JPH1182184A

JPH1182184A - 内燃機関システム

Info

Publication number: JPH1182184A
Application number: JP9237329A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Takahashi; 信博高橋
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却水温が設定水温に達するまでは、ＥＧＲ
通路を排気が流れる時間を長くして暖房の効きをよく
し、しかも排圧調整を可能にしてエンジン排気量の割り
小型な過給機の採用を図る。【解決手段】排気マニホールト４と吸気マニホールド
３とを繋ぐＥＧＲ通路１０は、エンジン２のウォータジ
ャケット２ａ内に挿通されるように配管されており、Ｅ
ＧＲ通路１０に流れる排気の熱で冷却水を加熱して暖房
効果を高めている。ＥＣＵ２０は水温センサ２１により
検出された水温が設定水温以下の範囲では、ＥＧＲ弁１
１が閉弁されるときに、補助弁１３を開弁する。このた
め、ＥＧＲ通路１０及び迂回通路１２を通って排気はタ
ーボ式過給機５を迂回して排気管９に排出される。圧力
センサ２５により検出された排圧（タービン排圧）が設
定圧を超えると、補助弁１３が開弁されて排圧調整が行
われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気の熱を暖房用
のヒータの熱源に利用すべくＥＧＲ通路にて排気と冷却
水との間で熱交換を行わせるＥＧＲ装置と、排気で駆動
される過給機とを備えた内燃機関システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジンには、排気を吸気系に
再循環させて燃焼温度を下げることでＮＯx等を減らし
て排気の浄化を図るＥＧＲ装置が備えられている。ま
た、自動車では、冷却水の熱を利用して車室内を暖房す
るヒータが備えられている。

【０００３】冬期や寒冷地では、エンジン始動後、冷却
水が暖まるまでに時間がかかるので、車室内の暖房の効
きが遅くなる。そこで、従来、図５に示すように、エン
ジン５１の排気マニホールド５２と吸気マニホールド５
３とを繋ぐＥＧＲ通路５４をウォータジャケット５１ａ
内に挿通し、排気再循環時の排気の熱を利用して冷却水
を加熱するものがあった。

【０００４】しかし、通常、ＥＧＲ装置はエンジンの暖
機完了前はエンジン内部の腐食等を防止するため、水温
センサで規定の水温以上になるまでは作動されず、ＥＧ
Ｒ弁５５は開弁されないようになっている。このため、
エンジン始動後の暖機中においてはＥＧＲ通路５４に排
気が流れないので、暖房の効きがさほどよくはならなか
った。

【０００５】この問題は解消するため、実開平６−３２
１１８号公報には、図６に示す内燃機関システムが開示
されている。すなわち、エンジン６１には排気通路６２
からの排気の一部を吸気通路６３に再循環させるための
ＥＧＲ通路６４が設けられ、ＥＧＲ通路６４はウォータ
ジャケット６１ａ内に挿通されている。ＥＧＲ通路６４
と排気通路６２との間には、ウォータジャケット６１ａ
内を通り抜けた排気を排気通路６２に戻すためのバイパ
ス通路６５が接続されている。制御手段６６は水温セン
サ６７の検出温度が設定水温以下と低いときには弁６８
を開弁させ、その検出温度が設定水温を超えるときはエ
ンジン運転状態がＥＧＲ作動域にあればＥＧＲ弁６９を
開弁させる。ＥＧＲ通路６４を流れた排気はバイパス通
路６５を通って排気通路６２に送られる。この構成によ
れば、エンジン始動後の暖機時であってＥＧＲ弁６９が
開弁されないときであっても、弁６８が開弁されてＥＧ
Ｒ通路６４を排気が流れるので冷却水を早期に昇温で
き、暖房の効きがよくなる。また、エンジン６１には、
エンジンから排出される排気によって駆動されるターボ
式の過給機７０が設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示す
内燃機関システムでは、水温が設定水温を超える範囲で
は弁６８が閉弁し、エンジン６１の高回転時にはＥＧＲ
作動域から外れるためにＥＧＲ弁６９が閉弁される。つ
まり、設定水温を超えた水温下でエンジン６１の高回転
時には弁６８とＥＧＲ弁６９が共に閉弁することになっ
ていた。

【０００７】しかし、エンジン６１の高回転時には過給
機７０を通って排出される排気量の割りに各燃焼室から
排出される排気量の方が多くなり、過給圧が設定圧にな
ったためにウエイスト・ゲート・バルブが開かれている
にも拘わらず、排圧が下がり切らない場合がある。この
場合、過給圧が過剰のままであれば、ノッキング等の運
転状態の悪化がもたらされる。また、排圧が過剰である
と、排気バルブにかかる閉じる向きの力が強くなるの
で、燃焼室からの排気が円滑に行われ難くなる。このた
め、エンジンの運転状態が悪化することになっていた。
また、過給機７０のタービン排圧が高いと、排気がター
ビン用のノズルを通るときの抵抗力が大きくなり、過給
機７０でのエネルギー損失が増えることになる。このた
め、排圧が高くなり過ぎることを避けるため、小型の過
給機を使用することが困難であった。また、ウエイスト
・ゲート・バルブが故障して排気を逃がせなくなった場
合は、過給圧が過剰になることが避けられず、エンジン
の運転状態が悪化することになっていた。

【０００８】また、図６の内燃機関システムによれば、
暖房の不要な夏期や温暖地においても、水温が設定水温
以下であれば常に弁６８が開弁されることになってい
た。このため、弁６８の開弁によるＥＧＲ通路６４を流
れる排気の熱によって冷却水が加熱されてしまうので、
エンジン６１の冷却効果を低下させるということになっ
ていた。また、弁６８の開弁時には過給機を通らずに排
気が逃げるので、暖房の不要なときでも、水温が設定水
温に達するまでは高い過給圧が得られ難いという問題が
あった。

【０００９】さらに排気再循環のためにエンジンの運転
状態を決めるパラメータの１つに水温があると、ＥＧＲ
弁６９の開弁時に弁６８を開けないようにするため、弁
６８を開弁させるために設定する設定水温を、ＥＧＲ作
動域を満たす下限水温未満に定める必要があった。この
ため、排気再循環を開始させるのに適切な水温と、暖房
の効きをよくするために要求される設定水温との間に要
求のずれがあるときには、いずれか一方を犠牲にする
か、両方の妥協した水温設定にせざるを得なかった。従
って、例えば排気再循環の開始時の水温設定を優先させ
た場合には、弁６８を開弁させる設定水温をその水温未
満に設定せざるを得ないので、設定水温と暖房の効きを
よくするうえで要求される水温との間にひらきがある
と、暖房の効きがさほどよくならないという問題があっ
た。一方、暖房の効きをよくすることを優先して設定水
温を決めた場合は、排気再循環の開始時期が適切な時期
より遅れることになって、排気浄化効果が悪化すること
になる。

【００１０】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたものであって、その第１の目的は、冷却水温が設定
水温に達するまでは、ＥＧＲ通路を排気が流れる時間を
長くして暖房の効きをよくし、しかも排圧調整を可能に
してエンジン排気量の割り小型な過給機を採用すること
ができる内燃機関システムを提供することにある。第２
の目的は、暖房が不要なときには排気熱による冷却水の
積極的な加熱を控え、しかも排気の損失による過給圧の
低下を抑えることにある。第３の目的は、エンジン高回
転時に過給機の排圧を設定圧以下のできるだけ高めに維
持し、高い過給圧を得ることにある。第４の目的は、Ｅ
ＧＲ弁の開弁時期を決めるＥＧＲ作動域のパラメータの
１つに水温があっても、ＥＧＲ作動域を満たす下限水温
以上の設定水温まで、排気再循環量に影響を与えること
なく、冷却水を早期に昇温させることを可能にすること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために請求項１に記載の発明では、エンジンの排気通
路と吸気通路とを繋ぐとともに排気と冷却水との熱交換
を行うＥＧＲ通路と、排気再循環のために前記ＥＧＲ通
路を開閉させるためのＥＧＲ弁と、排気によって駆動さ
れる過給機と、前記冷却水を熱源とするヒータ装置とを
備える内燃機関システムであって、前記エンジンからの
排気を前記ＥＧＲ通路を通って前記排気通路に前記過給
機を迂回させて送るための迂回通路と、前記迂回通路を
開閉するための弁と、前記冷却水の水温を検出する水温
センサと、前記過給機の排圧を検出する圧力センサと、
前記水温センサにより検出された水温が設定水温以下で
あって前記ＥＧＲ弁が閉弁されるときと、前記圧力セン
サにより検出された前記排圧が設定圧を超えたときに、
前記弁を開弁させるように該弁の開閉制御を行う制御手
段とを備えている。

【００１２】第２の目的を達成するために請求項２に記
載の発明では、請求項１に記載の発明において、外気温
度を検出する外気温センサを備え、前記制御手段は、前
記外気温センサにより検出された外気温度が設定外気温
以下のときに限り、前記水温センサにより検出された水
温に基づく前記弁の開閉制御を行うようにした。

【００１３】第３の目的を達成するために請求項３に記
載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明にお
いて、前記弁は開度調整可能な弁であって、前記制御手
段は、前記圧力センサにより検出された排圧に応じた開
度となるように前記弁を開度制御するようにした。

【００１４】第４の目的を達成するために請求項４に記
載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記
載の発明において、前記水温を１つのパラメータとして
前記ＥＧＲ弁の開弁時期を決めるＥＧＲ作動域が設定さ
れており、前記設定水温は該ＥＧＲ作動域を満たす水温
範囲の下限水温以上に設定されている。

【００１５】請求項５に記載の発明では、請求項１〜請
求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記ＥＧ
Ｒ通路をウォータジャケット内に挿通させることによ
り、排気と冷却水の熱交換を行うようにした。

【００１６】（作用）従って、請求項１に記載の発明に
よれば、エンジンの始動後、冷却水温が設定水温以下で
あると水温センサにより検出されると、制御手段はＥＧ
Ｒ弁が閉弁されるときであれば、弁を開弁させる。その
結果、エンジン始動後でＥＧＲ弁が開弁されない暖機時
であっても、エンジンからの排気はＥＧＲ通路及び迂回
通路を流れて排気通路へと排出される。このとき、ＥＧ
Ｒ通路を流れた排気と冷却水との熱交換が行われるの
で、冷却水の水温がエンジン始動後早期に設定水温まで
昇温する。従って、ヒータ装置による暖房の効きが良く
なる。そして、水温が設定水温以上になると弁は閉じら
れるが、圧力センサにより検出された排圧が設定圧を超
えた場合には、制御手段により弁が開弁される。このた
め、過給機の上流側の排気がＥＧＲ通路及び迂回通路を
通って過給機を迂回するように排気通路に排出され、過
給機の排圧が設定圧以下に保たれる。従って、排圧が過
剰に高くなることに起因するエンジンの運転状態の悪化
が防がれる。

【００１７】請求項２に記載の発明によれば、外気温セ
ンサにより検出された外気温度が設定外気温以下のとき
に限り、水温センサにより検出された水温に基づく弁の
開閉制御が行われる。このため、外気温度が低く暖房が
必要なときに、エンジン始動後に冷却水が早期に設定水
温まで昇温される。一方、外気温度が設定外気温を超え
るときは、水温に基づく弁の開閉制御は行われず、水温
が何度であっても原則として弁は閉じたままとされる。
このため、暖房の不要なときには、冷却水の排気による
昇温は行われず、冷却水の温度上昇によるエンジンの冷
却効果の低下が抑えられるとともに、水温が設定水温以
下であっても過給機の排圧が高まって、過給圧が高まる
ことになる。但し、排圧が設定圧を超えれば弁は開弁さ
れるので、過剰な排圧によるエンジンの運転状態の悪化
は防がれる。

【００１８】請求項３に記載の発明によれば、圧力セン
サにより検出された排圧が設定圧を超えたときの弁の開
度は、排圧に応じて制御される。つまり、排圧が設定圧
を超えた量が小さいほど弁の開度が小さくなる。このた
め、エンジンの高速回転時には、弁の開弁により迂回さ
れる排気量が適度に調整されて過給機の排圧が設定圧に
保たれる。

【００１９】請求項４に記載の発明によれば、ＥＧＲ作
動域を満たす下限水温以上の水温では、エンジン運転状
態がＥＧＲ作動域にあるときにＥＧＲ弁が開弁され、Ｅ
ＧＲ弁の閉弁時に弁が開弁される。このため、水温が下
限水温以上になっても、水温が設定水温に達するまでの
間は、ＥＧＲ弁と弁のいずれか一方が開弁されることに
なるので、ＥＧＲ通路に排気が流れ続けることになる。
従って、暖房に必要な設定温度より下限水温が低くて
も、下限水温に制約されず、冷却水の水温を設定水温ま
で速やかに昇温させることが可能になる。また、ＥＧＲ
弁の開弁時には弁が閉じられるので、排気再循環量は適
正量に維持される。

【００２０】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項４のいずれか一項に記載の発明における排気と
冷却水の熱交換は、ＥＧＲ通路をウォータジャケット内
に挿通させることにより行われる。

【００２１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を具体化した第１実施形
態を図１，図２に従って説明する。

【００２２】図１は、自動車に搭載されたエンジンシス
テム１を示す。内燃機関システムとしてのエンジンシス
テム１は、エンジン２を備える。エンジン２には、その
各気筒に繋がるように吸気マニホールド３と排気マニホ
ールド４とがそれぞれ接続されている。エンジン２には
過給機としてのターボ式過給機（ターボチャージャ）５
が装備されている。ターボ式過給機５は、排気マニホー
ルド４に排出された排気によって回転されるタービン６
と、タービン６と同軸に設けられたコンプレッサ７とを
備える。コンプレッサ７の回転により加圧された吸気は
吸気管８及び吸気マニホールド３を通じてエンジン２の
各燃焼室に供給される。また、タービン６を通った排気
は排気管９に送られる。なお、吸気マニホールド３及び
吸気管８により吸気通路が構成され、排気マニホールド
４及び排気管９により排気通路が構成される。

【００２３】エンジン２から排出される排気の一部を吸
気系に再循環させる排気再循環（ＥＧＲ）を行うため
に、排気マニホールド４と吸気マニホールド３との間に
は両者を接続するＥＧＲ通路１０が設けられている。Ｅ
ＧＲ通路１０はエンジン２のウォータジャケット内２ａ
を挿通するように配管されている。ＥＧＲ通路１０には
ウォータジャケット２ａを通り抜けた下流側に同通路１
０を開閉するＥＧＲ弁１１が設けられている。ＥＧＲ弁
１１はダイヤフラム式の負圧作動弁である。なお、ウォ
ータジャケット２ａは冷却水の熱を熱源とするヒータ装
置の回路に組込まれており、その回路を流れる冷却水の
熱は熱交換器により、自動車に装備された暖房機器（い
ずれも図示せず）から車室内に送風される空気の加熱に
利用される。

【００２４】ＥＧＲ通路１０にはウォータジャケット２
ａを通り抜けた位置より下流側であってかつＥＧＲ弁１
１より上流側の位置に、同通路１０と排気管９を繋ぐ迂
回通路としての補助通路１２が接続されている。補助通
路１２の途中には同通路１２を開閉する弁としての補助
弁１３が設けられている。補助弁１３もＥＧＲ弁１１と
同様にダイヤフラム式の負圧作動弁である。

【００２５】ＥＧＲ弁１１は負圧通路１４を通じて第１
のバキューム・スイッチング・バルブ（第１のＶＳＶ）
１５に接続されている。第１のＶＳＶ１５は入力ポー
ト、出力ポート及び大気ポートを備えた三方式の電磁弁
であり、その出力ポートとＥＧＲ弁１１の負圧室とが負
圧通路１４を通じて接続されている。また、補助弁１３
は負圧通路１６を通じて第２のバキューム・スイッチン
グ・バルブ（第２のＶＳＶ）１７に接続されている。第
２のＶＳＶ１７は第１のＶＳＶ１５と同じ三方式の電磁
弁であり、その出力ポートと補助弁１３の負圧室とが負
圧通路１６を通じて接続されている。

【００２６】両ＶＳＶ１５，１７は、負圧通路１８を通
じてバキュームポンプ１９に接続されている。バキュー
ムポンプ１９はエンジン２のクランクシャフト（図示せ
ず）から伝達される回転力により駆動される。なお、両
ＶＳＶ１５，１７には、負圧通路１８上に介装されたＥ
ＶＲＶ（エレクトリック・バキューム・レギュレーティ
ング・バルブ）（図示せず）により一定の負圧が供給さ
れるようになっている。

【００２７】各ＶＳＶ１５，１７は制御手段としての電
子制御装置（ＥＣＵ）２０に電気的に接続されている。
ＥＣＵ２０には、水温センサ２１、外気温センサ２２、
回転数センサ２３、アクセルセンサ２４及び圧力センサ
２５が接続されている。水温センサ２１はウォータジャ
ケット２ａに装着されて冷却水の温度（水温）ＴＨＷを
検出する。外気温センサ２２は外気温度ＴＨＡを検出す
る。回転数センサ２３はクランクシャフト、または、ク
ランクシャフトの回転に連動するロータの回転から間接
的にエンジン回転数ＮＥを検出する。アクセルセンサ２
４はアクセルペダル２６の踏込量から間接的にアクセル
開度ＡＣＣＰを検出する。圧力センサ２５はＥＧＲ通路
１０上における両弁１１，１３の間に設けられ、ターボ
式過給機５のタービン排圧（すなわち排気マニホールド
４内の排気圧）（以下、単に排圧という）を検出する。

【００２８】各センサ２１〜２５の検出信号はＥＣＵ２
０に入力されるようになっている。ＥＣＵ２０は、各セ
ンサ２１〜２５から入力する検出信号に基づいて各ＶＳ
Ｖ１５，１７にオン・オフ信号を出力する。各ＶＳＶ１
５，１７はそれぞれオン信号入力時（オン時）に出力ポ
ートが負圧となり、オフ信号入力時（オフ時）に出力ポ
ートが大気圧に開放されるようになっている。各弁１
１，１３はそれぞれ対応するＶＳＶ１５，１７がオンし
たときに開弁され、オフしたときに閉弁される。

【００２９】ＥＣＵ２０はマイクロコンピュータ２７を
内蔵する。マイクロコンピュータ２７には、中央処理装
置（以下、ＣＰＵという）２８、読取り専用メモリ（Ｒ
ＯＭ）２９及び読取り書込み可能メモリ（ＲＡＭ）３０
を備えている。ＲＯＭ２９には各種センサ２１〜２４等
から検出された各種パラメータに基づいてエンジン運転
状態が排気再循環を行うべき予め定められた「ＥＧＲ作
動域」にあるか否かを判断するためのマップが記憶され
ている。例えばエンジン２の高回転時は「ＥＧＲ作動
域」から外れることになり、ＥＧＲ弁１１が閉弁され
る。また、このマップでは、冷却水の水温ＴＨＷが規定
水温（例えば５０℃）以下のときにはＥＧＲ弁１１が閉
弁されるように設定されている。

【００３０】ＣＰＵ２８は、外気温センサ２２により検
出された外気温度ＴＨＡが設定外気温以下のときに限
り、水温センサ２１により検出された水温ＴＨＷが設定
水温以下であって、かつエンジン運転状態が「ＥＧＲ作
動域」にないときに補助弁１３を開弁させるようになっ
ている。ここで、設定外気温とは、その温度以下では暖
房が入れられる可能性があると考えられる外気温（例え
ば２０℃）である。また、設定水温とは、その水温以上
であれば冬期や寒冷地などでも車室内が十分暖房され得
ると考えられる水温（例えば６０℃）である。本実施形
態では、設定水温は、ＥＧＲ作動域を満たす下限水温で
ある規定水温以上に設定されている。なお、設定水温を
規定水温未満に設定することもできる。

【００３１】ＲＯＭ２９にはＥＧＲ弁１１及び補助弁１
３の開閉制御を行うための図２に示す弁制御用のプログ
ラムデータが記憶されている。以下、弁制御用プログラ
ムについて、図２に示すフローチャートを用いて説明す
る。このプログラムはエンジン運転中において例えば数
１０ミリ秒毎に実行される。

【００３２】まずステップ１０（Ｓ１０）において、各
センサ２１〜２５の検出信号に基づき決まる、水温ＴＨ
Ｗ、エンジン回転数ＮＥ，アクセル開度ＡＣＣＰ、外気
温ＴＨＡ、排圧Ｐを読込む。

【００３３】ステップ２０においては、パラメータＴＨ
Ｗ，ＮＥ，ＡＣＣＰに基づいてエンジン運転状態が「Ｅ
ＧＲ作動域」にあるか否かがマップを参照して判断され
る。水温ＴＨＷが「ＥＧＲ作動域」を満たす下限水温で
ある規定水温より低い場合は、エンジン運転状態が「Ｅ
ＧＲ作動域」から外れる。また、水温ＴＨＷが規定水温
以上であっても、他のパラメータが「ＥＧＲ作動域」を
満たす範囲にない場合は、エンジン運転状態が「ＥＧＲ
作動域」から外れる。エンジン運転状態が「ＥＧＲ作動
域」から外れるときはステップ３０に進み、「ＥＧＲ作
動域」にあるときはステップ８０に進む。

【００３４】ステップ３０においては、水温ＴＨＷが設
定水温以下であるか否かが判断される。水温ＴＨＷが設
定水温以下であるときは、ステップ４０に進む。ステッ
プ４０においては、外気温度ＴＨＡが設定外気温以下で
あるか否かが判断される。例えば冬期や寒冷地などで外
気温度ＴＨＡが設定外気温以下であるときは、ステップ
６０に進む。ステップ６０においては、ＥＧＲ弁１１を
閉弁させ、かつ補助弁１３を開弁させる。

【００３５】すなわち、外気温度ＴＨＡが暖房を必要と
する設定外気温以下にある範囲では、水温ＴＨＷが規定
水温未満であれば、ＥＧＲ弁１１が閉弁されるものの、
補助弁１３が開弁される。このため、エンジン始動後、
水温ＴＨＷが規定水温に達するまでの間は、補助弁１３
の開弁によりＥＧＲ通路１０に排気が流れることにな
る。よって、排気の一部がウォッシャジャケット２ａ内
を通る経路をとり続けることになるので、排気熱が冷却
水の加熱に有効に利用され、冷却水が早期に昇温する。
なお、この過程でエンジン２が高回転されても、補助弁
１３が開弁状態にあるため、排圧Ｐは設定圧以上になら
ない。

【００３６】水温ＴＨＷが規定水温まで昇温した後は、
水温ＴＨＷについては「ＥＧＲ作動域」を満たすため、
他のパラメータの全てが「ＥＧＲ作動域」を満たす各範
囲内の値をとったときに、エンジン運転状態が「ＥＧＲ
作動域」にあると判断されることになる。

【００３７】「ＥＧＲ作動域」にあるときはステップ８
０において、ＥＧＲ弁１１を開弁させ、かつ補助弁１３
を閉弁させる。つまり、「ＥＧＲ作動域」にあるとき
は、ＥＧＲ弁１１の開弁による排気再循環の際にＥＧＲ
通路１０に排気が流れることになる。また、水温ＴＨＷ
以外のパラメータのうち一つでも「ＥＧＲ作動域」の範
囲から外れ、エンジン運転状態が「ＥＧＲ作動域」から
外れることになってＥＧＲ弁１１が閉弁される場合で
も、水温ＴＨＷが設定水温以下にあれば、補助弁１３は
開弁される。このため、水温ＴＨＷが規定水温以上で設
定水温以下の範囲にあるときは、両弁１１，１３のうち
片方が常に開くことになるので、ＥＧＲ通路１０に排気
が流れ続けることになる。なお、外気温度ＴＨＡが設定
外気温を超える場合は、水温ＴＨＷが規定水温未満にあ
る範囲では両弁１１，１３共に閉弁され、水温ＴＨＷが
規定水温以上で設定水温以下にある範囲では、エンジン
運転状態が「ＥＧＲ作動域」となってＥＧＲ弁１１が開
弁されるとき以外は、両弁１１，１３共に閉弁される。

【００３８】ステップ３０において水温ＴＨＷが設定水
温を超えるときと、ステップ４０において外気温度ＴＨ
Ａが設定外気温を超えるときは、ステップ５０に進む。
ステップ５０においては、排圧Ｐが設定圧を超えたか否
かが判断される。排圧Ｐが設定圧を超えたときはステッ
プ６０において、ＥＧＲ弁１１を閉弁させ、かつ補助弁
１３を開弁させる。また、排圧Ｐが設定圧以下のときは
ステップ７０において、ＥＧＲ弁１１と補助弁１３を共
に閉弁させる。

【００３９】このため、外気温度ＴＨＡが設定外気温以
下であって暖房が必要なときでも水温ＴＨＷが設定水温
を超えるまで冷却水が十分加熱された後は、エンジン運
転状態が「ＥＧＲ作動域」にあってＥＧＲ弁１１が開弁
されるとき以外は、原則として両弁１１，１３が共に閉
弁される。しかし、エンジン高回転時（このときはＥＧ
Ｒ作動域外）等で排圧Ｐが設定圧を超えたときに限り、
補助弁１３が開弁される。また、外気温度ＴＨＡが設定
外気温以下にある場合は、エンジン運転状態が「ＥＧＲ
作動域」にあってＥＧＲ弁１１が開弁されるとき以外
は、原則として両弁１１，１３が共に閉弁されるが、エ
ンジン高回転時等で排圧Ｐが設定圧を超えたときに限
り、補助弁１３が開弁される。

【００４０】つまり、エンジン高回転時は両弁１１，１
３が共に閉弁された状態で単位時間当たりの排気量が増
加するので、過給圧が所定圧を超えてウエイスト・ゲー
ト・バルブが開弁されただけでは排気を逃がし切れず、
排気マニホールド４内の排圧Ｐが設定圧を超えることが
ある。そして、排圧Ｐが設定圧を超えたときは補助弁１
３が開弁され、排気の一部がターボ式過給機５を迂回し
てＥＧＲ通路１０及び補助通路１２を通って排気管９に
逃がされる。このため、排圧Ｐは設定圧を超え始めると
直ぐに低下するので、排圧Ｐおよび過給圧が高くなり過
ぎることが回避される。また、ウエイスト・ゲート・バ
ルブが故障して排圧Ｐが設定圧を超えた場合も、通路１
０，１２を迂回して排気を逃がせるので、このような故
障時にも排圧Ｐおよび過給圧が高くなり過ぎることが回
避される。

【００４１】また、夏期や温暖地などで外気温度ＴＨＡ
が設定外気温を超えるときは、水温ＴＨＷが設定水温以
下であっても、補助弁１３が閉じられた状態に保持され
るので、このような暖房の不要なときには排気がターボ
式過給機５の駆動に有効に利用される。

【００４２】また、設定水温を規定水温未満に設定した
場合は、水温ＴＨＷが設定水温に達するまでの間、補助
弁１３が開弁されたままとなる。そして、水温ＴＨＷが
設定水温に達すると補助弁１３が閉弁され、その後、水
温ＴＨＷが規定水温に達してから、必要に応じてＥＧＲ
弁１１が開弁される。この場合も、外気温度ＴＨＡが設
定外気温を超えて暖房を必要としない際は、水温ＴＨＷ
が設定水温以下でも、補助弁１３が開弁されることがな
く、排気がターボ式過給機５の駆動に有効に利用され
る。

【００４３】以上詳述したようにこの実施形態によれ
ば、次の効果が得られる。（１）圧力センサ２５により検出した排圧Ｐが設定圧を
超えたときに、ヒータ用の補助弁１３を開弁させて排気
の一部を通路１０，１２を通してターボ式過給機５を迂
回させて排気管９に逃がすようにして排圧Ｐが過大にな
らないようにしたので、排気を処理できる流量が比較的
小さい小型タービンを備えた小型なターボ式過給機５を
採用することができる。また、ウエイスト・ゲート・バ
ルブの故障時にも排圧Ｐを適正圧に保持することができ
る。

【００４４】（２）ＥＧＲ弁１１の閉弁時（ＥＧＲ作動
域外のとき）に補助弁１３を開弁させるようにしたの
で、設定水温を規定水温に制約されることなく自由に設
定でき、例えば設定水温を規制水温より高く設定するこ
ともできる。設定水温を規定水温より高く設定した場合
は、水温ＴＨＷが規定水温に達した後でも、ＥＧＲ弁１
１と補助弁１３のうち片方が常に開弁され、水温ＴＨＷ
が設定水温に達するまではＥＧＲ通路１０に排気を流し
続けることができる。よって、規定水温に制限されるこ
となく、冷却水を必要な温度（設定温度）まで早期に昇
温させ、暖房の効きをよくすることができる。また、Ｅ
ＧＲ弁１の開弁時には補助弁１３が閉弁されるので、規
定水温以上で補助弁１３を開弁させるようにしたが、排
気再循環量には何ら影響を与えない。

【００４５】（３）水温ＴＨＷが設定水温以下であって
も、外気温ＴＨＡが設定外気温以下と低く暖房が必要な
ときに限って補助弁１３を開弁させるようにしたので、
冬期や寒冷地などではエンジン始動後直ぐに暖房の効き
をよくすることができ、夏期や温暖地などで暖房が不要
なときには、補助弁１３の閉弁により排気の損失を減ら
し、排気をターボ式過給機５の駆動に有効に利用するこ
とができ、エンジン始動時から高い過給圧を得て加速感
を得ることができる。また、夏期や温暖地では冷却水の
加熱を避けてエンジン２の冷却効果を高めることができ
る。

【００４６】（第２実施形態）以下、本発明を具体化し
た第２実施形態を図３，図４に従って説明する。本実施
形態では、補助弁に開度調整可能な弁を使用し、排圧が
設定圧を超えたときに開弁される補助弁の開度をその排
圧に応じて調整するようにしている。なお、第１実施形
態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を
省略し、特に異なる構成及び機能についてのみ説明す
る。

【００４７】図３に示すＥＧＲ弁３５及び補助弁３６は
共に比例ソレノイド弁である。ＥＧＲ弁４５及び補助弁
３６は、ＣＰＵ２８によりデューティ制御されてその指
令信号のデューティ比に応じた開度にそれぞれ開度調整
される。ＥＧＲ弁３５の開度は、各センサ２１〜２４に
より検出されたパラメータに基づいてエンジン運転状態
が「ＥＧＲ作動域」のどの領域に属するかによって決め
られる。また、補助弁３６は排圧Ｐが設定圧以上になっ
たときに開弁され、その開度は排圧Ｐが設定圧を超えた
その圧力差が大きいほど開度を大きくするように排圧Ｐ
に応じて調整される。

【００４８】ＲＯＭ２９には図４に示す弁制御用のプロ
グラムデータが記憶されている。このプログラムデータ
においては、前記第１実施形態におけるステップ６０の
処理が、ステップ６５及びステップ６８の処理内容に置
き換えられている。すなわち、ステップ５０において排
圧Ｐが設定圧以上であると判断されたときには、ステッ
プ６５においてＥＧＲ弁３５が閉弁されるとともに、ス
テップ６８において補助弁３６が排圧Ｐに応じた開度に
調整される。

【００４９】このため、ターボ式過給機５の排圧Ｐが設
定圧以上になったときには、排圧Ｐが設定圧を超えたそ
の圧力差が大きいほど開度を大きくするように補助弁３
６が開度調整される。この結果、排圧Ｐが設定圧を超え
たその過剰分の圧力に応じた流量となるように排気マニ
ホールド４内の排気の一部がＥＧＲ通路１０及び補助通
路１２を通じてターボ式過給機５を迂回して排気管９に
排出される。このため、排圧Ｐが設定圧より下がり過ぎ
ることが防止され、排圧Ｐが設定圧以下でできるだけ高
めに保たれる。従って、過剰な過給圧や排圧Ｐを抑えつ
つ、ターボ式過給機５を効率よく駆動させて高い過給圧
が得られる。

【００５０】その他、冬期や寒冷値など暖房が必要なと
きには、エンジン始動後の暖機時にＥＧＲ弁３５が閉弁
されるものの補助弁３６が開弁され、しかもＥＧＲ弁３
５が開弁される水温ＴＨＷになった以後は、ＥＧＲ弁３
５の閉弁時に補助弁３６が開弁される。このため、水温
ＴＨＷが設定水温以下にある範囲では、ＥＧＲ通路１０
に排気が流れ続けることになって、冷却水が必要な温度
まで早期に昇温する。このため、冬期や寒冷地など暖房
が必要なときは、エンジン始動後の暖房の効きをよくす
ることができる。

【００５１】また、夏期や温暖地などで暖房が不要なと
きは、外気温センサ２２により検出された外気温度ＴＨ
Ａから暖房が不要であることを判断し、水温ＴＨＷが仮
に設定水温以下であっても補助弁３６は閉弁状態に保持
される。このため、エンジン始動直後から高回転時には
高い過給圧が得られる。

【００５２】以上詳述したように本実施形態によれば、
補助弁３６を比例ソレノイド弁とし、排圧Ｐが設定圧を
超えるとその圧力差が大きくなるほど開度が大きくなる
ように補助弁３６の開度を排圧Ｐに応じて調整するよう
にしたので、補助弁３６の開弁時に排圧Ｐが設定圧より
下がり過ぎることを防止でき、過剰な排圧Ｐや過給圧を
防ぎつつ、適正範囲内でできるだけ高めの過給圧を得る
ことができる。その他、第１実施形態で記載した（１）
〜（３）の効果を同様に得ることができる。

【００５３】なお、実施形態は上記に限定されず、以下
のように実施してもよい。 ○前記各実施形態において、エンジン運転状態が「ＥＧ
Ｒ作動域」にあるか否にかの判断に使用するパラメータ
は、前記各実施形態で使用したものに限定されない。例
えば水温ＴＨＷをパラメータから外してもよい。前記各
実施形態の方法ならば、仮に水温ＴＨＷをパラメータか
ら外しても、同様の効果を得ることができる。

【００５４】○第２実施形態において、冷却水の水温Ｔ
ＨＷに応じて補助弁３６の開度を調整するようにしても
よい。すなわち、実際の水温ＴＨＷと設定水温との差が
大きいほど補助弁３６の開度を大きくする。この構成に
よれば、冷却水を早期に昇温できるとともに、暖房のた
めにターボ式過給機５を迂回して排気される排気量が水
温上昇とともに徐々に減るので、水温が設定水温に完全
に達する前でも比較的高い過給圧を得ることができる。

【００５５】○第２実施形態において、補助弁３６にソ
レノイド弁を使用したが、ダイヤフラム式の負圧作動弁
を使用してもよい。負圧作動弁の負圧室に導入される負
圧をエレクトリック・バキューム・レギュレーティング
・バルブ（ＥＶＲＶ）を介して調整することにより負圧
作動弁を開度調整すればよい。ＥＶＲＶはＣＰＵにより
デューティ制御される。この構成によっても、補助弁の
開度を排圧に応じて連続的に制御でき、補助弁を開弁し
たことにより過給圧が小さくなり過ぎることを防止でき
る。

【００５６】○前記各実施形態において、排気と冷却水
の熱交換の手段は、ＥＧＲ通路１０をウォータジャケッ
ト２ａに挿通させることに限定されない。例えば、ＥＧ
Ｒ通路１０の一部を２重の円筒状に形成し、ウォータジ
ャケット２ａより流出する冷却水をＥＧＲ通路１０の周
囲に流し、熱交換を行わせてもよく、このように、ウォ
ータジャケット２ａの前後の冷却水通路において、熱交
換を行う構成とすることも可能である。

【００５７】前記各実施形態から把握され、特許請求の
範囲に記載されていない技術的思想（発明）を、その効
果とともに以下に記載する。（イ）エンジンの排気通路と吸気通路とを繋ぐとともに
排気と冷却水との熱交換を行うＥＧＲ通路と、排気再循
環のために前記ＥＧＲ通路を開閉させるためのＥＧＲ弁
と、排気によって駆動される過給機と、前記冷却水を熱
源とするヒータ装置とを備える内燃機関システムであっ
て、前記エンジンからの排気を前記ＥＧＲ通路を通って
前記排気通路に前記過給機を迂回させて送るための迂回
通路と、前記迂回通路を開閉するための弁と、前記冷却
水の水温を検出する水温センサと、外気温度を検出する
外気温センサと、前記外気温センサにより検出された外
気温度が設定外気温以下のときに限り、前記水温センサ
により検出された水温が設定水温以下で、かつ前記ＥＧ
Ｒ弁が閉弁されるときに、前記弁を開弁させるように該
弁の開閉制御を行う制御手段とを備えている。この構成
によれば、外気温度が高く暖房が不要なときには、水温
に基づく弁の開弁を止め、外気温度が設定外気温以下の
ときに限って弁の開弁による排気熱の積極的な利用が図
られるので、暖房が不要なときには、排気熱を利用した
冷却水の加熱を避けてエンジンの冷却効果を高められる
とともに、設定水温以下であっても高い過給圧を得るこ
とができる。

【００５８】（ロ）エンジンの排気通路と吸気通路とを
繋ぐとともに排気と冷却水との熱交換を行うＥＧＲ通路
と、排気再循環のために前記ＥＧＲ通路を開閉させるた
めのＥＧＲ弁と、排気によって駆動される過給機と、前
記冷却水を熱源とするヒータ装置とを備える内燃機関シ
ステムであって、前記エンジンからの排気を前記ＥＧＲ
通路を通って前記排気通路に前記過給機を迂回させて送
るための迂回通路と、前記迂回通路を開閉するための弁
と、前記冷却水の水温を検出する水温センサと、前記水
温センサにより検出された水温が設定水温以下であって
前記ＥＧＲ弁が閉弁されるときに、前記弁を開弁させる
ように該弁の開閉制御を行う制御手段とを備え、前記Ｅ
ＧＲ弁を開弁させるＥＧＲ作動域を決めるパラメータの
１つが前記水温であり、前記設定水温が前記ＥＧＲ作動
域を満たす下限水温以上に設定されている。この構成に
よれば、冷却水が暖房に必要な設定水温に昇温するまで
は、ＥＧＲ作動域を満たす下限水温以上になっても、Ｅ
ＧＲ弁の開弁時以外でも弁の開弁によりＥＧＲ通路に排
気を流し続けることができ、冷却水を早く暖房に必要な
設定温度まで昇温させることができる。

【００５９】（ハ）請求項１〜請求項５及び前記
（イ），（ロ）のいずれか一つに係る発明において、前
記弁はその開弁時に前記水温センサにより検出された水
温に応じた開度に開度調整される。この構成によれば、
弁の開度を水温センサにより検出された水温に応じ、水
温が高くなるに連れて開度を小さくさせるように弁の開
度を調整すれば、冷却水の昇温がさほど遅れることなく
早期に設定水温まで昇温でき、しかも水温が設定水温に
達する前からでも比較的高い過給圧を得ることができ
る。

【００６０】（ニ）請求項１〜請求項５及び前記（イ）
〜（ハ）のいずれか一つに係る発明において、前記過給
機は、前記弁が閉弁保持されたときに排圧が設定圧を超
える程度に、エンジンの排気量の割りに小型である。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１及び請求項
５に記載の発明によれば、エンジン始動後の暖機時であ
っても、弁の開弁によりＥＧＲ通路に排気を流して排気
と冷却水との熱交換を行うので、冷却水の水温を早期に
昇温させて暖房の効きをよくすることができ、しかも過
給機の排圧が過剰に高くなるとその弁を利用してそれを
開弁させることにより、排気を過給機を迂回して逃がす
ので、排気流量処理能力の小さい比較的小型な過給機を
採用することができる。

【００６２】請求項２及び請求項５に記載の発明によれ
ば、外気温度が高く暖房が不要なときには、水温に基づ
く弁の開弁を止め、外気温度が設定外気温以下のときに
限って弁の開弁による排気熱の積極的な利用を図るよう
にしたので、暖房が不要なときには、冷却水の加熱を避
けてエンジンの冷却効果を高められるとともに、設定水
温以下であっても高い過給圧を得ることができる。

【００６３】請求項３及び請求項５に記載の発明によれ
ば、排圧が設定圧を超えたときの弁の開度が排圧に応じ
て決められるので、エンジン高回転時に過給機の排圧を
設定圧以下でもできるだけ高めに維持でき、高い過給圧
を得ることができる。

【００６４】請求項４及び請求項５に記載の発明によれ
ば、ＥＧＲ作動域を満たす下限水温以上の水温でも、Ｅ
ＧＲ弁の閉弁時には弁が開弁されて設定水温に達するま
ではＥＧＲ通路に排気が流れ続けるので、排気再循環量
に影響を与えることなく、冷却水を早期に昇温させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態におけるエンジンシステムの摸式
図。

【図２】同じく弁制御のためのフローチャート。

【図３】第２実施形態におけるエンジンシステムの摸式
図。

【図４】同じく弁制御のためのフローチャート。

【図５】従来技術におけるエンジンシステムの摸式図。

【図６】同じくエンジンシステムの摸式図。

【符号の説明】

１…内燃機関システムとしてのエンジンシステム、２…
エンジン、２ａ…ウォータジャケット、３…吸気通路を
構成する吸気マニホールド、４…排気通路を構成する排
気マニホールド、５…過給機としてのターボ式過給機、
８…吸気通路を構成する吸気管、９…排気通路を構成す
る排気管、１０…ＥＧＲ通路、１１…ＥＧＲ弁、１２…
迂回通路、１３…弁としての補助弁、２０…制御手段と
してのＥＣＵ、２１…水温センサ、２２…外気温セン
サ、２５…圧力センサ、２８…制御手段を構成するＣＰ
Ｕ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気通路と吸気通路とを繋ぐ
とともに排気と冷却水との熱交換を行うＥＧＲ通路と、
排気再循環のために前記ＥＧＲ通路を開閉させるための
ＥＧＲ弁と、排気によって駆動される過給機と、前記冷
却水を熱源とするヒータ装置とを備える内燃機関システ
ムであって、前記エンジンからの排気を前記ＥＧＲ通路を通って前記
排気通路に前記過給機を迂回させて送るための迂回通路
と、前記迂回通路を開閉するための弁と、前記冷却水の水温を検出する水温センサと、前記過給機の排圧を検出する圧力センサと、前記水温センサにより検出された水温が設定水温以下で
あって前記ＥＧＲ弁が閉弁されるときと、前記圧力セン
サにより検出された前記排圧が設定圧を超えたときに、
前記弁を開弁させるように該弁の開閉制御を行う制御手
段とを備えている内燃機関システム。
【請求項２】外気温度を検出する外気温センサを備
え、前記制御手段は、前記外気温センサにより検出された外
気温度が設定外気温以下のときに限り、前記水温センサ
により検出された水温に基づく前記弁の開閉制御を行う
請求項１に記載の内燃機関システム。
【請求項３】前記弁は開度調整可能な弁であって、前
記制御手段は、前記圧力センサにより検出された排圧に
応じた開度となるように前記弁を開度制御する請求項１
又は請求項２に記載の内燃機関システム。
【請求項４】前記水温を１つのパラメータとして前記
ＥＧＲ弁の開弁時期を決めるＥＧＲ作動域が設定されて
おり、前記設定水温は該ＥＧＲ作動域を満たす水温範囲
の下限水温以上に設定されている請求項１〜請求項３の
いずれか一項に記載の内燃機関システム。
【請求項５】前記ＥＧＲ通路をウォータジャケット内
に挿通させることにより、排気と冷却水の熱交換を行う
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関シ
ステム。