(57)【要約】【課題】ＥＧＲ通路での圧力損失を極力抑え、より好適にＥＧＲを行うことが可能な技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気管９から排気（ＥＧＲガス）を取り込み内燃機関１の吸気管３へＥＧＲガスを再循環させる低圧ＥＧＲ通路１４と、低圧ＥＧＲ通路１４に配置されＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ１５と、を備え、低圧ＥＧＲクーラ１５を通過するＥＧＲガスの通過方向を逆転可能とし、低圧ＥＧＲ通路１４は、低圧ＥＧＲクーラ１５を通過するＥＧＲガスの通過方向に拘わらずいずれの場合であっても、排気管９からＥＧＲガスを取り込み吸気管３へＥＧＲガスを再循環可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路から排気を取り込み内燃機関の吸気通路へ前記排気を再循環させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に配置され前記排気を冷却する冷却手段と、
を備え、
前記冷却手段を通過する前記排気の通過方向を逆転可能とし、
前記ＥＧＲ通路は、前記冷却手段を通過する前記排気の通過方向に拘わらずいずれの場合であっても、前記排気通路から前記排気を取り込み前記吸気通路へ前記排気を再循環可能であることを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項２】
前記冷却手段を通過する前記排気の通過方向を所定時間ごとに逆転させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
【請求項３】
前記内燃機関から排出される排気により駆動されて吸入空気を過給する過給機を備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記排気通路における前記過給機のタービン下流側から前記排気を取り込み前記吸気通路における前記過給機のコンプレッサ上流側へ前記排気を再循環させる低圧ＥＧＲ通路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気再循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気中に含まれるＮＯｘを低減させるために、排気を内燃機関に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」という）が行われる場合がある。ＥＧＲは、排気を内燃機関に流入させて内燃機関の燃焼温度を低下させることにより、内燃機関におけるＮＯｘの生成量を低減する技術である。
【０００３】
また、燃焼温度を下げるために予混合圧縮着火燃焼を併用することもある。予混合圧縮着火燃焼においては、燃料が空気とより混合した状態で燃焼するため、燃焼温度が低下してＮＯｘの発生が抑制される。
【０００４】
通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを運転状態に応じて切り換える内燃機関において、内燃機関の排気マニホールドと吸気マニホールドとを連通する高圧ＥＧＲ通路及び過給機（以下、「ターボチャージャ」という）のタービンの下流側とコンプレッサの上流側とを連通する低圧ＥＧＲ通路の２つのＥＧＲ通路を内燃機関の運転状態や燃焼方式に応じて使い分けてＥＧＲを行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１５０３１９号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６２５号公報
【特許文献３】特開平１０−２８１０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高圧ＥＧＲ通路及び低圧ＥＧＲ通路を備えた内燃機関の排気再循環装置においては、低圧ＥＧＲ通路が接続された排気通路と吸気通路との差圧が小さいため、低〜中負荷域では低圧ＥＧＲ通路に再循環する排気（以下、「ＥＧＲガス」という）が流れ難い。このため、低圧ＥＧＲ通路で圧力損失を極力抑えることが望まれる。
【０００６】
ここで、低圧ＥＧＲ通路にはＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラが備えられている。低圧ＥＧＲクーラでは、排気中のＨＣや煤など（以下、「排気中物質」という）が低圧ＥＧＲクーラの上流側端面に付着してしまう。このため、低圧ＥＧＲクーラに汚れや詰まりが生じ、低圧ＥＧＲクーラの配置された低圧ＥＧＲ通路で圧力損失が生じる虞がある。圧力損失が増加すると、低圧ＥＧＲ通路のＥＧＲガスが流れ難くなり、燃費や制御性が悪化する原因となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ＥＧＲ通路での圧力損失を極力抑え、より好適にＥＧＲを行うことが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気通路から排気を取り込み内燃機関の吸気通路へ前記排気を再循環させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に配置され前記排気を冷却する冷却手段と、
を備え、
前記冷却手段を通過する前記排気の通過方向を逆転可能とし、
前記ＥＧＲ通路は、前記冷却手段を通過する前記排気の通過方向に拘わらずいずれの場
合であっても、前記排気通路から前記排気を取り込み前記吸気通路へ前記排気を再循環可能であることを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【０００９】
ＥＧＲ通路には、ＥＧＲガスを冷却する冷却手段が配置されている。冷却手段では、ＥＧＲガスが流れると冷却手段の上流側端面に排気中のＨＣや煤などの排気中物質が付着してしまう。このため、冷却手段に汚れや詰まりが生じ、冷却手段を配置したＥＧＲ通路で圧力損失が生じる場合があった。
【００１０】
本発明では、冷却手段を通過するＥＧＲガスの通過方向を逆転可能とした。これにより、冷却手段の上流側端面に排気中物質が付着した場合に、冷却手段を通過するＥＧＲガスの通過方向を逆転する。このため、冷却手段の排気中物質が付着した上流側端面に対して今までとは反対方向の冷却手段の内側からＥＧＲガスが供給され、付着した排気中物質が冷却手段の上流側端面から排出できる。よって、冷却手段に生じる汚れや詰まりが削減できる。したがって、冷却手段の配置されたＥＧＲ通路で圧力損失が生じることを抑制できる。そのため、ＥＧＲ通路のＥＧＲガスは滞りなく流れ、燃費や制御性が悪化することが抑制できる。
【００１１】
特に本発明では、冷却手段を通過するＥＧＲガスの通過方向に拘わらずＥＧＲを行うことができ、冷却手段に付着した排気中物質を排出するためにＥＧＲを停止する必要がない。よって、ＥＧＲは常時行うことができ、利便性に優れる。
【００１２】
前記冷却手段を通過する前記排気の通過方向を所定時間ごとに逆転させるとよい。
【００１３】
これによると、冷却手段の両方の端面に所定時間ごとに交互に排気中物質が付着すると共に交互に付着した排気中物質を排出できる。よって、ＥＧＲは常時行うことができ、利便性に優れる。
【００１４】
なお、所定時間は、予め定められる時間である。所定時間は、冷却手段の片方の端面に排気中物質が付着し始めてから排気中物質の付着量がＥＧＲ通路で圧力損失が生じる量となる直前の時点までの経過時間であってもよい。
【００１５】
前記内燃機関から排出される排気により駆動されて吸入空気を過給する過給機を備え、前記ＥＧＲ通路は、前記排気通路における前記過給機のタービン下流側から前記排気を取り込み前記吸気通路における前記過給機のコンプレッサ上流側へ前記排気を再循環させる低圧ＥＧＲ通路であるとよい。
【００１６】
低圧ＥＧＲ通路は、低圧ＥＧＲ通路が接続された排気通路と吸気通路との差圧が小さいため、低〜中負荷域では低圧ＥＧＲ通路にＥＧＲガスが流れ難い。
【００１７】
本発明では、付着した排気中物質が冷却手段から排出でき、冷却手段に生じる汚れや詰まりが削減できる。よって、冷却手段を配置した低圧ＥＧＲ通路で圧力損失が生じることを抑制できる。そのため、低〜中負荷域でも低圧ＥＧＲ通路のＥＧＲガスは滞りなく流れ、燃費や制御性が悪化することが抑制できる。従って、本発明を低圧ＥＧＲ通路に適用することで、本発明の効果を最大限に利用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、ＥＧＲ通路での圧力損失を極力抑え、より好適にＥＧＲを行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
実施例１では、本発明を車両駆動用内燃機関に適用した場合について説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２１】
図１に示す内燃機関１は、通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り換え可能な機関である。
【００２２】
内燃機関１には、吸気マニホールド２が接続され、吸気マニホールド２には吸気管３が接続されている。吸気管３には、スロットル弁４が設けられている。吸気管３におけるスロットル弁４の上流側には、インタークーラ５が設けられている。インタークーラ５の上流側には、ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａが設けられている。コンプレッサ６ａより上流側には、吸気絞り弁７が設けられている。吸気絞り弁７の上流側で吸気管３は大気を取り込む。
【００２３】
一方、内燃機関１には、排気マニホールド８が接続され、排気マニホールド８には排気管９が接続されている。排気管９には、ターボチャージャ６のタービン６ｂが設けられている。タービン６ｂの下流側には、排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ１０が設けられている。フィルタ１０より下流側には、排気絞り弁１１が設けられている。排気絞り弁１１の下流側で排気管９は大気へと通じている。
【００２４】
また、排気マニホールド８と吸気マニホールド２とは高圧ＥＧＲ通路１２によって連通されている。高圧ＥＧＲ通路１２には、高圧ＥＧＲ通路１２を流通するＥＧＲガスの流量を調節可能な高圧ＥＧＲ弁１３が備えられている。
【００２５】
一方、排気管９におけるフィルタ１０より下流側かつ排気絞り弁１１より上流側の部分と、吸気管３におけるコンプレッサ６ａより上流側かつ吸気絞り弁７より下流側の部分とは、低圧ＥＧＲ通路１４によって連通されている。
【００２６】
低圧ＥＧＲ通路１４には、低圧ＥＧＲ通路１４を流通するＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ１５と、低圧ＥＧＲ通路１４を流通するＥＧＲガスの流量を調節可能な低圧ＥＧＲ弁１６とが備えられている。排気絞り弁１１及び吸気絞り弁７の開度を調節することで排気管９及び吸気管３内の圧力を制御し、これらによって低圧ＥＧＲ通路１４に流入するＥＧＲガスの量を調節することができる。
【００２７】
なお、低圧ＥＧＲ通路１４は、低圧ＥＧＲ通路１４が接続された排気管９と吸気管３との差圧が小さいため、低〜中負荷域では低圧ＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスが流れ難い。
【００２８】
また、低圧ＥＧＲ通路１４は、排気管９に設けられた入口から延びた１本の入口側通路１７の先に第１切換弁１８が配置されている。第１切換弁１８には２本の第１、第２通路１９，２０が接続されており、第１切換弁１８は入口側通路１７を第１、第２通路１９，２０のどちらかと疎通するべく切り換え可能である。
【００２９】
第１通路１９は、第１切換弁１８から低圧ＥＧＲクーラ１５の一方の端面１５ａに接続され、第２通路２０は、第１切換弁１８から低圧ＥＧＲクーラ１５の他方の端面１５ｂに接続されている。
【００３０】
また、第１通路１９は、低圧ＥＧＲクーラ１５の一方の端面１５ａ付近で第３通路２１と接続されている。また、第２通路２０は、低圧ＥＧＲクーラ１５の他方の端面１５ｂ付
近で第４通路２２と接続されている。
【００３１】
２本の第３、第４通路２１，２２は、低圧ＥＧＲクーラ１５と接続された側とは反対側で第２切換弁２３に接続されており、第２切換弁２３は第３、第４通路２１，２２のどちらかを第２切換弁２３から吸気管３に設けられた出口へ延びる出口側通路２４と疎通するべく切り換え可能である。
【００３２】
ここで、第１、第２切換弁１８，２３は、低圧ＥＧＲ通路１４のＥＧＲガスを排気管９から吸気管３へ再循環させるように切り換わる。すなわち、第１切換弁１８が第２通路２０を閉じ第１通路１９を入口側通路１７と疎通可能にしているときには、第２切換弁２３は第３通路２１を閉じ第４通路２２を出口側通路２４と疎通可能に切り換わる。また、第１切換弁１８が第１通路１９を閉じ第２通路２０を入口側通路１７と疎通可能にしているときには、第２切換弁２３は第４通路２２を閉じ第３通路２１を出口側通路２４と疎通可能に切り換わる。
【００３３】
以上の構成を有する内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２５が併設されている。ＥＣＵ２５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するコンピュータである。
【００３４】
ＥＣＵ２５は、スロットル弁４、吸気絞り弁７、排気絞り弁１１、高圧ＥＧＲ弁１３、低圧ＥＧＲ弁１６、第１、第２切換弁１８，２３、内燃機関１内における各気筒の燃料噴射弁（不図示）が電気的に接続されている。ＥＣＵ２５からこれら機器類に制御信号が発せられ、これら機器類が制御される。
【００３５】
本実施例において、高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを行う場合には、ＥＣＵ２５によって高圧ＥＧＲ弁１３の開度を調節することによって、高圧ＥＧＲ通路１２を経由して内燃機関１に再循環するＥＧＲガス（排気）の量を調節する。
【００３６】
一方、低圧ＥＧＲ通路１４を用いたＥＧＲを行う場合には、ＥＣＵ２５によって、排気絞り弁１１及び吸気絞り弁７を閉弁方向に制御し、低圧ＥＧＲ弁１６を開弁する。低圧ＥＧＲ弁１６の開度を調節することによって、低圧ＥＧＲ通路１４を経由して内燃機関１に再循環するＥＧＲガス（排気）の量を調節する。
【００３７】
ところで、低圧ＥＧＲ通路１４には、低圧ＥＧＲクーラ１５が配置されている。低圧ＥＧＲクーラ１５では、低圧ＥＧＲクーラ１５の上流側端面に排気中のＨＣや煤などの排気中物質が付着してしまう。このため、低圧ＥＧＲクーラ１５に汚れや詰まりが生じ、低圧ＥＧＲクーラ１５を配置した低圧ＥＧＲ通路１４で圧力損失が生じるおそれがある。圧力損失が増加すると、低圧ＥＧＲ通路１４のＥＧＲガスが流れ難くなり、燃費や制御性が悪化する原因となる。
【００３８】
そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路１４において、ＥＧＲ運転を継続しつつ低圧ＥＧＲクーラ１５を通過するＥＧＲガスの通過方向を逆転可能としている。
【００３９】
具体的には、第１、第２切換弁１８，２３を切り換えることにより、低圧ＥＧＲ通路１４において、図２（ａ）に示すように、第１、第４通路１９，２２を入口側通路１７及び出口側通路２４と疎通して低圧ＥＧＲクーラ１５の一方の端面１５ａを上流側とし他方の端面１５ｂを下流側とするようなＥＧＲガスの通過方向とする場合と、図２（ｂ）に示すように、第２、第３通路２０，２１を入口側通路１７及び出口側通路２４と疎通して低圧ＥＧＲクーラ１５の他方の端面１５ｂを上流側とし一方の端面１５ａを下流側とするようなＥＧＲガスの通過方向とする場合とを切り換え可能としている。
【００４０】
上記のように、低圧ＥＧＲ通路１４において、低圧ＥＧＲクーラ１５を通過するＥＧＲガスの通過方向を逆転可能としたことで、低圧ＥＧＲクーラ１５の端面１５ａ，１５ｂのうちの片方の端面に排気中物質が付着した場合に、低圧ＥＧＲクーラ１５を通過するＥＧＲガスの通過方向を逆転させることができる。
【００４１】
このため、低圧ＥＧＲクーラ１５の排気中物質が付着した片方の端面に対して今までとは反対方向の低圧ＥＧＲクーラ１５の内側からＥＧＲガスが供給され、付着した排気中物質が低圧ＥＧＲクーラ１５の片方の端面から吹き飛ばされて排出できる。よって、低圧ＥＧＲクーラ１５の配置された低圧ＥＧＲ通路１４内に生じる汚れや詰まりが削減できる。したがって、低圧ＥＧＲ通路１４で圧力損失が生じることを抑制できる。
【００４２】
ここで、低圧ＥＧＲ通路１４は、低圧ＥＧＲ通路１４が接続された排気管９と吸気管３との差圧が小さいため、低〜中負荷域では低圧ＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスが流れ難い。しかしながら、上記のように低圧ＥＧＲ通路１４で圧力損失が生じることを抑制でき、低〜中負荷域でも低圧ＥＧＲ通路１４のＥＧＲガスは滞りなく流れ、燃費や制御性が悪化することが抑制できる。
【００４３】
また、第１、第２切換弁１８，２３を切り換えるだけで、低圧ＥＧＲクーラ１５を通過するＥＧＲガスの通過方向を逆転可能であり、図２（ａ），（ｂ）に示すように低圧ＥＧＲクーラ１５を通過するＥＧＲガスの通過方向に拘わらずＥＧＲを行うことができ、低圧ＥＧＲクーラ１５に付着した排気中物質を排出するためにＥＧＲを停止する必要がない。よって、ＥＧＲは常時行うことができ、利便性に優れる。
【００４４】
なお、ＥＧＲを連続して行う場合には、低圧ＥＧＲ通路１４における第１、第２切換弁１８，２３の切り換えは、予め定められる低圧ＥＧＲクーラ１５の片方の端面に排気中物質が付着し始めてから排気中物質の付着量が低圧ＥＧＲ通路１４で圧力損失が生じる量となる直前の時点までの経過時間（以下、「所定時間」という）となるごとに行われる。
【００４５】
上記のようであると、低圧ＥＧＲクーラ１５を通過するＥＧＲガスの通過方向を所定時間ごとに反対の方向に向きを変えることができる。これによると、低圧ＥＧＲクーラ１５の両方の端面１５ａ，１５ｂに所定時間ごとに交互に排気中物質が付着すると共に交互に付着した排気中物質を排出できる。よって、ＥＧＲは常時行うことができ、利便性に優れる。また、圧力損失が生じることをより確実に抑制することができる。
【実施例２】
【００４６】
次に実施例２を説明する。本実施例は低圧ＥＧＲ通路２６の構成が実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同様である。
【００４７】
低圧ＥＧＲ通路２６は、排気管９に設けられた入口から延びた１本の入口側通路２７の先に第３切換弁２８が配置されている。第３切換弁２８には環状の第５通路２９の両端の２つの第１、第２口２９ａ，２９ｂが接続されており、第３切換弁２８は入口側通路２７を第５通路２９の２つの第１、第２口２９ａ，２９ｂのどちらかと疎通するべく切り換え可能である。
【００４８】
また、第３切換弁２８には吸気管３に設けられた出口へ延びる出口側通路３０も接続されており、第３切換弁２８は出口側通路３０を第５通路２９の２つの第１、第２口２９ａ，２９ｂのうち入口側通路２７と疎通された口とは反対側の口と疎通する。第５通路２９には、その途中に低圧ＥＧＲクーラ３１が配置されている。また、出口側通路３０には、低圧ＥＧＲ弁３２が設けられている。
【００４９】
このように、第３切換弁２８は、低圧ＥＧＲ通路２６のＥＧＲガスを排気管９から吸気管３へ第５通路２９を経て再循環させるように切り換わる。すなわち、第３切換弁２８が第５通路２９の第１口２９ａを入口側通路２７と疎通可能にしているときには、第３切換弁２８は第５通路２９の第２口２９ｂを出口側通路３０と疎通可能に切り換わる。また、第３切換弁２８が第５通路２９の第２口２９ｂを入口側通路２７と疎通可能にしているときには、第３切換弁２８は第５通路２９の第１口２９ａを出口側通路３０と疎通可能に切り換わる。
【００５０】
本実施例においても、低圧ＥＧＲ通路２６において、ＥＧＲ運転を継続しつつ低圧ＥＧＲクーラ３１を通過するＥＧＲガスの通過方向を逆転可能としている。
【００５１】
具体的には、第３切換弁２８を切り換えることにより、低圧ＥＧＲ通路２６において、図３（ａ）に示すように、第５通路２９の第１口２９ａを入口側通路２７と疎通し、第２口２９ｂを出口側通路３０と疎通して低圧ＥＧＲクーラ３１の一方の端面３１ａを上流側とし他方の端面３１ｂを下流側とするようなＥＧＲガスの通過方向とする場合と、図３（ｂ）に示すように、第５通路２９の第２口２９ｂを入口側通路２７と疎通し、第１口２９ａを出口側通路３０と疎通して低圧ＥＧＲクーラ３１の他方の端面３１ｂを上流側とし一方の端面３１ａを下流側とするようなＥＧＲガスの通過方向とする場合とを切り換え可能とする。
【００５２】
以上の構成であっても、実施例１と同様な効果を発揮することができる。
【００５３】
なお、本発明に係るＥＧＲ装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１に係るＥＧＲ装置を適用する内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る低圧ＥＧＲ通路の構成を示す図である。
【図３】実施例２に係る低圧ＥＧＲ通路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１     内燃機関
２     吸気マニホールド
３     吸気管
４     スロットル弁
５     インタークーラ
６     ターボチャージャ
８     排気マニホールド
９     排気管
１０   フィルタ
１２   高圧ＥＧＲ通路
１４，２６    低圧ＥＧＲ通路
１５，３１    低圧ＥＧＲクーラ
１６，３２    低圧ＥＧＲ弁
１７，２７    入口側通路
１８   第１切換弁
１９   第１通路
２０   第２通路
２１   第３通路
２２   第４通路
２３   第２切換弁
２４，３０    出口側通路
２８   第３切換弁
２９   第５通路
【図１】
2007187001.tif 000003
【図２】
2007187001.tif 000004
【図３】
2007187001.tif 000005