(57)【要約】【課題】車両の発進性を向上させつつ、ＥＧＲガスを吸気系に効果的に還流させる。【解決手段】吸気通路２０に設けられたインタークーラ２２と、吸気をインタークーラ２２から迂回させるバイパス通路２５と、吸気通路２０を開閉可能な第１吸気バルブ２３と、バイパス通路２５を開閉可能な第２吸気バルブ２６と、排気の一部を吸気通路２０に還流させる高圧ＥＧＲ装置６０と、ブースト圧センサ５０と、排気圧センサ５１と、車両発進時に第１吸気バルブ２３を全閉にすると共に、第２吸気バルブ２６を全開にし、高圧ＥＧＲ装置２０を作動させる場合には、排気圧が吸気圧よりも高くなるように第２吸気バルブ２６の開度を絞る制御部１００とを備えた。【選択図】図１
2018017126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気通路と、
前記エンジンの排気通路と、
前記吸気通路に設けられて吸気を冷却するインタークーラと、
前記インタークーラよりも上流側の前記吸気通路から分岐すると共に、前記インタークーラよりも下流側の前記吸気通路に合流して、吸気を前記インタークーラから迂回させるバイパス通路と、
前記バイパス通路の分岐部と合流部との間の前記吸気通路に設けられて、当該吸気通路を開閉可能な第１吸気バルブと、
前記バイパス通路に設けられて、当該バイパス通路を開閉可能な第２吸気バルブと、
前記エンジンの排気の一部を前記バイパス通路との合流部よりも下流側の前記吸気通路に還流させる排気再循環装置と、
前記エンジンの吸気圧を取得する吸気圧取得手段と、
前記エンジンの排気圧を取得する排気圧取得手段と、
車両発進時に前記第１吸気バルブを全閉にすると共に、前記第２吸気バルブを全開にし、前記排気再循環装置を作動させる場合には、前記排気圧が前記吸気圧よりも高くなるように前記第２吸気バルブの開度を絞る制御手段と、を備える
ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
前記エンジンの運転状態を取得する運転状態取得手段をさらに備え、
前記制御手段は、車両の速度が所定の定常走行速度に達すると、前記第２吸気バルブを全閉にすると共に、前記第１吸気バルブの開度を前記運転状態に基づいて制御し、前記排気再循環装置を作動させる場合には、前記排気圧が前記吸気圧よりも高くなるように前記第１吸気バルブの開度を絞る
請求項２に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記バイパス通路の内径が前記吸気通路の内径よりも小径に形成された
請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンシステムに関し、特に、排気の一部を吸気系に再循環させて排気中に含まれるＮＯｘを低減させる排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置）を備えたエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のエンジンシステムに搭載されるＥＧＲ装置として、ＥＧＲガスをコンプレッサよりも下流側の吸気系に還流させる所謂高圧ＥＧＲ装置が広く実用化されている。
【０００３】
一般的に、高圧ＥＧＲ装置は、吸気圧が排気圧よりも高くなる過給時等に吸気の排気系への逆流を防止するためのリードバルブを備えている。このようなリードバルブが耐久性の劣化等により破損、或は高硫黄燃料等の使用により腐食すると、ＥＧＲを適宜作動できなくなる課題がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、リードバルブを廃止し、過給時には排気圧が吸気圧よりも高くなるようにスロットルバルブの開度を絞ることで、ＥＧＲガスを吸気系に還流させる高圧ＥＧＲ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１５８９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、スロットルバルブよりも上流側の吸気通路には、容積の大きいインタークーラが設けられている。このようなインタークーラは、コンプレッサから圧送される圧縮吸気の流通抵抗になるため、特許文献１記載の技術のように、ＥＧＲ作動時にスロットルバルブを絞ると、特に車両の発進時等には、インタークーラが圧縮吸気によって充填されるまでの間は新気及びＥＧＲガスの混合気が燃焼室内に導入され難くなり、車両の発進性を悪化させる可能性がある。
【０００７】
本開示の技術は、車両の発進性を向上させつつ、ＥＧＲガスを吸気系に効果的に還流させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の技術は、エンジンの吸気通路と、前記エンジンの排気通路と、前記吸気通路に設けられて吸気を冷却するインタークーラと、前記インタークーラよりも上流側の前記吸気通路から分岐すると共に、前記インタークーラよりも下流側の前記吸気通路に合流して、吸気を前記インタークーラから迂回させるバイパス通路と、前記バイパス通路の分岐部と合流部との間の前記吸気通路に設けられて、当該吸気通路を開閉可能な第１吸気バルブと、前記バイパス通路に設けられて、当該バイパス通路を開閉可能な第２吸気バルブと、前記エンジンの排気の一部を前記バイパス通路との合流部よりも下流側の前記吸気通路に還流させる排気再循環装置と、前記エンジンの吸気圧を取得する吸気圧取得手段と、前記エンジンの排気圧を取得する排気圧取得手段と、車両発進時に前記第１吸気バルブを全閉にすると共に、前記第２吸気バルブを全開にし、前記排気再循環装置を作動させる場合には、前記排気圧が前記吸気圧よりも高くなるように前記第２吸気バルブの開度を絞る制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記エンジンの運転状態を取得する運転状態取得手段をさらに備え、前記制御手段は、車両の速度が所定の定常走行速度に達すると、前記第２吸気バルブを全閉にすると共に、前記第１吸気バルブの開度を前記運転状態に基づいて制御し、前記排気再循環装置を作動させる場合には、前記排気圧が前記吸気圧よりも高くなるように前記第１吸気バルブの開度を絞ることが好ましい。
【００１０】
また、前記バイパス通路の内径が前記吸気通路の内径よりも小径に形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の技術によれば、車両の発進性を向上させつつ、ＥＧＲガスを吸気系に効果的に還流させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの一例を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムにおいて、発進時空気系制御を実施する際の、（Ａ）はＥＧＲを作動させない場合、（Ｂ）はＥＧＲを作動させる場合を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムにおいて、定常時空気系制御を実施する際の、（Ａ）はＥＧＲを作動させない場合、（Ｂ）はＥＧＲを作動させる場合を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る発進時空気系制御及び定常時空気系制御を説明するフローチャート図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るエンジンシステムの一例を示す模式的な全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンシステムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１４】
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０には、吸気マニホールド１１及び、排気マニホールド１２が設けられている。排気マニホールド１２には、排気通路３０が接続され、排気通路３０には過給機４０のタービン４１が設けられている。
【００１５】
吸気マニホールド１１には、吸気通路２０が接続されている。吸気通路２０には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２１、過給機４０のコンプレッサ４２、インタークーラ２２、第１吸気バルブ２３等が設けられている。
【００１６】
第１吸気バルブ２３は、インタークーラ２２よりも下流側の吸気通路２０を開閉可能なバタフライバルブであって、後述するバイパス通路２５の分岐部と合流部との間の吸気通路２０に設けられている。第１吸気バルブ２３は、後述する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００からの指示信号に応じて開閉作動する。
【００１７】
過給機４０は、排気により回転駆動するタービン４１と、タービン４１と同軸に設けられて吸気を圧送するコンプレッサ４２とを備えている。過給機４０は、可変容量型タイプ或は、ノンコンベンショナルタイプの何れであってもよい。
【００１８】
本実施形態において、吸気通路２０には、コンプレッサ４２によって圧送される圧縮吸気をインタークーラ２２から迂回させるバイパス通路２５が設けられている。より詳しくは、バイパス通路２５は、コンプレッサ４２直下流の吸気通路２０から分岐すると共に、第１吸気バルブ２３よりも下流側の吸気通路２０（或は、吸気マニホールド１１）に合流する。バイパス通路２５は、好ましくは、その内径を吸気通路２０よりも小径且つ、その長さを吸気通路２０よりも短く形成されており、吸気通路２０のインタークーラ２２よりも上流側と下流側とを最短距離で接続するように、シリンダブロックやシリンダヘッドの側部或は、シリンダヘッドカバーの上部に隣接して延設されている。このバイパス通路２５には、第２吸気バルブ２６が設けられている。第２吸気バルブ２６は、バイパス通路２５を開閉可能なバタフライバルブであって、後述するＥＣＵ１００からの指示信号に応じて開閉作動する。
【００１９】
高圧ＥＧＲ装置６０は、排気マニホールド１２から分岐すると共に、第１吸気バルブ２３よりも吸気下流側の吸気通路２０に合流して、排気の一部を吸気系に再循環するＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ６２と、ＥＧＲガス量を目標ＥＧＲ率となるように調整するＥＧＲバルブ６３とを備えている。ＥＧＲを行う際には、第１又は第２吸気バルブ２３，２６の開度を絞り、ＥＧＲ通路６１の吸気通路２０との合流部（以下、ＥＧＲ通路６１の出口部）を負圧化することで、ＥＧＲガスが吸気通路２０内に還流されるようになっている。
【００２０】
ブースト圧センサ５０は、吸気マニホールド１１に設けられており、エンジン１０の吸気圧ＰＢを検出する。排気圧センサ５１は、排気マニホールド１２に設けられており、エンジン１０の排気圧ＰＥを検出する。エンジン回転数センサ５２は、エンジン１０のクランクシャフトの回転数Ｎｅを検出する。アクセル開度センサ５３は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度Ｑを検出する。ブレーキペダルセンサ５４は、図示しないフットブレーキのＯＮ／ＯＦＦ操作を検出する。シフトポジションセンサ５５は、図示しない変速機の現在のシフトポジションを検出する。車速センサ５６は、図示しない車両の車速を検出する。これら各種センサ類５０〜５６のセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ１００に出力される。
【００２１】
ＥＣＵ１００は、エンジン１０や高圧ＥＧＲ装置６０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ＥＣＵ１００は、発進時空気系制御部１１０と、定常時空気系制御部１２０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる
発進時空気系制御部１１０は、車両発進時に、第１吸気バルブ２３を全閉にして吸気をインタークーラ２２から迂回させつつ、第２吸気バルブ２６の開度を調整する発進時空気系制御を実施する。より詳しくは、発進時空気系制御部１１０は、車速センサ５６が車速ゼロ（車両停車）を検出し、且つシフトポジションセンサ５５が所定の発進段（例えば、１速）を検出した状態で、アクセル開度センサ５３が運転者によるアクセルペダルのＯＮ操作を検出すると、第１吸気バルブ２３に全閉指示信号を出力すると共に、第２吸気バルブ２６に全開指示信号を出力する（図２（Ａ）参照）。
【００２２】
また、ＥＣＵ１００のメモリには、予め作成したエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑと、ＥＧＲの作動領域との関係を規定したＥＧＲマップ（不図示）が記憶されている。発進時空気系制御部１１０は、エンジン回転数センサ５２やアクセル開度センサ５３によって検出されるエンジン１０の運転状態がＥＧＲマップの作動領域にある場合には、第１吸気バルブ２３に全閉指示信号を出力しつつ、排気圧センサ５１によって検出される排気圧ＰＥがブースト圧センサ５０によって検出される吸気圧ＰＢよりも高くなるように、第２吸気バルブ２６の開度を絞る指示信号を出力する（図２（Ｂ）参照）。第２吸気バルブ２６が絞られると、ＥＧＲ通路６１の出口部が負圧化されて、ＥＧＲガスは吸気通路２０に還流されるようになる。発進時空気系制御は、車両の速度が所定の車速（例えば、約２０〜３０ｋｍ／ｈ）に達すると終了される。
【００２３】
このように、車両発進時には、第１吸気バルブ２３を全閉にし、吸気を流通抵抗となるインタークーラ２２から迂回させて抵抗の小さいバイパス通路２５に流すことで、燃焼室内に圧縮吸気が早期に供給されるようになり、車両の発進性を確実に向上することができる。また、ＥＧＲ作動領域では、第１吸気バルブ２３を全閉にしつつ、排気圧ＰＥが吸気圧ＰＢよりも高くなるように第２吸気バルブ２６を絞ることで、ＥＧＲガスを吸気通路２０に確実に還流させることができる。
【００２４】
定常時空気系制御部１２０は、発進時空気系制御が終了すると、第２吸気バルブ２６を徐々に全閉にすると共に、第１吸気バルブ２３の開度を調整する定常時空気系制御を実施する。より詳しくは、定常時空気系制御部１２０は、エンジン１０の運転状態がＥＧＲマップの作動領域にない場合には、第２吸気バルブ２６を全閉にしつつ、第１吸気バルブ２３の開度をエンジン回転数センサ５２やアクセル開度センサ５３で検出される運転状態に基づいて制御する（図３（Ａ）参照）。
【００２５】
一方、定常時空気系制御部１２０は、エンジン１０の運転状態がＥＧＲマップの作動領域にある場合には、第２吸気バルブ２６を全閉にしつつ、排気圧ＰＥが吸気圧ＰＢよりも高くなるように、第１吸気バルブ２３の開度を絞る指示信号を出力する（図３（Ｂ）参照）。第１吸気バルブ２３が絞られると、ＥＧＲ通路６１の出口部が負圧化されて、ＥＧＲガスは吸気通路２０に還流されるようになる。定常時空気系制御は、車両が停車すると終了される。
【００２６】
次に、図４に示すフローチャートに基づいて、本実施形態に係る発進時空気系制御及び定常時空気系制御の詳細を説明する。
【００２７】
ステップＳ１００では、車速がゼロ（車両停車中）か否かが判定される。肯定の場合はステップＳ１１０に進み、変速機のギヤ段が所定の発進段（例えば、１速）に選択された発進準備状態にあるか否が判定される。肯定の場合は、ステップＳ１２０に進み、アクセルペダルがＯＮ操作されたか否かが判定される。
【００２８】
ステップＳ１２０にて、アクセルペダルのＯＮ操作（発進操作）がなされた場合は、ステップＳ１３０に進み、第１吸気バルブ２３を全閉にして吸気をインタークーラ２２から迂回させつつ、第２吸気バルブ２６を全開にする発進時空気系制御が開始される。
【００２９】
ステップＳ１４０では、エンジン１０の運転状態がＥＧＲマップの作動領域にあるか否かが判定される。肯定の場合はステップＳ１５０に進み、排気圧ＰＥが吸気圧ＰＢよりも高くなるように第２吸気バルブ２６の開度を絞ることで、ＥＧＲが作動される。一方、否定の場合は、ステップＳ１６０に進み、第２吸気バルブ２６の開度は全開に維持される。
【００３０】
ステップＳ１７０では、車両の速度が所定の車速（例えば、約２０〜３０ｋｍ／ｈ）に達したか否かが判定される。肯定の場合は、ステップＳ１８０に進み、第１吸気バルブ２３を徐々に開弁しつつ、第２吸気バルブ２６を徐々に閉弁する移行制御が実施され、さらに、ステップＳ２００に進んで定常時空気系制御が開始される。
【００３１】
ステップＳ２００では、エンジン１０の運転状態がＥＧＲマップの作動領域にあるか否かが判定される。肯定の場合はステップＳ２１０に進み、第２吸気バルブ２６を全閉にしつつ、排気圧ＰＥが吸気圧ＰＢよりも高くなるように第１吸気バルブ２３の開度を絞ることで、ＥＧＲが作動される。一方、否定の場合は、ステップＳ２２０に進み、第２吸気バルブ２６を全閉にしつつ、第１吸気バルブ２３の開度はエンジン１０の運転状態に基づいて制御される。定常時空気系制御は、ステップＳ２３０にて車速がゼロ（車両停車）になるまで継続され、車両が停車すると本制御はリターンされる。
【００３２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、車両発進時に第１吸気バルブ２３を全閉にすると共に、第２吸気バルブ２６の開度を適宜調整することで、吸気は流通抵抗の大きいインタークーラ２２を迂回して、抵抗の小さいバイパス通路２５を流れるようになる。これにより、車両発進時は、吸気がエンジン１０の燃焼室に早期に供給されるようになり、車両の発進性を確実に向上させることができる。
【００３３】
また、車両発進時にエンジン１０の運転状態がＥＧＲ作動領域になると、排気圧ＰＥが吸気圧ＰＢよりも高くなるように第２吸気バルブ２６を絞ることで、ＥＧＲ通路６１の出口部が負圧化されるようになる。これにより、ＥＧＲ通路６２にリードバルブを設けることなく、ＥＧＲガスを吸気通路２０に確実に還流させることが可能になる。また、リードバルブを廃止することで、高圧ＥＧＲ装置６０のコスト上昇を効果的に抑えつつ、メンテナンス性も確実に向上することができる。
【００３４】
なお、本発明は、上述の実施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、適宜変形して実施することが可能である。
【００３５】
例えば、図４に示すように、第１吸気バルブ２３をコンプレッサ４２とインタークーラ２２との間の吸気通路２０に設けてもよい。この場合は、発進時空気系制御を実施する際に圧縮吸気がインタークーラ２２に流れ込むことを確実に防止することができる。
【００３６】
また、発進時吸気量制御の開始条件（図４のステップＳ１２０）は、アクセルペダルのＯＮ操作に限定されず、ブレーキペダルのＯＦＦ操作を開始条件にしてもよい。この場合は、発進準備段階で吸気の流路を確実に切り替えることが可能になる。
【００３７】
また、上記実施形態は、リードバルブを備える高圧ＥＧＲ装置６０に適用してもよい。この場合は、上記各空気系制御をリードバルブ故障時のフェールセーフとして機能させることができる。
【００３８】
また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  エンジン
１１  吸気マニホールド
１２  排気マニホールド
２０  吸気通路
２１  エアクリーナ
２２  インタークーラ
２３  第１吸気バルブ
２５  バイパス通路
２６  第２吸気バルブ
３０  排気通路
４０  過給機
４２  コンプレッサ
５０  ブースト圧センサ
５１  排気圧センサ
５２  エンジン回転数センサ
５３  アクセル開度センサ
６０  高圧ＥＧＲ装置
６１  ＥＧＲ通路
６２  ＥＧＲクーラ
６３  ＥＧＲバルブ
１００  ＥＣＵ
１１０  発進時空気系制御部
１２０  定常時空気系制御部
【図１】
2018017126.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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