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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022166485
(43)【公開日】2022-11-02
(54)【発明の名称】エンジンシステム
(51)【国際特許分類】
F02B 67/00 20060101AFI20221026BHJP
F02M 26/55 20160101ALI20221026BHJP
F02M 26/30 20160101ALI20221026BHJP
F02B 75/10 20060101ALI20221026BHJP
F02M 26/33 20160101ALN20221026BHJP
【ＦＩ】
F02B67/00 F
F02M26/55
F02M26/30
F02B75/10 C
F02M26/33 311
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021071720
(22)【出願日】2021-04-21
(71)【出願人】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岩橋 卓央
【テーマコード（参考）】
3G062
【Ｆターム（参考）】
3G062AA01
3G062AA05
3G062EA08
3G062ED08
3G062GA08
(57)【要約】
【課題】バキュームポンプの駆動による燃費の悪化を抑制する。
【解決手段】エンジンシステムは、排気が流通する排気管５４と、負圧を用いて作動するＥＧＲバルブ２４と、エンジン本体を駆動源としてＥＧＲバルブ２４に負圧を供給するバキュームポンプ６と、バキュームポンプ６の吸気口６ａとＥＧＲバルブ２４とを接続する配管７６と、排気管５４とバキュームポンプ６の吸気口６ａとを接続する配管７８と、配管７８に設けられ、排気管５４とバキュームポンプ６とを連通する連通状態と排気管５４とバキュームポンプ６とを遮断する遮断状態との間で切り替え可能な開閉弁８０とを備える。
【選択図】図３
【解決手段】エンジンシステムは、排気が流通する排気管５４と、負圧を用いて作動するＥＧＲバルブ２４と、エンジン本体を駆動源としてＥＧＲバルブ２４に負圧を供給するバキュームポンプ６と、バキュームポンプ６の吸気口６ａとＥＧＲバルブ２４とを接続する配管７６と、排気管５４とバキュームポンプ６の吸気口６ａとを接続する配管７８と、配管７８に設けられ、排気管５４とバキュームポンプ６とを連通する連通状態と排気管５４とバキュームポンプ６とを遮断する遮断状態との間で切り替え可能な開閉弁８０とを備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンシステムであって、
内燃機関の排気が流通する排気通路と、
負圧を用いて作動する負圧作動機器と、
前記内燃機関を駆動源として前記負圧作動機器に前記負圧を供給するバキュームポンプと、
前記バキュームポンプの吸気口と前記負圧作動機器とを接続する第１接続通路と、
前記排気通路と前記バキュームポンプの前記吸気口とを接続する第２接続通路と、
前記第２接続通路に設けられ、前記排気通路と前記バキュームポンプとを連通する連通状態と前記排気通路と前記バキュームポンプとを遮断する遮断状態との間で切り替え可能な第１切替弁とを備える、エンジンシステム。
内燃機関の排気が流通する排気通路と、
負圧を用いて作動する負圧作動機器と、
前記内燃機関を駆動源として前記負圧作動機器に前記負圧を供給するバキュームポンプと、
前記バキュームポンプの吸気口と前記負圧作動機器とを接続する第１接続通路と、
前記排気通路と前記バキュームポンプの前記吸気口とを接続する第２接続通路と、
前記第２接続通路に設けられ、前記排気通路と前記バキュームポンプとを連通する連通状態と前記排気通路と前記バキュームポンプとを遮断する遮断状態との間で切り替え可能な第１切替弁とを備える、エンジンシステム。
【請求項2】
前記エンジンシステムは、前記第１切替弁を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記負圧作動機器の第１動作が要求される場合に前記遮断状態になり、前記負圧作動機器の前記第１動作と異なる第２動作が要求される場合に前記連通状態になるように前記第１切替弁を制御する、請求項１に記載のエンジンシステム。
前記制御装置は、前記負圧作動機器の第１動作が要求される場合に前記遮断状態になり、前記負圧作動機器の前記第１動作と異なる第２動作が要求される場合に前記連通状態になるように前記第１切替弁を制御する、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項3】
前記エンジンシステムは、前記排気通路に設けられ、前記排気を浄化する排気浄化装置をさらに備え、
前記第２接続通路は、前記排気通路における前記排気浄化装置よりも下流の位置と前記吸気口とを接続する、請求項１または２に記載のエンジンシステム。
前記第２接続通路は、前記排気通路における前記排気浄化装置よりも下流の位置と前記吸気口とを接続する、請求項１または２に記載のエンジンシステム。
【請求項4】
前記エンジンシステムは、
前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に戻す排気再循環装置とをさらに備え、
前記排気再循環装置は、前記排気の一部と熱交換を行なう熱交換器と、前記熱交換器が設けられる第１通路と、前記熱交換器をバイパスする第２通路とを含み、
前記負圧作動機器は、前記排気再循環装置に設けられ、前記第１通路と前記第２通路とのうちのいずれかを選択するための第２切替弁を含む、請求項１～３のいずれかに記載のエンジンシステム。
前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に戻す排気再循環装置とをさらに備え、
前記排気再循環装置は、前記排気の一部と熱交換を行なう熱交換器と、前記熱交換器が設けられる第１通路と、前記熱交換器をバイパスする第２通路とを含み、
前記負圧作動機器は、前記排気再循環装置に設けられ、前記第１通路と前記第２通路とのうちのいずれかを選択するための第２切替弁を含む、請求項１～３のいずれかに記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バキュームポンプを有するエンジンシステムの制御に関する。
【背景技術】
【0002】
バキュームポンプが設けられるエンジンシステムの構成が公知である。バキュームポンプは、負圧を用いて作動する機器（以下、負圧作動機器）と接続する接続通路内の気体を吸引することにより負圧作動機器に負圧を供給する。たとえば、特開２０１４－１４５３４２号公報（特許文献１）には、上述のようなバキュームポンプを有するエンジンシステムが開示される。また、負圧作動機器としては、たとえば、排気の一部を吸気に戻す排気再循環装置において吸気に戻される排気の流路を切り替える切替弁等が含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－１４５３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述のようなエンジンシステムにおいて、バキュームポンプがエンジンシステムの出力軸に連結されて駆動する機械式のバキュームポンプである場合には、常に吸引動作が行なわれることになる。そのため、バキュームポンプの駆動による摩擦損失が常に生じ、エンジンシステムの燃費の悪化の要因となっている。
【0005】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、バキュームポンプの駆動による燃費の悪化を抑制するエンジンシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明のある局面に係るエンジンシステムは、内燃機関の排気が流通する排気通路と、負圧を用いて作動する負圧作動機器と、内燃機関を駆動源として負圧作動機器に負圧を供給するバキュームポンプと、バキュームポンプの吸気口と負圧作動機器とを接続する第１接続通路と、排気通路とバキュームポンプの吸気口とを接続する第２接続通路と、第２接続通路に設けられ、排気通路とバキュームポンプとを連通する連通状態と排気通路とバキュームポンプとを遮断する遮断状態との間で切り替え可能な第１切替弁とを備える。
【0007】
このようにすると、第１切替弁が遮断状態である場合には、バキュームポンプによって第１接続通路内の気体が吸気口から吸引されることによって負圧作動機器に対して負圧を供給することができる。また、第１切替弁が連通状態である場合には、排気通路から排気が吸引されることによって第１接続通路内からの気体の吸引が阻害されることによって負圧作動機器への負圧の供給を停止できる。また、排気通路から排気が吸引されることによって排気通路の圧力を低下させることができる。これにより、ポンピングロスが低減し、燃費の悪化を抑制することができる。
【0008】
ある実施の形態においては、エンジンシステムは、第１切替弁を制御する制御装置をさらに備える。制御装置は、負圧作動機器の第１動作が要求される場合に遮断状態になり、負圧作動機器の第１動作と異なる第２動作が要求される場合に連通状態になるように第１切替弁を制御する。
【0009】
このようにすると、負圧作動機器の第１動作が要求される場合に第１切替弁を遮断状態にすることにより負圧作動機器に負圧を供給することができる。負圧作動機器の第２動作が要求される場合第１切替弁を連通状態に制御することにより、負圧作動機器への負圧の供給を停止できる。
【0010】
さらにある実施の形態においては、エンジンシステムは、排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化装置をさらに備える。第２接続通路は、排気通路における排気浄化装置よりも下流の位置と吸気口とを接続する。
【0011】
このようにすると、バキュームポンプにより吸引された排気の排出先において、排気浄化装置により浄化された排気を排出することができる。
【0012】
さらにある実施の形態においては、エンジンシステムは、排気通路を流通する排気の一部を内燃機関の吸気通路に戻す排気再循環装置とをさらに備える。排気再循環装置は、排気の一部と熱交換を行なう熱交換器と、熱交換器が設けられる第１通路と、熱交換器をバイパスする第２通路とを含む。負圧作動機器は、排気再循環装置に設けられ、第１通路と第２通路とのうちのいずれかを選択するための第２切替弁を含む。
【0013】
このようにすると、燃費の悪化を抑制しつつ、第２切替弁を動作させて、第１通路と第２通路とを適切に選択することができる。
【発明の効果】
【0014】
この発明によると、バキュームポンプの駆動による燃費の悪化を抑制するエンジンシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成の一例を示す図である。
【図2】バキュームポンプとＥＧＲバルブとの間の配管構成の比較例を示す図である。
【図3】本実施の形態におけるバキュームポンプとＥＧＲバルブと排気管とを接続する配管構成の一例を示す図である。
【図4】制御装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図5】制御１および制御２の各々に対応した切替弁の状態、配管の状態およびＥＧＲバルブの制御モードを表形式で示した図である。
【図6】熱効率と排気管内の圧力との関係の一例を示す図である。
【図7】開閉弁の制御状態の時間変化の一例とＥＧＲバルブの制御モードの時間変化の一例とを示すタイミングチャートである。
【図8】変形例におけるバキュームポンプとＥＧＲバルブと排気管とを接続する配管構成の一例を示す図である。
【図9】変形例における切替弁および開閉弁の制御状態の時間変化の一例とＥＧＲバルブの制御モードの時間変化の一例とを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【0017】
図１は、本実施の形態に係るエンジンシステム１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、エンジンシステム１は、エンジン本体２と、バキュームポンプ６と、インテークマニホールド１０と、吸気管１２，１６，１８と、インタークーラ１４と、排気再循環装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置と記載する）２０と、エアクリーナ４０と、エキゾーストマニホールド５０と、排気管５２，５４と、ターボチャージャ６０と、排気浄化装置６６と、制御装置１００とを備える。このエンジンシステム１は、たとえば、車両等の移動体に搭載され、好ましくは、電動機を主な駆動源とし、エンジンシステム１を主な発電源とするハイブリッド車両に搭載されることが望ましい。
【0018】
エンジン本体２は、気筒４と燃料噴射装置（図示せず）とを含むディーゼルエンジンあるいはガソリンエンジン等の内燃機関である。
【0019】
エンジン本体２の気筒４の頂部には、吸気ポートと排気ポート（いずれも図示せず）とが接続され、吸気ポートにインテークマニホールド１０が接続される。エンジン本体２には、たとえば、複数（たとえば、４つ）の気筒４が設けられ、複数の気筒４の各々に接続される吸気ポートにインテークマニホールド１０が接続される。
【0020】
燃料噴射装置は、制御装置１００からの制御信号に応じて気筒４内に燃料を供給する。燃料噴射装置は、たとえば、気筒４の頂部に設けられ、気筒４内に直接的に燃料を噴射する。なお、エンジン本体２が火花点火式のガソリンエンジンである場合には、燃料噴射装置は、たとえば、吸気ポートに燃料を供給するように構成されてもよい。
【0021】
バキュームポンプ６は、エンジンシステム１に含まれ、負圧を用いて作動する機器（負圧作動機器）に負圧を供給する。バキュームポンプ６は、エンジン本体２を駆動源とする機械式のポンプである。バキュームポンプ６は、エンジン本体２の出力軸（クランク軸）に連結され、エンジン本体２の出力軸の回転力が作用することによって駆動する。バキュームポンプ６の吸気口は、配管を介して後述する負圧作動機器と接続される。詳細な配管構成については後述する。また、バキュームポンプ６の吐出口は、エンジン本体２に設けられる開口部に接続される。バキュームポンプ６が駆動すると吸気口から気体を吸引し、吐出口から吸引した気体を吐出する。これにより、負圧作動機器に接続される配管内の圧力が低下し、負圧となる。これにより、負圧作動機器に設けられる負圧室内の圧力が低下することにより、負圧が供給されることになる。負圧作動機器は、負圧の供給の有無により作動する。負圧作動機器としては、たとえば、後述するＥＧＲバルブ２４が含まれる。ＥＧＲバルブ２４の動作については、後述する。バキュームポンプ６の吐出口から吐出された気体は、エンジン本体２の中にブローバイガスとして混入され、吸気通路に戻される。
【0022】
インテークマニホールド１０には、吸気管１２の一方端が接続される。吸気管１２の他方端には、インタークーラ１４が接続される。インタークーラ１４は、熱交換器を含み、後述するターボチャージャ６０のコンプレッサ６２から供給される吸気を冷却する。
【0023】
インタークーラ１４には、吸気管１６の一方端が接続される。吸気管１６の他方端には、ターボチャージャ６０のコンプレッサ６２の吸気流出口に接続される。コンプレッサ６２の吸気流入口には、吸気管１８の一方端が接続される。吸気管１８の他方端には、エアクリーナ４０が接続される。エンジンシステム１の動作時においては、エアクリーナ４０から吸引された空気（吸入空気）が吸気管１８、コンプレッサ６２、吸気管１６、インタークーラ１４および吸気管１２を経由してインテークマニホールド１０に流通する。エアクリーナ４０からインテークマニホールド１０までの構成によってエンジンシステム１の「吸気通路」が構成される。
【0024】
エンジン本体２の複数の気筒４の各々に接続される排気ポートに、エキゾーストマニホールド５０が接続される。
【0025】
エキゾーストマニホールド５０には、ターボチャージャ６０のタービン６４の排気流入口が接続される。タービン６４の排気流出口には、排気管５２の一方端が接続される。排気管５２の他方端には、排気浄化装置６６の排気流入口が接続される。排気浄化装置６６の排気流出口には、排気管５４の一方端が接続される。なお、排気管５４の他方端には、マフラー等の消音器（図示せず）が接続される。エキゾーストマニホールド５０からマフラー等の消音器までの構成によってエンジンシステム１の「排気通路」が構成される。
【0026】
ターボチャージャ６０は、吸気管１６と吸気管１８との間に設けられるコンプレッサ６２と、エキゾーストマニホールド５０と排気管５２の一方端との間に設けられるタービン６４とを含む。コンプレッサ６２には、回転自在に支持されるコンプレッサブレード（図示せず）が設けられる。タービン６４には、回転自在に支持され、コンプレッサブレードとシャフト（図示せず）を介して連結されるタービンブレード（図示せず）が設けられる。そのため、エンジン本体２からエキゾーストマニホールド５０を介してタービン６４に供給される排気エネルギーによってタービンブレードが回転させられると、シャフトを介してコンプレッサブレードが回転し、吸入空気がコンプレッサ６２によって圧縮される。このようにして圧縮（過給）された吸入空気は、吸気管１２と吸気管１６との間に設けられるインタークーラ１４において冷却されてインテークマニホールド１０を経由してエンジン本体２に供給される。
【0027】
エンジン本体２においては、インテークマニホールド１０から吸入される吸入空気と、燃料噴射装置から気筒４内に供給される燃料との混合気が気筒４内で燃焼する。気筒４内での混合気の燃焼によって燃焼圧力が生じて、気筒４内に収納されるピストンが動作し、クランク機構を介して出力軸（いずれも図示せず）が回転する。気筒４内での混合気の燃焼により生じた排気は、エキゾーストマニホールド５０を介してタービン６４に供給される。
【0028】
ＥＧＲ装置２０は、エキゾーストマニホールド５０を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスと記載する）をインテークマニホールド１０に戻すように構成される。ＥＧＲガスは、吸入空気とともにインテークマニホールド１０から気筒４に流通する。ＥＧＲガスが気筒４に導入されることによって燃焼温度が下がり、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減が図られる。また、吸気損失や冷却損失の低減から燃費向上が図られる。
【0029】
ＥＧＲ装置２０は、第１循環通路２２と、ＥＧＲバルブ２４と、第２循環通路２６と、第３循環通路２８と、ＥＧＲクーラ３０と、第４循環通路３２とを含む。
【0030】
第１循環通路２２の一方端は、インテークマニホールド１０に接続される。第１循環通路２２の他方端は、ＥＧＲバルブ２４に接続される。
【0031】
第２循環通路２６の一方端は、ＥＧＲバルブ２４に接続される。第２循環通路２６の他方端は、ＥＧＲクーラ３０に接続される。
【0032】
ＥＧＲクーラ３０は、内部に収納される熱交換器（図示せず）を含む。熱交換器は、たとえば、エンジン本体２内を流通する冷却水が流通するように構成される。そのため、熱交換器においては、ＥＧＲクーラ３０内を流通するＥＧＲガスの温度が低下される。ＥＧＲクーラ３０におけるＥＧＲガスの冷却により第１循環通路２２を流通するＥＧＲガスのガス体積を縮小させることができ、多くのＥＧＲガスを吸気通路に戻すことが可能となる。
【0033】
第３循環通路２８の一方端は、ＥＧＲクーラ３０に接続される。第３循環通路２８の他方端は、エキゾーストマニホールド５０に接続される。
【0034】
第４循環通路３２の一方端は、第３循環通路２８の途中の所定位置に接続される。第４循環通路３２の他方端は、ＥＧＲバルブ２４に接続される。
【0035】
ＥＧＲバルブ２４は、第１循環通路２２の他方端と、第２循環通路２６の一方端と、第４循環通路３２の他方端とを接続する三方弁である。ＥＧＲバルブ２４は、制御装置１００からの制御信号に応じて、第１循環通路２２と第２循環通路２６とを連通状態にし、かつ、第１循環通路２２および第２循環通路２６の各々と第４循環通路３２とを遮断状態にする第１状態と、第１循環通路２２と第４循環通路３２とを連通状態にし、かつ、第１循環通路２２および第４循環通路３２の各々と第２循環通路２６とを遮断状態にする第２状態との間で切り替え可能に構成される切替弁である。
【0036】
ＥＧＲバルブ２４が第１状態に切り替えられることにより、エキゾーストマニホールド５０から流通する排気は、ＥＧＲクーラ３０を経由してインテークマニホールド１０に流通する。そのため、以下、ＥＧＲバルブ２４を第１状態にする制御モードを「クーラモード」と記載する。
【0037】
また、ＥＧＲバルブ２４が第２状態に切り替えられることにより、エキゾーストマニホールド５０から流通する排気は、ＥＧＲクーラ３０を経由せずにインテークマニホールド１０に流通する。そのため、以下、ＥＧＲバルブ２４を第２状態にする制御モードを「バイパスモード」と記載する。
【0038】
エキゾーストマニホールド５０からタービン６４を介して排気管５２に流通する排気は、排気浄化装置６６に流通する。排気浄化装置６６は、たとえば、各種触媒（たとえば、排気中の未燃成分を酸化する酸化触媒や排気中の窒素酸化物の還元が可能なＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒等）や、排気に含まれるＰＭ（Particulate Matter）を捕集するＰＭ除去フィルタ（いずれも図示せず）とを含む。
【0039】
制御装置１００には、水温センサ１０２が接続される。水温センサ１０２は、エンジン本体２に設けられ、エンジン本体２に設けられる冷却水通路内を流通するクーラントの温度（以下、水温と記載する）Ｔｗを検出する。水温センサ１０２は、検出した水温Ｔｗを示す信号を制御装置１００に送信する。
【0040】
制御装置１００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プラグラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）およびＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むメモリ（いずれも図示せず）とを含む。
【0041】
制御装置１００は、各種センサ（たとえば、上述した水温センサ１０２など）からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジンシステム１が所望の運転状態になるように各種機器（たとえば、ＥＧＲバルブ２４など）を制御する。なお、制御装置１００が実行する各種処理については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。
【0042】
制御装置１００は、たとえば、エンジンシステム１が作動状態であって、かつ、水温Ｔｗがしきい値よりも低い冷間時においては、制御モードをバイパスモードとし、第２状態になるようにＥＧＲバルブ２４を制御する。また、制御装置１００は、たとえば、エンジンシステム１が作動状態であって、かつ、水温Ｔｗがしきい値以上になる暖機完了時においては、制御モードをクーラモードとし、第１状態になるようにＥＧＲバルブ２４を制御する。このように冷間時においては、吸気に戻される排気が過剰に冷却されることを抑制し、暖機後には吸気に戻される排気がＥＧＲクーラ３０を用いて冷却される。そのため、エンジンシステム１の状態に応じてインテークマニホールド１０に戻される排気の温度が適切な温度になるようにＥＧＲバルブ２４が制御される。
【0043】
上述のようなエンジンシステム１において、バキュームポンプ６が上述したように機械式のポンプである場合には、バキュームポンプ６は、エンジンシステム１の動作中においては、常に吸引動作が行なわれ、負圧作動機器に対して常時負圧を供給した状態になる。そのため、バキュームポンプ６の駆動による摩擦損失が常に生じ、エンジンシステム１の燃費の悪化の要因となっている。
【0044】
以下、比較例として、図２を参照して、本実施の形態における負圧作動機器であるＥＧＲバルブ２４に負圧を供給するための配管構成の一例について説明する。
【0045】
【0046】
吸気口６ａには、配管７２の一方端が接続される。配管７２の他方端には、切替弁７０に接続される。切替弁７０には、配管７４の一方端が接続される。配管７４の他方端は、ＥＧＲバルブ２４の負圧室に接続される。吐出口６ｂは、エンジン本体２の開口部に接続される。
【0047】
切替弁７０は、配管７２と配管７４とを連通する連通状態と、配管７２と配管７４とを遮断しつつ、配管７４を大気開放する遮断状態とのうちのいずれか一方の状態から他方の状態に切替可能な電磁弁であって、制御装置１００からの制御信号に応じて動作する。
【0048】
ＥＧＲバルブ２４は、たとえば、負圧室と、負圧室に隣接して設けられる弁体と、弁体を初期位置に保持するように設けられる弾性部材（いずれも図示せず）とを含む。切替弁７０によって配管７２と配管７４とが連通状態になると、バキュームポンプ６の駆動によってＥＧＲバルブ２４の負圧室内の圧力が負圧になる。ＥＧＲバルブ２４の負圧室内の圧力が負圧になると、弁体が初期位置から所定位置に移動し、ＥＧＲバルブ２４は、第２状態になる。一方、切替弁７０によって配管７２と配管７４とが遮断状態になり、配管７４が大気開放されると、負圧室内の圧力が正圧になる。負圧室内の圧力が正圧になると、弁体が所定位置から初期位置に戻り、ＥＧＲバルブ２４は、第１状態になる。
【0049】
このような構成である場合には、ＥＧＲバルブ２４の制御モードの変更に対する応答性を確保するために、バキュームポンプ６は、常に第１配管７２内を負圧状態にするために常に吸引動作が行なわれることになる。そのため、エンジンシステム１の燃費の悪化の要因となり得る。
【0050】
そこで、本実施の形態においては、エンジンシステム１は、排気管５４とバキュームポンプ６の吸気口６ａとを接続する配管７８（図３参照）と、配管７８に設けられ、排気管５４とバキュームポンプ６とを連通する連通状態と、排気管５４とバキュームポンプ６とを遮断する遮断状態との間で切り替え可能な切替弁（以下、開閉弁と記載する）８０（図３参照）とを備えるものとする。そして、制御装置１００は、ＥＧＲバルブ２４が第２状態になることが要求される場合に遮断状態になり、ＥＧＲバルブ２４が第１状態になることが要求される場合に連通状態になるように開閉弁８０を制御するものとする。
【0051】
このようにすると、ＥＧＲバルブ２４が第１状態になることが要求される場合には、開閉弁８０によって配管７８が連通状態になるため、排気管５４から配管７８を経由して排気が吸引されることによって排気管５４内の圧力を低下させることができる。これにより、ポンピングロスが低減し、燃費の悪化を抑制することができる。
【0052】
以下に、本実施の形態におけるバキュームポンプ６とＥＧＲバルブ２４と排気管５４とを接続する配管構成の一例について図３を用いて詳細に説明する。図３は、本実施の形態におけるバキュームポンプ６とＥＧＲバルブ２４と排気管５４とを接続する配管構成の一例を示す図である。
【0053】
図３に示すように、バキュームポンプ６は、吸気口６ａ，６ｃと吐出口６ｂとを含む。吸気口６ａには、配管７６の一方端が接続される。配管７６の他方端は、ＥＧＲバルブ２４の負圧室に接続される。吐出口６ｂは、エンジン本体２の開口部に接続される。
【0054】
吸気口６ｃには、配管７８の一方端が接続される。配管７８の他方端は、排気管５４における所定位置に接続される。配管７８の途中には、開閉弁８０が設けられる。
【0055】
開閉弁８０は、配管７８における気体を流通を可能とする連通状態と、配管７８における気体の流通を遮断する遮断状態との間で状態の切り替えが可能な電磁弁であって、制御装置１００からの制御信号に応じて動作する。
【0056】
なお、ＥＧＲバルブ２４の構成は、図２で示すＥＧＲバルブ２４の構成と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【0057】
このような構成において、制御装置１００は、たとえば、エンジンシステム１が作動状態であって、かつ、水温Ｔｗがしきい値以上の暖機完了時である場合には、開閉弁８０を連通状態にする制御１を実行する。また、制御装置１００は、たとえば、エンジンシステム１が作動状態であって、かつ、水温Ｔｗがしきい値よりも低い冷間時である場合には、開閉弁８０を遮断状態にする制御２を実行する。
【0058】
以下、図４を参照して、制御装置１００の処理の一例について説明する。図４は、制御装置１００の処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、制御装置１００により、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【0059】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置１００は、エンジンシステム１が作動状態であるか否かを判定する。制御装置１００は、たとえば、エンジンシステム１の始動要求に応じてエンジンシステム１が作動状態になるときにオン状態に設定されるフラグを用いてエンジンシステム１が作動状態であるか否かを判定してもよいし、あるいは、エンジン回転数がしきい値以上であって、かつ、燃料噴射量の制御指令値がしきい値以上である場合にエンジンシステム１が作動状態であると判定してもよい。エンジンシステム１が作動状態であると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。なお、エンジンシステム１が作動状態でないと判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了される。
【0060】
Ｓ１０２にて、制御装置１００は、水温Ｔｗがしきい値以上であるか否かを判定する。しきい値は、エンジンシステム１の暖機が完了しているか否かを判定するための値であって、たとえば、実験等によって適合される予め定められた値である。水温Ｔｗがしきい値以上であると判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。
【0061】
Ｓ１０４にて、制御装置１００は、制御１を実行する。すなわち、制御装置１００は、開閉弁８０を連通状態にする。なお、水温Ｔｗがしきい値よりも低いと判定される場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０６に移される。
【0062】
Ｓ１０６にて、制御装置１００は、制御２を実行する。すなわち、制御装置１００は、開閉弁８０を遮断状態にする。
【0063】
図５は、制御１および制御２の各々に対応した開閉弁８０の状態、配管７６，７８の状態およびＥＧＲバルブ２４の制御モードを表形式で示した図である。制御１が実行されると、図５に示すように、開閉弁８０が連通状態になることにより、配管７８における気体の流通が可能となり、バキュームポンプ６の吸気口６ａと排気管５４とが接続された状態になる。そのため、制御１が実行されると、バキュームポンプ６の駆動により配管７８を経由して排気管５４から排気が吸い込まれた状態になる。その結果、排気管５４内の圧力が低下する。
【0064】
図６は、熱効率と排気管５４内の圧力との関係の一例を示す図である。図６の縦軸は、エンジンシステム１における熱効率を示す。図６の横軸は、排気管５４内の圧力を示す。図６のＬＮ１は、排気管５４内の圧力の変化に対する熱効率の変化の一例を示す。図６に示すように熱効率と圧力とは、排気管５４内の圧力が低下するほど熱効率は高くなり、排気管５４内の圧力が増加するほど熱効率が低くなる関係を有する。なお、図６のＬＮ１には、熱効率と排気管５４内の圧力とが線形の関係を有する場合が一例として示されるが、特に線形の関係を有することに限定されるものではなく、非線形の関係であってもよい。
【0065】
このように、制御１が実行されることによって排気管５４内の圧力が低下すると、エンジンシステム１の熱効率が高くなるため、燃費向上の効果が得られる。
【0066】
排気管５４から排気が吸い込まれる場合においては、配管７８の圧力は正圧となる。このとき、配管７６内の圧力は、正圧になるか、あるいは、負圧になったとしても後述する制御２が実行される場合の圧力よりも昇圧した値となる。そのため、配管７６内がＥＧＲバルブ２４の弁体を移動させるほどの負圧に達しないため、弁体は初期位置で保持され、ＥＧＲバルブ２４は、第１状態になる。そのため、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがクーラモードになる。
【0067】
一方、制御２が実行されると、図５に示すように、開閉弁８０が遮断状態になることにより、配管７８において気体の流通が遮断される、バキュームポンプ６の吸気口６ａと排気管５４とが遮断状態になる。そのため、制御２が実行されると、バキュームポンプ６が駆動しても排気管５４から排気が吸い込まれない。このとき、排気管５４内の圧力低下が生じないため、燃費向上の効果は得られない。
【0068】
排気管５４から排気が吸い込まれない場合においては、配管７８におけるバキュームポンプ６から開閉弁８０までの経路内の圧力は負圧となる。そのため、配管７６内の気体もバキュームポンプ６の駆動によって吸い込まれるため、配管７６内の圧力も負圧となる。そのため、ＥＧＲバルブ２４の負圧室内の圧力が弁体を移動させるほどの負圧に達するため、ＥＧＲバルブ２４が第２状態になる。そのため、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがバイパスモードになる。
【0069】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態における制御装置１００の動作の一例について図７を参照しつつ説明する。図７は、開閉弁８０の制御状態の時間変化の一例とＥＧＲバルブ２４の制御モードの時間変化の一例とを示すタイミングチャートである。図７の横軸は、時間を示す。図７の縦軸は、ＥＧＲバルブ２４の制御モードと、開閉弁８０の制御状態とを示す。図７のＬＮ２は、ＥＧＲバルブ２４の制御モードの時間変化を示す。図７のＬＮ３は、開閉弁８０の制御状態の時間変化を示す。
【0070】
たとえば、エンジンシステム１が作動状態であって、かつ、水温Ｔｗがしきい値以下であって、開閉弁８０が遮断状態であり、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがバイパスモードである場合を想定する。
【0071】
時間Ｔ（０）にて、エンジンシステム１の作動状態が継続しており（Ｓ１００にてＹＥＳ）、水温Ｔｗがしきい値よりも大きくなると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、暖機完了状態になり、制御１が実行される（Ｓ１０４）。制御１が実行されると、図７のＬＮ２およびＬＮ３に示すように、開閉弁８０が連通状態になり、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがクーラモードに変化していく。
【0072】
すなわち、開閉弁８０が連通状態になると、排気管５４から排気が吸い込まれるため、配管７８が正圧になり、配管７６内の圧力が上昇する。これにより、ＥＧＲバルブ２４の負圧室内の圧力が上昇していき、弁体が所定位置から初期位置へと時間の経過とともに変化していく。
【0073】
時間Ｔ（１）にて、ＥＧＲバルブ２４の弁体が初期位置に戻ると、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがクーラモードになり、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３０を経由して吸気通路に流通する。そのため、図７のＬＮ２に示すように、開閉弁８０が遮断状態から連通状態へと変化してから一定時間が経過した後に、図７のＬＮ３に示すように、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがバイパスモードからクーラモードへと変化することとなる。
【0074】
一方、時間Ｔ（３）になるまでの間に、エンジンシステム１の非作動状態が継続する期間があるなどして、水温Ｔｗが再びしきい値以下の未暖機状態になる場合を想定する。エンジンシステム１が作動状態になり（Ｓ１００にてＹＥＳ）、水温Ｔｗがしきい値以下である場合には（Ｓ１０２にてＮＯ）、制御２が実行される（Ｓ１０６）。制御２が実行されると、図７のＬＮ２およびＬＮ３に示すように、開閉弁８０が遮断状態になり、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがバイパスモードに変化していく。
【0075】
すなわち、開閉弁８０が遮断状態になると、排気管５４から排気が吸い込まれなくなるため、配管７６内の圧力が低下する。その結果、ＥＧＲバルブ２４の負圧室内の圧力が低下していき、弁体が初期位置から所定位置へと時間の経過とともに変化していく。
【0076】
時間Ｔ（４）にて、ＥＧＲバルブ２４の弁体が所定位置に移動すると、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがバイパスモードになり、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３０を経由せずに吸気通路に流通する。そのため、図７のＬＮ２に示すように、開閉弁８０が連通状態から遮断状態へと変化してから一定時間が経過した後に、図７のＬＮ３に示すように、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがクーラモードからバイパスモードへと変化することとなる。
【0077】
以上のようにして、本実施の形態に係るエンジンシステム１によると、開閉弁８０が遮断状態である場合には、バキュームポンプ６によって配管７６内の気体が吸気口６ａから吸引されることによってＥＧＲバルブ２４に対して負圧を供給して、ＥＧＲバルブ２４を第２状態にすることができる。また、開閉弁８０が連通状態である場合には、排気管５４から排気が吸引されることによって配管７６内からの気体の吸引が阻害されることによってＥＧＲバルブ２４への負圧の供給を停止して、ＥＧＲバルブ２４を第１状態にすることができる。また、排気管５４から排気が吸引されることによって排気管５４内の圧力を低下させることができる。これにより、ポンピングロスが低減し、燃費の悪化を抑制することができる。したがって、バキュームポンプの駆動による燃費の悪化を抑制するエンジンシステムを提供することができる。
【0078】
さらに、配管７８の一方端を排気浄化装置６６よりも下流の排気管５４に接続することにより、バキュームポンプ６により吸引された、排気浄化装置６６により浄化された排気をエンジンシステム１の吸気に戻すことができる。
【0079】
さらに、ハイブリッド車両（特に、シリーズハイブリッド車両）においては、エンジンシステム１は、発電源としてのみ使用されるため、エンジンシステム１の動作点（たとえば、エンジントルクとエンジン回転数とによって示される動作点）としては、一点あるいは狭い範囲で使用される。そのため、ＥＧＲバルブ２４は、水温Ｔｗによって制御モードが切り替えられるため、頻繁な制御モードの切り替えもなく、また、制御モードの切り替えにおいて高い応答性は求められない。そのため、このような使用態様のハイブリッド車両に図３で示した上述の配管構成を適用することにより、制御モードを適切に変更しつつ、燃費向上の効果を得ることができる。
【0080】
以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態では、バキュームポンプ６は、吸引した気体をエンジン本体２内に吐出される構成を一例として説明したが、たとえば、エンジン本体２の外部に吐出する構成であってもよい。バキュームポンプ６には、排気浄化装置６６により浄化された排気が吸引されるため、浄化されていない排気が外部に排出されることを抑制しつつ、燃費の悪化を抑制することができる。
上述の実施の形態では、バキュームポンプ６は、吸引した気体をエンジン本体２内に吐出される構成を一例として説明したが、たとえば、エンジン本体２の外部に吐出する構成であってもよい。バキュームポンプ６には、排気浄化装置６６により浄化された排気が吸引されるため、浄化されていない排気が外部に排出されることを抑制しつつ、燃費の悪化を抑制することができる。
【0081】
さらに上述の実施の形態では、負圧作動機器としてＥＧＲバルブ２４を一例として説明したが、負圧作動機器は、たとえば、ＥＧＲ装置２０に設けられ、ＥＧＲガスの流量を調整する調整弁であってもよい。調整弁は、たとえば、ＥＧＲガスの流量を制限しない第１開度と、ＥＧＲガスの流量を制限する第２開度との間で開度の切替えが可能に構成される。
【0082】
さらに上述の実施の形態では、配管７８の一方端を排気管５４に接続する構成を一例として説明したが、配管７８の一方端の接続先としては排気通路であればよく、特に排気管５４に限定されるものではない。たとえば、配管７８の一方端は、ターボチャージャ６０の下流の排気管５２に接続されるようにしてもよい。このようにすると、配管７８を連通状態にすることで、排気管５２内の圧力を低下させてポンピングロスを低減できるとともに、タービン６４のタービンブレードが回転しやすくなり、ターボチャージャ６０を応答性よく作動させることができる。
【0083】
さらに上述の実施の形態では、ＥＧＲバルブ２４に負圧が供給されることで制御モードがバイパスモードになり、負圧の供給が停止されることで制御モードがクーラモードになる場合を一例として説明したが、たとえば、ＥＧＲバルブ２４に負圧が供給されることで制御モードがクーラモードになり（すなわち、ＥＧＲバルブ２４が第１状態になり）、負圧の供給が停止されることで制御モードがバイパスモードになる（すなわち、ＥＧＲバルブ２４が第２状態になる）ようにしてもよい。
【0084】
さらに上述の実施の形態では、ＥＧＲ装置２０は、インテークマニホールド１０とエキゾーストマニホールド５０とを接続するＨＰＬ（High Pressure Loop）－ＥＧＲである場合を一例に説明したが、たとえば、吸気管１８と排気管５２または排気管５４とを接続するＬＰＬ（Low Pressure Loop）－のＥＧＲであってもよい。
【0085】
さらに上述の実施の形態では、図３に示すように、バキュームポンプ６と、ＥＧＲバルブ２４と、排気管５４とを接続する配管構成として、図２に示す切替弁７０を有しない構成を一例として説明したが、図２に示す切替弁７０をさらに有する構成であってもよい。
【0086】
図８は、変形例におけるバキュームポンプ６とＥＧＲバルブ２４と排気管５４とを接続する配管構成の一例を示す図である。図８において、バキュームポンプ６の吸気口６ａとＥＧＲバルブ２４の負圧室とを接続する配管構成は、図２に示す、バキュームポンプ６の吸気口６ａとＥＧＲバルブ２４の負圧室とを接続する配管構成と同じ構成である。そのため、吸気口６ａとＥＧＲバルブ２４の負圧室とを接続する、切替弁７０および配管７２，７４の構成についての詳細な説明は繰り返さない。さらに、図８において、吸気口６ｃと排気管５４とを接続する配管構成は、図３に示す、吸気口６ｃと排気管５４とを接続する配管構成と同じ構成である。そのため、吸気口６ｃと排気管５４とを接続する、配管７８および開閉弁８０の構成についての詳細な説明は繰り返さない。
【0087】
図９は、変形例における切替弁７０および開閉弁８０の制御状態の時間変化の一例とＥＧＲバルブ２４の制御モードの時間変化の一例とを示すタイミングチャートである。図９の横軸は、時間を示す。図９の縦軸は、ＥＧＲバルブ２４の制御モードと、切替弁７０の制御状態と、開閉弁８０の制御状態とを示す。図９のＬＮ４は、ＥＧＲバルブ２４の制御モードの時間変化を示す。図９のＬＮ５は、切替弁７０の制御状態の時間変化を示す。図９のＬＮ６は、開閉弁８０の制御状態の時間変化を示す。
【0088】
変形例において制御装置１００は、制御１を実行する場合には、開閉弁８０を遮断状態にするとともに、遮断状態にした時点から所定時間が経過した後に切替弁７０を連通状態にする。また、変形例において制御装置１００は、制御２を実行する場合には、開閉弁８０を連通状態にするとともに、切替弁７０を遮断状態（すなわち、配管７４を大気開放状態）にする。
【0089】
なお、変形例において制御装置１００が実行する処理は、図４のフローチャートを用いて説明した処理と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【0090】
たとえば、エンジンシステム１が作動状態であって、かつ、水温Ｔｗがしきい値以下であって、開閉弁８０が遮断状態であり、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがバイパスモードである場合を想定する。
【0091】
時間Ｔ（４）にて、エンジンシステム１の作動状態が継続しており（Ｓ１００にてＹＥＳ）、水温Ｔｗがしきい値よりも大きくなると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、暖機完了状態になり、制御１が実行される（Ｓ１０４）。制御１が実行されると、図９のＬＮ５およびＬＮ６に示すように、切替弁７０が遮断状態になるとともに、開閉弁８０が連通状態になる。
【0092】
切替弁７０が遮断状態になると、配管７４が大気開放状態になるため、ＥＧＲバルブ２４の負圧室内の圧力は、大きく上昇し、弁体が所定位置から初期位置に戻ることにより、ＥＧＲバルブ２４は、第１状態になる。そのため、図９のＬＮ４に示すように、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがクーラモードに変化する。
【0093】
一方、時間Ｔ（５）になるまでの間に、エンジンシステム１の非作動状態が継続する期間があるなどして、水温Ｔｗが再びしきい値以下の未暖機状態になる場合を想定する。エンジンシステム１が作動状態になり（Ｓ１００にてＹＥＳ）、水温Ｔｗがしきい値以下である場合には（Ｓ１０２にてＮＯ）、制御２が実行される（Ｓ１０６）。制御２が実行されると、図９のＬＮ６に示すように、開閉弁８０が遮断状態になる。開閉弁８０が遮断状態になると、排気管５４から排気が吸い込まれなくなるため、配管７４内の圧力が低下していく。
【0094】
時間Ｔ（５）から所定時間経過後の時間Ｔ（６）にて、配管７４内の圧力が十分に低下した状態になるため、図９のＬＮ５に示すように、切替弁７０が遮断状態になると、ＥＧＲバルブ２４の弁体が初期位置から所定位置に速やかに移動することにより、ＥＧＲバルブ２４は、第２状態になる。そのため、図９のＬＮ４に示すように、ＥＧＲバルブ２４の制御モードがバイパスモードに変化する。
【0095】
このように、図８に示すような切替弁７０をさらに含む配管構成とすることにより、ＥＧＲバルブ２４の制御モードを応答性良く変更することが可能となる。
【0096】
なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0097】
１ エンジンシステム、２ エンジン本体、４ 気筒、６ バキュームポンプ、６ａ，６ｃ 吸気口、６ｂ 吐出口、１０ インテークマニホールド、１２，１６，１８ 吸気管、１４ インタークーラ、２０ ＥＧＲ装置、２２ 第１循環通路、２４ ＥＧＲバルブ、２６ 第２循環通路、２８ 第３循環通路、３０ ＥＧＲクーラ、３２ 第４循環通路、４０ エアクリーナ、５０ エキゾーストマニホールド、５２，５４ 排気管、６０ ターボチャージャ、６２ コンプレッサ、６４ タービン、６６ 排気浄化装置、７０ 切替弁、７２，７４，７６，７８ 配管、８０ 開閉弁、１００ 制御装置、１０２ 水温センサ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】