(57)【要約】【課題】エンジンの冷態始動時においては暖機運転に寄与し、温度が安定したら排気ガス改質に寄与する機能を有した排気還流装置を提供する。【解決手段】排気還流装置１は、シリンダブロック１０１の内部を通る伝熱流路１１と、排気管１０５に接続されて排気管１０５を伝熱流路１１へ連通させる排気導入管１２と、排気管に接続されて排気管１０５を吸気管１０６へ連通させる排気バイパス１４と、伝熱流路１１を排気バイパス１４へ連通させる排気導出管１３と、排気導入管１２及び排気バイパス１４が排気管１０５に連通する分岐部１０５Ａに設置されるシャッタ１５と、排気バイパス１４の途中に排気導出管１３が合流する合流部１４ａに配置される三方弁１６と、エンジン１００の運転状態に応じてシャッタ１５及び三方弁１６を切り換える制御部１７とを備える。【選択図】  図１
2018100637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダブロックの内部を通る伝熱流路と、
排気管を前記伝熱流路へ連通させる排気導入管と、
前記排気導入管が接続される前記排気管の分岐部に接続され、前記排気管を吸気管へ連通させる排気バイパスと、
前記伝熱流路を前記排気バイパスへ連通させる排気導出管と、
前記排気導入管及び前記排気バイパスが前記排気管に接続される前記分岐部に設置されて、排気の少なくとも一部を前記排気バイパスに案内する第１の案内状態、前記排気の少なくとも一部を前記排気導入管に案内する第２の案内状態、及び前記排気を前記排気管に沿って下流へ案内する第３の案内状態のいずれかに可変可能なシャッタと、
前記排気バイパスの途中に前記排気導出管が接続している合流部に配置されて、前記排気バイパスの前記排気管側と前記吸気管側とを連通させる第１の連通状態、前記排気バイパスの前記排気管側へ前記排気導出管を連通させる第２の連通状態、及び前記排気バイパスの前記吸気管側へ前記排気導出管を連通させる第３の連通状態のいずれかに切り換え可能な三方弁と、
前記エンジンの運転状態に応じて前記シャッタ及び前記三方弁を切り換える制御部と、
を備えることを特徴とする排気還流装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記シャッタを前記第１の案内状態に切り換えるとともに前記三方弁を前記第１の連通状態に切り換えて、前記排気管を流れる前記排気の一部を前記排気バイパスを通して前記吸気管へ直接還流させる第１のモードと、
前記シャッタを前記第２の案内状態に切り換えるとともに前記三方弁を第２の連通状態に切り換えて、前記排気管を流れる前記排気の一部を前記伝熱流路へ案内したのち前記排気管へ戻すように還流させる第２のモードと、
前記シャッタを前記第２の案内状態に切り換えるとともに前記三方弁を第３の連通状態に切り換えて、前記排気管を流れる前記排気の一部を前記伝熱流路へ案内したのち前記吸気管へ供給するように還流させる第３のモードと、
前記シャッタを前記第３の案内状態に切り換えるとともに前記三方弁を前記第２の連通状態に切り換えて、前記排気を還流させない第４のモードと
のいずれか１つのモードを、前記エンジンの運転状態に応じて選択する
ことを特徴とする請求項１に記載された排気還流装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記エンジンの冷却水の温度が設定された所定温度以下で、かつ前記吸気管を流れる吸気の温度が設定された所定温度以下である場合に、前記第１のモードを選択したのち前記第２のモードを選択し、
前記エンジンの冷却水の温度が設定された所定温度以下で、かつ前記吸気管を流れる吸気の温度が設定された所定温度以上である場合に、前記第２のモードを選択する
ことを特徴とする請求項２に記載された排気還流装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記第１のモードまたは前記第２のモードにおいて、前記エンジンの回転数が設定された所定回転数以上であるか又は前記エンジンの負荷が設定された所定負荷以上である場合に、前記第４のモードを選択する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載された排気還流装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記エンジンの冷却水の温度が設定された所定温度以上である場合に、前記第３のモードを選択する
ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載された排気還流装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記第１のモードにおいて、前記排気バイパスへ流す前記排気の流量を前記エンジンの空燃比に応じて調整する
ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載された排気還流装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記第２のモードにおいて、前記排気導入管へ流す前記排気の流量を前記排気管の排気圧力に応じて調整する
ことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載された排気還流装置。
【請求項８】
前記シャッタは、バタフライバルブで構成され、
前記制御部は、前記バタフライバルブの前記排気の流れ方向に対する傾斜角度を調整することで、前記第１の案内状態、前記第２の案内状態、前記第３の案内状態に切り換えるとともに、前記排気バイパスおよび前記排気導入管へ流す前記排気の流量を調整する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載された排気還流装置。
【請求項９】
前記伝熱流路は、前記エンジンのシリンダヘッド側にも設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載された排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気の一部を吸気に加える経路を有したエンジンの排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダボアの内壁とシリンダブロックの外壁の間となるシリンダブロックの中に内部通路を設け、排気の一部をその内部通路へ流通させて冷態始動時の暖機を行なえるようにしたエンジンがある（例えば、特許文献１）。内部通路に導入された排気の一部は、シリンダブロックにおいて熱交換され、シリンダブロックを温めることで冷される。
【０００３】
また、このエンジンは、内部通路を利用してＥＧＲ装置を構成する。内部通路は、導入管を介して吸気管に連通されている。内部通路を通った排気は、導入管を介して吸気管へ供給され、ＥＧＲガス（排気還流ガス）として利用される。ＥＧＲガスの流量を調整するバルブと、ＥＧＲガスの温度を調整するクーラは、導入管の途中に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７４６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたエンジンの場合、暖機運転が行われる間の排気ガスは、シリンダブロックに形成される内部通路に必ず導入されるとともにＥＧＲクーラを通過した後で吸気管に還流される。したがって、冷態始動時において、外気温も低い場合、吸気温度は低いままであるので、エンジンの始動直後における燃焼が不安定となり、エンジンの回転数が安定しなくなる。
【０００６】
そこで、本発明は、エンジンの冷態始動時においては暖機運転に寄与し、温度が安定したら排気ガス改質に寄与する機能を有した排気還流装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一実施形態の排気還流装置は、伝熱流路と排気導入管と排気バイパスと排気導出管とシャッタと三方弁と制御部とを備える。伝熱流路は、エンジンのシリンダブロックの内部を通る。排気導入管は、排気管を伝熱流路へ連通させる。排気バイパスは、排気導入管が接続される排気管の分岐部に接続され、排気管を吸気管へ連通させる。排気導出管は、伝熱流路を排気バイパスへ連通させる。シャッタは、排気導入管及び排気バイパスが排気管に接続される分岐部に設置され、第１の案内状態、第２の案内状態、及び第３の案内状態のいずれかに可変可能である。第１の案内状態では、排気の少なくとも一部を排気バイパスに案内する。第２の案内状態では、排気の少なくとも一部を排気導入管に案内する。第３の案内状態では、排気を排気管に沿って下流へ案内する。三方弁は、排気バイパスの途中に排気導出願が接続している合流部に配置されて、第１の連通状態、第２の連通状態、及び第３の連通状態のいずれかに切り換え可能である。第１の連通状態では、排気バイパスの排気管側と吸気管側とを連通させる。第２の連通状態では、排気バイパスの排気管側へ排気導出管を連通させる。第３の連通状態では、排気バイパスの吸気管側へ排気導出管を連通させる。制御部は、エンジンの運転状態に応じてシャッタ及び三方弁を切り換える。
【０００８】
このとき、制御部は、第１のモードと第２のモードと第３のモードと第４のモードのいずれか１つのモードをエンジンの運転状態に応じて選択する。第１のモードでは、シャッタを第１の案内状態に切り換えるとともに三方弁を第１の連通状態に切り換えて、排気管を流れる排気の一部を排気バイパスを通して吸気管へ直接還流させる。第２のモードでは、シャッタを第２の案内状態に切り換えるとともに三方弁を第２の連通状態に切り換えて、排気管を流れる排気の一部を伝熱流路へ案内したのち排気管へ戻すように還流させる。第３のモードでは、シャッタを第２の案内状態に切り換えるとともに三方弁を第３の連通状態に切り換えて、排気管を流れる排気の一部を伝熱流路へ案内したのち吸気管へ供給するように還流させる。第４のモードでは、シャッタを第３の案内状態に切り換えるとともに三方弁を第２の連通状態に切り換えて、排気を還流させない。
【０００９】
また、上述の排気還流装置において、制御部は、エンジンの冷却水の温度が設定された所定温度以下で、かつ吸気管を流れる吸気の温度が設定された所定温度以下である場合に、第１のモードを選択したのち第２のモードを選択し、エンジンの冷却水の温度が設定された所定温度以下で、かつ吸気管を流れる吸気の温度が設置された所定温度以上である場合に、第２のモードを選択する。
【００１０】
このとき、制御部は、第１のモード又は第２のモードにおいて、エンジンの回転数が設定された所定回転数以上であるか又はエンジンの負荷が設定された所定負荷以上である場合に、第４のモードを選択する。
【００１１】
また、上述の排気還流装置において制御部は、エンジンの冷却水の温度が設定された所定温度以上である場合に第３のモードを選択する。さらに、制御部は、第１のモードにおいて、排気バイパスへ流す排気の流量をエンジンの空燃比に応じて調整する。または、制御部は、第２のモードにおいて、排気導入管へ流す排気の流量を排気管の排気圧力に応じて調整する。
【００１２】
また、上述の排気循環装置においてシャッタはバタフライバルブで構成され、制御部は、バタフライバルブの排気の流れ方向に対する傾斜角度を調整することで、第１の案内状態、第２の案内状態、第３の案内状態に切り換えるとともに、排気バイパス及び排気導入管へ流す排気の流量を調整する。
【００１３】
また、上述の排気循環装置において、エンジンのシリンダヘッド側にも伝熱流路が設けられていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように構成された本願発明に係る一実施形態の排気循環装置によれば、運転条件に応じて排気を還流させる経路を切り換えることができるので、暖機運転の開始直後には排気を温かいまま吸気管に還流させて吸気の温度を上げ、暖機運転中には排気をシリンダブロック内に還流させることで暖機を促進し、暖機終了後は、排気をシリンダブロック内で冷した後、吸気管に還流させてＥＧＲ制御が行えるように排気の流通経路を切り換えることが可能となる。したがって、エンジンの冷態始動時における暖機をより効率よく速やかに行うことができるとともに、暖機運転後には排ガス中のＮＯｘを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の排気還流装置を装備したエンジンの斜視図。
【図２】図１の排気還流装置が第１のモードである状態を排気側から見た側面図。
【図３】図２中のＦ３−Ｆ３線に沿うエンジンの断面図。
【図４】図２中のＦ４−Ｆ４線に沿うエンジンの断面図。
【図５】図１の排気還流装置が第２のモードである状態を排気側から見た側面図。
【図６】図１の排気還流装置が第３のモードである状態を排気側から見た側面図。
【図７】図１の排気還流装置が第４のモードのである状態を排気側から見た側面図。
【図８】図１の排気還流装置を備えるエンジンの始動時の制御のフローチャート。
【図９】図８中の高温排気還流制御のフローチャート。
【図１０】図８中のエンジン暖機制御のフローチャート。
【図１１】図１の排気還流装置が第５のモードである状態を排気側から見た側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る一実施形態の排気還流装置１について、図１から図１１を参照して説明する。図１は、排気還流装置１を装備するエンジン１００の斜視図である。本実施形態の排気還流装置１は、伝熱流路１１と排気導入管１２と排気導出管１３と排気バイパス１４とシャッタ１５と三方弁１６と制御部１７とを備える。この排気還流装置１は、排気の一部を取り出し、吸気に加えることができるとともに、シリンダブロック１０１に設けられた伝熱流路１１に流通させることもできる。
【００１７】
エンジン１００から排出される排気が流される経路を分かりやすく示すために、図１では、エンジン１００の外形を簡略化し、さらにシリンダブロック１０１の内部のシリンダボア１０２及びウォータジャケット１０３を省略している。シリンダボア１０２及びウォータジャケット１０３は、図３および図４に示す。図２は、図１に示したエンジンを排気側から見た側面図であり、排気が流れる経路及び方向が分かるように、一部模式的に示している。
【００１８】
伝熱流路１１は、図１に示すように、シリンダブロック１０１のシリンダボア１０２に対して排気側及び吸気側のそれぞれに、シリンダボア１０２に沿って上下方向に延びるように複数個所に設けられている。各伝熱流路１１は、下部及び上部で互いに連通されている。本実施形態の場合、複数のシリンダボア１０２が一列に並んで設けられており、各シリンダボア１０２がそれぞれ排気側と吸気側の一対の伝熱流路１１で挟まれている。ここでは、例えば、４つのシリンダボア１０２に対して伝熱流路１１が設けられている。伝熱流路１１は、シリンダヘッド１０４にも通されている。伝熱流路１１の下部は、シリンダブロック１０１の下部で互いに連通されるとともに、排気導入管１２に接続されている。伝熱流路１１の上部は、シリンダヘッド１０４の上部で互いに連通されている。また、シリンダボア１０２の並び方向の両外側には、シリンダボア１０２に沿って設けられる伝熱流路１１の他にシリンダブロック１０１の外部と連通される伝熱流路１１が設けられている。シリンダボア１０２の並び方向の一方側の最も外側に位置する伝熱流路１１に後述する排気導入管１２が接続（連通）され、他方側の最も外側に位置する伝熱流路１１に後述する排気導出管１３に接続（連通）されている。
【００１９】
また、伝熱流路１１は、図３および図４に示すように、シリンダボア１０２の外周を取り巻くように形成されているウォータジャケット１０３のさらに外側にウォータジャケット１０３と隣接するように配置されている。なお、伝熱流路１１は、シリンダブロック１０１の内部に通されるのであれば、レイアウトの関係上、多少傾いていたり蛇行していたりしていてもよい。
【００２０】
排気導入管１２は、排気管１０５と伝熱流路１１の間を接続するよう設けられ、排気管１０５を伝熱流路１１へ連通させる。本実施形態では、一方が触媒１７の下流で排気管１０５（分岐部１０５Ａ）に接続（連通）され、他方が排気側の伝熱流路１１の下端に接続（連通）されている。
【００２１】
排気導出管１３は、伝熱流路１１と排気バイパス１４の間を接続するように設けられ、伝熱流路１１を排気バイパスへ連通させる。本実施形態では、排気導入管１２が接続された位置から離れた位置で、他の伝熱流路１１に対して上端のみ連通された伝熱流路１１に一方が接続（連通）され、他方が排気バイパス１４の途中に接続（連通）されている。したがって、排気導入管１２から供給された排気は、伝熱流路１１を下から上へ流れ、上部でのみ他の伝熱流路１１に連通する伝熱流路１１を下降して排気導出管１３からシリンダブロック１０１の外へ流出される。
【００２２】
排気バイパス１４は、排気管１０５と吸気管１０６の間を接続するよう設けられ、排気管１０５を吸気管１０６へ連通させる。本実施形態では、排気バイパス１４は、一方が排気管１０５の排気導入管１２が接続されている分岐部１０５Ａで、排気管１０５に接続（連通）されており、他方が吸気マニホールド１０６Ａで吸気管１０６に接続（連通）されている。なお、排気バイパス１４の一方は、分岐部１０５Ａの排気導入管１２が接続された位置と対向する位置に接続されている。つまり、排気導入管１２と排気バイパス１４は、分岐部１０５Ａにおいて互いに対向するように接続されている。また、排気バイパス１４の途中には、排気導出管１３と接続された合流部１４Ａが設けられている。
【００２３】
シャッタ１５は、排気導入管１２及び排気バイパス１４が排気管１０５に連通する分岐部１０５Ａに設置され、第１の案内状態Ｐ１、第２の案内状態Ｐ２、第３の案内状態Ｐ３のいずれかに切り換え可能とされている。シャッタ１５は、例えば、バタフライバルブで構成されており、排気管１０５の排気流れ方向に対してシャッタ１５の傾斜角度を変更（調整）することで、第１の案内状態Ｐ１、第２の案内状態Ｐ２、第３の案内状態Ｐ３に切り換えられる。第１の案内状態Ｐ１のシャッタ１５は、図２に示されており、排気の少なくとも一部を排気バイパス１４に案内する。第１の案内状態Ｐ１では、シャッタ１５は、排気流れ方向の下流側の端部が排気バイパス１４側へ傾斜された状態となる。第２の案内状態Ｐ２のシャッタ１５は、図５及び図６に示されており、排気の少なくとも一部を排気導入管１２に案内する。第２の案内状態Ｐ２では、シャッタ１５は、排気流れ方向の下流側の端部が排気導入管１２側へ傾斜された状態となる。第３の案内状態Ｐ３のシャッタ１５は、図７に示されており、排気を排気管１０５に沿ってそのまま下流へ案内する。第３の案内状態Ｐ３では、シャッタ１５は、排気流れ方向の下流側の端部が傾斜されない状態、すなわちシャッタ１５が排気管１０５（排気流れ方向）と平行にされた全開状態となる。なお、本実施形態の排気還流装置１は、シャッタ１５を任意の傾斜角度に位置決めできる調整機構を備えており、第１の案内状態Ｐ１及び第２の案内状態Ｐ２においてシャッタ１５の傾斜角度が適宜調整可能とされている。
【００２４】
三方弁１６は、排気バイパス１４の途中で排気導出管１３が接続された合流部１４Ａに配置され、第１の連通状態Ｑ１、第２の連通状態Ｑ２、第３の連通状態Ｑ３のいずれかに切り換え可能とされている。第１の連通状態Ｑ１の三方弁１６は、図２に示されており、排気バイパス１４の排気管１０５側（排気バイパス１４１）と吸気管１０６側（排気バイパス１４２）とを連通させる。第２の連通状態Ｑ２の三方弁１６は、図５及び図７に示されており、排気管１０５側の排気バイパス１４（１４１）へ排気導出管１３を連通させる。第３の連通状態Ｑ３の三方弁１６は、図６に示されており、吸気管１０６側の排気バイパス１４（１４２）へ排気導出管１３を連通させる。
【００２５】
制御部１７は、エンジン１００の運転状態に応じてシャッタ１５及び三方弁１６の状態を切り換える。シャッタ１５と三方弁１６のそれぞれの状態を切り換えるパターンとして、制御部１７は、第１のモードＭ１、第２のモードＭ２、第３のモードＭ３、及び第４のモードＭ４のいずれか１つのモードを、エンジン１００の運転状態に応じて選択する。
【００２６】
第１のモードＭ１は、図２に示されており、シャッタ１５を第１の案内状態Ｐ１に切り換えるとともに、三方弁１６を第１の連通状態Ｑ１に切り換え、排気管１０５を流れる排気の一部を排気バイパス１４を通して排気管１０５から吸気管１０６へ直接還流させる。したがって、第１のモードＭ１では、排気管１０５から比較的温度の高い排気の一部が取り出され、吸気管１０６へ還流され、吸気の温度が上昇される（吸気加熱制御）。
【００２７】
第２のモードＭ２は、図５に示されており、シャッタ１５を第２の案内状態に切り換えるとともに、三方弁１６を第２の連通状態Ｑ２に切り換え、排気管１０５を流れる排気の一部を、排気導入管１２を通して伝熱流路１１へ案内したのち排気バイパス１４１を介して排気管１０５へ戻すように還流させる。したがって、第２のモードＭ２では、排気管１０５から取り出された排気が、シリンダブロック１０１及びシリンダヘッド１０４内の伝熱流路１１を通過する間に、シリンダブロック１０１及びシリンダヘッド１０４へ熱を伝達することで暖機が促進される（エンジン暖機制御）。そして、シリンダブロック１０１及びシリンダヘッド１０４で温度が低下した排気は、排気管１０５へ戻され排出される。
【００２８】
第３のモードＭ３は、図６に示されており、シャッタ１５を第２の案内状態Ｐ２に切り換えるとともに、三方弁１６を第３の連通状態Ｑ３に切り換え、排気管１０５を流れる排気の一部を、排気導入管１２を通して伝熱流路１１へ案内したのち排気バイパス１４２を介して吸気管１０６へ供給するよう還流させる。したがって、第３のモードＭ３では、排気管１０５から取り出された排気は、シリンダブロック１０１及びシリンダヘッド１０４内の伝熱流路１１を通過する間に冷やされ、吸気管１０６に供給される（ＥＧＲ制御）。
【００２９】
第４のモードＭ４は、図７に示されており、シャッタ１５を第３の案内状態Ｐ３に切り換えるとともに、三方弁１６を第２の連通状態Ｑ２に切り換え、排気を伝熱流路１１や吸気管１０６に還流させない。つまり、排気は、シャッタ１５の上流側から下流側へそのまま流される。
【００３０】
なお、第１のモードＭ１、第２のモードＭ２、第３のモードＭ３では、制御部１７によって、エンジン１００の運転状態に応じてシャッタ１５の傾斜角度が調整されることで、排気の還流量が調整される。
【００３１】
本実施形態の排気還流装置１では、図１に示すように、エンジン１００の運転状態を検出するために、水温センサ１８１、吸気温センサ１８２、回転速度センサ１８３、アクセル開度センサ１８４、空燃比センサ１８５、排気圧力１８６を少なくとも備えている。また、シャッタ１５及び三方弁１６のそれぞれの状態を検出するセンサも備えている。
【００３２】
水温センサ１８１は、シリンダブロック１０１のウォータジャケット１０３に循環される冷却水の温度（冷却水温度Ｋ）を計測する。吸気温センサ１８２は、吸気管１０６を流れる吸気の温度（吸気温度Ｔ）、本実施形態では、排気バイパス１４が接続された地点よりも下流側における吸気温度Ｔを測定する。回転速度センサ１８３は、エンジン１００の回転数Ｅｒを計測する。アクセル開度センサ１８４は、ドライバーのアクセルペダルの踏み込み量からスロットル開度を算出する。空燃比センサ１８５は、排気バイパス１４が接続された位置よりも下流の吸気管１０６に設置され、吸気中の空気と燃料の比率を計測する。排気圧力センサ１８６は、シャッタ１５が配置された排気管１０５の分岐部１０５Ａよりも上流側の排気管１０５に設置され、排気管１０５内の圧力を計測する。
【００３３】
制御部１７は、エンジン始動時に、水温センサ１８１で計測された冷却水温度Ｋ及び吸気温センサ１８２で計測された吸気温度Ｔがそれぞれに設定された所定温度Ｋ１，Ｔ１以下である場合、第１のモードＭ１を選択する。第１のモードＭ１では、空燃比センサ１８５によって計測される空燃比ＡＦとともに吸気温センサ１８２によって計測される吸気温度Ｔに基づいて、シャッタ１５の傾斜角度を適宜調整することで、吸気に直接加える排気の量が調整される。そして、エンジン始動から所定時間が経過すると第１のモードＭ１から第２のモードＭ２に切り換えてエンジン暖機制御を実行する。
【００３４】
また、このとき、これらの条件に加えて、回転速度センサ１８３によって計測されたエンジン１００の回転数Ｅｒが設定された所定回転数Ｅｒ１以下でありかつ回転速度センサ１８３とアクセル開度センサ１８４の計測結果から推定されたエンジン負荷Ｌが設定された所定負荷Ｌ１以下であると判定した場合には、第１のモードＭ１を維持し、回転速度センサ１８３によって計測されたエンジン回転数Ｅｒが所定回転数Ｅｒ１以上であるか、または回転速度センサ１８３とアクセル開度センサ１８４の計測結果から推定されるエンジン負荷Ｌが所定負荷Ｌ１以上であると判定した場合には、吸気加熱制御を中止して第４のモードＭ４を選択する。
【００３５】
なお、制御部１７は、エンジン１００が始動されてから所定時間が経過すると第１のモードＭ１から第２のモードＭ２に切り換える。つまり、冷却水温度Ｋ及び吸気温度Ｔの両方が所定温度Ｋ１，Ｔ１より低い冷態始動時は、吸気加熱制御を実施した後、エンジン暖機制御が実施される。
【００３６】
また、制御部１７は、水温センサ１８１で計測された冷却水温度Ｋが設定された所定温度Ｋ１以下かつ吸気温センサ１８２で計測された吸気温度Ｔが設定された所定温度Ｔ１以上である場合、第２のモードＭ２を選択する。つまり吸気加熱制御を実施せずにエンジン暖機制御のみを実施する。第２のモードＭ２では、排気圧力センサ１８６によって計測される排気圧力ＥＸｐに基づいて、シャッタ１５の傾斜角度を調整することで、伝熱流路１１へ流す排気の量が適宜調整される。
【００３７】
また、このとき、これらの条件に加えて、回転速度センサ１８３によって計測された回転数Ｅｒが設定された所定回転数Ｅｒ１以下でありかつ回転速度センサ１８３とアクセル開度センサ１８４の計測結果から推定されたエンジン負荷Ｌが設定された所定負荷Ｌ１以下であると判定した場合には、第２のモードＭ２を維持し、回転速度センサ１８３によって計測されたエンジン回転数Ｅｒが設定された所定回転数Ｅｒ１以上であるか、または回転速度センサ１８３とアクセル開度センサ１８４の計測結果から推定されたエンジン負荷Ｌが設定された所定負荷Ｌ１以上であると判定した場合には、エンジン暖機制御を中止して第４のモードＭ４を選択する。
【００３８】
そして、制御部１７は、水温センサ１８１によって計測された冷却水温度Ｋが設定された所定温度Ｋ１以上である場合、すなわちエンジン１００の暖機が完了していると判断されると第３のモードＭ３を選択する。なお、エンジン１００の暖機完了後は、第３のモードＭ３に維持され、エンジン１００の運転状態、具体的には、エンジン回転数Ｅｒとエンジントルクに基づいてシャッタ１５の傾斜角度が調整されることで、伝熱流路１１を通して吸気へ加える排気の量、すなわちＥＧＲ量が調整される。
【００３９】
以上のように構成された排気還流装置１において、エンジン１００を冷態始動させる際の制御について、図８から図１０のフローチャートを用いて説明する。図８は、エンジンの始動するところから停止させるまで、排気還流装置１の制御フローを示す。図９は、第１のモードＭ１によって温度の高い排気を吸気に加える吸気加熱制御、いわゆるホットＥＧＲガス制御を行う際の制御フローを示す。また、図１０は、第２のモードＭ２によって伝熱流路１１に排気を流してシリンダブロック１０１及びシリンダヘッド１０４を温めるエンジン暖機制御を行う際の制御フローを示す。
【００４０】
排気還流装置１を装備するエンジン１００は、図８に示すように冷態で始動されると、まず水温センサ１８１によってウォータジャケット１０３の冷却水温度Ｋを計測し、設定された所定の温度Ｋ１よりも低いか判断（Ｓ１）する。エンジン１００が十分に温まっている場合、暖機運転は必要ないので、暖機完了（Ｓ５）の前に移行する。
【００４１】
冷却水温度Ｋが所定温度Ｋ１よりも低い場合、さらに吸気温センサ１８２によって吸気温度Ｔを計測し、設定された所定の温度Ｔ１よりも低いか判断（Ｓ２）する。吸気温度Ｔが所定の温度Ｔ１よりも低い場合、吸気として取り込まれる外気の温度が低く燃焼が不安定になるので、吸気を温めるために吸気加熱制御（Ｓ３）を行う。一方、Ｓ２において吸気温度Ｔが所定の温度Ｔ１よりも高いと判断された場合は、吸気加熱制御（Ｓ３）を行なわずにエンジン暖機制御（Ｓ４）に移行する。
【００４２】
吸気加熱制御（Ｓ３）は、冷却水温度Ｋが所定温度Ｋ１よりも低くかつ吸気温度Ｔが所定温度Ｔ１よりも低い場合に実施される。図９を用いて吸気加熱制御（Ｓ３）の制御フローを説明する。Ｓ３において、エンジン１００の運転状態として、まず回転速度センサ１８３によってエンジン回転数Ｅｒを計測し、所定回転数Ｅｒ１以下であるか判断（Ｓ８）する。所定回転数Ｅｒ１以下である場合、さらにエンジン負荷Ｌが所定負荷Ｌ１以下であるか判断（Ｓ９）される。
【００４３】
エンジン回転数Ｅｒが所定回転数Ｅｒ１以下かつエンジン負荷Ｌが所定負荷Ｌ１以下である場合、制御部１７は、第１のモードＭ１を選択（Ｓ１０）する。図２に示すように、シャッタ１５は第１の案内状態Ｐ１に、三方弁１６は第１の連通状態Ｑ１にそれぞれ切り換えられる。排気の一部は、図２に示すように、排気管１０５から排気バイパス１４を通って吸気管１０６に供給され、吸気と混ぜられる。排気の温度が下がる前に排気バイパス１４を通して吸気に混ぜられることによって、吸気温度Ｔが上がるので、燃焼が安定する。このとき、還流される排気の量は、吸気温度Ｔ及び空燃比ＡＦに応じてシャッタ１５の傾斜角度を調整（Ｓ１１）することでコントロールされる。
【００４４】
また、空燃比ＡＦの値が正常であるか判断（Ｓ１２）され、正常である場合にはさらに吸気温度Ｔが所定の温度Ｔ１以下であるか判断（Ｓ１３）される。そして、吸気温度Ｔが所定温度Ｔ１以下である場合には、冷却水温度Ｋが、所定温度Ｋ１よりもさらに温度の低い第２の所定温度Ｋ２以下であるか判断（Ｓ１４）する。冷却水温度Ｋが第２の所定温度Ｋ２以下である場合、エンジン１００が始動されてから所定時間が経過したか判断（Ｓ１５）される。
【００４５】
Ｓ１５において所定時間が経過していない場合、Ｓ８の前に戻って、Ｓ８からＳ１５を繰り返す。Ｓ１５において所定時間が経過している場合には、吸気加熱制御（Ｓ３）を終えて図８のエンジン暖機制御（Ｓ４）に移行する。また、Ｓ１４において冷却水温度Ｋが所定の温度Ｋ１よりも低いが第２の所定温度Ｋ２以上である場合、吸気加熱制御（Ｓ３）を終えてエンジン暖機制御（Ｓ４）に移行する。
【００４６】
この吸気加熱制御（Ｓ３）において、Ｓ８のエンジン回転数Ｅｒが所定の回転数Ｅｒ１以下ではない場合、又はエンジン負荷Ｌが所定の負荷Ｌ１以下ではない場合、すなわちエンジン回転数Ｅｒかエンジン負荷Ｌのいずれかが高い場合、暖機運転の必要はないので、制御部１７は図９に示す第４のモードＭ４に移行（Ｓ１６）する。また、Ｓ１１においてシャッタ１５の調整をしたあとで、Ｓ１２において空燃比ＡＦが正常値から外れたと判断された場合、空燃比ＡＦが正常値であってもＳ１３において吸気温度Ｔが所定温度Ｔ１よりも高くなった場合、いずれも第４のモードＭ４に移行（Ｓ１６）する。第４のモードＭ４に移行することで、排気が吸気に加えられることが無くなる。Ｓ１２において空燃比ＡＦが悪化していた場合には、第４のモードＭ４に移行することで、空燃比ＡＦの悪化が改善される。また、Ｓ１３において吸気温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上であった場合も、第４のモードに移行することで、温度の高い排気を吸気に還流しなくなり、吸気温度Ｔが所定温度Ｔ１以上になることを抑制する。
【００４７】
吸気加熱制御（Ｓ３）が終わると図８に示すエンジン暖機制御（Ｓ４）に移行する。図１０を用いてエンジン暖機制御（Ｓ４）の制御フローを説明する。エンジン暖機制御（Ｓ４）では、排気を伝熱流路１１へ流してシリンダブロック１０１及びシリンダヘッド１０４を温める。そこでまず、冷却水温度Ｋが所定の温度Ｋ１以下であるか判断（Ｓ１７）する。所定の温度Ｋ１以上である場合は、暖機の必要が無いので、エンジン暖機完了（Ｓ５）に移行する。
【００４８】
冷却水温度Ｋが所定温度Ｋ１以下である場合、エンジン回転数Ｅｒが所定の回転数Ｅｒ１以下であるか判断（Ｓ１８）し、さらにエンジン負荷Ｌが所定の負荷Ｌ１以下であるか判断（Ｓ１９）する。エンジン回転数Ｅｒが所定の回転数Ｅｒ１以下かつエンジン負荷Ｌが所定の負荷Ｌ１以下である場合、制御部１７は、第２のモードＭ２を選択（Ｓ２０）し、図５に示すようにシャッタ１５を第２の案内状態Ｐ２に、三方弁１６を第２の連通状態Ｑ２にそれぞれ切り換える。これにより、排気の一部は、シャッタ１５によって排気導入管１２へ案内され、伝熱流路１１を通り、排気導出管１３から排出され、三方弁１６で排気バイパス１４（１４１）を介して、排気管１０５に戻されるように還流する。
【００４９】
伝熱流路１１を排気が還流されることによって、排気の熱がシリンダブロック１０１及びシリンダヘッド１０４へ伝達される。これにより、シリンダブロック１０１及びシリンダヘッド１０４が暖められるとともに、ウォータジャケット１０３を循環する冷却水も暖められる。制御部１７は、排気圧力センサ１８６によって計測される排気圧力ＥＸｐを基にシャッタ１５の傾斜角度を調整（Ｓ２１）することで伝熱流路１１に流す排気の流量をコントロールする。
【００５０】
制御部１７は、排気圧力センサ１８６によって計測された排気圧力ＥＸｐが所定の圧力ＥＸｐ１以下であるか判断（Ｓ２２）する。排気圧力ＥＸｐが所定の圧力ＥＸｐ１以下である場合、冷却水温度Ｋが所定温度Ｋ１よりも高くなったか判断（Ｓ２３）し、所定温度Ｋ１よりも高くなっていれば、暖機は終了であるので、エンジン暖機完了（Ｓ５）に移行する。
【００５１】
排気圧力ＥＸｐが所定圧力ＥＸｐ１よりも高い場合、制御部１７は、第２のモードＭ２を止めて第４のモードＭ４を選択（Ｓ２４）する。また、エンジン回転数Ｅｒが所定の回転数Ｅｒ１以上であるか、エンジン負荷Ｌが所定の負荷Ｌ１以上である場合、暖機運転の必要はないので、制御部１７は、第４のモードＭ４を選択（Ｓ２４）する。制御部１７が第４のモードＭ４を選択すると、Ｓ１７の前に戻って、冷却水温度Ｋが所定の温度Ｋ１以下であるか判断され、所定の温度Ｋ１以下である場合は、Ｓ１７からＳ２４を繰り返す。
【００５２】
以上のように、吸気加熱制御（Ｓ３）及びエンジン暖機制御（Ｓ４）が実施され、冷却水温度Ｋが所定の温度Ｋ１以下になってエンジン１００の暖機が完了（Ｓ５）すると、制御部１７は第３のモードＭ３を選択（Ｓ６１）し、図８に示すように、ＥＧＲ制御が実施（Ｓ６２）される。第３のモードＭ３では、図６に示すように、シャッタ１５が第２の案内状態Ｐ２に、三方弁１６が第３の連通状態Ｑ３にそれぞれ切り換えられる。
【００５３】
第３のモードＭ３では、排気の一部は、シャッタ１５によって排気導入管１２に案内され、伝熱流路１１を通って、排気導出管１３から三方弁１６によって吸気管側の排気バイパス１４（１４２）に送られ、吸気管１０６に供給されるように還流する。制御部１７が第３のモードＭ３を選択したことで、排気の一部を伝熱流路１１において冷すことができるとともに、その排気を吸気に還流させることができる。したがって、第３のモードＭ３の排気還流装置１は、ＥＧＲと同じ機能を有する。また、制御部１７は、エンジン回転数Ｅｒとエンジントルクに基づいてシャッタ１５の傾斜角度を調整（Ｓ２１）することで伝熱流路１１を介して吸気に供給する排気の流量をコントロールする。
【００５４】
エンジン１００の暖機完了後は、図８に示すようにエンジンが停止される（Ｓ７）まで第３のモードＭ３が維持され、ＥＧＲ制御（Ｓ６２）を繰り返し実行する。そして、エンジン１００が停止された場合は、このフローを終了する。
【００５５】
以上のように構成された排気還流装置１は、シリンダブロック１０１の内部を通る伝熱流路１１を有しており、排気の一部をこの伝熱流路１１に流してエンジン１００の暖機を行なえる。また、この排気還流装置１は、シャッタ１５及び三方弁１６をそれぞれ切り換えることで、排気の一部を排気管１０５から吸気管１０６へ直接還流させる経路に切り換える第１のモードＭ１と、排気の一部を伝熱流路１１に流通させたあと排気管１０５へ還流させる経路に切り換える第２のモードＭ２と、排気管１０５から伝熱流路１１を経由して吸気管１０６へ還流させる経路に切り換える第３のモードＭ３と、排気を伝熱流路１１や吸気管１０６へ還流させない経路に切り換える第４のモードＭ４との４つのモードで運転することができる。また、第２のモードＭ２において伝熱流路１１は、エンジンの暖機に使用され、第３のモードＭ３において伝熱経路１１は、吸気に加える排気を冷すクーラとして使用される。このように一つの構成に複数の機能を備えることで、部品点数が減り、排気還流装置１を備えるエンジン１００を小型にすることができる。
【００５６】
なお、上述の実施形態において、冷却水の温度Ｋが所定の温度Ｋ１より低くかつ吸気の温度Ｔが所定の温度Ｔ１より低い場合には、制御部１７は、図８の吸気加熱制御（Ｓ３）において図９に示す第１のモードＭ１（Ｓ１０）を実行する代わりに、図１１に示すように、排気の少なくとも一部を排気バイパス１４に案内する第１の案内状態Ｐ１にシャッタ１５を切り換えるとともに、排気バイパス１４の排気管１０５側と吸気管１０６側及び排気導出管１３を連通させる第４の連通状態Ｑ４に三方弁１６を切り換えた第５のモードＭ５を実行してもよい。
【００５７】
第５のモードＭ５では、シャッタ１５によって排気バイパス１４へ排気の一部が流されて吸気管１０６へ供給されるとともに、三方弁１６においてさらにその排気の一部が分岐され、排気導出管１３を通して伝熱流路１１へ排気の一部が還流される。したがって、比較的温度が高い状態の排気を排気管１０５から排気バイパス１４を介して吸気管１０６へ供給するとともに、同じく温度の高い状態の排気を伝熱流路１１に還流させて、シリンダブロック１０２及びシリンダヘッド１０４を温めることができる。吸気管１０６に供給される排気の流量は、例えば排気バイパス１４と吸気管１０６との連通部に設けられるＥＧＲバルブによって制御される。
【００５８】
以上、本発明の排気還流装置１について説明した。上述の実施形態は、本発明を実施するにあたって理解しやすくするための一例に過ぎず、この実施形態のみに限定されることを意図していない。したがって、本発明を実施するにあたってその趣旨を逸脱しない範囲で、各構成を同等の機能を有するものに置き換えて実施することも可能であり、それらもまた本発明に含まれる。また、実施形態で説明した構成のいくつかを互いに組み合わせて、あるいは置き換えて実施することも本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１…排気還流装置、１１…伝熱流路、１２…排気導入管、１３…排気導出管、１４…排気バイパス、１４Ａ…合流部、１５…シャッタ、１６…三方弁、１７…制御部、１００…エンジン、１０１…シリンダブロック、１０２…シリンダボア、１０３…ウォータジャケット、１０４…シリンダヘッド、１０５…排気管、１０５Ａ…分岐部、１０６…吸気管、１８１…水温センサ、１８２…吸気温センサ、１８３…回転速度センサ、１８４…トルクセンサ、１８５…空燃比センサ、１８６…排気圧力センサ、Ｐ１…第１の案内状態、Ｐ２…第２の案内状態、Ｐ３…第３の案内状態、Ｑ１…第１の連通状態、Ｑ２…第２の連通状態、Ｑ３…第３の連通状態、Ｍ１…第１のモード、Ｍ２…第２のモード、Ｍ３…第３のモード、Ｍ４…第４のモード、Ｋ…冷却水温度、Ｋ１…（冷却水の）所定の温度、Ｋ２…（冷却水の）第２の所定の温度、Ｔ…吸気温度、Ｔ１…（吸気の）所定の温度、Ｅｒ…エンジン回転数、Ｅｒ１…所定の回転数、Ｌ…エンジン負荷、Ｌ１…所定の負荷、ＥＸｐ…排気圧力、ＥＸｐ１…所定の圧力。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018100637.tif 000011
【図１０】
2018100637.tif 000012
【図１１】
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