【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンにおいて排気ガスを吸気側に還流させるための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジンの中には、排気ガス中のＮＯｘ低減を図るべく、排気ガスを吸気側に還流させるための排気ガス還流装置を備えたものがある（例えば特公昭５７−５１５３９号公報参照）。このような装置により排気ガス還流を行えば、混合気の不活性化で燃焼温度を低下させることにより、ＮＯｘを低減させることができるとともに、吸気側への排気ガスの導入で吸気負圧を下げることにより、ポンピングロスを低減させ、燃費節減の効果を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上記排気ガスは高温であるため、たとえ吸気通路中にインタクーラーを設けても、特に高負荷時、排気ガス還流を行うと吸気温度が上昇して充填効率が著しく下がる傾向がある。これを回避するには、冷媒、クーラー等の特別な冷却手段を用いて還流排気ガスを冷却した後に吸気側に導入すればよいが、これでは装置が大掛かりとなり、コストの増大も免れ得ない。また、還流排気ガス温度の制御を要する場合、排気ガスは熱容量が大きいので、上記冷却手段による温度制御では良好な応答性が期待できない。
【０００４】
一方、低負荷時では、上記ポンピングロス低減を図るべく排気ガス還流を多量に行うと燃料が気化・霧化しにくくなって燃焼安定性が低下し、この現象は特に排気ガス還流温度が下がると顕著となる。従って、この低負荷時では上記高負荷時と逆に、比較的高温の還流排気ガスを吸気側に導入することが望ましい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、特別な冷却手段を用いることなく、低負荷時等に比較的低温の排気ガスを還流することができる装置を提供し、さらに好ましくは、負荷状態に応じて還流排気ガス温度を高い応答性でもって制御することができる装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、排気ガスを吸気側に還流する第１排気ガス還流通路と、上記第１排気ガス還流通路により還流される排気ガスよりも低温の排気ガスを吸気側に還流する第２排気ガス還流通路と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、この負荷検出手段で検出されたエンジン負荷が高いほど上記第１排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量に対する上記第２排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量の比率を増大させる排気ガス還流制御手段とを備え、エンジンに、低速用ターボチャージャーと、高速用ターボチャージャーと、予め設定された運転領域で上記高速用ターボチャージャーに排気ガスを導く通路を遮蔽する排気シャッタ弁とを設けるとともに、上記第２排気ガス還流通路を上記排気シャッタ弁と上記高速用ターボチャージャーとの間の位置に接続したものである（請求項１）。
【０００７】
この装置では、予め設定された予回転領域で上記排気シャッタ弁を迂回して上記高速用ターボチャージャー入口に予回転用の排気ガスを供給する予回転手段を備えるとともに、上記予回転領域で少なくとも上記第２排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流を行わせるように上記排気ガス還流制御手段を構成することが、より好ましい（請求項２）。
【０００８】
さらに、燃焼安定性を検出する燃焼安定性検出手段を備えるとともに、この燃焼安定性検出手段により燃焼不安定状態が検出された場合に上記第２排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量に対する上記第１排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量の比率を通常値よりも増大させるように上記排気ガス還流制御手段を構成したり（請求項３）、上記第２排気ガス還流通路と吸気通路との接続位置を上記第１排気ガス還流通路と吸気通路との接続位置よりも吸気方向上流側に設定したりすることにより（請求項４）、後述のようなより優れた効果が得られる。
【０００９】
【作用】
請求項１記載の装置によれば、比較的高温の排気ガスを還流する第１排気ガス還流通路による還流量と、比較的低温の排気ガスを還流する第２排気ガス還流通路による還流量との比率を変えることにより、特別な冷却手段を用いることなく、エンジン負荷に応じた還流排気ガス温度制御が応答性良く行われる。具体的には、エンジン負荷が高いほど上記第１排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量に対する上記第２排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量の比率が高められることにより、吸気側に導入される還流排気ガス温度が下げられ、その分充填効率が高められる。逆に、エンジン負荷が低いほど還流排気ガス温度が高められることにより、燃料の気化、霧化が促進され、燃焼安定性が良好に保たれる。具体的には、排気シャッタ弁と上記高速用ターボチャージャーとの間の位置で滞留する低温の排気ガスが第２排気ガス還流通路を通じて吸気側に還流される。
【００１０】
さらに、請求項２記載の装置では、予回転領域で上記排気シャッタ弁を迂回して上記高速用ターボチャージャー入口に予回転用の排気ガスが供給されている際に、第２排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流が行われることにより、この排気ガス還流の流量が上記予回転用の排気ガスの流れを利用して十分に保持されることとなる。
【００１１】
また、請求項３記載の装置では、燃焼安定性が損なわれた場合に第１排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量の比率が通常値よりも高められる、すなわち還流排気ガス温度が昇温されることにより、燃料の気化霧化が促進され、燃焼安定性が高められる。
【００１２】
また、請求項４記載の装置では、吸気通路に対し、第２排気ガス還流通路を通じての還流排気ガスが、第１排気ガス還流通路を通じての還流排気ガスよりも上流側の位置に導入されるので、前者の還流排気ガスは後者の還流排気ガスよりも長い時間吸気通路内で放熱した後にエンジン燃焼室内に導入されることになる。従って、第１排気ガス還流通路を通じての還流排気ガス温度と第２排気ガス還流通路を通じての還流排気ガス温度との差はより大きくなり、その分、制御可能な温度幅が拡大される。
【００１３】
【実施例】
本発明の実施例を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、ターボチャージャー及び排気ガス還流（Exhaust Gas Recirculation
；以下、ＥＧＲと称する。）装置を備えたエンジンの全体構成を示したものである。なお、ここではロータリエンジンを示すが、本発明ではエンジンの種類を特に問わず、ＥＧＲ装置が付設可能な種々のエンジンに適用することができる。
【００１５】
図において、ロータハウジング１０内にはロータ１２が回転可能に収容され、上記ロータハウジング１０に形成された吸気ポートに吸気通路１４が接続されるとともに、排気ポートに排気通路１６が接続されている。
【００１６】
上記吸気通路１４には、その上流側から順に、ガスクリーナ１７、インタクーラー１８、スロットル弁２０等が設けられている。この吸気通路１４は、上記ガスクリーナ１７の下流側で第１吸気通路２１と第２吸気通路２２とに分岐しており、両通路２１，２２はインタクーラー１８の手前で合流している。排気通路１６も、第１排気通路２４と第２排気通路２５とに分かれており、両通路２４，２５は共通排気通路２６に合流し、この共通排気通路２６に排気ガス浄化用触媒２８等が設けられている。
【００１７】
そして、上記第１吸気通路２１の途中及び第１排気通路２４の途中に、低速用ターボチャージャー３１のブロア及びタービンがそれぞれ設けられており、上記第２吸気通路２２の途中及び第２排気通路２５の途中に、高速用ターボチャージャー３２のブロア及びタービンがそれぞれ設けられている。
【００１８】
第１排気通路２４と第２排気通路２５とは、各ターボチャージャー３１，３２の上流側で通路２８を介して連通されており、第２排気通路２５において上記通路２８よりも下流側で高速用ターボチャージャー３２よりも上流側の部分に、この第２排気通路２５を開閉する排気シャッタ弁３４が設けられている。
【００１９】
さらに、この排気シャッタ弁３４の横には同排気弁３４を迂回して上記通路２８と高速用ターボチャージャー３２入口とを連通する漏らし通路（予回転手段を構成）３６が設けられるとともに、この漏らし通路３６を開閉する漏らし弁（予回転手段を構成）３８が設けられている。一方、第２吸気通路２２には、高速用ターボチャージャー３２のブロアの上流側と下流側とを直接連通するバイパス通路４０が設けられ、このバイパス通路４０の途中に通路開閉用のバイパス弁４２が設けられている。また、第２吸気通路２２の下流側部分に、上記高速用ターボチャージャー３２の非稼働時に閉弁する図略の吸気シャッタ弁が設けられている。
【００２０】
上記第２排気通路２５において上記排気シャッタ弁３４よりも上流側の位置には、第１ＥＧＲ通路４４の一端が接続され、同じく第２排気通路２５において上記排気シャッタ弁３４と高速用ターボチャージャー３２との間の位置には第２ＥＧＲ通路４６の一端が接続されており、両ＥＧＲ通路４４，４６の他端がバルブシステム５０を介して吸気通路１４に接続されている。
【００２１】
図２に示すように、上記バルブシステム５０は、高温側弁通路５１及び低温側弁通路５２を有しており、高温側弁通路５１は上記第１ＥＧＲ通路４４と吸気通路１４とを接続し、低温側弁通路５２は、上記第２ＥＧＲ通路４４と吸気通路１４において上記高温側弁通路５１の接続部分よりも上流側（図２では上側）の位置とを接続している。
【００２２】
高温側弁通路５１及び低温側弁通路５２には、高温側ＥＧＲ弁５３及び低温側ＥＧＲ弁５４がそれぞれ設けられている。そして、これら高温側弁ＥＧＲ弁５３及び低温側ＥＧＲ弁５４が高温側ＥＧＲ弁アクチュエータ５５及び低温側ＥＧＲ弁アクチュエータ５６でそれぞれ駆動されることにより、高温側弁通路５１及び低温側弁通路５２を流れる還流排気ガスの流量が調節されるようになっている。
【００２３】
このエンジンには、図３に示すようなＥＣＵ（排気ガス還流制御手段）６０が装備されている。このＥＣＵ６０は、クランク角を検出するクランク角センサ（燃焼安定性検出手段）６２、及びエンジン負荷に相当する値を検出するエンジン負荷センサ（負荷検出手段）６４の検出信号を取込み、これに基づいて上記高温側ＥＧＲ弁アクチュエータ５５、上記低温側ＥＧＲ弁アクチュエータ５６、排気シャッタ弁アクチュエータ６６、漏らし弁アクチュエータ６７、バイパス弁アクチュエータ６８に適宜駆動信号を出力するように構成されている。具体的に、このＥＣＵ６０は、次のような制御を行う。
【００２４】
(a) エンジン回転数が一定以下の低回転領域では、排気シャッタ弁３４、漏らし弁３８、及びバイパス弁４２を閉じさせ、エンジン回転数が一定以上の高回転領域では、排気シャッタ弁３４を開かせる。このため、図４に示すように、上記低回転領域では低速用ターボチャージャー３１のみが駆動され、上記高回転領域では低速用ターボチャージャー３１及び高速用ターボチャージャー３２の双方が同時に駆動されることになる。
【００２５】
(b) 同じく図４に示すように、上記低回転領域から高回転領域への過渡期である予回転領域では、排気シャッタ弁３４を閉じたまま、漏らし弁３８及びバイパス弁４２を開かせる。このため、この予回転領域では、漏らし通路３６を通じて高速用ターボチャージャー３２に供給される排気ガスにより高速用ターボチャージャー３２が予回転駆動され、高回転領域への切換の応答性が高められる。ただし、吸気シャッタ弁が閉じられるとともにバイパス通路４０が開通されているため、高速用ターボチャージャー３２による実質的な過給は行われない。
【００２６】
(c) 上記低回転領域及び予回転領域（図４の斜線領域）でのみ、高温側ＥＧＲ弁５３、低温側ＥＧＲ弁５４の少なくとも一方を開かせ、ＥＧＲを行わせる。
【００２７】
さらに、両通路４４，４６を通じて還流される排気ガスの平均温度がエンジン負荷の増大に従って低下するように、上記ＥＧＲ弁５３，５４の開度をそれぞれ制御する。すなわち、第１ＥＧＲ通路４４及び高温側弁通路５１を通じて還流される排気ガスは排気シャッタ弁３４上流側のガスであって高温であるのに対し、第２ＥＧＲ通路４６及び低温側弁通路５２を通じて還流される排気ガスは上記排気シャッタ弁３４の下流側で滞留することにより低温となったガスであるので、エンジン負荷が高まるほど高温側弁通路５１におけるＥＧＲ流量に対する低温側弁通路５２におけるＥＧＲ流量の比率を増大させる。具体的には、高温側弁通路５１におけるＥＧＲ流量が図６（ａ）の破線７１、低温側弁通路５２におけるＥＧＲ流量が同図実線７２となるようにＥＧＲ弁５３，５４の開度を制御し、これによって総ＥＧＲ量及び平均ＥＧＲ温度が同図（ｂ）（ｃ）となるようにする。
【００２８】
次に、このＥＣＵ６０が実際に行う制御動作を図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００２９】
まずＥＣＵ６０は、現在の運転領域が図４斜線領域（ＥＧＲ領域）内にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。領域外である場合には（ステップＳ１でＮＯ）両ＥＧＲ弁５３，５４を全閉にしてＥＧＲを行わせない（ステップＳ２）のに対し、ＥＧＲ領域内にある場合（ステップＳ１でＹＥＳ）には、少なくとも一方のＥＧＲ弁５３，５４を開かせてＥＧＲを行わせる。
【００３０】
ここで、ＥＧＲ開始当初（ステップＳ３でＮＯ）は、図６（ａ）に示すように、エンジン負荷に応じてＥＧＲの制御を予め設定された通り行うが、ＥＧＲを開始してから所定時間経過後は（ステップＳ３でＹＥＳ）、クランク角センサ６２の出力に基づいて手検出されるエンジン回転数のばらつきから燃焼安定性の判定を行う（ステップＳ５）。ここで、燃焼安定性が良好である場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、ＥＧＲ開始当初と同様に通常の制御を行うが（ステップＳ４）、燃焼安定性が悪い場合には（ステップＳ５でＮＯ）、通常の制御とは異なる非常制御を行う。
【００３１】
具体的に、燃焼安定性が悪化した時点で未だＥＧＲ温度を通常時よりも上げていない場合には（ステップＳ６でＮＯ）、ＥＧＲ温度目標値を高める（ステップＳ９）。これにより、高温側弁通路５１側のＥＧＲ流量比率が増加され、実際にＥＧＲ温度が高まることにより、燃料の気化霧化が促進される。既にＥＧＲを昇温している場合には（ステップＳ６でＹＥＳ）、最終手段としてＥＧＲを停止し（ステップＳ２）、混合気の不活性化を止める。
【００３２】
以上のように、この実施例に示した装置によれば、次のような効果を得ることができる。
【００３３】
(a) 排気シャッタ弁３４上流側の高温排気ガスを還流する第１ＥＧＲ通路４４と、排気シャッタ弁３４と高速用ターボチャージャー３２との間の低温排気ガスを還流する第２ＥＧＲ通路４６とを併設し、両通路４４，４６によるＥＧＲの流量割合を変えることにより、ＥＧＲ温度の制御を行っているので、特別な冷却手段を用いることなく、高い応答性でもってエンジン負荷に適したＥＧＲ温度の制御を行うことができる。具体的に、低負荷領域では、ＥＧＲ温度を高めることにより燃料の気化霧化を促進して良好な燃焼安定性を確保する一方、高負荷領域では、ＥＧＲ温度を下げることにより高い充填効率を維持することができる。
【００３４】
特に、上記排気シャッタ弁３４と高速用ターボチャージャー３２との間では、排気シャッタ弁３４が閉じている状態でガスが滞留して放熱されているので、ここから低温の排気ガスを確実に吸気側へ還流することができる。また、第２ＥＧＲ通路４６を通じてのＥＧＲが困難であるような運転状態では、補助的に第１ＥＧＲ通路４４を通してのＥＧＲを行うことも可能である。
【００３５】
(b) 低速領域だけでなく、漏らし弁３８が開かれる予回転領域でもＥＧＲを行っているので、この領域では、排気シャッタ弁３４が閉じていても、上記漏らし弁３８から高速用ターボチャージャー３２へ供給される排気ガスの流れを利用してより確実に第２ＥＧＲ通路４６を通じての十分なＥＧＲ量を確保することができる。
【００３６】
(c) 燃焼安定性を損なった場合、ＥＧＲ温度の目標値を通常値よりも上げるようにしているので、これによって燃料の気化霧化を促進し、良好な燃焼安定性を自動的に維持することができる。
【００３７】
(d) 低温用の第２ＥＧＲ通路４６を吸気通路１４において高温用の第１ＥＧＲ通路４４の接続部分よりも吸気方向上流側の位置に接続しているので、その分、第２ＥＧＲ通路４６からの還流排気ガスが吸気通路１４内で放熱する時間を長くし、両通路４４，４６からの還流排気ガスの温度差を広げることができる。このため、両還流排気ガスの導入比率の調節によって可能な温度制御幅を、より拡大することができる。
【００３８】
なお、本発明の実施例ではないが、図７に示すように、上記第２ＥＧＲ通路４６の排気側端が、排気シャッタ弁３４と高速用ターボチャージャー３２との間の位置ではなく、排気通路１６において上記高速用ターボチャージャー３２よりも下流側の共通排気通路３０に接続されている構成においても、上記高速用ターボチャージャー３２下流側の排気ガスは上流側の排気ガスよりも温度が下がっているので、両ＥＧＲ通路４４，４６を用いてＥＧＲ温度制御を行うことは可能である。
【００３９】
なお、本発明は前記の実施例に限定されるものでなく、例として次のような態様をとることも可能である。
【００４０】
(1) 図２では、ＥＧＲ弁５３，５４を用いて高温ＥＧＲ流量と低温ＥＧＲ流量とを各々個別に制御するものを示したが、これに代え、図８に示すように、単一のＥＧＲ流量比率調節弁５８の回動によって高温側弁通路５１からのＥＧＲ流量と低温側弁通路５２からのＥＧＲ流量との割合のみを変え、両通路５１，５２下流側の共通弁通路５７で流量調節弁５９の作動により総ＥＧＲ流量の制御を行うようにしても、前記第１実施例と同様のＥＧＲ温度制御を行うことが可能である。
【００４１】
ただし、前記実施例のように高温側の第１ＥＧＲ通路と低温側の第２ＥＧＲ通路とを独立させれば、上述のように、第２ＥＧＲ通路の吸気側接続位置を第１ＥＧＲ通路の吸気側接続位置よりも上流側に設定することにより、制御可能なＥＧＲ温度幅を拡大できる利点がある。
【００４２】
(2) 前記実施例では、図６（ｃ）に示すように、低中負荷領域までエンジン負荷の増大とともにＥＧＲ温度を低下させ、中高負荷領域ではＥＧＲ温度を一定に保つようにしたものを示したが、本発明はこれに限らず、負荷とＥＧＲ温度との具体的な関係は適宜設定すれば良い。例えば、図９（ｃ）に示すように高負荷領域でも負荷の増大に伴ってＥＧＲ温度を下げるべく、同図（ａ）（ｂ）に示すように各通路の個別のＥＧＲ流量及び総ＥＧＲ量を設定するようにしてもよい。
【００４３】
なお、図９（ａ）において破線８１は第１ＥＧＲ通路４４を通じてのＥＧＲ流量、実線８２は第２ＥＧＲ通路４６を通じてのＥＧＲ流量を示す。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば次の効果を得ることができる。
【００４５】
請求項１記載の装置では、高温排気ガスを還流する第１排気ガス還流通路と、低温排気ガスを還流する第２排気ガス還流通路とを併設し、エンジン負荷が高いほど上記第１排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量に対する上記第２排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量の比率を増大させるようにしたものであるので、特別な冷却手段を用いることなく、エンジン負荷に対応した適正な還流排気ガス温度制御を高い応答性でもって行うことができる。具体的に、エンジン負荷が高い領域では、上記第２排気ガス還流通路を通しての還流量の比率を増やして全体の還流排気ガス温度を下げることにより、高い充填効率を確保する一方、エンジン負荷が低い領域では、上記第１排気ガス還流通路を通じての還流量の比率を増やして全体の還流排気ガス温度を上げることにより、燃料の気化霧化を促進して良好な燃焼安定性を確保することができる効果がある。
【００４６】
また、排気シャッタ弁と上記高速用ターボチャージャー入口との間の位置に第２排気ガス還流通路を接続しているので、上記位置で滞留することにより十分放熱された低温の排気ガスを吸気側に還流することができる効果がある。
【００４７】
さらに、請求項２記載の装置は、予回転領域で上記排気シャッタ弁を迂回して上記高速用ターボチャージャー入口に予回転用の排気ガスを供給する際に上記第２排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流を行うようにしたものであるので、排気シャッタ弁が閉じていても、上記予回転用に供給された排気ガスの流れを利用して、十分な排気ガス還流流量を確実に確保することができる効果がある。
【００４８】
また、請求項３記載の装置では、燃焼安定性が損なわれた場合に第１排気ガス還流通路を通じての排気ガス還流量の比率を通常値よりも高める、すなわち還流排気ガス温度を高めるようにしたものであるので、これにより燃料の気化霧化を促進して良好な燃焼安定性を自動的に維持することができる効果がある。
【００４９】
また、請求項４記載の装置では、上記第２排気ガス還流通路と吸気通路との接続位置を上記第１排気ガス還流通路と吸気通路との接続位置よりも吸気方向上流側に設定したものであるので、吸気通路において、第２排気ガス還流通路を通じての還流排気ガスを第１排気ガス還流通路を通じての還流排気ガスよりも長い時間放熱させることができ、これによって、両排気ガス還流通路を通じての還流排気ガス温度の差を広げて制御可能な温度幅を拡大することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるエンジンの全体構成図である。
【図２】上記エンジンにおけるバルブシステムの構造を示す模式断面図である。
【図３】上記エンジンに装備されたＥＣＵの入出力信号を示すブロック図である。
【図４】上記エンジンにおけるターボチャージャーの各駆動制御領域及びＥＧＲ領域を示すグラフである。
【図５】上記ＥＣＵが実際に行う制御動作を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は上記ＥＣＵにより制御される各ＥＧＲ流量と負荷との関係を示すグラフ、（ｂ）は上記制御により得られる総ＥＧＲ量と負荷との関係を示すグラフ、（ｃ）は上記制御により得られるＥＧＲ温度と負荷との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例とは別のエンジンの全体構成図である。
【図８】上記バルブシステムの構造の変形例を示す模式断面図である。
【図９】（ａ）は他の実施例において制御される各ＥＧＲ流量と負荷との関係を示すグラフ、（ｂ）は上記制御により得られる総ＥＧＲ量と負荷との関係を示すグラフ、（ｃ）は上記制御により得られるＥＧＲ温度と負荷との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ ロータハウジング
１４ 吸気通路
１６ 排気通路
３１ 低速用ターボチャージャー
３２ 高速用ターボチャージャー
３４ 排気シャッタ弁
３６ 漏らし通路（予回転手段を構成）
３８ 漏らし弁（予回転手段を構成）
４４ 第１ＥＧＲ通路
４６ 第２ＥＧＲ通路
６０ ＥＣＵ（排気ガス還流制御手段）
６２ クランク角センサ（燃焼安定性検出手段）
６４ エンジン負荷センサ（負荷検出手段）[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a device for recirculating exhaust gas to an intake side in an engine.
[0002]
[Prior art]
Some conventional engines are provided with an exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas to the intake side in order to reduce NOx in the exhaust gas (for example, see Japanese Patent Publication No. 57-51539). If exhaust gas recirculation is performed by such a device, NOx can be reduced by lowering the combustion temperature by inactivating the air-fuel mixture, and the intake negative pressure is reduced by introducing exhaust gas to the intake side. As a result, the pumping loss can be reduced, and the effect of reducing fuel consumption can be obtained.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In general, since the exhaust gas has a high temperature, even if an intercooler is provided in the intake passage, particularly when the load is high, when the exhaust gas is recirculated, the intake air temperature tends to increase and the charging efficiency tends to decrease significantly. To avoid this, the recirculated exhaust gas may be cooled and then introduced into the intake side by using a special cooling means such as a refrigerant or a cooler. However, this requires a large-scale apparatus and an increase in cost cannot be avoided. Further, when the temperature of the recirculated exhaust gas needs to be controlled, since the exhaust gas has a large heat capacity, good responsiveness cannot be expected by the temperature control by the cooling means.
[0004]
On the other hand, when the load is low, if a large amount of exhaust gas recirculation is performed to reduce the pumping loss, the fuel is difficult to vaporize and atomize, and the combustion stability is reduced. This phenomenon is particularly remarkable when the exhaust gas recirculation temperature decreases. It becomes. Therefore, at the time of this low load, it is desirable to introduce a relatively high temperature of the recirculated exhaust gas into the intake side, contrary to the above-mentioned high load.
[0005]
In view of such circumstances, the present invention provides an apparatus that can recirculate relatively low-temperature exhaust gas at a low load or the like without using a special cooling unit. It is an object of the present invention to provide a device capable of controlling the temperature of the recirculated exhaust gas with high responsiveness.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above problems, the present invention provides a first exhaust gas recirculation passage for recirculating exhaust gas to an intake side, and an exhaust gas having a lower temperature than the exhaust gas recirculated by the first exhaust gas recirculation passage. A second exhaust gas recirculation passage returning to the intake side, load detection means for detecting an engine load, and the higher the engine load detected by the load detection means, the smaller the exhaust gas recirculation amount through the first exhaust gas recirculation passage. Exhaust gas recirculation control means for increasing the ratio of the amount of exhaust gas recirculated through the second exhaust gas recirculation passage ; the engine includes: a low-speed turbocharger; a high-speed turbocharger; An exhaust shutter valve for shielding a passage for guiding exhaust gas to the high-speed turbocharger; Tsu which are connected to a position between the motor valve and the high-speed turbo charger (claim 1).
[0007]
The apparatus includes a pre-rotation unit that supplies exhaust gas for pre-rotation to the high-speed turbocharger bypass, bypassing the exhaust shutter valve in a preset pre-rotation region, and includes at least the it is more preferable that constitutes the exhaust gas recirculation control means so as to perform the exhaust gas recirculation through the second exhaust gas recirculation passage (claim 2).
[0008]
The fuel cell system further includes combustion stability detecting means for detecting combustion stability. When the combustion stability detecting means detects an unstable combustion state, the combustion stability detecting means determines the amount of exhaust gas recirculation through the second exhaust gas recirculation passage. 1 above or constitute an exhaust gas recirculation control means (claim 3) to increase than the normal value the ratio of the exhaust gas recirculation amount through the exhaust gas recirculation passage, the intake passage and the second exhaust gas recirculation passage By setting the connection position upstream of the connection position between the first exhaust gas recirculation passage and the intake passage in the intake direction (claim 4 ), more excellent effects as described later can be obtained.
[0009]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, the amount of recirculation by the first exhaust gas recirculation passage for recirculating relatively high-temperature exhaust gas and the amount of recirculation by the second exhaust gas recirculation passage for recirculating relatively low-temperature exhaust gas are determined. By changing the ratio, the recirculation exhaust gas temperature control according to the engine load can be performed with good responsiveness without using any special cooling means. Specifically, as the engine load is higher, the ratio of the amount of exhaust gas recirculation through the second exhaust gas recirculation passage to the amount of exhaust gas recirculation through the first exhaust gas recirculation passage is increased, so that the gas introduced to the intake side is increased. The recirculated exhaust gas temperature is lowered, and the charging efficiency is increased accordingly. Conversely, the lower the engine load, the higher the temperature of the recirculated exhaust gas is, so that the vaporization and atomization of the fuel are promoted, and the combustion stability is kept good. Specifically, low-temperature exhaust gas staying at a position between the exhaust shutter valve and the high-speed turbocharger is returned to the intake side through the second exhaust gas return passage.
[0010]
Further, in the apparatus according to claim 2 , when the exhaust gas for pre-rotation is supplied to the inlet of the high-speed turbocharger by bypassing the exhaust shutter valve in the pre-rotation region, the exhaust gas flows through the second exhaust gas recirculation passage. By performing the exhaust gas recirculation, the flow rate of the exhaust gas recirculation is sufficiently maintained by utilizing the flow of the exhaust gas for the pre-rotation.
[0011]
Further, in the device according to the third aspect , when the combustion stability is impaired, the ratio of the amount of exhaust gas recirculated through the first exhaust gas recirculation passage is increased from a normal value, that is, the temperature of the recirculated exhaust gas is increased. This promotes vaporization and atomization of the fuel, and enhances combustion stability.
[0012]
In the device according to the fourth aspect , the recirculated exhaust gas through the second exhaust gas recirculation passage is introduced into the intake passage at a position upstream of the recirculated exhaust gas through the first exhaust gas recirculation passage. The former recirculated exhaust gas releases heat in the intake passage for a longer time than the latter recirculated exhaust gas, and is then introduced into the engine combustion chamber. Therefore, the difference between the temperature of the recirculated exhaust gas through the first exhaust gas recirculation passage and the temperature of the recirculated exhaust gas through the second exhaust gas recirculation passage becomes larger, and the controllable temperature range is increased accordingly.
[0013]
【Example】
The embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
[0014]
Figure 1 shows a turbocharger and exhaust gas recirculation (Exhaust Gas Recirculation).
Hereinafter referred to as EGR. 1) shows an overall configuration of an engine provided with the device. Although a rotary engine is shown here, the present invention can be applied to various engines to which an EGR device can be attached regardless of the type of engine.
[0015]
In the figure, a rotor 12 is rotatably accommodated in a rotor housing 10, and an intake port 14 formed in the rotor housing 10 is connected to an intake passage 14, and an exhaust port is connected to an exhaust passage 16.
[0016]
The intake passage 14 is provided with a gas cleaner 17, an intercooler 18, a throttle valve 20, and the like in order from the upstream side. The intake passage 14 is branched into a first intake passage 21 and a second intake passage 22 on the downstream side of the gas cleaner 17, and the two passages 21 and 22 join before the intercooler 18. The exhaust passage 16 is also divided into a first exhaust passage 24 and a second exhaust passage 25. The two passages 24 and 25 merge into a common exhaust passage 26, and an exhaust gas purifying catalyst 28 and the like are provided in the common exhaust passage 26. Is provided.
[0017]
A blower and a turbine of the low-speed turbocharger 31 are provided in the middle of the first intake passage 21 and the middle of the first exhaust passage 24, respectively, and in the middle of the second intake passage 22 and the second exhaust passage 25, respectively. Is provided with a blower and a turbine of the high-speed turbocharger 32, respectively.
[0018]
The first exhaust passage 24 and the second exhaust passage 25 are communicated with each other via a passage 28 on the upstream side of each of the turbochargers 31 and 32. An exhaust shutter valve 34 that opens and closes the second exhaust passage 25 is provided at a portion upstream of the turbocharger 32.
[0019]
Further, a leakage passage (constituting a pre-rotation means) 36 is provided beside the exhaust shutter valve 34 and communicates with the passage 28 and the inlet of the high-speed turbocharger 32, bypassing the exhaust valve 34 and providing the leakage. A leak valve (constituting pre-rotation means) 38 for opening and closing the passage 36 is provided. On the other hand, the second intake passage 22 is provided with a bypass passage 40 that directly connects the upstream side and the downstream side of the blower of the high-speed turbocharger 32, and a bypass valve 42 for opening and closing the passage is provided in the middle of the bypass passage 40. Is provided. An unillustrated intake shutter valve that closes when the high-speed turbocharger 32 is not operating is provided in a downstream portion of the second intake passage 22.
[0020]
One end of a first EGR passage 44 is connected to a position on the upstream side of the exhaust shutter valve 34 in the second exhaust passage 25, and the exhaust shutter valve 34 and the high-speed turbocharger 32 are similarly connected in the second exhaust passage 25. One end of a second EGR passage 46 is connected to a position between the two, and the other ends of both EGR passages 44 and 46 are connected to the intake passage 14 via a valve system 50.
[0021]
As shown in FIG. 2, the valve system 50 has a high-temperature side valve passage 51 and a low-temperature side valve passage 52, and the high-temperature side valve passage 51 connects the first EGR passage 44 and the intake passage 14, The low temperature side valve passage 52 connects the second EGR passage 44 and a position upstream (in FIG. 2) of the intake passage 14 with respect to the connection portion of the high temperature side valve passage 51.
[0022]
The high temperature side valve passage 51 and the low temperature side valve passage 52 are provided with a high temperature side EGR valve 53 and a low temperature side EGR valve 54, respectively. The high-temperature side valve EGR valve 53 and the low-temperature side EGR valve 54 are driven by the high-temperature side EGR valve actuator 55 and the low-temperature side EGR valve actuator 56, respectively, so that they flow through the high-temperature side valve passage 51 and the low-temperature side valve passage 52. The flow rate of the recirculated exhaust gas is adjusted.
[0023]
This engine is equipped with an ECU (exhaust gas recirculation control means) 60 as shown in FIG. The ECU 60 fetches detection signals from a crank angle sensor (combustion stability detecting means) 62 for detecting a crank angle and an engine load sensor (load detecting means) 64 for detecting a value corresponding to an engine load, and based on the fetched signals. A drive signal is appropriately output to the high temperature side EGR valve actuator 55, the low temperature side EGR valve actuator 56, the exhaust shutter valve actuator 66, the leak valve actuator 67, and the bypass valve actuator 68. Specifically, the ECU 60 performs the following control.
[0024]
(a) The exhaust shutter valve 34, the leakage valve 38, and the bypass valve 42 are closed in a low rotation region where the engine speed is equal to or lower than a certain value, and the exhaust shutter valve 34 is opened in a high rotation region where the engine speed is equal to or more than a certain value. Let Therefore, as shown in FIG. 4, only the low-speed turbocharger 31 is driven in the low rotation region, and both the low-speed turbocharger 31 and the high-speed turbocharger 32 are simultaneously driven in the high rotation region. Become.
[0025]
(b) As shown in FIG. 4, in the pre-rotation region, which is a transition period from the low rotation region to the high rotation region, the leak valve 38 and the bypass valve 42 are opened while the exhaust shutter valve 34 is closed. Therefore, in the pre-rotation region, the high-speed turbocharger 32 is pre-rotated by the exhaust gas supplied to the high-speed turbocharger 32 through the leakage passage 36, and the responsiveness of switching to the high-rotation region is enhanced. However, since the intake shutter valve is closed and the bypass passage 40 is opened, substantial supercharging by the high-speed turbocharger 32 is not performed.
[0026]
(c) Only in the low-rotation region and the pre-rotation region (the hatched region in FIG. 4), at least one of the high-temperature side EGR valve 53 and the low-temperature side EGR valve 54 is opened to perform EGR.
[0027]
Further, the opening degrees of the EGR valves 53 and 54 are controlled so that the average temperature of the exhaust gas recirculated through the two passages 44 and 46 decreases as the engine load increases. That is, while the exhaust gas recirculated through the first EGR passage 44 and the high-temperature side valve passage 51 is the gas on the upstream side of the exhaust shutter valve 34 and has a high temperature, it is recirculated through the second EGR passage 46 and the low-temperature side valve passage 52. The exhaust gas is a gas whose temperature becomes low due to stagnation on the downstream side of the exhaust shutter valve 34. Therefore, as the engine load increases, the ratio of the EGR flow rate in the low temperature side valve passage 52 to the EGR flow rate in the high temperature side valve passage 51 Increase. Specifically, the opening degrees of the EGR valves 53 and 54 are controlled such that the EGR flow rate in the high temperature side valve passage 51 becomes a broken line 71 in FIG. 6A and the EGR flow rate in the low temperature side valve passage 52 becomes a solid line 72 in FIG. Thus, the total EGR amount and the average EGR temperature are set to be as shown in FIGS.
[0028]
Next, the control operation actually performed by the ECU 60 will be described based on the flowchart of FIG.
[0029]
First, the ECU 60 determines whether or not the current operation region is within the hatched region (EGR region) in FIG. 4 (step S1). If it is out of the range (NO in step S1), the EGR valves 53 and 54 are fully closed and EGR is not performed (step S2), whereas if it is in the EGR range (YES in step S1). Opens at least one of the EGR valves 53 and 54 to perform EGR.
[0030]
Here, at the beginning of the EGR start (NO in step S3), as shown in FIG. 6A, the control of the EGR is performed according to the engine load as set in advance, but a predetermined time has elapsed since the start of the EGR. Thereafter (YES in step S3), the determination of combustion stability is made from the variation in the engine speed manually detected based on the output of the crank angle sensor 62 (step S5). Here, when the combustion stability is good (YES in step S5), the normal control is performed as in the beginning of the EGR start (step S4), but when the combustion stability is bad (NO in step S5). ), Perform emergency control different from normal control.
[0031]
Specifically, if the EGR temperature has not yet been raised from the normal state when the combustion stability has deteriorated (NO in step S6), the EGR temperature target value is increased (step S9). Thereby, the EGR flow rate ratio on the high-temperature side valve passage 51 side is increased, and the EGR temperature is actually increased, so that the vaporization and atomization of the fuel is promoted. If the temperature of the EGR has already been raised (YES in step S6), the EGR is stopped as a final means (step S2), and the inactivation of the air-fuel mixture is stopped.
[0032]
As described above, according to the apparatus shown in this embodiment, the following effects can be obtained.
[0033]
(a) A first EGR passage 44 for recirculating high-temperature exhaust gas upstream of the exhaust shutter valve 34 and a second EGR passage 46 for recirculating low-temperature exhaust gas between the exhaust shutter valve 34 and the high-speed turbocharger 32 are provided in parallel. Since the EGR temperature is controlled by changing the flow rate of EGR through the two passages 44 and 46, it is possible to control the EGR temperature suitable for the engine load with high responsiveness without using any special cooling means. It can be carried out. Specifically, in the low load range, the EGR temperature is increased to promote the vaporization and atomization of the fuel to ensure good combustion stability, while in the high load range, the EGR temperature is lowered to maintain high charging efficiency. can do.
[0034]
In particular, between the exhaust shutter valve 34 and the high-speed turbocharger 32, the gas stays and dissipates heat in a state where the exhaust shutter valve 34 is closed. Can be refluxed. Further, in an operating state in which the EGR through the second EGR passage 46 is difficult, the EGR through the first EGR passage 44 can be assisted.
[0035]
(b) Since the EGR is performed not only in the low-speed region but also in the pre-rotation region where the leak valve 38 is opened, even if the exhaust shutter valve 34 is closed, the high-speed turbocharger 32 A sufficient EGR amount through the second EGR passage 46 can be more reliably ensured by utilizing the flow of the exhaust gas supplied to the fuel cell.
[0036]
(c) When the combustion stability is impaired, the target value of the EGR temperature is set to be higher than the normal value, thereby promoting the vaporization and atomization of the fuel and automatically maintaining the good combustion stability. be able to.
[0037]
(d) Since the low-temperature second EGR passage 46 is connected to the intake passage 14 at a position upstream of the connection portion of the high-temperature first EGR passage 44 in the intake direction, the flow from the second EGR passage 46 is reduced accordingly. The time during which the exhaust gas dissipates heat in the intake passage 14 can be lengthened, and the temperature difference between the recirculated exhaust gas from the two passages 44 and 46 can be widened. Therefore, the range of temperature control that can be performed by adjusting the introduction ratio of the two recirculated exhaust gases can be further expanded.
[0038]
Although not an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the exhaust side end of the second EGR passage 46 is not at a position between the exhaust shutter valve 34 and the high-speed turbocharger 32, the high speed even in the configuration that is connected to a common exhaust passage 30 downstream of the turbocharger 32, the exhaust gas of the high-speed turbo-charger 32 downstream is decreased temperature than the exhaust gases on the upstream side in the Therefore, it is possible to perform EGR temperature control using both EGR passages 44 and 46.
[0039]
The present invention is not limited to the above examples, it is also possible to take the following aspects as an example.
[0040]
(1) FIG. 2 shows a case where the high-temperature EGR flow rate and the low-temperature EGR flow rate are individually controlled using the EGR valves 53 and 54. However, instead of this, as shown in FIG. Only the ratio between the EGR flow from the high-temperature valve passage 51 and the EGR flow from the low-temperature valve passage 52 is changed by the rotation of the flow ratio control valve 58, and the flow is adjusted by the common valve passage 57 downstream of the two passages 51 and 52. Even when the total EGR flow rate is controlled by operating the valve 59, the same EGR temperature control as in the first embodiment can be performed.
[0041]
However, if the first EGR passage on the high temperature side and the second EGR passage on the low temperature side are made independent as in the above-described embodiment, as described above, the position of the intake side connection of the second EGR passage is changed to the position of the intake side connection of the first EGR passage. There is an advantage that the EGR temperature range that can be controlled can be expanded by setting the EGR temperature range more upstream.
[0042]
(2) In the above embodiment, as shown in FIG. 6 (c), the EGR temperature is decreased with an increase in the engine load up to the low and medium load regions, and the EGR temperature is kept constant in the medium and high load regions. However, the present invention is not limited to this, and the specific relationship between the load and the EGR temperature may be set as appropriate. For example, in order to lower the EGR temperature with an increase in load even in a high load region as shown in FIG. 9C, the individual EGR flow rate and the total EGR amount of each passage as shown in FIGS. May be set.
[0043]
9A, the broken line 81 indicates the EGR flow rate through the first EGR passage 44, and the solid line 82 indicates the EGR flow rate through the second EGR passage 46.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0045]
The apparatus according to claim 1, further comprising a first exhaust gas recirculation passage for recirculating high-temperature exhaust gas and a second exhaust gas recirculation passage for recirculating low-temperature exhaust gas. Since the ratio of the amount of exhaust gas recirculation through the second exhaust gas recirculation passage to the amount of exhaust gas recirculation through the passage is increased, an appropriate amount corresponding to the engine load can be obtained without using any special cooling means. The recirculated exhaust gas temperature control can be performed with high responsiveness. Specifically, in a region where the engine load is high, the ratio of the recirculation amount through the second exhaust gas recirculation passage is increased to lower the entire recirculated exhaust gas temperature, thereby ensuring high charging efficiency, while maintaining a low engine load. In the region, the ratio of the recirculation amount through the first exhaust gas recirculation passage is increased to increase the entire recirculated exhaust gas temperature, thereby promoting the vaporization and atomization of the fuel and ensuring good combustion stability. effective.
[0046]
Further , since the second exhaust gas recirculation passage is connected to a position between the exhaust shutter valve and the high-speed turbocharger inlet, the low-temperature exhaust gas that has sufficiently radiated heat by staying at the above-mentioned position is directed to the intake side. There is an effect that can be refluxed.
[0047]
Additionally, apparatus according to claim 2, wherein the exhaust through the second exhaust gas recirculation passage when in the pre-rotation region, bypassing the exhaust shutter valve to supply the exhaust gas予回diverted to turbocharger inlet for the high-speed Since the gas recirculation is performed, even when the exhaust shutter valve is closed, it is necessary to ensure a sufficient exhaust gas recirculation flow rate by utilizing the flow of the exhaust gas supplied for the pre-rotation. There is an effect that can be.
[0048]
Further, in the device according to the third aspect , when the combustion stability is impaired, the ratio of the exhaust gas recirculation amount through the first exhaust gas recirculation passage is made higher than a normal value, that is, the recirculated exhaust gas temperature is made higher. Therefore, this has the effect of promoting vaporization and atomization of the fuel and automatically maintaining good combustion stability.
[0049]
According to a fourth aspect of the present invention, the connection position between the second exhaust gas recirculation passage and the intake passage is set upstream of the connection position between the first exhaust gas recirculation passage and the intake passage in the intake direction. Therefore, in the intake passage, the recirculated exhaust gas through the second exhaust gas recirculation passage can be radiated for a longer time than the recirculated exhaust gas through the first exhaust gas recirculation passage. There is an effect that the difference in the temperature of the recirculated exhaust gas can be widened and the controllable temperature range can be expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a structure of a valve system in the engine.
FIG. 3 is a block diagram showing input / output signals of an ECU mounted on the engine.
FIG. 4 is a graph showing respective drive control regions and an EGR region of the turbocharger in the engine.
FIG. 5 is a flowchart showing a control operation actually performed by the ECU.
6A is a graph showing a relationship between each EGR flow rate controlled by the ECU and a load, FIG. 6B is a graph showing a relationship between a total EGR amount obtained by the control and a load, and FIG. Is a graph showing the relationship between EGR temperature and load obtained by the above control.
FIG. 7 is an overall configuration diagram of an engine different from the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a modification of the structure of the valve system.
9A is a graph showing a relationship between each EGR flow rate and a load controlled in another embodiment, FIG. 9B is a graph showing a relationship between a total EGR amount obtained by the above control and a load, and FIG. c) is a graph showing the relationship between the EGR temperature and the load obtained by the above control.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Rotor housing 14 Intake passage 16 Exhaust passage 31 Low-speed turbocharger 32 High-speed turbocharger 34 Exhaust shutter valve 36 Leakage passage (constituting prerotation means)
38 Leak valve (constituting pre-rotation means)
44 first EGR passage 46 second EGR passage 60 ECU (exhaust gas recirculation control means)
62 Crank angle sensor (combustion stability detecting means)
64 Engine load sensor (load detection means)
