(57)【要約】  排気ガスの一部を還流させる高圧ＥＧＲ装置（６０）は、高圧ＥＧＲクーラ（６１）と、ＥＧＲ入口配管（６４ａ）と、ＥＧＲ出口配管（６４ｂ）と、高圧ＥＧＲバルブ（６２）と、を備える。高圧ＥＧＲクーラ（６１）は、ＥＧＲガス通路（６１ａ）と、冷媒としての冷却水が流通するチューブ（６１ｂ）と、を有する。高圧ＥＧＲバルブ（６２）は、前記冷媒流路の冷媒の温度が所定温度以上である場合に開かれる。
2017135377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排気ガスの一部を排気流路から吸気流路に還流させるＥＧＲ装置であって、
内部を流通する冷媒によって前記排気流路から導かれた排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記排気流路と前記ＥＧＲクーラとを接続するＥＧＲ入口配管と、
前記ＥＧＲクーラと前記吸気流路とを接続するＥＧＲ出口配管と、
前記ＥＧＲ出口配管中に設けられ、排気ガスの流れを切り換えるＥＧＲ開閉弁と、
を備え、
前記ＥＧＲクーラは、
前記排気流路から導かれた排気ガスが流通するＥＧＲガス通路と、
前記ＥＧＲガス通路内の排気ガスと熱交換を行うように冷媒が流通する冷媒流路と、
を有し、
前記ＥＧＲ開閉弁は、前記冷媒流路の冷媒の温度が所定温度以上である場合に開かれる、
ＥＧＲ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲ入口配管は、前記ＥＧＲ出口配管よりも短い、
ＥＧＲ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲ入口配管は、前記排気流路に接続される排気流路接続部を有し、
前記排気流路接続部は、前記排気流路の排気ガスの流れ方向に沿って上流から下流に向けて鋭角に分岐する、
ＥＧＲ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＥＧＲ装置であって、
前記排気流路接続部は、前記排気流路内に形成される導入口を有し、
前記導入口は、前記排気流路の排気ガスの流れ方向上流に向かって開口する、
ＥＧＲ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲ入口配管は、前記ＥＧＲ出口配管よりも太い、
ＥＧＲ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のＥＧＲ装置であって、
前記冷媒は、冷却水である、
ＥＧＲ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲ開閉弁は、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水の温度が所定温度未満である場合に閉じられる、
ＥＧＲ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲクーラは、冷却水の流れを切り換える冷却水開閉弁を有し、
前記冷却水開閉弁は、前記ＥＧＲ開閉弁が閉じられた場合に閉じられる、
ＥＧＲ装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲクーラは、前記ＥＧＲガス通路に配置されるフィンをさらに有し、
前記フィン及び前記冷媒流路の少なくとも一方には、前記ＥＧＲガス通路内の排気ガスの流れを遮る方向に突出する突出板が形成される、
ＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＰ２０１０−０４８１１３Ａには、高温のガスが流れているときにＥＧＲクーラの入口に水を噴射して蒸発させ、チューブの表面に付着した煤を水蒸気で洗い流すことによって、煤堆積による熱交換効率の低下を防止するＥＧＲ装置が開示されている。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、ＪＰ２０１０−０４８１１３ＡのＥＧＲ装置では、水蒸気はガスとともにＥＧＲクーラのチューブ内を流れるので、付着した煤は表面側から洗浄される。そのため、煤表面のごく一部しか洗い流すことができず、チューブに付着した煤の多くは、そのまま表面に留まって固着し堆積することとなるので、ＪＰ２０１０−０４８１１３ＡのＥＧＲ装置では熱交換効率が低下するおそれがある。
【０００４】
本発明は、チューブの表面に付着した煤を洗い流すことができ、熱交換効率の低下を防止できるＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明のある態様によるＥＧＲ装置は、エンジンから排出された排気ガスの一部を排気流路から吸気流路に還流させるＥＧＲ装置であって、内部を流通する冷媒によって前記排気流路から導かれた排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記排気流路と前記ＥＧＲクーラとを接続するＥＧＲ入口配管と、前記ＥＧＲクーラと前記吸気流路とを接続するＥＧＲ出口配管と、前記ＥＧＲ出口配管中に設けられ、排気ガスの流れを切り換えるＥＧＲ開閉弁と、を備え、前記ＥＧＲクーラは、前記排気流路から導かれた排気ガスが流通するＥＧＲガス通路と、前記ＥＧＲガス通路内の排気ガスと熱交換を行うように冷媒が流通する冷媒流路と、を有し、前記ＥＧＲ開閉弁は、生成された凝縮水を煤とともに下流へ流すように開かれる。
【０００６】
上記態様によれば、自然対流によってＥＧＲクーラまで到達した排気ガスがチューブの表面付近で露点を下回るまで冷却されることによって、チューブの表面と付着した煤との間に生成された凝縮水による水膜が形成される。その結果、水膜によってチューブと煤とが分離された状態になっているので、ＥＧＲ開閉弁を開いてＥＧＲクーラ内に勢いよく排気ガスを流すだけで、チューブの表面に付着した煤を洗い流すことができる。また、前回走行時に付着した煤をコールドスタート時に毎回洗い流すことができるので、時間経過とともに煤がチューブの表面で固着することも抑制できる。よって、熱交換効率の低下を防止できるＥＧＲ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るＥＧＲ装置を備えるディーゼル車両のエンジンの吸排気系の構成図である。
【図２】図２は、排気流路に取り付けられる高圧ＥＧＲクーラ付近を拡大した構成図である。
【図３】図３は、高圧ＥＧＲクーラの内部断面図である。
【図４】図４は、高圧ＥＧＲクーラのチューブとフィンとの関係を説明する拡大断面図である。
【図５】図５は、高圧ＥＧＲクーラのフィンの一部斜視図である。
【図６】図６は、ＥＧＲクーラ洗浄制御の流れを示すフローチャートである。
【図７Ａ】図７Ａは、チューブに付着した煤の状態を説明する模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、チューブと煤との間に生成される凝縮水を説明する模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、チューブから煤が洗い流される状態を説明する模式図である。
【図８】図８は、コールドスタート時に凝縮水の生成される時間とＥＧＲ出口水温との関係を示すタイミングチャートである。
【図９】図９は、コールドスタート時に高負荷運転をした際のＥＧＲクーラ洗浄制御を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施形態に係るＥＧＲ装置１００を備えるディーゼル車両のエンジン２０の吸排気系の構成図である。
【００１０】
エンジン２０の給排気系は、エンジン２０の上流に接続される吸気系１０と、下流に接続される排気系３０と、を備える。
【００１１】
吸気系１０は、エアクリーナ１１と、過給機４０のコンプレッサホイール４２と、吸気シャッターバルブ６３と、インタークーラ１２と、これらを外部から吸入した吸入空気が流通可能となるように接続する吸気流路１３と、から構成される。
【００１２】
排気系３０は、過給機４０のタービンホイール４１と、排気浄化装置３１と、排気シャッターバルブ５２と、サイレンサ３２と、これらをエンジン２０から排出された排気ガスが流通可能となるように接続する排気流路３３と、から構成される。
【００１３】
吸入空気は、吸気流路１３を流通する際に、エアクリーナ１１によってごみやほこり等の異物が取り除かれた後に、過給機４０のコンプレッサホイール４２によって過給されて、吸気シャッターバルブ６３へと導かれる。過給された吸入空気は、吸気シャッターバルブ６３の開度に応じて流量を変化させて吸気シャッターバルブ６３を通過して、インタークーラ１２で冷却された後に、図示しないインテークマニホールドを通ってエンジン２０へ導かれる。インタークーラ１２は、例えば水冷式であり、図示しないサブラジエータに接続されて過給された吸入空気から取り込んだ熱を外部に放出する。なお、インタークーラ１２には、空冷式を採用してもよい。
【００１４】
エンジン２０に導かれた吸入空気は、吸入ポート２１を通って燃焼室２２に供給され、燃焼室２２内で噴射された燃料とともに圧縮されることで燃焼する。当該燃焼によって、ディーゼル車両が走行するために必要な推進力が得られる。
【００１５】
燃焼により生成された排気ガスは、排気ポート２３から排気系３０の図示しないエキゾーストマニホールドを通って排気流路３３へと排出される。排気ガスは、過給機４０のタービンホイール４１を通過してから排気浄化装置３１内の図示しないディーゼル酸化触媒や微粒子捕集フィルタによって浄化された後に、排気シャッターバルブ５２の開度に応じて流量を変化させてサイレンサ３２へと流通する。サイレンサ３２へ流通した排気ガスは、圧力や温度が低減されるとともに排気騒音が低減されて外部に排出される。排気浄化装置３１のディーゼル酸化触媒は、排気ガス中の未燃焼ガスを活性化させ燃焼させる触媒であり、微粒子捕集フィルタは、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタである。なお、排気浄化装置３１に、窒素酸化物を除去するためのＮＯｘ還元触媒と、ＮＯｘ還元触媒にて使用される還元剤を生成する燃料改質触媒と、を取り付けることによって、排気ガス中のＮＯｘを還元させてもよい。
【００１６】
過給機４０には、例えば、エンジン２０の回転数に応じて排気ガスや吸入空気の流速を制御する可変容量型のターボチャージャが用いられる。排気ガスの圧力により過給機４０のタービンホイール４１が回転すると、シャフト４３を介してコンプレッサホイール４２にその回転力が伝達されて吸入空気を過給するので、自然吸気の場合と比べてエンジン２０に大量の吸入空気を導入することができる。
【００１７】
排気流路３３と吸気流路１３との間には、低圧ＥＧＲ装置５０と、高圧ＥＧＲ装置６０と、がＥＧＲ装置１００として接続される。
【００１８】
低圧ＥＧＲ装置５０は、低圧ＥＧＲクーラ５１と、低圧ＥＧＲバルブ５３と、これらを排気流路３３から還流させた排気ガスが流通可能となるように接続する低圧ＥＧＲ流路５４と、から構成される。
【００１９】
低圧ＥＧＲ流路５４の一端は、排気流路３３の排気浄化装置３１と排気シャッターバルブ５２との間に接続され、他端は、吸気流路１３のエアクリーナ１１とコンプレッサホイール４２との間に接続される。そのため、排気流路３３内の排気ガスの一部は、低圧ＥＧＲバルブ５３が開かれているときに吸気流路１３へと還流される。また、低圧ＥＧＲ流路５４を流通する排気ガスは、低圧ＥＧＲクーラ５１を通過する際に、内部を流通する冷却水によって冷却される。このように、不活性ガスである排気ガスの一部を吸気流路１３に還流させ、エンジン２０の燃焼室２２へ再循環させることによって、燃焼温度を下げ、ＮＯｘの低減や燃費向上を実現することができる。還流させる排気ガスの量は、エンジン２０の運転状態に応じて低圧ＥＧＲバルブ５３の開度を変化させることにより調節される。低圧ＥＧＲ装置５０によれば、過給圧の影響を受けずに排気ガスの一部を吸気流路１３へと還流させることができる。
【００２０】
高圧ＥＧＲ装置６０は、高圧ＥＧＲクーラ６１と、高圧ＥＧＲバルブ６２と、これらを排気流路３３から還流させた排気ガスが流通可能となるように接続する高圧ＥＧＲ流路６４と、から構成される。高圧ＥＧＲ装置６０によれば、低圧ＥＧＲ装置５０と同様にＮＯｘの低減や燃費向上を実現することができる。また、高圧ＥＧＲ装置６０は、低圧ＥＧＲ装置５０と比べてタービンホイール４１や排気浄化装置３１より上流で排気ガスを還元させるので、タービンホイール４１や排気浄化装置３１に付着する煤等の量を低減させ、耐久性を向上させることができる。
【００２１】
高圧ＥＧＲ流路６４は、ＥＧＲ入口配管６４ａと、ＥＧＲ出口配管６４ｂと、から構成される。ＥＧＲ入口配管６４ａは、排気流路３３と高圧ＥＧＲクーラ６１とを接続する。ＥＧＲ出口配管６４ｂは、高圧ＥＧＲクーラ６１と吸気流路１３とを接続する。ＥＧＲ入口配管６４ａは、ＥＧＲ出口配管６４ｂよりも短く形成される。
【００２２】
高圧ＥＧＲバルブ６２は、ＥＧＲ出口配管６４ｂに設けられ、吸気流路１３に還流される排気ガスの流量を開度に応じて調節する。例えば、高圧ＥＧＲバルブ６２が閉じられた場合には吸気流路１３に排気ガスが還流されなくなり、その後、高圧ＥＧＲバルブ６２が開かれた場合には排気ガスの流れが切り換わり、高圧ＥＧＲバルブ６２の開度に応じて吸気流路１３に還流される。
【００２３】
次に、図２を参照して、高圧ＥＧＲ装置６０について説明する。図２は、排気流路３３に取り付けられる高圧ＥＧＲクーラ６１付近を拡大した構成図である。
【００２４】
ＥＧＲ入口配管６４ａは、図２に示すように、排気流路３３からＵ字状に取り回されて高圧ＥＧＲクーラ６１へ接続される。ＥＧＲ入口配管６４ａの排気流路３３に接続される部分には、排気流路接続部６４ｃが形成される。
【００２５】
排気流路接続部６４ｃは、排気流路３３の排気ガスをＥＧＲ入口配管６４ａに導入する導入口６４ｄを有し、排気ガスの流れ方向に沿って上流から下流に向けて排気流路３３から鋭角な角度θをもって分岐する。また、導入口６４ｄは、一部が排気流路３３内に入るように配置され、排気流路３３の排気ガスの流れ方向上流に向かって開口する。このように排気流路接続部６４ｃが形成されることによってラム圧が発生するので、高圧ＥＧＲバルブ６２が閉じられている場合においても、排気流路３３を流れる排気ガスは、その一部がＥＧＲ入口配管６４ａへ流れる。ＥＧＲ入口配管６４ａに導入された排気ガスは、自然対流によって高圧ＥＧＲクーラ６１に導かれる。
【００２６】
高圧ＥＧＲクーラ６１は、内部を流通する冷却水によって排気流路３３から導かれた排気ガスを冷却する。冷却水は、図示しない流路によってエンジン２０を冷却できるように接続されており、高圧ＥＧＲクーラ６１やエンジン２０の熱を図示しないラジエータから放出する。なお、冷却水は、エンジン２０に限らず、ディーゼル車両の熱を発生する各種装置を冷却することができる。
【００２７】
ここで、図３を参照して高圧ＥＧＲクーラ６１について説明する。図３は、高圧ＥＧＲクーラ６１の内部断面図である。
【００２８】
高圧ＥＧＲクーラ６１は、図３に示すように、排気流路３３から導かれた排気ガスが流通するＥＧＲガス通路６１ａと、ＥＧＲガス通路６１ａ内の排気ガスとの間で熱交換を行うように冷却水が内部を流通する複数のチューブ６１ｂと、ＥＧＲガス通路６１ａ中に配置されるフィン６１ｃ（図４参照）と、を有する。
【００２９】
ＥＧＲガス通路６１ａは、複数のチューブ６１ｂが間隔を空けて交互に積層されることによって、チューブ６１ｂと隣接するチューブ６１ｂとの間にそれぞれ形成される。排気流路３３から導かれた排気ガスは、図３の矢印Ａで示すように、ＥＧＲ入口配管６４ａを通ってＥＧＲガス通路６１ａを流通する。ＥＧＲガス通路６１ａを流通した排気ガスは、高圧ＥＧＲバルブ６２が開いている場合には、図３の矢印Ｂで示すようにＥＧＲ出口配管６４ｂを通って吸気流路１３へ還流される。他方で、排気ガスは、高圧ＥＧＲバルブ６２が閉じている場合には、ＥＧＲガス通路６１ａやＥＧＲ入口配管６４ａ周囲で自然対流する。
【００３０】
複数のチューブ６１ｂには、図３の矢印Ｃで示すように冷却水流路入口６１ｄから冷却水が流入する。冷却水は、チューブ６１ｂ内を流通する際に、チューブ６１ｂを介して隣接するＥＧＲガス通路６１ａを通過する排気ガスと熱交換を行った後、図３の矢印Ｄで示すように冷却水流路出口６１ｅから流出する。
【００３１】
フィン６１ｃには、図４及び図５に示すように、ＥＧＲガス通路６１ａ内の排気ガスの流れを遮る方向に突出する突出板６１ｆが形成される。
【００３２】
図４は、高圧ＥＧＲクーラ６１のチューブ６１ｂとフィン６１ｃとの関係を説明する拡大断面図である。図５は、高圧ＥＧＲクーラ６１のフィン６１ｃの一部斜視図である。
【００３３】
フィン６１ｃは、図４に示すように、矩形の波形形状となるように屈曲形成され、底面と上面とが隣接する２つのチューブ６１ｂに接するように配置される。フィン６１ｃの底面と上面とには、それぞれ突出板６１ｆが設置される。
【００３４】
突出板６１ｆは、図５に示すように、排気ガスの流れ方向上流に向かって角度αだけ前傾するように設置される。図５の矢印Ｅは、フィン６１ｃ付近を通過する排気ガスの流れを示す。また、突出板６１ｆは、排気ガスの流れの直交方向に対して角度βだけ斜め向きとなるように設置される。例えば、角度αは６０度に設定され、角度βは３０度に設定される。なお、突出板６１ｆは、フィン６１ｃの代わりにチューブ６１ｂのみに形成されてもよく、フィン６１ｃ及びチューブ６１ｂの両方に形成されてもよい。
【００３５】
図３に示すように、冷却水流路出口６１ｅには、ＥＧＲ出口水温センサ７１が取り付けられる。ＥＧＲ出口水温センサ７１は、高圧ＥＧＲクーラ６１の冷却水の出口温度をＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗとして検出する。ここで、冷却水流路出口６１ｅは、チューブ６１ｂの近傍に接続されている。そのため、ＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇが閉じられている状態でもチューブ６１ｂ内の冷却水の熱が対流によって伝わるので、高圧ＥＧＲクーラ６１の冷却水の出口温度を検出することによってチューブ６１ｂ内の冷却水の温度を求めることができる。また、ＥＧＲ出口配管６４ｂのＥＧＲガス通路６１ａに接続される接続部付近には、ＥＧＲクーラ出口ガス温度センサ７２が取り付けられる。ＥＧＲクーラ出口ガス温度センサ７２は、高圧ＥＧＲクーラ６１の出口ガス温度度をＥＧＲクーラ出口ガス温度Ｔｇとして検出する。なお、ＥＧＲクーラ出口ガス温度センサ７２は、ＥＧＲガス通路６１ａの出口部分に設置されてもよい。
【００３６】
コントローラ７０（図１及び図２参照）は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等によって構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵによって読み出すことで、エンジン２０、低圧ＥＧＲ装置５０、及び高圧ＥＧＲ装置６０に各種機能を発揮させる。
【００３７】
コントローラ７０には、例えば高圧ＥＧＲ装置６０に各種機能を発揮させるために、ＥＧＲ出口水温センサ７１と、ＥＧＲクーラ出口ガス温度センサ７２と、からの信号が入力される。なお、コントローラ７０には、エンジン２０の回転速度を検出する図示しないエンジン回転センサや、アクセル開度を検出する図示しないアクセル開度検出センサ等の信号が入力されてもよい。
【００３８】
コントローラ７０は、入力された信号に基づいて、高圧ＥＧＲ装置６０の制御を実行する。すなわち、コントローラ７０は、エンジン２０の負荷等に応じて、図１に破線で示すように吸気シャッターバルブ６３と高圧ＥＧＲバルブ６２の開閉制御を実行するとともに、図２に破線で示すようにＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇの開閉制御を実行する。
【００３９】
次に、図６を参照して、ＥＧＲクーラに付着した煤Ｃを除去するために、コントローラ７０が実行するＥＧＲクーラ洗浄制御について説明する。図６は、ＥＧＲクーラ洗浄制御の流れを示すフローチャートである。コントローラ７０は、エンジン２０がコールドスタートされた時にＥＧＲクーラ洗浄制御を実行する。コールドスタートは、外気温近くまでエンジン２０等が冷えているときにエンジン２０を始動させることであり、例えば、ディーゼル車両が一晩駐車された後にエンジン２０を始動させる状況がコールドスタートとして想定される。前回までのディーゼル車両の走行によって、コールドスタート時の高圧ＥＧＲクーラ６１のチューブ６１ｂの表面には、図７Ａに示すように、付着した煤Ｃが堆積している。図７Ａは、チューブ６１ｂに付着した煤Ｃの状態を説明する模式図である。
【００４０】
ステップＳ１０１では、コントローラ７０は、エンジン２０のコールドスタート処理を実行する。コールドスタート処理では、高圧ＥＧＲバルブ６２及びＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇは、閉じられた状態である。
【００４１】
ステップＳ１０２では、コントローラ７０は、ＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗが所定水温Ｔ１以上であるか否かを判定する。コントローラ７０の処理は、ＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗが所定水温Ｔ１以上である場合にはステップＳ１０３に進み、所定水温Ｔ１未満である場合にはステップＳ１０４に進む。所定水温Ｔ１は、排気ガスを冷却した際に、排気ガスを露点以下まで冷却できなくなる温度であり、例えば６０℃である。
【００４２】
排気ガスが露点以下まで冷却されると、図７Ｂに示すように、チューブ６１ｂと煤Ｃとの間に凝縮水Ｗが生成される。図７Ｂは、チューブ６１ｂと煤Ｃとの間に生成される凝縮水Ｗを説明する模式図である。凝縮水Ｗは、煤Ｃ表面の細かい隙間から煤Ｃの内部に侵入した排気ガスがチューブ６１ｂの表面付近で冷却されることによって、排気ガス中に含まれる水蒸気が結露したものである。また、凝縮水Ｗは、チューブ６１ｂの表面付近に堆積した煤Ｃ内に予め存在している排気ガスが冷却され、排気ガス中の水蒸気が結露することによっても生成される。
【００４３】
煤Ｃは、燃焼過程で燃え残った炭化水素が様々な化学反応を経て凝集し固体化されたものであり、油性（疎水性）の性質となっている。そのため、生成された凝縮水Ｗは、疎水性の煤Ｃに吸収されることなくチューブ６１ｂと煤Ｃとの間を広がることによって水膜の層を形成する。その結果、煤Ｃは、水膜によってチューブ６１ｂの表面から強制的に分離された状態となる。
【００４４】
他方で、排気ガスが露点以下まで冷却されない場合には、排気ガス中に含まれる水蒸気は、凝縮することなく気体のまま高圧ＥＧＲクーラ６１のＥＧＲガス通路６１ａ内を通過する。
【００４５】
ステップＳ１０３では、コントローラ７０は、高圧ＥＧＲクーラ６１の洗浄処理を実行する。洗浄処理では、コントローラ７０は、高圧ＥＧＲバルブ６２及びＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇを開く。
【００４６】
高圧ＥＧＲバルブ６２が開かれることによって、ＥＧＲが開始され、排気ガスがＥＧＲガス通路６１ａ内を勢いよく通過する。そのため、チューブ６１ｂの表面から分離された煤Ｃが、図７Ｃに示すように、排気ガスによって凝縮水Ｗとともに下流へ吹き飛ばされる。図７Ｃは、チューブ６１ｂから煤Ｃが洗い流される状態を説明する模式図である。その際、ＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗが所定水温Ｔ１を超えている場合の排気ガスの温度は、１００℃以上の高温に通常なっているので、吹き飛ばされた凝縮水Ｗは吹き飛ばされた際に蒸発して、液体のままエンジン２０に流れることがない。
【００４７】
また、ＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇが開かれることによって、チューブ６１ｂ内の冷却水が流通するので、ＥＧＲガス通路６１ａを通過する高温の排気ガスを継続的に冷却することができる。
【００４８】
煤Ｃと凝縮水Ｗが吹き飛ばされた後、コントローラ７０は、ＥＧＲクーラ洗浄制御を終了して、通常のＥＧＲ制御を実行する。
【００４９】
ステップＳ１０４では、コントローラ７０は、ＥＧＲクーラ出口ガス温度Ｔｇが所定ガス温度Ｔ２以上であるか否かを判定する。コントローラ７０の処理は、ＥＧＲクーラ出口ガス温度Ｔｇが所定ガス温度Ｔ２以上である場合にはステップＳ１０５に進み、所定ガス温度Ｔ２未満である場合にはステップＳ１０６に進む。所定ガス温度Ｔ２は、凝縮水Ｗが沸騰して蒸発する温度であり、例えば１００℃である。
【００５０】
ステップＳ１０５では、コントローラ７０は、エンジン２０が高負荷状態になったと判定して、高負荷処理を実行する。高負荷処理では、コントローラ７０は、ＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇを閉じたまま、高圧ＥＧＲバルブ６２を開く。これによって、高温の排気ガスが高圧ＥＧＲクーラ６１のＥＧＲガス通路６１ａを勢いよく通過して、分離された煤Ｃは、排気ガスによって凝縮水Ｗとともに下流へ吹き飛ばされる。その後、コントローラ７０は、ＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗが所定水温Ｔ１以上になることでＥＧＲクーラ洗浄制御を終了して、通常のＥＧＲ制御を実行する。
【００５１】
ステップＳ１０６では、コントローラ７０は、より多くの凝縮水Ｗを生成するために凝縮水生成処理を実行する。凝縮水生成処理では、コントローラ７０は、高圧ＥＧＲバルブ６２及びＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇを閉じたままにする。これによって、高温の排気ガスが勢いよく流れて高圧ＥＧＲクーラ６１内の温度が一気に高くなることを抑制しつつ、自然対流によって排気ガスを少量ずつ高圧ＥＧＲクーラ６１内に導入することができる。その結果、煤Ｃ表面の隙間から煤Ｃの内部に侵入した排気ガスが冷却水によって冷却されることになり、チューブ６１ｂの表面に凝縮水Ｗによる水膜が形成される。その後、コントローラ７０は、ＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗが所定水温Ｔ１以上になってからＥＧＲクーラ洗浄処理を実行した後、通常のＥＧＲ制御を実行する。
【００５２】
次に、図８を参照して、エンジン２０のコールドスタート時にコントローラ７０がＥＧＲクーラ洗浄制御を実行したときの高圧ＥＧＲクーラ６１内の冷却水の温度変化の様子について説明する。図８は、コールドスタート時に凝縮水Ｗの生成される時間とＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗとの関係を示すタイミングチャートである。図８の横軸は時間であり、縦軸はＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗである。また、本実施形態のＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗを実線で示し、比較例として始めから高圧ＥＧＲバルブ６２を開いたときのＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗを破線で示す。
【００５３】
時間ｔ０は、エンジン２０がコールドスタートをしたときの時間である。時間ｔ０において、本実施形態のＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗ及び比較例のＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗは、ともに低温の状態である。
【００５４】
比較例のコントローラ７０は、時間ｔ０において、通常のＥＧＲ制御を開始し、ＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇを開く。通常のＥＧＲ制御では、コールドスタート時には排気ガスの温度が低く、ＥＧＲを開始できないので高圧ＥＧＲバルブ６２は閉じられており、排気流路３３を流れる排気ガスは、自然対流によって高圧ＥＧＲクーラ６１に導かれる。
【００５５】
比較例の場合には、ＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇが開いているので、エンジン２０等を冷却した際の熱が高圧ＥＧＲクーラ６１に伝わる。そして、高圧ＥＧＲクーラ６１内の冷却水は、自然対流によって導かれる排気ガスとエンジン２０等の熱とによって急速に加熱されて、ＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗは、時間ｔ１’に所定水温Ｔ１に到達する。その後、時間ｔ１’で通常のＥＧＲ制御が開始されることで高圧ＥＧＲバルブ６２が開かれて、高圧ＥＧＲクーラ６１内に排気ガスが流れる。
【００５６】
他方で、本実施形態のコントローラ７０は、時間ｔ０において、ＥＧＲクーラ洗浄制御を開始し、図６でステップＳ１０１に示すようにコールドスタート処理によって高圧ＥＧＲバルブ６２及びＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇは閉じられている。そのため、排気流路３３を流れる排気ガスは、自然対流によって高圧ＥＧＲクーラ６１に導かれる。コントローラ７０は、エンジン２０が高負荷となっていない場合に、ステップＳ１０６の凝縮水生成処理を実行する。
【００５７】
その後、高圧ＥＧＲクーラ６１内の冷却水が自然対流で導かれてきた排気ガスのみによって暖められて徐々に昇温することで、ＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗは、時間ｔ１’よりも長い時間ｔ１で、所定水温Ｔ１に到達する。そして、コントローラ７０が通常のＥＧＲ制御を開始して高圧ＥＧＲバルブ６２を開くことで、高圧ＥＧＲクーラ６１内に排気ガスが流れる。ここで、時間ｔ０から時間ｔ１までの間、凝縮水生成処理によって凝縮水Ｗが大量に生成され、チューブ６１ｂと煤Ｃとの間には水膜が十分に形成されている。そのため、排気ガスが勢いよく高圧ＥＧＲクーラ６１のＥＧＲガス通路６１ａを流れることによって水膜上の煤Ｃを洗い流すことができる。このように比較例の場合と比べて本実施形態の場合には、凝縮水Ｗを生成できる時間を時間ｔ１まで十分に長くすることができるので、生成する凝縮水Ｗの量を増やし、チューブ６１ｂと煤Ｃとの間に確実に水膜を形成することができる。
【００５８】
また、本実施形態のＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗは、図８の実線で示すように、時間ｔ１に到達するまでの間、比較例のものよりも低い温度を維持することができる。その結果、本実施形態の場合には、飽和水蒸気量が小さい状態を長時間維持することができるので、生成する凝縮水Ｗの量を増やすことができる。
【００５９】
図９は、コールドスタート時に高負荷運転をした際のＥＧＲクーラ洗浄制御を説明するタイミングチャートである。図９の横軸は時間であり、縦軸は温度である。また、本実施形態のＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗを直線で示し、ＥＧＲクーラ出口ガス温度Ｔｇを破線で示す。
【００６０】
コールドスタート時に高負荷運転が行われた場合には、エンジン２０の燃焼温度が一気に上昇し、排気ガスの温度が高くなる。そのため、自然対流で高圧ＥＧＲクーラ６１内に導かれる排気ガスの温度も高くなり、時間ｔ２でＥＧＲクーラ出口ガス温度Ｔｇが所定ガス温度Ｔ２以上に上昇する。
【００６１】
ＥＧＲクーラ出口ガス温度Ｔｇが所定ガス温度Ｔ２以上になると、コントローラ７０は、図６のステップＳ１０５に示すように、エンジン２０が高負荷状態であると判定して高負荷処理を実行する。高負荷処理では、ＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗが所定水温Ｔ１より小さい場合でも高圧ＥＧＲバルブ６２を開いて高圧ＥＧＲクーラ６１内に排気ガスを流す。そのため、高圧ＥＧＲクーラ６１のチューブ６１ｂの表面に付着した煤Ｃは、生成された凝縮水Ｗによってすぐに下流へと洗い流される。
【００６２】
その後、時間ｔ１でＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗが所定水温Ｔ１以上になると、コントローラ７０は、通常のＥＧＲ制御を開始してＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇを開いて冷却水を高圧ＥＧＲクーラ６１内に循環させる。
【００６３】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００６４】
高圧ＥＧＲ装置６０は、エンジン２０から排出された排気ガスの一部を排気流路３３から吸気流路１３に還流させる。高圧ＥＧＲ装置６０は、内部を流通する冷却水によって排気流路３３から導かれた排気ガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ６１と、排気流路３３と高圧ＥＧＲクーラ６１とを接続するＥＧＲ入口配管６４ａと、高圧ＥＧＲクーラ６１と吸気流路１３とを接続するＥＧＲ出口配管６４ｂと、ＥＧＲ出口配管６４ｂ中に設けられ、排気ガスの流れを切り換える高圧ＥＧＲバルブ６２と、を備える。高圧ＥＧＲクーラ６１は、排気流路３３から導かれた排気ガスが流通するＥＧＲガス通路６１ａと、ＥＧＲガス通路６１ａ内の排気ガスと熱交換を行うように冷媒としての冷却水が流通するチューブ６１ｂと、を有する。高圧ＥＧＲクーラ６１では、冷却水によってＥＧＲガス通路６１ａ内の排気ガスが冷却されることで、ＥＧＲガス通路６１ａの壁面、すなわちチューブ６１ｂ外側の表面に付着した煤Ｃとチューブ６１ｂの表面との間に凝縮水Ｗが生成される。高圧ＥＧＲバルブ６２は、チューブ６１ｂ内の冷却水の温度としてのＥＧＲクーラ出口水温Ｔｗが所定水温Ｔ１以上である場合に開かれる。
【００６５】
このような高圧ＥＧＲ装置６０によれば、自然対流によって高圧ＥＧＲクーラ６１まで到達した排気ガスがチューブ６１ｂの表面付近で露点を下回るまで冷却されることによって、チューブ６１ｂの表面と付着した煤Ｃとの間に生成した凝縮水Ｗによる水膜が形成される。その結果、水膜によってチューブ６１ｂと煤Ｃとが分離された状態になっているので、高圧ＥＧＲバルブ６２を開いて高圧ＥＧＲクーラ６１内に勢いよく排気ガスを流すだけで、チューブ６１ｂの表面に付着した煤Ｃを洗い流すことができる。また、前回走行時に付着した煤Ｃをコールドスタート時に毎回洗い流すことができるので、時間経過とともに煤Ｃがチューブ６１ｂの表面で固着することも抑制できる。よって、熱交換効率の低下を防止できる高圧ＥＧＲ装置６０を提供することができる。
【００６６】
高圧ＥＧＲ装置６０では、ＥＧＲ入口配管６４ａは、ＥＧＲ出口配管６４ｂよりも短い。そのため、排気流路３３中の排気ガスは、高圧ＥＧＲバルブ６２が開かれていなくても自然対流によって高圧ＥＧＲクーラ６１まで到達できる。その結果、排気ガスをチューブ６１ｂの表面付近で露点を下回るまで冷却することができるので、チューブ６１ｂの表面と付着した煤Ｃとの間に凝縮水Ｗを生成させて水膜を形成することができる。
【００６７】
高圧ＥＧＲ装置６０では、ＥＧＲ入口配管６４ａは、排気流路３３に接続される排気流路接続部６４ｃを有する。排気流路接続部６４ｃは、排気流路３３の排気ガスの流れ方向に沿って上流から下流に向けて鋭角な角度θをもって分岐する。これによって、排気流路３３の排気ガスは、下流に向けて流れる際に、排気流路接続部６４ｃでラム圧を受けることになるので、ＥＧＲ入口配管６４ａ内に一部が流されることになる。
【００６８】
また、高圧ＥＧＲ装置６０では、排気流路接続部６４ｃは、排気流路３３内に形成される導入口６４ｄを有する。導入口６４ｄは、排気流路３３の排気ガスの流れ方向上流に向かって開口する。
【００６９】
その結果、高圧ＥＧＲバルブ６２が閉じていても、高圧ＥＧＲクーラ６１まで、ラム圧の作用を利用して排気ガスを自然対流させることができる。
【００７０】
なお、排気流路接続部６４ｃは、ラム圧が作用するように鋭角な角度θをもって排気流路３３から分岐すればよく、導入口６４ｄの全部が排気流路３３内に入らないように配置されてもよい。これによって、排気流路３３の圧損が高くなることを抑制しつつラム圧によって高圧ＥＧＲクーラ６１内に排気ガスを自然対流させることができる。
【００７１】
また、本実施形態では、排気流路接続部６４ｃは、導入口６４ｄの一部が排気流路３３内に入るように配置されたが、導入口６４ｄの全体が排気流路３３内に入って排気流路３３の上流を向くように配置されてもよい。このように排気流路接続部６４ｃが配置されることによって、排気流路３３の排気ガスをＥＧＲ入口配管６４ａ内により流し易くすることもできる。
【００７２】
高圧ＥＧＲバルブ６２は、高圧ＥＧＲクーラ６１内の冷却水の温度が所定水温Ｔ１未満である場合に閉じられる。そのため、自然対流によって高圧ＥＧＲクーラ６１内に排気流路３３を流れる排気ガスの一部を導くことができる。その結果、導かれた排気ガスがＥＧＲガス通路６１ａ内で冷却水に冷却されることによって、凝縮水Ｗを生成することができる。また、高圧ＥＧＲバルブ６２が閉じられており、高温の排気ガスが高圧ＥＧＲクーラ６１内に一気に流れることがないので、凝縮水Ｗを生成できなくなるほどの高温に冷却水が一気に昇温されることを抑制できる。
【００７３】
高圧ＥＧＲ装置６０では、高圧ＥＧＲクーラ６１は、冷却水の流れを切り換えるＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇを有する。ＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇは、高圧ＥＧＲバルブ６２が閉じられた場合に閉じられる。これによって、ＥＧＲクーラ洗浄制御が実行された場合には、ＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇが閉じた状態となるので、高圧ＥＧＲクーラ６１内の冷却水の流路を独立系にすることができる。そのため、エンジン２０等の排熱によって高圧ＥＧＲクーラ６１内の冷却水が急速に加熱されることを抑制でき温度上昇を緩やかにできるので、凝縮水Ｗの生成量を多くすることができる。また、通常のＥＧＲ制御が実行された場合には、チューブ６１ｂ内に冷却水が流通することになるので、ＥＧＲガス通路６１ａを流れる排気ガスを通常通り安定して冷却することができる。
【００７４】
高圧ＥＧＲ装置６０では、高圧ＥＧＲクーラ６１は、ＥＧＲガス通路６１ａに配置されるフィン６１ｃをさらに有する。フィン６１ｃ及び冷媒流路としてのチューブ６１ｂの少なくとも一方には、ＥＧＲガス通路６１ａ内の排気ガスの流れを遮る方向に突出する突出板６１ｆが形成される。このようにフィン６１ｃ及びチューブ６１ｂの少なくとも一方に形成された突出板６１ｆがＥＧＲガス通路６１ａ内の排気ガスの流れを撹拌させるので、乱流によって煤Ｃを勢いよく洗い流すことができる。
【００７５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００７６】
例えば、上記実施形態の高圧ＥＧＲ装置６０では、ＥＧＲ入口配管６４ａは、ＥＧＲ出口配管６４ｂよりも短い場合や、高圧ＥＧＲ装置６０の排気ガスの流れ方向上流に向かって開口する場合について説明した。しかしながら、ラム圧を作用させることのできる態様は、これらの実施形態に限られない。例えば、ＥＧＲ入口配管６４ａの径をＥＧＲ出口配管６４ｂの径よりも太く形成することによって、ラム圧で排気ガスが自然対流し易くなるので、高圧ＥＧＲバルブ６２が閉じている場合でも、凝縮水Ｗの生成を促進させることができる。また、高圧ＥＧＲバルブ６２の開弁時に流路を一時的に絞るようにバルブを途中で止めてもよい。また、ＥＧＲ冷却水が過剰に冷えている場合には、ＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇの開弁時に流路を一時的に絞るようにバルブを途中で止めてもよい。また、凝縮水が生成され易くするように、排気ガスの温度と冷却水の温度の温度差が大きくなるように高圧ＥＧＲバルブ６２とＥＧＲ冷却水バルブ６１ｇの開閉弁を協調して制御してもよい。
【００７７】
また、上記実施形態の高圧ＥＧＲ装置６０と同様の態様や制御を低圧ＥＧＲ装置５０にも適用することができる。これによって、熱交換効率の低下を防止できる低圧ＥＧＲ装置５０を提供することができる。また、冷却水以外にも、例えば、空気や他の冷却液を冷媒として用いてもよい。
【００７８】
なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【００７９】
本願は、２０１６年２月４日に日本国特許庁に出願された特願２０１６−１９８０２に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2017135377.tif 000003
【図２】
2017135377.tif 000004
【図３】
2017135377.tif 000005
【図４】
2017135377.tif 000006
【図５】
2017135377.tif 000007
【図６】
2017135377.tif 000008
【図７Ａ】
2017135377.tif 000009
【図７Ｂ】
2017135377.tif 000010
【図７Ｃ】
2017135377.tif 000011
【図８】
2017135377.tif 000012
【図９】
2017135377.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月25日(2018.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排気ガスの一部を排気流路から吸気流路に還流させるＥＧＲ装置であって、
内部を流通する冷媒によって前記排気流路から導かれた排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記排気流路と前記ＥＧＲクーラとを接続するＥＧＲ入口配管と、
前記ＥＧＲクーラと前記吸気流路とを接続するＥＧＲ出口配管と、
前記ＥＧＲ出口配管中に設けられ、排気ガスの流れを切り換えるＥＧＲ開閉弁と、
を備え、
前記ＥＧＲクーラは、
前記排気流路から導かれた排気ガスが流通するＥＧＲガス通路と、
前記ＥＧＲガス通路内の排気ガスと熱交換を行うように冷媒が流通する冷媒流路と、
を有し、
前記ＥＧＲ開閉弁は、前記冷媒流路の冷媒の温度が所定温度以上である場合に開かれ、
前記ＥＧＲ入口配管は、前記ＥＧＲ出口配管よりも太く、
前記冷媒は、冷却水であり、
前記ＥＧＲ開閉弁は、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水の温度が所定温度未満である場合に閉じられ、
前記ＥＧＲクーラは、冷却水の流れを切り換える冷却水開閉弁を有し、
前記冷却水開閉弁は、前記ＥＧＲ開閉弁が閉じられた場合に閉じられる、
ＥＧＲ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲ入口配管は、前記ＥＧＲ出口配管よりも短い、
ＥＧＲ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲ入口配管は、前記排気流路に接続される排気流路接続部を有し、
前記排気流路接続部は、前記排気流路の排気ガスの流れ方向に沿って上流から下流に向けて鋭角に分岐する、
ＥＧＲ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＥＧＲ装置であって、
前記排気流路接続部は、前記排気流路内に形成される導入口を有し、
前記導入口は、前記排気流路の排気ガスの流れ方向上流に向かって開口する、
ＥＧＲ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲクーラは、前記ＥＧＲガス通路に配置されるフィンをさらに有し、
前記フィン及び前記冷媒流路の少なくとも一方には、前記ＥＧＲガス通路内の排気ガスの流れを遮る方向に突出する突出板が形成される、
ＥＧＲ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明のある態様に係るＥＧＲ装置は、エンジンから排出された排気ガスの一部を排気流路から吸気流路に還流させるＥＧＲ装置であって、内部を流通する冷媒によって前記排気流路から導かれた排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記排気流路と前記ＥＧＲクーラとを接続するＥＧＲ入口配管と、前記ＥＧＲクーラと前記吸気流路とを接続するＥＧＲ出口配管と、前記ＥＧＲ出口配管中に設けられ、排気ガスの流れを切り換えるＥＧＲ開閉弁と、を備え、前記ＥＧＲクーラは、前記排気流路から導かれた排気ガスが流通するＥＧＲガス通路と、前記ＥＧＲガス通路内の排気ガスと熱交換を行うように冷媒が流通する冷媒流路と、を有し、前記ＥＧＲ開閉弁は、前記冷媒流路の冷媒の温度が所定温度以上である場合に開かれ、前記ＥＧＲ入口配管は、前記ＥＧＲ出口配管よりも太く、前記冷媒は、冷却水であり、前記ＥＧＲ開閉弁は、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水の温度が所定温度未満である場合に閉じられ、前記ＥＧＲクーラは、冷却水の流れを切り換える冷却水開閉弁を有し、前記冷却水開閉弁は、前記ＥＧＲ開閉弁が閉じられた場合に閉じられる。
【国際調査報告】
2017135377.tif 000014
2017135377.tif 000015
2017135377.tif 000016
2017135377.tif 000017