(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを吸気通路に還流させる排気ガス還流通路と、
前記排気ガス還流通路に設けられ排気ガスを吸気通路に環流させるか否かを選択的に切り換えるＥＧＲバルブと、
該排気ガス還流通路に設けられて排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記エンジンから該ＥＧＲクーラに導かれてエンジン冷却水を循環する冷却水通路と、
エンジンの冷態時に前記冷却水通路における前記ＥＧＲクーラの上流側のエンジン冷却水を加熱する加熱手段と、
エンジン冷却水温が第１冷却水温よりも低い時に前記加熱手段によりエンジン冷加水を加熱し、エンジン冷却水温が第１冷却水温よりも低い第２冷却水温よりも高い時に前記ＥＧＲバルブを切り換えて排気ガスを吸気通路に環流させるべく制御を行うコントロールユニットと、を具えたことを特徴とする排気ガス還流装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気ガス還流装置において、
前記加熱手段は、前記ＥＧＲクーラ内で排気ガスと冷却水との熱交換が行われるときに該排気ガス中の水分が凝縮しない温度まで該冷却水を加熱することを特徴とする排気ガス還流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の内燃機関から排出された排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気ガス還流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両の内燃機関を駆動することによって排出される排気ガス中には、窒素酸化物などの有害物質が含まれており、これらの窒素酸化物は有害成分としてその排出量が規制されている。この窒素酸化物を低減するものとして、排気ガスを吸気通路に還流させ、燃焼温度の上昇を抑えることで窒素酸化物の生成量を抑制する排気ガス還流装置（ＥＧＲ装置）が知られている。
【０００３】
図３に従来の排気ガス還流装置の概略を示す。図３に示すように、上流端部にエアクリーナ101が装着された吸気管102は、ターボ装置103のコンプレッサ側に接続され、更に、インタークーラ104を介してエンジン105の吸気マニホールド106に接続されている。一方、エンジン105の排気マニホールド107には排気管108の上流端部が接続され、この排気管108はターボ装置103のタービン側に接続され、下流端部にマフラ109が接続されている。また、排気管108から分岐するように排気ガス還流管110が接続され、この排気ガス還流管110の下流端部は吸気管102に接続されており、排気ガス還流管110にはＥＧＲクーラ111が装着されている。このＥＧＲクーラ111にはエンジン105の冷却水配管112が配設され、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行っている。そして、排気ガス還流管110の下流端部にはＥＧＲバルブ113が装着され、このＥＧＲバルブ113はコントロールユニット（ＥＣＵ）114によって開閉制御可能となっている。
【０００４】
従って、エンジン105の排気マニホールド107から排気管108に排出された排気ガスは、ＥＧＲバルブ113の開閉状態に応じて排気ガス還流管110に流動し、ＥＧＲクーラ111にて冷却されてから吸気管102に流動する。そのため、冷却された排気ガスの一部が吸気管102に流れて吸気と共にエンジン105に供給されることとなり、燃焼温度を下げて窒素酸化物を低減できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンの冷態時には、燃焼室が低温であるために排気ガス中には多量の黒煙、ハイドロカーボン、窒素酸化物、一酸化炭素などの有害物質が含まれている。そのため、エンジン始動と同時に排気ガス還流を作動させたいが、上述した従来の排気ガス還流装置にあっては、エンジン105の冷態時には、排気ガスが排気ガス還流管110を通して吸気管102に供給されてしまうことから、燃焼が悪化してハイドロカーボンや一酸化炭素が増大してしまう虞がある。また、エンジン105の冷態時に、排気ガスが排気ガス還流管110を通してＥＧＲクーラ111に流動すると、排気ガスとエンジン冷却水との温度差が大きいため、排気ガスが冷却されすぎ、このＥＧＲクーラ111内にて排気ガスの水分が凝縮し、この排気ガス中の硫黄成分と混合されて硫酸となり、排気ガス還流管110や吸気管102、あるいはエンジン105内を腐食させてしまう虞がある。このような理由から、このエンジン105の冷態時には、ＥＧＲバルブ113を閉じて排気ガスを排気ガス還流管110を通して吸気管102に供給しないようにしている。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであって、エンジン始動時から早期に排気ガスを吸気系に還流可能としてこの排気ガス還流による窒素酸化物の低減効率の向上を図った排気ガス還流装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１の発明の排気ガス還流装置では、排気ガスを吸気通路に還流させる排気ガス還流通路に、排気ガスを吸気通路に環流させるか否かを選択的に切り換えるＥＧＲバルブと排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを設けると共に、エンジン冷却水をエンジンからこのＥＧＲクーラに導いて循環させる冷却水通路を設け、エンジンの冷態時に冷却水通路におけるＥＧＲクーラの上流側のエンジン冷却水を加熱する加熱手段と、エンジン冷却水温が第１冷却水温よりも低い時に加熱手段によりエンジン冷加水を加熱し、エンジン冷却水温が第１冷却水温よりも低い第２冷却水温よりも高い時にＥＧＲバルブを切り換えて排気ガスを吸気通路に環流させるべく制御を行うコントロールユニットとを設けてある。従って、エンジンの冷態時に、加熱手段によって冷却水通路の冷却水が加熱され、ＥＧＲクーラには温まった冷却水が送給されることとなり、排気ガスを排気ガス還流通路からＥＧＲクーラに導いても、冷却水と排気ガスとの温度差が大きくないため、排気ガスの水分が凝縮することはなく適正な熱交換が行われ、その結果、エンジン始動時から早期に排気ガスを吸気系に還流して窒素酸化物を低減でき、燃焼の悪化による黒煙やハイドロカーボンの大量発生や排気ガスの水分凝縮によって発生した硫酸による腐食を防止できる。
【０００８】
また、請求項２の発明の排気ガス還流装置の発明では、加熱手段は、ＥＧＲクーラ内で排気ガスと冷却水との熱交換が行われるときに、排気ガス中の水分が凝縮しない温度まで冷却水を加熱するようにしてある。従って、加熱手段の制御をエンジン冷却水の温度に応じて行うこととなり、構造が簡素化される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１に本発明の一実施形態に係る排気ガス還流装置の概略構成、図２に本実施形態の排気ガス還流装置による制御のフローチャートを示す。
【００１１】
本実施形態の排気ガス還流装置において、図１に示すように、上流端部にエアクリーナ１１が装着された吸気通路としての吸気管１２は、ターボ装置１３のコンプレッサ側に接続され、更に、インタークーラ１４を介してエンジン１５の吸気マニホールド１６に接続されている。一方、エンジン１５の排気マニホールド１７には排気通路としての排気管１８の上流端部が接続され、この排気管１８はターボ装置１３のタービン側に接続され、下流端部にマフラ１９が接続されている。また、排気管１８から分岐するように排気ガス還流通路としての排気ガス還流管２０が接続され、この排気ガス還流管２０の下流端部は吸気管１２に接続されると共に、ここにはＥＧＲバルブ２１が装着されている。
【００１２】
また、この排気ガス還流管２０にはＥＧＲクーラ２２が装着されている。このＥＧＲクーラ２２はエンジン１５との間に冷却水通路としての冷却水配管２３ａ，２３ｂが配設され、この冷却水配管２３ａ，２３ｂによってエンジン１５とＥＧＲクーラ２２との間でエンジン冷却水を循環させることで、この冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行っている。この冷却水配管２３ａ，２３ｂにおけるＥＧＲクーラ２２の上流側の冷却水配管２３ａには、エンジン冷却水を加熱する加熱手段としての燃焼式ヒータ２４が設けられている。そして、ＥＧＲバルブ２１及び燃焼式ヒータ２４にはコントロールユニット（ＥＣＵ）２５が接続されている。即ち、このＥＣＵ２５には図示しない各種のセンサからエンジン冷却水温Ｔとエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＬＰが入力されており、ＥＣＵ２５はこのエンジン冷却水温Ｔとエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＬＰとに基づいてＥＧＲバルブ２１及び燃焼式ヒータ２４の駆動制御を行うようになっている。
【００１３】
従って、図２に示すように、ステップＳ１において、ＥＣＵ２５がエンジン冷却水温Ｔとエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＬＰとを読み込む。そして、ステップＳ２において、エンジン冷却水温Ｔが所定の第１冷却水温Ｔ1 （例えば、８０℃）より低いかどうかを判定し、エンジン冷却水温Ｔが所定の第１冷却水温Ｔ1 より低ければ、ステップＳ３に移行して燃焼式ヒータ２４を点火とする。更に、ステップＳ４において、エンジン冷却水温Ｔが所定の第２冷却水温Ｔ2 （例えば、５０℃）より低いかどうかを判定し、エンジン冷却水温Ｔが所定の第２冷却水温Ｔ2 より低ければ、ステップＳ５に移行してＥＧＲバルブ２１の開閉制御は行わないようにする。
【００１４】
そのため、図１に示すように、エンジン冷却水温Ｔが所定の第１冷却水温Ｔ1 より低いエンジンの冷態時には、燃焼式ヒータ２４が点火されることでＥＧＲクーラ２２の上流側にある冷却水配管２３ａ内のエンジン冷却水が加熱されることとなる。すると、温まったエンジン冷却水がＥＧＲクーラ２２内に供給され、且つ、冷却水配管２３ｂを通ってエンジン１５に戻ることとなり、冷却水配管２３ａ，２３ｂによって循環するエンジン冷却水を、燃焼式ヒータ２４によって加熱することでエンジンの暖機が促進される。
【００１５】
そして、このように燃焼式ヒータ２４によってエンジン冷却水を温める一方、図２に示すように、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返し行っており、ステップＳ５にて、エンジン冷却水温Ｔが所定の第２冷却水温Ｔ2 以上になると、ステップＳ６に移行して燃焼式ヒータ２４を点火したまま、ＥＧＲバルブ２１の開閉制御を行う。即ち、エンジン１５を暖機しながらＥＧＲを行うこととなる。この場合、ＥＣＵ２５はエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＬＰに基づいて制御を行う。また、ステップＳ２にて、エンジン冷却水温Ｔが上昇して所定の第１冷却水温Ｔ1 以上となると、ステップＳ７に移行して燃焼式ヒータ２４を消火してから、ステップＳ６にてＥＧＲバルブ２１の開閉制御を行う。
【００１６】
そのため、図１に示すように、排気ガスが排気ガス還流管２０からＥＧＲクーラ２２に導かれ、ここでエンジン冷却水との間で熱交換が行われて排気ガスが冷却され、排気ガス還流管２０を通って吸気管１２に流動する。そのため、排気ガスの一部が吸気管１２に流れて吸気と共にエンジン１５に供給されることとなり、このエンジン１５内では燃焼温度を下げて窒素酸化物を低減できる。
【００１７】
このように本実施形態の排気ガス還流装置にあっては、排気ガス還流管２０にＥＧＲクーラ２２を装着すると共に、エンジン冷却水をエンジン１５からこのＥＧＲクーラ２２に導いて循環させる冷却水配管２３ａ，２３ｂを装着し、このＥＧＲクーラ２２の上流側の冷却水配管２３ａに内部のエンジン冷却水を加熱する燃焼式ヒータ２４を設け、エンジンの冷態時にはこの燃焼式ヒータ２４によってエンジン冷却水を加熱するようにしており、エンジン１５の暖機が促進されてエンジン始動時から早期に排気ガスを吸気管１２に還流して吸気と共にエンジン１５に供給することができ、黒煙やハイドロカーボンや窒素酸化物や一酸化炭素などの有害物質の発生を抑制できる。
【００１８】
また、エンジン冷却水温Ｔが第１冷却水温Ｔ1 より低く第２冷却水温Ｔ2 より高い（５０℃＜Ｔ８０℃）ときには、燃焼式ヒータ２４でエンジン冷却水を加熱しながら、ＥＧＲバルブ２１を開閉制御して排気ガスを吸気管１２に還流して吸気と共にエンジン１５に供給するようにしており、排気ガス還流による窒素酸化物等の低減効率を向上できる。
【００１９】
このとき、燃焼式ヒータ２４によってＥＧＲクーラ２１に流れるエンジン冷却水を加熱しており、エンジンの冷態時であっても、ＥＧＲクーラ２１に導かれる排気ガスとエンジン冷却水との温度差は大きくないので、ＥＧＲクーラ２１にて排気ガス中の水分が凝縮することはなく、硫酸の発生を阻止して排気ガス還流管２０や吸気管１２やエンジン１５内などの腐食を防止できる。
【００２０】
なお、上述した本実施形態において、加熱手段を燃焼式ヒータ２４としたが、本発明の排気ガス還流装置はこれに限定されるものではなく、例えば、電気式セラミックヒータであってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の排気ガス還流装置によれば、排気ガス還流通路にＥＧＲバルブとＥＧＲクーラを設けると共にエンジン冷却水をエンジンからこのＥＧＲクーラに導いて循環させる冷却水通路を設け、エンジンの冷態時に冷却水通路におけるＥＧＲクーラの上流側のエンジン冷却水を加熱する加熱手段と、エンジン冷却水温が第１冷却水温よりも低い時に加熱手段によりエンジン冷加水を加熱し、エンジン冷却水温が第１冷却水温よりも低い第２冷却水温よりも高い時にＥＧＲバルブを切り換えて排気ガスを吸気通路に環流させるべく制御を行うコントロールユニットとを設けたので、エンジンの冷態時には加熱手段によって冷却水通路の冷却水を加熱してＥＧＲクーラには温まった冷却水が送給され、且つ、エンジンとの間で循環することとなり、エンジンの暖機を促進することでエンジン始動時から早期に排気ガスを吸気系に還流して窒素酸化物を低減してこの排気ガス還流による窒素酸化物等の低減効率の向上を図ることができ、また、排気ガスを排気ガス還流通路からＥＧＲクーラに導いても、冷却水と排気ガスとの温度差が大きくないため、排気ガスの水分が凝縮することはなく適正な熱交換が行われ、燃焼の悪化による黒煙やハイドロカーボンの大量発生や排気ガスの水分凝縮によって発生した硫酸による腐食を防止することができる。
【００２２】
また、請求項２の発明の排気ガス還流装置によれば、加熱手段は、ＥＧＲクーラ内で排気ガスと冷却水との熱交換が行われるときに、排気ガス中の水分が凝縮しない温度まで冷却水を加熱するようにしたので、加熱手段の制御をエンジン冷却水の温度に応じて行うこととなり、構造が簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ガス還流装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の排気ガス還流装置による制御のフローチャートである。
【図３】従来の排気ガス還流装置の概略図である。
【符号の説明】
１２  吸気管（吸気通路）
１５  エンジン
１８  排気管（排気通路）
２０  排気ガス還流管（排気ガス還流通路）
２１  ＥＲＧバルブ
２２  ＥＧＲクーラ
２３ａ，２３ｂ  冷却水配管（冷却水通路）
２４  燃焼用ヒータ（加熱手段）
２５  コントロールユニット
【図１】
0003729994.tif 000002
【図２】
0003729994.tif 000003
【図３】
0003729994.tif 000004