JP7292187B2 - Egr装置 - Google Patents
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Description
先ず、第1実施形態について説明する。
図1に、自動車に搭載されたガソリンエンジンシステム(以下、単に「エンジンシステム」と言う。)を概略構成図により示す。エンジンシステムは、複数の気筒を有するエンジン1を備える。このエンジン1は、4気筒、4サイクルのレシプロエンジンであって、ピストン2及びクランクシャフト3等の周知の構成を含む。エンジン1には、各気筒へ吸気を導入するための吸気通路4と、エンジン1の各気筒から排気を導出するための排気通路5が設けられる。吸気通路4には、その上流側から順にエアクリーナ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。
図1に示すように、このエンジンシステムは、エンジン1の運転状態を検出するための運転状態検出手段を構成する各種センサ等41~48を備える。エアクリーナ6に設けられたエアフローメータ42は、エアクリーナ6から吸気通路4へ流れる吸気量Gaを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。同じくエアクリーナ6に設けられた外気温センサ43は、吸気通路4に導入される外気の温度(外気温度)THAを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。サージタンク8aに設けられた吸気圧センサ44は、スロットル装置7より下流の吸気圧力PMを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン1に設けられた水温センサ45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46は、クランクシャフト3の回転数をエンジン1の回転数(エンジン回転数)NEとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。排気通路5に設けられた空燃比センサ47は、排気通路5へ排出される排気中の空燃比A/Fを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。運転席に設けられたアクセルペダル16には、アクセルセンサ48が設けられる。アクセルセンサ48は、アクセルペダル16の踏み込み角度をアクセル開度ACCとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。
次に、EGRクーラユニット24の構成について詳しく説明する。図2に、この実施形態におけるUフロータイプのEGRクーラユニット24を概略的な断面図により示す。このEGRクーラユニット24は、EGRクーラ25と、バイパス弁26と、EGRガスを導出するための出口パイプ27とを備える。EGRクーラ25は、クーラケーシング51と、熱交換器52とを含む。クーラケーシング51は、EGRガスを導入する入口パイプ53と、バイパス通路54と、クーラ通路55とを含む。この実施形態で、クーラ通路55は略U形をなし、その屈曲部より下流に熱交換器52が設けられる。バイパス通路54の一端とクーラ通路55の一端は、入口パイプ53に連通する。熱交換器52には、矢印で示すようにエンジン冷却水(温水)が循環するようになっている。入口パイプ53と出口パイプ27には、それぞれEGR通路22が接続される。入口パイプ53に流入したEGRガスは、クーラ通路55を流れ、熱交換器52を通過することで冷却されるようになっている。バイパス通路54を流れるEGRガスは熱交換器52により冷却されない。
図2に示すように、バイパス弁26は、EGRクーラ25のクーラ通路55を通過するEGRガスの流量と、EGRクーラ25のバイパス通路54を通過するEGRガスの流量とを調節するようになっている。このバイパス弁26は、並列二弁タイプであって、主要な構成要素として、弁ケーシング61、二つの弁体62,63、弁軸64及び駆動部65を備える。駆動部65は、減速機構とDCモータを内蔵する。弁ケーシング61は、二つの流路66,67を含む。
図11に、この実施形態における第1バイパス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、ECU50は、EGR弁23は全閉か否かを判断する。ここで、ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ110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100へ戻す。
次に、第2実施形態について説明する。なお、以下の説明において前記第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、以下には異なった点を中心に説明する。この実施形態では、第2バイパス弁制御の内容の点で、第1実施形態と構成が異なる。
図12に、この実施形態の第2バイパス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、ECU50は、先ず、ステップ200で、外気温センサ43及び水温センサ45の検出値に基づき外気温度THA及び冷却水温度THWをそれぞれ取り込む。
以上説明したこの実施形態の構成によれば、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と共に、第1バイパス弁制御とは異なり次のような作用及び効果を得ることができる。ここで、クーラ弁体62がクーラ弁座66aに着座した全閉となり、バイパス弁体63がバイパス弁座67aから離間した全開となるとき(バイパスモード)では、バイパス流路67にEGRクーラ25で冷却されない高温のEGRガスが流れてバイパス弁体63及びバイパス弁座67aに過大な熱負荷が作用する状態となる。この状態からバイパス弁体63がバイパス弁座67aに着座した全閉となり、クーラ弁体62がクーラ弁座66aから離間した全開となるとき(クーラモード)へ一気に切り替えられると、過大な熱負荷と前後差圧ΔP1の脈動を受けて、バイパス弁座67a及びバイパス弁体63の受けるダメージが大きくなる傾向がある。そこで、この実施形態では、ECU50は、バイパス弁26がバイパスモードからクーラモードへ切り替わるときに、その切り替え前にクーラ弁体62及びバイパス弁体63がクーラ流路66及びバイパス流路67をそれぞれ一旦中間開度で開くようにバイパス弁26を制御する。従って、バイパス流路67に高温のEGRガスが流れる状態(バイパスモード)からバイパス弁体63がバイパス弁座67aに着座する状態(クーラモード)に切り替えるときは、その切り替え前にクーラ流路66及びバイパス流路67がそれぞれ一旦中間開度に開かれることで、バイパス弁体63及びバイパス弁座67aに作用する熱負荷や前後差圧ΔP1(圧力差)が一旦軽減される。このため、バイパスモードのときに高温のEGRガスによってバイパス弁体63とバイパス弁座67aが大きな熱負荷や前後差圧ΔP1を受けた直後の厳しい状況において、バイパス弁座67aにおけるバイパス弁体63の着座によるダメージを低減することができる。
次に、第3実施形態について説明する。この実施形態では、EGRクーラユニットの構成と、第3バイパス弁制御の内容の点で前記各実施形態と構成が異なる。
先ず、EGRクーラユニットの構成について説明する。図13に、この実施形態におけるUフロータイプのEGRクーラユニット31を断面図により示す。この実施形態では、図1のエンジンシステムにおいて、EGRクーラユニット24に代わり、このEGRクーラユニット31がEGR通路22に設けられる。このEGRクーラユニット31は、EGRクーラ32と、バイパス弁33とを備える。EGRクーラ32は、クーラケーシング71と、熱交換器72とを含む。クーラケーシング71は、略U形をなすクーラ通路73を備え、その屈曲部より下流に熱交換器72が設けられる。熱交換器72には、エンジン冷却水(温水)が循環するようになっている。バイパス弁33は、クーラ通路73の入口73aと出口73bに接続される。バイパス弁33から、入口73aに流入したEGRガスは、クーラ通路73を流れ、熱交換器72を通過することで冷却されるようになっている。
図13に示すように、バイパス弁33は、EGRクーラ32(クーラ通路73及び熱交換器72)を通過するEGRガスの流量と、後述するバイパス流路87を通過するEGRガスの流量を調節するようになっている。このバイパス弁33は、バタフライ弁タイプであって、主要な構成要素として、弁ケーシング81、一つの弁体82、弁軸83及び駆動部84を備える。弁体82は、弁軸83を中心に回動可能に設けられる。駆動部84は、弁体82と一体に弁軸83を回転駆動させる。弁ケーシング81は、EGRガスを導入する入口流路85と、EGRガスを導出する出口流路86と、入口流路85と出口流路86との間に形成されたバイパス流路87と、入口流路85に導入されたEGRガスをクーラ通路73の入口73aへ案内するクーラ流路88と、クーラ通路73の出口73bから導出されたEGRガスをバイパス流路87へ案内する導出流路89とを備える。入口流路85とクーラ流路88との境と、バイパス流路87と導出流路89との境には、バイパス弁座90が形成される。また、入口流路85とバイパス流路87との境と、クーラ流路88と導出流路89との境には、クーラ弁座91が形成される。この実施形態では、バイパス弁33の出口流路86に対し、EGR弁23が直接接続される。
図15に、この実施形態の第3バイパス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、ECU50は、先ず、ステップ300で、バイパス弁33の制御がクーラモードであるか否かを判断する。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は、クーラモードであることから処理をステップ310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350へ移行する。
以上説明したこの実施形態の構成によれば、ECU50は、エンジン1の運転状況に応じて、一つの弁体82がクーラ弁座91及びバイパス弁座90から離間しクーラ流路88及びバイパス流路87を所定の中間開度で開くようにバイパス弁33を制御する。従って、クーラ流路88及びバイパス流路87が中間開度に開かれることで、一つの弁体82の上流側と下流側との間に作用する前後差圧ΔP1(圧力差)が軽減される。このため、クーラ弁座91又はバイパス弁座90の一つの弁体82との接触によるダメージを低減することができる。
次に、第4実施形態について説明する。この実施形態では、EGRクーラユニットの構成の点で前記第3実施形態と異なる。
EGRクーラユニットの構成について説明する。図16に、この実施形態におけるUフロータイプのEGRクーラユニット36を断面図により示す。この実施形態では、図1のエンジンシステムにおいて、EGRクーラユニット24に代わり、このEGRクーラユニット36がEGR通路22に設けられる。このEGRクーラユニット36は、EGRクーラ32と、バイパス弁37とを備える。EGRクーラ32の構成は、第3実施形態のそれと基本的に同じである。
図16に示すように、バイパス弁37は、EGRクーラ32(クーラ通路73及び熱交換器72)を通過するEGRガスの流量と、後述するバイパス流路107を通過するEGRガスの流量を調節するようになっている。このバイパス弁37は、フラップ弁タイプであって、主要な構成要素として、弁ケーシング101、一つの弁体102、弁軸103及び駆動部104を備える。弁体102は、弁軸103を中心に揺動可能に設けられる。駆動部104は、弁体102と一体に弁軸103を回転駆動させる。弁ケーシング101は、EGRガスを導入する入口流路105と、EGRガスを導出する出口流路106と、入口流路105と出口流路106との間に形成されたバイパス流路107と、入口流路105に導入されたEGRガスをクーラ通路73の入口73aへ案内するクーラ流路108とを備える。入口流路105とクーラ流路108との境には、クーラ弁座109が形成される。また、入口流路105とバイパス流路107との境には、バイパス弁座110が形成される。この実施形態でも、バイパス弁37の出口流路106に対し、EGR弁23が直接接続される。
4 吸気通路
5 排気通路
22 EGR通路
23 EGR弁
25 EGRクーラ
26 EGRクーラバイパス弁(バイパス弁)
32 EGRクーラ
33 バイパス弁
37 バイパス弁
50 ECU(制御手段)
55 クーラ通路
61 弁ケーシング
62 クーラ弁体
63 バイパス弁体
64 弁軸
66 クーラ流路
66a クーラ弁座
67 バイパス流路
67a バイパス弁座
73 クーラ通路
81 弁ケーシング
82 弁体
83 弁軸
87 バイパス流路
88 クーラ流路
90 バイパス弁座
91 クーラ弁座
101 弁ケーシング
102 弁体
103 弁軸
107 バイパス流路
108 クーラ流路
109 クーラ弁座
110 バイパス弁座
Claims (5)
- エンジンから排気通路へ排出される排気をEGRガスとして吸気通路へ流すためのEGR通路と、
前記EGRガスを冷却するために前記EGR通路に設けられたEGRクーラと、
前記EGR通路を流れる前記EGRガスを、前記EGRクーラを流れる前記EGRガスと、前記EGRクーラを迂回する前記EGRガスとに切り替えるためのEGRクーラバイパス弁と、
前記EGRクーラバイパス弁は、弁ケーシングと、前記弁ケーシングに設けられ、前記EGRクーラを流れた前記EGRガスが通過するクーラ流路と、前記弁ケーシングに設けられ、前記EGRクーラを迂回する前記EGRガスが通過するバイパス流路と、前記クーラ流路に設けられたクーラ弁座と、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁座と、前記クーラ弁座と前記バイパス弁座に対し選択的に着座可能に設けられた少なくとも一つの弁体と、前記弁体を回動するための弁軸とを含むことと、
前記EGRクーラバイパス弁より下流の前記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、
少なくとも前記EGRクーラバイパス弁を制御するための制御手段と
を備えたEGR装置において、
前記EGRクーラバイパス弁は、前記弁軸を一方向へ回転させることにより、前記弁体が前記クーラ弁座から離間すると共に前記バイパス弁座に着座するように前記弁体を作動させるクーラモードと、前記弁軸を逆方向へ回転させることにより、前記弁体が前記クーラ弁座に着座すると共に前記バイパス弁座から離間するように前記弁体を作動させるバイパスモードとに切り替え可能に構成され、
前記制御手段は、前記エンジンの運転状況又は前記EGRクーラバイパス弁の制御状況に応じて、前記弁体が前記クーラ弁座及び前記バイパス弁座から離間し前記クーラ流路及び前記バイパス流路を所定の中間開度で開くように前記EGRクーラバイパス弁を制御し、
前記制御手段は、前記エンジンの運転時に、前記EGRクーラバイパス弁が前記バイパスモードから前記クーラモードへ切り替わるときに、その切り替え前に前記弁体が前記クーラ流路及び前記バイパス流路を一旦前記中間開度で開くように前記EGRクーラバイパス弁を制御し、
前記制御手段は、前記エンジンの運転時に、前記クーラ弁座又は前記バイパス弁座に着座した前記弁体の上流側に作用する圧力と前記弁体の下流側に作用する圧力との圧力差であって、前記クーラ流路又は前記バイパス流路の長さに応じた圧力差を前記エンジンの回転数及び前記エンジンの負荷に応じて推定し、その推定された圧力差が所定値より大きくなると判断したときに、前記弁体が前記クーラ流路及び前記バイパス流路を前記中間開度で開くように前記EGRクーラバイパス弁を制御する
ことを特徴とするEGR装置。 - 請求項1に記載のEGR装置において、
前記弁体は、前記クーラ流路を開閉するためのクーラ弁体と、前記バイパス流路を開閉するためのバイパス弁体とを含み、前記クーラ弁体と前記バイパス弁体とが位相をずらした状態で前記弁軸に固定され、
前記弁軸を一方向へ回転させることにより、前記クーラ弁体が前記クーラ弁座から離間すると共に前記バイパス弁体が前記バイパス弁座に着座するように前記クーラ弁体及び前記バイパス弁体を作動させるクーラモードと、前記弁軸を逆方向へ回転させることにより、前記クーラ弁体が前記クーラ弁座に着座すると共に前記バイパス弁体が前記バイパス弁座から離間するように前記クーラ弁体及び前記バイパス弁体を作動させるバイパスモードとに切り替え可能に構成された
ことを特徴とするEGR装置。 - 請求項1に記載のEGR装置において、
前記弁体は、前記クーラ流路と前記バイパス流路を選択的に開閉するための一つの弁体により構成され、
前記弁軸を一方向へ回転させることにより、前記弁体が前記クーラ弁座から離間すると共に前記バイパス弁座に着座するように前記弁体を作動させるクーラモードと、前記弁軸を逆方向へ回転させることにより、前記弁体が前記クーラ弁座に着座すると共に前記バイパス弁座から離間するように前記弁体を作動させるバイパスモードとに切り替え可能に構成された
ことを特徴とするEGR装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載のEGR装置において、
前記制御手段は、前記エンジンの運転時に、前記エンジンの負荷が所定値以上に高くなるときに、前記弁体が前記クーラ流路及び前記バイパス流路を前記中間開度で開くように前記EGRクーラバイパス弁を制御する
ことを特徴とするEGR装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載のEGR装置において、
前記EGRクーラは、前記EGRガスが流れる略U形のクーラ通路を含む
ことを特徴とするEGR装置。
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