(57)【要約】【課題】吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスにおいて発生する凝縮水を除去した混合ガスをエンジンの吸気系統に供給する排気ガス再循環システムを提供することを課題とする。【解決手段】排気ガス再循環システム１０１は、ターボチャージャ２を備えるエンジン１に用いられ、ターボチャージャ２の吸気口２ａａに連通する吸気通路１１と、吸気通路１１におけるＥＧＲ接続部１１ｂに接続し、排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路１１に還流するＥＧＲガス通路４１と、吸気通路１１のＥＧＲ接続部１１ｂとターボチャージャ２の吸気口２ａａとの間に設けられ、吸気通路１１を流通する、吸気通路１１への吸入空気及びＥＧＲガスからなるコンプレッサ吸入ガスに、吸気通路１１の内周に沿って旋回する旋回流を発生させる可変翼２１とを備える。【選択図】図２
2010090806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備える内燃機関に用いられる排気ガス再循環システムであって、
前記過給機の吸気口に連通する吸気通路と、
前記吸気通路におけるＥＧＲ接続部に接続し、排気ガスをＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流するＥＧＲガス通路と、
前記吸気通路の前記ＥＧＲ接続部と前記過給機の前記吸気口との間に設けられ、前記吸気通路を流通する前記吸気通路への吸入空気及び前記ＥＧＲガスからなる混合ガスに、前記吸気通路の内周に沿って旋回する旋回流を発生させる旋回流発生手段と
前記吸気通路にて、前記過給機の前記吸気口と前記翼状体との間に遠心分離により気液を分離する気液分離部と、
を備える排気ガス再循環システム。
【請求項２】
前記旋回流発生手段が、回転自在な翼状体であり、
前記翼状体の回転角度に応じて、前記混合ガスに発生する前記旋回流の回転する速度が変化する
請求項１に記載の排気ガス再循環システム。
【請求項３】
前記気液分離部が、前記気液分離部の内部の液体を排出するための液体排出口を有する
請求項１または２に記載の排気ガス再循環システム。
【請求項４】
前記気液分離部は、二重管式気液分離構造を有する
請求項３に記載の排気ガス再循環システム。
【請求項５】
前記吸気通路への吸入空気量を検出する空気量検出手段と、
前記内燃機関の運転条件に基づき、ＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、
前記混合ガスにおける凝縮水発生量を算出する凝縮水発生量算出手段と、
前記空気量検出手段によって検出される前記吸入空気量、前記ＥＧＲ率算出手段によって算出される前記ＥＧＲ率及び前記凝縮水発生量算出手段によって算出される前記凝縮水発生量に基づき、前記混合ガスに含まれる前記凝縮水を分離する前記旋回流を発生する前記翼状体の前記回転角度を決定する回転角度決定手段と
を備える請求項２〜４のいずれか一項に記載の排気ガス再循環システム。
【請求項６】
前記吸気通路への吸入空気量を検出する空気量検出手段と、
前記内燃機関の運転条件に基づき、ＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、
前記混合ガスにおける凝縮水発生量を算出する凝縮水発生量算出手段と、
前記空気量検出手段によって検出される前記吸入空気量、前記ＥＧＲ率算出手段によって算出される前記ＥＧＲ率及び前記凝縮水発生量算出手段によって算出される前記凝縮水発生量に基づき、前記混合ガスに含まれる前記凝縮水を分離する前記旋回流を発生する前記翼状体の前記回転角度である第一基準値を算出する第一回転角度算出手段と、
前記過給機の前記吸気口における第一圧力を検出する第一圧力検出手段と、
前記過給機から前記内燃機関に前記混合ガスを供給する通路における第二圧力を検出する第二圧力検出手段と、
前記第二圧力と前記第一圧力との比であるコンプレッサ圧力比を算出するコンプレッサ圧力比算出手段と、
前記空気量検出手段によって検出される前記吸入空気量、前記ＥＧＲ率算出手段によって算出される前記ＥＧＲ率及び前記コンプレッサ圧力比算出手段によって算出される前記コンプレッサ圧力比に基づき、前記過給機の前記吸気口におけるサージングを防ぐ前記旋回流を発生する前記翼状体の前記回転角度である第二基準値を算出する第二回転角度算出手段と、
前記第一回転角度算出手段によって算出される前記第一基準値及び前記第二回転角度算出手段によって算出される前記第二基準値の内から一方を選択し、前記翼状体の前記回転角度を決定する第三回転角度決定手段と
を備える請求項２〜４のいずれか一項に記載の排気ガス再循環システム。
【請求項７】
過給機と、前記過給機の吸気口に連通する吸気通路と、前記吸気通路に接続し排気ガスをＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流するＥＧＲガス通路とを備える内燃機関において、
前記吸気通路における前記ＥＧＲガス通路と前記過給機の前記吸気口との間で、前記吸気通路への吸入空気及び前記ＥＧＲガスからなる混合ガスに旋回流を発生させつつ、排気ガスを再循環させる方法であって、
（ａ）前記吸気通路への吸入空気量を検出するステップと、
（ｂ）前記内燃機関の運転条件に基づき、ＥＧＲ率を算出するステップと、
（ｃ）前記吸入空気及び前記ＥＧＲガスからなる混合ガスにおける凝縮水発生量を算出するステップと、
（ｄ）検出される前記吸入空気量、算出される前記ＥＧＲ率及び算出される前記凝縮水発生量に基づき、前記混合ガスの前記旋回流が前記混合ガスに含まれる前記凝縮水を分離するための、前記旋回流の前記大きさを決定するステップと
を行う排気ガスを再循環させる方法。
【請求項８】
過給機と、前記過給機の吸気口に連通する吸気通路と、前記吸気通路に接続し排気ガスをＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流するＥＧＲガス通路とを備える内燃機関において、
前記吸気通路における前記ＥＧＲガス通路と前記過給機の前記吸気口との間で、前記吸気通路への吸入空気及び前記ＥＧＲガスからなる混合ガスに旋回流を発生させつつ、排気ガスを再循環させる方法であって、
（ａ）前記吸気通路への吸入空気量を検出するステップと、
（ｂ）前記内燃機関の運転条件に基づき、ＥＧＲ率を算出するステップと、
（ｃ）前記吸入空気及び前記ＥＧＲガスからなる混合ガスにおける凝縮水発生量を算出するステップと、
（ｄ）検出される前記吸入空気量、算出される前記ＥＧＲ率及び算出される前記凝縮水発生量に基づき、前記混合ガスの前記旋回流が前記混合ガスに含まれる前記凝縮水を分離するための、前記旋回流の第一の大きさを算出するステップと、
（ｅ）前記過給機の前記吸気口における第一圧力及び前記過給機から前記内燃機関に前記混合ガスを供給する通路における第二圧力を検出し、前記第二圧力と前記第一圧力との比であるコンプレッサ圧力比を算出するステップと、
（ｆ）前記検出される前記吸入空気量、前記算出される前記ＥＧＲ率及び算出される前記コンプレッサ圧力比に基づき、前記混合ガスの前記旋回流が前記過給機の前記吸気口におけるサージングを防ぐための、前記旋回流の第二の大きさを算出するステップと、
（ｇ）ステップ（ｄ）により算出された前記旋回流の前記第一の大きさ及びステップ（ｆ）により算出された前記旋回流の前記第二の大きさの内から一方を選択し、前記旋回流の前記大きさを決定するステップと
を行う排気ガスを再循環させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、過給機を備える内燃機関に使用される排気ガス再循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等のエンジンにおける窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出規制が厳しくなっている。しかしながら、ディーゼルエンジンにおいては、理論空燃比に対して空気が過剰な状態で燃焼が行われるため、窒素酸化物の排出量削減のために、ガソリンエンジンで使用される三元触媒を使用することができない。そこで、ディーゼルエンジンでは、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気系統に還流させ、吸入混合ガスに混入させることによって、エンジンにおける燃焼温度を下げ、窒素酸化物の発生を抑制するＥＧＲシステムが一般的に使用されている。
【０００３】
とくに、ディーゼルエンジンでは、燃焼に十分な酸素がある運転領域で、ＥＧＲガスをエンジンの吸気系統に還流させ、燃焼温度を下げることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）を減らすことができる、すなわちＥＧＲ率を高めることができる。一方、多量のＥＧＲガスを還流すると、燃焼室に供給される混合ガスの温度が高くなり、エンジンの燃焼温度を効果的に下げることができない。また、酸素量が不足してくると煤が発生する。そこで、エンジンのシリンダ内に供給できる混合ガスの体積が同じである場合、還流される高温のＥＧＲガスを冷却し、ＥＧＲガスの体積を減少させることで、多量のＥＧＲガスを供給しても、燃焼温度を下げると共に十分な酸素の供給が可能である。そのため、エンジンへ還流されるＥＧＲガスの通路にＥＧＲクーラーが設けられる。
【０００４】
例えば、特許文献１では、エンジンの吸気マニフォールド及び排気マニフォールドに接続されたターボチャージャが設けられている。さらに、このターボチャージャの排気側となるタービンハウジングに接続された排気管の途中に入口部が接続されると共に、ターボチャージャの吸気側となるコンプレッサハウジングに接続された吸気管の途中に出口部が接続されるＥＧＲガス管が設けられている。さらに、ＥＧＲガス管には、入口部より出口部に向かって、内部を流通するＥＧＲガスに含有される固形状の煤を捕捉するためのスートトラップ、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー、ＥＧＲガスの還流量を制御するＥＧＲ率制御バルブが順次設けられており、これらは、ＥＧＲガス管と共にＥＧＲガス還流回路、すなわち、ＥＧＲシステムを構成している。このＥＧＲシステムは、ターボタービン通過後の排気ガスをターボチャージャのコンプレッサの上流に還流するものでＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲと称される。ＬＰＬ−ＥＧＲは、ターボタービン通過後の排気ガスをＥＧＲガスとして利用するので、排気エネルギーを回収して有効に利用しターボチャージャの過給圧を向上させるという特徴と、ＥＧＲガスを過給前の吸気通路に還流するので大量のＥＧＲガスの還流を可能とする特徴を有している。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−７１４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のＥＧＲガス還流回路において、還流するＥＧＲガスの温度の低減手段としてＥＧＲクーラーが設けられているが、ＥＧＲクーラーにおけるＥＧＲガスの冷却時には、凝縮水が発生する。また、ＥＧＲガスは、エンジンに吸入される外気、すなわち、吸入空気と混合される際、吸入空気との温度差により凝縮水を発生させる。ＬＰＬ−ＥＧＲシステムでは、過給前の低温の吸入空気に大量のＥＧＲガスを還流するので、発生する凝縮水の量が多い。
この大量に発生した凝縮水が、ＥＧＲガス及び吸入空気の混合ガスに含まれた状態で、ターボチャージャのコンプレッサハウジング内に吸入されると、吸入された凝縮水によりコンプレッサホイールのインペラが破損してしまう問題がある。
また、ＥＧＲガスには、硫黄、酸素、窒素及び水素が含まれている。このため、凝縮水が、これらの物質と混ざり、硫酸や硝酸等の酸性水溶液となる場合や、アンモニア水等のアルカリ性水溶液になる場合がある。このような酸性又はアルカリ性の水溶液が、吸気管に吸い込まれると、ターボチャージャ、エンジンの吸気系統及びエンジンの内部に腐食が発生するという問題もある。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスにおいて発生する凝縮水を除去した混合ガスをエンジンの吸気系統に供給する排気ガス再循環システム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】
【０００８】
この発明に係る排気ガス再循環システムは、過給機を備える内燃機関に用いられる排気ガス再循環システムであって、過給機の吸気口に連通する吸気通路と、吸気通路におけるＥＧＲ接続部に接続し、排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲガス通路と、吸気通路のＥＧＲ接続部と過給機の吸気口との間に設けられ、吸気通路を流通する吸気通路への吸入空気及びＥＧＲガスからなる混合ガスに、吸気通路の内周に沿って旋回する旋回流を発生させる旋回流発生手段と、吸気通路にて、過給機の吸気口と翼状体との間に遠心分離により気液を分離する気液分離部とを備えることを特徴とする。まず、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラーによる冷却時、及び内燃機関への吸入空気との混合時において、凝縮水を発生する。そこで、この排気ガス再循環システムは、吸気通路に有する旋回流発生手段により、吸気通路において旋回流発生手段と過給機の吸気口との間に、ＥＧＲガス及び吸入空気からなる混合ガスに対して旋回流を発生させる。そして、気液分離部においてこの旋回流により、混合ガスに含まれる凝縮水が遠心分離される。従って、混合ガスに含まれている、ＥＧＲクーラーによって冷却されて発生しＥＧＲガスに含まれていた凝縮水や、ＥＧＲガスが吸入空気と混合される際に発生した凝縮水が、過給機の吸気口に混合ガスが吸入される前に除去されるため、これらの凝縮水による過給機やさらには内燃機関の破損を防止することができる。
【０００９】
旋回流発生手段が、回転自在な翼状体であり、翼状体の回転角度に応じて、混合ガスに発生する旋回流の回転する速度が変化してもよい。これにより、回転自在な翼状体を回転させることによって混合ガスの旋回流の回転する速度が変更されるため、翼状体へ流れる混合ガスの流量及び流速に関係なく、旋回流の回転する速度を確保することができる。従って、内燃機関の運転条件に合わせて旋回流の回転力を調整し、混合ガスに含まれる凝縮水を効果的に除去することができる。
【００１０】
気液分離部が、気液分離部の内部の液体を排出するための液体排出口を有してもよい。これにより、気液分離部において、遠心分離された凝縮水は、液体排出口より気液分離部の外部に排出される。
気液分離部は、二重管式気液分離構造を有してもよい。これにより、気液分離部を二重管式気液分離構造とすることによって、ＥＧＲガス及び吸入空気からなる混合ガスはその旋回流により凝縮水が効果的に除去される。
【００１１】
吸気通路への吸入空気量を検出する空気量検出手段と、内燃機関の運転条件に基づき、ＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、混合ガスにおける凝縮水発生量を算出する凝縮水発生量算出手段と、空気量検出手段によって検出される吸入空気量、ＥＧＲ率算出手段によって算出されるＥＧＲ率及び凝縮水発生量算出手段によって算出される凝縮水発生量に基づき、混合ガスに含まれる凝縮水を分離する旋回流を発生する翼状体の回転角度を決定する回転角度決定手段とを備えてもよい。これにより、内燃機関の運転条件に合わせて翼状体の回転角度を決定し、混合ガスに含まれる凝縮水を除去することができる。さらに、このような内燃機関の運転条件に合わせた翼状体の制御により、翼状体が吸気抵抗となり内燃機関に影響を与える内燃機関の高回転時やＥＧＲガスが吸気通路に流入しない場合等において、翼状体による吸気圧損を低減するように翼状体が制御されるため、内燃機関の性能を向上することができる。
【００１２】
さらに、吸気通路への吸入空気量を検出する空気量検出手段と、内燃機関の運転条件に基づき、ＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、混合ガスにおける凝縮水発生量を算出する凝縮水発生量算出手段と、空気量検出手段によって検出される吸入空気量、ＥＧＲ率算出手段によって算出されるＥＧＲ率及び凝縮水発生量算出手段によって算出される凝縮水発生量に基づき、混合ガスに含まれる凝縮水を分離する旋回流を発生する翼状体の回転角度である第一基準値を算出する第一回転角度算出手段と、過給機の吸気口における第一圧力を検出する第一圧力検出手段と、過給機から内燃機関に混合ガスを供給する通路における第二圧力を検出する第二圧力検出手段と、第二圧力と第一圧力との比であるコンプレッサ圧力比を算出するコンプレッサ圧力比算出手段と、空気量検出手段によって検出される吸入空気量、ＥＧＲ率算出手段によって算出されるＥＧＲ率及びコンプレッサ圧力比算出手段によって算出されるコンプレッサ圧力比に基づき、過給機の吸気口におけるサージングを防ぐ旋回流を発生する翼状体の回転角度である第二基準値を算出する第二回転角度算出手段と、第一回転角度算出手段によって算出される第一基準値及び第二回転角度算出手段によって算出される第二基準値の内から一方を選択し、翼状体の回転角度を決定する第三回転角度決定手段とを備えてもよい。これにより、内燃機関の運転条件に合わせて、混合ガスに含まれる凝縮水の除去を可能にする翼状体の回転角度を算出すると共に、過給機の吸気口におけるサージングの防止を可能にする翼状体の回転角度を算出することができる。そして、これら２つの翼状体の回転角度から１つを選択し翼状体の回転角度を決定することによって、混合ガスからの凝縮水の分離だけでなく、過給機におけるサージングの防止も可能になる。
【００１３】
この発明に係る排気ガスを再循環させる方法は、過給機と、過給機の吸気口に連通する吸気通路と、吸気通路に接続し排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲガス通路とを備える内燃機関において、吸気通路におけるＥＧＲガス通路と過給機の吸気口との間で、吸気通路への吸入空気及びＥＧＲガスからなる混合ガスに旋回流を発生させつつ、排気ガスを再循環させる方法であって、（ａ）吸気通路への吸入空気量を検出するステップと、（ｂ）内燃機関の運転条件に基づき、ＥＧＲ率を算出するステップと、（ｃ）吸入空気及びＥＧＲガスからなる混合ガスにおける凝縮水発生量を算出するステップと、（ｄ）検出される吸入空気量、算出されるＥＧＲ率及び算出される凝縮水発生量に基づき、混合ガスの旋回流が混合ガスに含まれる凝縮水を分離するための、旋回流の大きさを決定するステップとを行うことを特徴とする。これにより、内燃機関の運転条件に合わせて旋回流の大きさを決定し、混合ガスに含まれる凝縮水を除去することができる。
【００１４】
また、この発明に係る排気ガスを再循環させる方法は、過給機と、過給機の吸気口に連通する吸気通路と、吸気通路に接続し排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲガス通路とを備える内燃機関において、吸気通路におけるＥＧＲガス通路と過給機の吸気口との間で、吸気通路への吸入空気及びＥＧＲガスからなる混合ガスに旋回流を発生させつつ、排気ガスを再循環させる方法であって、（ａ）吸気通路への吸入空気量を検出するステップと、（ｂ）内燃機関の運転条件に基づき、ＥＧＲ率を算出するステップと、（ｃ）吸入空気及びＥＧＲガスからなる混合ガスにおける凝縮水発生量を算出するステップと、（ｄ）検出される吸入空気量、算出されるＥＧＲ率及び算出される凝縮水発生量に基づき、混合ガスの旋回流が混合ガスに含まれる凝縮水を分離するための、旋回流の第一の大きさを算出するステップと、（ｅ）過給機の吸気口における第一圧力及び過給機から内燃機関に混合ガスを供給する通路における第二圧力を検出し、第二圧力と第一圧力との比であるコンプレッサ圧力比を算出するステップと、（ｆ）検出される吸入空気量、算出されるＥＧＲ率及び算出されるコンプレッサ圧力比に基づき、混合ガスの旋回流が過給機の吸気口におけるサージングを防ぐための、旋回流の第二の大きさを算出するステップと、（ｇ）ステップ（ｄ）により算出された旋回流の第一の大きさ及びステップ（ｆ）により算出された旋回流の第二の大きさの内から一方を選択し、旋回流の大きさを決定するステップとを行うことを特徴とする。
【００１５】
これにより、内燃機関の運転条件に合わせて、混合ガスに含まれる凝縮水の除去を可能にする旋回流の大きさを算出すると共に、過給機の吸気口におけるサージングの防止を可能にする旋回流の大きさを算出することができる。そして、これら２つの算出された旋回流の大きさから１つを選択し旋回流の大きさを決定することによって、混合ガスからの凝縮水の分離だけでなく、過給機におけるサージングの防止も可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスにおいて発生する凝縮水を除去した混合ガスをエンジンの吸気系統に供給することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態は、ディーゼルエンジンを搭載する車両に用いられる形態を示すものである。
実施の形態
まず、図１〜５を使用して、この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システム１０１を備える内燃機関の構成を示す。
【００１８】
図１に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジン１は、過給機であるターボチャージャ２に連通するが、エンジン吸気通路１ｂによって、内部にコンプレッサホイール２ｃを含むコンプレッサハウジング２ａに連通する。また、エンジン１は、エンジン排気通路１ｃによって、内部にタービンホイール２ｄを含むタービンハウジング２ｂに連通する。なお、ターボチャージャ２は、エンジン１からエンジン排気通路１ｃを介して供給される排気ガスによりタービンホイール２ｄを回転させると共に、タービンホイール２ｄとタービンシャフト２ｅを介して連結されたコンプレッサホイール２ｃを回転させる。さらに、このコンプレッサホイール２ｃの回転により加圧された吸気を、エンジン吸気通路１ｂを介してエンジン１に供給し、エンジン１の出力を向上させるものである。
【００１９】
また、ターボチャージャ２のタービンハウジング２ｂにおける排気口２ｂａには、排気通路３の一方の端部が接続されている。さらに、排気通路３の他方の端部は、エンジン１の稼働時における排気音を低減するマフラ４に接続されており、排気通路３内の排気ガスはマフラ４を介して外部に排出される。
また、ターボチャージャ２及びマフラ４の間において、排気通路３には、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタであるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置、及び排気ガス中に含まれる窒素酸化物の含有量を低減する触媒装置を含む排気ガス処理装置５が設けられている。さらに、排気通路３において、排気ガス処理装置５及びマフラ４の間には、排気ガスの温度を検出するための排気温度センサ１５が設けられている。排気温度センサ１５は、図示しない車両のＥＣＵ８に電気的に接続されており、検出した排気温度情報をＥＣＵ８に送る。
【００２０】
一方、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａにおける吸気口２ａａには、略円筒形状をした気液分離部である気液分離器６が設けられている。
ここで、図２を参照すると、気液分離器６は、吸気口２ａａに向かってその断面積が２段階に増加する略円筒形状をした外殻６ａを有している。外殻６ａは、その略円筒形状をした円筒部が、互いに断面積の異なる円筒状をした第一円筒部６ａｂ及び第二円筒部６ａｃの２つの円筒部によって構成されている。なお、第二円筒部６ａｃは、円筒の径が第一円筒部６ａｂより小さくなっている。さらに、第一円筒部６ａｂ及び第二円筒部６ａｃは、吸気口２ａａ側から、第一円筒部６ａｂ及び第二円筒部６ａｃの順序で配置されており、互いの軸心を同一として軸方向に連結されている。また、外殻６ａは、第一円筒部６ａｂに端面６ａａ、第二円筒部６ａｃに端面６ａｄを有している。
【００２１】
また、気液分離器６は、ターボチャージャ２の吸気口２ａａ側となる端面６ａａを貫通して外殻６ａの内部に突出する気体排出路６ｂを有し、気体排出路６ｂは、気液分離器６の外部で吸気口２ａａと接続されている。なお、外殻６ａ内における気体排出路６ｂの端部６ｂａは、第一円筒部６ａｂの途中まで延びており、気体排出路６ｂの径は、略円筒状をした外殻６ａの径より小さくなっている。さらに、気体排出路６ｂの軸心は、第一円筒部６ａｂの軸心と同一になっている。よって、気液分離器６は、外殻６ａ及び気体排出路６ｂによる二重管構造を有する二重管式気液分離器となっている。
【００２２】
また、気液分離器６における外殻６ａの第二円筒部６ａｃには、第二円筒部６ａｃの内周面に沿って、４つの略扇形状をした板状の翼状体である可変翼２１が等間隔に設けられている（図３参照）。可変翼２１は、その回転中心軸である軸部２１ａの円筒面に２つの略扇形状をした翼部２１ｂが対向するように配置されて形成されている。さらに、可変翼２１は、その軸部２１ａが第二円筒部６ａｃに対してその径方向に向かうようにして取り付けられており、さらに、軸部２１ａを中心として回転自在となっている。また、各可変翼２１の軸部２１ａは、気液分離器６の外部に突出して、図示しないリンク機構により制御モータ２２（図１参照）に接続されており、制御モータ２２の動力により回転するようになっている。さらに、制御モータ２２は、ＥＣＵ８（図１参照）に電気的に接続されており、ＥＣＵ８の制御により動作する。
【００２３】
よって、可変翼２１は、その中心軸２１ＣＬが気液分離器６の第二円筒部６ａｃの軸心に対して傾斜角度αを有するように回転することによって、気液分離器６の端面６ａｄから端面６ａａに向かって流通するガスに対して、第二円筒部６ａｃ及び第一円筒部６ａｂの内周に沿って方向Ａ（図３参照）に旋回する旋回流を発生させる。すなわち、可変翼２１は、旋回流発生手段を構成している。さらに、可変翼２１の傾斜角度α、すなわち、回転角度によって、発生する旋回流の回転する速度は変化し、これにより旋回流の回転力が変化する。そして、傾斜角度αが大きくなるほど、旋回流の回転力は大きくなる。なお、旋回流は、方向Ａ（図３参照）に旋回しつつ、気液分離器６の端面６ａｄから端面６ａａに向かって進むらせん状の流れを形成するが、旋回流の回転する速度は、気液分離器６の軸心に垂直な平面上における、旋回流の回転方向の速度を示すものである。さらに、旋回流の回転力は、旋回流の回転する速度の方向に旋回流が回転する力を示すものである。また、旋回流の方向Ａは、コンプレッサホイール２ｃの回転方向と同じ方向となるように設定される。
【００２４】
また、気液分離器６における外殻６ａの第一円筒部６ａｂの下部には、液体排出路６ｃが接続されており、液体排出路６ｃは液体排出口６ｃａにおいて外殻６ａの内部に開口している。なお、液体排出口６ｃａは、気体排出路６ｂの端部６ｂａより外殻６ａの端面６ａａ側、すなわち、ターボチャージャ２の吸気口２ａａ側に配置されている。
図１に戻り、ターボチャージャ２の吸気口２ａａには、吸気口２ａａを介してコンプレッサハウジング２ａに吸入されるガスの圧力である第一圧力を検出するための第一圧力センサ１６が設けられている。なお、第一圧力センサ１６は、第一圧力検出手段を構成している。
さらに、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａ及びエンジン吸気通路１ｂとの接続部であるコンプレッサ排気口２ａｂには、コンプレッサハウジング２ａよりコンプレッサ排気口２ａｂを介してエンジン１に排出されるガスの圧力である第二圧力を検出するための第二圧力センサ１７が設けられている。なお、第二圧力センサ１７は、第二圧力検出手段を構成している。
また、第一圧力センサ１６及び第二圧力センサ１７はそれぞれ、ＥＣＵ８に電気的に接続されており、検出した圧力値情報をＥＣＵ８に送る。
【００２５】
また、気液分離器６における気体排出路６ｂに対向する端面６ａｄ（図２参照）には、吸気通路１１の一方の端部が接続されている。なお、吸気通路１１の径は、気液分離器６の第二円筒部６ａｃ（図２参照）の径より小さくなっている。この吸気通路１１における気液分離器６との接続部１１ａ（図２参照）において、吸気通路１１の軸心は、気液分離器６の気体排出路６ｂの軸心と同一になっている。
ここで、気液分離器６は吸気通路の一部を形成しており、気液分離器６及び吸気通路１１によって、ターボチャージャ２の吸気口２ａａに連通する吸気通路が構成されている。
【００２６】
また、吸気通路１１の他方の端部はエアクリーナ７に接続されており、エアクリーナ７を介して吸気通路１１内に外気が導入されるようになっている。なお、エアクリーナ７は、外気に含まれるゴミ、埃及び異物等を捕捉し、これらがエンジン１やターボチャージャ２に侵入することを防止するものである。
さらに、吸気通路１１には、吸気通路１１への外気の吸入空気量を検出するための空気量検出手段である空気量センサ１２、及び吸気通路１１に吸入された外気の温度を検出するための吸気温度センサ１３が設けられている。空気量センサ１２及び吸気温度センサ１３はそれぞれ、ＥＣＵ８に電気的に接続されており、検出した吸入空気量情報及び吸入空気温度情報をＥＣＵ８に送る。また、吸気通路１１には、吸気通路１１に吸入された外気の湿度を検出するための湿度センサ１４が設けられている。湿度センサ１４も、ＥＣＵ８に電気的に接続されており、検出した湿度情報をＥＣＵ８に送る。
【００２７】
また、一方の端部が排気通路３における排気ガス処理装置５及びマフラ４の間に接続され、他方の端部が吸気通路１１におけるＥＧＲ接続部１１ｂに接続されるＥＧＲガス通路４１が設けられている。ＥＧＲガス通路４１は、エンジン１から排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして、エンジン１の吸気系統であるターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａの上流に還流するものである。
さらに、ＥＧＲガス通路４１の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー５１が設けられている。また、ＥＧＲガス通路４１において、ＥＧＲクーラー５１及び吸気通路１１の間には、ＥＧＲガス通路４１を開閉するＥＧＲ開閉弁であるＥＧＲバルブ６１が設けられている。なお、ＥＧＲバルブ６１は、ＥＣＵ８に電気的に接続されており、ＥＣＵ８の制御により、ＥＧＲガス通路４１の流路断面積を０〜１００％まで変更することができる。
【００２８】
よって、ＥＧＲガス通路４１、ＥＧＲクーラー５１、及びＥＧＲバルブ６１によりＥＧＲシステムが構成されている。そして、このＥＧＲシステムは、排気ガス処理装置５におけるＤＰＦ装置及び触媒装置による処理後の排気ガスをターボチャージャ２の上流に還流するものでＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲと称される。ＬＰＬ−ＥＧＲは、低温且つ大量のＥＧＲガスの還流を可能とし、さらに、排気エネルギーを回収して有効に利用しターボチャージャ２の過給圧を向上させるという特徴を有している。
【００２９】
また、気液分離器６の液体排出路６ｃは、液体排出路６ｃより排出された液体を貯留するための蓄液器７１の内部に連通している。さらに、蓄液器７１には、蓄液排出路８１の一方の端部が接続されており、蓄液排出路８１の他方の端部は、ＥＧＲガス通路４１及びマフラ４の間において排気通路３と接続している。よって、蓄液器７１内の液体は、蓄液排出路８１を介して、排気通路３におけるマフラ４の上流に排出される。さらに、蓄液排出路８１の途中には、蓄液排出路８１を開閉する開閉バルブ９１が設けられている。なお、開閉バルブ９１は、ＥＣＵ８に電気的に接続されており、ＥＣＵ８の制御により、蓄液排出路８１の流路断面積を０〜１００％まで変更することができる。
上述より、この発明の実施の形態における排気ガス再循環システム１０１は、吸気通路１１、気液分離器６、可変翼２１及びＥＧＲガス通路４１によって構成されている。
【００３０】
次に、図１〜１０を使用して、この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システム１０１及び排気ガス再循環システム１０１を備えるエンジン１の動作を示す。
そこで、まず、エンジン１の動作を説明する。
図１を参照すると、エンジン１の稼働時、エアクリーナ７を介して、吸気通路１１に外気が吸入される。さらに、吸入された外気、すなわち、吸入空気は、吸気通路１１を介して気液分離器６にそのまま流入する。そして、気液分離器６に流入した吸入空気は、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａに吸入される。
【００３１】
また、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａに吸入された吸入空気は、コンプレッサハウジング２ａ内のコンプレッサホイール２ｃにより過給されて、エンジン吸気通路１ｂに送られる。送られた吸入空気は、エンジン１に過給された状態で供給され、エンジン１のシリンダ１ａ内において噴射された燃料と吸入空気とが混合されて、自己着火により燃料する。その後、排気ガスとして、エンジン排気通路１ｃに排出される。排出された排気ガスは、ターボチャージャ２のタービンハウジング２ｂに流入し、内部のタービンホイール２ｄ及びタービンホイール２ｄに連結されたコンプレッサホイール２ｃの回転を上昇させつつ、排気通路３に排出される。排気通路３に排出された排気ガスは、排気ガス処理装置５において、粒子状物質及び窒素酸化物の含有量を低減された後、マフラ４を介して図示しない車両の外部に排出される。
【００３２】
次に、排気ガス再循環システム１０１の動作を説明する。
図１を参照すると、排気ガス処理装置５を通過した排気ガスの一部が、ＥＧＲガス通路４１に流入する。流入した排気ガス、すなわち、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー５１によって冷却された後、ＥＧＲバルブ６１を経由して、吸気通路１１に流入する。流入したＥＧＲガスは、エアクリーナ７を介して吸気通路１１に吸入された吸入空気と混合されて、気液分離器６に流入し、その後、吸入空気と混合された状態で、上述の吸入空気と同様にして流通する。なお、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー５１によって冷却される際に凝縮水を発生させ、発生した凝縮水を含んだ状態で、吸気通路１１に流入する。さらに、吸気通路１１に流入するＥＧＲガスは、吸気通路１１内の吸入空気と混合される際、吸入空気との温度差によりさらなる凝縮水を発生する。よって、ＥＧＲガス及び吸入空気の混合ガスであるコンプレッサ吸入ガスは、ＥＧＲクーラー５１及び吸気通路１１において発生した凝縮水を含んだ状態で、気液分離器６に流入する。
【００３３】
また、ＥＧＲガスの気液分離器６への流入量、すなわち、エンジン１の吸気系統への還流量は、ＥＣＵ８によりＥＧＲバルブ６１の開閉度が制御されて調整される。
なお、ＥＣＵ８は、エンジン１の回転数や負荷などの運転条件に合わせた所定のＥＧＲ率を予め記憶している。そして、ＥＣＵ８は、エンジン１の運転条件に基づきその条件に適合したＥＧＲ率を算出し、さらに空気量センサ１２の検出した吸入空気量情報等に基づき、算出したＥＧＲ率にＥＧＲガスの還流量が適合するように、ＥＧＲバルブ６１を制御する。よって、ＥＣＵ８は、ＥＧＲ率算出手段を構成している。また、ＥＧＲ率は、ＥＧＲガス流量／（ＥＧＲガス流量＋吸入空気量）によって示される。
【００３４】
次に、ＥＣＵ８の制御により可変翼２１が図２に示す状態となる時、可変翼２１の中心軸２１ＣＬが気液分離器６の第二円筒部６ａｃの軸心に対して傾斜角度αだけ傾いた状態にある。このとき、吸気通路１１より第二円筒部６ａｃに流入したＥＧＲガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスは、可変翼２１の作用によりその流れの方向が変えられ、可変翼２１の下流側において、図３に示すように第二円筒部６ａｃの内周に沿った方向Ａの旋回流を発生する。なお、可変翼２１の傾斜角度αが増大するに伴って、可変翼２１の作用によるコンプレッサ吸入ガスの旋回流の回転する速度が増大する。
【００３５】
旋回流を発生したコンプレッサ吸入ガスは、第二円筒部６ａｃ及び第一円筒部６ａｂの内周に沿って旋回しつつ、気体排出路６ｂに向かって流れる、すなわち、らせん状に拡がるようにして流れる。そして、コンプレッサ吸入ガスは、気体排出路６ｂを介して、吸気口２ａａよりターボチャージャ２に吸入される。このコンプレッサ吸入ガスの旋回による遠心力によって、ＥＧＲクーラー５１（図１参照）の冷却により発生してＥＧＲガスに含まれていた凝縮水、及び、ＥＧＲガスが吸入空気と混合されることにより発生してコンプレッサ吸入ガスに含まれていた凝縮水は、コンプレッサ吸入ガスから遠心分離され、気液分離器６の第一円筒部６ａｂ及び第二円筒部６ａｃの内周面に付着する。なお、このコンプレッサ吸入ガスに含まれている凝縮水の分離は、コンプレッサ吸入ガスの旋回流の回転する速度が増大することによって、その効果が増大される。
【００３６】
また、コンプレッサ吸入ガスの旋回流はらせん状に拡がるような形状を有しその旋回半径が増大するようになっているため、吸気通路１１において可変翼２１へ流れるコンプレッサ吸入ガスの流量及び流速が小さい場合であっても、内部に含まれる凝縮水には遠心力が作用し、凝縮水の効果的な遠心分離が可能となっている。
付着した凝縮水は、さらなるコンプレッサ吸入ガスから遠心分離された凝縮水により、水滴状になり、気液分離器６の内周面に沿って底部に流下する。この底部に流下した水滴は、第一円筒部６ａｂに流れ、第一円筒部６ａｂの底部に設けられた液体排出口６ｃａより液体排出路６ｃを介して気液分離器６の外部に排出される。
なお、気体排出路６ｂは、気液分離器６の端面６ａａから内部に突出して二重管構造を形成しているため、遠心分離された凝縮水が、気体排出路６ｂに流入することはない。よって、気体排出路６ｂには、凝縮水が分離、除去されたＥＧＲガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスのみが流入する。
よって、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水が、ターボチャージャ２、そして、さらにエンジン１（図１参照）に侵入することが防がれる。
【００３７】
また、図１を参照すると、気液分離器６より排出された凝縮水は、液体排出路６ｃを介して、蓄液器７１に貯留される。蓄液器７１は、蓄液排出路８１を介して排気通路３と連通しており、蓄液器７１に貯留された水は、排気通路３におけるＥＧＲガス通路４１及びマフラ４の間に排出される。排出された水は、排気ガスの排気温度によって水蒸気化されて、図示しない車両の外部に排出される。なお、蓄液器７１からの水の排出流量は、蓄液排出路８１に設けられた開閉バルブ９１によって、蓄液排出路８１の流路断面積が変更されて調整される。また、開閉バルブ９１の開閉は、ＥＣＵ８によって蓄液器７１内の貯留量及び排気通路３における排気温度等の情報に基づいて制御される。
【００３８】
一方、ＥＣＵ８の制御により可変翼２１が図４に示す状態となる時、可変翼２１の中心軸２１ＣＬが気液分離器６の第二円筒部６ａｃの軸心に対して平行となっている（図５参照）。このとき、吸気通路１１より第二円筒部６ａｃに流入したＥＧＲガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスは、第二円筒部６ａｃ及び第一円筒部６ａｂを介して、そのまま、気体排出路６ｂに流入し、吸気口２ａａよりターボチャージャ２に吸入される。よって、吸気通路１１より気液分離器６に吸入されたＥＧＲガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスは、旋回流を発生することなく、ターボチャージャ２の吸気口２ａａに吸入される。
【００３９】
なお、ＥＣＵ８（図１参照）は、エンジン１（図１参照）が高回転状態にある場合等、吸気口２ａａに吸入されるコンプレッサ吸入ガスにおける可変翼２１より受ける吸気抵抗が、エンジン１（図１参照）の性能に悪影響を与える場合、この吸気抵抗による圧損を低減するために可変翼２１を図４に示す状態となるように制御する。また、ＥＣＵ８（図１参照）は、ＥＧＲバルブ６１を閉じ、ＥＧＲガスがＥＧＲガス通路４１より吸気通路１１に流通しない場合についても、可変翼２１を図４に示す状態となるように制御する。さらに、このとき、エンジン１（図１参照）の吸気圧損が低減されるため、エンジン１（図１参照）の性能が向上する。
【００４０】
次に、可変翼２１の詳細な制御方法を以下に示す。
図６を参照すると、可変翼２１の傾斜角度α（図２参照）を求めるためのフローチャートが示される。
まず、ステップＳ１において、空気量センサ１２（図１参照）によって検出された吸入空気量情報がＥＣＵ８（図１参照）に送られる。
ステップＳ２に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、送られた吸入空気量の検出値と、エンジン１（図１参照）の回転数又は負荷とに基づき、これらの情報に対応するＥＧＲ率を算出する。さらに、ＥＣＵ８（図１参照）は、算出したＥＧＲ率に適合するように、ＥＧＲバルブ６１（図１参照）の開閉度を決定し、決定した開閉度に適合するように制御モータ２２に指令を送りＥＧＲバルブ６１（図１参照）を動作させる。
さらに、ステップＳ３に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、次に進むステップをステップＳ４或いはＳ６のいずれかから選択する。そこで、ＥＣＵ８（図１参照）は、ＥＧＲバルブ６１（図１参照）の開度が０％より大きい場合、ステップＳ４を選択する。また、ＥＣＵ８（図１参照）は、ＥＧＲバルブ６１（図１参照）の開度が０％の場合、ステップＳ６を選択する。
【００４１】
ステップＳ４に進むと、ＥＣＵ８（図１参照）は、ＥＧＲガス及び吸入空気が混合されたコンプレッサ吸入ガスにおける凝縮水発生量Ｗを算出する。
ここで、この凝縮水発生量Ｗの算出は、図７に示すフローチャートに基づき行われ、この算出方法について以下に説明する。
まず、ステップＳ２１において、空気量センサ１２（図１参照）による吸入空気量及び吸気温度センサ１３（図１参照）による吸入空気温度の検出値がＥＣＵ８（図１参照）に送られる。なお、吸入空気量の検出値は、上述のステップＳ１（図６参照）のものと同一である。
ステップＳ２２に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、吸入空気温度から吸入空気の飽和水蒸気量を算出する。さらに、ＥＣＵ８（図１参照）は、吸気通路１１に設けられた湿度センサ１４（図１参照）により検出された吸入空気の湿度の検出値を取得し、この湿度の検出値と吸入空気量及び算出した飽和水蒸気量とから、吸入空気中の水分量を算出する。なお、湿度の検出値は、湿度センサ１４（図１参照）を設けずに、予め固定値に設定してもよい。この場合、湿度の固定値は、安全側となる、凝縮水の発生量、すなわち、水分量が多い側に算出されるように設定され、例えば、９０％といった高い値に設定される。
【００４２】
次に、ステップＳ２３に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、排気通路３（図１参照）に設けられた排気温度センサ１５（図１参照）により検出された排気ガス温度の検出値を取得する。なお、この排気ガス温度の検出値は、排気温度センサ１５（図１参照）を設けずに、吸入空気量及びエンジン１（図１参照）の回転数により算出してもよい。予め設定された空燃比により吸入空気量からエンジン１（図１参照）への燃料噴射量が算出され、この燃料噴射量とエンジン１（図１参照）の回転数とから、対応する排気ガス温度の算出が可能である。
さらに、ステップＳ２４に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、燃料噴射量から噴射された燃料の燃焼により発生する水分量を算出する。さらに、ＥＣＵ８（図１参照）は、この燃料による水分量及びステップＳ２２において算出した吸入空気中の水分量の和により、排気ガス中の水分量を算出する。
【００４３】
次に、ステップＳ２５に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、ＥＧＲ率を算出する。なお、このＥＧＲ率は、ステップＳ２（図６参照）において算出したＥＧＲ率である。
その後、ステップＳ２６に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、ステップＳ２１において検出した吸入空気量及び吸入空気温度、並びに、ステップＳ２３において検出した排気ガス温度及びステップＳ２４において算出したＥＧＲ率から、ＥＧＲガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスの温度を算出する。
さらに、ステップＳ２７に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、ステップＳ２２において算出した吸入空気中の水分量、ステップＳ２３において検出した排気ガス温度、ステップＳ２４において算出した排気ガス中の水分量、及びステップＳ２５において算出したＥＧＲ率から、コンプレッサ吸入ガス中の水分量を算出する。
【００４４】
そして、さらに、ステップＳ２８に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、ステップＳ２７において算出したコンプレッサ吸入ガス中の水分量に対応する露点温度を算出する。なお、この露点温度は、飽和水蒸気量及び露点温度の関係を示すマップを予めＥＣＵ８（図１参照）に記憶させておき、このマップを使用することによって容易に算出される。
最後に、ステップＳ２９に進む。ＥＣＵ８（図１参照）は、ステップＳ２８において算出した露点温度、及びステップＳ２６において算出したコンプレッサ吸入ガス温度の差から、コンプレッサ吸入ガスにおいて凝縮されている水分量を算出する。なお、この凝縮水の量は、ステップＳ２７において算出したコンプレッサ吸入ガス中の水分量と、ステップＳ２６において算出したコンプレッサ吸入ガス温度における飽和水蒸気量との差によっても算出することができる。
また、ステップＳ２１〜２９は一連して行われ、所定の単位周期毎に一連のステップＳ２１〜２９が繰り返される。
よって、ＥＣＵ８（図１参照）は、凝縮水発生量算出手段を構成している。
【００４５】
図６に戻ると、ステップＳ４に続いて、ステップＳ５に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、まず、ステップＳ１において送られた吸入空気量及びステップＳ２において算出したＥＧＲ率からコンプレッサ吸入ガスの流量であるコンプレッサ吸入ガス量Ｇを算出する。さらに、ＥＣＵ８（図１参照）は、このコンプレッサ吸入ガス量ＧとステップＳ４において算出した凝縮水発生量Ｗとから、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の分離を可能とする旋回流を発生する可変翼２１の傾斜角度α（図２参照）を算出し、この算出した傾斜角度をその第一基準値である第一傾斜角度α１とする。
そこで、ＥＣＵ８（図１参照）には、図８に示すような、コンプレッサ吸入ガス量Ｇ及び凝縮水発生量Ｗと、可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１との関係を示すマップが記憶されている。
【００４６】
この図８のマップにおける曲線Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３及びＣａ４は、可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１が、４５°を１００％として、０％、２０％、４０％及び８０％のそれぞれの場合において、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の分離が可能なコンプレッサ吸入ガス量Ｇ及び凝縮水発生量Ｗの関係の上限を示すものである。さらに、マップ上において、第一傾斜角度α１が１００％の領域が曲線Ｃａ４より上方の領域、８０％の領域が曲線Ｃａ４以下且つ曲線Ｃａ３より上方の領域、４０％の領域が曲線Ｃａ３以下且つ曲線Ｃａ２より上方の領域、２０％の領域が曲線Ｃａ２以下且つ曲線Ｃａ１より上方の領域、及び０％の領域が曲線Ｃａ１より下方の領域となる。よって、コンプレッサ吸入ガス量Ｇの値及び凝縮水発生量Ｗの値により画定される点が属する領域により、第一傾斜角度α１が求められる。
【００４７】
そこで、例えば、このマップ上において、コンプレッサ吸入ガス量Ｇが値ｇ１であり、凝縮水発生量Ｗが値ｗ１である場合、これらに対応する点はＧＷ１であり、この点ＧＷ１における可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１は８０％、すなわち、３６°となる。よって、このとき、可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１を３６°とすることによって、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水は分離されることになる。
このようにして、ＥＣＵ８（図１参照）は、図８のマップに基づいて、可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１を算出している。また、ＥＣＵ８（図１参照）は、可変翼２１（図２参照）の回転角度の第一基準値である第一傾斜角度α１を算出及び決定する第一回転角度算出手段及び回転角度決定手段を構成している。
【００４８】
従って、図８のマップより、可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１を増大することにより、凝縮水発生量Ｗの増加に対応して、コンプレッサ吸入ガスは、含有する凝縮水が分離されることが可能になる。
なお、凝縮水発生量Ｗは、ステップＳ４（図６参照）において説明したように、ＥＧＲ率により受ける影響が大きくなっている。このため、図８に示すマップは、ＥＧＲ率に基づき可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１を判定するためのマップであるともいえる。
そして、また、このステップＳ５において、ＥＣＵ８（図１参照）は、可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１を算出することにより、コンプレッサ吸入ガスにおいて発生する旋回流の回転力、すなわち、旋回流の回転する速度を算出しているともいえる。
【００４９】
図６に戻り、ステップＳ５の終了後、ステップＳ６に進む。なお、前述したように、ステップＳ３においてＥＧＲバルブ６１（図１参照）の開度が０％である場合、ステップＳ４及びＳ５においてコンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の分離を可能にするような可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１を算出する必要がないため、ステップＳ３からステップＳ６に直接進んでいる。また、この場合、第一傾斜角度α１は、０°に設定される。
ステップＳ６において、図２を参照すると、ＥＣＵ８（図１参照）は、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａにおける出口圧力Ｐｉｍと入口圧力Ｐｉｎとの比である、コンプレッサ圧力比Ｒｐ＝Ｐｉｍ／Ｐｉｎを算出する。出口圧力Ｐｉｍは、コンプレッサハウジング２ａのコンプレッサ排気口２ａｂにおける圧力であり、第二圧力センサ１７（図１参照）によって検出される。また、入口圧力Ｐｉｎは、コンプレッサハウジング２ａの吸気口２ａａにおける圧力であり、第一圧力センサ１６（図１参照）によって検出される。
【００５０】
さらに、第一圧力センサ１６（図１参照）及び第二圧力センサ１７（図１参照）によって検出された吸気口２ａａ及びコンプレッサ排気口２ａｂにおける圧力の検出値がＥＣＵ８（図１参照）に送られ、ＥＣＵ８（図１参照）によりコンプレッサ圧力比Ｒｐが算出される。よって、ＥＣＵ８（図１参照）は、コンプレッサ圧力比Ｒｐを算出するコンプレッサ圧力比算出手段を構成している。
なお、出口圧力Ｐｉｍと入口圧力Ｐｉｎとの関係は、コンプレッサホイール２ｃ及びコンプレッサハウジング２ａの形状によるものであるため、これらの関係は、例えばＰｉｎ＝Ｐｉｍ×係数Ｎｅのように設定することができる。これにより、出口圧力Ｐｉｍ及び入口圧力Ｐｉｎを検出するためにコンプレッサハウジング２ａの吸気口２ａａに第一圧力センサ１６（図１参照）、及びコンプレッサ排気口２ａｂに第二圧力センサ１７（図１参照）をそれぞれ設ける必要があったものが、いずれか一つにのみ圧力センサを設けるだけでよい。よって、コストを低減することができる。
【００５１】
図６に戻り、ステップＳ６の終了後、ステップＳ７に進む。ステップＳ７において、ＥＣＵ８（図１参照）は、ステップＳ５において算出されたコンプレッサ吸入ガス量Ｇと、ステップＳ６において算出されたコンプレッサ圧力比Ｒｐとから、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａの吸気口２ａａにおけるサージングの防止が可能な旋回流を発生する可変翼２１の傾斜角度α（図２参照）を算出する。さらに、この算出した傾斜角度をその第二基準値である第二傾斜角度α２とする。
【００５２】
ここで、サージングについて以下に説明する。
図２を参照すると、ターボチャージャ２では、コンプレッサハウジング２ａの吸気口２ａａにおける入口圧力Ｐｉｎが、コンプレッサハウジング２ａのコンプレッサ排気口２ａｂにおける出口圧力Ｐｉｍより小さくなる。このため、コンプレッサ吸入ガスの流量が少ない流量領域では、コンプレッサハウジング２ａに一旦流入したコンプレッサ吸入ガスがコンプレッサハウジング２ａ内を逆流するため、吸気口２ａａに吸入されるコンプレッサ吸入ガスの流量及び圧力が大きく変動する現象が生じる。そして、このような現象をサージングという。このサージングにより、コンプレッサホイール２ｃは激しく振動し、ターボチャージャ２の安定した運転が損なわれてしまう。
【００５３】
さらに、図１０を参照すると、圧縮機マップが示される。この圧縮機マップは、ターボチャージャ２（図２参照）におけるコンプレッサホイール２ｃ（図２参照）の様々な回転数について、コンプレッサ圧力比Ｒｐに対するコンプレッサ吸入ガス量Ｇをプロットしたものである。
また、図１０のマップにおいて、曲線ｒ１〜ｒ４は、コンプレッサホイール２ｃ（図２参照）の回転数ｒ１〜ｒ４のそれぞれについて、コンプレッサ圧力比Ｒｐに対するコンプレッサ吸入ガス量Ｇをプロットしたものである。さらに、曲線ｅ１〜ｅ４は、ターボチャージャ２の吸入効率を示すものであり、同一の曲線状では吸入効率は同一になっている。そして、吸入効率は、ｅ１＞ｅ２＞ｅ３＞ｅ４という関係になっている。
【００５４】
また、曲線Ｓａは、コンプレッサホイール２ｃ（図２参照）の様々な回転数について、サージングが生じるコンプレッサ吸入ガス量Ｇを示す、サージラインである。そこで、サージラインを曲線Ｓａから破線曲線Ｓｂに遷移させるような作用をターボチャージャ２（図２参照）に付加することにより、サージングが生じるコンプレッサ吸入ガス量Ｇの下限値をさらに下げてサージングが生じにくくすることができる、すなわち、サージ限界を向上させることができる。例えば、コンプレッサハウジング２ａの吸気口２ａａ（図２参照）の上流においてコンプレッサ吸入ガスにコンプレッサホイール２ｃ（図２参照）の回転方向と同方向の旋回流を発生させることにより、コンプレッサ吸入ガスの流量が少ない流量領域においても、コンプレッサハウジング２ａ（図２参照）内におけるコンプレッサ吸入ガス逆流を抑え、サージ限界を向上させることができる。
【００５５】
ステップＳ７の内容に戻り、図９を参照すると、ＥＣＵ８（図１参照）には、コンプレッサ吸入ガス量Ｇ及びコンプレッサ圧力比Ｒｐと、可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２との関係を示すマップが記憶されている。
この図９のマップにおける曲線Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４は、可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２が、４５°を１００％として、０％、２０％、４０％及び８０％のそれぞれの場合において、ターボチャージャ２の吸気口２ａａ（図２参照）でサージ限界となる時のコンプレッサ吸入ガス量Ｇ及びコンプレッサ圧力比Ｒｐの関係を示すものである。さらに、マップ上において、第二傾斜角度α２が１００％の領域が曲線Ｃｂ４より左側の領域、８０％の領域が曲線Ｃｂ４から右側且つ曲線Ｃｂ３より左側の領域、４０％の領域が曲線Ｃｂ３から右側且つ曲線Ｃｂ２より左側の領域、２０％の領域が曲線Ｃｂ２から右側且つ曲線Ｃｂ１より左側の領域、及び０％の領域が曲線Ｃｂ１より右側の領域となる。よって、コンプレッサ吸入ガス量Ｇの値及びコンプレッサ圧力比Ｒｐの値により画定される点が属する領域により、第二傾斜角度α２が求められる。
【００５６】
そこで、例えば、このマップ上において、コンプレッサ吸入ガス量Ｇが値ｇ１であり、コンプレッサ圧力比Ｒｐが値ｒｐ１である場合、これらに対応する点はＧＲ１であり、この点ＧＲ１における可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２は４０％、すなわち、１８°となる。よって、このとき、可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２を１８°とすることによって、ターボチャージャ２の吸気口２ａａ（図２参照）におけるサージングが防止される。
このようにして、ＥＣＵ８（図１参照）は、図９のマップに基づいて、可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２を算出している。また、ＥＣＵ８（図１参照）は、可変翼２１（図２参照）の回転角度の第二基準値である第二傾斜角度α２を算出する第二回転角度算出手段を構成している。
【００５７】
従って、図９のマップより、可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２を増大することにより、コンプレッサ圧力比Ｒｐの増大に対応して、ターボチャージャ２の吸気口２ａａ（図２参照）におけるサージングが防止されることが可能になる。よって、図１０も参照すると、可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２を増大することは、サージ限界を向上することと同一であることになる。
また、図９に示すマップは、サージ限界に基づき可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２を判定するためのマップであるといえる。
そして、また、このステップＳ７において、ＥＣＵ８（図１参照）は、可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２を算出することにより、コンプレッサ吸入ガスにおいて発生する旋回流の回転力、すなわち、旋回流の回転する速度を算出しているともいえる。
【００５８】
次に、ステップＳ７の終了後、ステップＳ８に進む。ステップＳ８において、ＥＣＵ８（図１参照）は、ステップＳ５において算出した、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水を分離するための可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１、及びステップＳ７において算出した、ターボチャージャ２の吸気口２ａａ（図２参照）におけるサージングを防止するための可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２から、可変翼２１の傾斜角度α（図２参照）を算出する。このとき、ＥＣＵ８（図１参照）は、第一傾斜角度α１及び第二傾斜角度α２の内、安全側となる、傾斜角度の大きな方を選択する。すなわち、ＥＣＵ８（図１参照）は、気液分離器（図２参照）内に発生するコンプレッサ吸入ガスの旋回流の回転力が大きくなる方の傾斜角度を選択する。
【００５９】
そこで、例えば、ある運転状態において、コンプレッサ吸入ガス量Ｇがｇ１、凝縮水発生量Ｗがｗ１であり、コンプレッサ圧力比Ｒｐがｒｐ１であった場合、図８より第一傾斜角度α１を決める点がＧＷ１、図９より第二傾斜角度α２を決める点がＧＲ１となる。点ＧＷ１における第一傾斜角度α１は３６°であり、点ＧＲ１における第二傾斜角度α２は１８°である。よって、このとき、ＥＣＵ８（図１参照）は、可変翼２１の傾斜角度α（図２参照）として第一傾斜角度α１の３６°を選択する。
よって、ＥＣＵ８（図１参照）は、可変翼２１の回転角度である傾斜角度α（図２参照）を決定する第三回転角度決定手段を構成している。
さらに、ステップＳ８の終了後、ステップＳ９に進み、ＥＣＵ８（図１参照）は、ステップＳ８において算出した可変翼２１の傾斜角度α（図２参照）に適合するように、制御モータ２２（図１参照）に指令を送り、可変翼２１（図２参照）を動作させる。
また、ステップＳ１〜９は一連して行われ、所定の単位周期毎に一連のステップＳ１〜９が繰り返される。
【００６０】
上述のように、ステップＳ１〜Ｓ５を実施することにより、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水を分離可能な可変翼２１（図２参照）の第一傾斜角度α１を算出することができる。さらに、ステップＳ６〜Ｓ８を実施することにより、ターボチャージャ２の吸気口２ａａ（図２参照）におけるサージングの防止が可能な可変翼２１（図２参照）の第二傾斜角度α２を算出し、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の分離及びサージングの防止の両方を可能とする可変翼２１の傾斜角度α（図２参照）を算出することができる。
【００６１】
このように、この実施の形態に係る排気ガス再循環システム１０１は、ターボチャージャ２を備えるエンジン１に用いられ、ターボチャージャ２の吸気口２ａａに連通する吸気通路１１と、吸気通路１１におけるＥＧＲ接続部１１ｂに接続し、排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路１１に還流するＥＧＲガス通路４１と、吸気通路１１のＥＧＲ接続部１１ｂとターボチャージャ２の吸気口２ａａとの間に設けられ、吸気通路１１を流通する、吸気通路１１への吸入空気及びＥＧＲガスからなるコンプレッサ吸入ガスに、吸気通路１１の内周に沿って旋回する旋回流を発生させる可変翼２１とを備える。
【００６２】
そこで、まず、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー５１による冷却時、及びエンジン１への吸入空気との混合時において、凝縮水を発生する。そして、この排気ガス再循環システム１０１は、可変翼２１により、気液分離器６における可変翼２１と吸気口２ａａとの間において、ＥＧＲガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスに対して旋回流を発生させる。よって、この旋回流により、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水が遠心分離される。従って、コンプレッサ吸入ガスに含まれている、ＥＧＲクーラー５１によって冷却されて発生しＥＧＲガスに含まれていた凝縮水や、ＥＧＲガスが吸入空気と混合される際に発生した凝縮水が、ターボチャージャ２の吸気口２ａａにコンプレッサ吸入ガスが吸入される前に除去されるため、これらの凝縮水によるターボチャージャ２、そしてエンジン１の破損を防止することができる。
【００６３】
また、可変翼２１は回転自在であるため、その傾斜角度αを調整することによって、コンプレッサ吸入ガスに発生する旋回流の回転する流速を調整することができる。さらに、ステップＳ１〜Ｓ５におけるＥＣＵ８の制御により、エンジン１の運転条件に合わせて、可変翼２１の傾斜角度αが算出され、この算出された傾斜角度αを可変翼２１に適用することによって、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水を効果的に除去することができる。また、このようなＥＣＵ８の制御により、可変翼２１が吸気抵抗となりエンジン１に影響を与えるエンジン１の高回転時やＥＧＲバルブ６１が閉じられ吸気通路１１にＥＧＲガスが流入しない場合等において、可変翼２１は、エンジン１の吸気圧損を低減するように傾斜角度αを０°にして制御され得る。従って、凝縮水によるターボチャージャ２及びエンジン１の破損の防止だけでなく、エンジン１の性能の向上を図ることが可能となる。
【００６４】
また、排気ガス再循環システム１０１において、可変翼２１により発生するコンプレッサ吸入ガスの旋回流は、コンプレッサ吸入ガスからの凝縮水の分離効果だけでなく、ターボチャージャ２におけるサージングを防止する効果を有している。そこで、ステップＳ１〜Ｓ９におけるＥＣＵ８の制御により、エンジン１の運転条件に合わせて、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の除去を可能にする可変翼２１の第一傾斜角度α１を算出すると共に、ターボチャージャ２の吸気口２ａａにおけるサージングの防止を可能にする可変翼２１の第二傾斜角度α２を算出することができる。さらに、これら２つの第一傾斜角度α１及び第二傾斜角度α２から大きい方となる１つを選択し可変翼２１の傾斜角度αを決定し、可変翼２１に適用することによって、コンプレッサ吸入ガスの凝縮水の分離だけでなく、ターボチャージャ２におけるサージングの防止も可能となる。
【００６５】
また、吸気通路１１及びターボチャージャ２の吸気口２ａａの間に、内部の凝縮水を排出するための液体排出口６ｃａを有する気液分離器６を設けることにより、気液分離器６において、コンプレッサ吸入ガスの旋回流が発生し、このコンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水が遠心分離されるが、遠心分離された凝縮水は、液体排出口６ｃａより気液分離器６の外部に排出されることが可能になる。
また、気液分離器６を二重管式気液分離構造とすることによって、コンプレッサ吸入ガスは旋回流により凝縮水を効果的に除去されることが可能になる。さらに、二重管式気液分離構造により、コンプレッサ吸入ガスから分離された凝縮水が、気体排出路６ｂ及びターボチャージャ２の吸気口２ａａに流入することを防ぐことが可能となる。
【００６６】
また、排気ガス再循環システム１０１において、可変翼２１の傾斜角度αを増大することは、コンプレッサ吸入ガスからの凝縮水の分離効果の向上及びターボチャージャ２におけるサージ限界の向上効果を有している。さらに、このサージ限界の向上によりターボチャージャ２の過給性能を向上することができる。
また、実施の形態において、可変翼２１は、気液分離器６の内部に設けられていたが、これに限定されるものではなく、吸気通路１１におけるＥＧＲ接続部１１ｂ及び気液分離器６の間に設けてもよい。
【００６７】
また、実施の形態において、気液分離器６は二重管構造を有していたが、これに限られるものではなく、気液分離器６が、吸気通路１１の径、及びターボチャージャ２の吸気口２ａａの径より大きい径を有する単管構造であってもよい。気液分離器６の径を吸気通路１１の径より大きくすることにより、内部の旋回流による遠心力を増大することができ、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水を効果的に分離することができる。さらに、気液分離器６の径を吸気口２ａａの径より大きくすることにより、分離した凝縮水が吸気口２ａａに流入することを防ぐことができる。
【００６８】
また、可変翼２１の形状や枚数は実施の形態に限られるものではなく、気液分離器６に旋回流を発生させる形状、枚数であればよい。
また、実施の形態において、過給機としてターボチャージャ２のみを記載していたが、これに限定されるものではない。過給機は、スーパーチャージャであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システムを備える内燃機関の概略構成を示す全体系統図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システムの構成の要部を示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す模式図である。
【図４】図２において、可変翼を回転させた排気ガス再循環システムの構成の要部を示す図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システムにおける可変翼の制御の流れを示すフローチャートである。
【図７】図６のフローチャートにおける凝縮水発生量を算出する流れを示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システムにおける可変翼の角度、コンプレッサ吸入ガス量及び凝縮水発生量の関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システムにおける可変翼の角度、コンプレッサ吸入ガス量及びコンプレッサ圧力比の関係を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システムにおけるコンプレッサ吸入ガス量、コンプレッサ圧力比及びサージ限界の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  エンジン（内燃機関）、２  ターボチャージャ（過給機）、２ａａ  吸気口（吸気口）、６ｃａ  液体排出口（液体排出口）、６  気液分離器（吸気通路、気液分離部）、８  ＥＣＵ（ＥＧＲ率算出手段、凝縮水発生量算出手段、回転角度決定手段、第一回転角度算出手段、コンプレッサ圧力比算出手段、第二回転角度算出手段、第三回転角度決定手段）、１１  吸気通路（吸気通路）、１１ｂ  接続部（ＥＧＲ接続部）、１２  空気量センサ（空気量検出手段）、１６  第一圧力センサ（第一圧力検出手段）、１７  第二圧力センサ（第二圧力検出手段）、２１  可変翼（旋回流発生手段、翼状体）、４１  ガス通路（ＥＧＲガス通路）、１０１  排気ガス再循環システム、Ｐｉｍ  出口圧力（第二圧力）、Ｐｉｎ  入口圧力（第一圧力）、Ｒｐ  コンプレッサ圧力比（コンプレッサ圧力比）、α  傾斜角度（回転角度）、α１  第一傾斜角度（回転角度の第１基準値）、α２  第二傾斜角度（回転角度の第２基準値）。
【図１】
2010090806.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010090806.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010090806.tif 000011
【図１０】
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