(57)【要約】【課題】吸気通路におけるコンプレッサの入口の近傍にＥＧＲガスを導入するＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲ通路内で発生した凝縮水によるインペラのエロージョンを防止することと吸入空気の圧力損失を抑制することとを両立させる。【解決手段】コンプレッサの入口の近傍の吸気通路の壁面に形成されたＥＧＲガスの導入口と排気通路とをＥＧＲ通路で接続する。ＥＧＲ通路にはＥＧＲ弁を設け、排気通路のＥＧＲ通路が接続された位置の下流には排気絞り弁を設ける。そして、ＥＧＲ弁及び排気絞り弁を制御する制御装置により、コンプレッサに流れる新気の流量に応じてＥＧＲ弁及び排気絞り弁の各開度を制御し、コンプレッサのインペラの中心部にＥＧＲガスが向かうようにＥＧＲガスの導入口から吸気通路内に流出するＥＧＲガスの速度を変化させる。【選択図】図５
2015121117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサの入口の近傍の吸気通路の壁面に形成されたＥＧＲガスの導入口と、
前記導入口を排気通路に接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記排気通路の前記ＥＧＲ通路が接続された位置の下流に設けられた排気絞り弁と、
前記ＥＧＲ弁及び前記排気絞り弁を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記コンプレッサのインペラの中心部にＥＧＲガスが向かうように、前記コンプレッサに流れる新気の流量に応じて前記導入口から前記吸気通路内に流出するＥＧＲガスの速度を変化させるための制御プログラムを含み、
前記制御プログラムは、前記コンプレッサに流れる新気の流量に応じて前記ＥＧＲ弁及び前記排気絞り弁の各開度を制御するように構成される
ことを特徴とする過給エンジンのＥＧＲシステム。
【請求項２】
前記ＥＧＲ弁は前記導入口から離れた位置に設けられ、
前記制御プログラムは、
前記コンプレッサに流れる新気の流量の計測値或いは推定値に基づいてＥＧＲガスの目標流速を算出するステップと、
前記目標流速に基づいてＥＧＲガスの目標体積流量を算出するステップと、
前記目標体積流量に基づいて前記ＥＧＲ弁及び前記排気絞り弁の各開度を決定するステップとを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の過給エンジンのＥＧＲシステム。
【請求項３】
前記ＥＧＲ弁は前記導入口に設けられた導入口面積を可変にする弁であり、
前記制御プログラムは、
前記コンプレッサに流れる新気の流量の計測値或いは推定値に基づいてＥＧＲガスの目標流速を算出するステップと、
前記計測値或いは推定値と目標ＥＧＲ率とに基づいてＥＧＲガスの目標体積流量を算出するステップと、
前記目標流速と前記目標体積流量とに基づいて前記ＥＧＲ弁の開度を決定するステップと、
前記ＥＧＲ弁の開度と前記目標体積流量とに基づいて前記排気絞り弁の開度を決定するステップとを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の過給エンジンのＥＧＲシステム。
【請求項４】
前記ＥＧＲ弁は前記導入口に設けられたバタフライ弁であり、
前記制御プログラムは、
前記コンプレッサに流れる新気の流量の計測値或いは推定値に基づいてＥＧＲガスの目標流速及び目標流出角度を算出するステップと、
前記目標流出角度に基づいて前記ＥＧＲ弁の開度を決定するステップと、
前記目標流速と前記ＥＧＲ弁の開度とに基づいてＥＧＲガスの目標体積流量を算出するステップと、
前記ＥＧＲ弁の開度と前記目標体積流量とに基づいて前記排気絞り弁の開度を決定するステップとを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の過給エンジンのＥＧＲシステム。
【請求項５】
前記バタフライ弁の前記ＥＧＲ通路の側の面は凹面である
ことを特徴とする請求項４に記載の過給エンジンのＥＧＲシステム。
【請求項６】
前記ＥＧＲ弁はリフト量が可変なポペット弁であり、リフト量によって前記導入口面積が変化する
ことを特徴とする請求項３に記載の過給エンジンのＥＧＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路におけるコンプレッサの入口の近傍にＥＧＲガスを導入するように構成された過給エンジンのＥＧＲシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過給エンジンに用いられる所謂ＬＰＬ−ＥＧＲシステムは、排気通路におけるタービンの下流から取り出した排気ガスを吸気通路におけるコンプレッサの上流に導入するように構成されたＥＧＲシステムである。外気温が低く且つエンジン冷却水温も低い場合や、ＥＧＲクーラの効率が高くてＥＧＲクーラの出口温度が低い場合、ＥＧＲ通路の壁面温度がＥＧＲガスの露点を下回ることで凝縮水が発生する。このような場合に吸気通路にＥＧＲガスを導入すると、ＥＧＲ通路内の凝縮水がＥＧＲガスとともに吸気通路内に流入し、凝縮水がコンプレッサのインペラに衝突することでインペラにエロージョンが発生してしまう。このような問題に対し、特許文献１に開示された従来技術では、ＥＧＲ管の先端を吸気通路の内側まで伸ばして吸気通路の中央部にＥＧＲガスの導入口を設けることにより、周方向速度が高いインペラの外周部ではなく周方向速度が低いインペラの中心部にＥＧＲガスが流れるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０２４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、吸気通路の内側に突き出たＥＧＲ管は、吸気通路を流れる空気の抵抗となる。このため、吸入空気の圧力損失の増大によってエンジン性能が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、吸気通路におけるコンプレッサの入口の近傍にＥＧＲガスを導入するように構成された過給エンジンのＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲ通路内で発生した凝縮水によるインペラのエロージョンを防止することと吸入空気の圧力損失を抑制することとを両立させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を達成するため、本発明に係る過給エンジンのＥＧＲシステムは、次のように構成される。
【０００７】
本ＥＧＲシステムは吸気通路にＥＧＲガスを導入するための導入口を備え、この導入口はコンプレッサの入口の近傍の吸気通路の壁面に形成される。ＥＧＲガスの導入口はＥＧＲ通路によって排気通路に接続される。本ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ弁、排気絞り弁、及び、ＥＧＲ弁及び排気絞り弁を制御する制御装置を備える。なお、排気絞り弁は吸気経路中の吸気絞り弁でも代用可能である。ＥＧＲ弁はＥＧＲ通路に設けられ、排気絞り弁は排気通路のＥＧＲ通路が接続された位置の下流に設けられる。制御装置は、コンプレッサのインペラの中心部にＥＧＲガスが向かうように、コンプレッサに流れる新気の流量に応じてＥＧＲの導入口から吸気通路内に流出するＥＧＲガスの速度を変化させるための制御プログラムを含む。この制御プログラムは、コンプレッサに流れる新気の流量に応じてＥＧＲ弁及び排気絞り弁の各開度を制御するように構成される。
【０００８】
本ＥＧＲシステムの一つの形態では、ＥＧＲ弁はＥＧＲガスの導入口から離れた位置に設けられる。そして、制御プログラムは、コンプレッサに流れる新気の流量の計測値或いは推定値に基づいてＥＧＲガスの目標流速を算出するステップ、ＥＧＲガスの目標流速に基づいてＥＧＲガスの目標体積流量を算出するステップ、及び、ＥＧＲガスの目標体積流量に基づいてＥＧＲ弁及び排気絞り弁の各開度を決定するステップを含む。
【０００９】
本ＥＧＲシステムの別の形態では、ＥＧＲ弁はＥＧＲガスの導入口に設けられた導入口面積を可変にする弁である。そして、制御プログラムは、コンプレッサに流れる新気の流量の計測値或いは推定値に基づいてＥＧＲガスの目標流速を算出するステップ、新気の流量の計測値或いは推定値と目標ＥＧＲ率とに基づいてＥＧＲガスの目標体積流量を算出するステップ、ＥＧＲガスの目標流速と目標体積流量とに基づいてＥＧＲ弁の開度を決定するステップ、及び、ＥＧＲ弁の開度とＥＧＲガスの目標体積流量とに基づいて排気絞り弁の開度を決定するステップを含む。
【００１０】
本ＥＧＲシステムのさらに別の形態では、ＥＧＲ弁はＥＧＲガスの導入口に設けられたバタフライ弁である。好ましくは、バタフライ弁のＥＧＲ通路の側の面は凹面である。そして、制御プログラムは、コンプレッサに流れる新気の流量の計測値或いは推定値に基づいてＥＧＲガスの目標流速及び目標流出角度を算出するステップ、ＥＧＲガスの目標流出角度に基づいてＥＧＲ弁の開度を決定するステップ、ＥＧＲガスの目標流速とＥＧＲ弁の開度とに基づいてＥＧＲガスの目標体積流量を算出するステップ、及び、ＥＧＲ弁の開度とＥＧＲガスの目標体積流量とに基づいて排気絞り弁の開度を決定するステップを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、新気の流量に応じて導入口から流出するＥＧＲガスの速度を変化させることにより、吸気通路の内側にＥＧＲ管を伸ばして吸気通路の中央までＥＧＲガスを案内せずとも、ＥＧＲガスをインペラの中心部に向かわせることができる。このため、ＥＧＲ通路内で発生した凝縮水によるインペラのエロージョンを防止することと吸入空気の圧力損失を抑制することとを両立させることができる。しかも、本発明によれば、ＥＧＲガスの速度を変化させる手段としてＥＧＲ弁と排気絞り弁とを併用するので、ＥＧＲガスの速度の制御範囲を広げることができる。これにより、エンジンの運転状態によらずインペラの中心部に向かうために必要な流出速度をＥＧＲガスに与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＥＧＲシステムが適用された過給エンジンの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るＥＧＲシステムのミキサーの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るＥＧＲシステムのＥＧＲガスの導入口付近の構成と導入口からのＥＧＲガスの流出速度を示す断面図である。
【図４】ＥＧＲ弁の流量特性を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るＥＧＲシステムにおいて制御装置により実行されるＥＧＲ弁及び排気絞り弁の制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係るＥＧＲシステムが適用された過給エンジンの全体構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るＥＧＲシステムのＥＧＲガスの導入口付近の構成と導入口からのＥＧＲガスの流出速度を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るＥＧＲシステムにおいて制御装置により実行されるＥＧＲ弁及び排気絞り弁の制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３に係るＥＧＲシステムのＥＧＲガスの導入口付近の構成と導入口からのＥＧＲガスの流出速度を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るＥＧＲシステムのＥＧＲ弁の形状を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係るＥＧＲシステムにおいて制御装置により実行されるＥＧＲ弁及び排気絞り弁の制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態１に係るＥＧＲシステムが適用された過給エンジンの全体構成を示す図である。本実施の形態では過給エンジンの種別には限定はない。過給エンジンは火花点火式エンジンでもよいし、圧縮点火式エンジンでもよい。この過給エンジンのエンジン本体１には複数の気筒が備えられている。図１では４つの気筒を直列に配置した例が示されているが、気筒数と気筒の配列には限定はない。
【００１５】
エンジン本体１の吸気側には、吸気マニホールド２が取り付けられている。エンジン本体１の各気筒には、図示しないエアクリーナから吸気通路４に取り込まれた新気が吸気マニホールド２を介して供給される。吸気通路４におけるエアクリーナの下流には、吸気通路４に取り込まれた新気の流量（質量流量）に応じた信号を出力するエアフローメータ６が設けられている。吸気通路４におけるエアフローメータ６の下流には、過給機１０の遠心式のコンプレッサ１１が設けられている。
【００１６】
エンジン本体１の排気側には、排気マニホールド３が取り付けられている。エンジン本体１の各気筒から排気マニホールド３に排出された排気ガスは、排気通路５を介して大気中に放出される。排気通路５には、過給機１０のタービン１２が設けられている。排気通路５におけるタービン１２の下流には、排気ガスの浄化に用いられる触媒７が設けられている。
【００１７】
本実施の形態に係るＥＧＲシステムは、排気通路５における触媒７の下流と吸気通路４におけるコンプレッサ１１の上流とを接続するＥＧＲ通路２０を備える。ＥＧＲ通路２０はコンプレッサ１１の入口の近傍に接続されている。排気通路５のＥＧＲ通路２０が接続された位置の下流には排気絞り弁８が設けられている。排気絞り弁８は例えばバタフライ弁である。排気絞り弁８は本ＥＧＲシステムを構成する要素の一つである。ＥＧＲ通路２０には、排気側から順にＥＧＲクーラ２１とＥＧＲ弁２３とが設けられている。ＥＧＲ弁２３はＥＧＲ通路２０と吸気通路４との接続部から離れた位置に設けられている。ＥＧＲ弁２３はバタフライ弁でもよいしポペット弁でもよい。ＥＧＲ弁２３は排気絞り弁８とともに制御装置３０によって制御される。
【００１８】
ＥＧＲ通路２０と吸気通路４との接続部にはミキサー２２が設けられている。ミキサー２２の構造は図２に詳細に示される。ミキサー２２は吸気通路４を取り巻くように円筒状に形成され、内周側の複数箇所に吸気通路４の内部と連通するＥＧＲガスの導入口２４を有している。ＥＧＲ弁２３を経てＥＧＲ通路２０からミキサー２２に供給されたＥＧＲガスは、吸気通路４の周方向の複数箇所から導入口２４を介して吸気通路４の内部に導入される。
【００１９】
図３は、本実施の形態に係るＥＧＲシステムのＥＧＲガスの導入口２４の付近の構成を示す断面図である。図３に示すように、吸気通路４の上流から流れてきた新気に導入口２４から導入されたＥＧＲガスが合流し、新気とＥＧＲガスの混合ガスがコンプレッサのインペラに流れていく。このとき、ＥＧＲ通路２０内で発生した凝縮水は、水滴となってＥＧＲガスとともに導入口２４から吸気通路４内に流出する。図３には、このときの新気の流量と、導入口２４から流出するＥＧＲガスの流速と、ＥＧＲガスに含まれる水滴の吸気通路４内での進行方向との関係がベクトル図で表されている。図３において、Ｇａは新気の流量（質量流量）を、Ｖａは新気の流速を、ＶｅｇｒはＥＧＲガスの流速を、ＶｒはＥＧＲガスに含まれる水滴の吸気通路４内での速さを、そして、ａｒはＥＧＲガスに含まれる水滴の進行角度をそれぞれ表している。
【００２０】
新気の流速は、新気の流量に比例するとみなすことができる。そして、吸気通路４内での水滴の速度は、新気の速度とＥＧＲガスの速度との相対速度で表すことができる。これは、液体である水滴の運動を計算する場合にはその慣性を考慮する必要があるが、ＥＧＲガスに含まれる水滴は微細であるので、気体であるＥＧＲガスと一体となって運動するものとみなすことができるからである。吸気通路４内での水滴の速さ及び角度は、新気の流速とＥＧＲガスの流速との関係によって決まる。新気の流速は流量によって一意に決まるので、新気の流量に応じてＥＧＲガスの流速を変化させることで、吸気通路４内での水滴の速さ及び角度は制御可能である。よって、ＥＧＲガスに含まれる水滴とインペラとの衝突を防止するためには、水滴がインペラの中心部に向かうように、つまり、ＥＧＲガスがインペラの中心部に向かうようにＥＧＲガスの流速を制御すればよい。
【００２１】
本実施の形態に係るＥＧＲシステムの構成によれば、ＥＧＲガスは導入口２４から新気の流れに対して垂直に流出する。よって、導入口２４から流出するＥＧＲガスの速度は、流出角度は常に一定の９０度であって流速（速度の大きさ）のみが変化する。導入口２４から流出するＥＧＲガスの流速は、流出するＥＧＲガスの体積流量と導入口２４の開口面積とで決まる。具体的には、ＥＧＲ通路２０からミキサー２２に供給されたＥＧＲガスの体積流量をミキサー２２が有する複数の導入口２４の総開口面積で除算して得られる値が、各導入口２４から流出するＥＧＲガスの流速（平均流速）となる。本実施の形態に係るＥＧＲシステムの構成によれば、全導入口２４の総開口面積は一定であるので、ＥＧＲガスの体積流量によってＥＧＲガスの流速を制御することができる。
【００２２】
ＥＧＲ通路２０からミキサー２２に供給されるＥＧＲガスの体積流量は、ＥＧＲ弁２３を通過するＥＧＲガスの体積流量である。図４は一般的なＥＧＲ弁の流量特性を示す図である。ＥＧＲ弁は流路中の絞り部に相当するので、ＥＧＲ弁を通過するＥＧＲガスの体積流量は、ＥＧＲ弁の開度とＥＧＲ弁の前後圧力比（ＥＧＲ弁の下流の圧力に対するＥＧＲ弁の上流の圧力の比）とで決まる。本実施の形態に係るＥＧＲシステムの場合、ＥＧＲ弁２３の下流の圧力は、吸気通路４のコンプレッサ１１の上流における圧力であり、これは新気の流量によって一意に決まる。一方、ＥＧＲ弁２３の上流の圧力は、排気通路４の排気絞り弁８の上流における圧力である。排気絞り弁８の上流における圧力は排気絞り弁８の開度によって変化することから、排気絞り弁８を制御することによってＥＧＲ弁２３の前後圧力比を間接的に制御することができる。
【００２３】
図４に示す流量特性から分かるように、ＥＧＲ弁２３の開度のみを変化させることで実現できるＥＧＲガスの体積流量の範囲は限られている。同様に、ＥＧＲ弁２３の前後圧力比のみを変化させることで実現できるＥＧＲガスの体積流量の範囲も限られている。しかし、本実施の形態に係るＥＧＲシステムの構成によれば、ＥＧＲ弁２３と排気絞り弁８のそれぞれの制御によりＥＧＲ弁２３の開度と前後圧力比の両方を独立に変化させることができるので、実現できるＥＧＲガスの体積流量の範囲は広く、所望の体積流量を実現することが可能である。つまり、本実施の形態に係るＥＧＲシステムの構成によれば、ＥＧＲ弁２３と排気絞り弁８のそれぞれを制御することによって、ＥＧＲガスの体積流量を制御し、それにより、導入口２４から流出するＥＧＲガスの流速を制御することができる。
【００２４】
本実施の形態に係るＥＧＲシステムでは、ＥＧＲ弁２３と排気絞り弁８の各制御は制御装置３０によって行われる。図５は、本実施の形態において制御装置３０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは制御装置３０に含まれる制御プログラムの一つである。制御装置３０のメモリに記憶された制御プログラムがプロセッサによって読み出されて実行されることにより、本発明に係る「制御装置」としての機能が制御装置３０に与えられる。以下、このルーチンについて順に説明する。
【００２５】
ステップＳ１では、制御装置３０は、気温（Ｔａ）を予め設定されている凝縮水発生温度（Ｔｃｒｉ）と比較する。気温は図示しない外気温センサによって計測された温度であって、吸気通路４のコンプレッサ１１の上流における温度の代用として用いられる。吸気通路４の導入口２４の付近の温度が凝縮水発生温度以上であるならば、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気は吸気通路４内で凝縮しない。また、ＥＧＲガスにＥＧＲ通路２０内で発生した凝縮水が含まれていたとしても、それは吸気通路４内で気化する。よって、気温が凝縮水発生温度以上である場合には、凝縮水によるインペラのエロージョンという問題は生じないことから、制御装置３０は本ルーチンを終了する。
【００２６】
気温が凝縮水発生温度より低い場合、制御装置３０は、ステップＳ２、Ｓ３、及びＳ４の各処理を順に実行する。
【００２７】
ステップＳ２では、制御装置３０は、エアフローメータ６によって計測された新気の流量（Ｇａ）に基づいてＥＧＲガスの目標流速（目標Ｖｅｇｒ）を算出する。ベクトル図で示した通り、コンプレッサ１１のインペラの中心部にＥＧＲガスを向かわせるために必要なＥＧＲガスの流速は、新気の流量によって一意に決まる。制御装置３０は、新気の流量にＥＧＲガスの流速を対応付けるマップを有し、このマップを用いてＥＧＲガスの目標流速を決定する。
【００２８】
ステップＳ３では、制御装置３０は、ステップＳ２で算出したＥＧＲガスの目標流速に基づいてＥＧＲガスの目標体積流量（目標Ｑｅｇｒ）を算出する。ミキサー２２が有する全導入口２４の総開口面積を目標流速に乗算して得られる値が目標体積流量である。
【００２９】
ステップＳ４では、制御装置３０は、ステップＳ３で算出したＥＧＲガスの目標体積流量に基づいてＥＧＲ弁２３及び排気絞り弁８の各開度を決定する。図４に示すＥＧＲ弁の流量特性から分かるように、一つのＥＧＲガス体積流量に対し、それを実現できるＥＧＲ弁２３の開度と前後圧力比との組み合わせは多数存在する。そこで、本実施の形態では、燃費と弁の制御性の観点から排気絞り弁８の開度に対して制約を与え、その制約と目標体積流量とを共に満たすＥＧＲ弁２３の開度と排気絞り弁８の開度との組み合わせを探索する。そのような組み合わせが複数存在するのであれば、最も燃費が良いＥＧＲ弁２３の開度と排気絞り弁８の開度との組み合わせを選択する。
【００３０】
以上のルーチンに従いＥＧＲ弁２３と排気絞り弁８を協調制御することにより、新気の流量に応じて導入口２４から流出するＥＧＲガスの流速を変化させ、凝縮水を含むＥＧＲガスをインペラの中心部に向かわせることができる。なお、ＥＧＲガスの目標体積流量に基づいてＥＧＲ弁２３及び排気絞り弁８の各開度を決定する方法は、ステップＳ４で説明した方法には限定されない。例えば、エンジン性能に関する他の要求から排気絞り弁８の開度或いは排気絞り弁８の上流圧が決まる場合には、それと目標体積流量とからＥＧＲ弁２３の開度を決定すればよい。
【００３１】
実施の形態２．
次に、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。
【００３２】
図６は、本発明の実施の形態２に係るＥＧＲシステムが適用された過給エンジンの全体構成を示す図である。図６において、図１に示す過給エンジンと共通の部品或いは部位については同一の符号を付している。また、それらについての説明は省略する。
【００３３】
本実施の形態に係るＥＧＲシステムでは、ＥＧＲ通路２０は吸気通路４に直接に接続されている。そして、ＥＧＲ通路２０と吸気通路４との接続部にＥＧＲ弁２５が設けられている。本実施の形態のＥＧＲ弁２５はリフト量が可変なポペット弁である。ＥＧＲ弁２５は排気絞り弁８とともに制御装置３０によって制御される。
【００３４】
図７は、本実施の形態に係るＥＧＲシステムのＥＧＲガスの導入口２６の付近の構成を示す断面図である。導入口２６は吸気通路４の壁面に形成され、導入口２６にＥＧＲ通路２０が接続されている。ポペット弁であるＥＧＲ弁２５は導入口２６に設けられ、ＥＧＲ弁２５の軸方向の移動、つまり、ポペット弁のリフトによって導入口２６の開口面積が変化する。図７には、吸気通路４の上流から流れてきた新気の流量と、導入口２６から流出するＥＧＲガスの流速と、ＥＧＲガスに含まれる水滴の吸気通路４内での進行方向との関係がベクトル図で表されている。図７において、Ｇａは新気の流量（質量流量）を、Ｖａは新気の流速を、ＶｅｇｒはＥＧＲガスの流速を、ＶｒはＥＧＲガスに含まれる水滴の速さを、そして、ａｒはＥＧＲガスに含まれる水滴の進行角度をそれぞれ表している。
【００３５】
本実施の形態に係るＥＧＲシステムの構成によれば、ポペット弁であるＥＧＲ弁２５が開くことにより、ＥＧＲガスは導入口２６から新気の流れに対して垂直に流出する。よって、導入口２６から流出するＥＧＲガスの速度は、流出角度は常に一定の９０度であって流速（速度の大きさ）のみが変化する。導入口２６から流出するＥＧＲガスの流速は、流出するＥＧＲガスの体積流量と導入口２６の開口面積とで決まる。本実施の形態に係るＥＧＲシステムの構成によれば、導入口２６の開口面積はＥＧＲ弁２５の開度、つまり、ポペット弁のリフト量によって決まる変数である。一方、ＥＧＲガスの体積流量は、図４に示す流量特性にしたがいＥＧＲ弁２５の開度とＥＧＲ弁２５の前後圧力比とで決まる変数であり、ＥＧＲ弁２５の前後圧力比は排気絞り弁８の開度によって決まる変数である。つまり、本実施の形態に係るＥＧＲシステムでは、ＥＧＲ弁２５の開度と排気絞り弁８の開度とによって導入口２６から流出するＥＧＲガスの流速を制御することができる。
【００３６】
本実施の形態に係るＥＧＲシステムでは、ＥＧＲ弁２５と排気絞り弁８の各制御は制御装置３０によって行われる。図８は、本実施の形態において制御装置３０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは制御装置３０に含まれる制御プログラムの一つである。制御装置３０のメモリに記憶された制御プログラムがプロセッサによって読み出されて実行されることにより、本発明に係る「制御装置」としての機能が制御装置３０に与えられる。以下、このルーチンについて順に説明する。
【００３７】
ステップＳ１１では、制御装置３０は、気温（Ｔａ）を予め設定されている凝縮水発生温度（Ｔｃｒｉ）と比較する。気温が凝縮水発生温度以上である場合には、制御装置３０は本ルーチンを終了する。
【００３８】
気温が凝縮水発生温度より低い場合、制御装置３０は、ステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、及びＳ１５の各処理を順に実行する。
【００３９】
ステップＳ１２では、制御装置３０は、エアフローメータ６によって計測された新気の流量（Ｇａ）に基づいてＥＧＲガスの目標流速（目標Ｖｅｇｒ）を算出する。制御装置３０は、新気の流量にＥＧＲガスの流速を対応付けるマップを有し、このマップを用いてＥＧＲガスの目標流速を決定する。マップでは、導入口２６から流出するＥＧＲガスがインペラの中心部に向かうように目標流速が設定されている。
【００４０】
ステップＳ１３では、制御装置３０は、ＥＧＲガスの目標体積流量（目標Ｑｅｇｒ）を算出する。実施の形態１では、ＥＧＲガスの導入口の開口面積が一定であるので、ＥＧＲガスの目標流速に基づいてＥＧＲガスの目標体積流量を算出することができる。しかし、本実施の形態では、ＥＧＲガスの導入口２６の開口面積はＥＧＲ弁２５の開度に応じて変化する。このため、ＥＧＲガスの目標流速から目標体積流量を一意に決めることはできない。そこで、本実施の形態では、目標体積流量の計算のためのパラメータとして目標ＥＧＲ率を使用し、新気の流量に目標ＥＧＲ率を乗算して得られる値をＥＧＲガスの目標体積流量とする。目標ＥＧＲ率は、気温が凝縮水発生温度より低い状況において所望のエンジン性能を担保できる適合値である。ただし、本ルーチンとは別のルーチンにより実行されるＥＧＲ制御にて決定される目標ＥＧＲ率を用いてもよい。
【００４１】
ステップＳ１４では、制御装置３０は、ステップＳ１２で算出したＥＧＲガスの目標流速とステップＳ１３で算出したＥＧＲガスの目標体積流量とに基づいてＥＧＲ弁２５の開度を決定する。目標体積流量を目標流速で除算して得られる値が、目標体積流量のもとで目標流速を達成できる導入口２６の開口面積である。ＥＧＲ弁２５の開度と導入口２６の開口面積とは一対一の関係であるので、目標とする開口面積が決まればＥＧＲ弁２５の開度は一意に決まる。
【００４２】
ステップＳ１５では、制御装置３０は、ステップＳ１３で算出したＥＧＲガスの目標体積流量とステップＳ１４で算出したＥＧＲ弁２５の開度とに基づいて排気絞り弁８の開度を決定する。ＥＧＲ弁の流量特性によれば、ＥＧＲガスの体積流量とＥＧＲ弁の開度とが与えられれば、ＥＧＲ弁の前後圧力比は一意に決まる。本実施の形態では、ＥＧＲ弁２５の下流の圧力は大気圧に等しいとみなすことができるので、目標体積流量とＥＧＲ弁２５の開度とからＥＧＲ弁２５の上流の圧力の目標値が一意に決まり、それを実現するための排気絞り弁８の開度が一意に決まる。
【００４３】
以上のルーチンに従いＥＧＲ弁２５と排気絞り弁８を協調制御することにより、新気の流量に応じて導入口２６から流出するＥＧＲガスの流速を変化させ、凝縮水を含むＥＧＲガスをインペラの中心部に向かわせることができる。また、本実施の形態によれば、目標ＥＧＲ率に合わせてＥＧＲガスを導入することができる。
【００４４】
実施の形態３．
次に、図面を参照して本発明の実施の形態３について説明する。
【００４５】
本発明の実施の形態３に係るＥＧＲシステムは、実施の形態２と同様、図６に示す構成の過給エンジンに適用される。ただし、本実施の形態では、ポペット弁であるＥＧＲ弁２５に代えて、図９に示すように、バタフライ弁であるＥＧＲ弁２７がＥＧＲ通路２０と吸気通路４との接続部に設けられる。
【００４６】
図９は、本実施の形態に係るＥＧＲシステムのＥＧＲガスの導入口２８の付近の構成を示す断面図である。導入口２８は吸気通路４の壁面に形成され、導入口２８にＥＧＲ通路２０が接続されている。バタフライ弁であるＥＧＲ弁２７は導入口２８に設けられている。バタフライ弁であるＥＧＲ弁２７は、その弁体がＥＧＲガスの流れ方向を定めるガイド板として機能する。このため、ＥＧＲ弁２７の開き角度によって導入口２８の開口面積が変化すると同時に、ＥＧＲ弁２７の開き角度によってＥＧＲガスの流出方向も変化する。本実施の形態では、ＥＧＲガスが導入口２８から新気の流れ方向の上流側に向けて流出するように、ＥＧＲ弁２７は新気の流れ方向の上流側に傾いて開くように設けられている。
【００４７】
図９には、吸気通路４の上流から流れてきた新気の流量と、導入口２６から流出するＥＧＲガスの流出方向と、ＥＧＲガスに含まれる水滴の吸気通路４内での進行方向との関係がベクトル図で表されている。図９において、Ｇａは新気の流量（質量流量）を、Ｖａは新気の流速を、Ｖｅｇｒは導入口２８から流出するＥＧＲガスの流速を、ａｅｇｒは導入口２８から流出するＥＧＲガスの流出角度を、ＶｒはＥＧＲガスに含まれる水滴の速さを、そして、ａｒはＥＧＲガスに含まれる水滴の進行角度をそれぞれ表している。
【００４８】
本実施の形態に係るＥＧＲシステムの構成によれば、バタフライ弁であるＥＧＲ弁２７の開度に応じて導入口２８から流出するＥＧＲガスの速度の大きさ（流速）と角度（流出角度）の両方が変化する。そして、ＥＧＲガスの流速及び流出角度と新気の流速とにより、ＥＧＲガスに含まれる水滴の吸気通路４内での速度が決まる。よって、凝縮水を含むＥＧＲガスをインペラの中心部に向かわせるためには、新気の流量に応じてＥＧＲガスの流速及び流出角度を変化させればよい。本実施の形態に係るＥＧＲシステムの構成によれば、導入口２８から流出するＥＧＲガスの流速は、流出するＥＧＲガスの体積流量と導入口２８の開口面積とで決まる。ＥＧＲガスの体積流量はＥＧＲ弁２７の開度と排気絞り弁８の開度とによって決まる変数である。導入口２８の開口面積はＥＧＲ弁２７の開度によって決まる変数である。また、ＥＧＲガスの流出角度もＥＧＲ弁２７の開度によって決まる変数である。よって、本実施の形態に係るＥＧＲシステムでは、ＥＧＲ弁２７の開度と排気絞り弁８の開度とによって導入口２８から流出するＥＧＲガスの流速及び流出角度を制御することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態で用いるＥＧＲ弁２７はその形状に特徴がある。図１０に示すように、ＥＧＲ弁２７のＥＧＲ通路２０の側の面、つまり、ＥＧＲ通路２０を流れてくるＥＧＲガスに当たる側の面は凹面になっている。これは、図９に示すように、ＥＧＲ通路２０内で発生した凝縮水をＥＧＲ弁２７の凹面で受け止めて、一定の位置から吸気通路４内に流出させるためである。水滴が流出する位置をばらつかせないことで、吸気通路４内での水滴の進行方向を安定させることができる。
【００５０】
本実施の形態に係るＥＧＲシステムでは、ＥＧＲ弁２７と排気絞り弁８の各制御は制御装置３０によって行われる。図１１は、本実施の形態において制御装置３０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは制御装置３０に含まれる制御プログラムの一つである。制御装置３０のメモリに記憶された制御プログラムがプロセッサによって読み出されて実行されることにより、本発明に係る「制御装置」としての機能が制御装置３０に与えられる。以下、このルーチンについて順に説明する。
【００５１】
ステップＳ２１では、制御装置３０は、気温（Ｔａ）を予め設定されている凝縮水発生温度（Ｔｃｒｉ）と比較する。気温が凝縮水発生温度以上である場合には、制御装置３０は本ルーチンを終了する。
【００５２】
気温が凝縮水発生温度より低い場合、制御装置３０は、ステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、及びＳ２５の各処理を順に実行する。
【００５３】
ステップＳ２２では、制御装置３０は、エアフローメータ６によって計測された新気の流量（Ｇａ）に基づいてＥＧＲガスの目標流速（目標Ｖｅｇｒ）と流出角度（ａｅｇｒ）とを算出する。制御装置３０は、新気の流量にＥＧＲガスの流速及び流出角度を対応付けるマップを有し、このマップを用いてＥＧＲガスの目標流速及び流出角度を決定する。マップでは、導入口２８から流出するＥＧＲガスがインペラの中心部に向かうように目標流速及び流出角度が設定されている。
【００５４】
ステップＳ２３では、制御装置３０は、ステップＳ２２で算出したＥＧＲガスの目標流出角度に基づいてＥＧＲ弁２７の開度を決定する。ＥＧＲ弁２７の開度とＥＧＲガスの流出角度とは一対一の関係であるので、目標とする流出角度が決まればＥＧＲ弁２７の開度は一意に決まる。
【００５５】
ステップＳ２４では、制御装置３０は、ステップＳ２２で算出したＥＧＲガスの目標流速とステップＳ２３で算出したＥＧＲ弁２７の開度とに基づいてＥＧＲガスの目標体積流量（目標Ｑｅｇｒ）を算出する。ＥＧＲ弁２７の開度と導入口２８の開口面積とは一対一の関係であるので、ＥＧＲ弁２７の開度が決まれば開口面積は一意に決まる。ＥＧＲガスの目標流速に導入口２８の開口面積を乗算して得られる値が、目標流速を達成するための目標体積流量である。
【００５６】
ステップＳ２５では、制御装置３０は、ステップＳ２４で算出したＥＧＲガスの目標体積流量とステップＳ２３で算出したＥＧＲ弁２７の開度とに基づいて排気絞り弁８の開度を決定する。ＥＧＲ弁の流量特性によれば、ＥＧＲガスの体積流量とＥＧＲ弁の開度とが与えられれば、ＥＧＲ弁の前後圧力比は一意に決まる。本実施の形態では、ＥＧＲ弁２７の下流の圧力は大気圧に等しいとみなすことができるので、目標体積流量とＥＧＲ弁２７の開度とからＥＧＲ弁２７の上流の圧力の目標値が一意に決まり、それを実現するための排気絞り弁８の開度が一意に決まる。
【００５７】
以上のルーチンに従いＥＧＲ弁２７と排気絞り弁８を協調制御することにより、新気の流量に応じて導入口２６から流出するＥＧＲガスの速度、すなわち、流速及び流出角度を変化させ、凝縮水を含むＥＧＲガスをインペラの中心部に向かわせることができる。
【００５８】
その他．
本発明は上述の実施の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種々変形して実施することができる。例えば、実施の形態１及び２ではＥＧＲガスの導入口はＥＧＲガスが新気の流れに対して垂直に流出するように形成されているが、所定の流出角度を持って流出するように形成してもよい。また、上述の実施の形態ではエアフローメータで新気の流量を計測してその計測値を用いているが、エンジンの負荷と回転数から新気の流量を推定してその推定値を用いてもよい。また、上述の実施の形態では凝縮水の発生を気温から判断しているが、気温に代えて冷却水温から判断してもよいし、気温及び冷却水温から判断してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  エンジン本体
２  吸気マニホールド
３  排気マニホールド
４  吸気通路
５  排気通路
６  エアフローメータ
７  触媒
８  排気絞り弁
１０  過給機
１１  コンプレッサ
１２  タービン
２０  ＥＧＲ通路
２１  ＥＧＲクーラ
２２  ミキサー
２３，２５，２７  ＥＧＲ弁
２４，２６，２８  導入口
３０  制御装置
【図１】
2015121117.tif 000003
【図２】
2015121117.tif 000004
【図３】
2015121117.tif 000005
【図４】
2015121117.tif 000006
【図５】
2015121117.tif 000007
【図６】
2015121117.tif 000008
【図７】
2015121117.tif 000009
【図８】
2015121117.tif 000010
【図９】
2015121117.tif 000011
【図１０】
2015121117.tif 000012
【図１１】
2015121117.tif 000013