(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気の一部を抽出して吸気側へ還流させる排気還流装置であって、
前記内燃機関の排気路と吸気路とを接続する還流路に、送気手段が設けられ、前記送気手段は、正逆両方向に回転駆動可能とされるとともに、逆回転時の流体の流通方向が正回転時とは逆方向となるものであり、この送気手段を制御するために制御手段が設けられ、この制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記送気手段の回転駆動方向を制御し、前記内燃機関への排気還流を行わないときに、前記送気手段を逆回転駆動させるものであることを特徴とする排気還流装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気還流装置において、前記送気手段がルーツブロアであることを特徴とする排気還流装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の排気還流装置において、前記内燃機関の前記排気路には、排気浄化用の触媒が設けられ、この触媒の下流側から排気の一部が抽出されて排気還流用に供されることを特徴とする排気還流装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排気還流装置において、前記送気手段として、その送気流量が調節可能とされたものが設けられ、かつ、前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、当該内燃機関への燃料供給量を検出する燃料供給量検出手段と、前記内燃機関の機関回転数および当該内燃機関への燃料供給量に対し、最適な排気還流量が得られる前記送気手段の回転速度を示すマップが記憶された記憶手段と、この記憶手段に記憶された前記マップに基づき、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記送気手段の送気流量を調節する制御手段とを備えていることを特徴とする排気還流装置。
【請求項５】
内燃機関の排気の一部を抽出して吸気側へ還流させる排気還流装置の制御方法であって、
前記排気還流装置には、前記内燃機関の排気路と吸気路とを接続する還流路に設けられた送気手段と、この送気手段を駆動する駆動源とが設けられ、かつ、前記送気手段は、正逆両方向に回転駆動可能とされるとともに、逆回転時の流体の流通方向が正回転時とは逆方向となるものとされ、
前記内燃機関に排気還流を行わないときに、前記送気手段を逆回転駆動させて、前記吸気側から前記排気側への逆流を防止することを特徴とする排気還流装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気から窒素酸化物を除去するための排気還流装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、内燃機関、特に、レシプロ型エンジンの排気に含まれる窒素酸化物、いわゆるＮＯx を低減するために、排気の一部を吸気側へ戻す排気還流（ＥＧＲ）が利用されている。
この排気還流によれば、内燃機関に供給される燃焼用空気に、二酸化炭素や水蒸気等の熱容量の大きい気体が混入され、当該空気の熱容量が増えるので、燃焼最高温度が低下し、窒素酸化物の発生が抑制される。
【０００３】
排気還流を採用した内燃機関の例として、実開平５−３０４５４号公報に示されるものが知られている。この公報の排気還流は、エンジンの排気の一部を過給機の吸入側に戻すものとなっている。
このようにすれば、排気ガスの一部を吸気側に戻すのに、排気圧が不足していても、過給機の吸引力により、排気ガスの一部が確実にエンジンの吸入側へ送られるようになり、還流率を向上することができる。
【０００４】
また、特開平６−２２９３２６号公報には、高負荷用ＥＧＲ通路および低負荷用ＥＧＲ通路が設けられた内燃機関が示されている。
ここで、高負荷用ＥＧＲ通路は、触媒の下流から排気の一部を取り出して過給機の吸入側に戻すものとなっている。一方、低負荷用ＥＧＲ通路は、排気マニホールドから排気の一部を取り出して各シリンダの吸気ポート近傍に戻すものとなっている。
このようにすれば、エンジンの負荷状況に応じて、高負荷用ＥＧＲ通路および低負荷用ＥＧＲ通路を適宜切り替えることが可能となり、ＥＧＲ通路が一つの場合よりも、より適切な量の排気ガスを還流させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような排気還流を採用した内燃機関では、排気側および吸気側の差圧が変動すると、排気還流路に流れる排気ガスの流量も変動するので、還流率を一定に制御することができない。
このため、内燃機関の運転状況に応じた還流量を設定しても、設定した量の排気を吸気側へ還流させることができず、内燃機関の運転状況に応じた最適な量の排気を還流させるのが困難となる、という問題がある。
ここで、排気還流路に流量調節弁を設け、排気還流路に流れる排気ガスの流量を調節することが考えられるが、流量調節弁は、排気還流路の流路抵抗を増大させるので、排気側および吸気側の差圧が小さいと、必要な還流量が得られないという問題が生じる。
特に、過給機付のディーゼル機関では、運転状況によっては、排気側よりも吸気側の方の圧力が高くなり、排気を吸気側へ還流させることができないという問題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、内燃機関の運転状況に応じた最適な量の排気が還流されるようになる排気還流装置およびその制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気の一部を抽出して吸気側へ還流させる排気還流装置であって、前記内燃機関の排気路と吸気路とを接続する還流路に、送気手段が設けられ、前記送気手段は、正逆両方向に回転駆動可能とされるとともに、逆回転時の流体の流通方向が正回転時とは逆方向となるものであり、この送気手段を制御するために制御手段が設けられ、この制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記送気手段の回転駆動方向を制御し、前記内燃機関への排気還流を行わないときに、前記送気手段を逆回転駆動させることを特徴とするものである。
ここで、送気手段としては、ダクト等の狭い空間内を通じて気体を圧送できる送風機や、吸気口から吸入した流体を圧縮して吹き出し口から吐き出す圧縮機等が採用できる。
【０００８】
例えば、送気手段として採用可能な送風機としては、ルーツブロアおよび軸流式送風機が挙げられる。
また、送気手段として採用可能な圧縮機としては、スクリュウ式圧縮機およびベーン式圧縮機が挙げられる。
そして、送気手段を駆動する駆動源としては、直流モータ、交流モータ、油圧モータおよびエアモータ等の内燃機関とは別に設けられた駆動源が採用できるとともに、当該内燃機関を利用してもよい。
【０００９】
このような本発明では、送気手段で強制的に排気の一部を吸気側へ搬送するので、送気手段を駆動する駆動源を適宜制御すれば、排気側および吸気側の差圧が変動しても、排気還流路に流れる排気ガスの流量を一定量に調節することが可能となり、還流率が一定となるように、還流量を制御できるようになる。
このため、内燃機関の運転状況に対して最適な還流量を設定し、設定された還流量となるように駆動源を制御すれば、たとえ排気側よりも吸気側の方の圧力が高くなっても、設定した量の排気が吸気側へ還流されるようになり、内燃機関の運転状況に応じた最適な量の排気を吸気側へ還流できるようになる。
また、本発明によれば、内燃機関への排気還流を行わないときに、排気側の方が吸気側よりも圧力が高くとも、送気手段の逆回転駆動により、排気側から吸気側へ向かう流れが生じなくなる。
このため、排気が吸気側へ流れるのを防止するために、還流路に制御用バルブを設ける必要がなく、制御用バルブ弁の設置による流路抵抗の増大、および、この流路抵抗の増大にともなう排気の還流量の低下が未然に防止される。
また、送気手段を逆回転駆動すれば、還流する排気を冷却器で冷却する際に、冷却器に詰まった煤や汚れが排気口側に排出され、冷却器の洗浄が行えるようになる。
【００１０】
以上において、前記送気手段と前記内燃機関の排気側との間には、前記吸気側へ還流する排気に、外部の新鮮な空気を混合する空気混合手段、前記吸気側へ還流する排気に水を混合する水混合手段、および、前記吸気側へ還流する排気を冷却する冷却器の少なくとも一つが設けられていることが好ましい。
【００１１】
空気混合手段を採用すれば、高温の排気が低温の空気と混合され、還流される排気の温度が低くなる。ここで、外部の新鮮な空気としては、内燃機関の外部から直接取り入れられた空気を採用してもよいし、燃焼用に吸気口から取り入れられた吸気の一部を利用してもよい。
水混合手段を採用すれば、低温の水の混合により、高温となっている排気の温度が低下するうえ、水が蒸発するときの気化熱により、還流される排気の温度がさらに低くなる。
冷却器として、水等の冷却媒体で排気を冷却する液冷式のもの、液体の気化熱で排気を冷却する沸騰冷却式のもの、あるいは、周囲の空気で排気を冷却する空冷式のものを採用すれば、高温の排気が冷却され、還流される排気の温度が低くなる。
これらにより、高温の排気が送気手段に流入せず、当該送気手段が熱で破損することがなくなるうえ、内燃機関に吸入される吸気の温度が高温となることがなく、排気還流による燃焼温度の抑制が確実になされるようになる。
【００１２】
さらに、本発明では、前記送気手段と、この送気手段を駆動する駆動源と、前記冷却器とが一体化されたユニットとなっていることが好ましい。
このように、送気手段、駆動源および冷却器を一体化してユニットとすれば、内燃機関への着脱が容易となる。
これにより、排気還流装置を備えていない従来の内燃機関に、本発明の排気還流装置を容易に付加できるようになる。
また、標高の高い場所等、空気が薄い場所で内燃機関を運転するにあたり、排気還流を行うと、内燃機関を高負荷で安定させて運転できない場合には、前述のユニットを内燃機関から取り外せば、内燃機関の高負荷安定運転が図れるようになる。なお、空気が薄い場所では、排気還流を行わなくとも、排気に含まれる窒素酸化物が少なくなる。
一方、通常の気圧の場所では、内燃機関に取り付けて、内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物の低減が図れる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記送気手段がルーツブロアであることを特徴とする。
このような本発明では、ルーツブロアが比較的低回転で運転可能なので、駆動源が大型とならないうえ、ルーツブロアの大きさも比較的小さいので、排気還流装置の大型化が防げるようになる。
また、ルーツブロアの正回転および逆回転における流量特性が近似しているので、送気手段の逆回転駆動により送気を行う場合、回転方向が相違しているだけで、その回転速度と送気量との関係が似たものとなり、逆流防止および冷却器の洗浄時における回転速度の制御が容易となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記内燃機関の前記排気路には、排気浄化用の触媒が設けられ、この触媒の下流側から排気の一部が抽出されることを特徴とするものである。
このような本発明では、触媒の下流側から排気を抽出することから、吸気側へ戻る排気が浄化されたものとなるとともに、排気の温度も低下しているので、還流路に設けられる送気手段等の機器が受ける損傷や消耗が少なくなるうえ、還流路に冷却器を設ける場合には、冷却器の容量が小さくなる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記送気手段として、その送気流量が調節可能とされたものが設けられ、かつ、前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、当該内燃機関への燃料供給量を検出する燃料供給量検出手段と、前記内燃機関の機関回転数および当該内燃機関への燃料供給量に対し、最適な排気還流量が得られる前記送気手段の回転速度を示すマップが記憶された記憶手段と、この記憶手段に記憶された前記マップに基づき、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記送気手段の送気流量を調節する制御手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
このような本発明では、回転数検出手段および燃料供給量検出手段により機関回転数および燃料供給量が検出され、これらの機関回転数および燃料供給量に対し、内燃機関の運転状況に応じた排気還流量が得られる送気手段の回転速度を、実験や計算等により、求めれば、機関回転数および燃料供給量に対する最適な送気手段の回転速度を示すマップが得られる。
そして、前述のマップを記憶した記憶手段を設ければ、最適な排気還流量が得られるように、送気手段の回転速度を迅速に調節できるようになり、内燃機関の運転状況に応じた最適な量の排気が確実に還流されるようになる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、内燃機関の排気の一部を抽出して吸気側へ還流させる排気還流装置の制御方法であって、前記排気還流装置には、前記内燃機関の排気路と吸気路とを接続する還流路に設けられた送気手段と、この送気手段を駆動する駆動源とが設けられ、かつ、前記送気手段は、正逆両方向に回転駆動可能とされるとともに、逆回転時の流体の流通方向が正回転時とは逆方向となるものとされ、前記内燃機関に排気還流を行わないときに、前記送気手段を逆回転駆動させて、前記吸気側から前記排気側への逆流を防止することを特徴とする。
このような本発明では、前述の請求項１に記載の発明と同様に、内燃機関への排気還流を行わないときに、送気手段の逆回転駆動により、吸気側から排気側への逆流が防止されるうえ、冷却器等を含んだ還流路の洗浄が行える。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１には、本発明の第１実施形態に係る内燃機関としてのディーゼルエンジン１が示されている。このディーゼルエンジン１には、その排気の一部を抽出して吸気側に還流させる排気還流装置10が設けられている。
ディーゼルエンジン１は、タービン式過給機２で過給を行うものであり、外部の新鮮な空気を吸気としてシリンダ３へ導入するための吸気路４と、シリンダ３から排気を外部に排出するための排気路５とを備えている。
吸気路４には、過給のために吸気を圧縮する遠心式吸気圧縮機2Aと、この遠心式吸気圧縮機2Aで圧縮された吸気を冷却する空冷式のインタークーラ６とが設けられている。
排気路５には、吸気側の遠心式吸気圧縮機2Aを駆動する排気タービン2Bと、この排気タービン2Bの下流側で排気を浄化する触媒７とが設けられている。
タービン式過給機２は、吸気側の遠心式吸気圧縮機2Aと、排気側の排気タービン2Bとを同軸上に備えたものとなっている。
【００２４】
排気還流装置10は、ディーゼルエンジン１の吸気路４と排気路５とを接続する還流路11を有し、この還流路11に設けられた送気手段であるルーツブロア12で排気還流を行うものである。
還流路11は、一端が吸気路４のインタークーラ６の下流側に接続され、他端が排気路５の排気タービン2Bの上流側に接続されている。
排気還流装置10には、前述の還流路11およびルーツブロア12の他に、ルーツブロア12へ送られる排気を冷却する冷却器13と、ルーツブロア12を駆動する直流モータ14と、ルーツブロア12および冷却器13の間における還流路11の内圧（静圧）を検出する圧力センサ15と、シリンダ３の吸気ポート近傍における還流路11の内圧（静圧）を検出する圧力センサ16と、ルーツブロア12の制御を行う制御手段としてのＥＧＲコントローラ17とが備えられている。これらのうち、圧力センサ15，16は、ＥＧＲコントローラ17と電気的に接続され、圧力信号をＥＧＲコントローラ17に対して出力するようにされている。
【００２５】
ルーツブロア12は、正逆両方向に回転駆動可能となったものであり、正回転時には、排気の一部を吸気路４へ圧送し、逆回転時には、正回転時とは逆に、吸気の一部を排気路５へ圧送可能となっている。
冷却器13は、内部に冷却水が冷媒として流通され、この冷却水で排気を冷却する水冷式のものである。
直流モータ14は、正回転および逆回転の両回転方向に駆動可能とされ、かつ、所定の範囲内で任意の回転速度で駆動可能となったものである。
ＥＧＲコントローラ17は、ディーゼルエンジン１の運転状況に応じて、ルーツブロア12の回転駆動方向や回転速度を調節する制御機能を有している。
【００２６】
ここで、ディーゼルエンジン１の運転状況を検知するために、ＥＧＲコントローラ17は、シリンダ３の内部に燃料を噴射する燃料ポンプ等を制御するエンジンコントローラ８と電気的に接続されている。
これにより、ＥＧＲコントローラ17には、エンジンコントローラ８から出力されるディーゼルエンジン１の回転数を示す回転数信号と、シリンダ３内に噴射される燃料の量を示す燃料供給量信号と、エンジン１の冷却水の温度を示す冷却水温信号とが入力されるようになっている。
【００２７】
なお、ディーゼルエンジン１には、図示されていないが、その回転数を検出する回転数検出手段としての回転数センサと、シリンダ３内に噴射される燃料の量を検出する燃料供給量検出手段としてのラックセンサとが設けられている。このうち、ラックセンサは、燃料ポンプから噴射される燃料の噴射量を調節するために、プランジャに対して摺動可能に設けられたラックの位置を検出するものとなっている。
このような排気還流装置10は、ディーゼルエンジン１に対して着脱が容易となるようにユニット化されている。
すなわち、図２に示されるように、還流路11、ルーツブロア12、冷却器13、直流モータ14、圧力センサ15，16およびＥＧＲコントローラ17は、一つのケーシング18に組み付けられて一体化され、これにより、ディーゼルエンジン１にボルト等で取付可能な排気還流装置ユニットを形成している。
【００２８】
続いて、ＥＧＲコントローラ17について具体的に説明する。
ＥＧＲコントローラ17は、ルーツブロア12を制御するマイクロコンピュータを備えたものである。ＥＧＲコントローラ17のマイクロコンピュータには、直流モータ14の回転速度を制御することにより、ルーツブロア12の送気流量を調節する、各種のソフトウェアモジュールが搭載されている。
【００２９】
具体的には、ＥＧＲコントローラ17には、図３に示されるように、直流モータ14の回転速度および回転方向を決定する制御演算部20と、エンジン回転数および燃料供給量に対し、最適な排気還流量が得られるルーツブロア12の回転速度を示すマップが記憶された記憶手段としての記憶部21と、圧力センサ15，16およびエンジンコントローラ８からの信号を入力するための入力部22と、直流モータ14への駆動電力を出力する出力部23とが設けられている。
このうち、記憶部21には、エンジン回転数および燃料供給量に対し、最適な排気還流率を示すマップも記憶されている。このマップは、図４に示されるように、排気還流を行わない非ＥＧＲ領域と、排気還流を行うＥＧＲ領域とを含んだものとなっている。
【００３０】
ここで、ディーゼルエンジン１は、エンジン回転数および燃料供給量の両方が比較的少ない、非ＥＧＲ領域では、エンジン１の燃焼温度が低く、窒素酸化物の発生も少ないので、排気還流を行わず、それ以外の運転領域であるＥＧＲ領域で排気還流を行うように制御されるものとなっている。
【００３１】
このようなディーゼルエンジン１に対し、ＥＧＲコントローラ17の制御演算部20は、ＥＧＲ領域において、エンジン回転数が安定した定常状態であれば、ルーツブロア12を正回転駆動するとともに、エンジン１の運転状況に応じて、最適な排気還流量が得られるように、記憶部21のマップに基づき直流モータ14の回転速度を制御するソフトウェアモジュールを有している。
また、制御演算部20は、記憶部21のマップに基づいて直流モータ14の回転速度を設定するにあたり、ルーツブロア12の出入口の差圧、すなわち、圧力センサ15の圧力信号と圧力センサ16の圧力信号との差を求め、この差に応じて前述のマップで設定した回転速度を補正するソフトウェアモジュールを有している。
【００３２】
さらに、制御演算部20は、ＥＧＲ領域において、エンジン回転数が上昇中の加速状態であれば、タービン式過給機２の回転上昇を補助するために、ＥＧＲ領域であっても、排気還流を一時中止し、ルーツブロア12を逆回転駆動させ、タービン式過給機２の回転上昇を促進するソフトウェアモジュールを有している。
なお、ディーゼルエンジン１は、加速中に排気還流を行うと、噴射される燃料に対して酸素の割合が減少するので、排気ガスの色がさらに黒ずむので、加速中には、排気還流を行わない方がよいとされている。
さらにまた、制御演算部20は、非ＥＧＲ領域において、吸気側から前記排気側への逆流を防止するために、ルーツブロア12を逆回転駆動するソフトウェアモジュールと、所定運転時間が経過する毎に冷却器13を洗浄するために、やはり非ＥＧＲ領域において、ルーツブロア12を逆回転駆動するソフトウェアモジュールとを有している。
【００３３】
次に、本実施形態の動作を、図５ないし図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
ディーゼルエンジン１を始動すると、ＥＧＲコントローラ17のソフトウエアが起動する。起動したＥＧＲコントローラ17は、エンジンコントローラ８からエンジン１の冷却水の温度Ｔを示す冷却水温信号を受信する。そして、図５に示されるように、ステップS101で冷却水温Ｔが所定の温度Toに達しているか否かを確認する。冷却水温Ｔが温度Toに達しているときは、ステップS102へ進む。
【００３４】
一方、冷却水温Ｔが温度Toに達していないときは、エンジン１が冷えた状態にあり、排気還流を行わないほうがよいので、後述するステップS201（図７参照）から始まる逆回転運転サブルーチンへ進む。
ステップS102〜S104では、エンジン１の回転数および燃料供給量が入力され、これらの回転数および燃料供給量と、記憶部21のマップとから、エンジン１の運転状況に応じた最適な排気還流率Ｒを設定し、ステップS105に進む。
ステップS105では、設定された還流率Ｒが０であるか否かを確認する。還流率Ｒが０でないときは、ステップS401（図６参照）から始まる正回転運転サブルーチンへ進む。
【００３５】
一方、還流率Ｒが０であるときは、排気還流を行う必要がないので、冷却水温Ｔが温度Toに達していないときと同様に、ステップS202（図７参照）から始まる逆回転運転サブルーチンへ進む。
【００３６】
ステップS401では、図６に示されるように、エンジン１の回転数および燃料供給量と、記憶部21のマップとから,ルーツブロア12の回転速度を設定し、ステップS402に進む。
ステップS402〜S404では、圧力センサ15，16により検出したルーツブロア12の出入口の差圧からルーツブロア12の回転速度補正を行い、ステップS405へ進み、補正した回転速度で、ルーツブロア12を正回転運転する。
【００３７】
続く、ステップS406では、エンジンコントローラ８から出力される回転数から回転数変動率ｄＮを算出し、ステップS407へ進み、ステップS407では、算出した回転数変動率ｄＮと、予め所定の値に設定された変動率dＮsとを比較し、変動率ｄＮが小さく、回転数が安定した定常状態、および、変動率ｄＮが大きく、回転数が上昇している加速状態のどちらの状態であるかを確認する。そして、エンジン１が定常状態にあるときは、ステップS102へ戻り、排気還流が行える状態であれば、上述のS102から始まる一連のステップが何度も繰り返される。
一方、エンジン１が加速状態にあるときは、ステップS408へ進み、ルーツブロア12を逆回転駆動させ、タービン式過給機２の回転上昇を補助する。
【００３８】
一方、ステップS101およびステップS105で、排気還流を行わないと判断されると、ステップS201へ進む。ステップS201では、図７に示されるように、その時点までのエンジン１の運転時間Ｈが所定時間Hoに達したか否かが確認される。
運転時間Ｈが所定時間Hoに達しているときは、ステップS202へ進み、ステップS202およびステップS203で、ルーツブロア12を逆回転運転し、冷却器13の洗浄を実施する。
【００３９】
冷却器13の洗浄が完了したら、ステップS204で運転時間Ｈをリセットし、ステップS206へ進む。
一方、運転時間Ｈが所定時間Hoに達しないときは、ステップS205へ進み、排気が吸気側へ進入しないように、ルーツブロア12を逆回転運転し、ステップS206へ進む。
ステップS206では、当該ステップS206に至るまで要した時間ｔを、運転時間Ｈに加算し、この後、ステップS101へ戻り、ディーゼルエンジン１が停止するまで、前述のステップS101から始まる一連のステップを、何度も繰り返す。
【００４０】
前述のような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、ディーゼルエンジン１の排気の一部を吸気側へ還流させるにあたり、直流モータ14で駆動されるルーツブロア12を用いたので、直流モータ14を適宜回転数制御することにより、排気側および吸気側の差圧が変動しても、排気還流路に流れる排気ガスの流量を任意に調節することができ、エンジン１の運転状況に応じた最適な量の排気を吸気側へ還流できる。
【００４１】
また、ルーツブロア12は、逆回転時の流体の流通方向が正回転時とは逆になるので、排気還流を行わないときには、ルーツブロア12を逆転させれば、排気側の方が吸気側よりも圧力が高くとも、排気側から吸気側へ向かう流れが生じなくなる。これにより、排気側から吸気側への流れを防止するために、還流路11に制御用バルブを設ける必要がなく、制御用バルブの設置による流路抵抗の増大、および、この流路抵抗の増大にともなう排気の還流量の低下を未然に防止できる。
【００４２】
しかも、ルーツブロア12を逆回転駆動すれば、冷却器13に詰まった煤や汚れが排気口側に排出され、これにより、冷却器13を洗浄することができる。
そのうえ、ルーツブロア12は、比較的低回転で運転可能なので、直流モータ14が大型とならないうえ、ルーツブロア12の大きさは、他の送気手段よりも小さいので、排気還流装置10の大型化を防止できる。
また、ルーツブロア12の正回転および逆回転における流量特性が近似しているので、逆回転駆動により送気を行う場合、回転方向が相違しているだけで、その回転速度と送気量との関係が似たものとなり、逆流防止および冷却器13の洗浄時における回転速度の制御を容易に行うことができる。
【００４３】
また、ルーツブロア12に吸入される排気を冷却する冷却器13を設けたので、高温の排気が冷却されてからルーツブロア12に流入し、ルーツブロア12が熱で破損することがなくなるうえ、エンジン１に吸入される吸気の温度が高温となることがなく、排気還流により燃焼温度の抑制を確実に行え、窒素酸化物の発生量を確実に低下できる。
【００４４】
さらに、還流路11、ルーツブロア12、冷却器13、直流モータ14、圧力センサ15，16およびＥＧＲコントローラ17を、一つのケーシング18に組み付け、これにより、排気還流装置ユニットを形成したので、排気還流装置ユニットをディーゼルエンジン１にボルト等で容易に取り付けることができる。
【００４５】
従って、排気還流装置を備えていない従来の内燃機関に容易に排気還流装置10を付加できる。
また、標高の高い場所等、空気が薄い場所でディーゼルエンジン１を運転するにあたり、排気還流を行うと、エンジン１を高負荷で安定させて運転できない場合には、排気還流装置ユニットをエンジン１から取り外せば、エンジン１を高負荷で安定して運転することができる。なお、空気が薄い場所では、排気還流を行わなくとも、排気に含まれる窒素酸化物が少なくなる。
一方、通常の気圧の場所では、エンジン１に排気還流装置ユニットを取り付ければ、エンジン１の排気に含まれる窒素酸化物を低減できる。
【００４６】
また、エンジン１の回転数と、エンジン１への燃料供給量とを検出し、回転数および燃料供給量に対し、最適な排気還流量が得られるルーツブロア12の回転速度を示すマップが記憶された記憶部21を設け、この記憶部21のマップに基づいてルーツブロア12の回転速度を、制御演算部20で設定するようにしたので、ルーツブロア12の送気流量調整が迅速に行われるようになり、エンジン１の運転状況に応じた最適な量の排気を確実に還流することができる。
【００４７】
さらに、ルーツブロア12を駆動する駆動源として、直流モータ14を採用したので、正逆回転方向の切換および回転数制御が容易かつ迅速に行えるようになり、この点からも、エンジン１の運転状況に応じて、常に最適な排気還流量を得ることができる。
【００４８】
図８には、本発明の第２実施形態が示されている。本第２実施形態は、前記第１実施形態において、タービン式過給機２の上流から排気の抽出を行っていたのを、触媒７の下流から排気の抽出を行うようにしたものである。
すなわち、吸気路４と排気路５とを接続する還流路11A は、一端が吸気路４のインタークーラ６の下流側に接続され、他端が排気路５の触媒７の下流側に接続されている。
【００４９】
このような本第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を得ることができる他、触媒７の下流側から排気を抽出するので、吸気側へ戻る排気が浄化されたものとなるとともに、排気の温度も低下し、ルーツブロア12等、還流路11A に設けられる機器が受ける損傷や消耗を少なくできるうえ、冷却器13の容量を小さくできる、という効果を付加できる。
【００５０】
図９には、本発明の第３実施形態が示されている。本第３実施形態は、前記第１実施形態において、還流させる排気を冷却器13で冷却していたのを、吸気路４を流れる吸気を排気に混合することで冷却を行うようにしたものである。
【００５１】
すなわち、還流路11からは、図９の如く、冷却器13が省略され、吸気路４に設けられているインタークーラ６の下流側部分には、インタークーラ６で冷却した吸気を、還流路11へ送るための冷却気路30の一端が接続されている。
冷却気路30の他端は、還流路11に設けられたルーツブロア12と、排気路５との中間位置において、還流路11と接続されている。この冷却気路30が、吸気側へ還流する排気に、吸気側の空気を混合する空気混合手段となっている。
【００５２】
このような本第３実施形態においても、吸気路４を流れる吸気の混合により、排気が冷却されるので、前記第１、第２実施形態と同様の作用、効果を得ることができる他、還流路11から冷却器13が省略されるので、還流路11の流路抵抗が小さくなり、ルーツブロア12の負荷を低減できる、という効果を付加できる。
【００５３】
図１０には、本発明の第４実施形態が示されている。本第４実施形態は、前記第３実施形態において、還流させる排気を冷却器13で冷却していたのを、還流路11を流れる排気に水を混合することで冷却を行うようにしたものである。
すなわち、還流路11には、図１０の如く、冷却器13が省略され、ルーツブロア12と排気路５との中間位置において、当該還流路11内に水を噴射する水噴射機40が設けられている。この水噴射機40は、吸気側へ還流する排気に水を混合する水混合手段となっている。
このような本第４実施形態においても、水の混合により、排気が冷却されるので、前記第１〜第３実施形態と同様の作用、効果を得ることができる他、エンジン１のシリンダ３内に水を含んだ吸気が吸入されるので、燃焼温度が低くなり、窒素酸化物の低減効果を増大できる、という効果を付加できる。
【００５４】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能である。
【００５５】
例えば、過給機としては、排気で駆動されるタービン式過給機に限らず、専用に設けられた電動機等の駆動源で駆動される機械駆動式過給機でもよい。
また、内燃機関としては、圧縮点火式のディーゼルエンジンに限らず、火花点火を行うレシプロガソリンエンジンやロータリーエンジン等の火花点火式内燃機関でもよく、また、過給を行わない自然吸気のものでもよい。
【００５６】
さらに、送気手段としては、ルーツブロアに限らず、軸流式送風機および遠心式送風機等の送風機、ならびに、レシプロ式圧縮機、スクリュウ式圧縮機、ベーン式圧縮機、スクロール式圧縮機、軸流式圧縮機および遠心式圧縮機等の圧縮機でもよいが、ルーツブロアを採用すれば、前述の実施形態で説明したような効果が得られる。
【００５７】
また、駆動源としては、直流モータに限らず、交流モータ、油圧モータおよびエアモータでもよく、あるいは、内燃機関とは別に設けられた駆動源に限らず、当該内燃機関そのものを利用してもよい。
ここで、駆動源として内燃機関そのものを利用するにあたり、送気手段への駆動力を一時的に遮断するクラッチ、および、回転速度を増減する変速機、例えば、トルクコンバータ等の流体変速機等が、送気手段および内燃機関の間に設けられていることが好ましい。
さらに、前述の各実施形態では、還流される排気を冷却する冷却手段として、空気混合手段である冷却気路30、水混合手段である水噴射機40および冷却器13のいずれか一つを設けていたが、排気還流装置としては、前述のうちの一種類の冷却手段を備えたものに限らず、複数種類の冷却手段を備えたものでもよい。
また、空気混合手段としては、吸気路４を流れる低温の吸気を、高温の排気に混合するものに限らず、図１１に示されるように通気路４とは別に、外部の新鮮な空気を導入する空気導入路31を備え、燃焼用の空気とは別に取り入れられた外部の新鮮な空気で、還流する排気を冷却するものでもよい。
この際、空気導入路31には、逆止弁32を設けることが好ましい。
【００５８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、内燃機関の運転状況に応じて、最適な量の排気を還流することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関であるディーゼルエンジンを示す概略構成図である。
【図２】前記実施形態の排気還流装置ユニットを示す正面図である。
【図３】前記実施形態の制御手段を示すブロック図である。
【図４】前記実施形態の内燃機関について排気還流を行う領域を示すグラフである。
【図５】前記実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５に示されるフローチャートに続く別のフローチャートである。
【図７】図５に示されるフローチャートに続く、さらに別のフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態を示す図１に相当する図である。
【図９】本発明の第３実施形態を示す図１に相当する図である。
【図１０】本発明の第４実施形態を示す図１に相当する図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る変形例を示す図１に相当する図である。
【符号の説明】
１  内燃機関であるディーゼルエンジン
２  タービン式過給機
４  吸気路
５  排気路
６  インタークーラ
７  触媒
８  エンジンコントローラ
10  排気還流装置
11,11A  還流路
12  送気手段であるルーツブロア
13  冷却器
14  駆動源としての直流モータ
15，16  圧力センサ
17  制御手段としてのＥＧＲコントローラ
20  制御演算部
21  記憶手段としての記憶部
30  空気混合手段としての冷却気路
31  空気混合手段としての空気導入路
40  水混合手段としての水噴射機
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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