(57)【要約】【解決手段】ＥＡＧシステム（１２６）は、エンジン（１２０）と、ＥＧＲ弁（１３４）と、流量を増大させて汚れ付着を減らすために或る断面積を有する２パス・フルフローＥＧＲ冷却器（１４２）と、ＥＧＲ凝縮を減らすかなくすためにＥＧＲ弁（１３４）の下流側で且つＥＧＲ冷却器（１４２）の上流側に配置されたバイパス弁（１５１）と、を備えている。トラップ（１５２）がＥＧＲ冷却器（１４２）の下流側に配置されて凝縮物を収集し、関連する電気ヒータ（１５８）は、ターボチャージャをバイパスして混合物をテールパイプに送るように、適当な配管を有する。給気冷却器バイパス弁が、単独で、又はＥＧＲ冷却器バイパス及び／又はトラップと共に提供される。【選択図】図１
2004519578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気側と排気側とを有する多シリンダ圧縮点火内燃機関で排気再循環を提供するシステムにおいて、
前記内燃機関からＥＧＲ回路を通して前記エンジンの吸気側に排気の一部を選択的に逸らすように前記エンジンの排気側に連絡しているＥＧＲ弁と、
前記エンジンの排気側及びＥＧＲ回路に流体接続されたタービン及び、前記エンジンの給気側に流体接続された圧縮機を有するターボチャージャと、
前記ＥＧＲ回路内に配置され、そこを通過する再循環された排ガスを選択的に冷却するためのフルフロー冷却器であって、エンジン冷却材の実質的に全てが通るフルフロー冷却器と、
前記ＥＧＲ回路を通る排ガスの流れを制御するために前記ＥＧＲ弁及びターボチャージャと連絡している制御モジュールと、
前記エンジンの吸気側及び排気側の少なくとも一方で凝縮物の形成を減らす手段と、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記フルフロー冷却器は、前記エンジン冷却材の実質的に全てを前記フルフロー冷却器及びエンジン内を循環させるエンジン水ポンプに直接接続されている請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記フルフロー冷却器は、ＥＧＲ流量を増やして汚れ付着を減らすようなサイズの断面積のコアを備えている請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記フルフロー冷却器は、前記フルフロー冷却器のＥＧＲ入口とＥＧＲ出口の間で、エンジン冷却材の流れの中を、再循環された排ガスを少なくとも２回通すマルチパス冷却器を有する請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記凝縮物の形成を減らす手段は、前記ＥＧＲ回路内に配置されて前記制御モジュールと電気的に連絡しているバイパス弁を有し、そのバイパス弁は、再循環された排ガスの少なくとも一部分を前記フルフロー冷却器の周りに逸らせるように選択的に制御されるものである請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記ＥＧＲ回路内の凝縮物の形成を減らす前記手段は、前記ＥＧＲ回路内に配置された少なくとも一つの凝縮トラップを有する、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
ＥＧＲ流れセンサよりも上流側に少なくとも一つの凝縮トラップが配置されている請求項６記載のシステム。
【請求項８】
再循環された排ガスを前記エンジンの吸気側に配送するＥＧＲ混合弁の下流側に少なくとも一つの凝縮トラップが配置されている請求項６記載のシステム。
【請求項９】
前記制御モジュールによって選択的に制御可能であって、前記少なくとも一つの凝縮トラップ及び前記エンジンの前記排気側に流体的に接続されている電気ヒータを更に有し、その電気ヒータは、前記少なくとも一つの凝縮トラップで収集された凝縮物を蒸発させて、その蒸発した凝縮物を前記ターボチャージャのエンジン下流の排気側に送るように動作する請求項６記載のシステム。
【請求項１０】
ＥＧＲ流測定装置の下流側で且つ、再循環された排ガスを前記エンジンの前記吸気側に送るＥＧＲ混合器の上流側に、少なくとも一つの凝縮トラップが配置されている請求項６記載のシステム。
【請求項１１】
前記ＥＧＲ回路内の凝縮物を減らす手段は、前記ＥＧＲ回路内に配置されて前記制御モジュールと電気的に接続されたバイパス弁であって、再循環された排ガスの少なくとも一部を選択的に前記冷却器の周りに逸らせるバイパス弁と、前記ＥＧＲ回路内に配置された少なくとも一つの凝縮トラップと、を有する請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記ＥＧＲ回路内の凝縮物を減らす手段は、前記制御モジュールと電気的に接続されたバイパス弁であって、吸気の一部を吸気冷却器の周りに逸らせるように選択的に制御されるバイパス弁を有する請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
吸気側と排気側とを有する多シリンダ圧縮点火内燃機関で排気再循環を提供するシステムにおいて、
前記内燃機関からＥＧＲ回路を通して前記エンジンの吸気側に排気の一部を選択的に逸らすように前記エンジンの排気側に連絡しているＥＧＲ弁と、
前記エンジンの排気側及びＥＧＲ回路に流体接続されたタービン及び、前記エンジンの給気側に流体接続された圧縮機を有するターボチャージャと、
前記ＥＧＲ回路内に配置され、そこを通過する再循環された排ガスを選択的に冷却するためのフルフロー冷却器であって、エンジン冷却材の実質的に全てが通るフルフロー冷却器と、
冷却され再循環された排ガスによって形成された凝縮物を収集するために前記ＥＧＲ回路内に配置された凝縮トラップと、
前記凝縮トラップ及び、前記ターボチャージャの下流側の前記エンジンの排気側と連絡しているヒータであって、収集された凝縮物を蒸発させるように選択的に動作されるヒータと、
前記ＥＧＲ回路を通る排ガスの流れを制御するために前記ＥＧＲ弁、ターボチャージャ及びヒータと連絡していて、ＥＧＲ回路を通る排ガスの流れを制御し、前記ターボチャージャに到達するＥＧＲ凝縮物を減らすための制御モジュールと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記凝縮トラップは前記フルフロー冷却器の下流に配置されている請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記ＥＧＲ回路内に配置されたＥＧＲ流量測定装置を更に有し、前記凝縮トラップが前記ＥＧＲ流量測定装置の下流に配置されている請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記フルフロー冷却器は、再循環された排ガスを、前記フルフロー冷却器のＥＧＲ入口とＥＧＲ出口の間で少なくとも２回、エンジン冷却材の流れ内を通過させるマルチパス冷却器を有する請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
吸気側と排気側とを有する多シリンダ圧縮点火内燃機関で排気再循環を提供するシステムにおいて、
前記内燃機関からＥＧＲ回路を通して前記エンジンの吸気側に排気の一部を選択的に逸らすように前記エンジンの排気側に連絡しているＥＧＲ弁と、
前記エンジンの排気側及びＥＧＲ回路に流体接続されたタービン及び、前記エンジンの給気側に流体接続された圧縮機を有するターボチャージャと、
前記ＥＧＲ回路内に配置され、そこを通過する再循環された排ガスを選択的に冷却するためのフルフロー冷却器であって、エンジン冷却材の実質的に全てが通るフルフロー冷却器と、
前記ＥＧＲ回路内に配置されたバイパス弁であって、ＥＧＲ凝縮物を形成する可能性のある環境又は動作条件のもとで再循環された排ガスの少なくとも一部を前記フルフロー冷却器の周りに逸らせるように選択的に制御されるバイパス弁と、
前記ＥＧＲ回路を通る排ガスの流れを制御するために前記ＥＧＲ弁及びターボチャージャと連絡していて、ＥＧＲ回路を通る排ガスの流れを制御し、前記ターボチャージャに到達するＥＧＲ凝縮物を減らすための制御モジュールと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１８】
前記フルフロー冷却器は、再循環された排ガスを、前記フルフロー冷却器のＥＧＲ入口とＥＧＲ出口の間で少なくとも２回、エンジン冷却材の流れ内を通過させるマルチパス冷却器を有する請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記ターボチャージャの圧縮機に連絡している給気冷却器と、前記給気冷却器と圧縮機の間に配置された給気冷却器バイパス弁であって、凝縮物の形成の可能性がある環境条件又は運転条件のもとで、給気の少なくとも一部を前記給気冷却器の周りに逸らせるように、選択的に制御される給気冷却器バイパス弁と、を更に有する請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
吸気側と排気側とを有する多シリンダ圧縮点火内燃機関で排気再循環を提供するシステムにおいて、
前記内燃機関からＥＧＲ回路を通して前記エンジンの吸気側に排気の一部を選択的に逸らすように前記エンジンの排気側に連絡しているＥＧＲ弁と、
前記エンジンの排気側及びＥＧＲ回路に流体接続されたタービン及び、前記エンジンの給気側に流体接続された圧縮機を有するターボチャージャと、
前記ターボチャージャの圧縮機と選択的に流体接続する給気冷却器と、
前記ターボチャージャの圧縮機と給気冷却器との間に配置された給気冷却器バイパス弁であって、給気冷却器と圧縮機の間に配置された給気冷却器バイパス弁であって、凝縮物の形成の可能性がある環境条件又は運転条件のもとで、給気の少なくとも一部を前記給気冷却器の周りに逸らせるように、選択的に制御される給気冷却器バイパス弁と、
前記ＥＧＲ回路を通る排ガスの流れを制御するために前記ＥＧＲ弁、ターボチャージャ及びバイパス弁と連絡していて、ＥＧＲ回路を通る排ガスの流れを制御し、凝縮の形成を減らすための制御モジュールと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２１】
前記ＥＧＲ回路内に配置され、そこを通過する再循環された排ガスを選択的に冷却するためのフルフロー冷却器であって、エンジン冷却材の実質的に全てが通るフルフロー冷却器と、前記ＥＧＲ回路内に配置されたバイパス弁であって、ＥＧＲ凝縮物を形成する可能性のある環境又は動作条件のもとで再循環された排ガスの少なくとも一部を前記フルフロー冷却器の周りに逸らせるように選択的に制御されるバイパス弁と、を更に有する請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
冷却され再循環された排ガスによって形成された凝縮物を収集するために前記ＥＧＲ回路内に配置された凝縮トラップと、前記凝縮トラップ及び、前記ターボチャージャの下流側の前記エンジンの排気側と連絡しているヒータであって、収集された凝縮物を蒸発させるように選択的に動作されるヒータと、を更に有する請求項２１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、圧縮点火内燃機関のための排ガス再循環（ＥＧＲ）システムであってＥＧＲ凝縮の形成を低減又は制御するシステムに関する。
【０００２】
【背景技術】
トラック、自動車及び、発電所で使用される定置エンジンの排出を低減するために、排気再循環（ＥＧＲ）を駆動し制御する代替の給気処理及びターボ給気として多くの技術が開発されている。一つのアプローチでは、過渡又は定常の運転条件のもとで所望のＥＧＲ率（レート）と空気／燃料比を達成するために、単一状態可変形状ターボチャージャ（ＶＧＴ）がＥＧＲ回路との組合せで利用される。この構成で、ＥＧＲ回路は一般的に、調節用（比例）又はオンオフのＥＧＲ弁、ＥＧＲ冷却器、ＥＧＲ率測定装置、及び、適当な運転条件のもとで排ガスをエンジン吸気に向かわせる適当な配管又はインテグラルパッセージが含まれる。ＥＧＲ流れの管理は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって実行される。ＥＣＵは、例えばＥＧＲ率測定に依存するＥＧＲ流れの閉ループ制御を使用する。ＥＣＵは更に、ＥＧＲ流れを調節するために、ＥＧＲ率測定装置からの入力に基いてＶＧＴ及び／又はＥＧＲ弁をも制御してもよい。
【０００３】
全体排出制御の上で、ＥＧＲ冷却器は重要な役割を果たす。再循環された排ガスは、吸気への希釈剤として作用すると共に、エンジンの体積効率を下げるものとなる。これにより、非ＥＧＲエンジンに比べて空気／燃料比が低く（濃く）なる。再循環された排ガスは、前の燃焼過程で消費された酸素の影響により、吸気よりも酸素含有量が少ないからである。同じ動作条件のもとで、ＥＧＲエンジンを非ＥＧＲエンジンと同じ空気／燃料比に維持するためには、一般に、より高いターボブーストを必要とし、そのためには、再循環された排ガスを駆動するために、背圧を高めなければならないかもしれない。
【０００４】
ＥＧＲ冷却器はＥＧＲ回路への抵抗となり、圧力降下を作り出す。ターボチャージャは、ＥＧＲ流れを駆動するための背圧を作り出すためのより高いブースと圧力を生成することによって、この圧力降下に打ち勝たなければならない。同じ動作条件のもとで非ＥＧＲエンジンに比べて、この追加のブーストを作り出すことは、ターボチャージャに追加の要求をもたらすことになる。例えば、ターボチャージャは、より高い圧力比、より高い回転速度、より高い温度に耐える必要があり、高周波疲労の可能性もある。ＥＧＲ冷却器は更に、凝縮に到るような温度にまで再循環排ガス温度を下げる可能性がある。この凝縮物は、本質的に酸性で、吸気マニホルド及びシリンダライナ及びキットを含む種々のコンポーネントの早期劣化を招くかもしれない。ＥＧＲ冷却器内への汚れや煤の堆積により、圧力降下を増大させることによって、徐々に冷却器の特性劣化をもたらし、空気側出口の温度が比較的高くなり、それによって、エンジンの性能や燃料経済に影響が出る。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の一つの目的は、多シリンダ圧縮点火内燃機関で、ＥＧＲを利用するためのシステムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、凝縮を減らすか又はなくすための選択的なＥＧＲ冷却器バイパスを有するＥＧＲシステムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、ＥＧＲ凝縮物によるコンポーネントの損耗を減らすか又はなくすための凝縮トラップを備えたＥＧＲシステムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、フルフロー２パスＥＧＲ冷却器を備えたＥＧＲシステムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、高いＥＧＲ質量流速を維持することによってＥＧＲコンポーネントの汚れを減らすことにある。
本発明の更なる目的は、低い冷却材流れと高いＥＧＲ流れを提供する条件のもとで、局所的な沸騰を避けることにある。
【０００６】
本発明の上記目的及びその他の目的、特徴及び効果を実現するために、多シリンダ圧縮点火内燃機関内で排気再循環を提供するシステムは、排気の一部をＥＧＲ回路を通してエンジンの吸気側へ選択的に逸らせるためにエンジンの排気側に連絡しているＥＧＲ弁と、ＥＧＲ回路内に配置された２パスのフルフローＥＧＲ冷却器とを有する。ＥＧＲ回路は、ＥＧＲ流量を増やし且つ汚れ付着を減らすように断面積の大きさを決める。一つの実施形態では、バイパス弁が、ＥＧＲ弁の下流で且つＥＧＲ冷却器の上流に配置される。それによって、エンジン運転条件に基いて、再循環される排ガスの少なくとも一部がＥＧＲ冷却器の周りに選択的に逸らされ、それにより、再循環された排ガスの凝縮が減らされ、又は無くされる。ＥＧＲ凝縮物を収集するために、凝縮トラップをＥＧＲ冷却器の下流に配置してもよい。ＥＧＲ凝縮物は、その後、ターボチャージャをバイパスしてガス化した混合物をテールパイプに運ぶように、適当な配管を有する適当な電気ヒータを用いて蒸発させる。ＥＧＲ冷却器バイパスは、具体的な用途により、単独で、又は凝縮トラップと組み合わせて使用されうる。更に、ＥＧＲ流と混合する前にターボチャージャからの給気の一部又は全てを、給気冷却器を選択的にバイパスさせるために、給気冷却器バイパスが提供されてもよい。それにより、給気マニホルド内の凝縮を減らしたり無くしたりできる。給気冷却器バイパスは、単独で使用してもよいし、又、ＥＧＲ冷却器バイパス及び／又は一つ又は複数の凝縮トラップ及び関連するヒータとの組合せで使用してもよい。
【０００７】
本発明は、従来技術に比べて多くの利点がある。例えば、本発明は、ＥＧＲコンポーネントの汚れ付着を減らすためにＥＧＲ質量流れの増大を利用するＥＧＲストラテジを提供する。エンジン水ポンプからの冷却材の流れの全てを受け入れるフルフローＥＧＲ冷却器の使用によって、冷却能力が増大し、局所沸騰の可能性が下がる。ＥＧＲ冷却器バイパスを単独で、又は凝縮トラップとの組合せで使用することが、ＥＧＲ凝縮物の影響を減らすかなくすために利用できる。
【０００８】
上記効果及びその他の効果、目的及び本発明の特徴は、添付図面を参照してみると、下記の「最も好ましい発明の実施形態」の詳細な記述から容易に理解できるものである。
【０００９】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
図１は、本発明の一実施形態による代表的な応用例におけるＥＧＲを提供するためのシステム及び方法の作用を示す模式図／ブロック図である。システム１０は、具体的な用途により、例えば車両１４に搭載されるディーゼルエンジン１２等の多シリンダ圧縮点火内燃機関を含む。一つの実施形態では、車両１４はトラクタ１６やセミトレーラ１８を含む。ディーゼルエンジン１２はトラクタ１６に搭載され、後に更に詳細に説明するように、エンジンや車両の配線具によって、エンジン１２、トラクタ１６、セミトレーラ１８に配置された各種センサやアクチュエータと連絡する。他の応用例では、エンジン１２は、産業機械及び建設機械を駆動するために、又は定置型の応用例では発電機、コンプレッサ及び／又はポンプ等を駆動するために使用されてもよい。
【００１０】
電子エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）２０はエンジンセンサ２２と車両センサ２４によって生成された信号を受信し、エンジン及び／又は燃料噴射器２６等の車両アクチュエータを制御するように処理する。ＥＣＭ２０は、エンジン１２を制御するコンピュータによって実行可能な命令を表すデータを記憶するために、全体を符号２８で表すコンピュータ読取り可能記憶媒体を含むのが望ましい。コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は又、ワーキング変数、パラメータ等のほか、校正情報をも含んでいてもよい。一つの実施形態では、コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３０のほか、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）３２等の各種不揮発メモリやキープ・アライブ・メモリ即ち不揮発メモリ（ＫＡＭ）３４を含む。コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は、標準コントロール／アドレス・バスによってマイクロプロセッサ３８及び入出力（Ｉ／Ｏ）回路構成３６と通信する。当業者には分かるであろうが、コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は、半導体、磁気、光学式及び組合せデバイスを含む一時的な及び／又は永続的なデータの記憶のための各種の物理的デバイスを含みうる。例えば、コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は、ＤＲＡＭ、ＰＲＯＭＳ、ＥＰＲＯＭＳ、ＥＥＰＲＯＭＳ、フラッシュメモリ等のような物理的デバイスのうちの一つ又は複数を使用して実行されうる。具体的な用途により、コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等をも含んでもよい。
【００１１】
代表的な応用例では、ＥＣＭ２０は、エンジンセンサ２２や車両センサ／スイッチ２４からの入力を、コンピュータ読取り可能記憶媒体２８に記憶された命令を実行することによって処理し、エンジン１２を制御するための適切な出力信号を生成する。本発明の一つの実施形態において、エンジンセンサ２２はタイミング・リファレンス・センサ（ＴＲＳ）４０を含み、ＴＲＳ４０はクランクシャフト位置の表示を提供し、エンジン速度を決定するのに使われうる。油圧センサ（ＯＰＳ）４２と油温度センサ（ＯＴＳ）４４は、それぞれ、エンジン・オイルの圧力と温度を監視するのに用いられる。
【００１２】
空気温度センサ（ＡＴＳ）４６は、現時点の吸気温度の表示を与えるのに用いられる。タービン・ブースト・センサ（ＴＢＳ）４８は、後に更に詳細に説明するように、ターボチャージャ、望ましくは可変形状或いは可変ノズルターボチャージャのブースト圧力の表示を与えるために用いられる。冷却材温度センサ（ＣＴＳ）５０は冷却材温度の表示を提供するために用いられる。具体的なエンジン構造及び用途により、各種の追加のセンサを含んでもよい。例えば、本発明によれば、排ガス再循環（ＥＧＲ）を利用するエンジンは、ＥＧＲ温度センサ（ＥＴＳ）５１とＥＧＲ流量センサ（ＥＦＳ）５３を含むのが望ましい。ＥＦＳ５３は、ＥＧＲ回路を流れるＥＧＲ質量流量を決定するため、二つの被加熱要素の温度差を検知する熱線風速計式センサであることが望ましい。被加熱要素は、煤煙堆積量を削減する或いは無くするために、ある温度まで熱されることにより熱分解クリーニングされるのが望ましい。或いは、２０００年８月１６日に出願され、本発明の譲受人に譲渡される米国出願Ｓｅｒ．０９／６４１，２５６号に記載されているように、ＥＧＲ流量率を決定するためにΔＰセンサを用いることもできる。この引用により、当該出願に開示された内容はすべてここに取り込まれる。
【００１３】
コモンレール燃料システムを利用する応用例には、対応燃料圧力センサ（ＣＦＰＳ）５２が含まれてもよい。同様に、中間冷却器冷却材の圧力と温度を検出するために、それぞれ中間冷却器冷却材圧力センサ（ＩＣＰＳ）５４と中間冷却器冷却材温度センサ（ＩＣＴＳ）５６を備えてもよい。エンジン１２は更に、燃料温度センサ（ＦＴＳ）５８と同期リファレンス・センサ（ＳＲＳ）６０を含むのが望ましい。ＳＲＳ６０はエンジン１２の点火順に特定のシリンダを表示する。このセンサは、一部の定置発電機の応用例で用いられるように、複数のエンジンの連係或いは同期に用いることができる。ＥＧＲ冷却器（図２）と対応温度センサも又、エンジン吸気への導入に先立って、再循環排ガスを冷却するために備えられてもよい。
【００１４】
エンジン１２は又、油の低液位に関連して各種エンジン保護機能を提供するために、油液位センサ（ＯＬＳ）６２を含んでもよい。燃料制限センサ（ＦＲＳ）６４は燃料フィルタを監視し、予防保全目的の警告を与えるために用いられてもよい。燃料圧力センサ（ＦＰＳ）６８は、動力損失やエンジン燃料補給が差し迫っていることを警告するための燃料圧力の表示を提供する。同様に、クランクケース圧力センサ（ＣＰＳ）６６は、エンジン機能不全を表すクランクケース圧力の急上昇を検知することによる各種エンジン保護機能に用いられうるクランクケース圧力の表示を提供する。
【００１５】
システム１０は、車両１４とエンジン１２の制御における車両操作パラメータと運転者入力を監視するために、各種車両センサ／スイッチ２４を有することが望ましい。例えば、車両センサ／スイッチ２４は現在の車両速度を表示する車両速度センサ（ＶＳＳ）を含んでもよい。冷却材液位センサ（ＣＬＳ）７２は、車両ラジエータ内のエンジン冷却材の液位を監視する。エンジン操作モード或いはエンジン１２又は車両１４の別の制御操作を選択するのに利用されるスイッチは、低・中・高・切の選択をできることが望ましいエンジンブレーキ選択スイッチ７４や、クルーズ制御スイッチ７６，７８，８０、診断スイッチ８２、各種任意のディジタル及び／又はアナログのスイッチ８４を含んでもよい。ＥＣＭ２０は又、アクセル即ちフット・ペダル８６、クラッチ８８、ブレーキ９０に関連する信号を受信する。更に、ＥＣＭ２０は、キー・スイッチ９２の位置と、車両バッテリ９４から与えられるシステム電圧を監視するようにしてもよい。
【００１６】
ＥＣＭ２０は、状態インジケータ／ライト９６、アナログ表示器９８、ディジタル表示器１００、及び各種アナログ／ディジタル計測器１０２等の各種車両出力デバイスと通信するようにしてもよい。本発明の一つの実施形態では、ＥＣＭ２０は、各種状態及び／又は制御メッセージを同時に通信するために業界標準データリンク１０４を利用する。この各種状態及び／又は制御メッセージには、エンジン速度、アクセルペダル位置、車両速度等を含んでもよい。データリンク１０４は、他のエンジンシステム、サブシステム、及び表示器１００等の接続されたデバイスへ各種サービス、診断及び制御の情報を与えるために、ＳＡＥＪ１９３９及びＳＡＥＪ１５８７に準拠することが望ましい。ＥＣＭ２０はＥＧＲの流量と温度を決定し、又、再循環排ガスの濃縮を削減又は除去するために、検出された又は計算された吸気湿度に基いてＥＧＲを選択的に不作動とする制御ロジックを含むのが望ましい。
【００１７】
サービスツール１０６は、データリンク１０４を介して、ＥＣＭ２０に記憶されプログラム選択されたパラメータに周期的に接続され、且つ／又はＥＣＭ２０からの診断情報を受信してもよい。同様に、コンピュータ１０８は、データリンク１０４を介して適当なソフトウェア及びハードウェアと接続され、ＥＣＭ２０へ情報を送信し、エンジン１２及び／又は車両１４の動作に関連する各種情報を受信してもよい。
【００１８】
図２は代表的なＥＧＲシステムのブロック図であって、ＥＧＲ回路の動作を制御する制御ロジックを有するＥＣＭと連絡する関連するＥＧＲ温度センサ及び流れセンサと共に示す。エンジン１２０は吸気マニホルド１２２、排気マニホルド１２４及び、符号１２６で全体を表す排ガス再循環（ＥＧＲ）システムを含む。エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１２８は、エンジン１２０を制御するための命令及び校正情報を表す記憶データを含む。ＥＣＭ１２８は、ＥＧＲ流量センサ１３０やＥＧＲ温度センサ１３２等のＥＧＲセンサを含む各種センサやアクチュエータと通信する。前述のように、ＥＧＲ流量センサ１３０は、ＥＧＲ流れによる熱線の対流冷却に基いて信号を生成する熱線式センサであるのが望ましい。ＥＣＭ１２８は、ＥＧＲ弁１３４等のアクチュエータによってＥＧＲシステム１２６を制御する。更に、図１を参照して説明したように、ＥＣＭ１２８は、可変ノズル又は可変形状ターボチャージャ（ＶＧＴ）１３８を制御し、関連するターボ速度センサ１４０とタービン・ブースト・センサを監視するのが望ましい。
【００１９】
ＥＧＲシステム１２６は、全体を符号１４４で表すエンジン冷却材回路に接続するＥＧＲ冷却器１４２を含むのが望ましい。ＥＧＲ冷却器１４２は、エンジン冷却材システムとイン・ラインで接続されたフル・フロー冷却器であることが望ましい。即ち、ＥＧＲ冷却器１４２はエンジン１２２への冷却材の流れ全てを受け入れる。従って、ＥＧＲ冷却器１４２は、対応する水或いは冷却材のポンプ１４６と直接的に繋いでよく、或いは具体的用途に対応して、エンジン冷却回路内の異なる位置に置かれてもよい。更に、ＥＧＲ冷却器１４２は好ましくは２パス冷却器であって、コアを通って再循環される排ガスのための第１のパス１４８と第２のパス１５０とを有する。
【００２０】
本発明の実施形態では、好ましくは、前述のように、フル冷却材フローを伴うＥＧＲ冷却器を利用する。部分冷却材フロー冷却器では、エンジンが冷却材低流量や高ＥＧＲ流の状態にあるときに局所的な沸騰を生じるかもしれないからである。この沸騰により、ＥＧＲ冷却器コアの温度が上昇して冷却器寿命を害し、且つ／又は冷却器蝋材の損傷を引き起こす可能性がある。本発明によれば、２パスＥＧＲ冷却器が、１パス設計よりも好ましい。２パス冷却器は一般に、１パス冷却器よりも大きな圧力降下を有するが、関連する配管を考慮すると１パス冷却器と同程度の圧力降下を有し、冷却性能はよい。２パス冷却器は更に、より小さな断面積となる結果としてより高いＥＧＲ質量流れ速度を維持し、その結果、ＥＧＲ流れがより容易で、汚れ付着が減少する。汚れ付着は、次のパラメータの関数である：
１．０９４ ＊ Ｄ ＊ Ｖ−１．１４ ＊ （（ＴＧ − ＴＳ）／ＴＳ））０．７
ここで、Ｄは粒子密度（単位：ｇ／ｍ３）、Ｖは速度（単位：ｍ／ｓ）、ＴＧはガス流温度、ＴＳは表面温度を表す。上式に表されるように、汚れ付着に最も影響の大きいパラメータは空気流の速度である。従って、本発明では、ＥＧＲ流れの速度を増すことによって汚れ付着を減らすような断面積を有する２パス冷却器を利用する。
【００２１】
ＥＧＲ冷却器バイパス弁（ＢＰＶ）１５１をＥＣＭ１２８によって選択的に操作することにより、ＥＧＲ冷却器１４２の周りへの流れの内の一部又は全部を逸らせる、又は全く逸らせないことによって、ＥＧＲ流れの温度を制御することができる。弁１５１は、凝縮を促進する動作条件と環境条件により、一部又は全てのＥＧＲ流がＥＧＲ冷却器１４２をバイパスするようにソレノイドで動作するオンオフ弁である。調節バイパス弁はある種の応用には有用かもしれないが、全体のＥＧＲ流の制御にはＥＧＲ弁１３４の調節が利用できるので、調節バイパス弁は必要ではない。好ましくは、ＥＣＭ１２８は、現在の環境条件及び動作条件に基いて、再循環された排ガスの凝縮を低減又はなくすようにＥＧＲ温度を制御するべく、弁１５１を操作する。制御ストラテジは、凝縮を減らす、又はなくすためにＥＧＲ弁１３４及びバイパス弁１５２（１５１？）をいつ制御するかを決定するために、例えば、環境温度、相対湿度、吸気マニホルドの温度及び圧力、空気／燃料比及びＥＧＲ率（％）を利用することができる。他の方法として、又はこれらとの組合せとして、ＥＧＲシステム１２６は、凝縮物を集めて適当な配管１６０を通して対応する電気ヒータ１５８に届けるために、一つ又は複数の凝縮トラップ１５２、１５４、１５６を有してもよい。ＥＧＲヒータ１５８は、好ましくは、凝縮物を周期的に蒸発させ、ＶＧＴ１３８の下流に排出するように、ＥＣＭ１２８によって制御される。単独で或いはＥＧＲバイパス弁及び／又はＥＧＲ弁の調節との組合せで使用される凝縮トラップは、凝縮を低減又は制御する手段として動作する。
【００２２】
動作において、ＥＣＭ１２８は、望ましくは配管結合体である混合器１６２によって、給気に混合再循環排ガスを混合するよう、現在の動作状況と校正情報に基いてＥＧＲシステム１２６とＶＧＴ１３８を制御する。混合された給気と再循環排ガスは、その後、吸気マニホルド１２２を通してエンジン１２０へ供給される。一つの好ましい実施形態では、エンジン１２０は６シリンダ圧縮点火内燃機関である。ＥＣＭ１２８はＥＧＲシステム１２６を制御するために、現在のエンジン制御パラメータと動作状況を監視する制御ロジックを含む。エンジン１２０の動作中、吸気は、高温の排ガスによってタービン部１７２で駆動されるＶＧＴ１３８のコンプレッサ部１７０を通過する。圧縮空気は、給気冷却器１７４内を進む。この給気冷却器１７４は、ラム空気１７６によって冷却される空気対空気冷却器であることが望ましい。給気は冷却器１７４を通って混合器１６２へ流れる。混合器１６２は好ましくは配管結合体であって、ここで、現在のエンジン運転状態に基いて給気と再循環排ガスとが結合される。排ガスは、排気マニホルド１２４を通ってエンジン１２０から排出され、ＥＧＲ弁１３４を通る。ここで排ガスの一部が選択的にＥＧＲ冷却器１４２を通るように逸らされてもよい。弁１５１は、再循環された排ガスの温度を調節するべく、冷却器１４２の周りに逸らされた排ガスの一部分（皆無、一部又は全部）を選択的に逸らすように操作される。ＥＧＲ流は、選択的に図示のように配置された一つ又は複数の凝縮トラップ１５２、１５４及び／又は１５６を通過し、ＥＧＲ流センサ１３０及び温度センサ１３２を通過し、混合弁１６２へ流れ、ここで、圧縮された給気と混合する。ＥＧＲ弁１３４で逸らされなかった残りの排ガスは、ＶＧＴ１３８のタービン部１７２及びマフラ１８０を通って環境へ排出される。ＥＧＲ冷却器１４２は、加熱された排ガスを、エンジン冷却材回路１４４を利用して冷却する。エンジン冷却材は、次に、冷却ファン１８４及びラジエータ１８６によって冷却される。
【００２３】
他の実施形態として、エンジン１２０の吸気側の給気冷却器（ＣＡＣ）１７４の上流にバイパス弁を追加して、ＶＧＴ１７８の圧縮機部１７０から一部、全部又は皆無の給気をＣＡＣ１７４の周りに選択的に逸らせるようにしてもよい。給気冷却器（ＣＡＣ）バイパス弁は、給気マニホルド内の凝縮を促進しうるような条件のもとで、現在のエンジン動作条件及び環境条件に基いて、バイパス弁１５１と同様に選択的に動作する。ＣＡＣバイパス弁制御ストラテジは、どれだけの量の給気をＣＡＣ１７４の周りに逸らせるか（皆無でないとした場合）を決定するために、例えば、環境温度、相対湿度、吸気マニホルドの温度及び圧力、空気／燃料比、及びＥＧＲ率（％）を考慮することができる。このストラテジは、給気又は、混合器１６２でＥＧＲ流と混合した後の混合給気についての測定、推測又は予測された温度のいずれに基くものであってもよい。具体的な用途により、ＣＡＣバイパス弁は、単独で使用してもよいし、ＥＧＲ冷却器バイパス及び／又は凝縮トラップ及び上記のヒータとの組合せで使用してもよい。
【００２４】
以上述べたように、本発明は、ＥＧＲコンポーネントの汚れ付着を低減するためにＥＧＲ質量流れの増大を利用するＥＧＲストラテジを提供する。エンジン水ポンプからの全ての冷却材流を受け入れるフルフローＥＧＲ冷却器の利用により、冷却能力が増し、局所沸騰の可能性を減らすことができる。ＥＧＲ冷却器バイパスを単独で又は凝縮トラップ及び関連するヒータとの組合せで使用することにより、種々のエンジンコンポーネント上のＥＧＲ凝縮物の影響を低減又は無くすことができる。
【００２５】
発明の実施形態を図示して記述したが、これらの実施形態は発明のあらゆる可能な形態を図示し記述することを意図するものではない。明細書中で使用される言葉は、説明の言葉であって限定するものではない。又、発明の概念及び範囲から外れない各種変更が可能であると理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態による多シリンダ圧縮点火エンジンにおけるＥＧＲを提供するためのシステム又は方法の一応用例を示すブロック図である。
【図２】
本発明の一実施形態による圧縮点火エンジンの代表的なＥＧＲ回路を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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