JPH10252578A

JPH10252578A - Ｅｇｒクーラー付ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JPH10252578A
Application number: JP9053545A
Authority: JP
Inventors: Koji Natsume; 浩司夏目
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンのＥＧＲ装置において、エンジ
ンの始動時などの冷間時にはＥＧＲガスの過冷却を避
け、ＨＣ白煙の発生と結露の発生を防止し、更に、結露
に起因する硫酸腐蝕及びカーボンの付着を防止でき、ま
た、エンジンの暖機後はＥＧＲガスの冷却を効率よく行
うことができる、ＥＧＲクーラー付きＥＧＲ装置を提供
する。【解決手段】エンジンのＥＧＲ通路に設けたＥＧＲク
ーラーの冷却媒体通路に向けて開閉制御可能な噴射ノズ
ルを配設し、該噴射ノズルから冷却用媒体を噴射してＥ
ＧＲクーラーの冷却管内を通過するＥＧＲガスの冷却を
行うように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのＥＧＲ
において、ＥＧＲクーラーを使用してＥＧＲガスの温度
を下げて空気の吸入効率を向上させて、エンジンの燃焼
を良好に保つと共に、燃焼温度を下げて排気ガス中のＮ
Ｏｘを低減するＥＧＲクーラー付きＥＧＲ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンなどの排気ガス対策
において、排気ガス中のＮＯｘの排出量を低減するため
に、排気ガスの一部を吸気に還流することで、燃焼温度
を低く抑えて、ＮＯｘの生成を抑制させるＥＧＲ（排気
再循環）が有効であることが知られ、広く実用化されて
いる。

【０００３】このＥＧＲ装置においては、エンジンの排
気通路から排気ガスを分流するＥＧＲ通路を吸気通路側
に接続して、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁でＥＧＲガス
量を調整しながらＥＧＲを行っている。しかし、このよ
うに、高温のＥＧＲガスをそのまま吸気側に循環させる
と、高温で膨張したＥＧＲガスが吸気マニホールドに供
給されるので、吸気時のシリンダー内のＥＧＲガスが占
める割合が多くなり、シリンダー内に入る空気量が低減
してしまうという問題がある。

【０００４】そのため、ＥＧＲ通路の途中に例えば水冷
式のＥＧＲクーラーを設けて、エンジン冷却水を冷却水
通路を通じて循環して、この冷却水によりＥＧＲガスを
冷却して体積を減少してから、吸気マニホールドに供給
することによって、シリンダー内に供給される空気量を
確保している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ンの排気ガス中には燃焼により生成される水分が水蒸気
として含まれており、冬季やエンジンスタート直後のよ
うにＥＧＲクーラーが冷えている時や、ＥＧＲガス量の
少ない低ＥＧＲ率に於ける運転時には、ＥＧＲクーラー
内の冷却水によってＥＧＲガスが過冷却されてＥＧＲガ
ス中の水蒸気が結露する。

【０００６】そのため、このＥＧＲクーラー内で発生し
た結露水にＥＧＲガス中のカーボンが捕捉されて、これ
が冷却管などへの付着して伝熱抵抗層を形成して、ＥＧ
Ｒクーラーの効率を低下させたり、さらに、ＥＧＲガス
中の硫黄酸化物が結露水中に溶解して硫酸を生じて、Ｅ
ＧＲクーラー、ＥＧＲ通路およびエンジン内部を腐蝕す
るという問題がある。

【０００７】この腐蝕が進みＥＧＲクーラーの伝熱パイ
プの破損が生じると、冷却水がＥＧＲガス通路側に漏れ
て、シリンダ内に吸引され、潤滑油に混入して潤滑不良
を起こしたり、漏れが大量になるとウォーターハンマー
により最悪の場合にはエンジンの破損につながる。ま
た、結露水が吸気行程で潤滑油中に混入されて潤滑油を
酸化するために、潤滑性能が低下して各部の磨耗が促進
されるという問題もあり、更に、エンジンが暖機する前
にＥＧＲガスを冷却すると、燃焼温度が下がってＨＣ白
煙が多量に発生するという問題もある。

【０００８】これらの問題を解決するために、特開昭55
-131556 号公報や特開昭55-131557号公報では、ＥＧＲ
クーラーへの冷却水の循環量を制御してＥＧＲガス温度
をある温度範囲に抑える方法が提案されているが、常に
冷却水がＥＧＲクーラー内に充填されているため、始動
時の冷却を避けることができず、ＥＧＲクーラー内での
結露やＨＣ白煙の発生を防止できないという問題があ
る。

【０００９】本発明は、上述の問題を解決するためにな
されたもので、その第１の目的は、エンジンのＥＧＲ装
置において、エンジンの始動時などの冷間時にはＥＧＲ
ガスの過冷却を避け、ＨＣ白煙の発生と結露の発生を防
止し、更に、結露に起因する硫酸腐蝕及びカーボンの付
着を防止でき、また、エンジンの暖機後はＥＧＲガスの
冷却を効率よく行うことができる、ＥＧＲクーラー付き
ＥＧＲ装置を提供することにある。

【００１０】また、第２の目的は、エンジンの暖機後の
ＥＧＲガスの冷却において、ＥＧＲガスの温度を所定の
温度に制御して、ＥＧＲ率と新気の吸入効率とのバラン
スを最適に保ちながら、良好な燃焼状態でエンジンの運
転を行うことである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するためのＥＧＲクーラー付きＥＧＲ装置は、エンジン
のＥＧＲ通路に設けたＥＧＲクーラーの冷却媒体通路に
向けて開閉制御可能な噴射ノズルを配設し、該噴射ノズ
ルから冷却用媒体を噴射してＥＧＲクーラーの冷却管内
を通過するＥＧＲガスの冷却を行うように構成したもの
であり、ＥＧＲクーラーを通過するＥＧＲガスを効率よ
く冷却できる。

【００１２】また、エンジンの回転速度検出手段とエン
ジンの冷却水温度検出手段とアクセル開度検出手段とを
備え、更に、前記各検出手段の検出値である回転速度と
冷却水温度とアクセル開度とを入力にして前記噴射ノズ
ルの開閉制御出力を演算する演算手段とを備え、前記演
算手段の前記開閉制御出力によって前記噴射ノズルを開
閉制御することにより、シリンダの空気の吸入効率を良
好に保ちながらＥＧＲを行うことができる。

【００１３】あるいは、ＥＧＲガス温度検出手段と前記
ＥＧＲガス温度検出手段の検出値であるＥＧＲガス温度
を入力にして前記噴射ノズルの開閉制御出力を演算する
演算手段とを備え、前記演算手段の前記開閉制御出力に
よって前記噴射ノズルを開閉制御することにより、シリ
ンダの空気の吸入効率を良好に保ちながらＥＧＲを行う
ことができる。

【００１４】これらの構成によりＥＧＲガスの温度をよ
り精度よく制御して、結露を避けながら、シリンダの空
気の吸入効率を高めることができる。更に、前記噴射ノ
ズルに供給される前記冷却用媒体をエンジンの冷却系か
ら独立させて構成する。あるいは、前記噴射ノズルに供
給される前記冷却用媒体をエンジンの冷却水にして構成
する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１、図２に示すようにエンジンの
ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲクーラー１は、冷却水等の冷
却用媒体（以下、冷却水として説明する）Ｗを噴霧する
ための開閉制御可能な噴射ノズル２を冷却水通路（冷却
媒体通路）13に向けて配設し、この噴射ノズルから冷却
用媒体Ｗを噴射してＥＧＲクーラー１の冷却管12内を通
過するＥＧＲガスＧの冷却を行う。

【００１６】図１に示す第１の実施の形態は、エンジン
の冷却水系統とは別系統でＥＧＲクーラー１を冷却する
ものであって、噴射ノズル２に供給される冷却水Ｗの循
環経路は、リザーブタンク８から配管10ａを通って放熱
器（ラジエータ）11で冷却された後、ポンプ３で昇圧さ
れて配管10ｂを通ってレールと呼ばれる蓄圧室６に供給
されるように配管して構成する。

【００１７】更に、この蓄圧室６に供給された高圧の冷
却水Ｗを、噴霧用ノズル２から噴霧してＥＧＲクーラー
１の冷却管12を冷却した後に、ＥＧＲクーラー１の下方
に設けられた冷却水出口７から戻り配管14を通ってリザ
ーブタンク８に戻る経路と、蓄圧室６の圧力調整のため
に設けられた圧力調整弁４を通って配管10ｃを経由して
リザーブタンク８に戻る経路とを設けて構成する。

【００１８】ＥＧＲクーラー１は図２に示すような、外
壁19で囲まれた冷却水通路13内に多数の冷却管12を配設
して形成された多管式熱交換器であって、ＥＧＲガスＧ
は放熱面積を増やすために細いパイプで作られた多数の
冷却管12の内部を通過して冷却される。一方、冷却水Ｗ
は、冷却管12の外部の冷却水通路13内に噴射ノズル２よ
り霧状に噴射されて冷却管12に吹きつけられ、冷却水側
通路13の下方に設けた冷却水出口７から戻り配管14を通
って、ＥＧＲクーラー１より下方に配置されたリザーブ
タンク８に戻るように構成する。

【００１９】冷却水Ｗが霧状で冷却管12に吹きつけられ
ると、ＥＧＲガスＧの温度が水の沸点に対して充分に高
いために、瞬時に蒸発して蒸発潜熱を奪い冷却管12とそ
の内部を通るＥＧＲガスＧを冷却する。そして、蒸発し
た水蒸気はＥＧＲクーラー１の外壁19の内側で冷却され
再液化して、冷却管12表面で蒸発しなかった冷却水Ｗと
共に下方に溜まり、戻し配管14から排出される。

【００２０】また、噴射ノズル２は、ＥＧＲクーラー１
の下部に配設すると、冷却水Ｗがこの部分に溜まってき
て冷却水Ｗの噴霧に支障が出るおそれがあるので、ＥＧ
Ｒクーラー１の下部を除いて、上部や側部に配設する。
また、リザーブタンク８には、エンジンのラジエターに
付いているような調圧弁９を設け、通常は冷却系内を加
圧して冷却水Ｗの沸騰を防止するが、本システムでは、
ＥＧＲクーラー１内で冷却水Ｗが蒸発し易くするために
調整圧力を低めに設定するのがよい。

【００２１】ＥＧＲクーラー１の冷却水出口７からの戻
し通路14のリザーブタンク８への開口部17は図１に示す
ように通常はタンク上方の空間部分15に配置して、ＥＧ
ＲガスＧの冷却を停止してＥＧＲクーラー１の冷却側通
路13の水蒸気が液化して減圧した時に、冷却水Ｗが逆流
して冷却側通路13内に戻ることを防止する。あるいは、
図３に示すように戻し通路14をリザーブタンク８内の水
中部分を潜らせて、冷却水出口７より出た冷却水Ｗ及び
水蒸気を冷却してから気体部分15に開放する構造にし、
リザーブタンク８の上方の気体部分15の水蒸気の増加を
防止する。

【００２２】この図３に示す構成により、リザーブタン
ク８の気体部分15の昇圧を抑制できるので、圧力調整の
ために排出される水蒸気も減少でき、また、調圧弁９を
省いて大気開放部16とすることも可能になる。更に、図
２（ｂ）に示すように、冷却側通路13の減圧時にのみ開
く一方向バルブ（ワンウェイバルブ）18を冷却側通路13
の上方に設けると、冷却水Ｗの逆流を確実に防止でき
る。この一方向バルブ18の替わりにコントローラ５によ
りＥＧＲクーラー１の冷却中止時及びエンジン停止時に
開放するようなバルブを設けても良い。

【００２３】次に、エンジン用の冷却水を使用した第
２，第３の実施の形態を図４，図５で説明する。図４で
は、第２の実施の形態を示すが、この構成においては、
冷却水Ｗはリザーブタンク25から配管10ｄと調圧弁28を
通ってラジエータ22を通り、ポンプ23で昇圧される。そ
して、エンジン21を冷却した後で分岐して配管10ｅを通
って蓄圧室６に入り：噴射ノズル２からＥＧＲクーラー
１内に噴射されてＥＧＲガスＧを冷却し、戻し通路14か
らリザーブタンク25に戻るように構成される。また、蓄
圧室６の圧力調整弁４を通過する冷却水Ｗは水温調整用
のサーモスタット24とポンプ23の間に戻すように配管し
て構成される。

【００２４】また、図５は、エンジン用冷却水を使用し
た第３の実施の形態を示しているが、蓄圧室６の圧力調
整弁４を経由する冷却水Ｗをエンジン冷却後の冷却水Ｗ
の一部と共にリザーブタンク25に戻している点が、図４
の第２の実施の形態と異なり、その他は同じ構成となっ
ている。なお、図４や図５の構成において、ＥＧＲクー
ラー１がリザーブタンク25より上方に位置して蓄圧室６
のエア抜きが必要な場合には、エンジン始動後に噴射ノ
ズルの空打ちを一定回数行うことでエア抜きをする。

【００２５】以上のような構成において、噴射ノズル２
の開閉制御は、各種のセンサ51，52，53，54からのデー
タを基にエンジンの運転を制御しているコントローラ
（ＥＣＵ）５の演算手段で演算された開閉制御出力で制
御して、噴射ノズル２からの冷却水の噴射量および噴射
時期を制御するように構成する。この噴射ノズル２の開
閉制御は、運転状態を検出するエンジン回転数検出器5
1、エンジンの冷却水温検出器52、アクセル開度検出器5
3から、それぞれエンジン回転数Ｎｅとエンジンの冷却
水温度ＴＷとアクセル開度ＡＲのデータを得て、コント
ローラ５内で予め用意されたマップデータと照合して算
出された噴射ノズル２の開閉制御出力によって行われ
る。

【００２６】あるいは、この噴射ノズル２の開閉制御
を、ＥＧＲガス温度検出器54から得たＥＧＲガス温度を
コントローラ５に入力して、コントローラ５内の演算手
段で予め用意されたマップデータと照合して、噴射ノズ
ル２の開閉制御用のデータを演算して、この開閉制御出
力によって行うように構成する。以上のような構成のＥ
ＧＲ装置の運転制御は次のように行う。

【００２７】ＥＧＲガスはエンジンの運転状態によっ
て、ガス温度、流量が大きく変化し、しかもその変化が
速い上に、ＥＧＲガスＧの過冷却や冷却不足があるとエ
ンジンの性能や耐久性に大きな影響を与えるので、エン
ジンの運転状態に対応したＥＧＲガスＧの冷却が必要に
なる。そのため、これに対して、以下のような運転で対
応する。

【００２８】先ず、エンジン冷却水温度ＴＷとＥＧＲ率
とＥＧＲガスＧの冷却制御との関係を図６と図７で説明
する。エンジン始動後のエンジン冷却水温度ＴＷの時間
経過を図６に示す。ＴW0は始動時の水温で、ＥＧＲ開始
温度ＴW1、ＥＧＲクーラー冷却開始温度ＴW2、暖機終了
温度ＴW3はそれぞれ予め設定された値であり、暖機終了
温度ＴW3は例えばサーモスタット開弁温度に合わせて設
定される。

【００２９】図７はＥＧＲ率を示す図であり、（ａ），
（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、エンジンの冷却水の温度が
状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃの場合に対するＥＧＲ率をそれ
ぞれ％の数字で示したマップデータである。先ず、
（ａ）に示す状態Ａはエンジン始動直後などのエンジン
の冷却水温度ＴＷが所定のＥＧＲ開始温度ＴW1より低い
状態で、排気ガス温度も燃焼温度も低い。そのため、こ
の運転領域でＥＧＲを行うと更に燃焼温度が低くなっ
て、大量のＨＣ白煙を発生するので、ＥＧＲ率を０％に
してＥＧＲを行わない。

【００３０】次に、（ｂ）に示す状態Ｂは、ある程度暖
機されてエンジンの冷却水温度ＴＷが予め設定されたＥ
ＧＲ開始温度ＴW1以上となるが、暖機完了まで行かずＥ
ＧＲクーラー冷却開始水温ＴW2未満である状態で、図示
された各ＥＧＲ率でＥＧＲを行うが、この状態ＢではＥ
ＧＲガスＧの冷却は燃焼温度を低下させてＨＣ白煙の増
加を招くためと、ＥＧＲ率も低くＥＧＲガスＧの冷却に
よる空気の吸入効率の増加効果も少ないのでＥＧＲガス
の冷却は行わない。

【００３１】そして、（ｃ）に示す状態Ｃでは、十分に
暖機され、エンジンの冷却水温度ＴＷがＥＧＲクーラー
冷却開始温度ＴW2以上になった状態で、図示されている
ようにＥＧＲ率を高くして暖機完了後の制御を行うと共
に、ＥＧＲガスＧを冷却して、十分な空気の吸入効率を
確保してスモーク黒煙の発生を防止する。冷却水の噴射
量の調整の具体的な方法としては、一定時間内の噴射ノ
ズル２の開弁時間を変化させる方法や一定時間内の噴射
回数を変化させる方法や噴射する噴射ノズルの数を変化
させる方法などがあり、適当な方法を採用すればよい
が、以下では一定時間内の開弁時間を調整する方法を例
にとって説明する。

【００３２】図９に示すように、単位時間ｔ0 に対して
開弁時間をｔ1 とし、単位時間ｔ0に対する開弁時間ｔ
１の割合を開弁率ＩＲ（＝ｔ1 ／ｔ0 ）とし、この開弁
率ＩＲをコントローラ５で算出して、開弁時間をｔ1 を
求めて単位時間ｔ0 内の間で噴射ノズル２を開弁し、冷
却水を冷却管12に吹きつけてＥＧＲガスＧを冷却する。
そして、ＥＧＲクーラー１の放熱量を増やしてＥＧＲ
ガスＧの冷却を強める時は開弁率ＩＲを大きくして冷却
水Ｗの供給量を増加させ、ＥＧＲガスＧの冷却を弱める
時は開弁率ＩＲを小さくして冷却水Ｗの供給量を減少さ
せ、また、冷却を中止する時は開弁率ＩＲをゼロにして
冷却水Ｗの噴射を停止する。

【００３３】次に、状態Ｃに於ける、噴射ノズル２の開
弁率ＩＲの制御用マップの例を図８に示す。なお、％の
数字は開弁率ＩＲを示す。図８に示すａの領域は、ＮＯ
ｘや黒煙の排出よりもＨＣ白煙の排出の方が問題となる
領域であるのでＥＧＲガスＧの冷却は行わないので、開
弁率ＩＲはゼロ％となる。

【００３４】ｂ，ｃの領域はＥＧＲガスＧの冷却により
ＥＧＲガス体積が減少し新気量の増加効果が得られる
が、ＥＧＲガスＧを冷却し過ぎるとＥＧＲガス中の水分
が結露となりエンジンの耐久性に悪影響を与えるため、
開弁率ＩＲ例えば２５％や５０％に調整することで放熱
量を適度にコントロールして結露の発生を防止する。ｄ
の領域ではＥＧＲガス温度が高く、エンジン回転数も高
いので時間当たりのＥＧＲガスＧの流量が多くなり、Ｅ
ＧＲガスＧの冷却を最大にする必要があるので、開弁率
ＩＲも高くして、例えば１００％にする。

【００３５】また、ｅの領域ではＥＧＲを行わないので
開弁率ＩＲをゼロ％にして冷却水Ｗの噴射をしない。な
お、図６，図７、図８は、基本的な制御のイメージを説
明した模式図であり、排気ガス温度が運転状態によって
多様に異なるので、実際にはもっと複雑なものとなる。

【００３６】次に、噴射ノズル２の開弁率ＩＲの制御方
法について説明する。この制御方法の第１の方法とし
て、各種センサーからの検出値Ｎｅ，ＴＷ，ＡＲなどを
入力して、コントローラ５内で予めこれらのデータに対
応したＥＧＲ率や開弁率ＩＲのマップデータを参照し
て、開弁率ＩＲを算出して制御する方法について、図１
０、図１１のタイミングチャートを用いて説明する。

【００３７】冷却水Ｗを噴射して蒸発潜熱を利用してＥ
ＧＲガスＧを冷却する方法は、冷却側通路13を冷却水Ｗ
で充満したＥＧＲクーラーに比較して、格段に熱容量が
小さくなるので制御に対する応答性がよいが、更にエン
ジン状態の変化に迅速に追従できるように、制御に次の
ような補正を加えさらに応答性を良くする。図１０で
は、エンジン回転数が５０％の場合で、負荷が４０％の
状態から６０％に増加させる場合を、また、図１１では
負荷が６０％の状態から４０％に減少させる場合を例に
とって説明する。破線が補正無し、実線が補正有りの場
合を示す。

【００３８】図１０の破線で示すように４０％負荷時は
ＥＧＲガスＧの過冷却を防ぐために、噴射ノズル２の開
弁率ＩＲは小さく制御される。負荷が増加してくるとＥ
ＧＲガスＧのＥＧＲクーラー１の入口温度は高くなって
くるので開弁率ＩＲを増加するが、この開弁率ＩＲは定
常時のＥＧＲガスＧの放熱量とバランスするように設定
するので、冷却管12の温度ＴＣをＴC1からＴC2まで低下
させるのに時間がかかる。そのため、その間はＥＧＲガ
ス出口温度Ｔｅが目標温度Ｔe1を上回ってしまうのでＥ
ＧＲガスＧの体積が増加し、新気量が減少して黒煙が発
生することになる。

【００３９】そこで、実線で示すように、加速などの負
荷増加時は一定の期間Ｔc1の間開弁率ＩＲを高くするよ
うに補正して制御し、冷却管12の温度を速やかに下降さ
せてＥＧＲガス出口温度Ｔｅの上昇を抑えて過渡期の黒
煙の発生も防止するようにする。また、図１１に示す減
速などの負荷低減時には、破線で示す補正無しの場合に
は、ＥＧＲガスＧの過冷却が生じるので、実線で示すよ
うに一定の期間Ｔc2の間噴射を停止したり開弁率ＩＲを
下げるように制御を補正して行うことにより、冷却管12
の温度を速やかに上昇させてＥＧＲガスＧの過冷却を防
止して、過渡期における結露発生やＨＣ白煙の増加も防
止する。

【００４０】次に、説明する噴射ノズル２の開弁率ＩＲ
の第２の制御方法は、図１に示すようにＥＧＲクーラー
１の下流のＥＧＲ通路に温度センサ54を配設し、ＥＧＲ
ガス温度Ｔｅをコントローラ５に取込み、ＥＧＲガスの
制御目標温度マップで制御目標温度Ｔetを算出して、Ｅ
ＧＲガス温度Ｔｅをこの制御目標温度Ｔetになるように
制御する方法である。

【００４１】図１２は、この制御方法のフローチャート
の例で、噴射ノズル２の開弁率ＩＲの制御に関するサブ
ルーチンを示したもので、このサブルーチンはエンジン
の運転中は繰り返し呼ばれて、ＥＧＲガス温度Ｔｅが制
御目標温度Ｔetになるように、ＥＧＲクーラー１内の噴
射ノズル２の開弁率ＩＲを増減するものである。スター
トするとまずＳ10でエンジン回転数Ｎｅ、エンジン冷却
水温度ＴＷ、アクセル開度ＡＲを取り込む。次のＳ11で
エンジン冷却水温度ＴＷがＥＧＲクーラー冷却開始温度
ＴW2以上か未満かを判断し、未満（ＴＷ＜ＴW2）であれ
ば、Ｓ13で開弁率ＩＲ＝０として、ＥＧＲガスＧの冷却
を行わずにリターンする。

【００４２】また、以上（ＴＷ≧ＴW2）であれば、Ｓ12
に進んで、アクセル開度ＡＲが７５％以上か未満かを判
断し、以上（ＡＲ≧７５％）であれば、Ｓ13で開弁率Ｉ
Ｒ＝０として、ＥＧＲガスＧの冷却を行わずにリターン
する。アクセル開度ＡＲが７５％未満（ＡＲ＜７５％）
であれば、Ｓ14に進みＥＧＲガス温度の制御目標である
制御目標温度Ｔetを算出する。

【００４３】次にＳ15でこのＥＧＲガス温度Ｔｅが制御
目標温度Ｔetであるか否かを判定し、等しい（Ｔｅ＝Ｔ
et）ならば、開弁率ＩＲを変更せずにリターンし、等し
くない（Ｔｅ≠Ｔet）ならば、次のＳ16で大小関係を判
定し、ＥＧＲガス温度が低ければ（Ｔｅ＜Ｔet）、Ｓ17
で開弁率ＩＲを減少して冷却水Ｗの噴射量を少なく、Ｅ
ＧＲガス温度が高ければ（Ｔｅ＞Ｔet）、Ｓ18で開弁率
ＩＲを増加して冷却水Ｗの噴射量を増やして、ＥＧＲガ
ス温度Ｔｅが制御目標温度Ｔetに近づくように制御し
て、リターンする。

【００４４】なお、図１２の制御のフローチャートを実
施例の一つとして説明しているが、実際には、エンジン
が運転制御は多様なデータに基づいて行われるので、複
雑な制御フローチャートになる。以上のような構成のＥ
ＧＲクーラー付きＥＧＲ装置によれば次のような効果を
奏することができる。

【００４５】ＥＧＲクーラー１の冷却を噴射ノズル２か
ら冷却水Ｗを噴射して冷却管12で蒸発させることにより
行うので、少量の冷却水Ｗで多量の熱を奪うことができ
る。そのため、循環水量が少なくて済むので、ＥＧＲク
ーラー１本体や循環用のポンプ３及び配管10ａ，10ｂ，
10ｃやリザーブタンク８等をコンパクトにすることがで
きる。

【００４６】ＥＧＲ停止時及びＥＧＲガスＧの冷却停止
時には、噴射ノズル２を閉弁して冷却水Ｗの噴射を停止
してＥＧＲクーラー１内を空の状態にして、ＥＧＲガス
Ｇの冷却を中止できるため、ＥＧＲガスＧがＥＧＲクー
ラー１内で過冷却されるのを防止できる。従って、ＥＧ
ＲガスＧの過冷却によって生じるＨＣ白煙や結露を防止
できるので、結露に起因する硫酸腐蝕や冷却管へのカー
ボン付着も防止でき、ＥＧＲクーラー１等の耐久性の向
上や冷却効率の低下の防止ができる。

【００４７】特にディーゼルエンジンに適用した場合は
燃料油の性状上、水分、硫黄分の含有がまぬがれず硫酸
腐蝕及び燃焼時のカーボンの発生が多いのでより効果的
となる。また、エンジンの暖機後は噴射ノズル２を開弁
してＥＧＲクーラー１の冷却管12に冷却水Ｗを噴射して
ＥＧＲガスＧを冷却することができ、しかも、ＥＧＲク
ーラー１内に冷却水Ｗを充満させず、しかも、冷却管12
自体の熱容量も小さいので運転状況の変化に対して冷却
水噴射量の制御で冷却量を迅速に変化でき、応答性がよ
い。

【００４８】その上、万一ＥＧＲクーラー１が破損して
も、ＥＧＲクーラー１内には冷却水Ｗが充満しておら
ず、また、ＥＧＲクーラー１内の水蒸気が液化しても冷
却水Ｗが逆流して冷却水通路13に水が溜まらない構造に
してあるので、エンジン停止中に冷却水Ｗが吸気・排気
通路を通ってシリンダ内に溜まって再始動時にシリンダ
内にダメージを発生させる、所謂ウォーターハンマを防
止できる。

【００４９】更に、ＥＧＲガスＧの温度を目標温度に保
つように制御することにより、適切な温度のＥＧＲガス
Ｇを供給できるので空気の吸入効率を良好に保ちなが
ら、ＥＧＲを行うことができ低ＮＯｘでしかも良好なエ
ンジンの燃焼を行うことができる。また、ＥＧＲクーラ
ー１は設置場所によっては排気マニホールドなどからの
伝熱を受けるので、高負荷域などではＥＧＲガスＧが通
過しなくても高温となる場合があるが、常に冷却水Ｗが
蓄圧室６を循環しているので、噴射ノズル２内の冷却水
Ｗの沸騰を防止でき、冷却水Ｗの溶融物が噴射ノズル２
の噴射孔に固着して目詰まりさせるのを防止できる。

【００５０】さらに、水蒸気という熱源を得ることがで
きるので、ＥＧＲクーラー１の冷却水Ｗの戻り配管14に
ヒーターユニットを設けて例えばハンドル近辺とかフロ
ントウインドウのデフロスターや車室内の暖房等に使用
でき、しかも１００℃以上の比較的高温な熱源なので効
率よく暖房できる。その上、水以外の冷媒を使用して図
１のような専用の冷却系路でＥＧＲクーラー１を冷却し
たり、あるいは、専用の冷却水系路内を例えばリザーブ
タンク８の大気開放部16の先をバキュームポンプ等で減
圧したりすることで、ＥＧＲガスＧを１００℃以下に冷
却することもできる。

【００５１】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明に係るＥ
ＧＲクーラー付きＥＧＲ装置によれば、次のような効果
を奏することができる。ＥＧＲクーラーの冷却を冷却水
を噴射ノズルから噴射して冷却管で蒸発させて行うので
循環水量が少なくて済むので、ＥＧＲクーラー本体や循
環用のポンプ及び配管をコンパクトにすることができ、
また、冷却管12自体の熱容量は小さいので運転状況の変
化にも冷却水噴射量の制御で迅速に対応することができ
る。その上、冷却の結果、水蒸気を得られるので比較的
高温の熱源として利用できる。

【００５２】ＥＧＲの停止中やＥＧＲガスの冷却を行わ
ない時には、ＥＧＲクーラー内の冷却用媒体の噴霧を停
止してＥＧＲガスの過冷却を防止できるため、ＨＣ白煙
の発生や結露に起因する硫酸腐蝕や冷却管へのカーボン
付着を防止できるので、ＥＧＲクーラー等の耐久性を向
上でき、また、冷却効率の低下も防止できる。また、エ
ンジンの暖機後は、噴射ノズルから冷却用媒体の噴霧を
行いＥＧＲガスを効率よく冷却して、シリンダの空気の
吸入効率を向上させてＥＧＲを行うことができるので、
燃焼状態を良好に保つことができる。

【００５３】ＥＧＲクーラーの冷却水通路内は運転中・
停止後共に冷却水で充満されていないので、万一冷却管
が破損してもＥＧＲガス通路に冷却水が侵入することが
なく、ウォーターハンマによるエンジンの破損を防止で
きる。更に、エンジンの回転速度と冷却水温度とアクセ
ル開度を入力して、ノズルの開閉制御で冷却用媒体の噴
霧量の調整を行ことにより、ＥＧＲガスの冷却をエンジ
ンの運転状態に合わせてきめ細かく制御できるので、Ｅ
ＧＲ率とシリンダの空気の吸入効率とのバランスを最適
にでき、良好な燃焼状態でエンジンを運転できる。

【００５４】また、ＥＧＲガス温度を入力とし、ＥＧＲ
ガス温度を目標温度に合わせるように噴射ノズルを開閉
制御して冷却用媒体の噴霧量の調整を行うことにより、
結露を避けながらシリンダの空気の吸入効率を上げるこ
とができて、良好な燃焼状態を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のＥＧＲクーラーの
構成図である。

【図２】本発明の実施の形態のＥＧＲクーラーの構造図
であり、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）Ｘ−Ｘ断面図
である。

【図３】本発明の実施の形態のリザーブタンク内のＥＧ
Ｒクーラーの戻り配管の例を示す構造図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態のＥＧＲクーラーの
構成図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態のＥＧＲクーラーの
構成図である。

【図６】エンジン始動時のエンジン冷却水の温度の時間
変化を示す図である。

【図７】エンジンの回転数と負荷とＥＧＲ率の関係を示
す図であり、（ａ）はエンジンの冷却水温度がＴW1未満
の状態Ａであり、（ｂ）はエンジンの冷却水温度がＴW2
未満でかつＴW1以上の状態Ｂであり、（ｃ）エンジンの
冷却水温度がＴW2以上の状態Ｃである。

【図８】状態Ｃにおけるエンジンの回転数と負荷と開弁
率ＩＲの関係を示す図である。

【図９】開弁率ＩＲを説明するための図である。

【図１０】本発明の負荷の増加に対する制御例を示すタ
イミングチャートである。

【図１１】本発明の負荷の減少に対する制御例を示すタ
イミングチャートである。

【図１２】本発明のＥＧＲガス温度を制御目標温度にす
るための開弁率ＩＲ制御例を示すフローチャート図であ
る。

【符号の説明】

１ … ＥＧＲクーラー２ … 噴射ノズ
ル３ … ポンプ４ … 圧力調整
弁５ … コントローラ（ＥＣＵ）６ … 蓄圧室
（レール）７ … 冷却水出口８ … リザーブ
タンク９ … 調圧弁 10ａ，10ｂ，10ｃ
… 配管 11 … 熱交換器 12 … 冷却管 13 … 冷却水通路 14 … 戻し配管Ｇ … 排気ガスＷ … 冷却水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンのＥＧＲ通路に設けたＥＧＲク
ーラーの冷却媒体通路に向けて開閉制御可能な噴射ノズ
ルを配設し、該噴射ノズルから冷却用媒体を噴射してＥ
ＧＲクーラーの冷却管内を通過するＥＧＲガスの冷却を
行うＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置。
【請求項２】エンジンの回転速度検出手段とエンジン
の冷却水温度検出手段とアクセル開度検出手段とを備
え、更に、前記各検出手段の検出値である回転速度と冷
却水温度とアクセル開度とを入力にして前記噴射ノズル
の開閉制御出力を演算する演算手段とを備え、前記演算
手段の前記開閉制御出力によって前記噴射ノズルを開閉
制御する請求項１記載のＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置。
【請求項３】ＥＧＲガス温度検出手段と演算手段とを
備え、前記ＥＧＲガス温度検出手段の検出値を入力にし
て前記演算手段で演算された開閉制御出力によって前記
噴射ノズルを開閉制御する請求項１記載のＥＧＲクーラ
ー付ＥＧＲ装置。
【請求項４】前記噴射ノズルに供給される前記冷却用
媒体が、エンジンの冷却系から独立している請求項１〜
３のいずれかに記載のＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置。
【請求項５】前記噴射ノズルに供給される前記冷却用
媒体が、エンジンの冷却水である請求項１〜３のいずれ
かに記載のＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置。