KR20020019559A - 내연 기관의 배기 환류 장치 및 배기 환류 방법 - Google Patents

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KR20020019559A
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고바야시노부히로
고바야시시게미
마쯔모또다까아끼
가이세노조미
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나까자와 히로후미
닛산 디젤 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

터보 급과기를 가지는 내연 기관의 배기 환류 장치는 그 안에 제공되는 터빈을 가지는 배기 통로 및 그 안에 제공되는 압축기를 가지는 흡기 통로를 포함하고 압축기의 하류측 상의 흡기 통로 내에 형성되는 개구는 배기가 환류될 때 개방됨으로써, 압축기의 하류측 상의 흡기가 대기로 방출되고 흡기 통로 내부의 부압이 낮아지기 때문에 배기 통로 내부의 배기압과 흡기 통로 내부의 부압 사이의 압력차가 증가되어 NOx 배기량은 배기 환류율의 향상을 통해 저감될 수 있다.

Description

내연 기관의 배기 환류 장치 및 배기 환류 방법{DEVICE AND METHOD FOR EXHAUST GAS CIRCULATION OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
종래부터 내연 기관의 배기의 일부를 흡기계로 복귀시키고, 이를 일종의 불활성 기체로 하여 연소 온도를 내림으로써, NOx 배출량을 저감시키는 배기 환류(이하「EGR」이라 함) 장치가 널리 채용되어 있다.
또한, 최근 차량의 경량화, 연비 향상 및 성능 향상의 요구로 인한 과급기의 일종인 터보 차저를 탑재한 내연 기관도 많이 눈에 띄였다. 특히, 디젤 기관은 가솔린 기관에 비해 연비가 좋은 반면, 기관 출력이 낮고 고속 회전에도 약하므로, 이들의 결점을 커버하기 위해서는 터보 차저의 탑재에 의해 얻을 수 있는 고(高)토크를 이용하는 것이 매우 유익하다.
그런데, EGR 장치는 배기 통로 내의 배압과 흡기 통로 내의 부압과의 차압을 이용하여 배기의 일부를 흡기계로 환류하는 구성이므로, 터보 차저를 탑재한 내연 기관에서는 다음과 같은 문제점을 안고 있었다. 즉, 터보 차저의 효율이 높은 경우에는 흡기 통로에 개재 장착된 압축기의 출구 압력(부압)이 배기 통로에 개재 장착된 터빈의 입구 압력(배압)보다 높아져 버려, 차압에 의해 배기의 일부를 흡기계로 환류할 수 없게 되어 버린다. 이로 인해, 예를 들어 일본 특허 공개 평10-266866호 공보에 개시된 바와 같이, 압축기 하류측에 흡기 교축 밸브를 설치하고, 저부하 운전시에 흡기 교축 밸브를 폐쇄함으로써 흡기 통로 내의 부압을 상승(즉, 흡기 압력을 저하)시켜 EGR율을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에 있어서는 흡기 교축 밸브에 의해 차압을 증폭시킬 수 있지만, 기관 운전 상태에 의해서는 흡기 교축 밸브의 개방도가 매우 작아져, 기관 출력 저하 및 배기 성형 저하 등의 성능상의 문제가 발생해 버릴 우려가 있었다. 또한, 압축기 출구 압력과 터빈 입구 압력과의 차압을 충분히 확보할 수 있는 운전 영역이 좁으므로, 배기 중의 NOx를 현상 이상으로 저감시키는 것은 매우 곤란했다.
그래서, 본 발명은 이상과 같은 종래의 문제점에 비추어, 배기 통로 내의 배압과 흡기 통로 내의 부압과의 차압을 증대시킴으로써, EGR율의 향상을 통하여 NOx 배출량을 저감시킨 내연 기관의 배기 환류 장치 및 배기 환류 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 내연 기관의 배기 환류 장치 및 배기 환류 방법에 관한 것으로, 특히 질소 산화물(이하,「NOx」라 함) 배출량을 저감시키는 기술에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 관한 EGR 기술을 구현화한 디젤 기관의 전체 구성도이다.
도2는 부스트리턴 밸브의 제1 실시예를 도시한 구성도이다.
도3은 부스트리턴 밸브의 제2 실시예를 도시한 구성도이다.
도4는 부스트리턴 밸브의 제3 실시예를 도시한 구성도이다.
도5는 부스트리턴 밸브의 제4 실시예를 도시한 구성도이다.
도6은 EGR 장치의 제어 내용의 제1 실시예를 도시한 흐름도이다.
도7은 EGR 제어 맵의 설명도이다.
도8은 부스트리턴에 의한 부압 저하의 설명도이다.
도9는 부스트리턴에 의한 NOx 및 실측 연비 개선의 설명도이다.
도10은 부스트리턴에 의한 NOx 및 입상 물질 개선의 설명도이다.
도11은 EGR 장치의 제어 내용의 제2 실시예를 도시한 흐름도이다.
도12는 목표 차압 제어 맵의 설명도이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 장치의 발명에 있어서는 배기 통로에 터빈이 개재 장착되는 동시에, 흡기 통로에 압축기가 개재 장착되는 터보 급과기를 탑재한 내연 기관의 배기 환류 장치로서, 상기 터빈 상류측의 배기 통로와 상기 압축기 하류측의 흡기 통로를 연통하는 배기 환류 통로를 개폐하는 통로 개폐 장치와, 상기압축기 하류측의 흡기 통로에 형성된 개구를 개폐하는 개구 개폐 장치와, 기관 운전 상태를 감지하는 운전 상태 감지 장치와, 마이크로 컴퓨터를 내장한 컨트롤 유닛을 포함하여 구성되고, 상기 컨트롤 유닛은 상기 운전 상태 감지 장치에 의해 감지된 기관 운전 상태에 의거하여 배기 환류를 행하는지의 여부를 판정하고, 상기 배기 환류를 행한다고 판정되었을 때, 상기 통로 개폐 장치에 의해 상기 배기 환류 통로를 개방하는 동시에, 상기 개구 개폐 장치에 의해 상기 개구를 개방하는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
한편, 장치의 발명에 있어서는 배기 통로에 터빈이 개재 장착되는 동시에, 흡기 통로에 압축기가 개재 장착되는 터보 차저를 탑재한 내연 기관의 배기 환류 방법으로서, 기관 운전 상태에 의거하여 배기 환류를 행하는지의 여부를 판정하는 판정 단계와, 상기 판정 단계에 의해 배기 환류를 행한다고 판정되었을 때, 상기 터빈 상류측의 배기 통로와 상기 압축기 하류측의 흡기 통로를 연통하는 배기 환류 통로를 개방하는 동시에, 상기 압축기 하류측의 흡기 통로에 형성된 개구를 개방하는 개폐 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 기관 운전 상태에 의거하여 배기 환류를 행하는지의 여부가 판정되고, 배기 환류를 행한다고 판정되면, 터빈 상류측의 배기 통로와 압축기 하류측의 흡기 통로를 연통하는 배기 환류 통로가 개방되는 동시에, 압축기 하류측의 흡기 통로에 형성된 개구가 개방된다. 그리고, 개구가 개방되면 압축기 하류측의 흡기가 대기 중으로 방출되어 흡기 통로 내의 부압이 저하하는 한편, 배기 통로 내의 배압은 그다지 저하하지 않으므로, 배기 통로 내의 배압과 흡기 통로내의 부압과의 차압이 증대한다. 이로 인해, 다량의 배기가 배기 환류 통로를 거쳐서 흡기 통로로 환류되게 되어, 배기 환류율의 향상을 통해 NOx 배기량을 저감할 수 있다.
여기서, 상기 개구로부터 취출된 흡기를 상기 압축기 상류측의 통기 통로로 복귀시키는 흡기 통로를 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 흡기 통로에 형성된 개구로부터 취출된 흡기는 흡기 복귀 통로를 통해 압축기 상류측의 흡기 통로로 복귀하게 되므로, 압축기에 의해 압축된 흡기가 재이용되게 된다. 이로 인해, 터보 차저의 효율이 저하되는 것이 방지되어, 기관 출력 저하를 억제할 수 있다. 또한, 저부하 영역에서의 연비 개선 효과를 얻을 수 있어, 다른 영역에 있어서도 연비 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 개구의 개방도는 기관 운전 상태에 의거하여 다단계로 제어되는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 흡기 통로에 형성된 개구의 개방도는 기관 운전 상태에 의거하여 다단계로 제어되므로, 배기 통로 내의 배압과 흡기 통로 내의 부압과의 차압을 적절하게 제어할 수 있어, 기관 운전성 및 배기성형의 저하를 방지하면서, 배기 환류를 효과적으로 행할 수 있다.
또한, 상기 개구는 셔터, 버터플라이 밸브 및 포핏 밸브 중 적어도 1개로 구성되는 개구 개폐 장치에 의해 개폐되는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 개구 개폐 장치는 일반적인 셔터, 버터플라이 밸브 및 포핏 밸브 중 적어도 1개로 구성되므로, 신뢰성 및 내구성을 확보하면서 비용상승을 가능한 한 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 목적과 이점은 첨부 도면에 관련된 실시 형태에 대한 다음의 설명에 의해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 서술한다.
도1은 본 발명에 관한 EGR 기술을 구현화한 디젤 기관의 전체 구성을 도시한다.
디젤 기관(10)의 흡기 통로(12) 및 배기 통로(14)에는 각각 터보 차저를 구성하는 압축기(16) 및 터빈(18)이 개재 장착된다. 터빈(18)은 배기 통로(14)를 유통하는 배기 에너지를 흡수하고, 샤프트(20)를 거쳐서 일체적으로 연결되는 압축기(16)를 구동한다. 그리고, 에어 클리너(22)에 의해 먼지 등의 불순물이 제거된 흡기는 흡기 통로(12)에 개재 장착된 압축기(16)에 의해 압축되어 과급 상태가 되어, 디젤 기관(10)의 연소실로 도입된다. 이 때, 압축기(16)에 의해 압축된 흡기는 단열 압축에 의해 그 흡기 온도가 상승하여 충전 효율이 저하하므로, 압축 후의 흡기 온도를 저하시킬 목적으로, 압축기(16) 하류측의 흡기 통로(12)에 인터쿨러(24)가 개재 장착된다.
또한, 터빈(18) 상류측의 배기 통로(14)와 인터쿨러(24) 하류측의 흡기 통로(12)[즉, 압축기(16) 하류측의 흡기 통로(12)]는 EGR 통로(26)를 거쳐서 연통된다. EGR 통로(26)에는 EGR량을 제어하기 위해, EGR 통로(26)를 개폐하는 EGR 밸브(28)가 개재 장착된다. EGR 밸브(28)는 마이크로 컴퓨터를 내장한 컨트롤 유닛(30)에 의해 구동 제어되는 EGR 제어 솔레노이드 밸브(32)를 거쳐서 도시하지 않은 에어 리저버 탱크로부터 공급되는 에어에 의해 개폐 구동된다. 즉, EGR 제어 솔레노이드(32)가 온이 되면, 에어 리저버 탱크로부터 EGR 밸브(28)로 에어가 공급되어, EGR 통로(26)가 개방되어 EGR이 행해진다. 한편, EGR 제어 솔레노이드 밸브(32)가 오프가 되면, 에어 리저버 탱크로부터 EGR 밸브(28)로 공급되는 에어가 차단되어, EGR 통로가 폐쇄되어 EGR이 중지된다. 또한, EGR 밸브(28) 및 EGR 제어 솔레노이드 밸브(32)에 의해 통로 개폐 장치가 구성된다.
또한, 흡기 통로(12)에 개재 장착된 압축기(16)의 상류측과 하류측은 흡기 복귀 통로로서의 연통로(34)를 거쳐서 연통된다. 연통로(34)에는 적어도 그 개방도를 전체 개방과 전체 폐쇄로 절환 가능한 부스트리턴 밸브(36)가 개재 장착된다. 부스트리턴 밸브(36)는 컨트롤 유닛(30)에 의해 제어되는 작동기(38)를 거쳐서 그 개방도가 제어된다. 또, 부스트리턴 밸브(36) 및 작동기(38)에 의해 개구 개폐 장치가 구성된다.
부스트리턴 밸브(36)로서는 다양한 구성이 채용 가능하므로, 이하에 그 구체적 구성을 몇 개 예시한다. 또, 부스트리턴 밸브(36)는 이하의 구성으로 한정되는 것은 아니다.
도2에 도시한 제1 실시예에서는 압축기(16) 하류측을 향하는 연통로(34) 단부에 흡기 통로(12)의 주위벽에 형성된 개구(도시하지 않음)를 개폐하는 셔터(40)가 개재 장착된다. 셔터(40)는 적어도 그 개방도가 전체 개방과 전체 폐쇄, 바람직하게는 전체 개방과 전체 폐쇄 사이를 다단계로 제어 가능하도록 작동기(38)에 의해 구동 제어된다. 또한, 도3에 도시한 제2 실시예와 같이 셔터(40) 대신에 연통로(34)의 중간에 버터플라이 밸브(42)를 개재 장착하고, 제1 실시예와 마찬가지로 작동기(38)에 의해 이를 구동 제어하도록 해도 좋다.
또한, 제1 실시예에 있어서의 셔터(40)를 전체 개방과 전체 폐쇄로 제어하는 경우에는 도4에 도시한 제3 실시예와 같이, 셔터(40) 이외에 연통로(34)의 중간에 버터플라이 밸브(42)를 개재 장착하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 셔터(40)는 작동기(38a)에 의해 전체 개방 또는 전체 폐쇄로 구동 제어되는 한편, 버터플라이 밸브(42)는 작동기(38b)에 의해 전체 개방과 전체 폐쇄 사이에서 다단계로 구동 제어된다. 즉, 제3 실시예에서는 연통로(34)의 개폐는 셔터(40)에 의해 행해지고, 그 개방도 제어는 버터플라이 밸브(42)에 의해 행해진다. 따라서, 버터플라이 밸브(42)에만 의해 연통로(34)를 개폐하는 구성에 비해 연통로(34) 및 버터플라이 밸브(42)의 가공 정밀도 요구가 낮아지는 결과, 부스트리턴 밸브(36)를 저렴하게 구성하는 것이 가능해진다.
이 밖에는, 도5에 도시한 제4 실시예와 같이, 압축기(16) 하류측을 향하는 연통로(34) 단부에 포핏 밸브(44)를 개재 장착하고, 예를 들어 EGR 밸브(28)와 같이 듀티 제어에 의해 그 개방도를 다단계로 제어하도록 해도 좋다.
이와 같이, 부스트리턴 밸브(36)로서, 일반적인 셔터(40), 버터플라이 밸브(42) 및 포핏 밸브(44)를 사용하면, 신뢰성 및 내구성을 확보하면서, 비용 상승을 가능한 한 억제할 수 있다.
그리고, 부스트리턴 밸브(36)는 EGR 밸브(28)와 연동하여 제어된다. 즉, EGR이 행해질 때에는 압축기(16)에 의해 압축되어 과급 상태가 된 흡기는 연통로(34)를 거쳐서 압축기(16)의 상류측으로 복귀하게 된다. 이로 인해, 흡기 통로(12) 내의 부압이 저하하여, 배기 통로(14) 내의 배압과 흡기 통로(12) 내의 부압과의 차압이 증대한다. 이하, 이 동작을 「부스트리턴」이라 한다.
EGR 장치의 제어를 행하기 위해, 운전 상태 검사 장치로서 기관 부하(L)를 감지하는 부하 센서(46)와, 기관 회전 속도(N)를 감지하는 회전 속도 센서(48)와, 압축기(16) 하류측의 부압(Pb)을 감지하는 부압 센서(50)와, 터빈(18) 상류측의 배압(Pe)을 감지하는 배압 센서(52)의 출력이 각각 컨트롤 유닛(30)에 입력된다. 그리고, 컨트롤 유닛(30)에서는 이들 센서로부터 각 신호에 의거하여 후술하는 처리에 따라 EGR 밸브(28) 및 부스트리턴 밸브(36)의 제어가 행해진다. 또한, 컨트롤 유닛(30)에서는 판정 단계 및 개폐 단계가 소프트웨어에 의해 실현된다.
도6은 부스트리턴 밸브(36)를 전체 개방 또는 전체 폐쇄로 제어하기 위해, 컨트롤 유닛(30)에 있어서, 소프트웨어적으로 실행되는 EGR 장치의 제어 내용을 도시한다. 또한, 이러한 제어는 소정 시간마다 반복하여 실행된다.
단계 1(도면에서는「S1」이라 약칭함. 이하 마찬가지임)에서는 회전 속도 센서(48) 및 부하 센서(46)로부터 각각 기관 회전 속도(N) 및 기관 부하(L)가 판독된다.
단계 2에서는 도7에 도시한 바와 같은 EGR 제어 맵이 참조되고, 기관 회전 속도(N) 및 기관 부하(L)에 의해 정해지는 기관 운전 상태가 EGR을 행하는 영역(이하「EGR 영역」이라 함)에 있는지의 여부가 판정된다. 또, 도7에 도시한 EGR 제어 맵에서는 EGR 제어 솔레노이드 밸브(32)의 제어 내용(온/오프)을 거쳐서 기관 운전 상태가 EGR 영역에 있는지의 여부가 판정된다.
단계 3에서는 기관 운전 상태에 따라 분기 처리가 행해지고, 기관 운전 상태가 EGR 영역에 있으면, 단계 4로 진행하고(예), 기관 운전 상태가 EGR 영역에 없으면 단계 5로 진행한다(아니오). 또, 단계 2 및 단계 3의 처리가 판정 단계에 해당한다.
단계 4에서는 EGR을 행하는 제어가 실행된다. 즉, 연통로(34)를 개방하기위해, 작동기(38)가 제어되는 동시에, EGR 밸브(28)에 의해 EGR 통로(26)를 개방하기 위해, EGR 제어 솔레노이드 밸브(32)가 온이 된다. 또, 단계 4의 처리가 개폐 단계에 해당한다.
단계 5에서는 EGR을 중지하는 제어가 실행된다. 즉, 연통로(34)를 폐쇄하기 위해, 작동기(38)가 제어되는 동시에, EGR 밸브(28)에 의해 EGR 통로(26)를 폐쇄하기 위해, EGR 제어 솔레노이드 밸브(32)가 오프가 된다.
이상 설명한 단계 1 내지 단계 5의 처리에 따르면, 기관 운전 상태가 EGR 영역에 있으면 EGR 통로(26)가 개방되는 동시에, 부스트리턴 밸브(36)에 의해 연통로(34)가 개방된다. 그리고, 연통로(34)가 개방되면, 도8에 도시한 바와 같이 압축기(16) 하류측의 흡기가 그 상류측으로 복귀되어 부압(Pb)이 저하하는 한편, 그 부압(Pb)의 저하만큼 배기 통로(14) 내의 배압(Pe)이 저하하지 않으므로, 부압(Pb)과 배압(Pe)과의 차압(△P)이 커진다. 이로 인해, 종래의 EGR 장치에 비해 EGR율 및 EGR의 가능 영역이 확대되는 동시에, 다량의 배기가 EGR 통로(26)를 거쳐서 흡기 통로(12)로 환류하게 되어, EGR율의 향상을 통해 NOx 배출량이 저감된다. 또한, EGR율을 향상시키기 위한 차압(△P)을 부스트리턴에 의해 발생시키고 있으므로, 단위 시간당의 흡기량이 감소하여, 연료 분사 시기의 진각에 의해 연비도 개선할 수 있게 된다.
그리고, 이러한 구성으로 이루어지는 EGR 장치에 따르면, 도9 및 도10에 도시한 바와 같이 13 모드에 있어서, NOx 배출량을 약 26 ％ 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 저부하시에 있어서의 실측 연비(BSFC)도 개선하면서, 입상 물질(PM)의 배출량을 약 56 ％ 저감할 수도 있다.
도11은 부스트리턴 밸브(36)를 전체 개방과 전체 폐쇄 사이에서 다단계로 제어하기 위해 컨트롤 유닛(30)에 있어서, 소프트웨어적으로 실행되는 EGR 장치의 제어 내용을 도시한다.
단계 11에서는 회전 속도 센서(48) 및 부하 센서(46)로부터 각각 기관 회전 속도(N) 및 기관 부하(L)가 판독된다.
단계 12에서는 도7에 도시한 바와 같은 EGR 제어 맵이 참조되어, 기관 회전 속도(N) 및 기관 부하(L)에 의해 정해지는 기관 운전 상태가 EGR 영역에 있는지의 여부가 판정된다.
단계 13에서는 기관 운전 상태에 따른 분기 처리가 행해지고, 기관 운전 상태가 EGR 영역에 있으면 단계 14로 진행하고(예), 기관 운전 상태가 EGR 영역에 없으면 단계 23으로 진행한다(아니오). 또한, 단계 12 및 단계 13의 처리가 판정 단계에 해당한다.
단계 14에서는 EGR이 개시된다. 즉, EGR 밸브(28)에 의해 EGR 통로(26)를 개방하기 위해, EGR 제어 솔레노이드 밸브(32)가 온이 된다.
단계 15에서는 도12에 도시한 바와 같은 목표 차압 제어 맵이 참조되고, 기관 회전 속도(N) 및 기관 부하(L)에 의거하여 목표 차압(Pr) 및 최저 부압(Pw)이 설정된다.
단계 16에서는 부압 센서(50) 및 배압 센서(52)로부터 각각 부압(Pb) 및 배압(Pe)이 판독된다.
단계 17에서는 판독된 부압(Pb) 및 배압(Pe)에 의거하여 다음 식에 의해 차압(△P)이 연산된다.
△P ＝ Pe － Pb
단계 18에서는 차압(△P)이 목표 차압(Pr) 이상인지의 여부가 판정된다. 그리고, 차압(△P)이 목표 차압(Pr) 이상이면 단계 19로 진행하고(예), 차압(△P)이 목표 차압(Pr) 미만이면 단계 21로 진행한다(아니오).
단계 19에서는 차압(△P)이 목표 차압(Pr)과 허용치(W)와의 가산치 이하인지의 여부가 판정된다. 여기서, 허용치(W)는 차압(△P)이 필요 이상으로 커지지 않도록 하는 이른바 리미터로서, 이에 의해 배기성형의 저하를 방지할 수 있다. 그리고, 차압(△P)이 계산치 이하이면 차압(△P)은 적정치로 제어되고 있다고 판단하여, 단계 11로 복귀한다(예). 한편, 차압(△P)이 가산치보다 크면 차압(△P)은 지나치게 크다고 판단하여 단계 20으로 진행한다(아니오).
단계 20에서는 차압(△P)을 저하시키기 위해, 부스트리턴 밸브(36)의 개방도가 1단계 작아진다. 그 후, 단계 16으로 복귀하여 차압 제어가 속행된다.
차압(△P)이 목표 차압(Pr) 미만일 때의 처리가 실행되는 단계 21에서는 부압(Pb)이 최저 부압(Pw) 이상인지의 여부가 판정된다. 그리고, 부압(Pb)이 최저 부압(Pw) 이상이면 단계 22로 진행하고(예), 부압(Pb)이 최저 부압(Pw) 미만이면 단계 11로 복귀한다(아니오).
단계 22에서는 차압(△P)을 상승시키기 위해, 부스트리턴 밸브(36)의 개방도가 1단계 커진다. 그 후, 단계 16으로 복귀하여 차압 제어가 속행된다.
또, 단계 14 내지 단계 22의 처리가 개폐 단계에 해당한다.
기관 운전 영역이 EGR 영역에 없을 때의 처리가 실행되는 단계 23에서는 EGR을 중지하는 제어가 실행된다. 즉, 연통로(34)를 전체 폐쇄하기 위해, 작동기(38)가 제어되는 동시에, EGR 밸브(28)에 의해 EGR 통로(26)를 폐쇄하기 위해, EGR 제어 솔레노이드 밸브(32)가 오프가 된다.
이상 설명한 단계 11 내지 단계 23의 처리에 따르면, 도6에 도시한 EGR 제어에 의한 작용 및 효과에다가, 기관 운전 상태에 따라서 차압(△P)을 적절하게 제어할 수 있다. 즉, 차압(△P)은 다음 식과 같은 범위로 제어되므로, 기관 운전성 및 배기성형의 저하를 방지하면서, EGR을 효과적으로 행할 수 있게 되어 NOx 배출량을 효과적으로 저하하는 것이 가능해진다.
Pr(목표 차압) ≤ △P(차압) ≤ Pr ＋ W(목표 차압 ＋ 허용치)
또한, 부압(Pb)이 기관 운전 상태에 따라서 설정되는 최저 부압 미만이면, 차압 제어가 행해지지 않으므로, 기관으로부터 배출되는 입상물질(PM)의 배출량이 증대하는 것도 방지된다.
또, 이상의 실시 형태에서는 EGR을 행할 때에 압축기(16) 하류측의 흡기를 그 상류측으로 복귀시켰지만, 압축기(16) 하류측의 흡기를 대기 중에 방출하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 압축기(16) 하류측의 흡기를 대기 중에 방출함으로써, 흡기 통로(12)의 부압이 저하하여, 배기 통로(14) 내의 배압(Pe)과 흡기 통로(12) 내의 부압과의 차압(△P)이 증대하고, 앞의 실시 형태와 동일한 효과를 발휘하게 된다. 즉, 이러한 구성이 본 발명의 최소 구성이 된다.
또한, 본 발명에 관한 EGR 장치 및 EGR 방법은 가솔린 기관 등에도 적용 가능한 것은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 EGR 장치 및 EGR 방법은 배기 통로 내의 배압과 흡기 통로 내의 부압과의 차압을 증대시킴으로써, EGR율의 향상을 통해 NOx 배출량을 저감시킬 수 있어 매우 유용한 것이다.

Claims (8)

  1. 배기 통로에 터빈이 개재 장착되는 동시에, 흡기 통로에 압축기가 개재 장착되는 터보 급과기를 탑재한 내연 기관의 배기 환류 장치로서,
    상기 터빈 상류측의 배기 통로와 상기 압축기 하류측의 흡기 통로를 연통하는 배기 환류 통로를 개폐하는 통로 개폐 장치와, 상기 압축기 하류측의 흡기 통로에 형성된 개구를 개폐하는 개구 개폐 장치와, 기관 운전 상태를 감지하는 운전 상태 감지 장치와, 마이크로 컴퓨터를 내장한 컨트롤 유닛을 포함하여 구성되고,
    상기 컨트롤 유닛은 상기 운전 상태 감지 장치에 의해 감지된 기관 운전 상태에 의거하여 배기 환류를 행하는지의 여부를 판정하고, 상기 배기 환류를 행한다고 판정되었을 때에, 상기 통로 개폐 장치에 의해 상기 배기 환류 통로를 개방하는 동시에, 상기 개구 개폐 장치에 의해 상기 개구를 개방하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 환류 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개구로부터 취출된 흡기를 상기 압축기 상류측의 흡기 통로로 복귀시키는 흡기 복귀 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 환류 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤 유닛은 상기 운전 상태 감지 장치에 의해 감지된 기관 운전 상태에 의거하여 상기 개구의 개방도를 다단계로 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 환류 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 개구 개폐 장치는 셔터, 버터플라이 밸브 및 포핏 밸브 중 적어도 1개로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 환류 장치.
  5. 배기 통로에 터빈이 개재 장착되는 동시에, 흡기 통로에 압축기가 개재 장착되는 터보 차저를 탑재한 내연 기관의 배기 환류 방법에 있어서,
    기관 운전 상태에 의거하여 배기 환류를 행하는지의 여부를 판정하는 판정 단계와,
    상기 판정 단계에 의해 배기 환류를 행한다고 판정되었을 때에, 상기 터빈 상류측의 배기 통로와 상기 압축기 하류측의 흡기 통로를 연통하는 배기 환류 통로를 개방하는 동시에, 상기 압축기 하류측의 흡기 통로에 형성된 개구를 개방하는 개폐 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 환류 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 개구로부터 취출된 흡기를 상기 압축기 상류측의 흡기 통로로 복귀시키는 흡기 복귀 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 환류 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 개구의 개방도는 기관 운전 상태에 의거하여 다단계로 제어되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 환류 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 개구는 셔터, 버터플라이 밸브 및 포핏 밸브 중 적어도 1개로 구성되는 개구 개폐 장치에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 환류 방법.
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