(57)【要約】【課題】排気ガスの熱を利用して冷却水を昇温させることで得られる効果と、高温の排気ガスをそのまま吸気通路に導入することで得られる効果とをともに得ることのできるＥＧＲ装置付き内燃機関を提供する。【解決手段】排気通路２４を流れる排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲクーラ１１に通してから吸気通路１８に流す第１の排気ガス経路６，１１，１４と、排気通路２４を流れる排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲクーラ１１に通すことなく吸気通路１８に流す第２の排気ガス経路６，１０，１４と、排気通路２４を流れる排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲクーラ１１に通してから排気通路５に戻す第３の排気ガス経路６，１１，８とを用意する。そして、排気ガス経路選択機構１２，１３，２５，２７により、第１の排気ガス経路と、第２の排気ガス経路と第３の排気ガス経路との組み合わせとの何れか一方を選択する。【選択図】図１
2014031722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスと冷却水との間で熱交換を行うＥＧＲクーラと、
排気通路を流れる排気ガスの少なくとも一部を前記ＥＧＲクーラに通してから吸気通路に流す第１の排気ガス経路と、
前記排気通路を流れる排気ガスの少なくとも一部を前記ＥＧＲクーラに通すことなく前記吸気通路に流す第２の排気ガス経路と、
前記排気通路を流れる排気ガスの少なくとも一部を前記ＥＧＲクーラに通してから前記排気通路に戻す第３の排気ガス経路と、
排気ガスが流れる経路として前記第１の排気ガス経路と、前記第２の排気ガス経路と前記第３の排気ガス経路との組み合わせとの何れか一方を選択する排気ガス経路選択機構と、
を備えることを特徴とするＥＧＲ装置付き内燃機関。
【請求項２】
前記ＥＧＲクーラの一端を前記排気通路に接続する上流側ＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲクーラの他端を前記吸気通路に接続する下流側ＥＧＲ通路と、
前記下流側ＥＧＲ通路に設けられた前記排気ガス経路選択機構としての排気ガス経路切替弁と、
前記ＥＧＲクーラをバイパスして前記上流側ＥＧＲ通路と前記排気ガス経路切替弁とを接続するバイパス通路と、
前記排気ガス経路切替弁と前記排気通路における前記上流側ＥＧＲ通路の分岐点よりも下流とを接続する排気逃し通路と、を有し、
前記排気ガス経路切替弁は、前記ＥＧＲクーラの前記他端側と前記下流側ＥＧＲ通路とを連通させ、前記バイパス通路及び前記排気逃し通路をそれぞれ閉塞する第１のモードと、前記バイパス通路と前記下流側ＥＧＲ通路とを連通させ、前記ＥＧＲクーラの前記他端側と前記排気逃し通路とを連通させる第２のモードとの間で切り替えを行うように構成され、
前記排気ガス経路切替弁により前記第１のモードへの切り替えが行われ、前記上流側ＥＧＲ通路と前記下流側ＥＧＲ通路とが前記ＥＧＲクーラを介して連通することで前記第１の排気ガス経路が構成され、
前記排気ガス経路切替弁により前記第２のモードへの切り替えが行われ、前記上流側ＥＧＲ通路と前記下流側ＥＧＲ通路とが前記バイパス通路を介して連通することで前記第２の排気ガス経路が構成され、前記上流側ＥＧＲ通路と前記排気逃し通路とが前記ＥＧＲクーラを介して連通することで前記第３の排気ガス経路が構成されることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
【請求項３】
前記排気ガス経路切替弁は、
前記下流側ＥＧＲ通路に流れ込む排気ガスの入口流路を前記ＥＧＲクーラと前記バイパス通路とで切り替える第１切替弁と、
前記ＥＧＲクーラを通過した排気ガスの出口流路を前記下流側ＥＧＲ通路と前記排気逃し通路とで切り替える第２切替弁と、
前記第１切替弁が前記入口流路を前記ＥＧＲクーラに切り替えるときには前記第２切替弁が前記出口流路を前記下流側ＥＧＲ通路に切り替え、前記第１切替弁が前記入口流路を前記バイパス通路に切り替えるときには前記第２切替弁が前記出口流路を前記排気逃し通路に切り替えるように、前記第１切替弁と前記第２切替弁とを連動させる連動装置と、
を備えて構成されることを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
【請求項４】
前記連動装置は、前記第１切替弁と前記第２切替弁とを機械的に結び付けるリンク機構と、前記リンク機構によって結び付けられた前記第１切替弁及び前記第２切替弁を一体的に動作させるアクチュエータとからなることを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
【請求項５】
前記ＥＧＲクーラの一端を前記排気通路に接続する上流側ＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲクーラの他端を前記吸気通路に接続する下流側ＥＧＲ通路と、
前記上流側ＥＧＲ通路に設けられた前記排気ガス経路選択機構としての排気ガス経路切替弁と、
前記ＥＧＲクーラをバイパスして前記排気ガス経路切替弁と前記下流側ＥＧＲ通路とを接続するバイパス通路と、
前記排気ガス経路切替弁と前記排気通路における前記上流側ＥＧＲ通路の分岐点よりも下流とを接続する排気逃し通路と、を有し、
前記排気ガス経路切替弁は、前記上流側ＥＧＲ通路と前記ＥＧＲクーラの前記一端側とを連通させ、前記バイパス通路及び前記排気逃し通路をそれぞれ閉塞する第１のモードと、前記上流側ＥＧＲ通路と前記バイパス通路とを連通させ、前記ＥＧＲクーラの前記一端側と前記排気逃し通路とを連通させる第２のモードとの間で切り替えを行うように構成され、
前記排気ガス経路切替弁により前記第１のモードへの切り替えが行われ、前記上流側ＥＧＲ通路と前記下流側ＥＧＲ通路とが前記ＥＧＲクーラを介して連通することで前記第１の排気ガス経路が構成され、
前記排気ガス経路切替弁により前記第２のモードへの切り替えが行われ、前記上流側ＥＧＲ通路と前記下流側ＥＧＲ通路とが前記バイパス通路を介して連通することで前記第２の排気ガス経路が構成され、前記上流側ＥＧＲ通路と前記排気逃し通路とが前記バイパス通路及び前記ＥＧＲクーラを介して連通することで前記第３の排気ガス経路が構成されることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
【請求項６】
前記排気通路に設けられた前記ＥＧＲクーラとしての熱交換器と、
前記熱交換器よりも上流の上流側排気通路に設けられた前記排気ガス経路選択機構としての排気ガス経路切替弁と、
前記熱交換器をバイパスして前記排気ガス経路切替弁と前記熱交換器よりも下流の下流側排気通路とを接続するバイパス通路と、
前記排気ガス経路切替弁と前記吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、を有し、
前記排気ガス経路切替弁は、前記上流側排気通路と前記バイパス通路とを連通させ、前記熱交換器と前記ＥＧＲ通路とを連通させる第１のモードと、前記上流側排気通路と前記熱交換器とを連通させるとともに前記上流側排気通路と前記ＥＧＲ通路とを連通させ、前記バイパス通路を閉塞する第２のモードとの間で切り替えを行うように構成され、
前記排気ガス経路切替弁により前記第１のモードへの切り替えが行われ、前記上流側排気通路と前記ＥＧＲ通路とが前記バイパス通路及び前記熱交換器を介して連通することで前記第１の排気ガス経路が構成され、
前記排気ガス経路切替弁により前記第２のモードへの切り替えが行われ、前記上流側排気通路と前記ＥＧＲ通路とが直接に連通することで前記第２の排気ガス経路が構成され、前記上流側排気通路と前記下流側排気通路とが前記熱交換器を介して連通することで前記第３の排気ガス経路が構成されることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
【請求項７】
前記第１の排気ガス経路によって排気ガスを流す第１のモードと、前記第２の排気ガス経路及び前記第３の排気ガス経路によって排気ガスを流す第２のモードとを内燃機関の運転状態に応じて選択し、選択したモードに従って前記排気ガス経路選択機構の動作を制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
【請求項８】
前記制御装置は、前記内燃機関の暖機が完了した後は前記第１のモードを選択し、前記内燃機関の暖機が完了するまでは前記第２のモードを選択することを特徴とする請求項７に記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ装置付き内燃機関に関し、詳しくは、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行うＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置付き内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の始動時、エンジンブロックを早期に昇温させることができるならば、ピストン等の摺動部材のフリクションを低下させて燃費を向上させることができる。このため、かねてより機関始動時における暖機の促進を目的とした様々な発明が提案されている。下記の特許文献１や特許文献２に開示された発明もそのような目的のもとでなされた発明である。
【０００３】
特許文献２に開示された発明は、内燃機関の始動時にはエンジンブロックへの冷却水の導入量を制限することに特徴がある。これによれば、冷却水によるエンジンブロックの冷却を抑制することができる。しかし、エンジンブロックに導入される冷却水自体の水温は低温であるため、冷却水によるエンジンブロックからの熱の持ち去りは依然として発生する。このため、特許文献２に開示された発明によれば、エンジンブロックの暖機に有る程度の効果は得られるものの、暖機速度を大きく向上させることは難しい。
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、機関始動時における暖機の促進を目的とした発明であると同時に、特許文献２に開示された発明が抱える問題の解決策でもある。特許文献１に記載の発明では、ＥＧＲクーラによる熱交換によって冷却水を昇温させ、温まった冷却水をエンジンブロックに供給している。これによれば、冷却水によってエンジンブロックから熱が持ち去られるのを抑えることができるので、その分、エンジンブロックの暖機を促進することができる。なお、ＥＧＲクーラを通った排気ガスはＥＧＲクーラで熱を奪われて低温になっている。この低温の排気ガスが新気とともに筒内に入ってしまうと、エンジンブロックが温まっていないことで不安定になりがちな燃焼状態はさらに不安定になってしまう。この点に関し、特許文献１に記載の発明では、ＥＧＲクーラを通った排気ガスは、暖機中は吸気通路に供給されることなく排気通路に戻される。これによれば、低温の排気ガスが筒内に入ることはなくなるので、冷却水の昇温による暖機効果と相まって筒内の燃焼状態を安定化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０４７３０５号公報
【特許文献２】特開２００７−２１１５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の発明にはさらなる改善の余地が有る。特許文献１に記載の発明では、ＥＧＲクーラによって排気ガスの熱を冷却水の昇温に利用している。冷却水を昇温させることで確かに上述のような効果を得ることができる。しかし、高温の排気ガスをそのまま吸気通路に導入すれば、それにより燃焼状態を安定化できると同時に、筒内温度を高めることによってエンジンブロックの暖機を助勢することができる。つまり、特許文献１に記載の発明では、排気ガスの熱を利用して冷却水を昇温させることで得られる効果と、高温の排気ガスをそのまま吸気通路に導入することで得られる効果とがトレードオフになってしまっている。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、内燃機関の冷間始動時に排気ガスの熱を利用して冷却水を昇温させることで得られる効果と、高温の排気ガスをそのまま吸気通路に導入することで得られる効果とをともに得ることのできるＥＧＲ装置付き内燃機関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】
本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関は、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う水冷式のＥＧＲクーラと、３つの排気ガス経路と、それら排気ガス経路を選択する排気ガス経路選択機構とを備える。本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関が備える第１の排気ガス経路は、排気通路を流れる排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲクーラに通してから吸気通路に流す経路であり、第２の排気ガス経路は、排気通路を流れる排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲクーラに通すことなく吸気通路に流す経路であり、第３の排気ガス経路は、排気通路を流れる排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲクーラに通してから排気通路に戻す経路である。排気ガス経路選択機構は、排気ガスが流れる経路として第１の排気ガス経路と、第２の排気ガス経路と第３の排気ガス経路との組み合わせとの何れか一方を選択するように構成されている。
【０００９】
本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関には、特に好ましい形態として以下に述べる３つの形態がある。
【００１０】
本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関の第１の好ましい形態では、ＥＧＲクーラの一端は上流側ＥＧＲ通路によって排気通路に接続され、ＥＧＲクーラの他端は下流側ＥＧＲ通路によって吸気通路に接続される。そして、下流側ＥＧＲ通路に排気ガス経路切替弁が設けられる。排気ガス経路切替弁には、バイパス通路の一端と排気逃し通路の一端とがそれぞれ接続される。バイパス通路はＥＧＲクーラをバイパスして上流側ＥＧＲ通路と排気ガス経路切替弁とを接続するガス通路である。排気逃し通路は排気ガス経路切替弁と排気通路における上流側ＥＧＲ通路の分岐点よりも下流とを接続するガス通路である。排気ガス経路切替弁は２つのモードの間で切り替えを行うように構成される。排気ガス経路切替弁の第１のモードでは、ＥＧＲクーラの他端側と下流側ＥＧＲ通路とが連通し、バイパス通路及び排気逃し通路はそれぞれ閉塞される。一方、排気ガス経路切替弁の第２のモードでは、バイパス通路と下流側ＥＧＲ通路とが連通し、ＥＧＲクーラの他端側と排気逃し通路とが連通する。
【００１１】
上記の第１の好ましい形態では、排気ガス経路切替弁が排気ガス経路選択機構として機能する。排気ガス経路切替弁により第１のモードへの切り替えが行われた場合には、上流側ＥＧＲ通路と下流側ＥＧＲ通路とがＥＧＲクーラを介して連通することで第１の排気ガス経路が構成される。一方、排気ガス経路切替弁により第２のモードへの切り替えが行われた場合には、上流側ＥＧＲ通路と下流側ＥＧＲ通路とがバイパス通路を介して連通することで第２の排気ガス経路が構成される。さらに、上流側ＥＧＲ通路と排気逃し通路とがＥＧＲクーラを介して連通することで第３の排気ガス経路が構成される。
【００１２】
上記の第１の好ましい形態においては、排気ガス経路切替弁は第１切替弁と第２切替弁と連動装置とによって構成することができる。第１切替弁は下流側ＥＧＲ通路に流れ込む排気ガスの入口流路をＥＧＲクーラとバイパス通路とで切り替える弁であり、第２切替弁はＥＧＲクーラを通過した排気ガスの出口流路を下流側ＥＧＲ通路と排気逃し通路とで切り替える弁である。連動装置は第１切替弁と第２切替弁とを連動させる装置であり、第１切替弁によって入口流路がＥＧＲクーラに切り替えられるときには、第２切替弁によって出口流路が下流側ＥＧＲ通路に切り替えられるように２つの切替弁を連動させる。また、連動装置は、第１切替弁によって前記入口流路がバイパス通路に切り替えられるときには、第２切替弁によって前記出口流路が排気逃がし通路に切り替えられるように２つの切替弁を連動させる。連動装置の好ましい構成では、第１切替弁と第２切替弁とがリンク機構によって機械的に結び付けられ、リンク機構によって結び付けられた２つの切替弁が１つのアクチュエータによって一体的に動作させられる。第１切替弁と第２切替弁のそれぞれに別々のアクチュエータをあてがい、２つのアクチュエータの動作を制御的に連動させることも勿論可能である。
【００１３】
本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関の第２の好ましい形態では、ＥＧＲクーラの一端は上流側ＥＧＲ通路によって排気通路に接続され、ＥＧＲクーラの他端は下流側ＥＧＲ通路によって吸気通路に接続される。そして、上流側ＥＧＲ通路に排気ガス経路切替弁が設けられる。排気ガス経路切替弁には、バイパス通路の一端と排気逃し通路の一端とがそれぞれ接続される。バイパス通路はＥＧＲクーラをバイパスして排気ガス経路切替弁と下流側ＥＧＲ通路とを接続するガス通路である。排気逃し通路は排気ガス経路切替弁と排気通路における上流側ＥＧＲ通路の分岐点よりも下流とを接続するガス通路である。排気ガス経路切替弁は２つのモードの間で切り替えを行うように構成される。排気ガス経路切替弁の第１のモードでは、上流側ＥＧＲ通路とＥＧＲクーラの一端側とが連通し、バイパス通路及び排気逃し通路はそれぞれ閉塞される。一方、排気ガス経路切替弁の第２のモードでは、上流側ＥＧＲ通路とバイパス通路とが連通し、ＥＧＲクーラの一端側と排気逃し通路とが連通する。
【００１４】
上記の第２の好ましい形態では、排気ガス経路切替弁が排気ガス経路選択機構として機能する。排気ガス経路切替弁により第１のモードへの切り替えが行われた場合には、上流側ＥＧＲ通路と下流側ＥＧＲ通路とがＥＧＲクーラを介して連通することで第１の排気ガス経路が構成される。一方、排気ガス経路切替弁により第２のモードへの切り替えが行われた場合には、上流側ＥＧＲ通路と下流側ＥＧＲ通路とがバイパス通路を介して連通することで第２の排気ガス経路が構成される。さらに、上流側ＥＧＲ通路と排気逃し通路とがバイパス通路とＥＧＲクーラとを介して連通することで第３の排気ガス経路が構成される。
【００１５】
本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関の第３の好ましい形態では、ＥＧＲクーラとしての熱交換器が排気通路に設けられる。そして、熱交換器よりも上流の上流側排気通路に排気ガス経路切替弁が設けられる。排気ガス経路切替弁には、バイパス通路の一端とＥＧＲ通路の一端とがそれぞれ接続される。バイパス通路は熱交換器をバイパスして排気ガス経路切替弁と熱交換器よりも下流の下流側排気通路とを接続するガス通路である。ＥＧＲ通路は排気ガス経路切替弁と吸気通路とを接続するガス通路であり、その途中にはＥＧＲ弁が取り付けられる。排気ガス経路切替弁は２つのモードの間で切り替えを行うように構成される。排気ガス経路切替弁の第１のモードでは、上流側排気通路とバイパス通路とが連通し、熱交換器とＥＧＲ通路とが連通する。一方、排気ガス経路切替弁の第２のモードでは、上流側排気通路と熱交換器とが連通するとともに上流側排気通路とＥＧＲ通路とが連通し、バイパス通路は閉塞される。
【００１６】
上記の第３の好ましい形態では、排気ガス経路切替弁が排気ガス経路選択機構として機能する。排気ガス経路切替弁により第１のモードへの切り替えが行われた場合には、上流側排気通路とＥＧＲ通路とがバイパス通路及び熱交換器を介して連通することで第１の排気ガス経路が構成される。一方、排気ガス経路切替弁により第２のモードへの切り替えが行われた場合には、上流側排気通路とＥＧＲ通路とが直接に連通することで第２の排気ガス経路が構成される。さらに、上流側排気通路と下流側排気通路とが熱交換器を介して連通することで第３の排気ガス経路が構成される。
【００１７】
なお、本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関においては、排気ガス経路選択機構の動作は制御装置によって制御することができる。制御装置によって制御される排気ガス経路選択機構の動作モードには２つのモードがある。第１のモードは、第１の排気ガス経路によって排気ガスを流す動作モードである。第２のモードは、第２の排気ガス経路及び第３の排気ガス経路によって排気ガスを流す動作モードである。制御装置はこれら２つのモードを内燃機関の運転状態に応じて選択する。例えば、暖機が完了した後は第１のモードを選択し、暖機が完了する前は第２のモードを選択する。そして、選択したモードに従って排気ガス経路選択機構の動作を制御する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関によれば、排気ガス経路選択機構によって排気ガスが流れる経路を選択することができる。排気ガスが流れる経路として第１の排気ガス経路を選択する場合には、排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲクーラに通して冷却し、低温になった排気ガスを吸気通路に導入することができる。このような排気ガスの流れを内燃機関の暖機の完了後に実現することによって、エミッションの少ない良好な燃焼を得ることができる。また、排気ガスが流れる経路として第２の排気ガス経路と第３の排気ガス経路との組み合わせを選択する場合には、排気ガスの少なくとも一部を高温のまま吸気通路に導入することができると同時に、排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲクーラに通して冷却水を昇温することができる。ＥＧＲクーラに通した排気ガスは排気通路に戻されるので、吸気通路に導入される排気ガスの温度が低下することはない。このような排気ガスの流れを内燃機関の暖機中に実現することによって、排気ガスの熱を利用して冷却水を昇温させることで得られる効果と、高温の排気ガスをそのまま吸気通路に導入することで得られる効果とをともに得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の全体の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の要部の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の要部の構成を示す斜視図である。
【図４】通路切替弁及び排気逃し弁の切替制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の暖機完了前の排気ガスの流れを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の暖機完了後の排気ガスの流れを示す図である。
【図７】機関始動時に排気ガスをＥＧＲクーラに通すことで得られる効果を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る内燃機関の全体の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る内燃機関の暖機完了前の排気ガスの流れを示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る内燃機関の暖機完了後の排気ガスの流れを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る内燃機関の全体の構成を示す概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る内燃機関の暖機完了前の排気ガスの流れを示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る内燃機関の暖機完了後の排気ガスの流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。本発明の実施の形態１は、本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関の第１の好ましい形態に対応する実施の形態である。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関の全体の構成を示す概略図である。本実施の形態に係る内燃機関はディーゼルエンジンであり、そのエンジンブロック２０には、図示しない複数の気筒（例えば４つの気筒）が直列に備えられている。エンジンブロック２０には吸気マニホールド１９と排気マニホールド２２とが取り付けられている。
【００２２】
エンジンブロック２０の各気筒には、エアクリーナ１から取り込まれた新気が吸気通路２，２３，１７，１８を介して供給される。エアクリーナ１の下流の吸気通路２にはターボ過給機３のコンプレッサ３ａが取り付けられている。コンプレッサ３ａの下流の吸気通路２３にはインタークーラ２１が取り付けられている。インタークーラ２１の下流の吸気通路１７には吸気絞り弁１６が配置され、吸気絞り弁１６の下流の吸気通路１８が吸気マニホールド１９に接続されている。
【００２３】
エンジンブロック２０の各気筒から出た排気ガスは、排気通路２４，５を介して大気中に放出される。排気マニホールド２２に接続される排気通路２４には排気絞り弁４が配置され、さらにその下流にターボ過給機３のタービン３ｂが取り付けられている。タービン３ｂの下流の排気通路５には排気処理装置７が取り付けられている。
【００２４】
本実施の形態に係る内燃機関は、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、排気絞り弁４の上流の排気通路２４と吸気絞り弁１６の下流の吸気通路１８とをＥＧＲ通路６，１４によって接続している。ＥＧＲ通路６，１４は、排気絞り弁４に接続される上流側ＥＧＲ通路６と、吸気通路１８に接続される下流側ＥＧＲ通路１４とによって構成される。下流側ＥＧＲ通路１４には、吸気通路に再循環させる排気ガスの量を調整するためのＥＧＲ調整弁１５が取り付けられている。上流側ＥＧＲ通路６と下流側ＥＧＲ通路１４との間には水冷式のＥＧＲクーラ１１が配備されている。ＥＧＲクーラ１１は、エンジンブロック２０の冷却に用いられる冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行う熱交換器である。
【００２５】
本実施の形態に係るＥＧＲ装置は、ＥＧＲクーラ１１をバイパスするバイパス通路１０を備えている。バイパス通路１０は上流側ＥＧＲ通路６から分岐し、下流側ＥＧＲ通路１４に合流している。バイパス通路１０が下流側ＥＧＲ通路１４に合流する合流点には、第１の切替弁である通路切替弁１３が取り付けられている。通路切替弁１３は２つの切替位置を択一的に選択することができる。通路切替弁１３の第１の切替位置は、下流側ＥＧＲ通路１４とＥＧＲクーラ１１とを連通させる位置であり、第２の切替位置は、下流側ＥＧＲ通路１４とバイパス通路１０とを連通させる位置である。通路切替弁１３が第１の位置にあるときには、ＥＧＲクーラ１１が下流側ＥＧＲ通路１４に流れ込む排気ガスの入口流路となり、通路切替弁１３が第２の位置にあるときには、バイパス通路１０が下流側ＥＧＲ通路１４に流れ込む排気ガスの入口流路となる。
【００２６】
本実施の形態に係るＥＧＲ装置は、ＥＧＲクーラ１１を通過した排気ガスを排気系に戻す排気逃し通路８を備えている。排気逃し通路８は、下流側ＥＧＲ通路１４にバイパス通路１０が合流する合流点の上流で下流側ＥＧＲ通路１４から分岐し、タービン３ｂの下流の排気通路５に合流している。排気逃し通路８が下流側ＥＧＲ通路１４から分岐する分岐点には、第２の切替弁である排気逃し弁１２が取り付けられている。排気逃し弁１２は２つの切替位置を択一的に選択することができる。排気逃し弁１２の第１の切替位置は、下流側ＥＧＲ通路１４とＥＧＲクーラ１１とを連通させる位置であり、第２の切替位置は、排気逃し通路８とＥＧＲクーラ１１とを連通させる位置である。排気逃し弁１２が第１の位置にあるときには、下流側ＥＧＲ通路１４がＥＧＲクーラ１１を通過した排気ガスの出口流路となり、排気逃し弁１２が第２の位置にあるときには、排気逃し通路８がＥＧＲクーラ１１を通過した排気ガスの出口流路となる。
【００２７】
通路切替弁１３と排気逃し弁１２とは、リンク機構２７によって機械的に結び付けられている。リンク機構２７によって結び付けられことで排気逃し弁１２と通路切替弁１３とは連動し、通路切替弁１３が第１の位置にあるときには排気逃し弁１２は第１の位置にあり、通路切替弁１３の位置が第１の位置から第２の位置に切り替わるときには、排気逃し弁１２の位置は第１の位置から第２の位置に切り替わる。リンク機構２７によって結び付けられた通路切替弁１３と排気逃し弁１２とは、切替アクチュエータ２５によって一体的に操作される。切替アクチュエータ２５の動作は制御ユニット２６から供給される信号によって制御される。本実施の形態においては、通路切替弁１３、排気逃し弁１２、リンク機構２７及び切替アクチュエータ２５からなる機構によって、本発明における排気ガス経路選択機構（本発明の第１の好ましい形態における排気ガス経路切替弁）が構成されている。
【００２８】
図２及び図３は、本実施の形態に係るＥＧＲ装置が備えるＥＧＲクーラユニットの構成を詳細に示す斜視図である。図２及び図３では、通路切替弁１３と排気逃し弁１２の各位置が分かるように壁面の一部が切り取られてその内部が露出されている。これらの図に示す構成では、ＥＧＲクーラ１１とバイパス通路１０とが一体化され、さらにその内部に通路切替弁１３と排気逃し弁１２とが組み込まれて１つのユニットとされている。このＥＧＲクーラユニットには、上流側ＥＧＲ通路６、下流側ＥＧＲ通路１４、及び排気逃し通路８のそれぞれを接続するための接続口が設けられている。
【００２９】
図２では、通路切替弁１３と排気逃し弁１２とはそれぞれの第１の位置に位置している。図２のように通路切替弁１３と排気逃し弁１２とが位置している場合、ＥＧＲクーラ１１と下流側ＥＧＲ通路１４とが連通し、下流側ＥＧＲ通路１４にはＥＧＲクーラ１１で冷却された排気ガスが供給される。この場合、バイパス通路１０はその出口を通路切替弁１３によって閉塞され、排気逃し通路８は排気逃し弁１２によってその入口を閉塞される。よってバイパス通路１０と排気逃し通路８とにはガスの流通は生じない。以下、図２に示す通路切替弁１３及び排気逃し弁１２の動作モードを第１のモードという。
【００３０】
図３では、通路切替弁１３と排気逃し弁１２とはそれぞれの第２の位置に位置している。図３のように通路切替弁１３と排気逃し弁１２とが位置している場合、バイパス通路１０と下流側ＥＧＲ通路１４とが連通し、ＥＧＲクーラ１１と排気逃し通路８とが連通する。この場合、バイパス通路１０と下流側ＥＧＲ通路１４との連通により、下流側ＥＧＲ通路１４にはＥＧＲクーラ１１で冷却されていない高温の排気ガスがそのまま供給される。また、ＥＧＲクーラ１１と排気逃し通路８とが連通することによってＥＧＲクーラ１１にガスの流通が生じ、排気通路２４から取り出された高温の排気ガスがＥＧＲクーラ１１に導入されるようになる。これにより排気ガスと冷却水との間で熱交換が進み、エンジンブロック２０に導入される冷却水の昇温が促進される。ＥＧＲクーラ１１で冷却された排気ガスは排気逃し通路８を通って排気通路５へ逃される。以下、図３に示す通路切替弁１３及び排気逃し弁１２の動作モードを第２のモードという。
【００３１】
制御ユニット２６は、第１のモードと第２のモードの何れか一方を選択し、選択したモードに従って切替アクチュエータ２５を制御する。図４のフローチャートは、制御ユニット２６により実行される通路切替弁１３及び排気逃し弁１２の切り替えのためのルーチンを示している。また、図５の模式図は、図４に示すルーチンが制御ユニット２６により実行されることで実現される第２のモードでの排気ガスの流れを矢印線で表し、図６の模式図は、図４に示すルーチンが制御ユニット２６により実行されることで実現される第１のモードでの排気ガスの流れを矢印線で表している。
【００３２】
図４に示すルーチンのステップＳ１０では、制御ユニット２６は現在の冷却水温度Ｔｗと暖機判定温度ＴｗＬとを比較し、冷却水温度Ｔｗが暖機判定温度ＴｗＬよりも高くなったかどうか判定する。暖機判定温度ＴｗＬはエンジンブロック２０の暖機が完了したとみなすことのできる冷却水温度の下限値である。具体的な暖機判定温度ＴｗＬの値は、例えば冷却水温度とエミッションとの関係を調べた実験結果から決定することができる。
【００３３】
冷却水温度Ｔｗが暖機判定温度ＴｗＬに達していない場合には、ステップＳ２０の処理が選択される。ステップＳ２０では、制御ユニット２６は通路切替弁１３及び排気逃し弁１２の動作モードとして第２のモードを選択し、第２のモードに従って切替アクチュエータ２５を制御する。第２のモードによれば、通路切替弁１３によって下流側ＥＧＲ通路１４への接続先がバイパス通路１０の側とされ、排気逃し弁１２によって排気逃し通路８が開かれる。これにより、図５の模式図に矢印線で表すように、排気通路２４から上流側ＥＧＲ通路６に取り出した高温の排気ガスをバイパス通路１０を介してそのまま下流側ＥＧＲ通路１４に流すことができると同時に、排気通路２４から上流側ＥＧＲ通路６に取り出した高温の排気ガスの一部をＥＧＲクーラ１１に通して冷却水を昇温することができる。なお、図５において上流側ＥＧＲ通路６からバイパス通路１０を通り下流側ＥＧＲ通路１４に至る排気ガスの経路は本発明における第２の排気ガス経路に該当し、上流側ＥＧＲ通路６からＥＧＲクーラ１１を通り排気逃し通路８に至る排気ガスの経路は本発明における第３の排気ガス経路に該当する。
【００３４】
図７は、内燃機関の始動時に排気ガスをＥＧＲクーラ１１に通すことで得られる効果を説明するための図である。図７には、冷却水温度を縦軸に採り、機関始動後の経過時間を横軸に採ったグラフを示している。グラフ中には２つの折れ線が描かれている。ケース１の折れ線は排気ガスをＥＧＲクーラ１１に通した場合の制御結果を示し、ケース２の折れ線は排気ガスをＥＧＲクーラ１１に通さない場合の制御結果を示している。２つの折れ線の比較から分かるように、排気ガスをＥＧＲクーラ１１に通すことで冷却水の昇温を促進することができる。なお、ＥＧＲクーラ１１に通した排気ガスはタービン３ｂの下流の排気通路５に戻されるので、吸気通路１８に導入される排気ガスの温度が低下することはない。よって、第２のモードで実現される排気ガスの流れによれば、排気ガスの熱を利用して冷却水を昇温させることで得られる暖機効果と、高温の排気ガスをそのまま吸気通路１８に導入することで得られる暖機効果とをともに得ることができる。
【００３５】
ステップＳ１０の判定は冷却水温度Ｔｗが暖機判定温度ＴｗＬを超えるまで繰り返し行われる。そして、冷却水温度Ｔｗが暖機判定温度ＴｗＬを超えた場合、ステップＳ３０の処理が選択される。ステップＳ３０では、制御ユニット２６は通路切替弁１３及び排気逃し弁１２の動作モードとして第１のモードを選択し、第１のモードに従って切替アクチュエータ２５を制御する。第１のモードによれば、通路切替弁１３によって下流側ＥＧＲ通路１４への接続先がＥＧＲクーラ１１の側とされ、排気逃し弁１２によって排気逃し通路８が閉じられる。これにより、図６の模式図に矢印線で表すように、排気通路２４から上流側ＥＧＲ通路６に取り出した排気ガスをＥＧＲクーラ１１で冷却し、低温になった排気ガスを下流側ＥＧＲ通路１４に流すことができる。このような排気ガスの流れを内燃機関の暖機の完了後に実現することによって、エミッションの少ない良好な燃焼を得ることができる。なお、図６において上流側ＥＧＲ通路６からＥＧＲクーラ１１を通り下流側ＥＧＲ通路１４に至る排気ガスの経路は本発明における第１の排気ガス経路に相当する。
【００３６】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。本発明の実施の形態２は、本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関の第２の好ましい形態に対応する実施の形態である。
【００３７】
図８は、本発明の実施の形態２に係る内燃機関の全体の構成を示す概略図である。図８では、図１に示す実施の形態１に係る内燃機関と同じ構成或いは機能を有する要素には同じ符号を付している。
【００３８】
本実施の形態に係る内燃機関は、実施の形態１に係る内燃機関とは排気ガス経路切替弁が設置される位置に違いがある。実施の形態１に係る内燃機関では、下流側ＥＧＲ通路１４に排気ガス経路切替弁（通路切替弁１３、排気逃し弁１２、リンク機構２７及び切替アクチュエータ２５からなる機構）が設けられていたが、本実施の形態に係る内燃機関では、上流側ＥＧＲ通路６に排気ガス経路切替弁３０が設けられている。ＥＧＲクーラ１１をバイパスするバイパス通路１０は排気ガス経路切替弁３０から延びて下流側ＥＧＲ通路１４に接続されている。また、排気ガス経路切替弁３０には排気ガスをタービン３ｂの下流の排気通路５に戻すための排気逃し通路８の一端が接続されている。
【００３９】
排気ガス経路切替弁３０は次の２つの動作モードをとることができる。図９及び図１０には、各動作モードでの排気ガスの流れを矢印線で表している。
【００４０】
排気ガス経路切替弁３０の第１のモードは、上流側ＥＧＲ通路６とＥＧＲクーラ１１とを連通させ、バイパス通路１０及び排気逃し通路８をそれぞれ閉塞する動作モードである。第１のモードでは、図１０の模式図に矢印線で表すように、排気通路２４から上流側ＥＧＲ通路６に取り出した排気ガスをＥＧＲクーラ１１で冷却し、低温になった排気ガスを下流側ＥＧＲ通路６に流すことができる。よって、第１のモードでの排気ガスの流れを内燃機関の暖機の完了後に実現することによって、エミッションの少ない良好な燃焼を得ることができる。なお、図１０において上流側ＥＧＲ通路６からＥＧＲクーラ１１を通り下流側ＥＧＲ通路１４に至る排気ガスの経路は本発明における第１の排気ガス経路に相当する。
【００４１】
排気ガス経路切替弁３０の第２のモードは、上流側ＥＧＲ通路６とバイパス通路１０とを連通させ、ＥＧＲクーラ１１と排気逃し通路８とを連通させる動作モードである。第２のモードでは、図９の模式図に矢印線で表すように、排気通路２４から上流側ＥＧＲ通路６に取り出した高温の排気ガスをバイパス通路１０を介してそのまま下流側ＥＧＲ通路１４に流すことができる。そして、それと同時に、バイパス通路１０を通ってきた高温の排気ガスの一部をＥＧＲクーラ１１の出口側からＥＧＲクーラ１１に導入することにより、ＥＧＲクーラ１１を流れる冷却水を昇温することができる。ＥＧＲクーラ１１を通過した排気ガスは排気逃し通路８を通ってタービン３ｂの下流の排気通路５に戻されるので、下流側ＥＧＲ通路１４を通って吸気通路１８に導入される排気ガスの温度が低下することはない。よって、第２のモードでの排気ガスの流れを内燃機関の暖機中に実現することによって、排気ガスの熱を利用して冷却水を昇温させることで得られる暖機効果と、高温の排気ガスをそのまま吸気通路１８に導入することで得られる暖機効果とをともに得ることができる。なお、図９において上流側ＥＧＲ通路６からバイパス通路１０を通り下流側ＥＧＲ通路１４に至る排気ガスの経路は本発明における第２の排気ガス経路に相当し、上流側ＥＧＲ通路６からバイパス通路１０を通りさらにＥＧＲクーラ１１を通って排気逃し通路８に至る排気ガスの経路は本発明における第３の排気ガス経路に相当する。
【００４２】
本実施の形態においては排気ガス経路切替弁３０の具体的な構造には限定はない。実施の形態１のように２つの切替弁と連動装置とで排気ガス経路切替弁３０を構成してもよいし、より多くの切替弁を組み合わせて排気ガス経路切替弁３０を構成してもよい。また、上述の通り２つの動作モードの間で切り替えを行うことができるならば、排気ガス経路切替弁３０を作動させるアクチュエータの数についても限定はない。
【００４３】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。本発明の実施の形態３は、本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関の第３の好ましい形態に対応する実施の形態である。
【００４４】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る内燃機関の全体の構成を示す概略図である。図１１では、図１に示す実施の形態１に係る内燃機関と同じ構成或いは機能を有する要素には同じ符号を付している。
【００４５】
本実施の形態に係る内燃機関は自然吸気エンジンである。排気マニホールド２２に接続される排気通路２４には熱交換器４０が取り付けられている。熱交換器４０はエンジンブロック２０の冷却に用いられる冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行う装置であり、後述するようにＥＧＲクーラとして機能させることができる。熱交換器４０の上流には排気ガス経路切替弁４６が設けられている。排気ガス経路切替弁４６には、ＥＧＲ通路６の一端とバイパス通路４４の一端とが接続されている。バイパス通路４４は熱交換器４０をバイパスして熱交換器４０の下流の排気通路４２に合流している。ＥＧＲ通路６は吸気絞り弁１６の下流の吸気通路１８に合流している。
【００４６】
排気ガス経路切替弁４６は次の２つの動作モードをとることができる。図１２及び図１３には、各動作モードでの排気ガスの流れを矢印線で表している。
【００４７】
排気ガス経路切替弁４６の第１のモードは、上流側排気通路２４とバイパス通路４４とを連通させ、熱交換器４０とＥＧＲ通路６とを連通させる動作モードである。第１のモードでは、図１３の模式図に矢印線で表すように、上流側排気通路２４からバイパス通路４４を介して下流側排気通路４２に排気ガスを流しながら、一部の排気ガスを熱交換器４０に導入し、熱交換器４０で冷却された排気ガスをＥＧＲ通路６に流すことができる。よって、第１のモードでの排気ガスの流れを内燃機関の暖機の完了後に実現し、熱交換器４０をＥＧＲクーラとして機能させることによって、エミッションの少ない良好な燃焼を得ることができる。なお、図１３において上流側排気通路２４からバイパス通路４４を通りさらに熱交換器４０を通ってＥＧＲ通路６に至る排気ガスの経路は本発明における第１の排気ガス経路に相当する。
【００４８】
排気ガス経路切替弁４６の第２のモードは、上流側排気通路２４と熱交換器４０とを連通させると同時に上流側排気通路２４とＥＧＲ通路６とを連通させ、バイパス通路４４は閉塞する動作モードである。第２のモードでは、図１２の模式図に矢印線で表すように、上流側排気通路２４から取り出した高温の排気ガスをＥＧＲ通路６に直接流すことができる。そして、それと同時に、上流側排気通路２４から熱交換器４０に高温の排気ガスを導入することにより、熱交換器４０を流れる冷却水を昇温することができる。熱交換器４０を通過した排気ガスはそのまま下流側排気通路４２に流れていくので、ＥＧＲ通路６を通って吸気通路１８に導入される排気ガスの温度が低下することはない。よって、第２のモードでの排気ガスの流れを内燃機関の暖機中に実現することによって、排気ガスの熱を利用して冷却水を昇温させることで得られる暖機効果と、高温の排気ガスをそのまま吸気通路１８に導入することで得られる暖機効果とをともに得ることができる。なお、図１２において上流側排気通路２４から直接にＥＧＲ通路６に至る排気ガスの経路は本発明における第２の排気ガス経路に相当し、上流側排気通路２４から熱交換器４０を通って下流側排気通路４２に至る排気ガスの経路は本発明における第３の排気ガス経路に相当する。
【００４９】
本実施の形態においては排気ガス経路切替弁４６の具体的な構造には限定はない。実施の形態１のように２つの切替弁と連動装置とで排気ガス経路切替弁４６を構成してもよいし、より多くの切替弁を組み合わせて排気ガス経路切替弁４６を構成してもよい。また、上述の通り２つの動作モードの間で切り替えを行うことができるならば、排気ガス経路切替弁４６を作動させるアクチュエータの数についても限定はない。
【００５０】
その他．
以上、本発明の３つの実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、実施の形態１では１つの切替アクチュエータによって２つの切替弁を動作させているが、２つの切替弁のそれぞれを別々のアクチュエータで動作させることも可能である。また、アクチュエータで各切替弁を動作させるのではなく、形状記憶合金を利用して温度によって自動的に各切替弁が動作するようにしてもよい。
【００５１】
また、実施の形態１では冷却水温度が閾値である暖機判定温度よりも高いかどうかによって暖機の完了を判定している。しかし、油温に基づいて暖機の完了を判定してもよいし、始動からの経過時間によって暖機の完了を推定してもよい。実施の形態２及び実施の形態３についても同様であり、排気ガス経路切替弁の動作モードを切り替える判定基準は冷却水温度には限定されない。
【００５２】
また、本発明はディーゼルエンジンのみならずガソリンエンジンにも適用することができるし、過給エンジンだけでなく自然吸気エンジンにも適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  エアクリーナ
２，１７，１８，２３  吸気通路
３  ターボ過給機
３ａ  コンプレッサ
３ｂ  タービン
４  排気絞り弁
５，２４  排気通路
６，１４  ＥＧＲ通路
７  排気処理装置
８  排気逃し通路
１０  バイパス通路
１１  ＥＧＲクーラ
１２  排気逃し弁
１３  通路切替弁
１５  ＥＧＲ調整弁
１６  吸気絞り弁
１９  吸気マニホールド
２０  エンジンブロック
２１  インタークーラ
２２  排気マニホールド
２５  切替アクチュエータ
２６  制御ユニット
２７  リンク機構
３０  排気ガス経路切替弁
４０  熱交換器
４２  下流側排気通路
４４  バイパス通路
４６  排気ガス経路切替弁
【図１】
2014031722.tif 000003
【図２】
2014031722.tif 000004
【図３】
2014031722.tif 000005
【図４】
2014031722.tif 000006
【図５】
2014031722.tif 000007
【図６】
2014031722.tif 000008
【図７】
2014031722.tif 000009
【図８】
2014031722.tif 000010
【図９】
2014031722.tif 000011
【図１０】
2014031722.tif 000012
【図１１】
2014031722.tif 000013
【図１２】
2014031722.tif 000014
【図１３】
2014031722.tif 000015