JP5796542B2

JP5796542B2 - Ｅｇｒ導入装置

Info

Publication number: JP5796542B2
Application number: JP2012113355A
Authority: JP
Inventors: 藤原　清; 清藤原; 孝平高瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: JP2013238201A

Description

本発明は、ＥＧＲ導入装置に関する。

エンジンの始動時等で水温が低いときには、ＥＧＲガス中の水分が凝縮し、凝縮水が吸気系や燃焼室に混入する可能性がある。この凝縮水の酸性度は比較的高く、凝縮水が生じると吸気系の部品や燃料噴射弁等に腐食が生じる可能性がある。ＥＧＲガスは、低温の新気によって冷却されることによっても水分が凝縮することがある。このため、特に、ＥＧＲガスと新気との合流点でＥＧＲガス中の水分が凝縮し易い。このような合流部での凝縮水の発生量を減少させる提案として、特許文献１には、ＥＧＲガス通路の出口側端部に衝突板を設け、ＥＧＲガスと新気の混合を促進することが開示されている。

特開２００６−２００４７５号公報

しかしながら、衝突板は、吸気における圧力損失を生じさせ、燃費を悪化させる可能性がある。

そこで本明細書開示のＥＧＲ導入装置は、ＥＧＲガス導入に伴う凝縮水の発生を抑制しつつ、吸気における圧力損失の発生を抑制することを課題とする。

上記課題を解決するために本明細書開示のＥＧＲ導入装置は、ＥＧＲガスと新気との合流部に設けられ、ＥＧＲガスと新気との混合を促進するガス衝突部と、前記ガス衝突部の入口に設けられ、ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生が予測されるときに、前記ガス衝突部へのＥＧＲガスの導入を許容する状態となり、ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生が予測されないときに、前記ガス衝突部へのＥＧＲガスの導入を抑制する状態となる弁と、を備える。

ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生が予測されるときは、ガス衝突部内でＥＧＲガスと新気との混合が促進され、局所的に露点を下回ることが抑制され、凝縮水の発生が抑制される。一方、ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生が予測されないときは、弁により、ガス衝突部が閉塞されることにより、インテークマニホールド（インマニ）へのＥＧＲガスと新気との混合ガスがスムーズに流れる。これにより、圧損増加を回避し、ひいては、燃費悪化を抑制することができる。

ＥＧＲ導入装置は、前記弁が、前記ガス衝突部へのＥＧＲガスの導入を許容するときに、前記ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生を抑制するようにＥＧＲ導入量を調整するＥＧＲ弁を備えてもよい。また、前記ＥＧＲ弁は、前記ガス衝突部の温度を上昇させつつ、前記ガス衝突部内のガスの露点を低下させるようにＥＧＲガス導入量を減量することができる。

ＥＧＲガスによりガス衝突部の温度を上昇させることにより、凝縮水の発生を抑制することができる。また、ＥＧＲガスが多すぎると凝縮水が発生し易くなるため、ＥＧＲガス導入量を減量する。

本明細書に開示されたＥＧＲガス導入装置によれば、ＥＧＲガス導入に伴う凝縮水の発生を抑制しつつ、吸気における圧力損失の発生を抑制することができる。

図１（Ａ）は第１実施形態のＥＧＲ導入装置の概略構成を示す説明図であり、図１（Ｂ）はシャッター弁の開閉状態を示す説明図である。図２は第１実施形態のＥＧＲ導入装置の制御の一例を示すフロー図である。図３は基本ＥＧＲ導入マップの一例を示す図面である。図４はＥＧＲ率の変化の一例を示すタイムチャートである。図５は第２実施形態のＥＧＲ導入装置の概略構成を示す説明図である。図６（Ａ）は第３実施形態のＥＧＲ導入装置の概略構成を示す説明図であり、図６（Ｂ）は回転弁の開口を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。

（第１実施形態）
ＥＧＲ導入装置１は、吸気管２に設けられたＤスロ３を備える。Ｄスロ３の下流側にはインテークマニホールド（インマニ）４を備える。新気は、Ｄスロ３を通じてインマニ４に送られる。また、ＥＧＲ導入装置１は、ＥＧＲ弁５を備えたＥＧＲ配管６を備える。そして、ＥＧＲ導入装置１は、ＥＧＲガスと新気との合流部に設けられ、ＥＧＲガスと新気との混合を促進するガス衝突部７を備える。ガス衝突部７は、ＥＧＲガスと新気との合流部にドーム状（湾曲形状）に設けられている。ガス衝突部７は、ＥＧＲ弁５を通過したＥＧＲガスの流通経路に対して外側にそれた箇所に設けられている。このガス衝突部７には、Ｄスロ３を通過した新気も導入される。これにより、ガス衝突部７内においてＥＧＲガスと新気との混合が促進される。通常、新気は温度が低いため、ＥＧＲガスと新気との混合が不十分であると、混合されたガスにおいて局所的に低温となり、凝縮水を生じさせる可能性がある。ＥＧＲガスと新気との混合が促進されることにより、このような局所的な低温状態に起因する凝縮水の発生を抑制することができる。ガス衝突部７で混合されたＥＧＲガスと新気は混合ガスとして、インマニ３に向かって流れる。

ガス衝突部７は、その温度が低いとＥＧＲガスを冷却し、凝縮水を発生させる可能性がある。そこで、ガス衝突部７を形成する素材としては、できるだけ熱容量の小さいものを選定する。素材の選定と併せて、または素材の選定に代えて、例えば、該当個所を二重管構造としてもよい。さらに、ガス衝突部７の内周面の表面粗さはできるだけ小さくすることが望ましい。例えば、鏡面仕上げとすることができる。表面粗さを小さくすることにより、分子レベルでの混合ガスとガス衝突部７の内周壁面との接触機会が減る。これにより、壁面との伝熱による混合ガスの温度低下が抑制される。この結果、全体としても温度が低下しにくくなる。なお、例えば、ガス衝突部７の内周壁面に撥水機能を備えた材料を塗布することも有効である。

ガス衝突部７は、上述のようにドーム状であるが、新気とＥＧＲガスとの混合を促進することができる形状であればよい。

ＥＧＲガス導入装置１は、ガス衝突部７の入口７ａに設けられたシャッター弁８を備える。シャッター弁８は、可動部の一例である。シャッター弁８は、アクチュエータ８ａを備えるアクチュエータ８ａは、ＥＣＵ（Electronic control unit）９に電気的に接続されている。シャッター弁８は、ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生が予測されるときに、ガス衝突部７へのＥＧＲガスの導入を許容する状態となる。すなわち、図１（Ｂ）に示すように開状態となる。一方、ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生が予測されないときに、ガス衝突部７へのＥＧＲガスの導入を抑制する状態、すなわち、図１（Ｂ）に示すように閉状態となる。

ＥＣＵ９には、ＥＧＲ弁５が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ９には、吸気温センサ１０、エアフロメータ１１及びＥＧＲガス温センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ９には、ガス衝突部７の壁温を測定する第１温度センサ１３とインマニ直前のガス温度を測定する第２温度センサ１４が電気的に接続されている。

以上のようなＥＧＲ導入装置１の制御の一例につき、図２に示すフロー図を参照しつつ説明する。ＥＧＲ導入装置１の制御は、ＥＣＵ９が主体的に行う。

まず、ステップＳ１では、ガス衝突部７の壁温がガス衝突部内ガス露点よりも高いか否かを判断する。ステップＳ１は、低温であるガス衝突部７にＥＧＲガスが導入されることに起因して凝縮水が発生するか否かを判断する処理である。ガス衝突部７の壁温は、第１温度センサによって取得する。なお、ガス衝突部７の壁温は、外気温、内燃機関が停止している時間（前回稼動時からの停止期間）、ＥＧＲガスセンサ１２の取得温度、ＥＧＲ弁５の開度から算出されるＥＧＲガス導入量を参酌して算出してもよい。

ガス衝突部内ガス露点は、新気の温度、新気の量、ＥＧＲガス導入量、ＥＧＲガスの温度及びガス衝突部７内のＥＧＲガスと新気量の割合から算出される。新気の温度は、吸気温センサ１０から取得される。新気の量は、エアフロメータ１１により取得される。ＥＧＲガス導入量はＥＧＲ弁５の開度から算出される。ＥＧＲガスの温度は、ＥＧＲガス温センサ１２により取得される。なお、さらに、吸気圧を加味することにより、より正確な混合ガス露点を算出することができる。

ステップＳ１でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、インマニ直前ガス温度がガス衝突部内ガス露点よりも高いか否かを判断する。ステップＳ２は、導入されたＥＧＲガスと低温の新気との混合されることに起因して凝縮水が発生するか否かを判断する処理である。インマニ直前ガス温度は、新気の温度、新気の量、ＥＧＲガス導入量、ＥＧＲガスの温度及びインマニ３に導入される混合ガスにおけるＥＧＲガスと新気量の割合から算出される。新気の量は、エアフロメータ１１により取得される。ＥＧＲガス導入量はＥＧＲ弁５の開度から算出される。ＥＧＲガスの温度は、ＥＧＲガス温センサ１２により取得される。

ステップＳ２でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、シャッター弁８を閉弁する。シャッター弁８を閉弁することにより、インマニ４へ新気とＥＧＲガスとの混合気がスムーズに流れるようになり、圧損の発生が抑制される。この結果、燃費の低下が抑制される。ステップＳ１でＹｅｓと判断し、さらに、ステップＳ２でＹｅｓと判断したときは、凝縮水の発生が予測されない場合に相当する。この場合は、凝縮水の発生を抑制すべくガス衝突部７内へ導入する必要がないと判断し、シャッター弁８を閉じて圧損発生の抑制を図るものである。

ステップＳ３に引き続き行われるステップＳ４では、図３に示す基本ＥＧＲ量マップに基づいたＥＧＲ導入を行う。基本ＥＧＲ量マップは、排気ＮＯｘ最小化を目的として失火を回避し、ＨＣが許容される範囲内となるように組まれている。ステップＳ４では、このような基本ＥＧＲ量マップに従って、ＥＧＲを導入する。

ステップＳ２でＮｏと判断したときは、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、シャッター弁８を開弁する。ステップＳ２でＮｏと判断したときは、凝縮水の発生が予測される場合に相当する。このため、シャッター弁８を開弁し、ガス衝突部７内へＥＧＲガス及び新気を導入して凝縮水の発生を抑制する。そして、ステップＳ５に引き続き行われるステップＳ６では、インマニ直前ガス温度がガス衝突部内ガス露点よりも高くなるようにＥＧＲ量を制御する。具体的には、ＥＧＲ量を低減する。ステップＳ６の処理を終了した後は、処理は再びステップＳ１へ戻る。そして、再び、ステップＳ２でＮｏと判断したときは、ステップＳ６の処理が繰り返される。これにより、段階的にＥＧＲガス量が低減されて、凝縮水が発生しない所望の状態へ収束する。そして、ステップＳ２でＹｅｓと判断されると、ステップＳ３及びステップＳ４を経て処理は終了となる(エンド)。

ステップＳ１でＮｏと判断したときは、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、シャッター弁８を開弁する。ステップＳ１でＮｏと判断したときは、凝縮水の発生が予測される場合に相当する。このため、シャッター弁８を開弁し、ガス衝突部７内へＥＧＲガス及び新気を導入して凝縮水の発生を抑制する。そして、ステップＳ７に引き続き行われるステップＳ８では、ステップＳ２と同様の処理を行う。すなわち、インマニ直前ガス温度がガス衝突部内ガス露点よりも高いか否かを判断する。ステップＳ８は、導入されたＥＧＲガスと低温の新気との混合されること荷に起因して凝縮水が発生するか否かを判断する処理である。インマニ直前ガス温度は、新気の温度、新気の量、ＥＧＲガス量、ＥＧＲガスの温度及びインマニ３に導入される混合ガスにおけるＥＧＲガスと新気量の割合から算出される。新気の量は、エアフロメータ１１により取得される。ＥＧＲガス量はＥＧＲ弁５の開度から算出される。ＥＧＲガスの温度は、ＥＧＲガス温センサ１２により取得される。

ステップＳ８でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、ガス衝突部壁温がガス衝突部内ガス露点よりも高くなるようにＥＧＲ導入量を制御する。具体的には、ＥＧＲ導入量を低減する。ステップＳ９の処理を終了した後は、処理は再びステップＳ１へ戻る。そして、再び、ステップＳ１でＮｏと判断したときは、ステップＳ９の処理が繰り返される。これにより、段階的にＥＧＲガス導入量が低減されて、凝縮水が発生しない所望の状態へ収束する。そして、ステップＳ１でＹｅｓと判断され、さらに、ステップＳ８でＹｅｓと判断されると、処理は終了となる(エンド)。

ステップＳ８でＮｏと判断したときは、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では、ガス衝突部壁温がインマニ直前ガス温度よりも高いか否かを判断する。そして、ステップＳ１０でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、ステップＳ６と同様の処理を行う。詳細な処理の内容は、ステップＳ６と共通するので、その説明は省略する。一方、ステップＳ１０でＮｏと判断したときは、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、ステップＳ９と同様の処理を行う。詳細な処理の内容は、ステップＳ６と共通するので、その説明は省略する。

図４に第１実施形態のＥＧＲ導入装置１を用いた場合のＥＧＲ率の変化を示す。図４中、破線は、基準ＥＧＲ量マップによるＥＧＲ率の変化示している。時刻ｔ１においてＥＧＲの導入が始まり、そして、時刻t１からt３までの時刻ｔ２では、凝縮水が発生しないようにＥＧＲ導入量が低減されている。この結果、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ量マップと比較して低くなる時間帯が生じる。この時刻ｔ１からｔ３までの期間において、ＥＧＲ導入量の低減と、ガス衝突部７へＥＧＲガスを導入することによる凝縮水の発生が抑制されている。そして、時刻t３において基準ＥＧＲ量マップに復帰している。時刻t３は、ステップＳ４の処理に到達した時刻となる。

（第２実施形態）
つぎに、第２実施例について図５を参照しつつ説明する。第２実施形態のＥＧＲＥ導入装置３０は、シャッター弁８に代えて、バタフライ弁５１を備えている。バタフライ弁３１の機能は、シャッター弁８と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

(第３実施形態)
つぎに、第３実施例について図６（Ａ）を、（Ｂ）参照しつつ説明する。第３実施形態のＥＧＲＥ導入装置４０は、シャッター弁８に代えて、回転弁４１を備えている。回転弁４１は、図６（Ｂ）に示すように、開口部４１ａを備えている。この開口部４１ａを変化させることにより、回転弁４１は開閉状態を切り替えることができる。回転弁４１の機能は、シャッター弁８と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１，３０，５０ＥＧＲ導入装置
２吸気管
３Ｄスロ
４インマニ
５ＥＧＲ弁
６ＥＧＲ配管
７ガス衝突部
８シャッター弁

Claims

ＥＧＲガスと新気との合流部に設けられ、ＥＧＲガスと新気との混合を促進するガス衝突部と、
前記ガス衝突部の入口に設けられ、ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生が予測されるときに、前記ガス衝突部へのＥＧＲガスの導入を許容する状態となり、ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生が予測されないときに、前記ガス衝突部へのＥＧＲガスの導入を抑制する状態となる弁と、
を備えるＥＧＲ導入装置。
前記弁が、前記ガス衝突部へのＥＧＲガスの導入を許容するときに、前記ＥＧＲガス導入に起因する凝縮水の発生を抑制するようにＥＧＲ導入量を調整するＥＧＲ弁を備えた請求項１に記載のＥＧＲ導入装置。
前記ＥＧＲ弁は、前記ガス衝突部の温度を上昇させつつ、前記ガス衝突部内のガスの露点を低下させるようにＥＧＲガス導入量を減量する請求項２に記載のＥＧＲ導入装置。