WO2012063801A1 - 低圧ループｅｇｒ装置 - Google Patents

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WO2012063801A1
WO2012063801A1 PCT/JP2011/075678 JP2011075678W WO2012063801A1 WO 2012063801 A1 WO2012063801 A1 WO 2012063801A1 JP 2011075678 W JP2011075678 W JP 2011075678W WO 2012063801 A1 WO2012063801 A1 WO 2012063801A1
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compressor
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PCT/JP2011/075678
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小林　祐二
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株式会社Ihi
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Definitions

  • the present invention is used for a supercharged engine equipped with a supercharger, and a part of exhaust gas from the downstream side of a turbocharger turbine in an exhaust passage (exhaust pipe) is EGR gas (exhaust gas recirculation).
  • the present invention relates to a low-pressure loop EGR device (exhaust gas recirculation device) that is taken out as gas) and returned to the upstream side of the compressor of the supercharger in the air supply passage (air supply piping).
  • the high pressure EGR device takes out EGR gas from the upstream side of the turbine in the exhaust passage and returns it to the downstream side of the compressor in the supply passage.
  • NOx nitrogen oxide
  • the low-pressure loop EGR device takes out EGR gas from the downstream side of the turbine in the exhaust passage and returns it to the upstream side of the compressor in the supply passage.
  • the low-pressure loop EGR device has an EGR passage (EGR pipe).
  • the EGR passage connects the downstream portion of the turbine in the exhaust passage and the upstream portion of the compressor in the supply passage so as to communicate with each other, and allows the EGR gas to flow (inflow) therebetween.
  • An EGR valve is disposed in the middle of the EGR passage. The EGR valve opens and closes the EGR passage.
  • An EGR cooler is disposed closer to the exhaust passage than the EGR valve in the middle of the EGR passage. This EGR cooler cools the EGR gas.
  • acidic substances such as sulfuric acid and nitric acid and soot contained in the EGR gas may remain in the compressor and the intercooler disposed on the downstream side of the compressor. If this state is left as it is, corrosion of the compressor and the intercooler may occur (progress), and the performance of the compressor and the intercooler may deteriorate.
  • An object of the present invention is to provide a low-pressure loop EGR device capable of suppressing such corrosion of a compressor and an intercooler.
  • One aspect of the present invention includes a compressor disposed in the middle of an air supply passage, a turbine disposed in the middle of an exhaust passage, and a compressor impeller in the compressor and a turbine impeller in the turbine integrally connected in a coaxial manner.
  • the exhaust passage is used for a supercharged engine including a turbocharger including a turbine shaft and an intercooler that is disposed downstream of the compressor in the air supply passage and that cools air compressed by the compressor.
  • a low-pressure loop EGR device that extracts a part of the exhaust gas from the downstream side of the turbine as EGR gas and returns it to the upstream side of the compressor in the intake passage.
  • the low-pressure loop EGR device is connected so as to communicate between a downstream portion of the turbine in the exhaust passage and an upstream portion of the compressor in the air supply passage, and an EGR passage for circulating EGR gas;
  • An EGR valve disposed in the middle of the EGR passage, for opening and closing the EGR passage;
  • an EGR cooler disposed in the middle of the EGR passage for cooling the EGR gas flowing into the EGR passage; and the supercharged engine
  • a controller that controls the EGR valve to close the EGR passage and subsequently controls the turbocharger to increase the rotational speed of the turbine shaft when a stop notice signal for notifying the stop is input With.
  • the “upstream side” refers to the upstream side when viewed from the flow direction of the exhaust gas or air
  • the “downstream side” refers to the downstream side as viewed from the flow direction of the exhaust gas or air.
  • the “stop warning signal” means various signals for notifying the stop of the supercharged engine according to the type of vehicle, such as a key switch OFF signal.
  • increasing the rotational speed of the turbine shaft means directly increasing the rotational speed of the turbine shaft, as well as the flow rate (flow path area) of exhaust gas supplied to the turbine impeller side. Indirectly increasing the rotational speed of the turbine shaft, such as increasing it.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a supercharged engine including a low-pressure loop EGR device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic diagram showing a state in which the variable nozzle in the variable capacity supercharger according to the first embodiment is rotated in the opening direction
  • FIG. 2B is a variable capacity according to the first embodiment. It is a schematic diagram which shows the state rotated to the direction which restrict
  • FIG. 3 is a control block diagram of the electronic control unit of the low-pressure loop EGR device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the low-pressure loop EGR device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a supercharged engine including a low-pressure loop EGR device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a control block diagram of the electronic control unit of the low-pressure loop EGR device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the low-pressure loop EGR device according to the second embodiment.
  • the supercharged engine 1 is, for example, an in-line four-cylinder diesel engine.
  • the diesel engine has an intake manifold 5 that distributes air (compressed air) to each cylinder 3 and an exhaust manifold 7 that collects exhaust gas from each cylinder 3.
  • the supercharged engine 1 is equipped with a variable capacity supercharger 9 that supercharges (compresses) the air supplied to the intake manifold 5 using the heat and pressure energy of the exhaust gas from the exhaust manifold 7.
  • the variable capacity supercharger 9 has a known configuration as shown in, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication Nos. 2009-243300 and 2009-243431. The configuration of the variable capacity supercharger 9 will be briefly described as follows.
  • the variable capacity supercharger 9 includes a base housing (bearing housing) 11.
  • a compressor 13 is disposed on one side of the base housing 11 (left side in FIG. 1).
  • the compressor 13 compresses air.
  • the compressor 13 includes a compressor housing 15 fixed to one side of the base housing 11 and a compressor impeller 17 that is rotatably provided in the compressor housing 15.
  • a turbine 19 is disposed on the other side (right side in FIG. 1) of the base housing 11.
  • the turbine 19 generates a rotational force using the heat and pressure energy of the exhaust gas.
  • the turbine 19 includes a turbine housing 21 fixed to the other side of the base housing 11, a turbine impeller 23 rotatably provided in the turbine housing 21, and a circumferential interval on the inlet side of the turbine impeller 23 in the turbine housing 21.
  • a plurality of variable nozzles 25 disposed and a nozzle actuator 27 such as a nozzle cylinder provided in the vicinity of the turbine housing 21 and rotating the variable nozzles 25 are provided.
  • the plurality of variable nozzles 25 are opened or closed by driving the nozzle actuator 27 to adjust the flow rate (flow path area) of the exhaust gas supplied to the turbine impeller 23 side (FIG. 2). (See (a) and FIG. 2 (b)).
  • a plurality of bearings 29 are provided in the base housing 11.
  • the plurality of bearings 29 rotatably support a turbine shaft (rotor shaft) 31 that integrally connects the compressor impeller 17 and the turbine impeller 23 in a coaxial manner.
  • a turbine in the turbine housing 11 is used. You may provide the flapper (illustration omitted) etc. which adjust the channel area of a scroll channel (illustration omitted).
  • the intake manifold 5 is connected so that one end of an air supply passage (supply pipe) 33 for supplying air to the intake manifold 5 is communicated.
  • An air cleaner 35 is disposed on the other end side of the air supply passage 33.
  • the air cleaner 35 purifies the air introduced into the air supply passage 33.
  • the compressor 13 (the compressor housing 15 and the compressor impeller 17) is disposed on the downstream side of the air cleaner 35 in the middle of the air supply passage 33 as viewed from the air supply system including the air supply passage 33. Further, an intercooler 39 for cooling the compressed air (compressed air) is disposed on the downstream side of the compressor 13 in the air supply passage 33.
  • the exhaust manifold 7 is connected to one end of an exhaust passage (exhaust pipe) 41 for exhausting exhaust gas.
  • a particulate filter 45 is disposed on the other end side of the exhaust passage 41.
  • the particulate filter 45 captures particulate matter in the exhaust gas.
  • the turbine 19 the turbine housing 21, the turbine impeller 23, and the plurality of variable nozzles 25
  • the turbine 19 is disposed upstream of the particulate filter 45 in the middle of the exhaust passage 41. Is arranged.
  • the low-pressure loop EGR device 47 extracts a part of the exhaust gas from the downstream side of the turbine 19 in the exhaust passage 41 as EGR gas (exhaust gas recirculation gas), and returns it to the upstream side of the compressor 13 in the air supply passage 33.
  • EGR gas exhaust gas recirculation gas
  • the low-pressure loop EGR device 47 includes an EGR passage (EGR pipe) 49.
  • the EGR passage 49 is connected so as to communicate between the downstream portion of the turbine 19 in the exhaust passage 41 and the upstream portion of the compressor 13 in the air supply passage 33, and the flow (inflow) of EGR gas therebetween is connected. enable.
  • an EGR valve 51 is disposed in the middle of the EGR passage 49. The EGR valve 51 opens and closes the EGR passage 49, thereby adjusting the flow rate of EGR gas in the EGR passage 49.
  • an EGR cooler 53 is disposed in the middle of the EGR passage 49 at a position closer to the exhaust passage 41 than the EGR valve 51. The EGR cooler 53 cools the EGR gas.
  • the low-pressure loop EGR device 47 includes an electronic control unit (ECU) 55 as a controller.
  • the electronic control unit 55 is connected to the key switch 57, the fuel supply pump 59 for supplying fuel, the nozzle actuator 27, and the EGR valve 51.
  • the key switch 57 outputs an off signal as a stop notice signal for notifying the stop of the supercharged engine 1 (that is, a signal indicating that a key not shown is turned off).
  • this OFF signal is input to the electronic control unit 55, the electronic control unit 55 controls the EGR valve 51 so as to close the EGR passage 49 (in other words, the valve opening becomes 0), and then continues.
  • the nozzle actuator 27 is controlled so as to rotate the plurality of variable nozzles 25 in the direction of narrowing. Further, the electronic control unit 55 controls the fuel supply pump 59 so as to stop the fuel supply after a predetermined time (for example, 3 seconds) has elapsed since the OFF signal of the key switch 57 was input.
  • a predetermined time for example, 3 seconds
  • the exhaust gas during operation of the supercharged engine 1 flows from the exhaust manifold 7 into the turbine housing 21 via the exhaust passage 41.
  • the exhaust gas that has flowed into the turbine housing 21 generates rotational force (rotational torque) using its heat and pressure energy.
  • This rotational force rotates the turbine impeller 23 and also rotates the compressor impeller 17 via the turbine shaft 31. That is, the turbine impeller 23 and the compressor impeller 17 are integrally rotated by the turbine shaft 31 that connects them.
  • the air taken into the compressor housing 15 via the air supply passage 33 can be compressed, and the compressed air (air) supplied to the intake manifold 5 can be supercharged (compressed).
  • the compressed air is cooled by the intercooler 39 before being supplied to the intake manifold 5.
  • the above operation is referred to as a supercharging operation of the supercharged engine 1.
  • the EGR valve 51 opens the EGR passage 49 and adjusts the flow rate of EGR gas in the EGR passage 49. Due to the operation of the EGR valve 51, a part of the exhaust gas in the exhaust passage 41 becomes EGR gas, and is downstream of the turbine 19 in the exhaust passage 41 (in other words, downstream of the particulate filter 45 in the exhaust passage 41). ) Into the EGR passage 49.
  • the EGR gas in the EGR passage 49 is once cooled by the EGR cooler 53, and from the EGR passage 49 to the upstream side of the compressor 13 in the air supply passage 33 (in other words, the compressor 13 and the air cleaner in the air supply passage 33). 35).
  • EGR gas can be taken out from the downstream side of the turbine 19 in the exhaust passage 41 during operation of the supercharged engine 1 and returned to the upstream side of the compressor 13 in the supply passage 33. Thereby, the combustion temperature of the supercharged engine 1 can be lowered, and the amount of NOx emission can be reduced.
  • step S101 in FIG. 4 when an off signal (stop notice signal) of the key switch 57 is input to the electronic control unit 55 (step S101 in FIG. 4), the electronic control unit 55 controls the EGR valve 51. Then, the EGR passage 49 is closed (step S102 in FIG. 4), and then the nozzle actuator 27 is controlled to rotate the plurality of variable nozzles 25 in the direction of narrowing, so that the rotation speed of the turbine shaft 31 (in other words, the turbine The rotational torque of the shaft 31 is increased (step S103 in FIG. 4).
  • the outflow of EGR gas into the air supply passage 33 can be stopped, and the conveying force (air blowing force) of the compressor impeller 17 can be increased.
  • the attached acidic substance and soot can be blown away.
  • acidic substances and soot attached to the compressor impeller 17 can be blown off by centrifugal force.
  • the electronic control unit 55 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the off signal of the key switch 57 was input (step S104 in FIG. 4).
  • the electronic control unit 55 determines that the predetermined time has elapsed (YES in step S104)
  • the supercharged engine 1 is stopped by controlling the fuel supply pump 59 to stop the fuel supply (FIG. 4). S105). That is, the electronic control unit 55 stops driving the fuel supply pump 59 and stops the supercharged engine 1 after a predetermined time has elapsed.
  • the electronic control unit 55 continues to determine whether the predetermined time has elapsed.
  • the acidic substance, soot and the like attached to the compressor 13 and the intercooler 39 can be blown off immediately before the supercharged engine 1 is stopped. , The corrosion of the compressor 13 and the intercooler 39 hardly occurs (progresses), and the performance deterioration of the compressor 13 and the intercooler 39 can be sufficiently suppressed.
  • the supercharged engine 61 according to the second embodiment is, for example, an in-line four-cylinder diesel engine.
  • the supercharged engine 61 is equipped with a supercharger 63 with electric assist instead of the variable capacity supercharger 9 in the supercharged engine 1 according to the first embodiment.
  • the supercharger 63 with electric assist uses the heat / pressure energy of the exhaust gas from the exhaust manifold 7 to supercharge (compress) the air supplied to the intake manifold 5.
  • the supercharger 63 with electric assist has a known configuration as disclosed in JP 2009-24576 A. The configuration of the electric assist supercharger 63 will be briefly described as follows.
  • the supercharger 63 with electric assist includes a base housing (bearing housing) 65.
  • a compressor 67 is disposed on one side of the base housing 65 (left side in FIG. 5).
  • the compressor 67 compresses air.
  • the compressor 67 includes a compressor housing 69 fixed to one side of the base housing 65, and a compressor impeller 71 that is rotatably provided in the compressor housing 69.
  • a compressor 67 (the compressor housing 69 and the compressor impeller 71) is disposed on the downstream side of the air cleaner 35 in the middle of the air supply passage 33.
  • a turbine 73 is disposed on the other side (right side in FIG. 5) of the base housing 65.
  • the turbine 73 generates rotational force using the heat and pressure energy of the exhaust gas.
  • the turbine 73 includes a turbine housing 75 fixed to the other side of the base housing 65, and a turbine impeller 77 rotatably provided in the turbine housing 75.
  • a turbine 73 (a turbine housing 75 and a turbine impeller 77) is disposed on the upstream side of the particulate filter 45 in the exhaust passage 41.
  • a plurality of bearings 79 are provided in the base housing 65.
  • the plurality of bearings 79 rotatably support a turbine shaft 81 that integrally connects the compressor impeller 71 and the turbine impeller 77 in a coaxial manner.
  • An electric motor 83 that rotates the turbine shaft 81 in an auxiliary manner is disposed in the base housing 65.
  • the electric motor 83 includes a rotor 85 integrally connected to the turbine shaft 81 and an annular stator 87 provided in the base housing 65 so as to surround the rotor 85.
  • the low-pressure loop EGR device 89 takes out a part of the exhaust gas as EGR gas from the downstream side of the turbine 73 in the exhaust passage 41 and returns it to the upstream side of the compressor 67 in the air supply passage 33.
  • the low-pressure loop EGR device 89 includes an EGR passage 91.
  • the EGR passage 91 is connected so as to communicate between the downstream portion of the turbine 73 in the exhaust passage 41 and the upstream portion of the compressor 67 in the air supply passage 33, and the flow (inflow) of EGR gas between them is connected. enable.
  • an EGR valve 93 is disposed in the middle of the EGR passage 91.
  • the EGR valve 93 opens and closes the EGR passage 91. In other words, the EGR valve 93 adjusts the flow rate of EGR gas in the EGR passage 91.
  • An EGR cooler 95 is disposed closer to the exhaust passage 41 than the EGR valve 93 in the middle of the EGR passage 91. The EGR cooler 95 cools the EGR gas.
  • the low-pressure loop EGR device 89 includes an electronic control unit (ECU) 97 as a controller.
  • the electronic control unit 97 is connected to the key switch 57, the fuel supply pump 59, the electric motor 83, and the EGR valve 93.
  • the electronic control unit 97 controls the EGR valve 93 so as to close the EGR passage 91, and then the rotation speed of the turbine shaft 81 (in other words, The electric motor 83 is controlled so as to increase the rotational torque of the turbine shaft 81.
  • the electronic control unit 97 controls the fuel supply pump 59 so as to stop the fuel supply after a predetermined time (for example, 3 seconds) has elapsed since the OFF signal of the key switch 57 was input.
  • the EGR valve 93 opens the EGR passage 91 during operation of the supercharged engine 61.
  • the EGR valve 93 adjusts the flow rate of EGR gas in the EGR passage 91.
  • the EGR gas that has flowed into the EGR passage 91 is once cooled by the EGR cooler 95, and from the inside of the EGR passage 91 to the upstream side of the compressor 67 in the air supply passage 33 (in other words, the compressor 67 in the air supply passage 33). And the intermediate side of the air cleaner 35). That is, in the present embodiment, EGR gas can be taken out from the downstream side of the turbine 73 in the exhaust passage 41 during operation of the supercharged engine 61 and returned to the upstream side of the compressor 67 in the supply passage 33. Thereby, the combustion temperature of the supercharged engine 61 can be lowered, and the amount of NOx emission can be reduced.
  • step S ⁇ b> 201 in FIG. 7 when an off signal (stop notice signal) of the key switch 57 is input to the electronic control unit 97 (step S ⁇ b> 201 in FIG. 7), the electronic control unit 97 detects the EGR valve 93. And the EGR passage 91 is closed (step S202 in FIG. 7), and then the electric motor 83 is controlled to increase the rotational speed of the turbine shaft 81 (step 203 in FIG. 7). Thereby, immediately before the supercharged engine 61 is stopped, the outflow of EGR gas into the air supply passage 33 can be stopped, and the conveying force (air blowing force) of the compressor impeller 71 can be increased. The attached acidic substance and soot can be blown away. In addition, acidic substances, soot and the like attached to the compressor impeller 71 can be blown off by centrifugal force.
  • the electronic control unit 97 determines whether or not a predetermined time has elapsed after the off signal of the key switch 57 is input (step S204 in FIG. 7).
  • the electronic control unit 97 determines that the predetermined time has elapsed (YES in step S204)
  • the supercharged engine 61 is stopped by controlling the fuel supply pump 59 to stop the fuel supply (FIG. 7). S205).
  • the electronic control unit 97 continues to determine whether the predetermined time has elapsed.
  • the acidic substance, soot and the like attached to the compressor 67 and the intercooler 39 can be blown off immediately before the supercharged engine 61 is stopped. Further, the corrosion of the compressor 67 and the intercooler 39 is hardly generated (progressed), and the performance deterioration of the compressor 67 and the intercooler 39 can be sufficiently suppressed.

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Abstract

低圧ループＥＧＲ装置（４７、８９）は、過給エンジン（１）の停止を予告するための停止予告信号としてのキースイッチ（５７）のオフ信号が入力されると、ＥＧＲ通路（４９）を閉じるようにＥＧＲ弁（５１）を制御し、続いて複数枚の可変ノズル２５を絞る方向へ回転させるようにノズル用アクチュエータ（２７）を制御する電子制御ユニット（コントローラ）（５５）を備える。

Description

低圧ループＥＧＲ装置
　本発明は、過給機を装備した過給エンジンに用いられるものであって、排気通路（排気配管）内における過給機のタービンの下流側から排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気再循環ガス）として取り出して、給気通路（給気配管）内における過給機のコンプレッサの上流側に戻す低圧ループＥＧＲ装置（排気再循環装置）に関する。
　高圧ＥＧＲ装置は、排気通路内におけるタービンの上流側からＥＧＲガスを取り出して給気通路内におけるコンプレッサの下流側に戻す。近年、過給エンジンの排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ＥＧＲ量を十分に確保する観点等から、この高圧ＥＧＲ装置に代わって、低圧ループＥＧＲ装置の開発が進められている（特許文献１又は特許文献２参照）。低圧ループＥＧＲ装置は、排気通路内におけるタービンの下流側からＥＧＲガスを取り出して給気通路内におけるコンプレッサの上流側に戻す。
　低圧ループＥＧＲ装置はＥＧＲ通路（ＥＧＲ配管）を備える。ＥＧＲ通路は、排気通路におけるタービンの下流側部分と給気通路におけるコンプレッサの上流側部分との間を連通するように接続し、これらの間のＥＧＲガスを流通（流入）を可能にする。また、ＥＧＲ通路の途中にはＥＧＲ弁が配設されている。ＥＧＲ弁はＥＧＲ通路内を開閉する。ＥＧＲ通路の途中におけるＥＧＲ弁よりも排気通路側には、ＥＧＲクーラが配設されている。このＥＧＲクーラはＥＧＲガスを冷却する。
　従って、過給エンジンの運転中に、ＥＧＲ弁がＥＧＲ通路を開くと、排気通路内における排気ガスの一部がＥＧＲガスとして、排気通路内におけるタービンの下流側からＥＧＲ通路内へ流入する。そして、ＥＧＲ通路内に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラによって一旦冷却されて、ＥＧＲ通路内から給気通路内におけるコンプレッサの上流側に流出する。これにより、過給エンジンの燃焼温度が下がり、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が低減する。
特開２００４－１６２５５２号公報 特開２００５－２９９６１５号公報
　過給エンジンの停止後に、ＥＧＲガスに含まれる硫酸，硝酸等の酸性物質及び煤等がコンプレッサ及びコンプレッサの下流側に配設されたインタークーラに残留することがある。この状態を放置しておくと、コンプレッサ及びインタークーラの腐食が発生（進行）して、コンプレッサ及びインタークーラの性能が劣化する可能性がある。
　本発明は、このような、コンプレッサ及びインタークーラの腐食を抑えることが可能な低圧ループＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様は、給気通路の途中に配設されたコンプレッサ、排気通路の途中に配設されたタービン及び前記コンプレッサにおけるコンプレッサインペラと前記タービンにおけるタービンインペラとを同軸状に一体的に連結するタービン軸を備える過給機と、前記給気通路における前記コンプレッサの下流側に配設されかつ前記コンプレッサによって圧縮された空気を冷却するインタークーラとを備える過給エンジンに用いられ、前記排気通路内における前記タービンの下流側から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出し、前記吸気通路内における前記コンプレッサの上流側に戻す低圧ループＥＧＲ装置である。前記低圧ループＥＧＲ装置は、前記排気通路における前記タービンの下流側部分と前記給気通路における前記コンプレッサの上流側部分との間に連通するように接続され、ＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の途中に配設され、前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ通路の途中に配設され、前記ＥＧＲ通路内に流入したＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記過給エンジンの停止を予告するための停止予告信号が入力されると、前記ＥＧＲ通路を閉じるように前記ＥＧＲ弁を制御し、続いて前記タービン軸の回転数を増大させるように前記過給機を制御するコントローラとを備える。
　なお、「上流側」とは、排気ガス又は空気の流れ方向から見て上流側のことをいい、「下流側」とは、排気ガス又は空気の流れ方向から見て下流側のことをいう。また、「前記停止予告信号」とは、例えばキースイッチのオフ信号等、車両の種類に応じて、前記過給エンジンの停止を予告するための種々の信号を含む意である。更に、「前記タービン軸の回転数を増大させる」とは、直接的に前記タービン軸の回転数を増大させることの他に、前記タービンインペラ側に供給する排気ガスの流量（流路面積）を大きくする等、間接的に前記タービン軸の回転数を増大させることを含む意である。
　本発明によれば、コンプレッサ及びインタークーラの腐食を抑えることが可能な低圧ループＥＧＲ装置を提供することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置を備えた過給エンジンの構成を示す模式図である。 図２（ａ）は、第１実施形態に係る可変容量型過給機における可変ノズルを開く方向へ回転させた状態を示す模式図、図２（ｂ）は、第１実施形態に係る可変容量型過給機における可変ノズルを絞る方向へ回転させた状態を示す模式図である。 図３は、第１実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置の電子制御ユニットの制御ブロック図である。 図４は、第１実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置の動作を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第２実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置を備えた過給エンジンの構成を示す模式図である。 図６は、第２実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置の電子制御ユニットの制御ブロック図である。 図７は、第２実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置の動作を示すフローチャートである。
（第１実施形態）
　以下、本発明の第１実施形態に係る過給エンジンの全体的な構成（給気系及び排気系を含む）、第１実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置の構成等について、図１から図４を参照しながら順次説明する。なお、図１において、ハッチングを施した矢印は排気ガス及びＥＧＲガスの流れを示し、白抜き矢印は空気（圧縮空気）及びＥＧＲガスを含む空気の流れを示す。
　図１に示すように、第１実施形態に係る過給エンジン１は、例えば直列４気筒ディーゼルエンジンである。このディーゼルエンジンは、各気筒３に空気（圧縮空気）を分配する吸気マニホールド５、及び各気筒３からの排気ガスを集める排気マニホールド７を有する。過給エンジン１は、排気マニホールド７からの排気ガスの熱・圧力エネルギーを利用して、吸気マニホールド５に供給される空気を過給（圧縮）する可変容量型過給機９を装備する。可変容量型過給機９は、例えば特開２００９－２４３３００号公報、特開２００９－２４３４３１号公報に示すような公知の構成を有する。可変容量型過給機９の構成について簡単に説明すると、次のようになる。
　可変容量型過給機９は、ベースハウジング（ベアリングハウジング）１１を備える。このベースハウジング１１の一側（図１において左側）には、コンプレッサ１３が配設されている。コンプレッサ１３は空気を圧縮する。コンプレッサ１３は、ベースハウジング１１の一側に固定されたコンプレッサハウジング１５、及びコンプレッサハウジング１５内に回転可能に設けられたコンプレッサインペラ１７を有する。
　ベースハウジング１１の他側（図１において右側）には、タービン１９が配設されている。タービン１９は、排気ガスの熱・圧力エネルギーを利用して回転力を発生する。タービン１９は、ベースハウジング１１の他側に固定されたタービンハウジング２１、タービンハウジング２１内に回転可能に設けられたタービンインペラ２３、タービンハウジング２１内におけるタービンインペラ２３の入口側に周方向に間隔を置いて配設された複数枚の可変ノズル２５、及びタービンハウジング２１の近傍に設けられかつ複数枚の可変ノズル２５を回転させるノズル用シリンダ等のノズル用アクチュエータ２７を備える。ここで、複数枚の可変ノズル２５は、ノズル用アクチュエータ２７の駆動によって開いたり又は絞ったりすることで、タービンインペラ２３側に供給される排気ガスの流量（流路面積）を調節する（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。
　ベースハウジング１１内には、複数のベアリング２９が設けられている。複数のベアリング２９は、コンプレッサインペラ１７とタービンインペラ２３とを同軸状に一体的に連結するタービン軸（ロータ軸）３１を回転可能に支持する。
　なお、タービンインペラ２３側に供給される排気ガスの流量を調節するために、可変容量型過給機９に複数枚の可変ノズル２５及びノズル用アクチュエータ２７を備える代わりに、タービンハウジング１１内のタービンスクロール流路（図示省略）の流路面積を調節するフラッパ（図示省略）等を備えてもよい。
　続いて、過給エンジン１の給気系及び排気系の構成について簡単に説明する。
　吸気マニホールド５には、空気を吸気マニホールド５に給気するための給気通路（給気配管）３３の一端が連通するように接続されている。また、給気通路３３の他端側にはエアクリーナ３５が配設されている。エアクリーナ３５は、給気通路３３内に導入される空気を浄化する。そして、給気通路３３を含む給気系から見て、給気通路３３の途中におけるエアクリーナ３５の下流側には、前述のコンプレッサ１３（コンプレッサハウジング１５及びコンプレッサインペラ１７）が配設されている。更に、給気通路３３の途中におけるコンプレッサ１３の下流側には、圧縮された空気（圧縮空気）を冷却するインタークーラ３９が配設されている。
　排気マニホールド７には、排気ガスを排気するための排気通路（排気配管）４１の一端が連通するように接続されている。また、排気通路４１の他端側にはパティキュレートフィルタ４５が配設されている。パティキュレートフィルタ４５は、排気ガス中の粒子状物質を捕捉する。そして、排気通路４１を含む排気系から見て、排気通路４１の途中におけるパティキュレートフィルタ４５の上流側には、前述のタービン１９（タービンハウジング２１、タービンインペラ２３、及び複数枚の可変ノズル２５）が配設されている。
　続いて、第１実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置（排気再循環装置）４７の構成について説明する。
　第１実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置４７は、前述の過給エンジン１に用いられることを想定している。低圧ループＥＧＲ装置４７は、排気通路４１内におけるタービン１９の下流側から排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気再循環ガス）として取り出し、給気通路３３内におけるコンプレッサ１３の上流側に戻す。
　低圧ループＥＧＲ装置４７はＥＧＲ通路（ＥＧＲ配管）４９を備える。ＥＧＲ通路４９は、排気通路４１におけるタービン１９の下流側部分と給気通路３３におけるコンプレッサ１３の上流側部分との間を連通するように接続し、これらの間のＥＧＲガスの流通（流入）を可能にする。また、ＥＧＲ通路４９の途中にはＥＧＲ弁５１が配設されている。ＥＧＲ弁５１はＥＧＲ通路４９を開閉し、これによりＥＧＲ通路４９内のＥＧＲガスの流量を調節する。さらに、ＥＧＲ通路４９の途中におけるＥＧＲ弁５１よりも排気通路４１側の位置には、ＥＧＲクーラ５３が配設されている。このＥＧＲクーラ５３はＥＧＲガスを冷却する。
　図３に示すように、低圧ループＥＧＲ装置４７は、コントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵ）５５を備える。電子制御ユニット５５は、キースイッチ５７、燃料を供給する燃料供給ポンプ５９、前述のノズル用アクチュエータ２７、及び前述のＥＧＲ弁５１と接続する。キースイッチ５７は、過給エンジン１の停止を予告するための停止予告信号（即ち、図示省略のキーがオフ操作されたことを表す信号）としてのオフ信号を出力する。このオフ信号が電子制御ユニット５５に入力されると、電子制御ユニット５５は、ＥＧＲ通路４９を閉じるように（換言すれば、弁開度が０になるように）ＥＧＲ弁５１を制御し、続いて複数枚の可変ノズル２５を絞る方向へ回転させるようにノズル用アクチュエータ２７を制御する。更に、電子制御ユニット５５は、キースイッチ５７のオフ信号が入力されてから所定時間（例えば３秒）経過後に燃料の供給を止めるように燃料供給ポンプ５９を制御する。
　第１実施形態の作用及び効果について説明する。
　図１に示すように、過給エンジン１の運転中の排気ガスは、排気通路４１を経由して排気マニホールド７からタービンハウジング２１内に流通する。タービンハウジング２１に流入した排気ガスは、その熱・圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させる。この回転力が、タービンインペラ２３を回転させると共に、タービン軸３１を介してコンプレッサインペラ１７を回転させる。即ち、タービンインペラ２３とコンプレッサインペラ１７は、これらを連結するタービン軸３１によって一体的に回転する。これにより、給気通路３３を経由してコンプレッサハウジング１５内に取入れた空気を圧縮して、吸気マニホールド５に供給された圧縮空気（空気）を過給（圧縮）することができる。なお、圧縮空気は、吸気マニホールド５に供給される前に、インタークーラ３９によって冷却される。なお、説明の便宜上、以上の動作を過給エンジン１の過給動作と称する。
　本実施形態の過給エンジン１では、上述の過給動作の他に次の動作が行われる。即ち、過給エンジン１の運転中に、ＥＧＲ弁５１がＥＧＲ通路４９を開き、ＥＧＲ通路４９内のＥＧＲガスの流量を調節する。このＥＧＲ弁５１の動作によって、排気通路４１内の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして、排気通路４１内におけるタービン１９の下流側（換言すれば、排気通路４１内におけるパティキュレートフィルタ４５の下流側）からＥＧＲ通路４９内へ流入する。ＥＧＲ通路４９内のＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ５３によって一旦冷却されて、ＥＧＲ通路４９内から、給気通路３３内におけるコンプレッサ１３の上流側（換言すれば、給気通路３３内におけるコンプレッサ１３とエアクリーナ３５の中間側）に流出する。つまり、本実施形態では、過給エンジン１の運転中に排気通路４１内におけるタービン１９の下流側からＥＧＲガスを取り出し、給気通路３３内におけるコンプレッサ１３の上流側に戻すことができる。これにより、過給エンジン１の燃焼温度を下げて、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
　図１から図４に示すように、電子制御ユニット５５にキースイッチ５７のオフ信号（停止予告信号）が入力されると（図４におけるステップＳ１０１）、電子制御ユニット５５はＥＧＲ弁５１を制御してＥＧＲ通路４９を閉じ（図４におけるステップＳ１０２）、続いてノズル用アクチュエータ２７を制御して複数枚の可変ノズル２５を絞る方向へ回転させて、タービン軸３１の回転数（換言すれば、タービン軸３１の回転トルク）を増大させる（図４におけるステップＳ１０３）。これにより、過給エンジン１の停止直前に、給気通路３３内へのＥＧＲガスの流出を止めて、コンプレッサインペラ１７の搬送力（送風力）を高めることができ、コンプレッサ１３及びインタークーラ３９に付着した酸性物質及び煤等を吹き飛ばすことができる。併せて、遠心力によりコンプレッサインペラ１７に付着した酸性物質及び煤等を吹き飛ばすこともできる。
　電子制御ユニット５５は、キースイッチ５７のオフ信号が入力されてから所定時間が経過したかどうかを判断する（図４におけるステップＳ１０４）。電子制御ユニット５５は、所定時間が経過したことを判断した場合（ステップＳ１０４におけるＹＥＳ）、燃料供給ポンプ５９を制御して燃料の供給を停止することで、過給エンジン１を停止する（図４におけるＳ１０５）。つまり、電子制御ユニット５５は、所定時間が経過した後、燃料供給ポンプ５９の駆動を停止させ、過給エンジン１を停止させる。なお、ステップＳ１０４において、所定時間が経過していないと判断された場合（ステップＳ１０４におけるＮＯ）、電子制御ユニット５５は所定時間の経過の判断を継続する。
　本発明の実施形態によれば、過給エンジン１の停止直前に、コンプレッサ１３及びインタークーラ３９に付着した酸性物質及び煤等を吹き飛ばすことができるため、過給エンジン１の停止後（停止中）において、コンプレッサ１３及びインタークーラ３９の腐食が発生（進行）し難くなり、コンプレッサ１３及びインタークーラ３９の性能劣化を十分に抑えることができる。
（第２実施形態）
　以下、第２実施形態に係る過給エンジンの全体的構成の特徴部分、第２実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置の構成等について図５から図７を参照しながら順次説明する。なお、図５において、ハッチングを施した矢印は排気ガス及びＥＧＲガスの流れを示し、白抜き矢印は空気（圧縮空気）及びＥＧＲガスを含む空気の流れを示す。
　図５に示すように、第２実施形態に係る過給エンジン６１は、例えば直列４気筒ディーゼルエンジンである。過給エンジン６１は、第１実施形態に係る過給エンジン１における可変容量型過給機９に代わって電動アシスト付過給機６３を装備する。電動アシスト付過給機６３は、排気マニホールド７からの排気ガスの熱・圧力エネルギーを利用して、吸気マニホールド５に供給される空気を過給（圧縮）する。電動アシスト付過給機６３は、特開２００９－２４５７６号公報に示すような公知の構成を有する。電動アシスト付過給機６３の構成について簡単に説明すると、次のようになる。
　電動アシスト付過給機６３は、ベースハウジング（ベアリングハウジング）６５を備える。このベースハウジング６５の一側（図５において左側）には、コンプレッサ６７が配設されている。コンプレッサ６７は空気を圧縮する。コンプレッサ６７は、ベースハウジング６５の一側に固定されたコンプレッサハウジング６９、及びこのコンプレッサハウジング６９内に回転可能に設けられたコンプレッサインペラ７１を有する。ここで、給気通路３３を含む給気系から見て、給気通路３３の途中におけるエアクリーナ３５の下流側には、コンプレッサ６７（コンプレッサハウジング６９及びコンプレッサインペラ７１）が配設されている。
　ベースハウジング６５の他側（図５において右側）には、タービン７３が配設されている。タービン７３は、排気ガスの熱・圧力エネルギーを利用して回転力を発生する。タービン７３は、ベースハウジング６５の他側に固定されたタービンハウジング７５、及びこのタービンハウジング７５内に回転可能に設けられたタービンインペラ７７を備える。ここで、排気通路４１を含む排気系から見て、排気通路４１の途中におけるパティキュレートフィルタ４５の上流側には、タービン７３（タービンハウジング７５及びタービンインペラ７７）が配設されている。
　ベースハウジング６５内には、複数のベアリング７９が設けられている。複数のベアリング７９は、コンプレッサインペラ７１とタービンインペラ７７とを同軸状に一体的に連結するタービン軸８１を回転可能に支持する。また、ベースハウジング６５内には、タービン軸８１を補助的に回転させる電動モータ８３が配設されている。電動モータ８３は、タービン軸８１に一体的に連結されたロータ８５、及びベースハウジング６５内にロータ８５を囲むように設けられた環状のステータ８７を有する。
　なお、第２実施形態に係る過給エンジン６１の構成のうち、第１実施形態に係る過給エンジン１の構成と共通する部分については、図中に同一番号を付して、説明を省略する。
　続いて、第２実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置（排気再循環装置）８７の構成について説明する。
　第２実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置８９は、前述の過給エンジン６１に用いられることを想定している。低圧ループＥＧＲ装置８９は、排気通路４１内におけるタービン７３の下流側から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出し、給気通路３３内におけるコンプレッサ６７の上流側に戻す。
　低圧ループＥＧＲ装置８９はＥＧＲ通路９１を備える。ＥＧＲ通路９１は、排気通路４１におけるタービン７３の下流側部分と給気通路３３におけるコンプレッサ６７の上流側部分との間を連通するように接続し、これらの間のＥＧＲガスの流通（流入）を可能にする。また、ＥＧＲ通路９１の途中にはＥＧＲ弁９３が配設されている。ＥＧＲ弁９３はＥＧＲ通路９１を開閉する。換言すれば、ＥＧＲ弁９３はＥＧＲ通路９１内のＥＧＲガスの流量を調節する。ＥＧＲ通路９１の途中におけるＥＧＲ弁９３よりも排気通路４１側には、ＥＧＲクーラ９５が配設されている。このＥＧＲクーラ９５はＥＧＲガスを冷却する。
　図６に示すように、低圧ループＥＧＲ装置８９は、コントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵ）９７を備える。電子制御ユニット９７は、前述のキースイッチ５７、前述の燃料供給ポンプ５９、前述の電動モータ８３、及び前述のＥＧＲ弁９３と接続する。キースイッチ５７のオフ信号が電子制御ユニット９７に入力されると、電子制御ユニット９７は、ＥＧＲ通路９１を閉じるようにＥＧＲ弁９３を制御し、続いてタービン軸８１の回転数（換言すれば、タービン軸８１の回転トルク）を増大させるように電動モータ８３を制御する。更に、電子制御ユニット９７は、キースイッチ５７のオフ信号の入力されてから所定時間（例えば３秒）経過後に燃料の供給を停止するように燃料供給ポンプ５９を制御する。
　第２実施形態の作用及び効果について、図５から図７を参照して説明する。
　図５に示すように、第２実施形態に係る過給エンジン６１においても、第１実施形態に係る過給エンジン１の過給動作と同様の作用が得られる。さらに、過給エンジン１と同様に、次の動作が行われる。即ち、過給エンジン６１の運転中に、ＥＧＲ弁９３がＥＧＲ通路９１を開く。換言すれば、ＥＧＲ弁９３はＥＧＲ通路９１内のＥＧＲガスの流量を調節する。このＥＧＲ弁９３の動作によって、排気通路４１内の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして、排気通路４１内におけるタービン７３の下流側（換言すれば、排気通路４１内におけるパティキュレートフィルタ４５の下流側）からＥＧＲ通路９１内へ流入する。ＥＧＲ通路９１内に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ９５によって一旦冷却されて、ＥＧＲ通路９１内から、給気通路３３内におけるコンプレッサ６７の上流側（換言すれば、給気通路３３内におけるコンプレッサ６７とエアクリーナ３５の中間側）に流出する。つまり、本実施形態では、過給エンジン６１の運転中に排気通路４１内におけるタービン７３の下流側からＥＧＲガスを取り出し、給気通路３３内におけるコンプレッサ６７の上流側に戻すことができる。これにより、過給エンジン６１の燃焼温度を下げて、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
　ここで、図５から図７に示すように、電子制御ユニット９７にキースイッチ５７のオフ信号（停止予告信号）が入力されると（図７におけるステップＳ２０１）、電子制御ユニット９７はＥＧＲ弁９３を制御してＥＧＲ通路９１を閉じ（図７におけるステップＳ２０２）、続いて電動モータ８３を制御してタービン軸８１の回転数を増大させる（図７におけるステップ２０３）。これにより、過給エンジン６１の停止直前に、給気通路３３内へのＥＧＲガスの流出を止めて、コンプレッサインペラ７１の搬送力（送風力）を高めることができ、コンプレッサ６７及びインタークーラ３９に付着した酸性物質及び煤等を吹き飛ばすことができる。併せて、遠心力によりコンプレッサインペラ７１に付着した酸性物質及び煤等を吹き飛ばすことができる。
　電子制御ユニット９７は、キースイッチ５７のオフ信号が入力されてから所定時間が経過したかどうかを判断する（図７におけるステップＳ２０４）。電子制御ユニット９７は、所定時間が経過したことを判断した場合（ステップＳ２０４におけるＹＥＳ）、燃料供給ポンプ５９を制御して燃料の供給を停止することで、過給エンジン６１を停止する（図７におけるＳ２０５）。なお、ステップＳ２０４において、所定時間が経過していないと判断された場合（ステップＳ２０４におけるＮＯ）、電子制御ユニット９７は所定時間の経過の判断を継続する。
　第２実施形態によれば、過給エンジン６１の停止直前に、コンプレッサ６７及びインタークーラ３９に付着した酸性物質及び煤等を吹き飛ばすことができるため、過給エンジン６１の停止後（停止中）において、コンプレッサ６７及びインタークーラ３９の腐食が発生（進行）し難くなり、コンプレッサ６７及びインタークーラ３９の性能劣化を十分に抑えることができる。
　なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

Claims (6)

  1. 給気通路の途中に配設されたコンプレッサ、排気通路の途中に配設されたタービン及び前記コンプレッサにおけるコンプレッサインペラと前記タービンにおけるタービンインペラとを同軸状に一体的に連結するタービン軸を備える過給機と、前記給気通路における前記コンプレッサの下流側に配設されかつ前記コンプレッサによって圧縮された空気を冷却するインタークーラとを備える過給エンジンに用いられ、前記排気通路内における前記タービンの下流側から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出し、前記吸気通路内における前記コンプレッサの上流側に戻す低圧ループＥＧＲ装置であって、
    　　　　前記排気通路における前記タービンの下流側部分と前記給気通路における前記コンプレッサの上流側部分との間に連通するように接続され、ＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ通路と、
    　　　　前記ＥＧＲ通路の途中に配設され、前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
    　　　　前記ＥＧＲ通路の途中に配設され、前記ＥＧＲ通路内に流入したＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
    　　　　前記過給エンジンの停止を予告するための停止予告信号が入力されると、前記ＥＧＲ通路を閉じるように前記ＥＧＲ弁を制御し、続いて前記タービン軸の回転数を増大させるように前記過給機を制御するコントローラと
    を備える低圧ループＥＧＲ装置。
  2. 　前記タービンは、
    　　　　前記タービンインペラの入口側に周方向に間隔を置いて、かつ前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに回転可能に配設される複数枚の可変ノズルと、
    　　　　前記複数枚の前記可変ノズルを回転させるアクチュエータと
    を備え、
    　前記コントローラは、前記停止予告信号が入力されると、前記ＥＧＲ通路を閉じるように前記ＥＧＲ弁を制御し、続いて複数枚の前記可変ノズルを絞る方向へ回転させるように前記アクチュエータを制御する請求項１に記載の低圧ループＥＧＲ装置。
  3. 　前記過給機は、前記タービン軸を補助的に回転させる電動モータを備え、
    　前記コントローラは、前記停止予告信号が入力されると、前記ＥＧＲ通路を閉じるように前記ＥＧＲ弁を制御し、続いて前記タービン軸の回転数を増大させるように前記電動モータを制御する請求項１に記載の低圧ループＥＧＲ装置。
  4. 　前記停止予告信号は、キースイッチのオフ信号である請求項１に記載の低圧ループＥＧＲ装置。
  5. 　前記停止予告信号は、キースイッチのオフ信号である請求項２に記載の低圧ループＥＧＲ装置。
  6. 　前記停止予告信号は、キースイッチのオフ信号である請求項３に記載の低圧ループＥＧＲ装置。
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