(57)【要約】【課題】第１に、給気ラインを流れる空気がバイパスラインへ流れ込むのを抑えることができ、第２に内燃機関に適した排気ガスと空気との混合比にできる排気ガス還流制御装置を提供すること。【解決手段】給気ライン５と、排出ライン６と、これらに両端を接続させたバイパスライン１２と、このバイパスライン１２上に加圧手段１４を設けており、バイパスライン１２と給気ライン５とが接続される合流部１５付近のバイパスライン１２上に備えられ、給気ライン５からバイパスライン１２への流れを抑える逆止弁２２Ａ（制限手段）を設けるとともに、給気ライン５上の合流部１５より上流に第１の圧力検出手段２０を設け、バイパスライン１２における逆止弁２２Ａと、加圧手段１４との間に第２の圧力検出手段２１を備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、供給手段から供給される燃料を前記内燃機関へ導く供給ラインと、空気を前記内燃機関に導く給気ラインと、前記内燃機関から排出される排気ガスを導く排出ラインと、排気ガスの一部を再び前記内燃機関の燃焼室へ送り込むように前記内燃機関の排出口側と前記内燃機関の給気口側とに接続させたバイパスラインとを設けた排気ガス還流制御装置において、
前記バイパスラインに前記給気ラインから前記排出ラインへの流れを抑える制限手段を介在させたことを特徴とする排気ガス還流制御装置。
【請求項２】
前記制限手段を、前記バイパスラインにおける排出ラインから給気ライン側への流れのみを許容する逆止弁により構成したことを特徴とする請求項１記載の排気ガス還流制御装置。
【請求項３】
前記制限手段を、前記バイパスラインに介在した絞りにより構成したことを特徴とする請求項１記載の排気ガス還流制御装置。
【請求項４】
内燃機関と、供給手段から供給される燃料を前記内燃機関へ導く供給ラインと、空気を前記内燃機関に導く給気ラインと、前記内燃機関から排出される排気ガスを導く排出ラインと、排気ガスの一部を再び前記内燃機関の燃焼室へ送り込むように前記内燃機関の排出口側と前記内燃機関の給気口側とに接続させたバイパスラインと、このバイパスラインに加圧手段を設けた排気ガス還流制御装置において、
前記バイパスラインにおける前記給気ラインとの合流部と前記加圧手段との間に、前記給気ラインから前記排出ラインへの流れを抑える制限手段を備え、前記給気ラインの前記合流部の上流側に第１の圧力検出手段を設け、前記バイパスラインにおける前記制限手段と前記加圧手段との間に第２の圧力検出手段を設け、第１及び第２の圧力検出手段から圧力信号を入力し、相互の圧力差から予め設定した圧力範囲内になるように前記加圧手段に信号を出力する制御装置を備えたことを特徴とする排気ガス還流制御装置。
【請求項５】
前記加圧手段の動力源を、油圧モータ，空気圧モータまたは電動モータにより構成したことを特徴とする請求項４記載の排気ガス還流制御装置。
【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る排気ガスのＮＯｘ成分を低減する排気ガス還流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排気ガス還流制御装置では、内燃機関と、供給手段から供給される燃料を内燃機関へ導く供給ラインと、吸入新気（以下空気という）を内燃機関に導く給気ラインと、内燃機関から排出される排気ガスの排出ラインと、排気ガスの一部を再び内燃機関の燃焼室へ送り込む為に、給気ラインと排気ガスの排出ラインとに接続させたバイパスラインと、そのバイパスラインに介在された加圧手段とを設け、加圧手段の排気ガスの入口側及び出口側にそれぞれ圧力検出手段を設けている。この２つの圧力検出手段によって検出した加圧手段の出入口における圧力に応じた圧力信号を制御装置に入力し、相互の圧力差が予め設定した圧力範囲内になるように加圧手段に信号を出力する制御装置としてのコントローラを設けている。
【０００３】
これにより、強制的にバイパスラインへ流れ込む排気ガスを加圧して、給気ラインを流れる空気と排気ガスとを混合している。排気ガスと空気の混合比を内燃機関の運転状態に応じて適宜制御し、ＮＯｘを低減する制御を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３８１７号公報（第５−８頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この公知技術を例えば建設機械である油圧ショベルに適用した場合、給気ラインと排出ラインとに接続させたバイパスラインを通る排気ガスの圧力が低下して、その圧力値が給気ラインを流れる空気の圧力よりも低下すると、給気ラインを流れる空気がバイパスラインへ流れ込み、内燃機関の燃焼室へ導かれる空気量が減少して内燃機関の出力が低下するので、油圧ショベルの作業量が低下してしまうという問題がある。また、バイパスラインに設けている加圧手段の出入口に圧力検出手段を設けた排気ガス還流制御装置では、出口側に設けられている圧力検出手段はバイパスライン上に存在する為、給気ラインを通過する空気の圧力を適確に把握することができない。その為、加圧手段により内燃機関の運転状況に適した排気ガスと空気との混合比になるように制御を行うことができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、第１に、給気ラインを流れる空気がバイパスラインへ流れ込むのを抑えることができ、第２に内燃機関に適した排気ガスと空気との混合比に制御できる排気ガス還流制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する為に、本願請求項１に係る発明は、内燃機関と、供給手段から供給される燃料を前記内燃機関へ導く供給ラインと、空気を前記内燃機関に導く給気ラインと、前記内燃機関から排出される排気ガスを導く排出ラインと、排気ガスの一部を再び前記内燃機関の燃焼室へ送り込むように前記内燃機関の排出口側と前記内燃機関の給気口側とに接続させたバイパスラインとを設けた排気ガス還流制御装置において、前記バイパスラインに前記給気ラインから前記排出ラインへの流れを抑える制限手段から成る構成にしてある。
【０００８】
また、本願請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記制限手段を、前記バイパスラインにおける排出ラインから給気ライン側への流れのみを許容する逆止弁により構成してある。
【０００９】
また、本願請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記制限手段を、前記バイパスラインに介在した絞りにより構成してある。
【００１０】
また、本願請求項４に係る発明は、内燃機関と、供給手段から供給される燃料を前記内燃機関へ導く供給ラインと、空気を前記内燃機関に導く給気ラインと、前記内燃機関から排出される排気ガスを導く排出ラインと、排気ガスの一部を再び前記内燃機関の燃焼室へ送り込むように前記内燃機関の排出口側と前記内燃機関の給気口側とに接続させたバイパスラインと、このバイパスラインに加圧手段を設けた排気ガス還流制御装置において、前記バイパスラインにおける前記給気ラインとの合流部と前記加圧手段との間に、前記給気ラインから前記排出ラインへの流れを抑える制限手段を備え、前記給気ラインの前記合流部の上流側に第１の圧力検出手段を設け、前記バイパスラインにおける前記制限手段と前記加圧手段との間に第２の圧力検出手段を設け、第１及び第２の圧力検出手段から圧力信号を入力し、相互の圧力差から予め設定した圧力範囲内になるように前記加圧手段に信号を出力する制御装置を備えた構成にしてある。
【００１１】
また、本願請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記加圧手段の動力源を、油圧モータ，空気圧モータまたは電動モータにより構成してある。
【００１２】
本発明は上記した構成にしてあることから、バイパスラインにおける制限手段を逆止弁または絞りによって構成した場合には、給気ラインから排出ラインへ空気が流れ込むのを防止もしくは抑えることができる。
【００１３】
また、バイパスライン上の逆止弁または絞りと、加圧手段の間に設けている第１の圧力検出手段と、給気ライン上に設けられている第２の圧力検出手段から排気ガスと、空気の各々の圧力を検出し、その検出した各信号に基づいて内燃機関の運転状況に応じた適切な排気ガスと空気との混合比になるように加圧手段を制御することができるので、排気ガス中のＮＯｘ成分を低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１及び図２により説明する。図１は、本発明の第１の実施形態におけるシステム図であり、図２は、本発明の第１ないし第３の実施形態のコントローラ内におけるシステム図である。
【００１５】
図において内燃機関（以下ディーゼルエンジンという）１には供給手段としての燃料噴射ポンプ２から供給される燃料をディーゼルエンジン１へ導く供給ライン３が設けられている。ディーゼルエンジン１は、ターボ式過給機４で過給を行っている。ディーゼルエンジン１には、外部の空気をディーゼルエンジン１へ導く為の給気ライン５と、ディーゼルエンジン１からの排気を外部へ排出する為の排出ライン６を設けている。
【００１６】
給気ライン５には、過給の為に外部から取り込んだ空気を圧縮する遠心式圧縮機７と、この圧縮された空気を冷却する為のインタークーラ８と、ディーゼルエンジン１へ送る空気の流量を調節するバルブ９とが設けられている。
【００１７】
排出ライン６には、給気ライン５側の遠心式圧縮機７を駆動する排気タービン１０と、その排気タービン１０の下流側に配置されたマフラー１１とが設けられている。
【００１８】
１２は、給気ライン５と排出ライン６とに接続されたバイパスラインであって、このバイパスライン１２には電動モータ１３によって駆動される加圧手段１４が設けられている。
【００１９】
バイパスライン１２の一端は、給気ライン５のバルブ９の下流側に配置された合流部１５において給気ライン５に接続され、バイパスライン１２の他端は、排出ライン６の排気タービン１０の上流側に配置された分岐部１６において排出ライン６に接続されている。
【００２０】
前述のバイパスライン１２には、加圧手段１４以外に排気ガスの冷却器１７と空気と混合させる排気ガス流量を調節する為のバルブ１８が設けられている。加圧手段１４を駆動する電動モータ１３は、制御装置としてのコントローラ１９によって制御される。
【００２１】
このコントローラ１９には、第１及び第２の圧力検出手段２０，２１からの圧力信号がそれぞれ入力される構成になっている。第１の圧力検出手段２０は、給気ライン５に存在するバルブ９とバイパスライン１２の合流部１５との間に設けてあり、第２の圧力検出手段２１は、バイパスライン１２に存在するバルブ１８とバイパスライン１２の合流部１５との間に設けている。
【００２２】
第２の圧力検出手段２１とバイパスライン１２の合流部１５との間には、制限手段、例えば逆止弁２２Ａ（本実施例）が設けられており、給気ライン５を流れる空気が排出ライン６側へ流入（逆流）することを防止している。第１及び第２の圧力検出手段２０，２１及び電動モータ１３は、コントローラ１９に電気的に接続されている。
【００２３】
図２は、コントローラ１９の内部を示している。この内部は、第１及び第２の圧力検出手段２０，２１からの信号（圧力信号）を入力する入力部２３と、その入力部２３に入力された信号から電動モータ１３の運転状態を決定する演算処理部２４と、演算処理部２４での演算結果に基づき電動モータ１３へ信号を送る出力部２５と、内燃機関１の運転状態に適した排気ガスと空気との混合比を得る為、加圧手段１４の運転状態と第１及び第２の圧力検出手段２０，２１の圧力差との関係を予め設定しているマップを記憶する記憶部２６とから構成されている。演算処理部２４は、記憶部２６のマップを基に電動モータ１３の運転状態を制御している。
【００２４】
上記の第１実施形態における排気ガス還流制御装置の作用について、次に説明する。燃料が燃料噴射ポンプ２から内燃機関１へ供給ライン３を通して導かれ、内燃機関１が駆動すると、空気が給気ライン５を通して内燃機関１の給気側に導かれる。このとき、空気はターボ式過給機４の遠心式圧縮機７により圧縮され、インタークーラ８で冷却された後、バルブ９によって流量調整されて内燃機関１に導かれる。そして、その空気は、内燃機関１に取り込まれた後、排気ガスとして内燃機関１から排出ライン６を通して、マフラー１１に導かれる。このとき、排気ガスにより排気ライン６に設けられた排気タービン１０が回転され、遠心圧縮機７を駆動する。その一方で排気ガスの一部は、排気ライン６上の排気タービン１０より上流においてバイパスライン１２に分流され、内燃機関１の給気側に導かれる。
【００２５】
排気ガスは、加圧手段１４によって加圧され、冷却器１７により冷却された後、バルブ１８によりその流量が調整される。この流量調整された排気ガスは、バイパスライン１２から給気ライン５の方向に流れる排気ガスのみ許容する逆止弁２２Ａを介して給気ライン５に供給される。その際、排気ガスの圧力が、逆止弁２２Ａとバルブ１８との間に接続された第２の圧力検出手段２１により検出される。その一方で、バルブ９と合流部１５との間に接続された第１の圧力検出手段２０により給気ライン５の空気の圧力が検出される。これら検出された排気ガスの圧力と空気の圧力とが、コントローラ１９内部の入力部２３に電気的な信号（圧力信号）として入力される。
【００２６】
ここで、第１の圧力検出手段２０により検出された空気の圧力をＰ１とし、第２の圧力検出手段２０により検出された排気ガスの圧力をＰ２とする。入力部２３に入力された信号を基に、演算処理部２４において相互の圧力差ΔＰが計算され、記憶部２６に予め記憶されたマップの中の設定圧Ｐｔを基準に圧力差ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）を導き出す。圧力差ΔＰが設定圧Ｐｔよりも小さいときには、圧力差ΔＰを大きくする信号、すなわち排気ガスの圧力Ｐ２を大きくする信号を出力部２５から電動モータ１３へ出力する。これにより、加圧手段１４を作動させ、バイパスライン１２を流れる排気ガスの圧力を高める。一方、圧力差ΔＰが設定圧Ｐｔよりも大きいときには、内燃機関１の運転状況に適切な排気ガスと空気の混合比となっている状態にあるので、出力部２５から圧力差ΔＰを変動させる信号は出力しない。これにより、加圧手段１４が作動することがないので、バイパスライン１２を流れる排気ガスの圧力は維持される。
【００２７】
上記のように構成した第１の実施形態によれば、第２の圧力検出手段２１とバイパスライン１２の合流部１５との間に逆止弁２２Ａを設けたことにより、給気ライン５を流れる空気がバイパスライン１２へ流れ込むのを抑えることができるので、内燃機関１の出力低下を防ぐことができる。また、第１の圧力検出手段２０を、給気ライン５に存在するバルブ９とバイパスライン１２の合流部１５との間に設けるとともに、第２の圧力検出手段２１を、バイパスライン１２に存在するバルブ１８とバイパスライン１２の合流部１５との間に設け、これら第１及び第２の圧力検出手段２０，２１からの圧力信号をコントローラ１９に入力させたことにより、内燃機関１の運転状況に適した排気ガスと空気との混合比を制御することができ、ＮＯｘを低減することができる。
【００２８】
本発明の第２の実施形態を図３により説明する。図３は、本発明の第２の実施形態におけるシステム図である。この実施形態では前記第１実施形態における逆止弁２２Ａの替わりに同じ位置に絞り２２Ｂを設けたことが相違している。これにより、給気ライン５側から排出ライン６側へ流れる空気の流れ込む流量を抑えることができるので、内燃機関１の出力が低下することを抑えることができる。
【００２９】
本発明の第３の実施形態を図４により説明する。図４は、本発明の第３の実施形態におけるシステム図である。前記第１実施形態における電動モータ１３の替わりに、駆動源として油圧モータ２９を用いたことが相違している。これにより流体（油圧）で駆動をする機械（例えば油圧ショベル）においてその作動流体を利用して加圧手段１４を内燃機関１の運転状況に適切な排気ガスと空気との混合比になるように制御を行うことができるので、排気ガス中のＮＯｘ成分を各実施形態と同様に低減することができる。
【００３０】
なお、上述の油圧モータ（液体モータの例）２９に替えて流体モータの一つである空気圧モータに置き換えても同様な作用効果を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、第１に給気ラインを流れる空気がバイパスラインへ流れ込むのを抑えることができるので、内燃機関の出力低下を防ぐことができる。第２に内燃機関の運転状況に適した排気ガスと空気との混合比を制御することができ、ＮＯｘを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるシステム図である。
【図２】本発明の第１ないし第３の実施形態のコントローラ内におけるシステム図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるシステム図である。
【図４】本発明の第３の実施形態におけるシステム図である。
【符号の説明】
１    エンジン
２    燃料噴射ポンプ（供給手段）
３    供給ライン
４    ターボ式過給機
５    給気ライン
６    排出ライン
７    遠心式圧縮機
８    インタークーラ
９    バルブ
１０  排気タービン
１１  マフラー
１２  バイパスライン
１３  電動モータ
１４  加圧手段
１５  合流部
１６  分岐部
１７  冷却器
１８  バルブ
１９  コントローラ
２０  第１の圧力検出手段
２１  第２の圧力検出手段
２２Ａ  逆止弁（制限手段）
２２Ｂ  絞り（制限手段）
２３  入力部
２４  演算処理部
２５  出力部
２６  記憶部
２７  油圧ポンプ
２８  電磁弁
２９  油圧モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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