させる方向に作用する。

上記目的を達成するために、請求項１０に記載の技術は、請求項１乃至９のいずれかに記載の技術において、前記遮断弁は、前記弁体を駆動するための駆動部を更に備え、前記駆動部は、作動圧力の供給を受けて動作するダイアフラムアクチュエータであることを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１乃至９のいずれかに記載の技術の作用に加え、遮断弁の弁体を駆動する駆動部が、作動圧力の供給を受けて動作するダイアフラムアクチュエータであることから、高温のＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路の近傍に配置されても、電動式のアクチュエータに比べて耐高熱性が得られ、小型化が可能となる。

請求項１に記載の技術によれば、エンジンの運転状態が低回転高負荷となるときにも必要に応じて最適なＥＧＲを実行することができる。この結果、エンジンの出力を向上させることができる。

請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、遮断弁を構成する弁体や回転軸等の部品の剛性を必要以上に高める必要がなく、遮断弁のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

請求項３に記載の技術によれば、請求項１又は２に記載の技術の効果に加え、エンジン１の排気脈動の低下が抑えられ、エンジン１の出力を向上させることができる。

請求項４記載の技術によれば、請求項３に記載の技術の効果に加え、低温下でも遮断弁より下流のＥＧＲ通路での凝縮水の発生を抑制することができる。

請求項５に記載の技術によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の技術の効果に加え、弁体及び回転軸に作用する応力負荷を低減することができ、遮断弁のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

請求項６に記載の技術によれば、請求項５に記載の技術の効果と同等の効果を得ることができる。

請求項７に記載の技術によれば、請求項５に記載の技術の効果と同等の効果を得ることができる。

請求項８に記載の技術によれば、請求項１乃至７のいずれかに記載の技術の効果に加え、遮断弁における弁体の前後差圧の影響を低減することができ、遮断弁のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

請求項９に記載の技術によれば、請求項１乃至７のいずれかに記載の技術の効果に加え、遮断弁における弁体の前後差圧の影響を低減することができ、遮断弁のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

請求項１０に記載の技術によれば、請求項１乃至９のいずれかに記載の技術の効果に加え、車両における遮断弁のための搭載スペースの縮小を図ることができる。

第１実施形態に係り、エンジンシステムを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示すグラフ。 第１実施形態に係り、遮断弁の機械的構成を示す概略図。 第１実施形態に係り、流路における回転軸と弁体を示す断面図。 第１実施形態に係り、遮断弁制御の内容を示すフローチャート。 第１実施形態に係り、エンジン回転数と吸気圧力から規定されるエンジンの運転領域のイメージを示すマップ。 第１実施形態に係り、エンジン回転数と吸気圧力から規定されるエンジンの運転領域のイメージを示すマップ。 第２実施形態に係り、遮断弁（閉弁状態）の構成を示す概略図。 第２実施形態に係り、遮断弁（開弁状態）の構成を示す概略図。 第２実施形態に係り、エンジン回転数と吸気圧力の変化に対する遮断弁の前後差圧のイメージを示すマップ。 第３実施形態に係り、遮断弁（開弁状態）の構成を示す概略図。 第３実施形態に係り、遮断弁（閉弁状態）の構成を示す概略図。 別の実施形態に係り、ＥＧＲクーラの内部構造を示す断面図。 別の実施形態に係り、流路における回転軸と弁体を示す断面図。

以下、ＥＧＲシステムを、過給機と高圧ループ（ＨＰＬ）式のＥＧＲ装置を備えたガソリンエンジンシステムに具体化したいくつかの実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態について図面を参照して説明する。

[ガソリンエンジンシステムについて]
図１に、この実施形態に係り、ガソリンエンジンシステム（以下、単に「エンジンシステム」という）を概略構成図により示す。自動車に搭載された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には、その各気筒へ吸気を導入するための吸気通路２と、各気筒から排気を導出するための排気通路３が設けられる。吸気通路２と排気通路３には、過給機５が設けられる。吸気通路２には、エアクリーナ４、過給機５のコンプレッサ５ａ、インタークーラ６、スロットル装置７及び吸気マニホールド８が設けられる。スロットル装置７は、バタフライ式のスロットル弁７ａが開閉されることにより、吸気通路２を流れる吸気量を調節するようになっている。吸気マニホールド８は、サージタンク８ａと、サージタンク８ａからエンジン１の各気筒へ分岐する複数の分岐通路８ｂとを含む。排気通路３には、排気マニホールド９、過給機５のタービン５ｂ、排気を浄化するための触媒１０が設けられる。エンジン１は周知の構成を備え、燃料と吸気との混合気を燃焼し、燃焼後の排気を排気通路３へ排出するようになっている。過給機５は、タービン５ｂが排気の流れにより回転動作し、それに連動してコンプレッサ５ａが回転することにより、吸気通路２の吸気を昇圧させるようになっている。

[ＥＧＲ装置について]
このエンジンシステムは、ＨＰＬ式のＥＧＲ装置２１を備える。このＥＧＲ装置２１は、エンジン１から排気通路３へ排出される排気の一部を排気還流ガス（ＥＧＲガス）として吸気通路２へ流して各気筒へ還流させるための排気還流通路（ＥＧＲ通路）２２と、ＥＧＲ通路２２に設けられ、ＥＧＲガスを冷却するための排気還流クーラ（ＥＧＲクーラ）２３と、ＥＧＲクーラ２３より下流のＥＧＲ通路２２に設けられ、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁２４と、ＥＧＲ弁２４及びＥＧＲクーラ２３より上流であってＥＧＲ通路２２が排気通路３に通じる箇所の近傍にてＥＧＲ通路２２を開閉するための遮断弁２６とを含む。ＥＧＲ通路２２は、入口２２ａと複数の出口２２ｂを含む。ＥＧＲ通路２２の下流側には、複数の出口２２ｂを有するＥＧＲ分配管２５が設けられる。ＥＧＲ分配管２５は、吸気マニホールド８の分岐通路８ｂに設けられる。この実施形態で、ＥＧＲ通路２２の入口２２ａは、排気マニホールド９とタービン５ｂとの間の排気通路３に接続される。また、ＥＧＲガスを各気筒へ均等に導入するために、ＥＧＲ分配管２５の複数の出口２２ｂは、それぞれ各分岐通路８ｂに連通する。この実施形態で、ＥＧＲ弁２４は、開度可変なポペット弁式の電動弁（ステップモータ式、或いはＤＣモータ式）により構成される。

［遮断弁の機能について］
ここで、過給機５とＨＰＬ式のＥＧＲ装置２１を備えたエンジンシステムにおける遮断弁２６の機能について説明する。図２に、エンジン回転数ＮＥとエンジントルクとの関係をグラフにより示す。図２において、実線は遮断弁２６が閉弁した場合を示し、破線は遮断弁２６が開弁した場合の閉弁した場合との違いを示す。図２に示すように、遮断弁２６が開弁した場合（破線）は、閉弁した場合（実線）と比べ、低回転域でのエンジントルクの立ち上がりがやや緩やかになることがわかる。これは、遮断弁２６が開弁すると、タービン５ｂより上流の排気系の容積がＥＧＲ通路２２の分だけ増加し、それによって排気通路３における排気脈動の振幅が減少し、タービン５ｂの効率が低下することでエンジントルクとその応答性が低下することによると考えられる。

上記した遮断弁２６の機能を前提とし、高回転高過給域にてＥＧＲを実行するには、遮断弁２６の構成として、弁前後差圧が高くても開閉可能なアクチュエータ、すなわち高駆動トルクのアクチュエータが必要になる。ここで、弁前後差圧が高くても駆動トルクを低減できる遮断弁２６の構成として、例えば、バタフライ弁を使用することが考えられる。ただし、遮断弁２６にバタフライ弁を使用しても、高い弁前後差圧がかかると、その回転軸と弁体との締結部に大きな負荷がかかる。そのため、バタフライ弁の剛性を高めるために、回転軸の外径、締結ネジの外径、弁体の板厚等を大きくすることが必要になる。

[遮断弁について]
そこで、この実施形態では、遮断弁２６に関する上記課題に対処するために、遮断弁２６につき、次のような機械的構成を備えている。すなわち、その一つは、図１に示すように、ＥＧＲ通路２２において、ＥＧＲクーラ２３の前（上流側）に遮断弁２６が配置され、ＥＧＲクーラ２３の後（下流側）にポペット式のＥＧＲ弁２４が配置される。

ここで、図３に、この実施形態の遮断弁２６の機械的構成を概略図により示す。図３に示すように、遮断弁２６は、流路３１と、流路３１を開閉する弁体３２とを含み、弁体３２は回転軸３３を中心に回動するバタフライ弁より構成される。遮断弁２６は、弁体３２を駆動するための駆動部３４と、駆動部３４に作動圧力として負圧と大気圧を選択的に供給するための電動式の三方弁３５とを更に備える。

この実施形態で、駆動部３４は、作動圧力の供給を受けて動作する周知のダイアフラムアクチュエータ３６により構成される。ダイアフラムアクチュエータ３６は、大気圧が供給されるときにスプリング３６ａの力によりロッド３６ｂを伸長させる。このとき、リンク３６ｃを介して回転軸３３が正転することで、図２に実線で示すように弁体３２が閉弁し、流路３１が閉じるようになっている。また、ダイアフラムアクチュエータ３６は、負圧の供給を受けてスプリング３６ａの力に抗してロッド３６ｂを収縮させる。このとき、リンク３６ｃを介して回転軸３３が逆転することで、図３に２点鎖線で示すように弁体３２が開弁し、流路３１が開くようになっている。

図４に、流路３１における回転軸３３と弁体３２を断面図により示す。図４に示すように、弁体３２は、閉弁時に弁体３２の上流側と下流側とを連通させる空間３８を有する。この実施形態で、空間３８は、弁体３２の一か所に設けられ、弁体３２の上流側から下流側へ貫通する貫通孔３９により構成される。

[エンジンシステムの電気的構成について]
次に、エンジンシステムの電気的構成の一例について説明する。図１に示すように、このエンジンシステムには、各種センサ等７１〜７８が設けられる。エンジン１に設けられた水温センサ７１は、エンジン１の内部を流れる冷却水の温度（冷却水温度）ＴＨＷを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた回転数センサ７２は、クランクシャフトの回転数（エンジン回転数）ＮＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エアクリーナ４に設けられたエアフローメータ７３は、エアクリーナ４を流れる吸気量Ｇａを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。サージタンク８ａに設けられた吸気圧センサ７４は、スロットル装置７より下流の吸気通路２（サージタンク８ａ）における吸気圧力ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。スロットル装置７に設けられたスロットルセンサ７５は、スロットル弁７ａの開度（スロットル開度）ＴＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。タービン５ｂと触媒１０との間の排気通路３に設けられた酸素センサ７６は、排気中の酸素濃度Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エアクリーナ４の入口に設けられた吸気温センサ７７は、エアクリーナ４に吸入される外気の温度（吸気温度）ＴＨＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。また、この実施形態の自動車には、その車速ＳＰＤを検出するための車速センサ７８が設けられる。車速センサ７８は、車速ＳＰＤの検出値に応じた電気信号を出力する。水温センサ７１、回転数センサ７２及び吸気圧センサ７４は、この開示技術における運転状態検出手段の一例に相当する。

このエンジンシステムは、同システムの制御を司る電子制御装置（ＥＣＵ）８０を更に備える。ＥＣＵ８０には、各種センサ等７１〜７８がそれぞれ接続される。また、ＥＣＵ８０には、ＥＧＲ弁２４及び遮断弁２６の三方弁３５の他、インジェクタ（図示略）及びイグニションコイル（図示略）が接続される。ＥＣＵ８０は、この開示技術における制御手段の一例に相当する。周知のようにＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ、外部入力回路及び外部出力回路等を備える。メモリには、各種制御に関する所定の制御プログラムが格納される。ＣＰＵは、入力回路を介して入力される各種センサ等７１〜７８の検出信号に基づき、所定の制御プログラムに基づいて燃料噴射制御、点火時期制御、ＥＧＲ制御及び遮断弁制御等を実行するようになっている。

この実施形態で、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ制御において、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁２４を制御するようになっている。具体的には、ＥＣＵ８０は、エンジン１の停止時、アイドル運転時及び減速運転時には、ＥＧＲ弁２４を全閉に制御し、それ以外の運転時には、その運転状態に応じて目標ＥＧＲ開度を求め、ＥＧＲ弁２４をその目標ＥＧＲ開度に制御するようになっている。また、ＥＣＵ８０は、このＥＧＲ制御に関連して遮断弁２６を開閉する遮断弁制御を実行するようになっている。そして、ＥＧＲ弁２４と共に遮断弁２６が開弁されることにより、エンジン１から排気通路３へ排出され、タービン５ｂに流入する前の排気の一部が、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路２２、遮断弁２６、ＥＧＲクーラ２３、ＥＧＲ弁２４及びＥＧＲ分配管２５等を介して吸気通路２（吸気マニホールド８）へ流れ、エンジン１の各気筒へ還流される。

[遮断弁制御について]
この実施形態では、遮断弁２６に関する上記課題に対処するために、次のような遮断弁制御を実行するようになっている。図５に、この遮断弁制御の内容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、ＥＣＵ８０は、各種センサ等７１〜７８の検出値に基づき、エンジン１や車両の運転状態に係るエンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、吸気量Ｇａ、吸気圧力ＰＭ、車速ＳＰＤ、冷却水温度ＴＨＷ及び吸気温度ＴＨＡを取り込む。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ８０は、冷却水温度ＴＨＷが、ＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ以上か否かを判断する。ここで、ＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳは、ＥＧＲガスのエンジン１への還流を開始する所定の温度（冷却水温度）を意味し、この開示技術におけるＥＧＲ開始温度の一例に相当する。ＥＣＵ８０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１２０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１５０へ移行する。

ステップ１２０で、ＥＣＵ８０は、エンジン１の運転状態が、図６に示す所定のＡ領域にあるか否かを判断する。図６は、エンジン回転数ＮＥと吸気圧力ＰＭから規定されるエンジン１の運転領域のイメージをマップにより示す。図６に示すように、Ａ領域は、低回転高負荷の領域に相当する。ここで、「低回転高負荷」は、エンジン回転数ＮＥが低く、かつ、エンジン負荷ＫＬが高くなることを意味する。ＥＣＵ８０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１３０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１６０へ移行する。

ステップ１３０では、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲカット要求が有るか否かを判断する。ここで、「ＥＧＲカット要求」は、エンジン１に対するＥＧＲガスの還流を遮断する要求を意味する。ＥＣＵ８０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１４０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１６０へ移行する。

そして、ステップ１４０では、ＥＣＵ８０は、遮断弁２６を閉弁制御する。すなわち、ＥＣＵ８０は、遮断弁２６を強制的に閉弁するために、三方弁３５を制御する。その後、ＥＣＵ８０は、処理をステップ１００へ戻す。

一方、ステップ１１０から移行してステップ１５０では、ＥＣＵ８０は、エンジン１の運転状態が、図７に示す所定のＢ領域にあるか否かを判断する。図７は、エンジン回転数ＮＥと吸気圧力ＰＭから規定されるエンジン１の運転領域のイメージをマップにより示す。図７に示すように、Ｂ領域は、高回転高負荷の領域に相当する。ここで、「高回転高負荷」は、エンジン回転数ＮＥが高く、かつ、エンジン負荷ＫＬが高くなることを意味する。このＢ領域では、エンジン１が高排気圧力、高排気脈動及び高排気温度となる。そのため、遮断弁２６が閉弁状態となる場合、その弁体３２の前後差圧（上流側の圧力と下流側の圧力との差）が大きくなり、弁体３２に振幅の大きい高い排気脈動波が作用する。また、弁体３２が高温の排気に曝されることから、その材料強度が低下するおそれがある。そこで、ＥＣＵ８０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１６０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１４０へ移行する。

そして、ステップ１２０、ステップ１３０又はステップ１５０から移行してステップ１６０では、ＥＣＵ８０は、遮断弁２６を開弁制御する。すなわち、ＥＣＵ８０は、遮断弁２６を強制的に開弁するために、三方弁３５を制御する。その後、ＥＣＵ８０は、処理をステップ１００へ戻す。

上記した遮断弁制御によれば、ＥＣＵ８０は、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるときは、ＥＧＲカット要求に従って遮断弁２６を制御するようになっている。すなわち、ＥＣＵ８０は、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ以上であって、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧力ＰＭにより規定される運転領域が図６のＡ領域にあり、かつ、ＥＧＲカット要求が有る場合は、遮断弁２６を閉弁制御する。一方、ＥＣＵ８０は、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ以上であって、前記運転領域が図６のＡ領域にあり、かつ、ＥＧＲカット要求が無い場合は、遮断弁２６を開弁制御するようになっている。

上記した遮断弁制御によれば、ＥＣＵ８０は、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるとき以外では、ＥＧＲカット要求によらず遮断弁２６を強制的に開弁するようになっている。すなわち、ＥＣＵ８０は、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ以上であって、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧力ＰＭにより規定される運転領域が図６のＡ領域以外の領域にある場合は、ＥＧＲカット要求の有無にかかわらず遮断弁２６を強制的に開弁制御する。

また、上記した遮断弁制御によれば、ＥＣＵ８０は、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度未満であって高回転高負荷となるときは、遮断弁２６を強制的に開弁するようになっている。すなわち、ＥＣＵ８０は、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ未満であって、前記運転領域が図７のＢ領域にある場合は、遮断弁２６を強制的に開弁制御する。

更に、上記した遮断弁制御によれば、ＥＣＵ８０は、検出される運転状態が、ＥＧＲ開始温度未満であって高回転高負荷となるとき以外では、遮断弁２６を閉弁するようになっている。すなわち、ＥＣＵ８０は、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ未満であって、前記運転領域が図７のＢ領域以外の領域にある場合は、遮断弁２６を強制的に閉弁制御する。

[ＥＧＲシステムの作用及び効果について]
以上説明したこの実施形態におけるＥＧＲシステムの構成によれば、エンジン１の運転時において、遮断弁２６を開弁すると共にＥＧＲ弁２４を開弁することにより、エンジンから排気通路３へ排出される排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路２２を介し吸気通路２へ流れ、エンジン１へ還流される。

ここで、各種センサ等７１〜７８により検出されるエンジン１の運転状態につき、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ（ＥＧＲ開始温度）以上であって、エンジン回転数ＮＥと吸気圧力ＰＭで規定される運転領域が図６のＡ領域（低回転高負荷）となるときは、ＥＣＵ８０がＥＧＲカット要求に従って遮断弁２６を制御する。すなわち、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ以上であって、運転領域が図６のＡ領域となるときに、ＥＧＲカット要求が無い場合は、ＥＣＵ８０が遮断弁２６を開弁制御する。従って、併せてＥＧＲ弁２４が開弁されることにより、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路２２を介して吸気通路２へ流れ、エンジンへ還流される。一方、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ以上であって、運転領域が図６のＡ領域となるときに、ＥＧＲカット要求が有る場合は、ＥＣＵ８０が遮断弁２６を閉弁制御する。従って、排気通路３からＥＧＲ通路２２へのＥＧＲガスの流れが遮断され、エンジン１へのＥＧＲガスの還流がカットされる。このとき、エンジン１の排気系の容積、特にタービン５ｂより上流の排気系の容積は、排気通路３の容積のみとなり、エンジン１の排気脈動の低下が抑えられる。このため、エンジン１の運転状態（運転領域）が図６のＡ領域（低回転高負荷）となるときにも、必要に応じて最適なＥＧＲを実行することができる。この結果、タービン５ｂの効率が向上し、エンジン１の出力を向上させることができる。

この実施形態の構成によれば、検出されるエンジン１の運転状態につき、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ（ＥＧＲ開始温度）以上であって、エンジン回転数ＮＥと吸気圧力ＰＭで規定される運転領域が図６のＡ領域（低回転高負荷）となるとき以外では、ＥＣＵ８０がＥＧＲカット要求によらず遮断弁２６を強制的に開弁制御する。従って、エンジン１から排気通路３へ高圧の排気ガスが流れても、その排気ガスの一部が遮断弁２６を通過してＥＧＲ通路２２の下流側へ流れるので、遮断弁２６への応力負荷が低減される。このため、遮断弁２６を構成する弁体３２や回転軸３３等の部品の剛性を必要以上に高める必要がなく、遮断弁２６のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

この実施形態の構成によれば、検出されるエンジン１の運転状態につき、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ（ＥＧＲ開始温度）未満であって、エンジン回転数ＮＥと吸気圧力ＰＭで規定される運転領域が図７のＢ領域（高回転高負荷）となるときは、ＥＣＵ８０が遮断弁２６を強制的に開弁制御する。従って、エンジン１から排気通路３へより高圧の排気ガスが流れても、その排気ガスの一部が遮断弁２６を通過してＥＧＲ通路２２の下流側へ流れるので、遮断弁２６への応力負荷が低減される。このため、遮断弁２６を構成する弁体３２や回転軸３３等の部品の剛性を必要以上に高める必要がなく、遮断弁２６のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

この実施形態の構成によれば、検出されるエンジン１の運転状態につき、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲ開始水温度ＴＨＷＥＳ（ＥＧＲ開始温度）未満であって、エンジン回転数ＮＥと吸気圧力ＰＭで規定される運転領域が図７のＢ領域（高回転高負荷）となるとき以外では、ＥＣＵ８０が遮断弁２６を閉弁制御する。従って、排気通路３に排気脈動が作用しても、遮断弁２６が閉弁されるので、ＥＧＲ通路２２へのＥＧＲガスの流れが遮断される。このため、エンジン１の排気脈動の低下が抑えられ、タービン５ｂの効率が向上し、エンジン１の出力を向上させることができる。また、低温下でも遮断弁２６より下流のＥＧＲ通路２２での凝縮水の発生を抑制することができる。すなわち、低温下でもＥＧＲクーラ２３やＥＧＲ弁２４での凝縮水の発生を抑制することができる。

この実施形態の構成によれば、遮断弁２６の閉弁時には、その弁体３２の上流側と下流側とが空間３８（貫通孔３９）により連通するので、弁体３２の上流側にかかる圧力と下流側にかかる圧力との差（前後差圧）が、空間３８（貫通孔３９）により低減される。このため、弁体３２及び回転軸３３に作用する応力負荷を低減することができ、遮断弁２６のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

この実施形態の構成によれば、遮断弁２６としてのバタフライ弁を閉弁状態から開弁させるとき、その弁体３２の上流側にかかる圧力と下流側にかかる圧力が、それぞれ弁体３２を回転軸３３を中心に作用する。このため、遮断弁２６における弁体３２の前後差圧の影響を低減（半減）することができ、遮断弁２６のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

この実施形態の構成によれば、遮断弁２６の弁体３２を駆動する駆動部３４が、負圧又は大気圧（作動圧力）の供給を受けて動作するダイアフラムアクチュエータ３６により構成される。従って、ダイアフラムアクチュエータ３６が高温のＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路２２の近傍に配置されても、電動式のアクチュエータに比べて耐高熱性が得られ、小型化が可能となる。このため、車両における遮断弁２６のための搭載スペースの縮小を図ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、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。

[遮断弁について]
この実施形態では、遮断弁の構成の点で第１実施形態と異なる。図８、図９に、この実施形態の遮断弁２８の構成を概略図により示す。図８に、閉弁状態の遮断弁２８を示し、図９に開弁状態の遮断弁２８を示す。この実施形態で、遮断弁２８はノーマル閉弁タイプとなっている。図８、図９に示すように、遮断弁２８は、流路４１と、流路４１を開閉する弁体４２とを含み、弁体４２は回転軸４３を中心に揺動するスイングアーム弁より構成される。流路４１は途中で内径が拡大され、その上流側よりも下流側で内径が大きくなっている。流路４１の拡径部は弁体４２が着座する弁座４４となっている。この実施形態でも、遮断弁２８は、弁体４２の駆動部３４と、電動式の三方弁３５とを更に備える。弁体４２は、貫通孔３９により構成される空間３８が設けられる。遮断弁２８は、ＥＧＲ通路２２が排気通路３に通じる箇所の近傍にてＥＧＲ通路２２の途中に配置される。

この実施形態でも、駆動部３４は周知のダイアフラムアクチュエータ３６により構成される。ダイアフラムアクチュエータ３６は、大気圧が供給されるときにスプリング３６ａの力によりロッド３６ｂを伸長させる。このとき、リンク３６ｃを介して回転軸４３が正転することで、図８に示すように弁体４２が弁座４４に着座して閉弁し、流路３１が閉じるようになっている。また、ダイアフラムアクチュエータ３６は、負圧の供給を受けてスプリング３６ａの力に抗してロッド３６ｂを収縮させる。このとき、リンク３６ｃを介して回転軸３３が逆転することで、図９に示すように弁体４２が弁座４４から離間して開弁し、流路４１が開くようになっている。この実施形態では、弁体４２は、ＥＧＲ通路２２の下流側へ向けて開弁するようになっている。

図１０に、エンジン回転数ＮＥと吸気圧力ＰＭの変化に対する遮断弁２８の前後差圧のイメージをマップにより示す。図１０において、マイナス数字及びプラス数字を付した折れ線は、前後差圧の変化を示す。マイナス数字を付した折れ線は、弁体４２を排気通路３の側へ引く前後差圧を示し、プラス数字を付した折れ線は、弁体４２を吸気通路２の側へ引く前後差圧を示す。図１０からわかるように、エンジン１の運転状態が低回転高負荷となる領域では、前後差圧がマイナス数字となり、弁体４２が排気通路３の側へ引かれることになる。従って、ダイアフラムアクチュエータ３６としては、図１０から、「−３０（ｋＰａ）＋α」程度の前後差圧に打ちかつアクチュエータを設ければよいことがわかる。

これに対し、仮に、弁体４２を、排気通路３の側へ向けて開弁するように構成したとすると、図１０からわかるように、エンジン１の運転状態が低負荷となる領域でも、前後差圧がプラス数字となる。従って、ダイアフラムアクチュエータ３６としては、「＋８０（ｋＰａ）＋α」の前後差圧に打ちかつアクチュエータが必要になってしまう。

[ＥＧＲシステムの作用及び効果について]
以上説明したこの実施形態におけるＥＧＲシステムの構成によれば、遮断弁２８の構成が異なるものの、基本的には、第１実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。

加えて、この実施形態では、遮断弁２８としてのスイングアーム弁を閉弁状態から開弁させるとき、その弁体４２の上流側にかかる圧力が弁体４２を回転軸４３を中心に揺動させる方向に作用する。このため、遮断弁２８における弁体４２の前後差圧の影響を低減することができ、遮断弁２８のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について図面を参照して説明する。

[遮断弁について]
この実施形態では、遮断弁の構成の点で第２実施形態と一部の構成が異なる。図１１、図１２に、この実施形態の遮断弁３０の構成を概略図により示す。図１１に、開弁状態の遮断弁３０を示し、図１２に閉弁状態の遮断弁３０を示す。この実施形態で、遮断弁３０は、第２実施形態と異なりノーマル開弁タイプであり、排気通路３に対する配置は第２実施形態と逆になっているが、それ以外の構成については第２実施形態のそれと同じである。

この実施形態で、図１１に示すように、ダイアフラムアクチュエータ３６は、大気圧が供給されるときにスプリング３６ａの力によりロッド３６ｂを伸長させる。このとき、リンク３６ｃを介して回転軸４３が正転することで、弁体４２が弁座４４から離間して開弁し、流路４１が開くようになっている。また、図１２に示すように、ダイアフラムアクチュエータ３６は、負圧の供給を受けてスプリング３６ａの力に抗してロッド３６ｂを収縮させる。このとき、リンク３６ｃを介して回転軸４３が逆転することで、弁体４２が弁座４４に着座して閉弁し、流路４１が閉じるようになっている。この実施形態でも、弁体４２は、ＥＧＲ通路２２の下流側へ向けて開弁するようになっている。

[ＥＧＲシステムの作用及び効果について]
以上説明したこの実施形態におけるＥＧＲシステムの構成によれば、遮断弁３０の構成が一部異なるものの、第２実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。

なお、この開示技術は前記各実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

（１）前記第２及び第３の実施形態では、遮断弁２８，３０を構成するスイングアーム弁タイプの弁体４２と回転軸４３を、ＥＧＲ通路２２が排気通路３に通じる箇所の近傍にてＥＧＲ通路２２の途中に配置した。これに対し、図１３にＥＧＲクーラ２３を断面図で示すように、遮断弁を構成するスイングアーム弁タイプの弁体４２と回転軸４３を、ＥＧＲクーラ２３を構成するケーシング５１の内部に設けることで、ＥＧＲクーラ２３と一体化することができる。詳しくは、ケーシング５１の入口５１ａの近傍に弁体４２と回転軸４３を配置し、弁体４２がＥＧＲクーラ２３の内部へ向けて開弁するように構成することができる。図１３は、ＥＧＲクーラ２３の内部構造の一例を示す。

（２）前記第１実施形態では、図４に示すように、弁体３２の閉弁時に弁体３２の上流側と下流側とを連通させる空間３８を、弁体３２の一か所に設けた貫通孔３９により構成した。これに対し、図１４に流路３１における回転軸３３と弁体３２を断面図で示すように、空間３８を、弁体３２の外縁と流路３１の内壁との間の少なくとも一部に設けた隙間４０により構成することもできる。この場合も、弁体３２及び回転軸３３に作用する応力負荷を低減することができ、遮断弁のための駆動源の駆動トルクを低減することができる。

この開示技術は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに設けられるＥＧＲ装置に利用することができる。

１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
２２ ＥＧＲ通路
２４ ＥＧＲ弁
２６ 遮断弁
２８ 遮断弁
３０ 遮断弁
３１ 流路
３２ 弁体
３３ 回転軸
３４ 駆動部
３６ ダイアフラムアクチュエータ
３８ 空間
３９ 貫通孔
４０ 隙間
４１ 流路
４２ 弁体
４３ 回転軸
７１ 水温センサ（運転状態検出手段）
７２ 回転数センサ（運転状態検出手段）
７４ 吸気圧センサ（運転状態検出手段）
８０ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (10)

1. エンジンから排気通路へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ流して前記エンジンへ還流させるためのＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁と、
   前記ＥＧＲ弁より上流であって前記ＥＧＲ通路が前記排気通路に通じる箇所の近傍にて前記ＥＧＲ通路を開閉するための遮断弁と、
   前記遮断弁は、流路と、前記流路を開閉する弁体とを含むことと、
   前記エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、
   検出される前記運転状態に応じて前記ＥＧＲ弁及び前記遮断弁を制御するための制御手段と
   を備えたＥＧＲシステムにおいて、
   前記制御手段は、検出される前記運転状態が、ＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるときは、ＥＧＲカット要求に従って前記遮断弁を制御する
   ことを特徴とするＥＧＲシステム。
2. 請求項１に記載のＥＧＲシステムにおいて、
   前記制御手段は、検出される前記運転状態が、ＥＧＲ開始温度以上であって低回転高負荷となるとき以外では、前記ＥＧＲカット要求によらず前記遮断弁を強制的に開弁する
   ことを特徴とするＥＧＲシステム。
3. 請求項１又は２に記載のＥＧＲシステムにおいて、
   前記制御手段は、検出される前記運転状態が、ＥＧＲ開始温度未満であって高回転高負荷となるときは、前記遮断弁を強制的に開弁する
   ことを特徴とするＥＧＲシステム。
4. 請求項３に記載のＥＧＲシステムにおいて、
   前記制御手段は、検出される前記運転状態が、ＥＧＲ開始温度未満であって高回転高負荷となるとき以外では、前記遮断弁を閉弁する
   ことを特徴とするＥＧＲシステム。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のＥＧＲシステムにおいて、
   前記遮断弁は、閉弁時に前記弁体の上流側と下流側とを連通させる空間を有する
   ことを特徴とするＥＧＲシステム。
6. 請求項５に記載のＥＧＲシステムにおいて、
   前記空間は、前記弁体の少なくとも一か所に設けられ、前記弁体の上流側から下流側へ貫通する貫通孔である
   ことを特徴とするＥＧＲシステム。
7. 請求項５に記載のＥＧＲシステムにおいて、
   前記空間は、前記弁体の外縁と前記流路の内壁との間の少なくとも一部に設けられた隙間である
   ことを特徴とするＥＧＲシステム。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のＥＧＲシステムにおいて、
   前記遮断弁は、前記弁体が回転軸を中心に回動するバタフライ弁である
   ことを特徴とするＥＧＲシステム。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載のＥＧＲシステムにおいて、
   前記遮断弁は、前記弁体が回転軸を中心に揺動するスイングアーム弁である
   ことを特徴とするＥＧＲシステム。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のＥＧＲシステムにおいて、
    前記遮断弁は、前記弁体を駆動するための駆動部を更に備え、
    前記駆動部は、作動圧力の供給を受けて動作するダイアフラムアクチュエータである
    ことを特徴とするＥＧＲシステム。

Images