(57)【要約】【課題】ＥＧＲバルブの早期暖機を図ることのできる内燃機関の排気還流装置を提供する。【解決手段】排気還流装置２００は、内燃機関１０の排気通路１５と吸気通路１３とを接続するＥＧＲ通路２０と、ＥＧＲ通路２０の途中に設けられて排気に曝される弁体を有するＥＧＲバルブ４０と、排気通路１５から分岐しておりＥＧＲ通路２０においてＥＧＲバルブ４０よりも排気通路１５側の部位に接続された分岐通路５０と、分岐通路５０に設けられて分岐通路５０を開閉する切り替えバルブ６０と、ＥＧＲバルブ４０及び切り替えバルブ６０の開閉制御を行う制御装置１００とを備えている。この制御装置１００は、ＥＧＲバルブ４０の温度が規定の温度以下であるときには、切り替えバルブ６０を開弁状態にする処理を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられて排気に曝される弁体を有するＥＧＲバルブと、
前記排気通路から分岐しており前記ＥＧＲ通路において前記ＥＧＲバルブよりも排気通路側の部位に接続された分岐通路と、
前記分岐通路に設けられて当該分岐通路を開閉する切り替えバルブと、
前記ＥＧＲバルブ及び前記切り替えバルブの開閉制御を行う制御装置と、を備えており、
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの温度が規定の温度以下であるときには、前記切り替えバルブを開弁状態にする処理を実行する
内燃機関の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気還流装置にはＥＧＲバルブが設けられている。このＥＧＲバルブの温度がＥＧＲガスの露点温度よりも低いときに排気還流を実施すると、ＥＧＲガスに含まれる水分が凝縮することにより、ＥＧＲバルブには腐食性の凝縮水が生じてしまう。そこで、例えば特許文献１に記載の内燃機関では、ＥＧＲバルブを機関冷却水で暖めることにより、冷間始動時においてＥＧＲバルブを早期に暖機するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２３３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、冷間始動時には機関冷却水の温度が低いため、ＥＧＲバルブの暖機に時間がかかってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する内燃機関の排気還流装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の途中に設けられて排気に曝される弁体を有するＥＧＲバルブと、前記排気通路から分岐しており前記ＥＧＲ通路において前記ＥＧＲバルブよりも排気通路側の部位に接続された分岐通路と、前記分岐通路に設けられて当該分岐通路を開閉する切り替えバルブと、前記ＥＧＲバルブ及び前記切り替えバルブの開閉制御を行う制御装置と、を備えている。そして、前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの温度が規定の温度以下であるときには、前記切り替えバルブを開弁状態にする処理を実行する。
【０００６】
同構成によれば、ＥＧＲバルブの温度が規定の温度以下であるときには、上記切り替えバルブが開弁状態になることから、上記分岐通路には排気が流れるようになる。そして、この分岐通路に排気が流れると、ＥＧＲバルブの弁体は、ＥＧＲ通路と分岐通路との接続部位を流れる排気に曝されるため、当該弁体の温度が上昇してＥＧＲバルブ自体の温度も上昇する。ここで、燃焼ガスである排気の温度は機関冷却水の温度よりも高いため、同構成によれば、ＥＧＲバルブをより早期に暖機することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態における内燃機関の排気還流装置を示す模式図。
【図２】同実施形態のＥＧＲバルブの断面図。
【図３】同実施形態において切り替えバルブを開閉するための処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、内燃機関の排気還流装置の一実施形態について、図１〜図３を参照しつつ説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、スロットルバルブ１４を備える吸気通路１３と、排気が流れる排気通路１５とを備えている。
【０００９】
排気通路１５には、排気浄化用の触媒である三元触媒１７が設けられている。排気通路１５において三元触媒１７よりも下流の位置には排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ１８が設けられている。
【００１０】
内燃機関１０は、排気の一部を吸気通路１３に戻す排気還流装置２００を備えている。この排気還流装置２００は、ＥＧＲ通路２０、ＥＧＲクーラ３０、ＥＧＲバルブ４０、分岐通路５０、及び切り替えバルブ６０を備えている。
【００１１】
ＥＧＲ通路２０は排気通路１５と吸気通路１３とを接続する通路であって、三元触媒１７及びフィルタ１８間における排気通路１５と、スロットルバルブ１４よりも下流側の吸気通路１３とを接続している。
【００１２】
ＥＧＲ通路２０の途中には、上記ＥＧＲバルブ４０が設けられている。このＥＧＲバルブ４０が開弁しているときには、ＥＧＲ通路２０内に排気（ＥＧＲガス）が流れる。
ＥＧＲ通路２０においてＥＧＲバルブ４０よりも排気通路１５側には、機関冷却水との間で熱交換を行う水冷式の上記ＥＧＲクーラ３０が設けられている。
【００１３】
また、ＥＧＲ通路２０においてＥＧＲバルブ４０よりも排気通路側の部位、つまりＥＧＲ通路２０におけるＥＧＲバルブ４０及びＥＧＲクーラ間の部位には、フィルタ１８よりも下流の排気通路１５から分岐した上記分岐通路５０が接続されている。本実施形態では、できる限りＥＧＲバルブ４０に近い位置で分岐通路５０とＥＧＲ通路２０とが接続されている。
【００１４】
分岐通路５０の途中には、当該分岐通路５０を開閉する上記切り替えバルブ６０が設けられている。この切り替えバルブ６０が開弁しているときには、分岐通路５０内に排気が流れる。
【００１５】
図２に示すように、上述したＥＧＲバルブ４０はバルブシャフト４１を有している。このバルブシャフト４１は熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウム合金など）で形成されており、棒状の軸部４１Ａや、ＥＧＲバルブ４０内の排気流通路４３を開閉する部位であって排気に曝される円盤状の弁体４１Ｂを備えている。軸部４１Ａの外周面には、当該軸部４１Ａをシールするシール部材４２が設けられている。
【００１６】
また、弁体４１ＢにあってＥＧＲクーラ側に面する表面には多数の突部４１Ｃが設けられている。本実施形態では、それら突部４１Ｃは、環状であって同心円状に形成されている。
【００１７】
図１に示すように、制御装置１００は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）１１０や、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリ１２０を備えている。そして、メモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより各種制御を実行する。
【００１８】
制御装置１００には、内燃機関１０のクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ７０、内燃機関１０の吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ７１、内燃機関１０の冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ７２、外気温度ＴＨｏｕｔを検出する温度センサ７３が接続されている。そして、それら各種センサからの出力信号が制御装置１００には入力される。なお、制御装置１００は、クランク角センサ７０の出力信号Ｓｃｒに基づいて機関回転速度ＮＥを演算する。また、制御装置１００は、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡに基づいて機関負荷率ＫＬを演算する。
【００１９】
そして、制御装置１００は、それらセンサの検出結果に基づき、内燃機関の各種制御や、ＥＧＲバルブ４０及び切り替えバルブ６０の開閉制御といった各種制御を実施する。
制御装置１００は、機関回転速度ＮＥや機関負荷率ＫＬ等に基づいてＥＧＲバルブ４０の開度を調整する。ただし、冷却水温ＴＨＷが規定温度よりも低く、ＥＧＲバルブ４０に排気（ＥＧＲガス）の水分に由来する凝縮水が発生するおそれがある状況下では、ＥＧＲバルブ４０の開弁動作は禁止されて閉弁状態にされる。
【００２０】
また、制御装置１００は、切り替えバルブ６０の開閉制御を以下のようにして実施する。
図３に、切り替えバルブ６０を開閉するための処理手順を示す。なお、制御装置１００は、機関始動後において本処理を所定周期毎に繰り返し実行する。
【００２１】
本処理を開始すると、制御装置１００は、ＥＧＲバルブ４０の温度であるＥＧＲバルブ温度ＴＨｖが規定の温度、ここではＥＧＲバルブ４０において凝縮水が発生する露点温度ＴＨｄｐ以下であるか否かを判定する（Ｓ１００）。ＥＧＲバルブ温度ＴＨｖは、吸気の充填効率、機関回転速度ＮＥ、冷却水温ＴＨＷなどの各種機関運転状態や外気温度ＴＨｏｕｔなどに基づいて制御装置１００が算出する。また、露点温度ＴＨｄｐは、冷却水温ＴＨＷが上記規定温度となっているときにＥＧＲクーラ３０から流出するＥＧＲガスの露点温度であり、予め規定の温度が設定されている。
【００２２】
そして、制御装置１００は、ＥＧＲバルブ温度ＴＨｖが露点温度ＴＨｄｐ以下であると判定する場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、切り替えバルブ６０が開弁状態となるように当該切り替えバルブ６０を制御して（Ｓ１１０）、本処理を一旦終了する。
【００２３】
一方、制御装置１００は、ＥＧＲバルブ温度ＴＨｖが露点温度ＴＨｄｐを超えていると判定する場合（Ｓ１００：ＮＯ）、切り替えバルブ６０が閉弁状態となるように当該切り替えバルブ６０を制御して（Ｓ１２０）、本処理を一旦終了する。
【００２４】
以上説明した本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
（１）ＥＧＲバルブ温度ＴＨｖが露点温度ＴＨｄｐ以下であるときには、ＥＧＲバルブ４０に凝縮水が発生するおそれがあるため、ＥＧＲバルブ４０は閉弁状態にされる一方、切り替えバルブ６０は開弁状態にされる。従って、図１に矢印Ｒにて示すように、三元触媒１７から流出した排気の一部は、ＥＧＲ通路２０やＥＧＲクーラ３０を介して分岐通路５０に流れ込んだ後、フィルタ１８よりも下流側の排気通路１５内に戻る。なお、三元触媒１７とフィルタ１８との間の排気圧は、フィルタ１８よりも下流の排気圧よりも高くなっている。従って、上述したＥＧＲ通路２０を介した分岐通路５０への排気の流れ込みは十分に行われる。
【００２５】
そして、分岐通路５０に排気が流れると、ＥＧＲバルブ４０の弁体４１Ｂは、ＥＧＲ通路２０と分岐通路５０との接続部位を流れる排気に曝されるため、当該弁体４１Ｂの温度が上昇してＥＧＲバルブ４０自体の温度も上昇する。ここで、燃焼ガスである排気の温度は機関冷却水の温度よりも高いため、本実施形態によれば、機関冷却水のみによる暖機と比べて、ＥＧＲバルブ４０をより早期に暖機することができるようになる。
【００２６】
（２）弁体４１Ｂ及び軸部４１Ａを有するバルブシャフト４１は、熱伝導率の高い材料で形成されているため、弁体４１Ｂの温度が上昇すると軸部４１Ａの温度も速やかに上昇する。従って、軸部４１Ａに接触しているシール部材４２の温度も速やかに上昇して、同シール部材４２における凝縮水の発生が抑えられる。そのため、凝縮水によるシール部材４２の劣化に起因したＥＧＲバルブ４０のバルブ固着も抑えることができる。
【００２７】
（３）弁体４１Ｂの表面に複数の突部４１Ｃが設けられているため、弁体４１Ｂにおいて排気に曝される側の表面積は、突部４１Ｃが設けられていない場合と比較して多くなっている。従って、弁体４１Ｂが排気から受ける受熱量が多くなり、弁体４１Ｂの温度は早期に高まるようになる。
【００２８】
（４）冷間始動時におけるＥＧＲバルブ４０の早期暖機を図ることができるため、冷間始動後におけるＥＧＲバルブ４０の開弁可能時期を早めることが可能になる。従って、排気還流をより早期に開始することが可能になり、例えば燃費などを向上させることができる。
【００２９】
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・弁体４１Ｂに突部４１Ｃを設けることにより弁体４１Ｂの表面積を増やすようにしたが、他の形状で弁体４１Ｂの表面積を増やすようにしてもよい。
【００３０】
・弁体４１Ｂに突部４１Ｃを設けるようにしたが、そうした突部４１Ｃを省略して弁体４１Ｂの表面を平らにしてもよい。この場合でも、上記（３）以外の作用効果を得ることができる。
【００３１】
・図２のステップＳ１００において、ＥＧＲバルブ温度ＴＨｖと比較する規定の温度は上記露点温度ＴＨｄｐであった。この他、そうした規定の温度としては、ＥＧＲバルブ４０における凝縮水の発生量を抑える上で適した温度であればよく、例えば露点温度ＴＨｄｐよりもやや高い温度や、露点温度ＴＨｄｐよりもやや低い温度を規定の温度として設定してもよい。
【００３２】
・排気通路１５における分岐通路５０の分岐部位は、排気通路１５においてフィルタ１８よりも下流の部位であった。この他、分岐通路５０に排気を流す上で最適な部位であれば、排気通路１５の他の部位を分岐部位にしてもよい。
【００３３】
・バルブシャフト４１の材質は、熱伝導率の高い材質であればよく、例えばアルミニウム合金以外の金属でもよい。
・ＥＧＲバルブ４０は空冷式でもよい。
【００３４】
・排気還流装置２００においてＥＧＲクーラ３０を省略してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０…内燃機関、１３…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１５…排気通路、１７…三元触媒、１８…フィルタ、２０…ＥＧＲ通路、３０…ＥＧＲクーラ、４０…ＥＧＲバルブ、４１…バルブシャフト、４１Ａ…軸部、４１Ｂ…弁体、４１Ｃ…突部、４２…シール部材、４３…排気流通路、５０…分岐通路、６０…切り替えバルブ、７０…クランク角センサ、７１…エアフロメータ、７２…水温センサ、７３…温度センサ、１００…制御装置、１１０…中央処理装置（ＣＰＵ）、１２０…メモリ、２００…排気還流装置。
【図１】
2020056355.tif 000003
【図２】
2020056355.tif 000004
【図３】
2020056355.tif 000005