(57)【要約】【課題】中負荷より高い負荷領域でも排気ガスを還流できる排気ガス再循環装置を提供することを課題とする。【解決手段】排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路２を備え、当該ＥＧＲ通路２により内燃機関Ｅから排出される排気ガスを吸気系に還流する排気ガス再循環装置１であって、内燃機関Ｅを冷却するための冷媒によってＥＧＲ通路２を流れる排気ガスを冷却する冷却手段５と、冷媒温度の高い位置から冷媒を取り出す第１冷媒流路６と、冷媒温度の低い位置から冷媒を取り出す第２冷媒流路７と、第１冷媒流路６と第２冷媒流路７とを切り換える切換手段１０と、内燃機関Ｅにおける運転状態に基づいて切換手段１０の切り換えを制御する制御手段１６とを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2004293385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路を備え、当該ＥＧＲ通路により内燃機関から排出される排気ガスを吸気系に還流する排気ガス再循環装置であって、
前記内燃機関を冷却するための冷媒によって前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却する冷却手段と、
冷媒温度の高い位置から冷媒を取り出す第１冷媒流路と、
冷媒温度の低い位置から冷媒を取り出す第２冷媒流路と、
前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路とを切り換える切換手段と、
前記内燃機関における運転状態に基づいて前記切換手段の切り換えを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする排気ガス再循環装置。
【請求項２】
前記第１冷媒流路は、前記内燃機関を循環した後又は循環途中の冷媒を取り出し、
前記第２冷媒流路は、前記内燃機関を循環する前又は循環途中の冷媒を取り出すことを特徴とする請求項１に記載する排気ガス再循環装置。
【請求項３】
前記第２冷媒流路の径は、前記第１冷媒流路の径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する排気ガス再循環装置。
【請求項４】
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、
前記制御手段は、前記負荷検出手段で検出した負荷が所定負荷以下の場合には前記切換手段によって前記第１冷媒流路に切り換え、前記負荷検出手段で検出した負荷が所定負荷より高い場合には前記切換手段によって前記第２冷媒流路に切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載する排気ガス再循環装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの温度を検出するガス温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記ガス温度検出手段で検出した排気ガス温度が所定ガス温度以下の場合には前記切換手段によって前記第１冷媒流路に切り換え、前記ガス温度検出手段で検出した排気ガス温度が所定ガス温度より高い場合には前記切換手段によって前記第２冷媒流路に切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載する排気ガス再循環装置。
【請求項６】
前記冷却手段に導入される前の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記冷媒温度検出手段で検出した冷媒温度が所定冷媒温度以下の場合には前記切換手段によって前記第１冷媒流路に切り換え、前記冷媒温度検出手段で検出した冷媒温度が所定冷媒温度より高い場合には前記切換手段によって前記第２冷媒流路に切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載する排気ガス再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出された排気ガスを吸気系に還流させる排気ガス再循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンでは、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減するために、ＥＧＲ［Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ］（排気ガス再循環）を行っているものがある。排気ガス再循環装置では、排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路が設けられ、ＥＧＲ通路によって排気ガスを吸気系に還流している。この還流された排気ガスは吸気ガスに混入して燃焼室に入り、排気ガスによって燃焼を緩慢にしている。燃焼が緩慢になると、燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑えることができる。
【０００３】
特に、排気ガス再循環装置では、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設け、このＥＧＲクーラによってＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却するものもある（特許文献１、２参照）。ＥＧＲクーラは、冷媒としてエンジンを冷却するための冷却水が導入され、排気ガスを冷却している。このように排気ガスを低温にすることによって、その体積を小さくして排気ガス量を増やすことができ、燃焼温度を更に低下させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２００９５６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−３５１０７３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の排気ガス再循環装置は、排気ガスを還流させる負荷領域としては低負荷領域から中負荷領域までであった。しかし、中負荷領域よりも高い負荷領域でも、排気ガスを還流させることができれば、燃費を向上させることができる。というのは、負荷が高くなって、燃焼温度が高くなり過ぎると、排気系部品にダメージを与える場合がある。そのため、従来の車両では、燃焼温度を低下させるために、リッチ運転を行っている。リッチ運転は、ストイキ運転に比べて燃料を多量に消費するので、燃費が悪い。そこで、温度を低下させた排気ガスを還流させることができれば、リッチ運転を行うことなく、燃焼温度を低下させることができる。
【０００７】
ＥＧＲクーラを備える排気ガス再循環装置では、ＥＧＲクーラに導入される冷却水の流量を調整することによって、排気ガスの温度を制御していた。しかし、従来の排気ガス再循環装置では、ＥＧＲクーラにはエンジンを循環した後の冷却水を導入しているので、冷却水温度がエンジンの運転状態に応じて決まっていた。そのため、冷却水温度自体を制御できないので、ＥＧＲクーラの冷却能力に限界があり、冷却水の流量を制御しても排気ガスの温度の制御範囲が限られていた。特に、高い負荷領域になると、排気ガス温度と冷却水温度が共に高くなるので、ＥＧＲクーラを備えていても排気ガスを十分に冷却することができなかった。したがって、従来の排気ガス再循環装置では、中負荷より高い負荷領域になると、排気ガスの温度を十分に低下させることができないので、排気ガスを還流させることができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、中負荷より高い負荷領域でも排気ガスを還流できる排気ガス再循環装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る排気ガス再循環装置は、排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路を備え、当該ＥＧＲ通路により内燃機関から排出される排気ガスを吸気系に還流する排気ガス再循環装置であって、内燃機関を冷却するための冷媒によってＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却する冷却手段と、冷媒温度の高い位置から冷媒を取り出す第１冷媒流路と、冷媒温度の低い位置から冷媒を取り出す第２冷媒流路と、第１冷媒流路と第２冷媒流路とを切り換える切換手段と、内燃機関における運転状態に基づいて切換手段の切り換えを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この排気ガス再循環装置では、排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路を介して内燃機関から排出された排気ガスを吸気系に還流している。また、排気ガス再循環装置では、冷却手段に内燃機関を冷却するための冷媒を導入し、冷却手段によってＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却している。また、排気ガス再循環装置では、第１冷媒流路によって冷媒温度の高い位置から冷媒を取り出すとともに、第２冷媒流路によって冷媒温度の低い位置から冷媒を取り出す。そして、排気ガス再循環装置では、制御手段により内燃機関の運転状態に応じて切換手段を制御し、切換手段によって第１冷媒流路と第２冷媒流路とを切り換える。第１冷媒流路に切り換えられた場合、冷却手段には温度の高い冷媒が導入されるので、冷却手段における冷却効果が低下し、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの温度を高くすることができる。一方、第２冷媒流路に切り換えられた場合、冷却手段には温度の低い冷媒が導入されるので、冷却手段における冷却効果が向上し、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの温度を低くすることができる。そのため、この排気ガス再循環装置では、冷却手段に導入する冷媒の温度自体を制御することによって、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの温度を広い温度範囲で制御することができる。その結果、この排気ガス再循環装置では、中負荷領域より高い負荷領域でも、排気ガスの温度を十分に低下させることができ、排気ガスを還流させることができる。したがって、リッチ運転を行わなくても、燃焼温度を低下させることができる。
【００１１】
なお、内燃機関の運転状態としては、例えば、内燃機関の負荷状態、排気ガスの温度、冷媒の温度等である。負荷状態を示すものとしては、車速、エンジン回転数、吸入空気量等がある。ちなみに、排気ガスの温度や冷媒の温度も、負荷に応じて変動するので、負荷状態を示すものとみなすことができる。
【００１２】
本発明の上記排気ガス再循環装置では、第１冷媒流路は、内燃機関を循環した後又は循環途中の冷媒を取り出し、第２冷媒流路は、内燃機関を循環する前又は循環途中の冷媒を取り出すようにすると好適である。
【００１３】
この排気ガス再循環装置では、第１冷媒流路を内燃機関を循環した後又は循環途中から冷媒を取り出す位置に設けることによって、温度の高い冷媒を確実に取り出すことができる。さらに、排気ガス再循環装置では、第２冷媒流路を内燃機関を循環する前又は循環途中から冷媒を取り出す位置に設けることによって、温度の低い冷媒を確実に取り出すことができる。なお、両方の流路又はいずれか一方の流路を循環途中に設ける場合、第２冷媒流路によって取り出す冷媒の温度が第１冷媒流路によって取り出す冷媒の温度より低くなる位置に第１冷媒流路と第２冷媒流路を設ける。
【００１４】
本発明の上記排気ガス再循環装置では、第２冷媒流路の径を、第１冷媒流路の径よりも大きくすると好適である。
【００１５】
この排気ガス再循環装置では、第２冷媒流路の径を第１冷媒流路の径よりも大きくすることにより、冷却手段に高温の冷媒より低温の冷媒を多量に導入することができる。そのため、排気ガス再循環装置では、排気ガスの温度を低くする制御性が良くなるので、高温の排気ガスの温度を迅速に低下させることができる。したがって、より高い負荷領域において、還流する排気ガスの温度を低下させて、燃焼温度を低下させることができる。
【００１６】
本発明の上記排気ガス再循環装置は、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、制御手段を、負荷検出手段で検出した負荷が所定負荷以下の場合には切換手段によって第１冷媒流路に切り換え、負荷検出手段で検出した負荷が所定負荷より高い場合には切換手段によって第２冷媒流路に切り換える構成としてもよい。
【００１７】
この排気ガス再循環装置では、負荷検出手段によって内燃機関における運転状態として負荷を検出し、制御手段においてその検出した負荷が所定負荷以下か否かを判定する。排気ガス再循環装置では、制御手段が所定負荷以下と判定した場合、切換手段を制御して第１冷媒流路に切り換え、還流する排気ガスの温度を高くする。つまり、負荷が低い場合、低温で燃焼状態が良くないので、還流する排気ガスの温度を上げて燃焼温度を上昇させる。その結果、燃料状態の悪化を防止することができるとともに、オイルミスト等が低温によってデポジットとなることを防止する。また、排気ガス再循環装置では、制御手段が所定負荷より高いと判定した場合、切換手段を制御して第２冷媒流路に切り換え、還流する排気ガスの温度を低くする。つまり、負荷が高い場合、還流する排気ガスの温度を下げて燃焼温度を低下させる。その結果、リッチ運転によって燃焼温度を低下させる必要がないので、燃費が悪化しない。
【００１８】
なお、所定負荷は、負荷が高くなって、吸気系に還流する排気ガスの温度を低下させる必要があるときの負荷であり、実際には、車速、エンジン回転数、吸入空気量等で表される。
【００１９】
本発明の上記排気ガス再循環装置は、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの温度を検出するガス温度検出手段を備え、制御手段を、ガス温度検出手段で検出した排気ガス温度が所定ガス温度以下の場合には切換手段によって第１冷媒流路に切り換え、ガス温度検出手段で検出した排気ガス温度が所定ガス温度より高い場合には切換手段によって第２冷媒流路に切り換える構成としてもよい。
【００２０】
この排気ガス再循環装置では、ガス温度検出手段によって内燃機関における運転状態としてＥＧＲ通路に流れる排気ガスの温度を検出し、制御手段においてその検出した排気ガス温度が所定ガス温度以下か否かを判定する。排気ガス再循環装置では、制御手段が所定ガス温度以下と判定した場合、切換手段を制御して第１冷媒流路に切り換え、還流する排気ガスの温度を高くする。排気ガスの温度が低い場合、負荷も低いので、還流する排気ガスの温度を上げて燃焼温度を上昇させる。また、排気ガス再循環装置では、制御手段が所定ガス温度より高いと判定した場合、切換手段を制御して第２冷媒流路に切り換え、還流する排気ガスの温度を低くする。排気ガスの温度が高い場合、負荷も高いので、還流する排気ガスの温度を下げて燃焼温度を低下させる。
【００２１】
なお、所定ガス温度は、負荷が高くなって吸気系に還流する排気ガスの温度が高くなっているので、その排気ガスの温度を低下させる必要があるときの排気ガス温度である。
【００２２】
本発明の上記排気ガス再循環装置は、冷却手段に導入される前の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段を備え、制御手段を、冷媒温度検出手段で検出した冷媒温度が所定冷媒温度以下の場合には切換手段によって第１冷媒流路に切り換え、冷媒温度検出手段で検出した冷媒温度が所定冷媒温度より高い場合には切換手段によって第２冷媒流路に切り換える構成としてもよい。
【００２３】
この排気ガスの再循環装置では、冷媒温度検出手段によって内燃機関における運転状態として冷却手段に導入される前の冷媒の温度を検出し、制御手段においてその検出した冷媒温度が所定冷媒温度以下か否かを判定する。排気ガス再循環装置では、制御手段が所定冷媒温度以下と判定した場合、切換手段を制御して第１冷媒流路に切り換え、還流する排気ガスの温度を高くする。冷媒の温度が低い場合、負荷も低いので、還流する排気ガスの温度を上げて燃焼温度を上昇させる。また、排気ガス再循環装置では、制御手段が所定冷媒温度より高いと判定した場合、切換手段を制御して第２冷媒流路に切り換え、還流する排気ガスの温度を低くする。冷媒の温度が高い場合、負荷も高いので、還流する排気ガスの温度を下げて燃焼温度を低下させる。
【００２４】
なお、所定冷媒温度は、負荷が高くなって内燃機関を循環した冷媒の温度が高くなったので、冷却手段に導入する冷媒を低温の冷媒に切り換える必要があるときの冷媒温度である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る排気ガス再循環装置の実施の形態を説明する。
【００２６】
本実施の形態に係る排気ガス再循環装置は、還流する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラを備え、そのＥＧＲクーラにエンジンを循環した後の冷却水又はエンジンを循環する前の冷却水を導入可能な構成である。本実施の形態には、ＥＧＲクーラにいずれの冷却水を導入するかの制御として、車速制御、排気ガス温度制御、冷却水温度制御の３つの制御がある。
【００２７】
図１を参照して、本実施の形態に係る排気ガス再循環装置１の構成及び排気ガス再循環装置１に関係するその周辺の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る排気ガス再循環装置の構成図である。
【００２８】
車両Ａに搭載されるエンジンＥは、４気筒の水冷式のエンジンである。エンジンＥは、インテークマニホールドＩＮから各気筒（図示せず）内に空気を吸入し、各気筒からエキゾーストマニホールドＥＭに排気ガスを排出する。また、エンジンＥは、ラジエータＲで冷却された冷却水が送り込まれる。この冷却水は、エンジンＥ内を循環し、エンジンＥを冷却する。エンジンＥを循環する前の冷却水はラジエータＲで冷やされて低温であり、エンジンＥを循環した後の冷却水はエンジンＥで加熱された高温となる。エンジンＥとラジエータＲとの間には、ラジエータＲで冷却された冷却水をエンジンＥまで流す冷却水管ＩＣ及びエンジンＥから排出された冷却水をラジエータＲまで流す冷却水管ＯＣが配設されている。冷却水管ＩＣにはウォータポンプＷＰが設けられ、ウォータポンプＷＰによって冷却水をエンジンＥに送り込んでいる。また、エンジンＥには、排気ガスからＮＯｘを低減するために、排気ガス再循環装置１が設けられている。
【００２９】
排気ガス再循環装置１は、燃焼温度を低下させてＮＯｘを低減するために、エンジンＥから排出された排気ガスを吸気系に還流する。特に、排気ガス再循環装置１では、低負荷領域から中負荷領域より高い負荷領域でも排気ガスを還流させるために、エンジンＥの運転状態に応じて還流させる排気ガスの温度を制御する。そのために、排気ガス再循環装置１は、ＥＧＲ管２、ＥＧＲバルブ３、ステッパモータ４、ＥＧＲクーラ５、第１冷却水管６、第２冷却水管７、第３冷却水管８、第４冷却水管９、三方切換バルブ１０、タラップ１１、ＤＣモータ１２、車速センサ１３、排気ガス温度センサ１４、冷却水温度センサ１５及びエンジンＥＣＵ１６を備えている。
【００３０】
なお、本実施の形態では、ＥＧＲ管２で形成されるＥＧＲ通路が特許請求の範囲に記載するＥＧＲ通路であり、ＥＧＲクーラ５が特許請求の範囲に記載する冷却手段に相当し、第１冷却水管６で形成される第１冷却水流路が特許請求の範囲に記載する第１冷媒流路であり、第２冷却水管７で形成される第２冷却水流路が特許請求の範囲に記載する第２冷媒流路に相当し、三方切換バルブ１０が特許請求の範囲に記載する切換手段に相当し、車速センサ１３が特許請求の範囲に記載する負荷検出手段に相当し、排気ガス温度センサ１４が特許請求の範囲に記載するガス温度検出手段に相当し、冷却水温度センサ１５が特許請求の範囲に記載する冷却水温度検出手段に相当し、エンジンＥＣＵ１６が特許請求の範囲に記載する制御手段に相当する。
【００３１】
ＥＧＲ管２は、エキゾーストマニホールドＥＭに接続する排気管ＥＰから分岐し、インテークマニホールドＩＭに接続する吸気管ＩＰに繋がる管である。ＥＧＲ管２にはＥＧＲ通路が形成されており、ＥＧＲ通路にはエンジンＥから排出された排気ガスが流れる。
【００３２】
ＥＧＲバルブ３は、ＥＧＲ管２に設けられ、その開度によってＥＧＲ通路を流れる排気ガスの流量を調整するバルブである。ＥＧＲバルブ３の開度は、ステッパモータ４によって調節される。
【００３３】
ステッパモータ４は、ＥＧＲバルブ３の開度を調節するモータである。ステッパモータ４は、その駆動がエンジンＥＣＵ１６に制御され、バルブの開度を一定角度毎に変化させる。
【００３４】
ＥＧＲクーラ５は、ＥＧＲ管２のＥＧＲバルブ３より排気管ＥＰ側に設けられ、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却するクーラである。ＥＧＲクーラ５は、第３冷却水管８から冷却水が導入され、その冷却水をＥＧＲ管２（ＥＧＲ通路）の周りに循環させ、第４冷却水管９から排出する。
【００３５】
第１冷却水管６は、エンジン１の冷却水の排出口と三方切換バルブ１０の一方の切換口との間に繋がる管である。第１冷却水管６には第１冷却水流路が形成されており、第１冷却水流路にはエンジンＥを循環した後の冷却水が流れる。
【００３６】
第２冷却水管７は、冷却水管ＩＣから分岐し、三方切換バルブ１０の他方の切換口に繋がる管である。第２冷却水管７には第２冷却水流路が形成されており、第２冷却水流路にはエンジンＥを循環する前の冷却水が流れる。第２冷却水管７の内径は、第１冷却水管６の内径より大径である。
【００３７】
第３冷却水管８は、ＥＧＲクーラ５の給水口と三方切換バルブ１０の排出口との間に繋がる管である。第３冷却水管８には第３冷却水流路が形成されており、第３冷却水流路には第１冷却水流路からのエンジンＥを循環した後の冷却水又は第２冷却水流路からのエンジンＥを循環する前の冷却水が流れる。第３冷却水管８の内径は、第２冷却水管７の内径と同径である。
【００３８】
第４冷却水管９は、ＥＧＲクーラ５の排出口に繋がり、冷却水流路ＯＣに合流する管である。第４冷却水管９には第４冷却水流路が形成されており、第４冷却水流路にはＥＧＲクーラ５を循環した後の冷却水が流れる。第４冷却水管９の内径は、第２冷却水管７の内径と同径である。
【００３９】
三方切換バルブ１０は、２つの切換口に第１冷却水管６と第２冷却水管７がそれぞれ接続されるとともに排出口に第３冷却水管８が接続され、第３冷却水流路を第１冷却水流路又は第２冷却水流路に接続する切換バルブである。三方切換バルブ１０は、電動式でバルブが切り換り、その切り換えがエンジンＥＣＵ１６によって制御される。第３冷却水流路に第１冷却水流路が接続した場合、ＥＧＲクーラ５にはエンジンＥを冷却した後の冷却水が導入されるので、ＥＧＲクーラ５における冷却能力が低下する。一方、第３冷却水流路に第２冷却水流路が接続した場合、ＥＧＲクーラ５にはエンジンＥを冷却する前の冷却水が導入されるので、ＥＧＲクーラ５における冷却能力が向上する。
【００４０】
タラップ１１は、車両Ａのフロントグリルに取り付けられ、その開閉によって外気をエンジンルーム内に遮断／導入する弁である。タラップ１１は、外気を導入した場合にＥＧＲクーラ５に外気が当たる位置に設けられ、ＥＧＲクーラ５の冷却能力に作用する。タラップ１１の開閉は、ＤＣモータ１２によって行われる。タラップ１１が開いた場合、外気がＥＧＲクーラ５に当たるので、ＥＧＲクーラにおける冷却能力が向上する。
【００４１】
ＤＣモータ１２は、タラップ１１を開閉するモータである。ＤＣモータ１２は、その駆動がエンジンＥＣＵ１６に制御される。
【００４２】
車速センサ１３は、トランスミッションＴに設けられ、トランスミッションＴの回転数を検出するセンサである。車速センサ１３は、その検出信号をエンジンＥＣＵ１６に送信する。ちなみに、車速センサ１３は、排気ガス再循環装置１で利用する専用のセンサでなく、他の制御でも利用されるセンサである。なお、車速センサとしては、トランスミッションＴ以外の車速を示す回転数を検出するセンサでもよいし、あるいは、車輪の回転数を検出する車輪速センサでもよい。
【００４３】
排気ガス温度センサ１４は、ＥＧＲ管２のＥＧＲバルブ３より吸気管ＩＰ側に設けられ、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの温度を検出するセンサである。排気ガス温度センサ１４は、その検出信号をエンジンＥＣＵ１６に送信する。
【００４４】
冷却水温度センサ１５は、第３冷却管８に設けられ、第３冷却水流路を流れる冷却水の温度を検出するセンサである。冷却水温度センサ１５は、その検出信号をエンジンＥＣＵ１６に送信する。
【００４５】
エンジンＥＣＵ１６は、ＣＰＵ［Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ］、ＲＯＭ［Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ］、ＲＡＭ［Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ］等からなる電子制御ユニットである。エンジンＥＣＵ１６は、車速センサ１３、排気ガス温度センサ１４、冷却水温度センサ１５等の各種センサが接続され、各種センサからの検出値に基づいて各種制御量を設定し、エンジンＥの各部を制御する。エンジンＥＣＵ１６では、吸入空気量制御、燃料噴射量制御、空燃比制御、点火時期制御等のエンジンＥの運転に関する制御の他に、排気ガス再循環装置１に対するＥＧＲ制御を行う。
【００４６】
エンジンＥＣＵ１６におけるＥＧＲ制御には、ＥＧＲバルブ制御、タラップ制御、三方切換バルブ制御がある。特に、三方切換バルブ制御には、車速制御、排気ガス温度制御及び冷却水温度制御の３つの形態があり、エンジンＥＣＵ１６では３つの制御うちのいずれかの制御を行う。
【００４７】
ＥＧＲバルブ制御について説明する。エンジンＥＣＵ１６では、エンジンＥの回転数及び負荷状態（車速等）に基づいて、排気ガスの還流量を設定する。そして、エンジンＥＣＵ１６では、その還流量に応じてＥＧＲバルブ３の開度を決定し、その開度となるようにステッパモータ４を駆動するための制御信号を生成し、ステッパモータ４に送信する。
【００４８】
タラップ制御について説明する。エンジンＥＣＵ１６では、負荷状態（車速等）、冷却水温度、排気ガス温度等に基づいて、タラップ１１の開閉を決定する。そして、エンジンＥＣＵ１６では、タラップ１１の開閉に応じてＤＣモータ１２を駆動するための制御信号を生成し、ＤＣモータ１２に送信する。なお、タラップ１１を開くか否かの判定条件については、例えば、以下で説明する三方切換バルブ制御における車速制御、排気ガス温度制御及び冷却水温度制御で第３冷却水流路を第１冷却水流路に接続する場合にはタラップ１１を閉じ、第３冷却水流路を第２冷却水流路に接続する場合にはタラップ１１を開く。
【００４９】
図２も参照して、三方切換バルブ制御における車速制御について説明する。図２は、エンジンＥＣＵにおける車速制御を示すフローチャートである。
【００５０】
エンジンＥＣＵ１６では、車速センサ１３から検出信号を取り入れ、その検出信号で示される車速が所定車速以下か否かを判定する（Ｓ１０）。所定車速は、エンジンＥの負荷状態が低いので燃焼温度を上げるかあるいは負荷状態が高いので燃焼温度を下げるかの境界の負荷状態に相当する車速である。燃焼温度を上げるためには還流する排気ガスの温度を高くする必要があり、そのために、ＥＧＲクーラ５に高温の冷却水を導入する。一方、燃焼温度を下げるためには還流する排気ガスの温度を低くする必要があり、そのために、ＥＧＲクーラ５に低温の冷却水を導入する。
【００５１】
エンジンＥＣＵ１６では、車速が所定車速以下と判定した場合、ＥＧＲクーラ５に高温の冷却水を導入するために、第３冷却水管８（第３冷却水流路）を第１冷却水管６（第１冷却水流路）に接続するための制御信号を生成し、三方切換バルブ１０に送信する（Ｓ１１）。一方、エンジンＥＣＵ１６では、車速が所定車速より高いと判定した場合、ＥＧＲクーラ５に低温の冷却水を導入するために、第３冷却水管８（第３冷却水流路）を第２冷却水管７（第２冷却水流路）に接続するための制御信号を生成し、三方切換バルブ１０に送信する（Ｓ１２）。
【００５２】
図３も参照して、三方切換バルブ制御における排気ガス温度制御について説明する。図３は、エンジンＥＣＵにおける排気ガス温度制御を示すフローチャートである。なお、排気ガス温度制御における各処理については、車速制御の処理と同様の処理を行うものについては同一のステップ番号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
エンジンＥＣＵ１６では、排気ガス温度センサ１４から検出信号を取り入れ、その検出信号で示されるＥＧＲ通路を流れる排気ガスの温度が所定ガス温度以下か否かを判定する（Ｓ２０）。所定ガス温度は、還流する排気ガスの温度が高くなり過ぎたか否かの境界の温度である。還流する排気ガスの温度が高くなり過ぎた場合にはＥＧＲクーラ５に低温の冷却水を導入する。ちなみに、排気ガスの温度が高い場合、燃焼温度が高くなっているので、負荷が高い状態である。
【００５４】
エンジンＥＣＵ１６では、還流する排気ガスの温度が所定ガス温度以下と判定した場合、車速制御における車速が所定車速以下と判定した場合と同様の処理を行う（Ｓ１１）。一方、エンジンＥＣＵ１６では、還流する排気ガスの温度が所定ガス温度より高いと判定した場合、車速制御における車速が所定車速より高いと判定した場合と同様の処理を行う（Ｓ１２）。
【００５５】
図４も参照して、三方切換バルブ制御における冷却水温度制御について説明する。図４は、エンジンＥＣＵにおける冷却水温度制御を示すフローチャートである。なお、冷却水温度制御における各処理については、車速制御の処理と同様の処理を行うものについては同一のステップ番号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
エンジンＥＣＵ１６では、冷却水温度センサ１５から検出信号を取り入れ、その検出信号で示される第３冷却水流路を流れる冷却水の温度が所定冷却水温度以下か否かを判定する（Ｓ３０）。所定冷却水温度は、冷却水の温度が高くなり過ぎたか否かの境界の温度である。冷却水温度が高くなり過ぎた場合にはＥＧＲクーラ５にエンジンＥを循環する前の冷却水を導入する。ちなみに、冷却水の温度が高い場合、負荷が高い状態である。
【００５７】
エンジンＥＣＵ１６では、冷却水の温度が所定冷却水温度以下と判定した場合、車速制御における車速が所定車速以下と判定した場合と同様の処理を行う（Ｓ１１）。一方、エンジンＥＣＵ１６では、冷却水の温度が所定冷却水温度より高いと判定した場合、車速制御における車速が所定車速より高いと判定した場合と同様の処理を行う（Ｓ１２）。
【００５８】
図１を参照して、排気ガス再循環装置１における動作を説明する。特に、三方切換バルブ制御時の動作については、車速制御、排気ガス温度制御、冷却水温度制御についてそれぞれ説明するとともに、車両Ａが低速で低負荷状態の場合と高速で中負荷より高い負荷状態の場合について説明する。
【００５９】
なお、低負荷状態の場合、燃焼温度が低く、エンジンＥから排出される排気ガスの温度も低い。そのため、燃焼温度を上げて燃焼状態を良くする必要がある。一方、中負荷より高い負荷状態の場合、燃焼温度が高くなり過ぎ、エンジンＥから排出される排気ガスの温度も高い。そのため、燃焼温度を下げる必要がある。
【００６０】
排気ガス再循環装置１では、エンジン回転数及び負荷状態に応じて排気ガスの還流量を設定し、その還流量に応じてＥＧＲバルブ３を調節する。すると、排気ガス再循環装置１では、その設定した還流量の排気ガスが排気管ＥＰから分流してＥＧＲ管２内（ＥＧＲ通路）を流れ、その排気ガスを吸気管ＩＰ内の空気に混入させる。また、排気ガス再循環装置１では、ＥＧＲクーラ５にエンジンＥを冷却した後又は冷却する前の冷却水を導入し、ＥＧＲクーラ５によってＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却する。さらに、排気ガス再循環装置１では、車速等に基づいてタラップ１１の開閉を設定し、その設定した開閉に応じてＤＣモータ１２を駆動する。
【００６１】
車速制御の場合について説明する。車両Ａが低速で低負荷状態の場合、排気ガス再循環装置１では、車速が所定車速以下と判定し、三方切換バルブ１０を制御して第３冷却水管８を第１冷却水管６に接続する。ＥＧＲクーラ５には、第１冷却流路を流れるエンジン１０を冷却した後の高温の冷却水が導入される。そのため、ＥＧＲクーラ５の冷却能力は低く、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの温度が高くなる。この温度が高い排気ガスがエンジンＥに吸入されると、燃焼温度が上昇し、燃焼状態が良くなる。また、温度の上昇によって、オイルミスト等がデポジットとならないので、デポジットによるバルブの故障等も発生しない。この際、排気ガス再循環装置１ではタラップ１１を閉じるように制御しているので、ＥＧＲクーラ５には外気よる冷却効果は加味されない。
【００６２】
一方、車両Ａが高速で中負荷より高い負荷状態の場合、排気ガス再循環装置１では、車速が所定車速より高いと判定し、三方切換バルブ１０を制御して第３冷却水管８を第２冷却水管７に接続する。ＥＧＲクーラ５には、第２冷却流路を流れるラジエータＲで冷却された低温の冷却水が導入される。その際、第２冷却水管７の内径は第１冷却水管６の内径より大きいので、エンジンＥを冷却した後の冷却水より多量の冷却水がＥＧＲクーラ５に導入される。そのため、ＥＧＲクーラ５の冷却能力は非常に高くなり、ＥＧＲ通路に流れる排気ガスの温度が低くなる。この温度が低い排気ガスがエンジンＥに吸入されると、燃焼温度が低下し、燃焼状態が良くなり、ノッキング等が発生しない。したがって、エンジンＥでは、リッチ運転によって燃焼温度を低下させる必要がなく、ストイキ運転を行っている。また、排気ガスの温度が低いので、排気ガスの体積が小さくなく、多量の排気ガスを吸気系に導入でき、ＮＯｘの低減量も多くなる。この際、排気ガス再循環装置１ではタラップ１１を開くように制御しているので、ＥＧＲクーラ５には外気よる冷却効果が加味され、更に冷却能力が高くなっている。
【００６３】
排気ガス温度制御の場合について説明する。車両Ａが低速で低負荷状態の場合、排気ガス再循環装置１では、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの温度が所定ガス温度以下と判定し、三方切換バルブ１０を制御して第３冷却水管８を第１冷却水管６に接続する。以下の動作は車速制御時と同様の動作であり、燃焼温度が上昇するのに応じて排気ガスの温度も高くなる。一方、車両Ａが高速で中負荷より高い負荷状態の場合、排気ガス再循環装置１では、排気ガスの温度が所定ガス温度より高いと判定し、三方切換バルブ１０を制御して第３冷却水管８を第２冷却水管７に接続する。以下の動作は車速制御時と同様の動作であり、燃焼温度が低下するのに応じて排気ガスの温度も低くなる。
【００６４】
冷却水温度制御の場合について説明する。車両Ａが低速で低負荷状態の場合、排気ガス再循環装置１では、第３冷却水流路を流れる冷却水の温度が所定冷却水温度以下と判定し、三方切換バルブ１０を制御して第３冷却水管８を第１冷却水管６に接続する。以下の動作は車速制御時と同様の動作であり、燃焼温度が上昇するのに応じて冷却水の温度も高くなる。一方、車両Ａが高速で中負荷より高い負荷状態の場合、排気ガス再循環装置１では、冷却水の温度が所定冷却水温度より高いと判定し、三方切換バルブ１０を制御して第３冷却水管８を第２冷却水管７に接続する。以下の動作は車速制御時と同様の動作であり、燃焼温度が低下するのに応じて冷却水の温度も低くなる。
【００６５】
この排気ガス再循環装置１では、エンジンＥを冷却した後の高温の冷却水とエンジンＥを冷却する前の低温の冷却水とをＥＧＲクーラ５に導入できる構成としたので、ＥＧＲクーラ５における冷媒自体の温度を制御でき、還流する排気ガスの温度を広い温度範囲で制御することができる。そのため、低負荷領域から中負荷より高い負荷領域まで、排気ガスを吸気系に還流でき、燃焼温度の低減によってＮＯｘを低減することができる。特に、中負荷より高い負荷領域でも、排気ガスによって燃焼温度を低下させることができるので、従来のようにリッチ運転によって燃焼温度を低下させる必要がなく、燃費も良くなる。
【００６６】
さらに、排気ガス再循環装置１では、第２冷却水管７の内径を大きくしたり、タラップ１１を開くことにより外気を導入することによってＥＧＲクーラ５における冷却効果を高めているので、非常に高温の排気ガスでも迅速に温度を低下させることができる。そのため、かなり高い負荷領域まで、排気ガスを還流させることができ、その排気ガスによって燃焼温度を低下させることができる。また、排気ガス再循環装置１では、負荷状態を示す車速のみならず、排気ガスの温度や冷却水の温度でも三方切換バルブ制御が可能である。
【００６７】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００６８】
例えば、本実施の形態ではＥＧＲクーラに導入する冷却水の切り換え制御のみを行う構成としたが、第３冷却水管等にバルブを設け、そのバルブの開度によりＥＧＲクーラに導入する冷却水の流量を制御する構成を加えてもよい。この構成を加えることにより、ＥＧＲクーラにおける冷却制御（排気ガスに対する温度制御）をより高精度に行うことができる。
【００６９】
また、本実施の形態ではＥＧＲ通路を介して排気ガスを還流する外部ＥＧＲのみを行う構成としたが、可変バルブタイミング・リフト機構等により排気バルブと吸気バルブとのバルブオーバラップ量を大きくすることによって排気ガスを再吸入する内部ＥＧＲも行う構成を加えてもよい。
【００７０】
また、本実施の形態では負荷検出手段として車速センサとし、車速によって負荷状態を検知する構成としたが、エンジン回転数センサによるエンジン回転数やエアフローセンサによる吸入空気量等のエンジンにおける他の情報によって負荷状態を検知する構成でもよい。
【００７１】
また、本実施の形態では三方切換バルブによって第３冷却水流路を第１冷却水流路又は第２冷却水流路の一方に接続する制御としたが、更に、極低負荷時等の排気ガスを冷却する必要がない場合には、第３冷却水流路を第１冷却水流路にも、第２冷却水流路にも接続せずに、ＥＧＲクーラに冷却水を導入しない制御を加えてもよい。
【００７２】
また、本実施の形態ではエンジンを冷却した後の冷却水が流れる第１冷却水流路と、エンジンを冷却する前の冷却水が流れる第２冷却水流路とを備える構成としたが、エンジンを冷却している途中の冷却水が流れる冷却水流路を１つ又は複数更に備える構成としてもよいし、第２冷却水流路の代わりにこの冷却水流路を備える構成としてもよい。冷却途中の冷却水も利用することによって、ＥＧＲクーラに複数段階の温度の冷却水を導入できるので、排気ガスの温度を更に高精度に制御することができる。
【００７３】
また、本実施の形態では三方切換バルブ制御における各制御において１つの判定点によって冷却水流路を切り換える構成としたが、２つ以上の判定点によりヒステリシスをもたせて冷却水流路を切り換える構成としてもよい。
【００７４】
また、本実施の形態ではＥＧＲをエンジンＥＣＵで制御する構成としたが、ＥＧＲを制御する専用の制御装置等の他の制御装置に構成してもよい。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気系に還流する排気ガスを温度が異なる冷媒によって冷却可能な構成としたので、その還流する排気ガスに対する温度制御範囲が広くなり、低負荷領域から中負荷より高い負荷領域まで排気ガスを還流することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る排気ガス再循環装置の構成図である。
【図２】図１のエンジンＥＣＵにおける車速制御を示すフローチャートである。
【図３】図１のエンジンＥＣＵにおける排気ガス温度制御を示すフローチャートである。
【図４】図１のエンジンＥＣＵにおける冷却水温度制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…排気ガス再循環装置、２…ＥＧＲ管、３…ＥＧＲバルブ、４…ステッパモータ、５…ＥＧＲクーラ、６…第１冷却水管、７…第２冷却水管、８…第３冷却水管、９…第４冷却水管、１０…三方切換バルブ、１１…タラップ、１２…ＤＣモータ、１３…車速センサ、１４…排気ガス温度センサ、１５…冷却水温度センサ、１６…エンジンＥＣＵ
【図１】
2004293385.tif 000003
【図２】
2004293385.tif 000004
【図３】
2004293385.tif 000005
【図４】
2004293385.tif 000006