JP5799963B2 - 内燃機関の排気循環装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気循環装置に関するものである。

従来から、内燃機関の燃料消費量の低減を図るために燃焼室において燃焼したガスを、ＥＧＲガスとして吸気通路に再循環させる排気循環装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示された排気循環装置は、排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設けられ、吸気通路に再循環させるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、ＥＧＲバルブより排気通路側に設けられ、再循環させるＥＧＲガスを機関冷却水との熱交換により冷却するＥＧＲクーラとを有している。ＥＧＲクーラにはウォーターポンプから吐き出される機関冷却水の一部が供給され、ＥＧＲクーラの内部を流れるＥＧＲガスと機関冷却水との熱交換によりＥＧＲガスが冷却される。

また、特許文献１に開示された排気循環装置を搭載した内燃機関にあっては、排気通路内の排気の脈動により、ＥＧＲバルブが全閉となっているにもかかわらずＥＧＲクーラにＥＧＲガスが流入して、ＥＧＲ通路内等で凝縮水が発生し、この凝縮水が各部材の腐食を引き起こす原因になっていた。

このため、特許文献１に開示された排気循環装置の他に、ＥＧＲクーラよりも排気通路側に設けられるとともに、排気通路からＥＧＲ通路に供給されるＥＧＲガスを遮断する遮断弁をさらに備えた排気循環装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に開示された排気循環装置は、吸気通路と排気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中でＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラにてＥＧＲガスが冷却されることにより発生する凝縮水がＥＧＲクーラに滞留するか否かを判定する判定手段と、判定手段によりＥＧＲクーラに凝縮水が滞留すると判定され、かつＥＧＲガスが吸気通路に還流されないときにＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流入を抑制する抑制手段と、を備える。

この特許文献２に開示された排気循環装置は、ＥＧＲバルブが全閉となっているときに遮断弁が閉弁されるので、ＥＧＲクーラへＥＧＲガスが流入することを抑制して、ＥＧＲクーラ内における凝縮水の滞留を抑制することができる。

特開２００９−２２８５３０号公報 特開２００７−３０３３８１号公報

しかしながら、上述した従来の排気循環装置は、暖機中にＥＧＲバルブが閉状態である間は遮断弁も閉状態であるため、ＥＧＲクーラ内に凝縮水の発生を抑制することができるが、例えば暖機終了後にＥＧＲバルブおよび遮断弁が閉状態から開状態に移行した際に、ＥＧＲクーラ下流側のＥＧＲ通路を構成するＥＧＲ管やＥＧＲバルブに凝縮水が発生してしまう可能性があった。

具体的には、上述した従来の排気循環装置は、機関冷却水がＥＧＲクーラに供給されるためＥＧＲクーラの温度がある程度上昇するが、特にＥＧＲクーラよりも下流側すなわち吸気通路側に配置されたＥＧＲ管やＥＧＲバルブは温度が上昇しづらい。このため、遮断弁が閉状態から開状態に移行した後に、ＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスが露点温度以下になり凝縮水が発生する可能性があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、従来と比較してＥＧＲ通路に凝縮水が発生することを抑制することができる内燃機関の排気循環装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排気循環装置は、上記目的達成のため、内燃機関から排気通路に排出された排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に循環させる内燃機関の排気循環装置であって、前記排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路が形成されたＥＧＲ管と、前記ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラよりも前記排気通路側に設けられ、開状態と閉状態との間で駆動されるとともに、前記閉状態の場合に前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲ通路に流入するのを遮断する第１の弁と、前記ＥＧＲクーラよりも前記吸気通路側に設けられ、前記ＥＧＲガスを前記吸気通路に流入する量を調整する第２の弁と、を備え、前記ＥＧＲ管を介さずに前記ＥＧＲクーラと前記第２の弁とを直接接続したことを特徴とする。

この構成により、本発明に係る排気循環装置は、ＥＧＲクーラと第２の弁とを直接接続するようにしたので、暖機時に機関冷却水によって暖められたＥＧＲクーラの熱により第２の弁が暖められる。したがって、第２の弁が閉状態から開状態に移行した後であっても、ＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスが露点温度以下になることを抑制することができ、凝縮水の発生を防止することができる。

また、本発明に係る排気循環装置は、前記内燃機関に冷却水を供給するための冷却水路を備え、前記冷却水路は、前記冷却水が前記ＥＧＲクーラおよび前記第２の弁に供給されるよう形成されていることを特徴とする。

この構成により、本発明に係る排気循環装置は、暖機中においては前記内燃機関により加熱された冷却水によりＥＧＲクーラおよび第２の弁のいずれをも加熱することができる。したがって、暖機後に第１の弁が閉状態から開状態に移行した際にＥＧＲクーラおよび第２の弁のいずれにおいても凝縮水が発生することを防止できる。

また、本発明に係る排気循環装置は、前記第１の弁は、前記冷却水の温度が所定値未満の場合に前記閉状態を取ることを特徴とする。

この構成により、本発明に係る排気循環装置は、冷却水温が低くＥＧＲクーラが温まっていない場合には、第１の弁が閉状態を取ることにより、ＥＧＲ通路に排気ガスが流入することを防止できるので、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラおよび第２の弁において露点温度以下となり凝縮水が発生することを抑制できる。

また、本発明に係る排気循環装置は、前記所定値は、前記内燃機関の暖機が終了し前記第２の弁が開弁される温度に設定されていることを特徴とする。

この構成により、本発明に係る排気循環装置は、内燃機関が暖機中のため排気循環が行われず、第２の弁が閉状態にある場合には、第１の弁も閉状態を取るようになっている。したがって、排気脈動によりＥＧＲ通路に排気ガスが流入することを防止できるので、ＥＧＲガスが露点温度以下となり凝縮水が発生することを抑制できる。

また、本発明に係る排気循環装置は、前記ＥＧＲクーラと前記第２の弁が１つの筐体に収容されていることを特徴とする。

この構成により、本発明に係る排気循環装置は、暖機中において、第２の弁に冷却水が供給されるか否かにかかわらず、ＥＧＲクーラから伝達される熱により第２の弁が加熱されるので、第１の弁が開状態に移行した際に第２の弁において凝縮水が発生することを防止することができる。

本発明によれば、従来と比較してＥＧＲ通路に凝縮水が発生することを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気循環装置を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラおよびＥＧＲバルブを示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係る排気循環装置およびその周辺の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る冷却水回路の構成を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るＥＧＲ制御を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気循環装置の別の例を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

なお、本実施の形態においては、本発明に係る排気循環装置を４気筒のガソリンエンジンを搭載した車両に適用した場合について説明する。

まず、構成について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダヘッド１０と、不図示のシリンダブロックを備えており、シリンダヘッド１０およびシリンダブロックは、４つの気筒５を形成している。これらの気筒５には、ピストンにより燃焼室７がそれぞれ画成されている。また、シリンダヘッド１０には、外気を気筒５に導入するための吸気ポートおよび排気ガスを気筒５から排出するための排気ポートが形成されている。

各吸気ポートには、燃料を噴射するためのインジェクタが設置されており、噴射された燃料は空気と混ざり混合気として燃焼室７に導入される。シリンダヘッド１０には、各燃焼室７に導入された混合気に点火するための点火プラグ１５が配置されており、点火プラグ１５は後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００によって点火時期を制御されるようになっている。

また、インジェクタは電磁駆動式の開閉弁により構成されており、ＥＣＵ１００により所定電圧が印加されると、開弁して各気筒５の吸気ポートに燃料を噴射するようになっている。

エンジン１は、さらに、シリンダヘッド１０に接続される吸気マニホールド１１ａを有しており、この吸気マニホールド１１ａは吸気通路１１の一部を構成している。吸気通路１１には、上流側から順にエアクリーナ、エアフロメータ２２およびインタークーラが設けられている。吸気通路１１には、さらに、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１８が吸気マニホールド１１ａの上流側に設けられている。また、吸気マニホールド１１ａには、吸気温センサ２３および過給圧センサ２４が設けられている。

インタークーラは、後述するターボユニット５１の過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するようになっている。スロットルバルブ１８は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁により構成されており、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整するようになっている。ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ１８に設置されたスロットルモータを制御してスロットルバルブ１８の開度を調節するようになっている。

エンジン１は、さらに、シリンダヘッド１０に接続される排気マニホールド１２ａを有しており、この排気マニホールド１２ａは排気通路１２の一部を構成している。排気通路１２には、ターボユニット５１の排気ガス流れの下流側に触媒装置１３が配置されている。触媒装置１３は、例えば三元触媒により構成されている。触媒装置１３の上流側の排気通路１２にはＡ／Ｆセンサ２５が配置されている。また、触媒装置１３の下流側の排気通路１２には排気温センサ２６が配置されている。これらＡ／Ｆセンサ２５および排気温センサ２６の各出力信号はＥＣＵ１００に入力される。

エンジン１は、さらに、ターボユニット５１を備えている。ターボユニット５１は、排気通路１２を流れる排気によって回転するタービンホイール５３と、吸気通路１１に配置されたコンプレッサホイール５２と、タービンホイール５３およびコンプレッサホイール５２を連結するロータシャフト５４と、を備えている。タービンホイール５３が燃焼室７から排出された排気ガスにより回転すると、この回転がロータシャフト５４を介してコンプレッサホイール５２に伝達される。これにより、エンジン１は、ピストンの移動に応じて発生する負圧のみならず、コンプレッサホイール５２の回転によって吸入空気を燃焼室７に送り込むようになっている。

このターボユニット５１は、可変ノズル式ターボユニット（ＶＮＴ）により構成されており、ＥＣＵ１００は、タービンホイール５３側に設けられた可変ノズルベーン機構の開度を調整することによってエンジン１の過給圧を調整するようになっている。

エンジン１は、さらに、ＥＧＲ装置３０を備えている。ＥＧＲ装置３０は、排気通路１２を流れる排気ガスの一部を吸気通路１１に還流させて、各気筒５の燃焼室７へＥＧＲガスとして供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるようになっている。また、ポンピングロスが低減し、燃費が向上するようになっている。

ＥＧＲ装置３０は、吸気マニホールド１１ａと排気マニホールド１２ａとを接続し、内部にＥＧＲ通路３４が形成されたＥＧＲ管３３を備えている。このＥＧＲ管３３には、ＥＧＲガス流れの上流側から順に、ＥＧＲ通路３４を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２が設けられている。

図１および図２に示すように、ＥＧＲクーラ３１は、筐体３１ａ内におけるＥＧＲガスの通路の外周部に冷却水配管が張り巡らされた構成を有している。ＥＧＲ管３３から供給されたＥＧＲガスは、ＥＧＲガスの通路を通過する際に冷却水配管を流れる冷却水との熱交換により冷却され、下流側へ導かれるようになっている。ＥＧＲクーラ３１には、エンジン１を通過した冷却水を導入するためのインレットパイプ３１ｄおよびＥＧＲバルブ３２の不図示のインレットパイプと接続されるアウトレットパイプ３１ｅが接続されており、冷却水は、インレットパイプ３１ｄから冷却水配管に流入し、アウトレットパイプ３１ｅから排出される。

ＥＧＲバルブ３２は、その内部に設けられたリニアソレノイド３２ａと、基端部分がリニアソレノイド３２ａに挿通された状態で配設され、その先端部分にＥＧＲ通路３４を開閉する弁体３２ｂが設けられたシャフト３２ｃとを備えている。そして、リニアソレノイド３２ａを通電制御することにより、その電磁力と図示しないスプリングの付勢力によりシャフト３２ｃがその軸方向に往復駆動され、弁体３２ｂによりＥＧＲ通路３４が開閉される。ここで、本実施の形態に係るＥＧＲバルブ３２は、本発明に係る第２の弁を構成する。なお、ＥＧＲバルブ３２は、ステップモータやＤＣモータなどの各種モータにより駆動されるようにしてもよい。

また、ＥＧＲバルブ３２の筐体３２ｄには、ＥＧＲバルブ水路がシャフト３２ｃを囲むように形成されている。このＥＧＲバルブ水路の上流側の端部にはインレットパイプが接続されており、ＥＧＲクーラ３１のアウトレットパイプ３１ｅから排出された冷却水は、このインレットパイプを介してＥＧＲバルブ水路に導入される。また、ＥＧＲバルブ水路の下流側の端部にはアウトレットパイプ３２ｆが接続されている。そして、ＥＧＲバルブ水路を流れる冷却水により、高温の排気に曝されることとなるシャフト３２ｃおよび弁体３２ｂが冷却されるとともに、リニアソレノイド３２ａも冷却されるようになっている。

ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ３２の開度を調整することによって、排気通路１２と吸気通路１１とを連通し排気マニホールド１２ａから吸気マニホールド１１ａに導入されるＥＧＲガス量、すなわち排気還流量を調整するようになっている。

ＥＧＲクーラ３１の筐体３１ａは、熱伝導性を有する金属により形成されており、上流端部および下流端部に締結部３１ｂ、３１ｃをそれぞれ有している。また、ＥＧＲバルブ３２の筐体３２ｄも、熱伝導性を有する金属により形成されており、上流端部に締結部３２ｅを有している。

そして、本実施の形態に係るＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２は、図２に示すように、締結部３１ｃ、３２ｅによってＥＧＲ管を介さずに互いに締結されるようになっている。これらの締結部３１ｃ、３２ｅは、例えば気密結合用のフランジにより構成されており、ボルト等の締結手段により互いに締め付け固定されたり、溶接など公知の方法により固定されるようになっている。これらの締結部３１ｃおよび３２ｅを介してＥＧＲクーラ３１とＥＧＲバルブ３２との間における熱伝導が可能となっている。

また、ＥＧＲクーラ３１の締結部３１ｂは、ＥＧＲ管３３に形成されている締結部３３ａと互いに締結するようになっている。これらの締結部３１ｂ、３３ａも、例えば気密結合用のフランジにより構成されており、ボルト等の締結手段により互いに締め付け固定されたり、溶接など公知の方法により固定されるようになっている。

本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０は、さらに、ＥＧＲクーラ３１の上流側にＥＧＲ遮断弁３５を備えている。ＥＧＲ遮断弁３５は、ダイヤフラム弁や電磁駆動弁など、全開となる開状態および全閉となる閉状態とを取ることが可能な弁により構成されている。このＥＧＲ遮断弁３５は、後述するように、所定の運転条件下においてＥＧＲ通路３４を遮断し、排気マニホールド１２ａに排出された排気ガスがＥＧＲ装置３０に流入することを防止するようになっている。なお、ＥＧＲ遮断弁３５は、開状態と閉状態との間の任意の状態を取ることが可能な弁により構成されていてもよい。ここで、本実施の形態に係るＥＧＲ遮断弁３５は、本発明に係る第１の弁を構成する。

エンジン１の各部には、各種センサが設置されており、検出結果を表す信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。

冷却水温センサ２１は、エンジン１のシリンダブロックに形成されたウォータージャケットに配置され、エンジン１の冷却水温ＴＨＷに応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。エアフロメータ２２は、吸気通路１１のスロットルバルブ１８の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。吸気温センサ２３は、吸気マニホールド１１ａに配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。過給圧センサ２４は、吸気マニホールド１１ａに配置され、過給圧に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。

Ａ／Ｆセンサ２５は、触媒装置１３の上流側の排気通路１２に配置されており、排気ガス中の酸素濃度（排気Ａ／Ｆ）に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。排気温センサ２６は、触媒装置１３の下流側の排気通路１２に配置され、排気ガスの温度に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。バルブ開度センサ３６は、ＥＧＲバルブ３２の開度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。遮断弁開度センサ３９は、ＥＧＲ遮断弁３５の開度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。

エンジン１を搭載する車両は、さらに、ＥＣＵ１００を備えている。ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３およびバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。なお、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、本発明に係る排気循環装置の一部を構成する。

ＲＯＭ１０２は、排気還流量を調節するＥＧＲ制御を実施するためのプログラムおよび気筒５に対する燃料噴射量を制御するための制御プログラムを含む各種制御プログラムや、これらの各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行するようになっている。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１による演算結果や、上述した各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するようになっている。バックアップＲＡＭ１０４は、不揮発性のメモリにより構成されており、例えばエンジン１の停止時に保存すべきデータ等を記憶するようになっている。

ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、冷却水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、過給圧センサ２４、Ａ／Ｆセンサ２５、排気温センサ２６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ２９、スロットルバルブ１８の開度に応じた検出信号を出力するスロットル開度センサ２７、エンジン１のクランクシャフトの回転数を検出し、エンジン回転数として出力するエンジン回転数センサ３７、大気圧を検出する大気圧センサ３８、バルブ開度センサ３６および遮断弁開度センサ３９などが接続されている。

出力インターフェース１０６は、点火プラグ１５、スロットルバルブ１８、ＥＧＲバルブ３２、ＥＧＲ遮断弁３５および図示しないインジェクタなどに接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、ＥＧＲ制御および燃料噴射量制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。

図４は、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０に冷却水を供給する冷却水回路４０を示す模式図である。冷却水回路４０は、ウォーターポンプ４４から吐出した冷却水を、エンジン１、ヒータコア４１、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲバルブ３２およびスロットルバルブ１８の順に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第１経路４７と、エンジン１を構成するシリンダヘッド１０の下流に設置されている図示しない三方弁により第１経路４７から分岐され、エンジン１から流出した冷却水の一部をラジエータ４２に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第２経路４８とを有している。

第１経路４７を還流する冷却水は、エンジン１を構成するシリンダブロックおよびシリンダヘッド１０との熱交換により加熱されると、ヒータコア４１との熱交換により冷却され、その後ＥＧＲクーラ３１に供給される。

一方、第２経路４８を還流する冷却水は、シリンダヘッド１０の下流に設置されている図示しない三方弁により第１経路４７から分岐されると、ラジエータ４２に供給され外気との熱交換により冷却される。また、第２経路４８には、図示しないサーモスタットが設置されており、暖機中や寒冷地域の走行に起因してエンジン１の冷却水温ＴＨＷが通常走行時の冷却水温と比較して低温となっている場合には、ラジエータ４２とウォーターポンプ４４との間の経路を遮断するようになっている。また、サーモスタットは、冷却水温ＴＨＷが上昇するにしたがって、ラジエータ４２とウォーターポンプ４４との間の経路を徐々に開放し、第１経路４７を還流する冷却水量に対する第２経路４８を還流する冷却水量の割合を増加するようになっている。

本発明の実施の形態に係る制御装置を構成するＥＣＵ１００は、さらに、冷却水温センサ２１から入力される信号に基づいて、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈ未満であると判断すると、ＥＧＲ遮断弁３５を閉状態に移行するようになっている。

所定値ＴＨＷｔｈとしては、例えば、７０℃などエンジン１の暖機が終了しＥＧＲ制御が開始される温度に設定されている。ここで、排気ガスの露点温度は６０℃以下であり、また、ＥＧＲクーラ３１により低下するＥＧＲガスの温度は数℃である。したがって、冷却水温ＴＨＷが７０℃以上である場合には、ＥＧＲ装置３０に排気ガスが供給されたとしても、ＥＧＲクーラ３１内において凝縮水が発生することを抑制できる。また、冷却水は、ＥＧＲバルブ３２にも供給されるので、ＥＧＲバルブ３２において凝縮水が発生することも抑制できる。

また、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０は、従来のＥＧＲ装置と異なり、ＥＧＲクーラ３１とＥＧＲバルブ３２の間に冷却水により加熱されないＥＧＲ管が設置されていない。そのため、従来のＥＧＲ装置においては、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈに達しＥＧＲ遮断弁３５が全閉状態から全開状態に移行した際に、このＥＧＲ管がまだ十分に温まっておらず、このＥＧＲ管内において凝縮水が発生する場合があった。これに対し、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０は、暖機が終了しＥＧＲ遮断弁が開状態に移行した際に、ＥＧＲクーラ３１とＥＧＲバルブ３２の間においてＥＧＲガスが冷却され凝縮水が発生しない構成を有している。

また、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ制御を実行せず、ＥＧＲバルブ３２を全閉状態に移行している場合には、ＥＧＲ遮断弁３５も全閉状態に移行することにより、ＥＧＲバルブ３２が全閉状態である場合に排気脈動で排気がＥＧＲ装置３０に流入することを防止するようになっている。このように、ＥＧＲバルブ３２が全閉状態を取ると、ＥＧＲ遮断弁３５も全閉状態をとり、ＥＧＲバルブ３２が開状態、すなわち全閉状態以外の状態を取る場合には、ＥＧＲ遮断弁３５は全開状態を取るようになっている。

また、ＥＣＵ１００は、冷却水温センサ２１から入力される信号に基づいて冷却水温ＴＨＷが７０℃を超えたと判断した場合には、ＥＧＲ遮断弁３５を全開状態に移行するとともに、ＥＧＲ制御を開始するようになっている。

また、ＥＣＵ１００は、暖機が終了したと判断し、ＥＧＲ遮断弁３５を開状態に移行すると、ＥＧＲバルブ３２を制御して、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ制御を実行するようになっている。ＥＣＵ１００は、エンジン回転数及びエンジン負荷とＥＧＲバルブ３２の開度とを対応付けた開度マップをＲＯＭ１０２に記憶しており、エンジン回転数センサ３７により検出されたエンジン回転数およびエアフロメータ２２により検出された吸入空気量から求められるエンジン負荷を取得すると、ＲＯＭ１０２に記憶されている開度マップを参照してＥＧＲバルブ３２の開度を設定するようになっている。

なお、ＥＣＵ１００は、吸入空気量とエンジン負荷とを対応付けたエンジン負荷マップを予めＲＯＭ１０２に記憶している。吸入空気量とエンジン負荷との対応は予め実験的な測定により求められている。なお、エンジン負荷は、例えば、吸入空気量の代わりにエンジン１における燃料噴射量から算出する方法など、公知の方法により算出されていればよい。

次に、本発明の実施の形態に係る排気循環装置の動作について説明する。

図５は、本発明の実施の形態に係るＥＧＲ制御を説明するためのフローチャートである。なお、以下の処理は、ＥＣＵ１００を構成するＣＰＵ１０１によって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵ１０１によって処理可能なプログラムを実現する。

ＥＣＵ１００は、まず、冷却水温センサ２１から取得した信号に基づいて、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１）。

ＥＣＵ１００は、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈ以上であると判断した場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、ＥＧＲ管３３に排気ガスがＥＧＲガスとして流入しても、ＥＧＲクーラ３１やＥＧＲバルブ３２において凝縮水が発生しないため、ＥＧＲ遮断弁３５を閉状態から開状態に移行する（ステップＳ２）。

一方、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈに達していないと判断した場合には（ステップＳ１でＮＯ）、ＥＧＲ管３３に排気ガスが流入し、ＥＧＲクーラ３１あるいはＥＧＲバルブ３２において露点温度以下になることにより凝縮水が発生することを防止するため、ＥＧＲ遮断弁３５を閉状態に移行し（ステップＳ３）、ＲＥＴＵＲＮに移行する。なお、ステップＳ３において、ＥＧＲ遮断弁３５がすでに閉状態にあるならば、ＥＣＵ１００はこの閉状態を継続する。

次に、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ３２の制御を実行する（ステップＳ４）。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサ３７からエンジン回転数を表す信号を取得するとともに、エアフロメータ２２から入力された信号とＲＯＭ１０２に記憶されているエンジン負荷マップによりエンジン負荷を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭ１０２に記憶されている開度マップに基づいてＥＧＲバルブ３２の開度を設定する。

以上のように、本発明の実施の形態に係る排気循環装置においては、ＥＧＲクーラ３１とＥＧＲバルブ３２とを直接接続するようにしたので、暖機時に冷却水によって暖められたＥＧＲクーラ３１の熱によりＥＧＲバルブ３２が暖められる。すなわち、冷却水によって暖められたＥＧＲクーラ３１からの熱がＥＧＲバルブ３２に伝達するため、ＥＧＲバルブ３２が暖められることとなる。したがって、ＥＧＲバルブ３２が閉状態から開状態に移行した後であっても、ＥＧＲクーラ３１を通過したＥＧＲガスが露点温度以下になることを抑制することができ、凝縮水の発生を防止することができる。

また、エンジン１の冷却水を還流する冷却水回路４０は、冷却水がＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２に供給されるよう形成されているので、暖機中においてはエンジン１により加熱された冷却水によりＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２の何れをも加熱することができる。したがって、エンジン１の暖機後にＥＧＲ遮断弁３５が閉状態から開状態に移行した際にＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２のいずれにおいても凝縮水が発生することを防止できる。

また、ＥＧＲ遮断弁３５は、冷却水の温度が所定値ＴＨＷｔｈ未満の場合に閉状態を取るようになっているので、冷却水温が低くＥＧＲクーラ３１が温まっていない場合には、ＥＧＲ遮断弁３５が閉状態を取ることにより、ＥＧＲ通路３４に排気ガスが流入することを防止でき、ＥＧＲガスが露点温度以下となり凝縮水が発生することを抑制できる。

なお、以上の説明においては、ＥＧＲ装置３０がタービンホイール５３の上流側から排気ガスを取得してコンプレッサホイール５２の下流側にＥＧＲガスとして還流するいわゆるＨＰＬ（High-Pressure Loop）を構成する場合について説明したが、これに限定されず、ＥＧＲ装置３０が、タービンホイール５３の下流側から排気ガスを取得してコンプレッサホイール５２の上流側にＥＧＲガスとして還流するＬＰＬ（Low-Pressure Loop）を構成していてもよい。

また、以上の説明においては、ＥＧＲ装置３０がターボユニット５１を備えるエンジン１に適用される場合について説明したが、これに限定されず、排気循環装置がターボユニットを備えないエンジン１に適用されるようにしてもよい。

この場合、図６に示すように、ＥＧＲ装置３０は、排気通路１２における排気マニホールド１２ａと触媒装置１３との間と、吸気マニホールド１１ａとの間で排気ガスが還流するように設置される。なお、ＥＧＲ装置３０における上流側のＥＧＲ管３３は、触媒装置１３よりも下流側に接続されるようにしてもよい。

また、以上の説明においては、ＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２のいずれにも冷却水が供給される場合について説明したが、これに限定されず、冷却水がＥＧＲクーラ３１のみに供給されるようにしてもよい。この場合、暖機中にはＥＧＲバルブ３２はＥＧＲクーラ３１から伝達される熱により加熱されるようになっている。また、以上の説明においては、ＥＧＲクーラ３１とＥＧＲバルブ３２とが別々の部品として形成され、互いにＥＧＲ管３３を介さずに接続される場合について説明した。しかしながら、ＥＧＲクーラ３１とＥＧＲバルブ３２とが一つの筐体内に収容されるよう形成した場合には、暖機中においてＥＧＲバルブ３２に冷却水が供給されるか否かにかかわらず、筐体を介してＥＧＲクーラ３１からＥＧＲバルブ３２に熱が供給されるので、ＥＧＲ遮断弁３５が開状態に移行した際にＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２において凝縮水が発生することを防止することができる。

また、以上の説明においては、冷却水回路４０が、ウォーターポンプ４４から吐出した冷却水を、エンジン１、ヒータコア４１、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲバルブ３２およびスロットルバルブ１８の順に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第１経路４７と、エンジン１を構成するシリンダヘッド１０の下流に設置されている図示しない三方弁により第１経路４７から分岐され、エンジン１から流出した冷却水の一部をラジエータ４２に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第２経路４８とを有する場合について説明した。しかしながら、冷却水回路４０は、ラジエータ４２を通過した冷却水がＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２に供給される第１経路と、ラジエータ４２を通過した冷却水がエンジン１およびヒータコア４１に供給される第２経路とによって構成されていてもよい。

また、図１および図６においては、ＥＧＲ管３３が排気マニホールド１２ａと一体的に形成されている場合について示しているが、これに限定されず、ＥＧＲ管３３と排気マニホールド１２ａとは気密結合用のフランジ等により互いに接続されるようになっていてもよい。

また、ＥＧＲ装置３０は、ガソリンエンジンにより構成されたエンジン１を搭載した車両に適用される場合について説明したが、これに限定されず、ＥＧＲ装置３０は、ディーゼルエンジンなど公知の内燃機関を搭載した車両に適用されていればよい。

また、以上の説明においては、燃料が吸気ポートに噴射されるポート噴射式エンジンにＥＧＲ装置３０が適用される場合について説明したが、これに限定されず、燃料が各燃焼室７に直接噴射される筒内噴射式エンジンにＥＧＲ装置３０が適用されていてもよい。また、筒内噴射およびポート噴射のいずれもが行われるエンジンにＥＧＲ装置３０が適用されていてもよい。

また、ＥＧＲ装置３０は、エンジン１のみを動力源とする車両のみならず、エンジンおよび回転電機を動力源とするハイブリッド車両に適用されていてもよい。この場合、ハイブリッド車両は、エンジンのみを動力源とする車両と比較して、エンジンの停止時間が長くなり冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈ未満となる状態が増加する。したがって、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０をハイブリッド車両に適用することにより、ＥＧＲ通路に凝縮水が発生することを抑制することができるという効果がより一層顕著になる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気循環装置は、従来と比較してＥＧＲ通路に凝縮水が発生することを抑制することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の排気循環装置に有用である。

１ エンジン
５ 気筒
７ 燃焼室
１０ シリンダヘッド
１１ 吸気通路
１１ａ 吸気マニホールド
１２ 排気通路
１２ａ 排気マニホールド
１８ スロットルバルブ
２１ 冷却水温センサ
２２ エアフロメータ
２９ アクセル開度センサ
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲクーラ
３１ａ 筐体
３１ｂ 締結部
３２ ＥＧＲバルブ
３２ａ リニアソレノイド
３２ｂ 弁体
３２ｃ シャフト
３２ｄ 筐体
３２ｅ 締結部
３３ ＥＧＲ管
３３ａ 締結部
３４ ＥＧＲ通路
３５ ＥＧＲ遮断弁
３６ バルブ開度センサ
３７ エンジン回転数センサ
３９ 遮断弁開度センサ
４０ 冷却水回路
４４ ウォーターポンプ
１００ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関から排気通路に排出された排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に循環させる内燃機関の排気循環装置であって、
   前記排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路が形成されたＥＧＲ管と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラよりも前記排気通路側に設けられ、開状態と閉状態との間で駆動されるとともに、前記閉状態の場合に前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲ通路に流入するのを遮断する第１の弁と、
   前記ＥＧＲクーラよりも前記吸気通路側に設けられ、前記ＥＧＲガスを前記吸気通路に流入する量を調整する第２の弁と、
   前記内燃機関に冷却水を供給するための冷却水路を有する冷却水回路と、
   前記冷却水回路に冷却水を吐出するウォーターポンプと、を備え、
   前記ＥＧＲクーラおよび前記第２の弁は、熱伝導性を有する金属により形成され、ＥＧＲガスの通路外周部に冷却水配管が形成された筐体をそれぞれ有し、前記各筐体が前記ＥＧＲ管を介さず互いに熱伝導可能となる締結部により固定され、
   前記冷却水回路は、前記ウォーターポンプから前記内燃機関、前記ＥＧＲクーラの冷却水配管、前記第２の弁の冷却水配管の順に前記冷却水が供給され前記ウォーターポンプに戻る第１経路と、冷却水温を調整するサーモスタットを有し、前記第１経路から分岐して前記内燃機関から流出した冷却水の一部をラジエータに供給し、前記ウォーターポンプに戻す第２経路と、を有し、
   前記第１経路は、前記締結部に前記冷却水が供給されないように前記冷却水路が形成されており、
   前記サーモスタットは、前記冷却水の温度が所定の閾値温度よりも低い場合は、前記ラジエータと前記ウォーターポンプとの間の経路を遮断し、前記冷却水の温度が前記閾値温度よりも高い場合は、前記冷却水の温度が高いほど、前記ラジエータと前記ウォーターポンプとの間の経路を流れる冷却水量が増加するように制御することを特徴とする内燃機関の排気循環装置。
2. 前記第１の弁は、前記冷却水の温度が所定値未満の場合に前記閉状態を取ることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気循環装置。
3. 前記所定値は、前記内燃機関の暖機が終了し前記第２の弁が開弁される温度に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気循環装置。

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