(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスによりタービンが駆動され、コンプレッサにより吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記ターボ過給機のタービンをバイパスするバイパス通路に設けられて排気ガスの一部をバイバスさせるウエストゲートバルブと、
タービン入口が前記ウエストゲートバルブよりも上流の前記バイパス通路に接続されるとともにコンプレッサ入口が前記ターボ過給機のタービンよりも上流の排気通路に接続されたＥＧＲ過給機と、
前記ＥＧＲ過給機のコンプレッサ出口と吸気通路とを接続する過給ＥＧＲ通路と、
前記過給ＥＧＲ通路を介さずに排気ガスの一部を前記吸気通路に供給するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に配置された第１制御弁と
前記ＥＧＲ過給機のタービンに流入する排気ガスの流量を調整する第２制御弁と、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段からの情報に基づき、エンジンの低負荷領域において前記第２制御弁を閉弁すると共に前記第１制御弁を開閉して前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲを行う一方、排気ガスのエネルギが余剰となる高負荷領域において前記第１制御弁を閉弁すると共に前記第２制御弁を開閉してＥＧＲ制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とするＥＧＲ過給システム。
【請求項２】
制御手段は、エンジンの低負荷領域と高負荷領域との間の領域では第１制御弁と第２制御弁とを夫々開閉制御することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ過給システム。
【請求項３】
制御手段は、エンジンの低負荷領域と高負荷領域との間の領域では第１制御弁と第２制御弁とを同期させて開閉制御することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ過給システム。
【請求項４】
第１及び第２制御弁は、弁開度が制御可能である請求項１乃至３の何れか１項に記載のＥＧＲ過給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの高負荷領域においてＥＧＲを可能とし、ＮＯxの低減を図るようにしたＥＧＲ過給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＧＲ過給システムは、図３に示すようにエンジン１の吸気通路２に排気通路３からＥＧＲ通路４、ＥＧＲバルブ５を介して排気ガスの一部を供給するＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）６と、排気通路３を流れる排気ガスによりタービン８が駆動され、当該タービン８と同軸に設けられて回転するコンプレッサ９により吸入空気を過給して吸気通路２に供給するターボ過給機７と、排気通路３のタービン８をバイパスするバイパス通路１に設けられたウエストゲートバルブ１１、及び吸気通路２のコンプレッサ９の下流側に設けられて過給された吸入空気を冷却するインタクーラ１２等により構成されている。
【０００３】
ＥＧＲ装置６は、吸気通路２からエンジン１に供給される吸入空気に排気ガスを混入させ、エンジン１の燃焼を緩慢にして最高燃焼温度を下げ、排気ガス中のＮＯxを低減させる。また、ターボ過給機７は、吸入空気を加圧してエンジン１に大量の空気を送り込み、エンジン１の出力を増加させる。インタクーラ１２は、コンプレッサ９により加圧されて高温になった空気を冷却して温度を下げ、空気密度を大きくしてエンジン１に供給される混合ガスの充填効率を高める。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記ターボ過給機付エンジンは、高負荷時に過給効果により吸気通路２内の吸気圧力が高くなり、吸気圧力と排気ガス圧力との差圧が小さくなり、ＥＧＲ通路４から吸気通路２に排気ガスを供給することが困難となる。即ち、高負荷時におけるＥＧＲを行うことが困難となる。特に、高過給のターボ過給エンジンにおいてこの傾向が著しい。このため高負荷時におけるＮＯxの低減が困難である。
【０００５】
過給機付エンジンのＥＧＲ装置としては、例えば、特開平１−１１６２７４号公報に開示された排気ガス再循環制御装置がある。この排気ガス再循環制御装置は、通常のターボ過給機のタービンをバイパスするバイパス通路にＥＧＲ用ターボ過給機のタービンと第１の流量制御弁とを設け、ＥＧＲ通路に前記タービンに連結されるコンプレッサと第２の流量制御弁とを設け、エンジンの回転数及び負荷に応じて第１、第２の流量制御弁の開度を制御してＥＧＲの制御を行うようにしたものである。
【０００６】
しかしながら、上記排気ガス再循環装置は、通常のＥＧＲ通路が無いために、吸気圧が余り高くなく、ターボ過給機を使用しなくともＥＧＲを行うことができるときでも、ＥＧＲ用のターボ過給機を駆動する必要がある。このため、かえって燃費を悪くするという問題がある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、エンジンの高負荷領域において排気ガスの余分なエネルギを利用してＥＧＲを可能にし、ＮＯxの低減を図るようにしたＥＧＲ過給システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明によれば、請求項１では、排気ガスによりタービンが駆動され、コンプレッサにより吸入空気を過給するターボ過給機と、前記ターボ過給機のタービンをバイパスするバイパス通路に設けられて排気ガスの一部をバイバスさせるウエストゲートバルブと、タービン入口が前記ウエストゲートバルブよりも上流の前記バイパス通路に接続されるとともにコンプレッサ入口が前記ターボ過給機のタービンよりも上流の排気通路に接続されたＥＧＲ過給機と、前記ＥＧＲ過給機のコンプレッサ出口と吸気通路とを接続する過給ＥＧＲ通路と、前記過給ＥＧＲ通路を介さずに排気ガスの一部を前記吸気通路に供給するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に配置された第１制御弁と、前記ＥＧＲ過給機のタービンに流入する排気ガスの流量を調整する第２制御弁と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段からの情報に基づき、エンジンの低負荷領域において前記第２制御弁を閉弁すると共に前記第１制御弁を開閉して前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲを行う一方、排気ガスのエネルギが余剰となる高負荷領域において前記第１制御弁を閉弁すると共に前記第２制御弁を開閉してＥＧＲ制御を行う制御手段とを備えた構成としたものである。
【００１０】
請求項２では、制御手段は、エンジンの低負荷領域と高負荷領域との間の領域では第１制御弁と第２制御弁とを夫々開閉制御する構成としたものである。
請求項３では、制御手段は、エンジンの低負荷領域と高負荷領域との間の領域では第１制御弁と第２制御弁とを同期させて開閉制御する構成としたものである。
【００１１】
請求項４では、第１及び第２制御弁は、弁開度が制御可能な構成としたものである。
【００１４】
【作用】
請求項１では、ターボ過給機は、排気通路を流れる排気ガスにより常時作動して吸入空気を過給してエンジンに供給する。エンジンが低負荷領域にあるときには、第１制御弁が開閉制御され、第２制御弁が閉弁される。これにより排気ガス通路の排気ガスの一部がＥＧＲ通路を通して吸気通路に供給され、通常のＥＧＲが行われる。エンジンが高負荷領域にあるときには、第１制御弁が閉弁され、第２制御弁が開閉制御される。この結果、通常のＥＧＲが停止し、ＥＧＲ過給機が排気ガスの一部を過給して吸気通路に供給して過給ＥＧＲを行なう。これにより高負荷領域におけるＮＯxの低減が図られる。
【００１５】
請求項２では、エンジンの低負荷領域と高負荷領域との間の領域で第１制御弁と第２制御弁とを夫々開閉制御して、通常ＥＧＲを行いつつ、過給ＥＧＲを高負荷領域への移行に向けて待機させる。
請求項３では、エンジンの低負荷領域と高負荷領域との間の領域で第１制御弁と第２制御弁とを同期させて制御し、高負荷領域に移行したときに過給ＥＧＲの遅れを防止する。
【００１６】
請求項４では、第１及び第２制御弁の弁開度を制御して、負荷に応じてＥＧＲの有無及びＥＧＲの程度を最適に制御する。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。尚、図３に示すシステムの部材と同一の部材には同一符号を付してその説明を省略する。
図１においてエンジン１の排気通路３と吸気通路２とを接続するＥＧＲ通路４には電気制御式のＥＧＲ制御弁１５が設けられて通常ＥＧＲ装置６’が構成されている。また、ＥＧＲを過給するための専用の小型のターボ過給機（以下「ＥＧＲ過給機」という）１６が設けられている。ＥＧＲ過給機１６のタービン１７は、ウエストゲートバルブ１１の上流側とタービン８の下流側との間にバイパス通路１０に並列に接続された排気ガス供給通路１９に配設されている。また、ＥＧＲ過給機１６のコンプレッサ１８は、ＥＧＲ通路４のＥＧＲ制御弁１５の上流側と吸気通路２のインタクーラ１２の下流側との間に接続された過給ＥＧＲ通路２０に配設されている。
【００１８】
供給通路１９にはタービン１７の上流側に制御弁２１が配設されている。また、過給ＥＧＲ通路２０にはコンプレッサ１８の上流側に、パティキュレートトラップ２２とインタクーラ２３が、下流側に逆止弁２４が配設されている。この逆止弁２４は、過給ＥＧＲ通路２０から吸気通路２方向へ過給された排気ガスの流れのみを許容し、ＥＧＲ過給機１６の停止時に吸気通路２から過給ＥＧＲ通路２０に吸気が逆流することを防止する。
【００１９】
ＥＧＲ制御弁１５及び制御弁２１は、制御回路２５に接続されている。この制御回路２５にはエンジン回転センサ及び噴射燃料センサ（例えば、ラック位置検出センサ）からエンジン１の回転数及び噴射燃料量に応じた信号が入力される。そして、制御回路２５は、入力されるエンジン回転数及び噴射燃料量からエンジン１の負荷を求め、低負荷領域にあるか高負荷領域にあるかを判定してＥＧＲ制御弁１５、制御弁２１を制御し、負荷に応じたＥＧＲ制御を行う。
【００２０】
以下に作用を説明する。
制御回路２５は、エンジン１が低負荷・中負荷領域例えば、図２の領域Ｉ（負荷が７０％以下、エンジン回転数８０％以下）にあると判定したときには、ＥＧＲ制御弁１５を開弁し、制御弁２１を閉弁する。エンジン１の排気通路３に排出された排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路４、ＥＧＲ制御弁１５を通して吸気通路２に供給される。このときＥＧＲ過給機１６は、停止している。また、過給ＥＧＲ通路２０に設けられている逆止弁２４により吸気通路２から当該過給ＥＧＲ通路２０への吸入空気の逆流が防止される。即ち、エンジン１が低負荷領域にあるときには通常のＥＧＲが行われる。制御回路２５は、エンジン１の運転状態に応じて最適なＥＧＲとなるようにＥＧＲ制御弁１５の開度を制御する。
【００２１】
尚、ターボ過給機７は、タービン８が排気ガスにより回転され、コンプレッサ９が吸入空気を過給して吸気通路に供給し、当該吸気通路２に吸入された空気は、インタクーラ１２により冷却されてエンジン１に供給される。この過給は、常時行われる。
また、 制御回路２５は、エンジン１が高負荷領域例えば、図２の領域II（負荷が６０％以上、エンジン回転数７０％以上）にあると判定したときには、ＥＧＲ制御弁１５を閉弁し、制御弁２１を開閉制御する。この結果、ＥＧＲ通路４が閉塞されて通常のＥＧＲ制御が停止される。排気通路３を流れる排気ガスの一部は、制御弁２１を通して供給通路１９に流れ、ＥＧＲ過給機１６のタービン１７を駆動する。また、排気通路３を流れる排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路４から過給ＥＧＲ通路２０に流れ込み、パティキュレートトラップ２２により浄化された後インタクーラ２３により冷却され、充填効率が高められてコンプレッサ１８により過給される。
【００２２】
そして、過給ＥＧＲ通路２０の排気ガスの圧力が高くなり、吸入通路２に過給された吸入空気圧よりも高い所定圧を超えると、逆止弁２４が開弁され、過給された排気ガスが吸入通路２に供給される。これによりエンジン１が高負荷領域にあるときにもＥＧＲを行うことが可能となる。制御回路２５は、エンジン１の運転状態に応じて最適なＥＧＲとなるように制御弁２１の開度を制御する。
【００２３】
また、エンジン１が低負荷・中負荷領域Ｉから高負荷領域ＩＩに移行する際にＥＧＲ過給用のターボ過給機１６の追従性の向上即ち、通常のＥＧＲから過給ＥＧＲへの移行時における過給ＥＧＲの追従性の向上を図ることが好ましい。そこで、制御回路２５は、低負荷・中負荷領域Ｉから高負荷領域ＩＩに移行する境界付近の領域ＩＩＩ例えば、負荷６０〜７０％、エンジン回転数７０〜８０％の領域において、ＥＧＲ制御弁１５と制御弁２１とを開弁させ、通常ＥＧＲを行いつつＥＧＲ過給機１６の回転数を高めて待機状態にしておく。即ち、ＥＧＲ過給機１６をスタートアップさせておく。これによりエンジン１が低負荷領域Ｉから高負荷領域ＩＩに移行してＥＧＲ制御弁１５が閉弁され通常のＥＧＲが停止した後、過給ＥＧＲが直ちに行われる。尚、領域ＩＩＩではＥＧＲ制御弁１５と制御弁２１が同期して制御される。これにより過給ＥＧＲの遅れが防止される。
【００２４】
尚、上記実施例においては、エンジン１の負荷状態によりＥＧＲ制御弁１５、制御弁２１を開閉制御して、低負荷時には通常ＥＧＲを行い、高負荷時には過給ＥＧＲを行うようにしたが、これに限るものではなく、吸気通路２の吸入空気圧と排気通路３の排気ガス圧力との圧力を検出し、これらの圧力差によりＥＧＲ制御弁１５及び制御弁２１を制御するようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１では、エンジンの低負荷領域では通常のＥＧＲを行い、高負荷領域では過給ＥＧＲを行うことができ、低負荷領域から高負荷領域までの全運転領域に亘り良好にＮＯxの低減を図ることが可能となる。
【００２７】
請求項２では、エンジンの低負荷領域における通常のＥＧＲを行いつつ、高負荷領域への移行に向けて過給ＥＧＲを待機させることができ、過給ＥＧＲのスタートアップが図られる。
請求項３では、エンジンが低負荷領域から高負荷領域に移行する際における過給ＥＧＲの遅れを防止することが可能となる。
【００２８】
請求項４では、第１及び第２制御弁の弁開度を制御することにより、エンジンの運転状態に応じて最適なＥＧＲ制御を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＥＧＲ過給システムの実施例を示す構成図である。
【図２】図１のＥＧＲ過給システムの作動を示す説明図である。
【図３】従来のＥＧＲ装置の構成図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  吸気通路
３  排気通路
４  ＥＧＲ通路
６’  ＥＧＲ装置
７  ターボ過給機
１０  バイパス通路
１１  ウエストゲートバルブ
１２、２３  インタクーラ
１５  ＥＧＲ制御弁
１６  ＥＧＲ過給機
１９  過給通路
２０  過給ＥＧＲ通路
２２  パティキュレートトラップ
２４  逆止弁
２５  制御回路
【図１】
0003664181.tif 000002
【図２】
0003664181.tif 000003
【図３】
0003664181.tif 000004