(57)【要約】【課題】内燃機関への吸気量を確保しつつ、排気ガスの排熱を効率的に回収することができる内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供する。【解決手段】ターボ式過給システム１のタービン７aより下流側の内燃機関１の排気通路６に排熱回収装置１１を備え、かつ、排熱回収装置１１より下流側の排気通路６とコンプレッサ７ｂより上流側の内燃機関１の吸気通路４を接続する排気ガス還流通路１２を設けて、排気ガス還流通路１２と排気通路６の接続部に三方弁１３を備えるとともに、コンプレッサ７ｂより下流側の吸気通路４に設けたインタークーラ８に、低温用ラジエータ１６からエンジン冷却水Ｗｅより低温の冷却媒体Ｗａを供給する。そして、排気ガス還流通路１２に還流する排気ガスの目標還流量Ｖｔに基づいて、三方弁１３の開弁度と低温用ラジエータ１６からインタークーラ８への冷却媒体Ｗａの送出量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ式過給システムを備えた内燃機関において、
前記ターボ式過給システムのタービンより下流側の前記内燃機関の排気通路に排熱回収装置を備え、かつ、
前記排熱回収装置より下流側の前記排気通路と前記ターボ式過給システムのコンプレッサより上流側の前記内燃機関の吸気通路を接続する排気ガス還流通路を設けて、この排気ガス還流通路と前記排気通路の接続部に三方弁を備えるとともに、
前記コンプレッサより下流側の前記吸気通路に設けたインタークーラに、低温用ラジエータからエンジン冷却水より低温の冷却媒体を供給し、
前記内燃機関を制御する制御装置が、
前記排気ガス還流通路に還流する排気ガスの量の目標値である目標還流量に基づいて、前記三方弁の開弁度と前記低温用ラジエータから前記インタークーラへの冷却媒体の送出量を制御するように構成される内燃機関。
【請求項２】
エンジン冷却水が流れるエンジン冷却水用流路を前記インタークーラに接続して、エンジン冷却水でも前記インタークーラを流れる吸気ガスを冷却できるように構成すると共に、
前記制御装置が、
前記インタークーラより上流側の前記吸気通路を通過する吸気ガスの温度が予め設定された設定温度以上であるときは、前記低温用ラジエータから冷却媒体を前記インタークーラに循環させ、
前記吸気ガスの温度が前記設定温度未満であるときは、エンジン冷却水を前記インタークーラに循環させる制御を行うように構成される請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
ターボ式過給システムを備えた内燃機関で、前記ターボ式過給システムのタービンより下流側の前記内燃機関の排気通路に排熱回収装置を備え、かつ、
前記排熱回収装置より下流側の前記排気通路と前記ターボ式過給システムのコンプレッサより上流側の前記内燃機関の吸気通路を接続する排気ガス還流通路を設けて、この排気ガス還流通路と前記排気通路の接続部に三方弁を備えるとともに、前記コンプレッサより下流側の前記吸気通路に備えたインタークーラに、低温用ラジエータからエンジン冷却水より低温の冷却媒体を供給する内燃機関の制御方法において、
前記排気ガス還流通路に還流する排気ガスの量の目標値である目標還流量に基づいて、前記三方弁の開弁度と前記低温用ラジエータから前記インタークーラへの冷却媒体の送出量を制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及び内燃機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排熱を回収する技術として、過給器より下流側の排気管に、排気ガスとエンジン冷却水とを熱交換する温水熱交換器の機能を備えた燃焼器が備わる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９３８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１のように、排気通路から吸気通路に還流する排気ガス（ＥＧＲガス）をエンジン冷却水で冷却していたのでは、内燃機関の運転状態によっては、ＥＧＲガスが十分に冷却されず、吸気ガス（新気＋ＥＧＲガス）が高温化して吸気量が十分に確保できない虞がある。
【０００５】
また、従来、ターボ式過給システムを備えた内燃機関では、ターボ式過給システムのタービンより下流側の排気通路とコンプレッサより上流側の吸気通路を接続するＥＧＲ通路（低圧ＥＧＲ通路）にＥＧＲクーラ（低圧ＥＧＲクーラ）を備えて、この低圧ＥＧＲクーラでＥＧＲガスを冷却していた。しかしながら、低圧ＥＧＲクーラは排気ガスの一部であるＥＧＲガスのみを冷却する装置であるため、排気ガス全体の排熱を効率的に回収することが困難である。
【０００６】
本発明の目的は、内燃機関への吸気量を確保しつつ、排気ガスの排熱を効率的に回収することができる内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、ターボ式過給システムを備えた内燃機関において、前記ターボ式過給システムのタービンより下流側の前記内燃機関の排気通路に排熱回収装置を備え、かつ、前記排熱回収装置より下流側の前記排気通路と前記ターボ式過給システムのコンプレッサより上流側の前記内燃機関の吸気通路を接続する排気ガス還流通路を設けて、この排気ガス還流通路と前記排気通路の接続部に三方弁を備えるとともに、前記コンプレッサより下流側の前記吸気通路に設けたインタークーラに、低温用ラジエータからエンジン冷却水より低温の冷却媒体を供給し、前記内燃機関を制御する制御装置が、前記排気ガス還流通路に還流する排気ガスの量の目標値である目標還流量に基づいて、前記三方弁の開弁度と前記低温用ラジエータから前記インタークーラへの冷却媒体の送出量を制御するように構成される。
【０００８】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、ターボ式過給システムを備えた内燃機関で、前記ターボ式過給システムのタービンより下流側の前記内燃機関の排気通路に排熱回収装置を備え、かつ、前記排熱回収装置より下流側の前記排気通路と前記ターボ式過給システムのコンプレッサより上流側の前記内燃機関の吸気通路を接続する排気ガス還流通路を設けて、この排気ガス還流通路と前記排気通路の接続部に三方弁を備えるとともに、前記コンプレッサより下流側の前記吸気通路に備えたインタークーラに、低温用ラジエータからエンジン冷却水より低温の冷却媒体を供給する内燃機関の制御方法において、前記排気ガス還流通路に還流する排気ガスの量の目標値である目標還流量に基づいて、前記三方弁の開弁度と前記低温用ラジエータから前記インタークーラへの冷却媒体の送出量を制御することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の内燃機関及び内燃機関の制御方法によれば、従来、ターボ式過給システムのタービンより下流側の排気通路とコンプレッサより上流側の吸気通路を接続するＥＧＲ通路（低圧ＥＧＲ通路）に備えていた、排気ガスの一部のみが通過するＥＧＲクーラ（低圧ＥＧＲクーラ）の代わりに、排気ガスの全量が通過する排熱回収装置を排気通路に備えるので、この排熱回収装置により排気ガスの熱を効率的に回収することができる。
【００１０】
また、従来、低圧ＥＧＲ通路に備えていたＥＧＲバルブと、低圧ＥＧＲ通路との接続箇所より下流側の排気通路に備えていた排気バルブの代わりに、排気通路と排気ガス還流通路の接続箇所に三方弁を備えたので、排気通路から吸気通路に還流する排気ガス（ＥＧＲガス）の制御を簡易化することができる。
【００１１】
また、低圧ＥＧＲクーラを設けないので、低温用ラジエータからエンジン冷却水より低温の冷却媒体をインタークーラへ供給できるようになり、吸気ガスを効率よく冷却できて、吸気ガスの温度を安定化させてその高温化を抑制することができ、内燃機関の吸気量を確保することができる。
【００１２】
そして、三方弁の開弁度とインタークーラへの冷却媒体の循環量を、排気ガス還流通路に還流する排気ガスの量の目標値（目標還流量）に基づいて制御するので、内燃機関の吸気量の確保及びＮＯｘ発生の抑制を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明の内燃機関の別の構成を示す図である。
【図３】本発明の内燃機関の制御方法の制御フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態の内燃機関及び内燃機関の制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、単段のターボ式過給システム７を備えたエンジン（内燃機関）１を例としているが、複数段のターボ式過給システム７を備えたエンジン１に対しても本発明を適用することができる。また、機械式過給器（スーパーチャージャ）とターボ式過給システム７を組み合わせたエンジン１に対しても本発明を適用することができる。
【００１５】
図１に示すように、本発明のエンジン１では、４気筒で構成されるエンジン本体２に吸気マニホールド３を介して吸気通路４が接続されるとともに、排気マニホールド５を介して排気通路６が接続される。なお、エンジン本体２に備わる気筒２ａの数は４に限定されない。
【００１６】
吸気通路４には、上流側より順に、ターボ式過給システム７のコンプレッサ７ｂ、インタークーラ８が備わる。排気通路６には、上流側より順に、ターボ式過給システム７のタービン７ａ、排気ガス浄化処理装置９が備わる。
【００１７】
ターボ式過給システム７は、排気通路６を通過する排気ガスＧのエネルギーでタービン７ａを回転させることで、タービン７ａに連結しているコンプレッサ７ｂを稼働させて、吸気通路４を通過する吸気ガス（新気＋ＥＧＲガス）Ａ＋Ｇｅを過給する装置である。
【００１８】
インタークーラ８は、コンプレッサ７ｂを通過した吸気ガスＡ＋Ｇｅを冷却媒体で冷却する装置である。排気ガス浄化処理装置９は、酸化触媒装置（ＤＯＣ）やＰＭ捕集装置や選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）等の触媒装置を備えて構成される装置である。
【００１９】
また、高圧ＥＧＲ通路１０が、排気マニホールド５と吸気マニホールド３を接続して設けられる。この通路１０は、エンジン本体１の各気筒２ａより排気マニホールド５に排出される排気ガスＧの一部をＥＧＲガスＨＧｅとして吸気マニホールド３に還流する通路で、上流側より順に、エンジン冷却水Ｗｅを冷却媒体とする高圧ＥＧＲクーラ１０ａ、高圧ＥＧＲバルブ１０ｂが備わる。高圧ＥＧＲ通路１０、高圧ＥＧＲクーラ１０ａ及び高圧ＥＧＲバルブ１０ｂで高圧ＥＧＲシステムが構成される。この高圧ＥＧＲシステムは、ターボ式過給システム７を高効率で稼働させるための排気ガスＧの圧力調整用のシステムである。
【００２０】
本発明のエンジン１では、タービン７ａ、排気ガス浄化処理装置９より下流側の排気通路６に排熱回収装置１１を備えるとともに、この排熱回収装置１１より下流側の排気通路６とコンプレッサ７ｂより上流側のエンジン１の吸気通路４を接続する排気ガス還流通路１２を備える。また、排気ガス還流通路１２と排気通路６の接続部に三方弁１３を備えるとともに、インタークーラ８に低温用ラジエータ１６からエンジン冷却水Ｗｅより低温の冷却媒体Ｗａを冷却媒体用ポンプ１５を介して送出する。なお、排気ガス還流通路１２には、排気ガスＧに含まれる微粒子状物質（ＰＭ）を除去するフィルタ１４を設けることが好ましい。
【００２１】
排気ガス還流通路１２は従来の低圧ＥＧＲ通路と同様の通路である。排熱回収装置１１は、従来の低圧ＥＧＲ通路に備わる低圧ＥＧＲクーラの代わりに設けられる装置で、排気通路６を通過する排気ガスＧの排熱を回収する装置である。排熱回収装置１１で回収された排熱は、例えば、車両の動力補助や、車両に備わる他の装置の暖機促進や、エンジン１の始動時におけるエンジン１の潤滑油の予熱や、冬季の駐車時におけるエンジン１停止時の暖房に用いる。例えば、排気ガスＧの排熱とエンジン冷却水Ｗｅを熱交換することで、排気ガスＧの排熱を回収する。
【００２２】
三方弁１３は、従来の低圧ＥＧＲ通路に備わる低圧ＥＧＲバルブと、低圧ＥＧＲ通路と排気通路６の接続箇所より下流側の排気通路６に備わる排気バルブの代わりに設けられる装置である。低圧ＥＧＲバルブは低圧ＥＧＲ通路を流れる排気ガス（低圧ＥＧＲガス）の量を調整する装置で、排気バルブはこのバルブの開弁度を絞ることにより排気ガスＧが低圧ＥＧＲ通路に流れ易くするための装置である。一方、三方弁１３は、排気ガス還流通路１２に流れる排気ガスＬＧｅの量を調整する機能と、排気通路６から排気ガス還流通路１２に排気ガスＧが流れ易くする機能の両方の機能を有する装置である。
【００２３】
上記したエンジン本体２、ターボ式過給システム７、排気ガス浄化処理装置９、高圧ＥＧＲクーラ１０ａ、高圧ＥＧＲバルブ１０ｂ、三方弁１３、ポンプ１５等は、エンジン１の運転状態全般を制御する制御装置１７により制御される。
【００２４】
ここで、本発明のエンジン１の動作について説明する。吸気通路４に吸入された新気Ａは、排気通路６より排気ガス還流通路１２を経由して吸気通路４に還流される排気ガスＬＧｅとともに、コンプレッサ７ｂで圧縮される。コンプレッサ７ｂで圧縮されて高温化した吸気ガスＡ＋ＬＧｅは、インタークーラ８を循環する冷却媒体Ｗａと熱交換することで冷却されて低温化する。低温化した吸気ガスＡ＋ＬＧｅは吸気通路４及び吸気マニホールド３を経由してエンジン本体２の各気筒２ａに吸気され、各気筒２ａ内で燃料と混合されることで燃料を燃焼させる。
【００２５】
各気筒２ａ内での燃料の燃焼により発生した排気ガスは排気マニホールド５に排気され、その一部は高圧ＥＧＲガスＨＧｅとして高圧ＥＧＲ通路１０を経由して吸気マニホールド３に還流される。高圧ＥＧＲガスＨＧｅの還流量は、エンジン１の運転状態に応じた量となるように、高圧ＥＧＲバルブ１０ｂの開弁度を調整して制御される。高圧ＥＧＲガスＨＧｅの冷却量は、エンジン１の運転状態に応じた量となるように、高圧ＥＧＲクーラ１０ａを循環するエンジン冷却水Ｗｅの流量を調整して制御される。
【００２６】
一方、排気マニホールド５より排気通路６に流れる排気ガスＧは、タービン７ａを回転駆動してコンプレッサ７ｂを稼働させた後、排気ガス浄化処理装置９で排気ガスＧに含まれるＰＭやＮＯｘ等の浄化対象物質を浄化処理される。排気ガス浄化処理装置９を通過した排気ガスＧは、排熱回収装置１１でそのエネルギーの大部分を回収された後、三方弁１３を経由して排気ガスＧの一部が還流ガスＬＧｅとして排気ガス還流通路１２に還流されるか、または、排気ガスＧの残りが図示しないマフラーを経由して大気へ排出される。
【００２７】
そして、制御装置１７が、排気ガス還流通路１２に還流する排気ガス（還流ガス）ＬＧｅの量の目標値である目標還流量Ｖｔに基づいて、三方弁１３の開弁度と低温用ラジエータ１６よりインタークーラ８への冷却媒体Ｗａの送出量（インタークーラ８を循環する冷却媒体Ｗａの量）を制御する。この目標還流量Ｖｔは、図示しないが、排気ガス還流通路１２との接続箇所より上流側の吸気通路４に備わる吸気量検出センサ（ＭＡＦセンサ）や、吸気マニホールド３または吸気通路４に備わる吸気温度センサ及び吸気圧力センサや、排気マニホールド５または排気通路６に備わる排気温度センサ及び排気圧力センサや、排気ガス浄化処理装置９の前後の排気通路６に備わるＮＯｘ濃度センサやアンモニア濃度センサ等の各種センサの検出値を基に算出される。
【００２８】
以上より、本発明によれば、排熱回収装置１１を排気通路６に備えるので、この排気ガスＧの全量が通過する排熱回収装置１１により排気ガスＧの熱を効率的に回収することができる。
【００２９】
また、三方弁１３を備えて、従来の低圧ＥＧＲバルブの機能と排気バルブの機能の２つの機能を一つの弁で果たすようにするので、排気通路６から吸気通路４に還流する排気ガスＬＧｅの制御を簡易化することができる。
【００３０】
また、低圧ＥＧＲクーラを設けないので、低温用ラジエータ１６からエンジン冷却水Ｗｅより低温の冷却媒体Ｗａをインタークーラ８へ供給できるようになり、吸気ガスＡ＋Ｇｅを効率よく冷却できて、吸気ガスＡ＋Ｇｅの温度を安定化させてその高温化を抑制することができ、エンジン１の吸気量を確保することができる。
【００３１】
そして、三方弁１３の開弁度とインタークーラ８への冷却媒体Ｗａの循環量を目標還流量Ｖｔに基づいて制御するので、エンジン１の吸気量の確保及びＮＯｘ発生の抑制を確実に行うことができる。
【００３２】
また、本発明のエンジン１では、図２に示すように、インタークーラ８に冷却媒体Ｗａを供給する低温用ラジエータ１６を設けて、インタークーラ８の内部に冷却媒体Ｗａの循環用の流路を設けるだけでなく、この構成に加えて、インタークーラ８の内部にエンジン冷却水Ｗｅの循環用の流路と、この流路に接続するエンジン冷却水用流路１８を設けて、エンジン冷却水Ｗｅをエンジン冷却水用ポンプ１９を介してインタークーラ８に流入出させる構成を設けてもよい。
【００３３】
そして、この構成の基で、制御装置１７が、インタークーラ８より上流側の吸気通路４を通過する吸気ガスＡ＋Ｇｅの温度Ｔが予め設定された設定温度Ｔ１以上であるときは、低温用ラジエータ１６より送出される冷却媒体Ｗａをインタークーラ８に循環させる制御を行う。また、制御装置１７が、吸気ガスＡ＋Ｇｅの温度Ｔが設定温度Ｔ１未満であるときは、エンジン１の暖機が必要であるとして、エンジン冷却水用流路１８を経由させてエンジン冷却水Ｗｅをインタークーラ８に循環させる制御を行う。この吸気ガスＡ＋Ｇｅの温度Ｔは、吸気通路４と排気ガス還流通路１２の接続箇所より下流側で、かつ、インタークーラ８より上流側の吸気通路４に温度センサを設けてこの温度センサにより検出される。
【００３４】
この構成によれば、エンジン１の暖機時で、吸気ガスＡ＋Ｇｅの温度Ｔが低温であるときには、冷却媒体Ｗａではなくエンジン冷却水Ｗｅを用いて吸気ガスＡ＋Ｇｅを冷却するので、エンジン１の暖機を促進することができる。
【００３５】
また、排気ガス還流通路１２と吸気通路４の接続箇所にミキサー（攪拌装置）を設置すると、このミキサーにより吸気ガスＡ＋ＬＧｅを整流して均一にコンプレッサ７ｂに流入させることができる。その結果、コンプレッサ７ｂに流入する吸気ガスＡ＋ＬＧｅの温度分布が均一になるので、コンプレッサ７ｂに備わる各羽根における局所的な高温化を抑制することができ、コンプレッサ７ｂの劣化を抑制することができる。
【００３６】
次に、本発明の内燃機関の制御方法を示す制御フローの一例を図３を参照しながら説明する。この制御フローは、エンジン１が運転状態であるときに上級の制御フローより呼ばれて、予め設定した制御時間が経過する度に繰り返し実施されるフローである。
【００３７】
図３の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、インタークーラ８より上流側の吸気通路４を通過する吸気ガスＡ＋Ｇｅの温度Ｔが設定温度Ｔ１以上か否かを判定する。吸気ガスＡ＋Ｇｅの温度Ｔが設定温度Ｔ１以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２０に進み、ステップＳ２０にて、三方弁１３の開弁度とインタークーラ８への冷却媒体Ｗａの送出量（インタークーラ８を循環する冷却媒体Ｗａの量）を目標還流量Ｖｔに応じて設定する。ステップＳ２０の制御を実施後、ステップＳ３０に進み、ステップＳ３０にて、ステップＳ２０にて設定した開弁度となるように三方弁１３を制御するとともに、ステップＳ２０にて設定した冷却媒体Ｗａの送出量となるように冷却媒体用ポンプ（Ｗａ用ポンプ）１５を制御する。ステップＳ３０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
【００３８】
一方、ステップＳ１０の判定で、吸気ガスＡ＋Ｇｅの温度Ｔが設定温度Ｔ１未満である場合（ＮＯ）は、ステップＳ４０に進み、ステップＳ４０にて、三方弁１３の開弁度とインタークーラ８へのエンジン冷却水Ｗｅの循環量を目標還流量Ｖｔに応じて設定する。ステップＳ４０の制御を実施後、ステップＳ５０に進み、ステップＳ４０にて設定した開弁度となるように三方弁１３を制御するとともに、ステップＳ４０にて設定したエンジン冷却水Ｗｅの循環量となるようにエンジン冷却水用ポンプ（Ｗｅ用ポンプ）１９を制御する。ステップＳ５０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
【００３９】
以上より、本発明の内燃機関の制御方法は、ターボ式過給システム７を備えた内燃機関１で、このターボ式過給システム７のタービン７ａより下流側の内燃機関１の排気通路６に排熱回収装置１１を備え、かつ、排熱回収装置１１より下流側の排気通路６とターボ式過給システム７のコンプレッサ７ｂより上流側の内燃機関１の吸気通路４を接続する排気ガス還流通路１２を設けて、この排気ガス還流通路１２と排気通路６の接続部に三方弁１３を備えるとともに、コンプレッサ７ｂより下流側の吸気通路４に備えたインタークーラ８に、低温用ラジエータ１６からエンジン冷却水Ｗｅより低温の冷却媒体Ｗａを供給する内燃機関の制御方法において、排気ガス還流通路１２に還流する排気ガスＬＧｅの量の目標値である目標還流量Ｖｔに基づいて、三方弁１３の開弁度と低温用ラジエータ１６からインタークーラ８への冷却媒体Ｗａの送出量を制御することを特徴とする方法となる。この方法によれば、上記の内燃機関１と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  エンジン（内燃機関）
４  吸気通路
６  排気通路
７  ターボ式過給システム
７ａ  タービン
７ｂ  コンプレッサ
８  インタークーラ
１１  排熱回収装置
１２  排気ガス還流通路
１３  三方弁
１４  フィルタ
１６  低温用ラジエータ
１７  制御装置
１８  エンジン冷却水用流路
Ｖｔ  目標還流量
Ｔ  吸気ガスの温度
Ｔ１  設定温度
Ｗａ  冷却媒体
Ｗｅ  エンジン冷却水
Ａ  新気
ＨＧｅ  高圧ＥＧＲガス
ＬＧｅ  還流ガス
Ｇ  排気ガス
【図１】
2018204575.tif 000003
【図２】
2018204575.tif 000004
【図３】
2018204575.tif 000005