(57)【要約】【課題】エンジンの低負荷運転時から通常の高負荷運転時にかけてＮＯｘの排出量を低減し、エンジンの過熱を防止する。【解決手段】エンジン１２のシリンダにエアを供給する吸気通路１５がエンジンの吸気ポート１４に接続され、シリンダ内の排ガスを大気に排出する排気通路１７がシリンダの排気ポート１６に接続される。外部ＥＧＲ装置２１は、一端が排気通路に接続され他端が吸気通路に接続されたＥＧＲ通路２１ａと、このＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲバルブ２１ｂとを有し、内部ＥＧＲ装置は、シリンダの吸気行程時に排気ポートを開閉する排気弁を開くことにより、排気通路からシリンダに排ガスを導入するように構成される。またＥＧＲ通路にはエンジンの冷却水により排ガスを冷却するＥＧＲクーラ２１ｃが設けられ、コントローラは温度センサ４５の検出出力に基づいて外部ＥＧＲ装置を制御する。【選択図】  図１
2007051566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(12)の吸気ポート(14)に接続され前記エンジン(12)のシリンダ(13)にエアを供給する吸気通路(15)と、
前記シリンダ(13)の排気ポート(16)に接続され前記シリンダ(13)内の排ガスを大気に排出する排気通路(17)と、
一端が前記排気通路(17)に接続され他端が前記吸気通路(15)に接続されたＥＧＲ通路(21a)にこのＥＧＲ通路(21a)を開閉するＥＧＲバルブ(21b)を設けることにより前記排気通路(17)から前記ＥＧＲ通路(21a)を通って前記吸気通路(15)に還流される排ガスの流量を調整する外部ＥＧＲ装置(21)と、
前記排気ポート(16)を開閉する排気弁(26,27)を前記シリンダ(13)の吸気行程時に開くことにより前記排気通路(17)から前記シリンダ(13)に排ガスを導入する内部ＥＧＲ装置(22,62)と、
前記ＥＧＲ通路(21a)に設けられ前記エンジン(12)の冷却水により前記ＥＧＲ通路(21a)を流れる排ガスを冷却するＥＧＲクーラ(21c)と、
前記エンジン(12)の冷却水の温度を検出する温度センサ(45)と、
前記温度センサ(45)の検出出力に基づいて前記外部ＥＧＲ装置(21)或いは前記外部ＥＧＲ装置(21)及び前記内部ＥＧＲ装置(22,62)を制御するコントローラ(46)と
を備えたエンジンの排ガス再循環装置。
【請求項２】
内部ＥＧＲ装置(22)が排気用カム(23)の外周面のうちシリンダ(13)の吸気行程時に排気弁(26,27)を開く位置に形成されたＥＧＲ用突起(23a)であり、
コントローラ(46)は、温度センサ(45)により検出される冷却水が所定温度以下であるとき、外部ＥＧＲ装置(21)を制御して前記ＥＧＲバルブ(21b)を開き、前記冷却水が所定温度を越えたとき、前記外部ＥＧＲ装置(21)を制御して前記ＥＧＲバルブ(21b)を閉じるように制御する請求項１記載のエンジンの排ガス再循環装置。
【請求項３】
内部ＥＧＲ装置(62)が、シリンダ(13)の吸気行程時に吸気弁(24,25)を開く吸気用ロッカアーム(30)により作動するマスタピストン(63)と、前記マスタピストン(63)にオイル通路(64)を介して接続されかつ前記マスタピストン(63)の作動にて発生した油圧により前記シリンダ(13)の排気弁(26,27)を開くスレーブピストン(66)と、前記オイル通路(64)内の油圧の保持及び解放を切換える油圧切換手段(67)とを有し、
コントローラ(46)は、温度センサ(45)により検出される冷却水が所定温度以下であるとき、外部ＥＧＲ装置(21)を制御してＥＧＲバルブ(21b)を開くとともに、前記内部ＥＧＲ装置(62)を制御して前記シリンダ(13)の吸気行程時に前記排気ポート(16)を開き又は閉じ、前記冷却水が所定温度を越えたとき、前記外部ＥＧＲ装置(21)を制御して前記ＥＧＲバルブ(21b)を閉じるとともに、前記内部ＥＧＲ装置(62)を制御して前記シリンダ(13)の吸気行程時に前記排気ポート(16)を開くように制御する請求項１記載のエンジンの排ガス再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排ガスの一部を、エンジンの吸気系に還流させて再循環する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置として、シリンダにコンプレッサハウジングを介してエアを供給する吸気通路が吸気ポートに接続され、シリンダ内の排ガスをタービンハウジングを介して大気に排出する排気通路が排気ポートに接続され、排気通路及び吸気通路を接続するＥＧＲ通路に吸気通路への還流用排ガスの流量を調整可能なＥＧＲバルブが設けられたターボ過給機付エンジンの排ガス再循環装置（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。この排ガス再循環装置では、上記ＥＧＲ通路及びＥＧＲバルブにより外部ＥＧＲ装置が構成される。またエンジンにはシリンダの吸気行程時に排気弁を開いて排気通路からシリンダに排ガスを導入する内部ＥＧＲ装置が設けられ、回転センサ及び負荷センサの各検出出力に基づいてコントローラがＥＧＲバルブを制御するように構成される。なお、ＥＧＲ通路には、この通路を通る排ガスを冷却するために、エンジンの冷却水が流通するＥＧＲクーラが設けられる。
このように構成されたターボ過給機付エンジンの排ガス再循環装置では、エンジンの低負荷から中負荷運転時に、外部ＥＧＲ装置を作動させることにより排気通路の排ガスがＥＧＲパイプを通ってシリンダに還流するとともに、内部ＥＧＲ装置を作動させることにより排ガスが排気ポートから直接シリンダに流入する。この結果、排ガス（不活性ガス）の持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ内での混合気の最高燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。一方、エンジンの中負荷から高負荷運転時には、外部ＥＧＲ装置を不作動にすることにより排気通路の排ガスがＥＧＲパイプを通ってシリンダに還流するのを停止し、内部ＥＧＲ装置を作動させることにより排気通路の排ガスが排気ポートから直接シリンダに流入する。この結果、上記シリンダに流入した排ガス（不活性ガス）の持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ内での混合気の最高燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの排出量を低減することができるとともに、シリンダ内の空気不足が解消され、エンジンからの黒煙の排出を減少できる。従って、ＥＧＲガスを増圧することなく、エンジンの低負荷から中負荷運転時のみならず中負荷から高負荷運転時の全ての運転領域で、シリンダに排ガスを還流して排ガス中のＮＯｘを低減できるようになっている。
【特許文献１】特開２００１−１０７８１０号公報（請求項１、段落［００２３］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の特許文献１に示されたターボ過給機付エンジンの排ガス再循環装置では、エンジンの中負荷から高負荷運転時に、外部ＥＧＲ装置を不作動にし、内部ＥＧＲ装置のみを作動させるため、特にエンジンの高負荷運転時にＮＯｘの排出量が増大する問題点があった。この点を解消するために、エンジンの高負荷運転時に、内部ＥＧＲ装置のみならず外部ＥＧＲ装置も作動させると、ＥＧＲクーラで排ガスと熱交換してエンジンの冷却水が高温になるため、この冷却水によるエンジンの冷却能力が低下し、エンジンが過熱（オーバヒート）してしまうおそれがあった。
本発明の目的は、エンジンの低負荷運転時から通常の高負荷運転時にかけてＮＯｘの排出量を低減できるとともに、エンジンの過熱を防止できる、エンジンの排ガス再循環装置を提供することにある。なお、本明細書において、エンジンの通常の高負荷運転時とは、平地での急発進時又は急加速時、或いは平地での高速運転時等の高負荷運転時を含むけれども、長時間にわたる登坂時等のエンジンにとって過酷な高負荷運転時を除くことを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、エンジン１２の吸気ポート１４に接続されエンジン１２のシリンダ１３にエアを供給する吸気通路１５と、シリンダ１３の排気ポート１６に接続されシリンダ１３内の排ガスを大気に排出する排気通路１７と、一端が排気通路１７に接続され他端が吸気通路１５に接続されたＥＧＲ通路２１ａにこのＥＧＲ通路２１ａを開閉するＥＧＲバルブ２１ｂを設けることにより排気通路１７からＥＧＲ通路２１ａを通って吸気通路１５に還流される排ガスの流量を調整する外部ＥＧＲ装置２１と、排気ポート１６を開閉する排気弁２６，２７をシリンダ１３の吸気行程時に開くことにより排気通路１７からシリンダ１３に排ガスを導入する内部ＥＧＲ装置２２と、ＥＧＲ通路２１ａに設けられエンジン１３の冷却水によりＥＧＲ通路２１ａを流れる排ガスを冷却するＥＧＲクーラ２１ｃと、エンジン１３の冷却水の温度を検出する温度センサ４５と、温度センサ４５の検出出力に基づいて外部ＥＧＲ装置２１或いは外部ＥＧＲ装置２１及び内部ＥＧＲ装置を制御するコントローラ４６とを備えたエンジンの排ガス再循環装置である。
この請求項１に記載されたエンジンの排ガス再循環装置では、温度センサ４５により検出される冷却水が所定温度以下であるとき、コントローラ４６が外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを開くか、或いは外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを開くとともに、内部ＥＧＲ装置を制御してシリンダの吸気行程時に排気ポートを開くか又は閉じる。これにより排気通路１７の排ガスがＥＧＲ通路２１ａを通ってシリンダ１３に還流されるとともに、排ガスが排気ポート１６からシリンダ１３に直接流入するか、或いは排気通路の排ガスがＥＧＲ通路を通ってシリンダに還流されるけれども、排ガスが排気ポートからシリンダに直接流入しない。一方、温度センサ４５により検出される冷却水が所定温度を越えたとき、コントローラ４６が外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを閉じるか、或いは外部ＥＧＲ装置を制御してＥＧＲバルブを閉じるともに、内部ＥＧＲ装置を制御してシリンダの吸気行程時に排気ポートを開く。これにより排気通路１７の排ガスがＥＧＲ通路２１ａを通ってシリンダ１３に還流されなくなるけれども、排ガスが排気ポート１６からシリンダ１３に直接流入する。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１及び図２に示すように、内部ＥＧＲ装置２２が排気用カム２３の外周面のうちシリンダ１３の吸気行程時に排気弁２６，２７を開く位置に形成されたＥＧＲ用突起２３ａであり、コントローラ４６が、温度センサ４５により検出される冷却水が所定温度以下であるとき、外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを開き、冷却水が所定温度を越えたとき、外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを閉じるように制御することを特徴とする。
この請求項２に記載されたエンジンの排ガス再循環装置では、内部ＥＧＲ２２はエンジン１２の運転状況に拘らず作動し、温度センサ４５により検出される冷却水が所定温度以下であるとき、コントローラ４６が外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを開くので、排気通路１７の排ガスがＥＧＲ通路２１ａを通ってシリンダ１３に還流されるとともに、排ガスが排気ポート１６からシリンダ１３に直接流入する。一方、温度センサ４５により検出される冷却水が所定温度を越えたとき、コントローラ４６が外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを閉じるので、排気通路１７の排ガスがＥＧＲ通路２１ａを通ってシリンダ１３に還流されなくなるけれども、排ガスが排気ポート１６からシリンダ１３に直接流入する。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図４に示すように、内部ＥＧＲ装置６２が、シリンダ１３の吸気行程時に吸気弁２４，２５を開く吸気用ロッカアーム３０により作動するマスタピストン６３と、マスタピストン６３にオイル通路６４を介して接続されかつマスタピストン６３の作動にて発生した油圧によりシリンダ１３の排気弁２６，２７を開くスレーブピストン６６と、オイル通路６４内の油圧の保持及び解放を切換える油圧切換手段６７とを有し、コントローラ４６が、温度センサ４５により検出される冷却水が所定温度以下であるとき、外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを開くとともに、内部ＥＧＲ装置６２を制御してシリンダ１３の吸気行程時に排気ポート１６を開くか又は閉じ、冷却水が所定温度を越えたとき、外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを閉じるとともに、内部ＥＧＲ装置６２を制御してシリンダ１３の吸気行程時に排気ポート１６を開くように制御することを特徴とする。
この請求項３に記載されたエンジンの排ガス再循環装置では、温度センサ４５により検出される冷却水が所定温度以下であるとき、コントローラ４６が外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを開くとともに、内部ＥＧＲ装置６２を制御してシリンダ１３の吸気行程時に排気ポート１６を開くか又は閉じるので、排気通路１７の排ガスがＥＧＲ通路を通ってシリンダ１３に還流されるとともに、排ガスが排気ポート１６からシリンダ１３に直接流入する。一方、温度センサ４５により検出される冷却水が所定温度を越えたとき、コントローラ４６が外部ＥＧＲ装置２１を制御してＥＧＲバルブ２１ｂを閉じるともに、内部ＥＧＲ装置６２を制御してシリンダ１３の吸気行程時に排気ポート１６を開くので、排気通路の排ガスがＥＧＲ通路を通ってシリンダ１３に還流されなくなるけれども、排ガスが排気ポート１６からシリンダ１３に直接流入する。
【発明の効果】
【０００７】
以上述べたように、本発明によれば、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブが吸気通路に還流される排ガスの流量を調整するように外部ＥＧＲ装置を構成し、シリンダの吸気行程時に排気弁を開いて排気通路からシリンダに排ガスを導入するように内部ＥＧＲ装置を構成し、エンジンの冷却水の温度を温度センサが検出し、更に温度センサの検出出力に基づいてコントローラが外部ＥＧＲ装置或いは外部ＥＧＲ装置及び内部ＥＧＲ装置を制御するように構成したので、温度センサにより検出される冷却水が所定温度以下であるとき、コントローラが外部ＥＧＲ装置を制御してＥＧＲバルブを開くか、或いは外部ＥＧＲ装置を制御してＥＧＲバルブを開くとともに、内部ＥＧＲ装置を制御してシリンダの吸気行程時に排気ポートを開くか又は閉じる。この結果、外部ＥＧＲ装置又は外部ＥＧＲ装置及び内部ＥＧＲ装置によりシリンダに還流された排ガスの持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ内での混合気の最高燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの排出量を低減できる。一方、温度センサにより検出される冷却水が所定温度を越えたとき、コントローラが外部ＥＧＲ装置を制御してＥＧＲバルブを閉じるか、或いは外部ＥＧＲ装置を制御してＥＧＲバルブを閉じるともに、内部ＥＧＲ装置を制御してシリンダの吸気行程時に排気ポートを開く。この結果、内部ＥＧＲ装置のみでシリンダに排ガスが還流されるため、シリンダに還流される排ガス量が減少して、ＮＯｘ低減効率が若干低下するけれども、エンジンの冷却水がＥＧＲクーラで高温の排ガスと熱交換しないので、エンジンの冷却水の温度上昇を抑制でき、エンジンの過熱を防止できる。
【０００８】
また内部ＥＧＲ装置が排気用カムの外周面のうちシリンダの吸気行程時に排気弁を開く位置に形成されたＥＧＲ用突起であれば、内部ＥＧＲはエンジンの運転状況に拘らず作動し、温度センサにより検出される冷却水が所定温度以下であるとき、コントローラが外部ＥＧＲ装置を制御してＥＧＲバルブを開くので、排気通路の排ガスがＥＧＲ通路を通ってシリンダに還流されるとともに、排ガスが排気ポートからシリンダに直接流入する。この結果、上記と同様の効果が得られる。一方、温度センサにより検出される冷却水が所定温度を越えたとき、コントローラが外部ＥＧＲ装置を制御してＥＧＲバルブを閉じるので、排気通路の排ガスがＥＧＲ通路を通ってシリンダに還流されなくなるけれども、排ガスが排気ポートからシリンダに直接流入する。この結果、上記と同様の効果が得られる。
更に内部ＥＧＲ装置が、シリンダの吸気行程時に吸気弁を開く吸気用ロッカアームにより作動するマスタピストンと、マスタピストンによる油圧にてシリンダの排気弁を開くスレーブピストンと、オイル通路内の油圧の保持及び開放を切換える油圧切換手段とを有すれば、温度センサにより検出される冷却水が所定温度以下であるとき、コントローラが外部ＥＧＲ装置を制御してＥＧＲバルブを開くとともに、内部ＥＧＲ装置を制御してシリンダの吸気行程時に排気ポートを開くか又は閉じるので、排気通路の排ガスがＥＧＲ通路を通ってシリンダに還流されるとともに、排ガスが排気ポートからシリンダに直接流入する。この結果、上記と同様の効果が得られる。一方、温度センサにより検出される冷却水が所定温度を越えたとき、コントローラが外部ＥＧＲ装置を制御してＥＧＲバルブを閉じるともに、内部ＥＧＲ装置を制御してシリンダの吸気行程時に排気ポートを開くので、排気通路の排ガスがＥＧＲ通路を通ってシリンダに還流されなくなるけれども、排ガスが排気ポートからシリンダに直接流入する。この結果、上記と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１及び図２に示すように、車両にはターボ過給機１１を有するディーゼルエンジン１２が搭載される。このエンジン１２のシリンダ１３の吸気ポート１４には吸気通路１５、即ち吸気マニホルド１５ａを介して吸気管１５ｂが接続され、シリンダ１３の排気ポート１６には排気通路１７、即ち排気マニホルド１７ａを介して排気管１７ｂが接続される。シリンダ１３内にはピストン１８が上下動可能に設けられる（図２）。ターボ過給機１１は吸気管１５ａに設けられコンプレッサ羽根車１１ｄを回転可能に収容するコンプレッサハウジング１１ａと、排気管１７ｂに設けられタービン羽根車１１ｅを回転可能に収容するタービンハウジング１１ｂとを有する（図１及び図２）。タービンハウジング１１ｂ及びコンプレッサハウジング１１ａはシャフト１１ｆの中央を回転可能に保持する接続部１１ｃにより接続され、このシャフト１１ｆの両端に上記タービン羽根車１１ｅ及びコンプレッサ羽根車１１ｄがそれぞれ嵌着される。このタービン羽根車１１ｆの静翼は固定式であっても或いは回動式であってもよいが、回動式の可変容量型ターボ過給機の方が固定式の固定容量型ターボ過給機より過給効率が高いので好ましい。図１及び図２の符号１９はコンプレッサハウジング１１ａ及び吸気マニホルド１５ａ間の吸気管１５ｂに設けられ吸気を冷却するインタクーラである。
【００１０】
またエンジン１２には排気マニホルド１７ａ内の排ガスの一部をＥＧＲパイプ２１ａを通って吸気マニホルド１５ａに還流する外部ＥＧＲ装置２１（図１）と、シリンダ１３の吸気行程時に排気弁２６，２７を開いてシリンダ１３に排ガスの一部を導入する内部ＥＧＲ装置２２（図２）とが設けられる。外部ＥＧＲ装置２１は、図１に詳しく示すように、一端が排気マニホルド１７ａに接続されエンジン１２をバイパスして他端が吸気マニホルド１５ａに接続された上記ＥＧＲパイプ２１ａと、ＥＧＲパイプ２１ａに設けられ排気マニホルド１７ａからＥＧＲパイプ２１ａを通って吸気マニホルド１５ａに還流される排ガスの流量を調整可能なＥＧＲバルブ２１ｂとを有する。ＥＧＲバルブ２１ｂは図示しないがモータにより弁体を駆動してバルブ本体の開度を調節する電動弁である。図１の符号２１ｃはＥＧＲパイプ２１ａに設けられたＥＧＲクーラである。このＥＧＲクーラ２１ｃは、ＥＧＲパイプ２１ａを流れる排ガスとエンジン１２の冷却水とを熱交換することにより、排ガスを冷却した後に吸気マニホルド１５ａに還流するように構成される。
【００１１】
内部ＥＧＲ装置２２は、図２に詳しく示すように、シリンダ１３の排気弁２６，２７を開く排気用カム２３の外周面に形成されたＥＧＲ用突起２３ａである。シリンダ１３には一対の吸気弁２４，２５と、一対の排気弁２６，２７とが設けられる。吸気弁２４，２５は吸気用案内軸２８に上下動可能に嵌入された吸気用ブリッジ２９と吸気用ロッカアーム３０を介して吸気用プッシュロッド３１により開閉され、排気弁２６，２７は排気用案内軸３２に上下動可能に嵌入された排気用ブリッジ３３と排気用ロッカアーム３４を介して排気用プッシュロッド３５により開閉される。排気用プッシュロッド３５の下端には排気用タペット３６が当接し、この排気用タペット３６の下端にはクランク軸（図示せず）により駆動される排気用カムシャフト３７に設けられた上記排気用カム２３の外周面が当接する。上記ＥＧＲ用突起２３ａは排気用カム２３の外周面のうちシリンダ１３の吸気行程時に排気弁２６，２７を開く位置に形成される（図２及び図３）。また吸気用ロッカアーム３０及び排気用ロッカアーム３４は吸気用ロッカシャフト３８及び排気用ロッカシャフト３９に回動可能にそれぞれ支持される。図２の符号４１及び４２は吸気弁２４，２５及び排気弁２６，２７を押上げて吸気ポート１４及び排気ポート１６を閉止する吸気用ばね（圧縮コイルばね）及び排気用ばね（圧縮コイルばね）である。
【００１２】
一方、エンジン１２には、クランク軸の回転速度を検出する回転センサ４３と、アクセルペダルの踏込み量を検出する、即ちエンジン１２の負荷を検出する負荷センサ４４とが設けられる（図１）。またラジエータ（図示せず）には、エンジン１２の冷却水の温度を検出する温度センサ４５が設けられる。回転センサ４３、負荷センサ４４及び温度センサ４５の各検出出力はコントローラ４６の制御入力に接続され、コントローラ４６の制御出力はＥＧＲバルブ２１ｂに接続される。コントローラ４６にはメモリ４７が設けられ、このメモリ４７には、エンジン１２の回転速度及びエンジン１２の負荷に応じてＥＧＲバルブ２１ｂの開度を調整するためのマップと、ＥＧＲバルブ２１ｂの開閉を切換えるときの冷却水の温度とが記憶される。上記冷却水の温度は６０℃以上９５℃未満の範囲内の所定の温度であることが好ましい。上記ＥＧＲバルブ２１ｂの開閉を切換えるときの冷却水の温度は９５℃以上１０５℃未満の範囲内の所定の温度である。ここで、ＥＧＲバルブ２１ｂの開閉を切換えるときの冷却水の温度を９５℃以上１０５℃未満の範囲内の所定の温度に限定したのは、１０５℃以上ではエンジン１２が過熱してしまうからである。
【００１３】
このように構成されたエンジンの排ガス再循環装置の動作を説明する。
エンジン１２の低負荷から中負荷運転時であって、温度センサ４５が所定の温度以下を検出しているときには、コントローラ４６は、回転センサ４３及び負荷センサ４４の各検出出力を取込み、かつメモリ４７に記憶されたマップと比較してＥＧＲバルブ２１ｂを所定の開度（例えば、全開時の５〜１００％）に調整する。このときシリンダ１３から排出される排ガスの流量は少なく、ターボ過給機１１のタービン羽根車１１ｆの回転速度は小さいため、ターボ過給機１１による吸気のブースト圧は低い。このため排気マニホルド１７ａ内の排ガスがＥＧＲパイプ２１ａ及び吸気マニホルド１５ａを通ってエンジン１２のシリンダ１３に流入する。一方、シリンダ１３の吸気行程時には排気用カム２３に設けられたＥＧＲ用突起２３ａにより排気用プッシュロッド３５が排気用タペット３６を介して押上げられるので、排気用ロッカアーム３４が排気用ブリッジ３３を介して排気弁２６，２７を押下げる。このため排気弁２６，２７が開いて排気マニホルド１７ａ内の排ガスがシリンダ１３に流入する。この結果、外部ＥＧＲ装置２１及び内部ＥＧＲ装置２２によりシリンダ１３に還流された排ガスの持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ１３内での混合気の最高燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００１４】
またエンジン１２の中負荷運転時から通常の高負荷運転時であって、温度センサ４５が所定の温度以下を検出しているときには、コントローラ４６は回転センサ４３及び負荷センサ４４の各検出出力を取込み、かつメモリ４７に記憶されたマップと比較してＥＧＲバルブ２１ｂを所定の開度（例えば、全開時の５〜１００％）に調整する。エンジン１２の中負荷から高負荷運転時には、シリンダ１３から排気管１７ｂに排出される排ガスの流量が比較的多くなり、ターボ過給機１１のタービン羽根車１１ｆの回転速度も比較的大きくなるため、ターボ過給機１１による吸気のブースト圧は高くなる。このため排気マニホルド１７ａ内の排ガス圧力と吸気マニホルド１５ａ内の吸気圧との差が小さくなるけれども、排気マニホルド１７ａ内の排ガスがＥＧＲパイプ２１ａ及び吸気マニホルド１５ａを通ってエンジン１２のシリンダ１３に流入する。一方、中負荷から低負荷運転時と同様にシリンダ１３の吸気行程時にはＥＧＲ用突起２３ａにより排気弁２６，２７が開いて排気マニホルド１７ａ内の排ガスがシリンダ１３に流入する。この結果、外部ＥＧＲ装置２１及び内部ＥＧＲ装置２２によりシリンダ１３に還流された排ガスの持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ１３内での混合気の最高燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００１５】
更に長時間にわたる登坂時等のエンジン１２にとって過酷な高負荷運転時であって、温度センサ４５が所定の温度を越えたことを検出すると、コントローラ４６は回転センサ４３及び負荷センサ４４の各検出出力に拘らず、ＥＧＲバルブ２１ｂを閉じる。ここで、過酷な高負荷運転時にＥＧＲバルブ２１ｂを閉じるのは次の２つの理由に基づく。第１の理由は、エンジン１２の過酷な高負荷運転時には、シリンダ１３から排気管１７ｂに排出される排ガスの流量が極めて多くなり、ターボ過給機１１のタービン羽根車１１ｆの回転速度も極めて大きくなるため、ターボ過給機１１による吸気のブースト圧は極めて高くなる。このため排気マニホルド１７ａ内の排ガス圧力と吸気マニホルド１５ａ内の吸気圧との差が小さくなり、ＥＧＲバルブ２１ｂを開いても、排気マニホルド１７ａ内の排ガスがＥＧＲパイプ２１ａを通って吸気マニホルド１５ａに流入する量が少ないためである。第２の理由は、エンジン１２の過酷な高負荷運転により冷却水の温度が上昇しているところへ、吸気マニホルド１５ａに還流される排ガス量が少ないとはいうものの、上記冷却水がＥＧＲクーラ２１ｃで排ガスと熱交換して冷却水の温度が更に上昇し、エンジン１２がオーバヒートを起こすためである。一方、ＥＧＲバルブ２１ｂを閉じても、シリンダ１３の吸気行程時にはＥＧＲ用突起２３ａにより排気弁２６，２７が開いて排気マニホルド１７ａ内の排ガスがシリンダ１３に流入する。この結果、内部ＥＧＲ装置２２によりシリンダ１３に還流された排ガスの持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ１３内での混合気の最高燃焼温度が低下するので、ＮＯｘ低減効率は若干低下するけれども、ＮＯｘの排出量を低減することができる。また外部ＥＧＲ２１のみを使ってＥＧＲ率を高くすることによりＮＯｘを低減するよりも、外部ＥＧＲ２１と内部ＥＧＲ２２を併用することによりＮＯｘの低減に加えて燃費の低減をも図ることができる。
【００１６】
＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の第２の実施の形態を示す。図４において図２と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、内部ＥＧＲ装置６２がシリンダ１３の吸気行程時に吸気弁２４，２５を開く吸気用ロッカアーム３０により作動するマスタピストン６３と、マスタピストン６３にオイル通路６４を介して接続されかつマスタピストン６３の作動にて発生した油圧により上記シリンダ１３の排気弁２６を開くスレーブピストン６６と、オイル通路６４内の油圧の保持及び開放を切換える油圧切換手段６７とを有する。シリンダ１３には第１の実施の形態と同様に、一対の吸気弁２４，２５と一対の排気弁２６，２７とが設けられ、吸気弁２４，２５は吸気用案内軸２８に上下動可能に嵌入された吸気用ブリッジ２９と吸気用ロッカアーム３０を介して吸気用プッシュロッド３１により開閉され、更に排気弁２６，２７は排気用案内軸３２に上下動可能に嵌入された排気用ブリッジ３３と排気用ロッカアーム３４を介して排気用プッシュロッド３５により開閉される。
【００１７】
マスタピストン６３は吸気用ロッカアーム３０の上方に設けられたマスタシリンダ６８に摺動可能に収容され、スレーブピストン６６は一対の排気弁２６，２７のうちの一方の排気弁２６の上方に設けられたスレーブシリンダ６９に摺動可能に収容される。マスタシリンダ６８及びスレーブシリンダ６９は上記オイル通路６４により連通接続される。また油圧切換手段６７は上記オイル通路６４の途中から分岐する分岐通路７０とオイルポンプの吐出口（図示せず）とを接続するオイル供給通路７１と、オイル供給通路７１の途中に設けられ分岐通路７０及びオイルポンプの吐出口を連通又は遮断するソレノイドバルブ７３と、分岐通路７０とソレノイドバルブ７３との接続部に設けられたコントロールバルブ７２とからなる。
【００１８】
コントロールバルブ７２はオイル供給通路７１及び分岐通路７０の接続部に鉛直方向に延びて設けられた第１大径通路７２ａ内に上下動可能に挿入された可動ケース７２ｂと、この可動ケース７２ｂに収容された逆止ボール７２ｃとを有する。可動ケース７２ｂの下部は略漏斗状に形成され、下端には通孔７２ｄが形成される。逆止ボール７２ｃはオイルポンプからのオイルが上記通孔７２ｄを通って可動ケース７２ｂに流入するのを許容し、可動ケース７２ｂ内のオイルが通孔７２ｄを通って排出されるのを阻止する機能を有する。また可動ケース７２ｂの上部側面には可動ケース７２ｂが押上げられたときに分岐通路７０に連通する透孔７２ｅが形成される。図４の符号７２ｆは第１大径通路７２ａの上端に形成された第１オイル排出口であり、この排出口７２ｆは可動ケース７２ｂの下降時に分岐通路７０と連通するように構成される。
【００１９】
ソレノイドバルブ７３はソレノイド（図示せず）が収容されたソレノイドケース７３ａと、このケース７３ａから突出するプランジャ７３ｂと、プランジャ７３ｂの先端に設けられプランジャ７３ｂとともに上下動可能な弁体７３ｃとを有する。弁体７３ｃはオイル供給通路７１の途中に鉛直方向に延びて設けられた第２大径通路７３ｄ内に上下動可能に挿入され、第２大径通路７３ｄにはソレノイドバルブ７３及びコントロールバルブ７２間のオイル供給通路７１内のオイルを排出可能な第２オイル排出口７３ｅが設けられる。ソレノイドバルブ７３がオンすると、弁体７３ｃが下降してオイルポンプの吐出口と分岐通路７０とが連通し、ソレノイドバルブ７３及びコントロールバルブ７２間のオイル供給通路７１と第２オイル排出口７３ｅの連通が遮断される。またソレノイドバルブ７３をオフすると、弁体７３ｃが上昇してオイルポンプの吐出口と分岐通路７０とが遮断され、ソレノイドバルブ７３及びコントロールバルブ７２間のオイル供給通路７１が第２オイル排出口７３ｅに連通するように構成される。
【００２０】
一方、スレーブピストン６６はスレーブ用ばね７４（圧縮コイルばね）によりスレーブシリンダ６９の頂面に圧接され、スレーブピストン６６の下面には一方の排気弁２６に当接するスレーブロッド７５が突設される。またコントローラ４６の制御出力は外部ＥＧＲ装置２１のＥＧＲバルブ２１ｂ及び内部ＥＧＲ装置６２のソレノイドバルブ７３にそれぞれ接続される。コントローラ４６にはメモリ４７が設けられ、このメモリ４７には、エンジン１２の回転速度及びエンジン１２の負荷に応じてＥＧＲバルブ２１ｂの開度を調整しかつソレノイドバルブ７３のオンオフを切換えるためのマップと、ＥＧＲバルブ２１ｂの開閉を切換えるときのエンジン１２の冷却水の温度が記憶される。ここで、ＥＧＲバルブ２１ｂの開閉を切換えるときのエンジン１２の冷却水の温度は９５℃以上１０５℃未満の範囲内に設定される。なお、排気用カムには、第１の実施の形態のＥＧＲ用突起は設けられない。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００２１】
このように構成されたエンジンの排ガス再循環装置の動作を説明する。
エンジン１２の低負荷から中負荷運転時であって、温度センサ４５が所定の温度以下を検出しているときには、コントローラ４６は回転センサ４３及び負荷センサ４４の各検出出力を取込み、かつメモリ４７に記憶されたマップと比較してＥＧＲバルブ２１ｂを所定の開度（例えば、全開時の５〜１００％）に調整し、ソレノイドバルブ７３をオフした状態に保つ。このときシリンダ１３から排出される排ガスの流量は少なく、ターボ過給機のタービン羽根車の回転速度は小さいため、ターボ過給機による吸気のブースト圧は低い。このため排気マニホルド内の排ガスがＥＧＲパイプ及び吸気マニホルドを通ってエンジン１２のシリンダ１３に流入する。一方、シリンダ１３の吸気行程時には吸気用ロッカアーム３０によりマスタピストン６３が押上げられるけれども、ソレノイドバルブ７３がオフして、第１大径通路７２ａ内の可動ケース７２ｂは下降した状態に保たれているので、マスタピストン６３により押上げられたオイル通路６４内のオイルは第１オイル排出口７２ｆから排出される。このためスレーブピストン６６は下降せず、一方の排気弁２６は排気ポート１６を閉止した状態に保たれる。この結果、外部ＥＧＲ装置２１によりシリンダ１３に還流された排ガスの持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ１３内での混合気の最高燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。なお、エンジン１２の低負荷から中負荷運転時に内部ＥＧＲ装置６２のソレノイドバルブ７３をオフしたのは、外部ＥＧＲ装置２１のみで吸気マニホルドに還流される排ガス量を十分に賄えるからである。
【００２２】
またエンジン１２の中負荷から通常の高負荷運転時であって、温度センサ４５が所定の温度以下を検出しているときには、コントローラ４６は回転センサ４３及び負荷センサ４４の各検出出力を取込み、かつメモリ４７に記憶されたマップと比較してＥＧＲバルブ２１ｂを所定の開度（例えば、全開時の５〜１００％）に調整し、ソレノイドバルブ７３をオンする。ソレノイドバルブ７３がオンすると、オイルポンプにより圧送されたオイルは可動ケース７２ｂを押上げた後に、透孔７２ｅ及び分岐通路７０を通ってオイル通路６４に供給され、可動ケース７２ｂは上昇した状態に保たれる。このときオイルポンプによる油圧がスレーブピストン６６に作用するけれども、この油圧によるエンジン１２のピストン１８を押下げる力はスレーブ用ばね７４の弾性力より小さいので、スレーブピストン６６は下降しない。エンジン１２のピストン１８がシリンダ１３の吸気行程に移行して下降し始めると、吸気用ロッカアーム３０がマスタピストン６３を押上げてオイル通路６４内の油圧が高くなるので、この油圧によりスレーブピストン６６が押下げられる。この結果、スレーブロッド７５により一方の排気弁２６が押下げられて排気ポート１６が開放され、シリンダ１３に排ガスが流入する。従って、外部ＥＧＲ装置２１及び内部ＥＧＲ装置６２によりシリンダ１３に還流された排ガスの持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ１３内での混合気の最高燃焼温度が低下し、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００２３】
更に長時間にわたる登坂時等のエンジン１２にとって過酷な高負荷運転時であって、温度センサ４５が所定の温度を越えたことを検出すると、コントローラ４６は回転センサ４３及び負荷センサ４４の各検出出力に拘らず、ＥＧＲバルブ２１ｂを閉じる。ここで、過酷な高負荷運転時にＥＧＲバルブ２１ｂを閉じるのは次の２つの理由に基づく。第１の理由は、エンジン１２の過酷な高負荷運転時には、シリンダ１３から排気管に排出される排ガスの流量が極めて多くなり、ターボ過給機のタービン羽根車の回転速度も極めて大きくなるため、ターボ過給機による吸気のブースト圧は極めて高くなる。このため排気マニホルド内の排ガス圧力と吸気マニホルド内の吸気圧との差が小さくなり、ＥＧＲバルブ２１ｂを開いても、排気マニホルド内の排ガスがＥＧＲパイプ２１ａを通って吸気マニホルドに流入する量が少ないためである。第２の理由は、エンジン１２の過酷な高負荷運転により冷却水の温度が上昇しているところへ、吸気マニホルドに還流される排ガス量が少ないとはいえ、上記冷却水がＥＧＲクーラで排ガスと熱交換して冷却水の温度が更に上昇し、エンジン１２がオーバヒートを起こすためである。一方、ＥＧＲバルブ２１ｂを閉じても、スレーブロッド７５により一方の排気弁２６が押下げられて排気ポート１６が開放され、シリンダ１３に排ガスが流入する。この結果、内部ＥＧＲ装置６２によりシリンダ１３に還流された排ガスの持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ１３内での混合気の最高燃焼温度が低下するので、ＮＯｘ低減効率は若干低下するけれども、ＮＯｘの排出量を低減することができる。また外部ＥＧＲ２１のみを使ってＥＧＲ率を高くすることによりＮＯｘを低減するよりも、外部ＥＧＲ２１と内部ＥＧＲ６２を併用することによりＮＯｘの低減に加えて燃費の低減をも図ることができる。
【００２４】
なお、上記第１及び第２の実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジン、ターボ過給機付ガソリンエンジン又は自然吸気型ガソリンエンジンでもよい。
また、上記第１及び第２の実施の形態では、ＥＧＲバルブとして電動弁を挙げたが、エア駆動型弁或いはその他の弁でもよい。
更に、上記第１及び第２の実施の形態では、ＥＧＲパイプの下流端を吸気通路のハイプレッシャ側、即ちコンプレッサより吸気下流側の吸気マニホルドに接続したが、ＥＧＲパイプの下流端を吸気通路のロープレッシャ側、即ちコンプレッサより吸気上流側の吸気管に接続してもよい。
【実施例】
【００２５】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１及び図２に示すように、外部ＥＧＲ装置２１及び内部ＥＧＲ装置２２を設けた約１１リットルの可変容量型のターボ過給機１１を有するディーゼルエンジン１２を実施例１とした。外部ＥＧＲ装置２１は、一端が排気マニホルド１７ａに接続され他端が吸気マニホルド１５ａに接続されたＥＧＲパイプ２１ａと、このＥＧＲパイプ２１ａに設けられＥＧＲパイプ２１ａを開閉するＥＧＲバルブ２１ｂとを有する（図１）。また内部ＥＧＲ装置２２は、シリンダ１３の排気弁２６，２７を開く排気用カム２３の外周面に形成されたＥＧＲ用突起２３ａである（図２）。一方、ＥＧＲパイプ２１ａには、エンジン１２の冷却水を冷媒とするＥＧＲクーラ２１ｃを設けた。またエンジン１２には、このエンジン１２の回転速度を検出する回転センサ４３と、エンジン１２の負荷を検出する負荷センサ４４とを設け、ラジエータ（図示せず）には、エンジン１２の冷却水の温度を検出する温度センサ４５を設けた。これらの回転センサ４３、負荷センサ４４及び温度センサ４５の各検出出力をコントローラ４６の制御入力に接続し、コントローラ４６の制御出力を外部ＥＧＲ装置２１のＥＧＲバルブ２１ｂに接続した。更にコントローラ４６にはメモリ４７を設け、このメモリ４７には、ＥＧＲバルブ２１ｂの開度を調整するためのエンジン回転速度及びエンジン負荷をマップとして記憶させるとともに、ＥＧＲバルブ２１ｂの開閉を切換えるときのエンジン１２の冷却水の温度（９５℃）を記憶させた。
【００２６】
＜比較例１＞
実施例１の外部ＥＧＲ装置及び内部ＥＧＲ装置は設けていない約１１リットルの固定容量型のターボ過給機を有するディーゼルエンジンを比較例１とした。
＜比較例２＞
実施例１の外部ＥＧＲ装置を有するけれども、実施例１の内部ＥＧＲ装置を有しない約１１リットルの固定容量型のターボ過給機を有するディーゼルエンジンを比較例２とした。
またエンジンには、このエンジンの回転速度を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサとを設けた。これらの回転センサ及び負荷センサの各検出出力をコントローラの制御入力に接続し、コントローラの制御出力を外部ＥＧＲ装置のＥＧＲバルブに接続した。コントローラにはメモリを設け、このメモリには、ＥＧＲバルブ２１ｂの開度を調整するためのエンジン回転速度及びエンジン負荷をマップとして記憶させた。
【００２７】
＜比較試験１及び評価＞
実施例１、比較例１及び比較例２のエンジンをＪＥ０５モード（２００５年１０月から適用される都市内走行を再現した実走行モード）で運転して、ＮＯｘ排出量及び燃料消費量をそれぞれ測定した。その結果を図５及び図６に示す。図５及び図６では、比較例１のＮＯｘ排出量及び燃料消費量をそれぞれ基準（１００％）として表した。
図５から明らかなように、実施例１では、比較例１よりＮＯｘ排出量を４０％低減でき、比較例２よりＮＯｘ排出量を２０％低減できた。また図６から明らかなように、実施例１では、比較例１より燃料消費量を１５％低減でき、比較例２より燃料消費量を５％低減できた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明第１実施形態のエンジンの排ガス再循環装置の外部ＥＧＲ装置を示す構成図。
【図２】その排ガス再循環装置の内部ＥＧＲ装置を含むエンジンの要部断面図である。
【図３】そのエンジンの吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す図２に対応する断面図である。
【図５】実施例１及び比較例１のＥＧＲ装置を備えたエンジンによるＮＯｘ排出量をそれぞれ示す図である。
【図６】実施例1及び比較例１のＥＧＲ装置を備えたエンジンによる燃料消費量を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１２  ディーゼルエンジン
１３  シリンダ
１４  吸気ポート
１５  吸気通路
１６  排気ポート
１７  排気通路
２１  外部ＥＧＲ装置
２１ａ  ＥＧＲパイプ（ＥＧＲ通路）
２１ｂ  ＥＧＲバルブ
２１ｃ  ＥＧＲクーラ
２２，６２  内部ＥＧＲ装置
２３  排気用カム
２３ａ  ＥＧＲ用突起
２４，２５  吸気弁
２６，２７  排気弁
３０  吸気用ロッカアーム
４５  温度センサ
４６  コントローラ
６３  マスタピストン
６４  オイル通路
６６  スレーブピストン
６７  油圧切換手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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