(57)【要約】 【課題】    排気再循環が効率よく行えるディーゼルエンジンの排気再循環システムを提供すること。  【解決手段】ディーゼルエンジン１のエンジンコントローラ１０に設けられたＥＧＲ制御部１５によれば、排気ブレーキ装置４０が作動している最中にＥＧＲバルブ５２を開け、排気管路４内に滞留した比較的高い圧力の排気ガスを一気にＥＧＲ通路５１を通して給気側に流す。このため、この際の勢いでＥＧＲ通路５１内に付着した煤を確実に除去できるから、ＥＧＲ通路５１内に煤が堆積して排気ガスの戻りを阻害する心配がなく、ＥＧＲシステム５０での排気再循環を効率よく行える。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ブレーキ装置（４０）が設けられたディーゼルエンジン（１）の排気再循環システム（５０）であって、
排気ガスの一部を抽出して給気側に再循環させる排気再循環通路（５１）と、
この排気再循環通路（５１）に設けられた開閉弁（５２）と、
前記排気ブレーキ装置（４０）の作動中に閉とされた前記開閉弁（５２）を、当該排気ブレーキ装置（４０）の作動中の一時期に開方向に制御する排気再循環制御部（１５）とを備えた
ことを特徴とするディーゼルエンジン（１）の排気再循環システム（５０）。
【請求項２】
排気ブレーキ装置（４０）が設けられたディーゼルエンジン（１）の排気再循環システム（５０）であって、
外気を吸入、加圧してディーゼルエンジン（１）に供給する圧縮機（２１）およびこの圧縮機（２１）を駆動する排気タービン（２２）を有した過給機（２０）と、
前記排気タービン（２２）の入口通路側から排気ガスの一部を抽出して前記圧縮機（２１）の出口通路側に再循環させる排気再循環通路（５１）と、
この排気再循環通路（５１）に設けられた開閉弁（５２）と、
前記圧縮機（２１）の出口通路および前記排気タービン（２２）の入口通路を連通するバイパス通路（２３）と、
このバイパス通路（２３）に設けられた別の開閉弁（２４）と、
前記排気ブレーキ装置（４０）の作動中に閉とされた前記開閉弁（５２）および前記別の開閉弁（２４）のうちの前記排気再循環通路（５１）側の開閉弁（５２）のみを、当該排気ブレーキ装置（４０）の作動中の一時期に開方向に制御する排気再循環制御部（１５）とを備えた
ことを特徴とするディーゼルエンジン（１）の排気再循環システム（５０）。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジン（１）の排気再循環システム（５０）において、  前記排気再循環通路（５１）には、排気ガスを冷却する排気再循環クーラ（５３）が設けられている
ことを特徴とするディーゼルエンジン（１）の排気再循環システム（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気再循環システムに係り、より詳しくは、排気ブレーキを備えたディーゼルエンジンの排気再循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンには、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムが設けられているものがある。ＥＧＲシステムは、不活性ガスを含む排気ガスの一部をディーゼルエンジンへの吸気に還流させて燃焼を緩慢にさせ、ディーゼルエンジンでの燃焼温度を下げることによって排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制するものである。
【０００３】
一方、ディーゼルエンジンの排気管の途中には、排気ブレーキ装置が設けられる場合がある。排気ブレーキ装置は、排気ガスの排出を排気管の途中で止めることで排気抵抗を高め、エンジンの回転速度を効率的に減速させるものである。従って、ディーゼルエンジンが搭載される大型の車両において排気ブレーキは、減速用の補助ブレーキとして多用されている。
【０００４】
ところで、ＥＧＲシステムの作動中は、排気側と給気側とが連通しているのであるが、このような状態で排気ブレーキ装置を作動させても、排気ガスが給気側に戻ってしまうため、減速に必要な排気抵抗が十分に得られず、排気ブレーキが効かないという問題が生じる。そこで、ＥＧＲシステムが作動中であっても、排気ブレーキ装置を作動させるときには、ＥＧＲバルブを優先的に閉じて排気側と給気側とを遮断する制御が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１８９４７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、排気ガスを給気側に戻すためのＥＧＲ通路内では、排気ガスが冷却されるために、排気ガス中に含まれる煤が付着し易すく、付着した煤が排気ガスの流れを阻害してＥＧＲ効率を低下させるという問題が生じる。
そこで、排気ブレーキ装置を備えている場合において、排気ブレーキ装置の作動中に生じる排気圧力を、ＥＧＲ通路内の清掃に利用することを考え出した。
【０００７】
本発明の目的は、排気再循環が効率よく行えるディーゼルエンジンの排気再循環システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係るディーゼルエンジンの排気再循環システムは、排気ブレーキ装置が設けられたディーゼルエンジンの排気再循環システムであって、排気ガスの一部を抽出して給気側に再循環させる排気再循環通路と、この排気再循環通路に設けられた開閉弁と、前記排気ブレーキ装置の作動中に閉とされた前記開閉弁を、当該排気ブレーキ装置の作動中の一時期に開方向に制御する排気再循環制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に係るディーゼルエンジンの排気再循環システムは、排気ブレーキ装置が設けられたディーゼルエンジンの排気再循環システムであって、外気を吸入、加圧してディーゼルエンジンに供給する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する排気タービンを有した過給機と、前記排気タービンの入口通路側から排気ガスの一部を抽出して前記圧縮機の出口通路側に再循環させる排気再循環通路と、この排気再循環通路に設けられた開閉弁と、前記圧縮機の出口通路および前記排気タービンの入口通路を連通するバイパス通路と、このバイパス通路に設けられた別の開閉弁と、前記排気ブレーキ装置の作動中に閉とされた前記開閉弁および前記別の開閉弁のうちの前記排気再循環通路側の開閉弁のみを、当該排気ブレーキ装置の作動中の一時期に開方向に制御する排気再循環制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に係るディーゼルエンジンの排気再循環システムは、請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気再循環システムにおいて、前記排気再循環通路には、排気ガスを冷却する排気再循環クーラが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１または請求項２の発明によれば、排気ブレーキの作動中においては通常、排気再循環通路の開閉弁を閉じているのであるが、排気再循環制御部によって一時期この開閉弁を開けることにより、排気管路内で圧縮された排気ガスが一気に排気再循環通路内を流れるため、その際の勢いで内部に付着した煤が清掃される。従って、付着した煤で排気ガスの戻りが妨げられる心配がなくなり、排気再循環が効率よく行われるようになる。
【００１２】
特に、排気再循環クーラが設けられている場合には、排気ガスが積極的に冷却されるために、排気ガス中の煤が排気再循環通路内に付着しやすく、排気の戻りをより阻害することになるのであるが、請求項３の発明によれば、このような排気再循環クーラが設けられた場合でも、煤が確実に排除されるから、排気再循環クーラの本来の性能が長期にわたって発揮されるようになる。このため、排気再循環クーラが設けられるディーゼルエンジンに本発明を適用することの効果は格別である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第２実施形態で、以下に説明する第１実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
【００１４】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る排気再循環システム（以下、「排気再循環」をＥＧＲと称する場合がある）５０が設けられたディーゼルエンジン１を示す概略図である。
図１において、ディーゼルエンジン１は、内部に複数（本実施形態では四つ）の燃焼室が形成されたエンジン本体２と、燃焼室に給気を供給する給気管路３と、燃焼室外部へ排気ガスを排出する排気管路４と、ディーゼルエンジン１を冷却するための冷却機構５と、エンジン本体２の動作を制御するエンジンコントローラ１０と、エンジン本体２への過給を行うために給気を圧縮する排気タービン過給機（過給機）２０と、バタフライ弁やシャッター弁等で排気管路４を遮蔽するように構成された排気ブレーキ装置４０と、ＮＯｘ排出量低減のための排気再循環システム５０とを備えている。
【００１５】
給気管路３とエンジン本体２との間には、給気管路３からの給気がそれぞれの燃焼室に分配されるように給気マニホールド３Ａが取り付けられている。
また、エンジン本体２と排気管路４との間には、それぞれの燃焼室からの排気がまとめて排気管路４に流入するように排気マニホールド４Ａが取り付けられている。
【００１６】
冷却機構５は、エンジン本体２内に収められたクランクシャフト（図示せず）等により駆動されるポンプ８を備え、ポンプ８によって圧送された冷却水は、ディーゼルエンジン１のエンジン本体２、排気タービン過給機２０、図示しないオイルクーラ等の冷却必要部位を冷却した後、冷却機構５に設けられたラジエータ６で空冷されるようになっている。また、給気管路３の途中には、排気タービン過給機２０で圧縮された空気を冷却するためのアフタークーラ７が設けられている。
このラジエータ６およびアフタークーラ７は、エンジン本体２に設けられ、かつクランクシャフト等により回転駆動されるファン９によって、その冷却作用が促進されるようになっている。
【００１７】
エンジンコントローラ１０は、エンジン本体２の回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段１１および燃焼室への燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出手段１２から、それぞれエンジン回転速度Ｎの検出信号および燃料噴射量Ｆの検出信号を受信しており、これらの検出信号によりディーゼルエンジン１の運転状態を把握し、状態に応じて燃焼室への燃料噴射量や燃料噴射タイミングなどの制御を行っている。
ここで、エンジン回転速度検出手段１１は、例えばエンジン本体２のクランクシャフトの回転速度を検出するもの等が採用でき、また燃料噴射量検出手段１２は、例えば燃料噴射ポンプのガバナの位置を検出したり、コモンレールが設けられている時にはコモンレールの燃料圧や燃料噴射ノズルの電磁弁の開放時間などから燃料噴射量を検出するもの等が採用できる。
なお、エンジンコントローラ１０については、後段にてさらに詳説する。
【００１８】
排気タービン過給機２０は、排気管路４の途中に設けられた排気タービン２２と、給気管路３の途中に設けられ、排気タービン２２に連結されて駆動される圧縮機２１とを備えている。給気管路３での圧縮機２１の出口通路のうち、アフタークーラ７の下流側と、排気管路４での排気タービン２２の入口通路とは、バイパス通路２３で連通しており、このバイパス通路２３には、バイパス通路２３の開度を調整するバイパスバルブ（別の開閉弁）２４が取り付けられている。このバイパスバルブ２４は、ニードル弁、バタフライ弁、電磁弁など、任意の構成のバルブを採用でき、本実施形態ではバイパス通路２３を全開または全閉する二位置制御のバルブが採用されている。
【００１９】
このようなバイパス通路２３およびバイパスバルブ２４は、ＥＧＲシステム５０を効率よく効かすために設けられており、給気圧力が排気圧力よりも高い場合に、排気ガスを給気側に確実に戻すために開けられる。そして、このバイパスバルブ２４の開閉制御は、エンジンコントローラ１０のＥＧＲ制御部１５によって行われる。このため、給気マニホールド３Ａおよび排気マニホールド４Ａのそれぞれには、バイパスバルブ２４の制御用として、図示しない圧力センサ等の圧力検出手段が設けられ、圧力検出手段からの検出信号がエンジンコントローラ１０に出力されることになる。
【００２０】
排気ブレーキ装置４０は、排気管路４の途中において、排気タービン２２と排気マフラ２５との間に設けられており、排気ブレーキスイッチ４１のオン・オフ操作により排気管路４を遮蔽または連通可能に設けられている。本実施形態では、排気ブレーキスイッチ４１からのオン・オフ信号は一旦エンジンコントローラ１０に入力され、このエンジンコントローラ１０を介して動作制御されるようになっている。ただし、排気ブレーキスイッチ４１からの直接のオン・オフ信号により排気ブレーキ装置４０を動作させてもよい。
【００２１】
また、排気ブレーキスイッチ４１は、排気ブレーキ装置４０の作動中にアクセルペダル４２が踏み込まれると、強制的にオフ状態に切り換わり、排気ブレーキ装置４０が作動停止となる。なお、これに加えて、燃料噴射量がアイドリング噴射量以下になった場合等にも、排気ブレーキスイッチ４１を強制的にオフ状態にしてもよい。
【００２２】
ＥＧＲシステム５０は、排気ガスの一部を排気マニホールド４Ａから抽出して圧縮機２１の出口通路に再循環させるための排気再循環通路５１を備えている。このＥＧＲ通路５１には、当該ＥＧＲ通路５１を開閉するＥＧＲバルブ（開閉弁）５２と、排気マニホールド４Ａからの排気ガスを冷却する排気再循環（ＥＧＲ）クーラ５３とが設けられている。給気管路３側のＥＧＲ通路５１端部は、前述したバイパス通路２３の分岐位置の下流側において、給気管路３に設けられたベンチュリ３Ｂの狭隘部に連通している。ＥＧＲバルブ５２の開閉制御も、排気マニホールド４Ａに設けられた図示しないＮＯｘ量検出手段からの検出信号に基づき、エンジンコントローラ１０のＥＧＲ制御部１５によって行われる。
【００２３】
以下には、エンジンコントローラ１０についてさらに詳説する。
エンジンコントローラ１０は、エンジン回転速度検出手段１１、燃料噴射量検出手段１２、図示しない圧力検出手段、およびＮＯｘ量検出手段からの検出信号、さらには排気ブレーキスイッチ４１、アクセルペダル４２からの操作信号を受信する入力部１３と、この入力部１３への入力信号に基づき、エンジン本体２の運転状態を把握して燃料噴射タイミングや燃料噴射量などを制御するエンジン制御部１４と、各入力信号に基づき、バイパスバルブ２４およびＥＧＲバルブ５２の開閉制御を行う排気再循環（ＥＧＲ）制御部１５と、各制御部１４，１５で生成された制御信号を各バルブ２４，５２や排気ブレーキ装置４０に出力する出力部１６とを備えて構成されている。
【００２４】
このうち、ＥＧＲ制御部１５は本実施形態で最も特徴的な構成であり、ＮＯｘ排出量に応じてＥＧＲバルブ５２の開閉制御を行ったり、給気圧力および排気圧力に応じてバイパスバルブ２４の開閉制御を行うといったＥＧＲシステム５０に対する本来の制御の他、前述したように、排気ブレーキ装置４０自身の動作制御を行うとともに、排気ブレーキ装置４０の動作状況に応じて各バルブ２４，５２を開閉可能に設けられている。
【００２５】
つまり、ＥＧＲ制御部１５は、排気ブレーキ装置４０の作動中においては通常、各バルブ２４，２５を閉じるように制御するのであるが、本実施形態では、その作動中にＥＧＲバルブ５２を瞬間的に全開または所定の開度に開き、ブレーキング中に高圧となった排気管路４内の排気ガス（ブレーキング中には殆ど燃料が噴射されないため、燃焼ガスの量は少ない）を給気側に一気に戻し、その勢いでＥＧＲ通路５１内に付着した煤を除去する。
【００２６】
以下には、図２のフローチャートをも参照し、ＥＧＲ制御部１５での制御手順を説明する。
ＳＴ（ステップ）１においてＥＧＲ制御部１５は先ず、排気ブレーキスイッチ４１がオン操作されたかを監視し、オン操作された場合、ＳＴ２において、ＥＧＲバルブ５２、バイパスバルブ２４、および排気ブレーキ装置４０の全てを閉じるように制御信号を生成する。これにより、排気ブレーキ装置４０が動作状態となり、排気ブレーキ装置４０の上流側で排気ガスが滞留して排気抵抗が生じ、ディーゼルエンジン１の回転速度が速やかに低下する。
なお、ＳＴ１の段階で各バルブ２４，５２が既に閉じている場合には、ＳＴ２ではその閉じた状態が維持される。
【００２７】
次いで、ＳＴ３にてＥＧＲ制御部１５は、排気ブレーキ装置４０の作動中において排気ブレーキスイッチ４１がオフ操作されたかを監視する。また、ＳＴ４では、排気ブレーキスイッチ４１がオフ操作されない場合でも、アクセルペダル４２が踏み込み操作されたかを監視し、操作された場合には、ＳＴ５において排気ブレーキスイッチ４１を強制的にオフ状態にする。
【００２８】
そして、ＳＴ３またはＳＴ５にて排気ブレーキスイッチ４１がオフ操作されると、ＥＧＲ制御部１５は初めに、排気ブレーキ装置４０の動作を停止させて排気管路４を開けるのではなく、ＳＴ６において、排気ブレーキ装置４０が依然動作している最中ではあるが、ＥＧＲバルブ５２を先に開ける。ただし、バイパスバルブ２４は閉めたままである。これにより、圧力が高まった排気ガスは、瞬間的に一気にＥＧＲ通路５１内を流れて給気側に戻り、この際の勢いでＥＧＲ通路５１内の煤が除去される。この後、ＳＴ７において、排気ブレーキ装置４０の動作を停止させ、排気ガスを排出させる。
【００２９】
このようにＥＧＲ制御部１５は、排気ブレーキ装置４０の実際の動作解除に先立って、一瞬早くＥＧＲバルブ５２を開け、煤を除去するのである。
この後において、各バルブ２４，５２の開閉は、ＮＯｘ排出量や、給気圧力および排気圧力に応じて通常通りに制御されることとなる。
【００３０】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）すなわち、ディーゼルエンジン１のエンジンコントローラ１０に設けられたＥＧＲ制御部１５によれば、排気ブレーキ装置４０が作動している最中にＥＧＲバルブ５２が開けられるため、排気管路４内に滞留した比較的高い圧力の排気ガスを一気にＥＧＲ通路５１を通して給気側に流すことができ、この際の勢いでＥＧＲ通路５１内に付着した煤を確実に除去できる。従って、ＥＧＲ通路５１内に煤が堆積して排気ガスの戻りを阻害する心配がないから、ＥＧＲシステム５０での排気再循環を効率よく行える。
【００３１】
（２）排気再循環通路５１にＥＧＲクーラ５３が設けられていることで、排気ガスが積極的に冷却されるため、排気ガス中の煤がＥＧＲ通路５１内に付着しやすく、排気の戻りをより阻害することになるのであるが、本実施形態によれば、このようなＥＧＲクーラ５３が設けられた場合でも、煤を確実に排除できるから、ＥＧＲクーラ５３の本来の性能を長期にわたって発揮でき、ＮＯｘの低減より促進できる。
【００３２】
（３）また、ＥＧＲ通路５１内で排気ガスが冷却されて煤が付くのであるが、このような煤が確実に除去される本実施形態によれば、ＥＧＲ通路５１がより長くなって排気ガスがさらに冷却されやすくなっても、付着した煤を何ら問題がなく除去できるため、他の部品との場積の取りあいで、ＥＧＲ通路５１を長くせざるを得ない場合でも、煤の付着を気にせず長くすることができ、設計の自由度が増すという効果がある。
【００３３】
（４）さらに、吸気側と排気側とを連通させるバイパス通路２３が設けられている本実施形態では、このバイパス通路２３のバイパスバルブ２４を、排気ブレーキ装置４０の作動中は常に閉じた状態にしているので、ＥＧＲ通路５１内の煤を除去するにあたっては、バイパス通路２３側を通って排気ガスが戻ることはなく、排気ガスの持つエネルギを煤の除去に有効に費やすことができる。
【００３４】
（５）バイパス通路２３は、アフタークーラ７の下流側において給気管路３から分岐しているので、何らかの理由で排気ガスが給気管路３側へ逆流してもアフタークーラ７を排気ガスが通ることがなく、アフタークーラ７が腐食するのを防止できる。
【００３５】
〔第２実施形態〕
図３には、本発明の第２実施形態に係る排気再循環システム５０を備えたディーゼルエンジン１の概略図が示されている。
本実施形態では、図１に示すバイパス通路２３およびバイパスバルブ２４が設けられていない点が第１実施形態とは大きく異なる。このため、エンジンコントローラ１０の出力部１６からは、ＥＧＲバルブ５２に対してのみ制御信号が出力される構成になっている。この制御信号が出力されるタイミングは、第１実施形態と同様である。
このような構成の本実施形態でも、第１実施形態で説明した（１）〜（３）の効果を同様に得ることができる。
【００３６】
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態では、排気ブレーキ装置４０の動作解除直前にＥＧＲバルブ５２を開けるように制御されていたが、これに限らず、排気ブレーキ装置４０が作動している最中であれば任意のタイミングでＥＧＲバルブ５２を一時期（瞬間的が好ましい）開いてよい。
【００３７】
そして、前記各実施形態では、ＥＧＲ制御部１５がエンジンコントローラ１０に設けられていたが、エンジンコントローラ１０とは別の専用のＭＰＵ等に設けられていてもよい。
【００３８】
また、前記各実施形態では、ＥＧＲ通路５１にＥＧＲクーラ５３が設けられていたが、このようなＥＧＲクーラ５３がない場合でも、本発明の請求項１および請求項２の発明に含まれる。
しかし、ＥＧＲクーラ５３を設けることで、本発明の効果を顕著に示すことができ、効果的である。
【００３９】
さらに、前記第２実施形態では、排気タービン過給機２０が設けられていたが、このような過給機２０がない場合でも、本発明の請求項１の発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、ブルドーザ、ホイルローダ、ダンプトラック等の建設機械用の他、バス、貨物トラック、乗用車等のディーゼルエンジンに設けられた排気再循環システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排気再循環システムが設けられたディーゼルエンジンを示す概略図。
【図２】第１実施形態の制御を説明するためのフローチャート。
【図３】本発明の第２実施形態に係る排気再循環システムが設けられたディーゼルエンジンを示す概略図。
【符号の説明】
【００４２】
１…ディーゼルエンジン、１０…エンジンコントローラ、１５…排気再循環制御部、２０…過給機である排気タービン過給機、２１…圧縮機、２２…排気タービン、２３…バイパス通路、２４…開閉弁であるバイパスバルブ、４０…排気ブレーキ装置、５０…排気再循環システム、５１…排気再循環通路、５２…開閉弁である排気再循環バルブ、５３…排気再循環クーラ。
【図１】
2006052677.tif 000003
【図２】
2006052677.tif 000004
【図３】
2006052677.tif 000005