特許 5830868 内燃機関の排気循環装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5830868

(24)【登録日】2015年11月6日

(45)【発行日】2015年12月9日

(54)【発明の名称】内燃機関の排気循環装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 25/07 20060101AFI20151119BHJP

【ＦＩ】

   F02M25/07 580E

   F02M25/07 580A

【請求項の数】2

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-26118(P2011-26118)

(22)【出願日】2011年2月9日

(65)【公開番号】特開2012-163082(P2012-163082A)

(43)【公開日】2012年8月30日

【審査請求日】2013年10月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100072604

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 軍一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100140501

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 栄一郎

(72)【発明者】

【氏名】福田 高則

【審査官】 佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２６３３６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２０８７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８０１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１１６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１４７０２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２５／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関から排気通路に排出された排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に循環させる内燃機関の排気循環装置であって、
前記排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路が形成されたＥＧＲ管と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラよりも前記吸気通路側に設けられ、前記ＥＧＲガスを前記吸気通路に流入する量を調整するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲクーラと前記ＥＧＲ弁との間の前記ＥＧＲ管に上流端が接続され、前記ＥＧＲクーラより前記排気通路側の前記ＥＧＲ管に下流端が接続され、前記ＥＧＲクーラの下流側の前記ＥＧＲ管の前記ＥＧＲ通路と上流側の前記ＥＧＲ管の前記ＥＧＲ通路とを連通し、前記ＥＧＲクーラの下流側の前記ＥＧＲ管の前記ＥＧＲ通路内のＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラの上流側の前記ＥＧＲ管の前記ＥＧＲ通路に戻すリターン通路が形成された連通管と、
前記リターン通路に設けられ、前記上流端から前記下流端へ向かう一方向のみにＥＧＲガスの流れを規制する逆止弁と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気循環装置。

【請求項2】

前記逆止弁は、前記ＥＧＲ弁が全閉状態にあり、かつ、前記排気通路における排気圧力が排気脈動により上昇した場合に前記ＥＧＲガスを前記上流端側から前記下流端側へ流入させるよう開弁することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気循環装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気循環装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、内燃機関の燃料消費量の低減を図るために燃焼室において燃焼したガスを、ＥＧＲガスとして吸気通路に再循環させる排気循環装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この特許文献１に開示された排気循環装置は、排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設けられ、吸気通路に再循環させるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、ＥＧＲバルブより排気通路側に設けられ、再循環させるＥＧＲガスを機関冷却水との熱交換により冷却するＥＧＲクーラとを有している。ＥＧＲクーラには電動ウォーターポンプから吐き出される機関冷却水の一部が供給され、ＥＧＲクーラの内部を流れるＥＧＲガスと機関冷却水との熱交換によりＥＧＲガスが冷却される。

【0004】

このように、従来の排気循環装置は、冷却されたＥＧＲガスを循環させることにより、窒素酸化物の発生を抑制したり、ポンピングロスを低減して燃費の向上を図るようになっていた。

【0005】

また、近年ではターボチャージャーを搭載した車両に前述した排気循環装置を適用したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示された排気循環装置は、ターボチャージャーのタービンより下流の排気通路を流れる排気の一部をターボチャージャーのコンプレッサより上流の吸気通路に循環させる低圧の排気循環装置である。

【0006】

この特許文献２に開示された排気循環装置は、ＥＧＲクーラやＥＧＲ通路に発生した凝縮水を除去するようになっている。具体的には、特許文献２に開示された排気循環装置は、内燃機関に加圧した吸気を供給する過給装置と、内燃機関の排気通路に流れる排気の一部を内燃機関の吸気通路の過給装置より上流側に還流させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を経由して吸気通路に還流する排気の量を調整するＥＧＲ流量調節装置と、過給装置によって加圧された吸気の一部をＥＧＲ通路に流入させるバイパス通路と、内燃機関が所定の運転状態の時に、バイパス通路を介してＥＧＲ通路に吸気を導くとともに、ＥＧＲ流量調整装置を制御して該吸気をＥＧＲ通路の下流側から上流側へ逆流させる掃気手段と、を備えている。

【0007】

このような構成により、特許文献２に開示された排気循環装置は、ＥＧＲガスを増加させた場合に、ＥＧＲ通路やＥＧＲクーラにおいて凝縮水が発生してしまっても、ＥＧＲ流量調整装置の停止時にＥＧＲガスを逆流させることができる。この結果、ＥＧＲクーラを含むＥＧＲ通路において未燃燃料や凝縮水を吹き飛ばして除去することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００９−２２８５３０号公報

【特許文献2】特開２００７−１９８３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、上述した従来の排気循環装置は、凝縮水の発生そのものを抑制することについては考慮されていなかった。例えば、排気通路内の排気の脈動により、ＥＧＲクーラにＥＧＲガスが流入や流出を繰り返して、このＥＧＲガスがＥＧＲクーラ等に冷やされると、ＥＧＲクーラを含むＥＧＲ通路において凝縮水が発生し、この凝縮水が各部材の腐食を引き起こす恐れがあった。

【0010】

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ＥＧＲクーラを含むＥＧＲ通路における凝縮水の発生を抑制することができる排気循環装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明に係る排気循環装置は、上記目的達成のため、内燃機関から排気通路に排出された排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に循環させる内燃機関の排気循環装置であって、前記排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路が形成されたＥＧＲ管と、前記ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラよりも前記吸気通路側に設けられ、前記ＥＧＲガスを前記吸気通路に流入する量を調整するＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲクーラと前記ＥＧＲ弁との間の前記ＥＧＲ管に上流端が接続され、前記ＥＧＲクーラより前記排気通路側の前記ＥＧＲ管に下流端が接続され、前記ＥＧＲクーラの下流側の前記ＥＧＲ管の前記ＥＧＲ通路と上流側の前記ＥＧＲ管の前記ＥＧＲ通路とを連通し、前記ＥＧＲクーラの下流側の前記ＥＧＲ管の前記ＥＧＲ通路内のＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラの上流側の前記ＥＧＲ管の前記ＥＧＲ通路に戻すリターン通路が形成された連通管と、前記リターン通路に設けられ、前記上流端から前記下流端へ向かう一方向のみにＥＧＲガスの流れを規制する逆止弁と、を備えたことを特徴とする。

【0012】

この構成により、ＥＧＲ弁が全閉状態になっている場合においても、リターン通路を介してＥＧＲガスを一方向に流通させることができる。従来の排気循環装置のように連通管が無い場合には、内燃機関の暖機中にＥＧＲ弁が全閉状態となっていると、ＥＧＲガスが拡散により徐々にＥＧＲ通路に流入し、ＥＧＲバルブやＥＧＲクーラにより冷却されて露点温度以下となり凝縮水が発生する。これに対し、本発明に係る排気循環装置は、連通管を有するので、ＥＧＲガスが露点温度以下に冷却される前にＥＧＲクーラを通過させることができ、ＥＧＲクーラを含むＥＧＲ通路における凝縮水の発生を抑制することができる。
また、この構成により、連通管の上流端および下流端のいずれもがＥＧＲ管に接続されているので、連通管を短くすることができる。また、排気循環装置を車両に容易に搭載することが可能となる。

【0013】

また、本発明に係る排気循環装置は、前記逆止弁は、前記ＥＧＲ弁が全閉状態にあり、かつ、前記排気通路における排気圧力が排気脈動により上昇した場合に前記ＥＧＲガスを前記上流端側から前記下流端側へ流入させるよう開弁することを特徴とする。

【0014】

この構成により、ＥＧＲ弁が全閉状態の場合に、排気脈動に応じてＥＧＲガスを上流端側から下流端側に流すことが可能となる。したがって、内燃機関の暖機時にＥＧＲ弁が全閉となっている場合においても、ＥＧＲ通路に流入した排気ガスがＥＧＲクーラやＥＧＲ弁などにより冷却され露点温度以下となる前に逆止弁を介して排気通路側に流出するので、凝縮水が発生することを抑制できるとともに、ＥＧＲガスによりＥＧＲクーラおよびＥＧＲ弁を加熱することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、従来と比較してＥＧＲ通路に凝縮水が発生することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の排気循環装置を示す概略構成図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る排気循環装置およびその周辺の構成を示す概略ブロック図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態に係る冷却水回路の構成を示す概略構成図である。

【図4】本発明の第１の実施の形態に係る排気通路における背圧の変動を表すグラフである。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係るＥＧＲ管内の圧力分布を示す概略斜視図である。

【図6】本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の排気循環装置を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の第１の実施の形態について、図１ないし図５を参照して説明する。

【0022】

なお、本実施の形態においては、本発明に係る排気循環装置を４気筒のガソリンエンジンを搭載した車両に適用した場合について説明する。

【0023】

まず、構成について説明する。

【0024】

図１に示すように、エンジン１は、シリンダヘッド１０と、不図示のシリンダブロックを備えており、シリンダヘッド１０およびシリンダブロックは、４つの気筒５を形成している。これらの気筒５には、ピストンにより燃焼室７がそれぞれ画成されている。また、シリンダヘッド１０には、外気を気筒５に導入するための吸気ポートおよび排気ガスを気筒５から排出するための排気ポートが形成されている。

【0025】

各吸気ポートには、燃料を噴射するためのインジェクタが設置されており、噴射された燃料は空気と混ざり混合気として燃焼室７に導入される。シリンダヘッド１０には、各燃焼室７に導入された混合気に点火するための点火プラグ１５が配置されており、点火プラグ１５は後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００によって点火時期を制御されるようになっている。

【0026】

また、インジェクタは電磁駆動式の開閉弁により構成されており、ＥＣＵ１００により所定電圧が印加されると、開弁して各気筒５の吸気ポートに燃料を噴射するようになっている。

【0027】

エンジン１は、さらに、シリンダヘッド１０に接続される吸気マニホールド１１ａを有しており、この吸気マニホールド１１ａは吸気通路１１の一部を構成している。吸気通路１１には、上流側から順に図示しないエアクリーナやエアフロメータ２２が設けられている。吸気通路１１には、さらに、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１８が吸気マニホールド１１ａの上流側に設けられている。

【0028】

スロットルバルブ１８は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁により構成されており、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整するようになっている。ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ１８に設置されたスロットルモータを制御してスロットルバルブ１８の開度を調節するようになっている。

【0029】

エンジン１は、さらに、シリンダヘッド１０に接続される排気マニホールド１２ａを有しており、この排気マニホールド１２ａは排気通路１２の一部を構成している。排気通路１２には、三元触媒により構成される触媒装置１３が配置されている。

【0030】

エンジン１は、さらに、ＥＧＲ装置３０を備えている。ＥＧＲ装置３０は、排気通路１２を流れる排気ガスの一部を吸気通路１１に還流させて、各気筒５の燃焼室７へＥＧＲガスとして供給するようになっている。これにより、燃焼室７内の燃焼温度が低下し、ＮＯｘ発生量が低減する。また、ポンピングロスが低減し、燃費が向上するようになっている。したがって、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０は、本発明に係る排気循環装置を構成する。

【0031】

ＥＧＲ装置３０は、吸気管１４と排気管１６とを接続し、内部にＥＧＲ通路３４が形成されたＥＧＲ管３３を備えている。このＥＧＲ管３３には、ＥＧＲガス流れの上流側から順に、ＥＧＲ通路３４を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２が設けられている。

【0032】

ＥＧＲバルブ３２は、その内部に設けられたリニアソレノイド３２ａと、基端部分がリニアソレノイド３２ａに挿通された状態で配設され、その先端部分にＥＧＲ通路３４を開閉する弁体３２ｂが設けられたシャフト３２ｃとを備えている。そして、リニアソレノイド３２ａを通電制御することにより、その電磁力と図示しないスプリングの付勢力によりシャフト３２ｃがその軸方向に往復駆動され、弁体３２ｂによりＥＧＲ通路３４が開閉される。

【0033】

ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ３２の開度を調整することによって、排気通路１２から吸気通路１１に導入されるＥＧＲガス量、すなわち排気還流量を調整するようになっている。

【0034】

ＥＧＲクーラ３１は、筐体内におけるＥＧＲガスの通路の外周部に冷却水配管が張り巡らされた構成を有している。ＥＧＲ通路３４から供給されたＥＧＲガスは、ＥＧＲガスの通路を通過する際に冷却水配管を流れる冷却水との熱交換により冷却され、下流側へ導かれるようになっている。

【0035】

本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０は、さらに、ＥＧＲ管３３から分岐し、ＥＧＲクーラ３１の下流側のＥＧＲガスをＥＧＲクーラ３１より上流側に戻すためのリターン通路４５が内部に形成された連通管３９と、連通管３９に設置されたチェックバルブ３５を有している。

【0036】

連通管３９の上流端３９ａは、ＥＧＲ管３３におけるＥＧＲクーラ３１とＥＧＲバルブ３２との間に接続されており、ＥＧＲ通路３４とリターン通路４５とが連通するようになっている。また、連通管３９の下流端３９ｂは、ＥＧＲ管３３におけるＥＧＲクーラ３１と排気管１６との間に接続されており、ＥＧＲ通路３４とリターン通路４５とが連通するようになっている。

【0037】

また、チェックバルブ３５は、連通管３９の上流端３９ａから下流端３９ｂへ向かう一方向のみにＥＧＲガスの流れを規制するようになっている。このチェックバルブ３５は、ＥＧＲバルブ３２の全閉状態において、排気脈動により背圧が高まり、この背圧の高まりによりＥＧＲ通路３４内のＥＧＲガスの圧力が全体に高まった際に、ＥＧＲクーラ３１の上流側と下流側に生じるＥＧＲ圧の圧力差によって開弁するようになっている。ここで、本実施の形態に係るチェックバルブ３５は、本発明に係る逆止弁を構成する。

【0038】

このような構成を有することにより、後述するように、エンジン１の暖機中においてＥＧＲ装置３０に流入した高温の排気ガスは、滞留することなく短時間でＥＧＲクーラ３１を通過するので、凝縮水が発生することを抑制できる。

【0039】

図１および図２に示すように、本実施の形態に係るエンジン１を搭載した車両は、冷却水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、圧力センサ２４、Ａ／Ｆセンサ２５、排気温センサ２６、スロットル開度センサ２７、アクセル開度センサ２９、リフトセンサ３６、エンジン回転数センサ３７および車速センサ３８を備えている。これらのセンサは、検出結果を表す信号をＥＣＵ１００にそれぞれ出力するようになっている。

【0040】

冷却水温センサ２１は、エンジン１のシリンダブロックに形成されたウォータージャケットに配置されており、エンジン１の冷却水温ＴＨＷに応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。エアフロメータ２２は、吸気通路１１のスロットルバルブ１８の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。

【0041】

吸気温センサ２３は、吸気マニホールド１１ａに配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。圧力センサ２４は、吸気マニホールド１１ａに配置され、吸気圧に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。

【0042】

Ａ／Ｆセンサ２５は、触媒装置１３の上流側の排気通路１２に配置されており、排気ガス中の酸素濃度（排気Ａ／Ｆ）に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。また、排気温センサ２６は、触媒装置１３の下流側の排気通路１２に配置されており、排気温度に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。

【0043】

スロットル開度センサ２７は、スロットルバルブ１８の開度に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。アクセル開度センサ２９は、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力する。

【0044】

エンジン回転数センサ３７は、エンジン１のクランクシャフトの回転数を検出し、エンジン回転数としてＥＣＵ１００に出力する。車速センサ３８は、車輪の回転数を検出し、車速を表す信号としてＥＣＵ１００に出力する。

【0045】

リフトセンサ３６は、直流駆動される抵抗体と、抵抗体の表面を摺動するブラシとを有している。ブラシは、ＥＧＲバルブ３２のシャフト３２ｃと一体に作動し得るように構成されている。そして、シャフト３２ｃのリフト位置、すなわちＥＧＲバルブ３２の開度に応じた電圧信号がブラシに現れる。従って、ＥＣＵ１００は、リフトセンサ３６のブラシに現れる信号を取得することにより、ＥＧＲバルブ３２の開度を検出することができる。

【0046】

ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３およびバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。

【0047】

ＲＯＭ１０２は、排気還流量制御を実施するためのプログラムおよび気筒５に対する燃料噴射量を制御するための制御プログラムを含む各種制御プログラムや、これらの各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行するようになっている。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１による演算結果や、上述した各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するようになっている。バックアップＲＡＭ１０４は、不揮発性のメモリにより構成されており、例えばエンジン１の停止時に保存すべきデータ等を記憶するようになっている。

【0048】

ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６と接続されている。

【0049】

入力インターフェース１０５には、冷却水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、圧力センサ２４、Ａ／Ｆセンサ２５、排気温センサ２６、スロットル開度センサ２７、アクセル開度センサ２９、リフトセンサ３６、エンジン回転数センサ３７および車速センサ３８が接続されている。なお、車両がＥＣＵ１００以外の他のＥＣＵを搭載し、これらのセンサのうち少なくとも一部から出力された信号が、当該他のＥＣＵを介してＥＣＵ１００に入力されるようにしてもよい。

【0050】

出力インターフェース１０６は、点火プラグ１５、スロットルバルブ１８、ＥＧＲバルブ３２およびインジェクタなどに接続されている。

【0051】

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、スロットルバルブ１８の開度、ＥＧＲバルブ３２の開度およびインジェクタによる燃料噴射量を制御する排気還流量制御や燃料噴射量制御などの各種制御を実行するようになっている。

【0052】

図３は、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０に冷却水を供給する冷却水回路４０を示す模式図である。冷却水回路４０は、ウォーターポンプ４４から吐出した冷却水を、エンジン１、ヒータコア４１、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲバルブ３２およびスロットルバルブ１８の順に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第１経路４７と、エンジン１を構成するシリンダヘッド１０の下流に設置されている図示しない三方弁により第１経路４７から分岐され、エンジン１から流出した冷却水の一部をラジエータ４２に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第２経路４８とを有している。

【0053】

第１経路４７を還流する冷却水は、エンジン１を構成するシリンダブロックおよびシリンダヘッド１０との熱交換により加熱されると、ヒータコア４１との熱交換により冷却され、その後ＥＧＲクーラ３１に供給される。

【0054】

一方、第２経路４８を還流する冷却水は、シリンダヘッド１０の下流に設置されている図示しない三方弁により第１経路４７から分岐されると、ラジエータ４２に供給され外気との熱交換により冷却される。また、第２経路４８には、図示しないサーモスタットが設置されており、暖機中や寒冷地域の走行に起因してエンジン１の冷却水温ＴＨＷが通常走行時の冷却水温と比較して低温となっている場合には、ラジエータ４２とウォーターポンプ４４との間の経路を遮断するようになっている。また、サーモスタットは、冷却水温ＴＨＷが上昇するにしたがって、ラジエータ４２とウォーターポンプ４４との間の経路を徐々に開放し、第１経路４７を還流する冷却水量に対する第２経路４８を還流する冷却水量の割合を増加するようになっている。

【0055】

本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、さらに、冷却水温センサ２１から入力される信号に基づいて、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈ未満であると判断すると、ＥＧＲバルブ３２を閉状態に移行するようになっている。

【0056】

所定値ＴＨＷｔｈとしては、例えば、７０℃などエンジン１の暖機が終了しＥＧＲ制御が開始される温度に設定されている。ここで、排気ガスの露点温度は６０℃以下であり、また、ＥＧＲクーラ３１により低下するＥＧＲガスの温度は２、３℃程度である。したがって、冷却水温ＴＨＷが７０℃以上である場合には、ＥＧＲ装置３０に供給された排気ガスが露点温度以下になることはなく、ＥＧＲ装置３０内において凝縮水が発生することを抑制できる。なお、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０は、後述するように、エンジン１の暖機中においても凝縮水が発生することを抑制するようになっている。

【0057】

また、ＥＣＵ１００は、冷却水温センサ２１から入力される信号に基づいて冷却水温ＴＨＷが７０℃を超えたと判断した場合には、エンジン１の燃焼状態に応じてＥＧＲバルブ３２を制御し、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ制御を実行するようになっている。ＥＣＵ１００は、エンジン回転数及びエンジン負荷とＥＧＲバルブ３２の開度とを対応付けた開度マップをＲＯＭ１０２に記憶しており、エンジン回転数センサ３７により検出されたエンジン回転数およびエアフロメータ２２により検出された吸入空気量から求められるエンジン負荷を取得すると、ＲＯＭ１０２に記憶されている開度マップを参照してＥＧＲバルブ３２の開度を設定するようになっている。

【0058】

なお、吸入空気量とエンジン負荷との対応は予め実験的な測定により求められており、ＥＣＵ１００は、吸入空気量とエンジン負荷とを対応付けたエンジン負荷マップを予めＲＯＭ１０２に記憶している。なお、エンジン負荷は、例えば、吸入空気量の代わりにエンジン１における燃料噴射量から算出する方法など、公知の方法により算出されていればよい。

【0059】

本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０の特徴について、図４および図５を用いてより詳細に説明する。

【0060】

図４は、エンジン１の暖機時における排気通路１２内の背圧を示しており、背圧には各気筒５から排出される排気による排気脈動が現れている。エンジン１の暖機時には、暖機を促進するとともに燃焼が不安定になることを防止するため、ＥＧＲバルブ３２は閉状態となっている。このため、排気通路１２内の背圧が高まると、ＥＧＲ通路３４内のＥＧＲガス圧が全体に高くなる。また、ＥＧＲバルブ３２の閉状態においては、ＥＧＲガスの圧力は、排気通路１２から奥に入るほど、すなわちＥＧＲバルブ３２やチェックバルブ３５の近傍ほど高くなる。

【0061】

図５は、図４に示す時点５７におけるＥＧＲ通路３４内の圧力分布を示したものである。図５に示すように、ＥＧＲクーラ３１の下流側におけるＥＧＲガスの圧力は、ＥＧＲクーラ３１の上流側と比較してＥＧＲガスの圧力が高い状態になっている。ここで、チェックバルブ３５は、排気脈動に応じてＥＧＲガスの圧力が高くなるごとに、ＥＧＲ通路３４のＥＧＲクーラ３１の上流側と下流側との間で発生するＥＧＲガスの圧力差によって開弁するようになっている。したがって、排気通路１２からＥＧＲ通路３４に流入する排気ガスは、排気脈動のピーク近傍で背圧が高まった際に開弁するチェックバルブ３５を通過し、連通管３９に形成されたリターン通路４５を介して排気通路１２に戻るようになっている。

【0062】

一方、背圧が低下すると、チェックバルブ３５は閉弁する。したがって、ＥＧＲバルブ３２が全閉となるエンジン１の暖機中には、排気脈動により背圧が高まるごとに、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ３１およびチェックバルブ３５を一方向に通過する。これにより、暖機中において高温のＥＧＲガスがＥＧＲ通路３４に流入し続けるので、ＥＧＲクーラ３１やＥＧＲバルブ３２の加熱を促進することが可能となる。また、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ３１に滞留し冷却されることにより、露点温度以下となり凝縮水が発生するということを抑制できる。

【0063】

一方、従来のチェックバルブ３５を有しないＥＧＲ装置においては、暖機中にはＥＧＲバルブ３２が全閉状態となっており、連通管３９を有していないため、排気脈動により排気通路１２の背圧が上昇と下降を繰り返すたびに、ＥＧＲ通路３４への排気ガスの流入および流出が繰り返される。この流入と流出の繰り返しにより、ＥＧＲ管３３内では高温の排気ガスとすでに存在していたＥＧＲガスとが拡散により徐々に混ざり合いながら滞留する。そのため、ＥＧＲガスの温度が一旦上昇するが、滞留しているＥＧＲガスがＥＧＲ管３３の壁面により冷却され、露点温度以下となることにより、凝縮水が発生していた。

【0064】

このように凝縮水が発生すると、排気ガスに含まれる硫黄成分や、燃料に含まれる塩素成分により凝縮水が酸性となり、ＥＧＲ装置３０を腐食させる原因となっていた。

【0065】

これに対し、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０は、エンジン１が始動すると、排気脈動の１回のピークごとに高温の排気がＥＧＲ装置３０に容易に流入するので、ＥＧＲクーラ３１やＥＧＲ管３３により露点温度以下に冷却されることがなく、凝縮水の発生が抑制されるようになっている。

【0066】

また、連通管３９がチェックバルブ３５を有しているので、排気還流量制御の実行中にＥＧＲガスがＥＧＲクーラ３１を通過せずに還流することを防止できるとともに、ＥＧＲバルブ３２が全閉状態となる暖機時には、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路３４を双方向に流れ、結果としてＥＧＲクーラ３１の近傍に滞留し、ＥＧＲクーラ３１により冷却され凝縮水が発生するという現象も防止できる。

【0067】

また、暖機終了後においては、ＥＧＲバルブ３２が開弁しＥＧＲ管３３内の圧力が低下するので、チェックバルブ３５は閉弁状態を保つ。したがって、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ３２の開度に応じた排気還流量制御を実行することが可能となる。

【0068】

次に、本発明の実施の形態に係る排気循環装置の動作について説明する。

【0069】

ＥＣＵ１００は、まず、冷却水温センサ２１から取得した信号に基づいて、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈ以上であるか否かを判断する。

【0070】

ＥＣＵ１００は、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈ以上であると判断した場合には、ＥＧＲバルブ３２の開度を制御する排気還流量制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサ３７からエンジン回転数を表す信号を取得するとともに、エアフロメータ２２から入力された信号とＲＯＭ１０２に記憶されているエンジン負荷マップによりエンジン負荷を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭ１０２に記憶されている開度マップに基づいてＥＧＲバルブ３２の開度を設定する。

【0071】

このとき、チェックバルブ３５は閉状態を維持している。したがって、各燃焼室７から排気通路１２に排出された排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路３４に流入しＥＧＲクーラ３１を通過すると、リターン通路４５に流入することなくＥＧＲバルブ３２を介して吸気通路１１に流入し、車両の外部から導入された外気と混合され、各燃焼室７に再び供給される。

【0072】

一方、ＥＣＵ１００は、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈに達していないと判断した場合には、ＥＧＲガスが燃焼室７に流入し燃焼が不安定になったり、エンジン１の暖機終了に時間がかかることを防止するため、ＥＧＲバルブ３２を閉状態に移行する。

【0073】

このとき、各燃焼室７から排気通路１２に排出された排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路３４に流入する。そして、排気通路１２の背圧が排気脈動に応じて高まると、ＥＧＲ通路３４内の圧力差によりチェックバルブ３５が開弁する。したがって、ＥＧＲ通路３４にＥＧＲガスとして流入した排気ガスは、ＥＧＲクーラ３１を通過する際に熱交換が行われ、ＥＧＲクーラ３１を加熱した後、リターン通路４５に流入し、チェックバルブ３５を介してＥＧＲ通路３４に戻り、再び排気通路１２に流入する。この排気ガスおよびＥＧＲガスの流れは、１回の排気脈動ごとに発生するので、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ３１により冷却され露点温度以下となる前に排気通路１２に戻る。

【0074】

以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る排気循環装置においては、ＥＧＲバルブ３２が全閉状態になっている場合においても、リターン通路４５を介してＥＧＲガスを一方向に流通させることができる。したがって、エンジン１の暖機中にＥＧＲバルブ３２が全閉状態となっていても、排気脈動により、ＥＧＲガスが徐々にＥＧＲ通路３４に流入し、ＥＧＲバルブ３２やＥＧＲクーラ３１により冷却されて露点温度以下となり、凝縮水が発生することを防止できる。

【0075】

また、ＥＧＲバルブ３２が全閉状態の場合に、排気脈動に応じてＥＧＲガスを上流端３９ａ側から下流端３９ｂ側に流すことが可能となる。したがって、エンジン１の暖機時にＥＧＲバルブ３２が全閉となっている場合においても、ＥＧＲ通路３４に流入した排気ガスがＥＧＲクーラ３１やＥＧＲバルブ３２などにより冷却され露点温度以下となる前にチェックバルブ３５を介して排気通路１２側に流出するので、凝縮水が発生することを抑制できるとともに、ＥＧＲガスによりＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２を加熱することができる。

【0076】

また、連通管３９の下流端３９ｂは、ＥＧＲクーラ３１よりも上流側のＥＧＲ管３３に接続されることにより、連通管３９の上流端３９ａおよび下流端３９ｂのいずれもがＥＧＲ管３３に接続されているので、連通管３９を短くすることができる。また、ＥＧＲ装置３０を車両に容易に搭載することが可能となる。

【0077】

なお、以上の説明においては、ＥＧＲ管３３が触媒装置１３の下流側に接続される場合について説明したが、これに限定されず、ＥＧＲ管３３が触媒装置１３の上流側に接続されていてもよい。

【0078】

また、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０は、ターボユニットを備えた車両に搭載されてもよい。この場合、ＥＧＲ装置３０は、タービンホイールの上流側から排気ガスを取得してコンプレッサホイールの下流側にＥＧＲガスとして還流するいわゆるＨＰＬ（High-Pressure Loop）を構成してもよい。また、ＥＧＲ装置３０は、タービンホイールの下流側から排気ガスを取得してコンプレッサホイールの上流側にＥＧＲガスとして還流するＬＰＬ（Low-Pressure Loop）を構成していてもよい。

【0079】

また、以上の説明においては、連通管３９の下流端３９ｂがＥＧＲ管３３と接続される場合について説明した。しかしながら、以下に第２の実施の形態として示すように、ＥＧＲ装置は、下流端が排気管１６に接続される連通管５６を備えるようにしてもよい。

【0080】

以下、本発明の第２の実施の形態に係る排気循環装置について、図６を参照して説明する。

【0081】

なお、第２の実施の形態に係る排気循環装置において、上述の第１の実施の形態に係る排気循環装置と同様の構成要素については、第１の実施の形態と同様の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

【0082】

第２の実施の形態に係るＥＧＲ装置５０は、上流端５６ａがＥＧＲクーラ３１の下流側のＥＧＲ管３３に接続され、下流端５６ｂが触媒装置１３より下流側の排気管１６に接続される連通管５６を有しており、この連通管５６は、第１の実施の形態に係る連通管３９と同様、内部にリターン通路５８が形成されている。そして、エンジン１の暖機中にＥＧＲバルブ３２が閉弁していると、各燃焼室７から排出された排気ガスは、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路３４に流入する。そして、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３１を通過するとリターン通路５８に流入し、チェックバルブ３５を通過し、排気通路１２に戻るようになっている。

【0083】

このような構成を有することにより、第２の実施の形態に係るＥＧＲ装置５０は、上述した第１の実施の形態に係るＥＧＲ装置３０と同様の効果を得られるとともに、リターン通路５８が排気通路１２に連通しているので、リターン通路５８がＥＧＲ通路３４に連通している場合と比較して、チェックバルブ３５の上流側と下流側におけるＥＧＲガスの圧力の差が大きくなる。したがって、ＥＧＲ装置５０は、暖機中に流入したＥＧＲガスを、チェックバルブ３５から排気通路１２に戻すことが容易となる。

【0084】

なお、以上の説明においては、ＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２のいずれにも冷却水が供給される場合について説明したが、これに限定されず、冷却水がＥＧＲクーラ３１のみに供給されるようにしてもよい。

【0085】

また、以上の説明においては、冷却水回路４０が、ウォーターポンプ４４から吐出した冷却水を、エンジン１、ヒータコア４１、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲバルブ３２およびスロットルバルブ１８の順に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第１経路４７と、エンジン１を構成するシリンダヘッド１０の下流に設置されている図示しない三方弁により第１経路４７から分岐され、エンジン１から流出した冷却水の一部をラジエータ４２に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第２経路４８とを有する場合について説明した。しかしながら、冷却水回路４０は、ラジエータ４２を通過した冷却水がＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２に供給される第１経路と、ラジエータ４２を通過した冷却水がエンジン１およびヒータコア４１に供給される第２経路とによって構成されていてもよい。

【0086】

また、ＥＧＲ装置３０および５０は、ガソリンエンジンにより構成されたエンジン１を搭載した車両に適用される場合について説明したが、これに限定されず、ＥＧＲ装置３０および５０は、ディーゼルエンジンなど公知の内燃機関を搭載した車両に適用されていればよい。

【0087】

また、以上の説明においては、燃料が吸気ポートに噴射されるポート噴射式エンジンにＥＧＲ装置３０および５０が適用される場合について説明したが、これに限定されず、燃料が各燃焼室７に直接噴射される筒内噴射式エンジンにＥＧＲ装置３０および５０が適用されていてもよい。また、筒内噴射およびポート噴射のいずれもが行われるエンジンにＥＧＲ装置３０および５０が適用されていてもよい。

【0088】

また、ＥＧＲ装置３０および５０は、エンジン１のみを動力源とする車両のみならず、エンジンおよび回転電機を動力源とするハイブリッド車両に適用されていてもよい。この場合、ハイブリッド車両は、エンジンのみを動力源とする車両と比較して、エンジンの停止時間が長くなり冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷｔｈ未満となる状態が増加する。したがって、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０および５０をハイブリッド車両に適用することにより、ＥＧＲ通路に凝縮水が発生することを抑制することができるという効果がより一層顕著になる。

【0089】

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気循環装置は、ＥＧＲクーラを含むＥＧＲ通路における凝縮水の発生を抑制することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の排気循環装置に有用である。

【符号の説明】

【0090】

１ エンジン
５ 気筒
７ 燃焼室
１１ 吸気通路
１１ａ 吸気マニホールド
１２ 排気通路
１２ａ 排気マニホールド
１３ 触媒装置
１４ 吸気管
１５ 点火プラグ
１６ 排気管
１８ スロットルバルブ
２１ 冷却水温センサ
２２ エアフロメータ
２３ 吸気温センサ
２４ 圧力センサ
２７ スロットル開度センサ
２９ アクセル開度センサ
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲバルブ
３２ａ リニアソレノイド
３２ｂ 弁体
３２ｃ シャフト
３３ ＥＧＲ管
３４ ＥＧＲ通路
３５ チェックバルブ
３６ リフトセンサ
３７ エンジン回転数センサ
３８ 車速センサ
３９ 連通管
３９ａ 上流端
３９ｂ 下流端
５０ ＥＧＲ装置
５６ 連通管
５６ａ 上流端
５６ｂ 下流端
５８ リターン通路
１００ ＥＣＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】