(57)【要約】【課題】簡素な構成かつ簡単な制御で、低負荷のエンジン状態でも高負荷のエンジン状態でも高いＥＧＲ率を確保できる新規なＥＧＲシステムを提供する。【解決手段】過給器３を付設したエンジン２の排気マニホールド４から過給器３のタービン６の入口までの間の高圧排気管５に第一ＥＧＲ取り出し弁１３を介して接続された第一ＥＧＲガス取り出し管１４と、過給器３のタービン６の出口から大気に至るまでの間の低圧排気管７に第二ＥＧＲ取り出し弁１５を介して接続された第二ＥＧＲガス取り出し管１６と、第一ＥＧＲガス取り出し管１４と第二ＥＧＲガス取り出し管１６が共に接続されたＥＧＲクーラ１７と、ＥＧＲクーラ１７からのＥＧＲガスを一時貯留するためのサージチャンバ１８と、サージチャンバ１８と大気からコンプレッサ９の入口に至る低圧吸気管８との間に設けられたＥＧＲ率調整弁１９とを備える。【選択図】図１
2011069226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給器を付設したエンジンの排気マニホールドから前記過給器のタービン入口までの間の高圧排気管に第一ＥＧＲ取り出し弁を介して接続された第一ＥＧＲガス取り出し管と、前記過給器のタービン出口から大気に至るまでの間の低圧排気管に第二ＥＧＲ取り出し弁を介して接続された第二ＥＧＲガス取り出し管と、前記第一ＥＧＲガス取り出し管と前記第二ＥＧＲガス取り出し管が共に接続されたＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラからのＥＧＲガスを一時貯留するためのサージチャンバと、前記サージチャンバと大気からコンプレッサ入口に至る低圧吸気管との間に設けられたＥＧＲ率調整弁とを備えたことを特徴とするＥＧＲシステム。
【請求項２】
前記第一ＥＧＲ取り出し弁を閉じ、前記第二ＥＧＲ取り出し弁を開いて行う低圧−低圧ＥＧＲ制御と、前記第一ＥＧＲ取り出し弁を開き、前記第二ＥＧＲ取り出し弁を閉じて行う高圧−低圧ＥＧＲ制御とを切り替え制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲシステム。
【請求項３】
前記制御部は、前記低圧排気管から前記第二ＥＧＲガス取り出し管に取り出すことのできるＥＧＲガスの流量が前記低圧吸気管に流し込むＥＧＲガスの流量よりも多く確保できるときには低圧−低圧ＥＧＲ制御を行い、前記低圧排気管から前記第二ＥＧＲガス取り出し管に取り出すことのできるＥＧＲガスの流量が前記低圧吸気管に流し込むＥＧＲガスの流量よりも多く確保できないときには高圧−低圧ＥＧＲ制御を行うことを特徴とする請求項２記載のＥＧＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡素な構成かつ簡単な制御で、低負荷のエンジン状態でも高負荷のエンジン状態でも高いＥＧＲ率を確保できる新規なＥＧＲシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気再循環（ＥＧＲ）システムは、エンジンにおける燃焼温度上昇を抑制することで排気ガス中のＮ０ｘの生成を低減するために用いられる。
【０００３】
過給器（ターボチャージャ）を付設したエンジンにおける排気再循環（ＥＧＲ）システムには、排気マニホールド（タービン入口前／高圧側）から排気ガスを取り出し、吸気マニホールド（コンプレッサ出口後／高圧側）へ戻す高圧ＥＧＲシステムと、タービン出口後（低圧側）から排気ガスを取り出してコンプレッサ入口前（低圧側）へ戻す低圧ＥＧＲシステムと、これら高圧ＥＧＲシステムと低圧ＥＧＲシステムを組み合わせた高圧低圧併用ＥＧＲシステムがある。
【０００４】
図６に示されるように、高圧ＥＧＲシステム６０１は、エンジン２の排気マニホールド４と吸気マニホールド１２との間に挿入された高圧ＥＧＲ配管６０２に、ＥＧＲクーラ６０３とＥＧＲ率調整弁６０４が設けられ、過給器３のタービン６に入る前の高圧の排気ガスが吸気マニホールド１２に循環される。
【０００５】
図７に示されるように、低圧ＥＧＲシステム７０１は、エンジン２に付設された過給器３のタービン６の出口から大気に至る低圧排気管７と大気からコンプレッサ９の入口に至る低圧吸気管８との間に挿入された低圧ＥＧＲ配管７０２に、ＥＧＲクーラ７０３とＥＧＲ率調整弁７０４が設けられ、タービン６を出た低圧の排気ガスがコンプレッサ９の入口前に循環される。
【０００６】
図８に示されるように、高圧低圧併用ＥＧＲシステム８０１は、図６の高圧ＥＧＲシステム６０１と図７の低圧ＥＧＲシステム７０１の両方の構成を兼ね備えており、２つのＥＧＲ率調整弁６０４，７０４を調整することにより、高圧ＥＧＲシステム６０１のみの動作、低圧ＥＧＲシステム７０１のみの動作、双方を同時に行う動作などが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５０９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高圧ＥＧＲシステム６０１は、低負荷のエンジン状態では排気側（排気マニホールド４）と吸気側（吸気マニホールド１２）の差圧がある程度大きいために排気側から吸気側にＥＧＲガスが流れ込みやすく、高いＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／吸入ガス量）を確保できるが、高負荷のエンジン状態では排気側と吸気側の差圧が小さくなるために、排気側から吸気側にＥＧＲガスが流れ込みにくくなり、高いＥＧＲ率を確保できない。
【０００９】
また、高圧ＥＧＲシステム６０１は、高圧ＥＧＲ配管６０２がタービン６の入口よりエンジン２側にあるため、多量のＥＧＲガスを循環させる場合には、過給器３で回収される廃熱エネルギが減ることになり、廃熱エネルギ回収効果が低減する。
【００１０】
一方、低圧ＥＧＲシステム７０１は、高圧ＥＧＲシステム６０１とは逆に、高負荷のエンジン状態では排気ガス量が多いために、ＥＧＲガスの流量を多くして大きなＥＧＲ率を実現しやすいが、低負荷のエンジン状態では排気側と吸気側の差圧が小さくなるために、排気側から吸気側にＥＧＲガスが流れ込みにくくなり、高いＥＧＲ率を確保できない。このとき大きなＥＧＲ率を実現するためにエンジンの吸気絞りや排気絞りなどを行うと、それに伴うポンピングロスや排気圧上昇のため燃費が悪化する。
【００１１】
高圧低圧併用ＥＧＲシステム８０１は、高圧ＥＧＲシステムと低圧ＥＧＲシステムのうちエンジン状態に応じて有利な方を動作させることができる。しかしながら、高圧ＥＧＲシステムと低圧ＥＧＲシステムを切り替えるときに、ＥＧＲ率やその他のエンジン状態が急変する過渡的な状態が生じる。高圧ＥＧＲシステムと低圧ＥＧＲシステムの切り替えにおいてＥＧＲ率やその他のエンジン状態が連続的に変化するよう制御することは、容易ではなく、煩雑な制御が必要になる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡素な構成かつ簡単な制御で、低負荷のエンジン状態でも高負荷のエンジン状態でも高いＥＧＲ率を確保できる新規なＥＧＲ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】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、過給器を付設したエンジンの排気マニホールドから前記過給器のタービン入口までの間の高圧排気管に第一ＥＧＲ取り出し弁を介して接続された第一ＥＧＲガス取り出し管と、前記過給器のタービン出口から大気に至るまでの間の低圧排気管に第二ＥＧＲ取り出し弁を介して接続された第二ＥＧＲガス取り出し管と、前記第一ＥＧＲガス取り出し管と前記第二ＥＧＲガス取り出し管が共に接続されたＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラからのＥＧＲガスを一時貯留するためのサージチャンバと、前記サージチャンバと大気からコンプレッサ入口に至る低圧吸気管との間に設けられたＥＧＲ率調整弁とを備えたものである。
【００１４】
前記第一ＥＧＲ取り出し弁を閉じ、前記第二ＥＧＲ取り出し弁を開いて行う低圧−低圧ＥＧＲ制御と、前記第一ＥＧＲ取り出し弁を開き、前記第二ＥＧＲ取り出し弁を閉じて行う高圧−低圧ＥＧＲ制御とを切り替え制御する制御部を備えてもよい。
【００１５】
前記制御部は、前記低圧排気管から前記第二ＥＧＲガス取り出し管に取り出すことのできるＥＧＲガスの流量が前記低圧吸気管に流し込むＥＧＲガスの流量よりも多く確保できるときには低圧−低圧ＥＧＲ制御を行い、前記低圧排気管から前記第二ＥＧＲガス取り出し管に取り出すことのできるＥＧＲガスの流量が前記低圧吸気管に流し込むＥＧＲガスの流量よりも多く確保できないときには高圧−低圧ＥＧＲ制御を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１７】
（１）簡素な構成かつ簡単な制御で、低負荷のエンジン状態でも高負荷のエンジン状態でも高いＥＧＲ率を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示すＥＧＲシステムの構成図である。
【図２】本発明のＥＧＲシステムで行う制御切り替えの概要図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、低圧−低圧ＥＧＲ制御と高圧−低圧ＥＧＲ制御の切り替えのタイミングチャートである。
【図４】エンジン負荷対排気ガス重量率特性図である。
【図５】本発明において低圧−低圧ＥＧＲ制御と高圧−低圧ＥＧＲ制御を参照するマップになるエンジン回転数及び負荷対排気ガス重量率及び燃費特性図である。
【図６】従来の高圧ＥＧＲシステムの構成図である。
【図７】従来の低圧ＥＧＲシステムの構成図である。
【図８】従来の高圧低圧併用ＥＧＲシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に示されるように、本発明に係るＥＧＲシステム１が搭載されるエンジン２には過給器（ターボチャージャ）３が付設されている。エンジン２の排気マニホールド４から排気ガスを取り出す高圧排気管５は、過給器３のタービン６の入口に接続され、タービン６の出口には排気ガスを大気に送り出す低圧排気管７が接続される。大気を吸い込む低圧吸気管８は、過給器３のコンプレッサ９の入口に接続され、コンプレッサ９の出口から高圧の吸気を送る高圧吸気管１０は、吸気冷却器１１を通してエンジン２の吸気マニホールド１２に接続される。過給器３よりもエンジン２側の排気及び吸気は高圧となり、過給器３よりも大気側の排気及び吸気は低圧となる。
【００２１】
本発明に係るＥＧＲシステム１は、排気マニホールド４から過給器３のタービン６の入口までの間の高圧排気管５に第一ＥＧＲ取り出し弁１３を介して接続された第一ＥＧＲガス取り出し管１４と、過給器３のタービン６の出口から大気に至るまでの間の低圧排気管７に第二ＥＧＲ取り出し弁１５を介して接続された第二ＥＧＲガス取り出し管１６と、第一ＥＧＲガス取り出し管１４と第二ＥＧＲガス取り出し管１６が共に接続されたＥＧＲクーラ１７と、ＥＧＲクーラ１７からのＥＧＲガスを一時貯留するためのサージチャンバ１８と、サージチャンバ１８と大気からコンプレッサ９の入口に至る低圧吸気管８との間に設けられたＥＧＲ率調整弁１９とを備える。
【００２２】
ＥＧＲシステム１は、第一ＥＧＲ取り出し弁１３を閉じ、第二ＥＧＲ取り出し弁１５を開くことにより、高圧排気管５からのＥＧＲガスは取り出さず、低圧排気管７からのＥＧＲガスのみ取り出して行う低圧−低圧ＥＧＲ制御と、これとは逆に、第一ＥＧＲ取り出し弁１３を開き、第二ＥＧＲ取り出し弁１５を閉じることにより、高圧排気管５からのＥＧＲガスのみ取り出し、低圧排気管７からのＥＧＲガスは取り出さずに行う高圧−低圧ＥＧＲ制御とを切り替え制御する制御部２０を備える。
【００２３】
制御部２０は、ＥＣＵ（電子制御ユニット又はエンジン制御ユニット）に設けるとよい。
【００２４】
制御部２０は、低圧排気管７から第二ＥＧＲガス取り出し管１６に取り出すことのできるＥＧＲガスの流量が低圧吸気管８に流し込むＥＧＲガスの流量よりも多く確保できるときには低圧−低圧ＥＧＲ制御を行い、低圧排気管７から第二ＥＧＲガス取り出し管１６に取り出すことのできるＥＧＲガスの流量が低圧吸気管８に流し込むＥＧＲガスの流量よりも多く確保できないときには高圧−低圧ＥＧＲ制御を行って高圧排気管５から第一ＥＧＲガス取り出し管１４にＥＧＲガスを取り出すようになっている。
【００２５】
ＥＧＲクーラ１７は、ＥＧＲガスを流す複数の細管が冷媒を流す外殻管中に通されたものである。ＥＧＲクーラ１７は、第一ＥＧＲガス取り出し管１４と第二ＥＧＲガス取り出し管１６が接続された合流管を従来同様の入口が１箇所のＥＧＲクーラに接続してもよいし、第一ＥＧＲガス取り出し管１４と第二ＥＧＲガス取り出し管１６とを接続するために入口を２箇所有するように構成してもよい。
【００２６】
サージチャンバ１８は、第一ＥＧＲガス取り出し管１４及び第二ＥＧＲガス取り出し管１６よりも断面積が十分に大きく所定の容積を有する管からなり、サージチャンバ１８にＥＧＲガスを一時的に貯留することにより、低圧吸気管８に流し込むＥＧＲガスの流量が脈動するのを防止するためのものである。
【００２７】
ＥＧＲシステム１は、低圧排気管７の大気側には排気絞り（スロットル）３１が設けられていると共に、低圧吸気管８の大気側には吸気絞り（スロットル）３２が設けられている。排気絞り３１と吸気絞り３２の開度を調節することにより、排気圧に比べて吸気圧を低くして排気ガスが吸気に入りやすくすることができる。すなわち、排気絞り３１を絞ると排気圧が高くなり、吸気絞り３２を絞ると吸気圧が低くなる。排気絞り３１と吸気絞り３２は、いずれか一方のみ設けてあればよい。
【００２８】
次に、本発明のＥＧＲシステム１の動作を説明する。
【００２９】
本発明のＥＧＲシステム１では、ＥＧＲ制御の切り替えは、エンジン状態に基づいて行うとよい。例えば、エンジン状態が高負荷であるようなエンジンパラメータの領域（エンジン回転数が高く、かつ、トルクが大きい領域）では低圧−低圧ＥＧＲ制御を行い、エンジン状態が低負荷であるようなエンジンパラメータの領域（エンジン回転数が低く、かつ、トルクが小さい領域）では、高圧−低圧ＥＧＲ制御を行う。
【００３０】
しかし、本実施形態では、エンジン回転数とトルクで示されるエンジン状態に基づいてＥＧＲ制御の切り替えを行うのでなく、サージチャンバ１８の状態に基づいてＥＧＲ制御の切り替えを行う。すなわち、本実施形態では、ＥＧＲ率調整弁１９によるＥＧＲ率調整時に常時適切なＥＧＲガスの流速（流量）をサージチャンバ１８において確保できる状態を基本状態（以下、サージチャンバ良好状態という）とし、そのサージチャンバ良好状態であれば、低圧側排気から低圧側吸気へのＥＧＲである低圧−低圧ＥＧＲ制御（ＬＰ／ＬＰ‐ＥＧＲ）を行い、必要なＥＧＲガスの流速（流量）をサージチャンバ１８において確保できなくなると、高圧側排気から低圧側吸気へのＥＧＲである高圧−低圧ＥＧＲ制御（ＨＰ／ＬＰ‐ＥＧＲ）を行う。
【００３１】
具体的には、サージチャンバ良好状態が保たれるよう第一ＥＧＲ取り出し弁１３と第二ＥＧＲ取り出し弁１５の開度を制御する。このとき、サージチャンバ良好状態は、タービン６の入口と出口、コンプレッサ９の入口と出口、サージチャンバ１８内、吸気冷却器１１の出口、排気スロットル３１の入口などに、温度センサや圧力センサなどの物理量センサを設けておき、これらの物理量センサにより測定された複数の物理量をパラメータとし、これらのパラメータを用いた所定の演算式により演算される。演算式は実験により決めるとよい。例えば、タービン６の入口、タービン６の出口、サージチャンバ１８内の３箇所にそれぞれ温度センサと圧力センサを設置すると共に吸気スロットル３２の入口に空気流量センサを設置することで、これらの物理量センサにより測定された複数の物理量から、第一ＥＧＲ取り出し弁１３あるいは第二ＥＧＲ取り出し弁１５を介してＥＧＲガスをどのくらい取り込みできるか推定してサージチャンバ良好状態を判断することができる。
【００３２】
図２に示されるように、本実施形態では、複数のパラメータを取得（ステップＳ１）し、これらのパラメータによる演算（ステップＳ２）を行う。その演算の結果から、サージチャンバ１８でのＥＧＲガス流量がＥＧＲ制御における適切な範囲内にある、つまりサージチャンバ良好状態であるかどうか判定（ステップＳ３）する。Ｙｅｓと判定された場合は、ステップＳ４に進み、第一ＥＧＲ取り出し弁１３が閉じられ、第二ＥＧＲ取り出し弁１５が開かれ、低圧−低圧ＥＧＲ制御（ＬＰ／ＬＰ‐ＥＧＲ）となる。
【００３３】
エンジン状態が変化することでサージチャンバ１８におけるＥＧＲガスの流量がある一定量確保できなくなると、ステップＳ３でＮｏと判定される。この場合、ステップＳ５に進み、第一ＥＧＲ取り出し弁１３が開かれ、第二ＥＧＲ取り出し弁１５が閉じられる。これにより、高圧−低圧ＥＧＲ制御（ＨＰ／ＬＰ‐ＥＧＲ）となり、サージチャンバ１８におけるＥＧＲガスの流量がある一定量に確保される。
【００３４】
ステップＳ６では、ＥＧＲ率がＥＧＲ率調整弁１９のバルブ開度により調節される。
【００３５】
このような制御により、サージチャンバ１８内のＥＧＲガスの圧力を、低圧吸気管８における吸入空気の圧力に対してある一定以上に確保することで、ＥＧＲ率調整弁１９のバルブ開度により、所望のＥＧＲ率を実現することができる。
【００３６】
以上説明したように、本発明のＥＧＲシステム１によれば、低負荷のエンジン状態でも高負荷のエンジン状態でも高いＥＧＲ率を確保でき、エンジン状態に左右されることなく所望のＥＧＲ率を実現することができる。
【００３７】
また、本発明のＥＧＲシステム１によれば、基本的に低圧−低圧ＥＧＲ制御を行い、必要なときのみ高圧−低圧ＥＧＲ制御に切り替えるので、従来の高圧ＥＧＲシステム６０１での廃熱回収の効率低下を防ぐことができる。
【００３８】
本発明のＥＧＲシステム１によれば、従来の低圧ＥＧＲシステム７０１に比べて低負荷域でも高いＥＧＲ率を確保することができる。
【００３９】
本発明のＥＧＲシステム１によれば、従来の高圧低圧併用ＥＧＲシステム８０１に比べると、構成が簡素であり、制御が簡単である。
【００４０】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００４１】
図３（ａ）に前述の実施形態における第一ＥＧＲ取り出し弁１３と第二ＥＧＲ取り出し弁１５の開度制御（低圧−低圧ＥＧＲ制御と高圧−低圧ＥＧＲ制御の切り替え）のタイミングチャートを示す。ここでは、第一ＥＧＲ取り出し弁１３が全閉（開度０％）で第二ＥＧＲ取り出し弁１５が全開（開度１００％）の状態から、第一ＥＧＲ取り出し弁１３が全開（開度１００％）で第二ＥＧＲ取り出し弁１５が全閉（開度０％）の状態に切り替えた。しかし、本発明はこれに限らず、図３（ｂ）に示されるように、第一ＥＧＲ取り出し弁１３が全開となっても第二ＥＧＲ取り出し弁１５が全開を維持する期間があってもよい。これにより、低圧−低圧ＥＧＲ制御から高圧−低圧ＥＧＲ制御に切り替える途中で両方の制御が同時に行われることになる。これにより、切り替え時のＥＧＲ率やその他のエンジン状態の過渡的な変動を防止することができる。
【００４２】
また、第一ＥＧＲ取り出し弁１３と第二ＥＧＲ取り出し弁１５は、開度０〜１００％まで連続的に制御することができる。よって、図３（ａ）、図３（ｂ）のような全閉、全開の２状態に限らず、開度を徐々に増減することにより、低圧−低圧ＥＧＲ制御と高圧−低圧ＥＧＲ制御の比率を連続的に変化させるようにしてもよい。これにより、より円滑な切り替えが期待できる。
【００４３】
また、図４に示されるように、エンジン負荷に対する排気ガス重量率の特性を一般に、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲについて調べると、比較的高負荷の領域では低圧ＥＧＲのほうが排気ガス重量率が良いが、比較的低負荷の領域では高圧ＥＧＲのほうが排気ガス重量率が良いような領域がある。ここで、排気ガス重量率は、所定の仕事を得るために排出された排気ガスの重量で表される。
【００４４】
この知見に基づき、本発明においては、低圧−低圧ＥＧＲ制御と高圧−低圧ＥＧＲ制御についてあらかじめエンジンパラメータ（例えば、エンジン回転数と負荷）を変えて行う実験によりエンジン回転数及び負荷対排気ガス重量率及び燃費特性を調べる。図５に示されるように、低圧−低圧ＥＧＲ制御と高圧−低圧ＥＧＲ制御のどちらが排気ガス重量率や燃費に有利か調べた結果に基づき、エンジン回転数及び負荷で参照されるＥＧＲ制御のマップを設定する。このマップをエンジン回転数及び負荷で参照することで排気ガス重量率が良好かつ負荷が良好になるになるほうに低圧−低圧ＥＧＲ制御と高圧−低圧ＥＧＲ制御の切り替えを行うようにする。
【符号の説明】
【００４５】
１  ＥＧＲシステム
２  エンジン
３  過給器
４  排気マニホールド
５  高圧排気管
６  タービン
７  低圧排気管
８  低圧吸気管
９  コンプレッサ
１０  高圧吸気管
１１  吸気冷却器
１２  吸気マニホールド
１３  第一ＥＧＲ取り出し弁
１４  第一ＥＧＲガス取り出し管
１５  第二ＥＧＲ取り出し弁
１６  第二ＥＧＲガス取り出し管
１７  ＥＧＲクーラ
１８  サージチャンバ
１９  ＥＧＲ率調整弁
２０  制御部
【図１】
2011069226.tif 000003
【図２】
2011069226.tif 000004
【図３】
2011069226.tif 000005
【図４】
2011069226.tif 000006
【図５】
2011069226.tif 000007
【図６】
2011069226.tif 000008
【図７】
2011069226.tif 000009
【図８】
2011069226.tif 000010