(57)【要約】【課題】冷間始動時に凝縮水を伴わずにＥＧＲガスを早期に燃焼室へ導入させること。【解決手段】ＥＧＲ装置は、排気通路4へ排出される排気をＥＧＲガスとして燃焼室2へ還流させるＥＧＲ通路11と、ＥＧＲ通路11のガス流れを調節する小型電磁弁16と、小型電磁弁16より上流のＥＧＲ通路11に設けられたＥＧＲクーラ13とを備える。ＥＧＲクーラ13より上流のＥＧＲ通路11に圧縮機12が設けられる。ＥＧＲクーラ13より下流のＥＧＲ通路11にサージタンク15が設けられる。サージタンク15とＥＧＲクーラ13との間のＥＧＲ通路11に逆止弁14が設けられる。サージタンク15にはＥＧＲガスを排気通路4へ戻す戻し通路17が設けられ、同通路17に電磁弁１８が設けられる。サージタンク15にその中のタンク圧力を検出する圧力センサ31が設けられる。ＥＣＵ40は、燃焼室2へのＥＧＲガス還流を制御するためにタンク圧力に基づき圧縮機12、電磁弁１８及び小型電磁弁16を制御する。【選択図】        図１
2016180398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして前記燃焼室へ還流させる排気還流通路と、
前記排気還流通路における前記排気還流ガスの流れを調節するための還流調節手段と、
前記排気還流ガスを冷却するために前記還流調節手段より上流の前記排気還流通路に設けられたガス冷却手段と
を備えた排気還流装置において、
前記排気還流ガスを加圧するために前記ガス冷却手段より上流の前記排気還流通路に設けられたガス加圧手段と、
前記ガス加圧手段により加圧された前記排気還流ガスを一時的に蓄えるために前記ガス冷却手段より下流の前記排気還流通路に設けられたサージタンクと、
前記ガス冷却手段から前記サージタンクへ向かう前記排気還流ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを規制するために前記ガス冷却手段と前記サージタンクとの間の前記排気還流通路に設けられた逆止弁と、
前記サージタンクから前記排気還流ガスを前記排気通路へ戻すための戻し通路と、
前記サージタンクの中の前記排気還流ガスを調圧するために前記戻し通路に設けられたガス調圧弁と、
前記サージタンクの中の圧力をタンク圧力として検出するためのタンク圧力検出手段と、
前記燃焼室への前記排気還流ガスの還流を制御するために、検出される前記タンク圧力に基づいて前記ガス加圧手段及び前記還流調節手段を制御するための制御手段と
を備えたことを特徴とする排気還流装置。
【請求項２】
前記戻し通路は、第１端と第２端とを含み、前記第１端が前記サージタンクに接続され、前記第２端が、前記排気還流通路の前記排気通路に対する接続位置より下流の前記排気通路に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
【請求項３】
前記排気還流通路は、入口と出口とを含み、前記入口が前記排気通路に接続され、前記出口が前記エンジンの近傍の前記吸気通路又は前記燃焼室に接続されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気還流装置。
【請求項４】
前記ガス加圧手段は、電動式の圧縮機であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気還流装置。
【請求項５】
前記ガス加圧手段は、前記排気通路を流れる排気により作動する圧縮機であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気還流装置。
【請求項６】
前記ガス調圧弁は、前記戻し通路の中の圧力に感応して作動するチェックバルブであり、前記チェックバルブは、所定圧力以上で開弁することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の排気還流装置。
【請求項７】
前記ガス調圧弁は、電磁弁であり、
前記制御手段は、検出される前記タンク圧力に基づいて前記電磁弁を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の排気還流装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記排気還流ガスの還流停止後に、検出される前記タンク圧力が第１の所定値以下となったとき、前記タンク圧力が、前記第１の所定値より大きい第２の所定値以上になるまで前記ガス加圧手段を制御してから前記電磁弁を開弁し、その後に前記還流調節手段の制御を許可する
ことを特徴とする請求項７に記載の排気還流装置。
【請求項９】
前記エンジンを冷却するためのエンジン冷却手段と、
前記エンジンの冷却状態を検出するためのエンジン冷却状態検出手段と
を更に備え、
前記制御手段は、前記排気還流ガスの還流停止後に、検出される前記冷却状態が所定の状態となったときに前記電磁弁を開弁し、その後に前記還流調節手段の制御を許可する
ことを特徴とする請求項７に記載の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を燃焼室へ還流させる排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、自動車用エンジンに採用される排気還流装置（Exhaust Gas Recirculation（ＥＧＲ）装置）が知られている。このＥＧＲ装置は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路を介して吸気通路へ導き、吸気通路を流れる吸気と混合させて燃焼室へ還流させるようになっている。ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲ弁により調節されるようになっている。このＥＧＲにより、主として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができ、エンジンの部分負荷時における燃費向上を図ることができる。
【０００３】
エンジンの排気は、酸素が含まれていないか酸素が希薄な状態にある。従って、ＥＧＲにより排気の一部を吸気と混ぜることで、吸気中の酸素濃度が低下する。このため、燃焼室では、酸素濃度が低い状態で燃料が燃焼することから、燃焼時のピーク温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。ガソリンエンジンでは、ＥＧＲガス分だけ余分にスロットルを開くことができるため、ポンピングロスを低減することができる。
【０００４】
ところで、エンジンの冷間始動時に、ＥＧＲ弁を直ちに開弁してＥＧＲ通路と吸気通路へＥＧＲガスを流すと、ＥＧＲガス中の水分が冷えてＥＧＲ通路やＥＧＲ弁、並びに吸気通路にて凝縮水が発生するおそれがある。この凝縮水が燃焼室に取り込まれると、エンジンに失火等が生じるおそれがある。ここで、ＥＧＲ通路にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラが設けられる場合がある。ＥＧＲクーラには、エンジンを冷却する冷却水の一部が循環するように構成される。エンジンの冷間始動時には、このＥＧＲクーラで凝縮水が発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、一般に、エンジンの冷間始動時には、暖機運転を行ってからＥＧＲ弁を開弁してＥＧＲを開始するようになっている。図２３には、ある運転モードにおいてＥＧＲクーラを流れる冷却水の温度（冷却水温度）と車速の変化をグラフにより示す。ＥＧＲクーラでは、図２３に示すように、冷却水温度が「６０℃」以下となる凝縮水発生領域で、凝縮水が発生する。そこで、安全を見込んで、冷却水温度が「７０℃」以上となったときに、ＥＧＲ弁を開弁してＥＧＲ通路にＥＧＲガスを導入するようになっている。図２３のグラフでは、冷却水温度が「２５℃」のときにエンジンの始動を開始してから、冷却水温度が「７０℃」になるまでに「約４００秒」の時間を要することがわかる。
【０００６】
ここで、例えば、下記の特許文献１には、ＥＧＲ装置に関連して次のような技術が記載されている。すなわち、エンジンの冷間始動時には、暖機運転のためにＥＧＲ弁を閉じ、ＥＧＲ弁より上流のＥＧＲ通路とバイパス通路にＥＧＲガスを流して排気通路へ戻すようになっている。これにより、暖機運転の間にＥＧＲ通路を温めるようになっている。また、暖機運転完了後にＥＧＲ弁を開弁することにより、ＥＧＲ通路やＥＧＲ弁にて凝縮水が発生しないようになっている。更に、ＥＧＲガスが不用意に温度低下することを防止し、燃焼室での燃料の燃焼を安定化させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１４８８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１に記載のＥＧＲ装置では、暖機運転完了を待ってＥＧＲ弁を開弁していることから、暖機運転の間は燃焼室へＥＧＲガスを導入することができず、その分だけＥＧＲガスによる燃費向上を図ることができなかった。また、暖機運転中にＥＧＲ弁より上流のＥＧＲ通路に排気ガスが流れるが、暖機運転完了後に上流部分のＥＧＲ通路の温度が十分に上がっていないと、ＥＧＲガスが冷やされて凝縮水が発生するおそれがあった。
【０００９】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの冷間始動時に、凝縮水を伴うことなくＥＧＲガスを早期に燃焼室へ導入させることを可能とした排気還流装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして燃焼室へ還流させる排気還流通路と、排気還流通路における排気還流ガスの流れを調節するための還流調節手段と、排気還流ガスを冷却するために還流調節手段より上流の排気還流通路に設けられたガス冷却手段とを備えた排気還流装置において、排気還流ガスを加圧するためにガス冷却手段より上流の排気還流通路に設けられたガス加圧手段と、ガス加圧手段により加圧された排気還流ガスを一時的に蓄えるためにガス冷却手段より下流の排気還流通路に設けられたサージタンクと、ガス冷却手段からサージタンクへ向かう排気還流ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを規制するためにガス冷却手段とサージタンクとの間の排気還流通路に設けられた逆止弁と、サージタンクから排気還流ガスを排気通路へ戻すための戻し通路と、サージタンクの中の排気還流ガスを調圧するために戻し通路に設けられたガス調圧弁と、サージタンクの中の圧力をタンク圧力として検出するためのタンク圧力検出手段と、燃焼室への排気還流ガスの還流を制御するために、検出されるタンク圧力に基づいてガス加圧手段及び還流調節手段を制御するための制御手段とを備えたことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、排気通路から排気還流通路に流れる排気還流ガスは、ガス冷却手段より上流にてガス加圧手段により加圧されるので、その温度が上昇する。また、サージタンク及び排気還流通路の中の圧力はガス圧調圧弁により調圧され、排気還流ガスの一部は戻し通路を介して排気通路へ流れる。このとき、サージタンクや排気還流通路の中の凝縮水も排気還流ガスと共に排気通路へ排出される。従って、排気還流ガスから凝縮水が発生し難くなり、また発生しても戻し通路を介して排気通路へ排出される。よって、還流調節手段の調節により燃焼室へ排気還流ガスが導入されるときは、凝縮水を含まない排気還流ガスが導入されることになる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、戻し通路は、第１端と第２端とを含み、第１端がサージタンクに接続され、第２端が、排気還流通路の排気通路に対する接続位置より下流の排気通路に接続されたことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、戻し通路の第２端が、排気還流通路の排気通路に対する接続位置より下流の排気通路に接続されるので、戻し通路から排気通路へ排出される凝縮水が再び排気還流通路へ流入することがない。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、排気還流通路は、入口と出口とを含み、入口が排気通路に接続され、出口がエンジンの近傍の吸気通路又は燃焼室に接続されたことを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、排気通路を流れる排気の一部が、入口から排気還流通路へ入り、ガス加圧手段により加圧され、還流調節手段が作動することで加圧された排気還流ガスが出口からエンジンの近傍の吸気通路又は燃焼室へ膨張しながら導入される。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、ガス加圧手段は、電動式の圧縮機であることを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、電動式の圧縮機は、必要に応じ又はある条件に応じ電気的な制御が可能となる。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、ガス加圧手段は、排気通路を流れる排気により作動する圧縮機であることを趣旨とする。
【００１９】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、圧縮機は、排気通路を流れる排気により作動することから、別途動力を与える必要がない。
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、ガス調圧弁は、戻し通路の中の圧力に感応して作動するチェックバルブであり、チェックバルブは、所定圧力以上で開弁することを趣旨とする。
【００２１】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の作用に加え、チェックバルブは、戻し通路の中の圧力に感応して作動し、所定圧力以上で開弁することから、別途動力を与える必要がない。
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、ガス調圧弁は、電磁弁であり、制御手段は、検出されるタンク圧力に基づいて電磁弁を制御することを趣旨とする。
【００２３】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の作用に加え、電磁弁は、制御手段により、検出されるタンク圧力に基づき制御されるので、必要に応じた動作の設定が可能となる。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、制御手段は、排気還流ガスの還流停止後に、検出されるタンク圧力が第１の所定値以下となったとき、タンク圧力が、第１の所定値より大きい第２の所定値以上になるまでガス加圧手段を制御してから電磁弁を開弁し、その後に還流調節手段の制御を許可することを趣旨とする。
【００２５】
上記発明の構成によれば、請求項７に記載の発明の作用に加え、排気還流ガスの還流停止後に、タンク圧力が第１の所定値以下となったとき、タンク圧力が、第１の所定値より大きい第２の所定値以上になるまでガス加圧手段が制御手段により制御されて排気還流ガスが加圧される。タンク圧力が第２の所定値以上になると電磁弁が制御手段により開弁され、排気還流通路及びサージタンクで発生した凝縮水が戻し通路を介して排気通路へ排出される。その後に還流調節手段の制御が制御手段により許可されることで、加圧された排気還流ガスが必要に応じて吸気通路又は燃焼室へ膨張しながら導入される。
【００２６】
上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、エンジンを冷却するためのエンジン冷却手段と、エンジンの冷却状態を検出するためのエンジン冷却状態検出手段とを更に備え、制御手段は、排気還流ガスの還流停止後に、検出される冷却状態が所定の状態となったときに電磁弁を開弁し、その後に還流調節手段の制御を許可することを趣旨とする。
【００２７】
上記発明の構成によれば、請求項７に記載の発明の作用に加え、排気還流ガスの還流停止後に、エンジンの冷却状態が所定の状態となったときに電磁弁が制御手段により開弁され、排気還流通路及びサージタンクで発生した凝縮水が戻し通路を介して排気通路へ排出される。その後に還流調節手段の制御が制御手段により許可されることで、必要に応じて加圧された排気還流ガスが吸気通路又は燃焼室へ膨張しながら導入される。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１に記載の発明によれば、エンジンの冷間始動時に、始動直後からでも凝縮水を伴うことなく排気還流ガスを早期に燃焼室へ導入することができる
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、排気通路へ排出された凝縮水を不用意に排気還流通路へ戻すことがなく、排気通路へ排出された凝縮水の全てを外部へ向けて排出することができる。
【００３０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、ガス冷却手段による冷却分も含め、燃焼室の中で膨張する排気還流ガスの温度が一気に低下し、燃焼室の中が冷やされ、燃焼室に導入される吸気の温度が低下し、吸気の充填効率を向上させることができる。
【００３１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加え、排気還流ガスの加圧圧縮に関する自由度を向上させることができ、排気還流の制御性を高めることができる。
【００３２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加え、圧縮機を制御手段により制御する必要がない分だけこの本装置の電気的構成を簡略化することができる。
【００３３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の効果に加え、チェックバルブを制御手段により制御する必要がない分だけ本装置の電気的構成を簡略化することができる。
【００３４】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の効果に加え、排気還流ガスの調圧及び凝縮水の排出に関する自由度を向上させることができ、排気還流の制御性を高めることができる。
【００３５】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明の効果に加え、排気還流ガスの還流再開時、最初に排気還流ガスが圧縮される過程で発生するおそれのある凝縮水を排気通路へ排出した上で排気還流ガスを燃焼室へ導入することができる。
【００３６】
請求項９に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明の効果に加え、エンジンの始動時に、エンジンの停止中に排気還流通路等で発生した凝縮水を排気通路へ排出した上で排気還流ガスを燃焼室へ導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態に係り、ＥＧＲ装置を含むエンジンシステムを示す概略図。
【図２】第１実施形態に係り、ＥＧＲ過給制御の内容を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態に係り、エンジン回転速度とエンジン負荷に対する圧縮機作動要求領域及びＥＧＲ導入要求領域の関係を示すグラフ。
【図４】第１実施形態に係り、ＥＧＲガス圧縮開始後のタンク圧力の変化を示すタイムチャート。
【図５】第１実施形態に係り、完了フラグの設定処理の内容を示すフローチャート。
【図６】第１実施形態に係り、冷却水温度の変化を示すタイムチャート。
【図７】第１実施形態に係り、ＥＧＲガス圧縮比に対するＥＧＲガスの圧縮後温度の関係を示すグラフ。
【図８】第１実施形態に係り、ＥＧＲガス圧縮比に対するＥＧＲガスの圧縮後露点温度の関係を示すグラフ。
【図９】第１実施形態に係り、空気温度に対する飽和水蒸気量の関係を示すグラフ。
【図１０】第１実施形態に係り、温度差に対する熱交換率の関係を示すグラフ。
【図１１】第１実施形態に係り、ＥＧＲガス圧縮比に対する混合気温度の関係を示すグラフ。
【図１２】第１実施形態に係り、ＥＧＲガス圧縮比に対する混合気密度の関係を示すグラフ。
【図１３】第１実施形態に係り、ＥＧＲガス圧縮比に対する混合気到達温度の関係を示すグラフ。
【図１４】第１実施形態に係り、ＥＧＲガス圧縮比に対する実現可能なエンジン圧縮比の関係を示すグラフ。
【図１５】第１実施形態に係り、ＥＧＲガス圧縮比に対する理論熱効率の関係を示すグラフ。
【図１６】第１実施形態に係り、 ＥＧＲ装置の制御に係る各種条件の一例を示す表。
【図１７】第２実施形態に係り、ＥＧＲ装置を含むエンジンシステムを示す概略図。
【図１８】第２実施形態に係り、ＥＧＲ過給制御の内容を示すフローチャート。
【図１９】第２実施形態に係り、ＥＧＲ可能フラグの設定処理の内容を示すフローチャート。
【図２０】第３実施形態に係り、ＥＧＲ装置を含むエンジンシステムを示す概略図。
【図２１】別の実施形態に係り、エンジン回転速度とエンジン負荷に対する圧縮機作動要求領域及びＥＧＲ導入要求領域の関係を示すグラフ。
【図２２】別の実施形態に係り、ＥＧＲ装置を含むエンジンシステムを示す概略図。
【図２３】従来例に係り、ある運転モードにおいてＥＧＲクーラを流れる冷却水の温度（冷却水温度）と車速の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の排気還流装置（ＥＧＲ装置）を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
図１に、この実施形態のＥＧＲ装置を含むエンジンシステムを概略図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１の燃焼室２には、吸気通路３と排気通路４が接続される。吸気通路３には、吸気量を調節するためのスロットル弁５が設けられる。周知のように、エンジン１には、燃焼室２へ燃料を供給するための燃料供給装置、燃料に点火するための点火装置等（それぞれ図示略）が設けられる。吸気通路３には、エアクリーナ及びスロットル弁等（それぞれ図示略）が設けられる。排気通路４には、触媒コンバータ等（図示略）が設けられる。エンジン１には、エンジンを冷却するために冷却水が流れる冷却水通路６を含む周知の冷却装置が設けられる。この冷却水通路６は、本発明のエンジン冷却手段の一例に相当する。
【００４０】
この実施形態で、ＥＧＲ装置は、エンジン１の燃焼室２から排気通路４へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室２へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）１１を備える。ＥＧＲ通路１１は、入口１１ａと出口１１ｂとを含む。入口１１ａは排気通路４に接続され、出口１１ｂは燃焼室２に直接接続される。ＥＧＲ通路１１には、その上流側から下流側へ向けて順に、圧縮機１２、ＥＧＲクーラ１３、逆止弁１４、サージタンク１５及び小型電磁弁１６が設けられる。
【００４１】
小型電磁弁１６は、ＥＧＲ通路１１におけるＥＧＲガスの流れを調節するためのもので、高速開閉可能に構成される。小型電磁弁１６は、本発明の還流調節手段の一例に相当する。ＥＧＲクーラ１３は、ＥＧＲガスを冷却するために小型電磁弁１６より上流のＥＧＲ通路１１に設けられる。ＥＧＲクーラ１３は、エンジン１の冷却水通路６の冷却水が流れることでＥＧＲガスを冷却するように構成される。ＥＧＲクーラ１３は、本発明のガス冷却手段の一例に相当する。圧縮機１２は、電動式であり、ＥＧＲガスを加圧するためにＥＧＲクーラ１３より上流のＥＧＲ通路１１に設けられる。圧縮機１２は、本発明のガス加圧手段の一例に相当する。この実施形態で、圧縮機１２は、モータにより駆動される電動式である。サージタンク１５は、圧縮機１２により加圧されたＥＧＲガスを一時的に蓄えるためにＥＧＲクーラ１３より下流のＥＧＲ通路１１に設けられる。逆止弁１４は、ＥＧＲクーラ１３からサージタンク１５へ向かうＥＧＲガスの流れを許可し、その逆向きの流れを規制するためにＥＧＲクーラ１３とサージタンク１５との間のＥＧＲ通路１１に設けられる。
【００４２】
サージタンク１５には、サージタンク１５からＥＧＲガスを排気通路４へ戻すための戻し通路１７が設けられる。戻し通路１７は、第１端１７ａと第２端１７ｂとを含む。第１端１７ａは、サージタンク１５に接続され、第２端１７ｂは、ＥＧＲ通路１１の排気通路４に対する接続位置（入口１１ａが接続される位置。）より下流の排気通路４に接続される。戻し通路１７には、サージタンク１５の中のＥＧＲガスを調圧するための電磁弁１８が設けられる。電磁弁１８は、本発明のガス調圧弁の一例に相当する。サージタンク１５には、サージタンク１５の中の圧力をタンク圧力Ｐ０として検出するための圧力センサ３１が設けられる。圧力センサ３１は、本発明のタンク圧力検出手段の一例に相当する。
【００４３】
エンジン１には、その回転速度をエンジン回転速度ＮＥとして検出するための回転速度センサ３２が設けられる。また、エンジン１には、エンジン負荷ＫＬを検出するための負荷センサ３３が設けられる。また、エンジン１には、冷却水通路６を流れる冷却水の温度（冷却水温度）ＴＨＷを検出するための水温センサ３４が設けられる。水温センサ３４は、エンジン１の冷却状態を検出するためのエンジン冷却正体検出手段の一例に相当する。そして、このＥＧＲ装置は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ過給制御を実行するための電子制御装置（ＥＣＵ）４０を備える。ＥＣＵ４０の出力側には、圧縮機１２、小型電磁弁１６及び電磁弁１８が接続される。ＥＣＵ４０の入力側には、圧力センサ３１、回転速度センサ３２、負荷センサ３３及び水温センサ３４が接続される。ＥＣＵ４０は、燃焼室２に対するＥＧＲガスの還流を制御するために、それぞれ検出されるタンク圧力Ｐ０、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬに基づいて圧縮機１２、小型電磁弁１６及び電磁弁１８を制御するようになっている。ＥＣＵ４０は、本発明の制御手段の一例に相当する。
【００４４】
上記した構成によれば、この実施形態では、エンジン１の燃焼室２に対しＥＧＲガスを圧縮して供給する、すなわちＥＧＲ過給を行うようになっている。ここで、ＥＣＵ４０が実行するＥＧＲ過給制御について説明する。図２に、ＥＧＲ過給制御の内容をフローチャートにより示す。処理がこのルーチンへ移行すると、ＥＣＵ４０は、ステップ１００で、回転速度センサ３２及び負荷センサ３３の検出値に基づきエンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬをそれぞれ読み込む。
【００４５】
次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ４０は、圧縮機１２の作動要求が有ったか否かを判断する。ここでは、ＥＣＵ４０は、エンジン１がＥＧＲを実行すべき運転状態にある場合に、圧縮機１２へ作動要求を出力するようになっている。そして、ＥＣＵ４０は、ステップ１１０の判断結果が肯定となる場合に処理をステップ１２０へ移行し、その判断結果が否定となる場合に処理をステップ２５０へ移行する。
【００４６】
ステップ１２０では、ＥＣＵ４０は、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬに基づき、ＥＧＲ圧縮比ＣＲｅ、第１判定圧力Ｐ１及び第２判定圧力Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）をそれぞれ設定する。第１判定圧力Ｐ１は、本発明の第１の所定値の一例に相当し、第２判定圧力は、本発明の第２の所定値の一例に相当する。ＥＣＵ４０は、予め複数設けられた所定のマップを参照することにより、ＥＧＲ圧縮比ＣＲｅ、第１判定圧力Ｐ１及び第２判定圧力Ｐ２をそれぞれ設定する。図３に、エンジン回転速度ＮＥ（横軸）とエンジン負荷ＫＬ（縦軸）に対する圧縮機作動要求領域ＥＣ及びＥＧＲ導入要求領域ＥＥの関係をグラフにより示す。このグラフにおいて、太線より上が圧縮機作動要求領域ＥＣを示し、破線より内側がＥＧＲ導入要求領域ＥＥを示す。この実施形態では、ＥＧＲ導入要求領域ＥＥの全てが圧縮機作動要求領域ＥＣに含まれる。
【００４７】
次に、ＥＣＵ４０は、ステップ１３０で、圧縮機１２を作動させ、ステップ１４０で、圧力センサ３１の検出値に基づきサージタンク１５の中のタンク圧力Ｐ０を読み込む。
【００４８】
次に、ステップ１５０で、ＥＣＵ４０は、水抜き完了フラグＸＦＷが「１」であるか否かを判断する。この水抜き完了フラグＸＦＷは、後述する別ルーチン（図４参照）により処理されるフラグであり、サージタンク１５の水抜き処理が完了している場合に「１」に、未完了の場合に「０」に設定される。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合に処理をステップ１６０へ移行し、この判断結果が否定となる場合に処理をステップ２１０へ移行する。
【００４９】
ステップ２１０では、ＥＣＵ４０は、タンク圧力Ｐ０が第２判定圧力Ｐ２より高いか否かを判断する。ＥＣＵ４０は、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１００へ戻し、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ２２０へ移行する。
【００５０】
ステップ２２０では、ＥＣＵ４０は、電磁弁１８を全開にする。これにより、サージタンク１５に溜まった凝縮水が、戻し通路１７を介して排気通路４へ排出される。
【００５１】
次に、ステップ２３０で、ＥＣＵ４０は、水抜きフラグＸＦＷを「１」に設定し、処理をステップ１００へ戻す。
【００５２】
一方、ステップ１５０から移行してステップ１６０では、ＥＣＵ４０は、タンク圧力Ｐ０が第２判定圧力Ｐ２以下であるか否かを判断する。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１７０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ２４０へ移行する。
【００５３】
ステップ２４０では、ＥＣＵ４０は、タンク圧力Ｐ０に応じて電磁弁１８を開弁し、処理をステップ１００へ戻す。ここで、ＥＣＵ４０は、タンク圧力Ｐ０の大きさに応じて電磁弁１８の開度を調節する。
【００５４】
一方、ステップ１７０では、ＥＣＵ４０は、タンク圧力Ｐ０が第１判定圧力Ｐ１以上であるか否か判断する。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１８０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１００へ戻す。
【００５５】
ステップ１８０では、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲの導入要求が有るか否かを判断する。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１９０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１００へ戻す。
【００５６】
ステップ１９０では、ＥＣＵ４０は、タンク圧力Ｐ０と目標ＥＧＲ量ＴＥＧＲに基づき小型電磁弁１６の開弁時間ＴＶｏを算出する。ＥＣＵ４０は、所定のマップを参照することにより、この開弁時間ＴＶｏを算出することができる。
【００５７】
次に、ステップ２００で、ＥＣＵ４０は、小型電磁弁１６を開弁時間ＴＶｏに基づき制御し、処理をステップ１００へ戻す。これにより、ＥＧＲガスがエンジン１の燃焼室２へ高圧で直接供給される。
【００５８】
一方、ステップ１１０から移行してステップ２５０では、ＥＣＵ４０は、圧縮機１２を停止させる。
【００５９】
次に、ステップ２６０で、ＥＣＵ４０は、電磁弁１２を全開にし、処理をステップ１００へ戻す。これにより、サージタンク１５に溜まった凝縮水が戻し通路１７を介して排気通路４へ排出される。
【００６０】
上記制御によれば、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲガスを圧縮機１２により圧縮する過程で発生した凝縮水を、ＥＧＲ可能判定前に電磁弁１８を開くことで戻し通路１７を介して排気通路４へ排出するようになっている。ここで、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲガス圧縮過程において凝縮水が発生する可能性をタンク圧力Ｐ０に基づき判断する。図４に、ＥＧＲガス圧縮開始後のタンク圧力Ｐ０の変化をタイムチャートにより示す。図４に示すように、ＥＧＲガスは、一度タンク圧力Ｐ０が第２判定圧力（電磁弁１８を全開にする圧力）を超えるまで加圧される。これにより、ＥＧＲ通路１１及びサージタンク１５の中の凝縮水が、戻し通路１７を通じて排気通路４へ排出される（水抜き）。その後、ＥＧＲガスは、タンク圧力Ｐ０が、第１判定圧力Ｐ１と第２判定圧力Ｐ２との間の領域（ＥＧＲ可能領域）に収まるようにエンジン１の運転状態に応じて制御される。タンク圧力Ｐ０が、このＥＧＲ可能領域に入る場合は、ＥＧＲを実行することができる。
【００６１】
次に、上記した水抜き完了フラグＸＦＷの設定処理の内容について説明する。図５に、この設定処理の内容をフローチャートにより示す。
【００６２】
処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ３００で、ＥＣＵ４０は、水抜き完了フラグＸＦＷが「１」であるか否かを判断する。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ３１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ３００へ戻す。
【００６３】
ステップ３１０では、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ装置の停止であるか否か、すなわちＥＧＲガス還流停止であるか否かを判断する。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ３２０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ３００へ戻す。
【００６４】
ステップ３２０では、ＥＣＵ４０は、水温センサ３４の検出値に基づき冷却水温度ＴＨＷを読み込む。
【００６５】
次に、ステップ３３０で、ＥＣＵ４０は、冷却水温度ＴＨＷが、所定の第１判定温度ＴＨ１以下であるか否かを判断する。ここで、第１判定温度ＴＨ１を、例えば、ＥＧＲガスの露点温度付近である「６０℃」に設定することができる。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ３４０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ３００へ戻す。
【００６６】
ステップ３４０では、ＥＣＵ４０は、水抜き完了フラグＸＦＷを「０」に設定し、処理をステップ３００へ戻す。
【００６７】
上記の設定処理によれば、エンジン１の停止時間が長くなりエンジン１の冷却水が冷えることを想定して水抜き完了フラグＸＦＷを「０」にリセットされるようになっている。これは、近年のハイブリッド自動車（ＨＶ）におけるモータ走行時や、エンジン自動車等のアイドリングストップ普及に対応するための処理である。ここで、図６に、冷却水温度ＴＨＷの変化をタイムチャートにより示す。図６に示すように、エンジン運転中の冷却水温度ＴＨＷは、ＥＧＲガス露点温度に相当する第１判定温度ＴＨ１より高くなっている。エンジン運転中の時刻ｔ１で、エンジン１が停止し、その後の停止時間が長くなったり、外気温度が極低温になったりすると、冷却水温度ＴＨＷが第１判定温度ＴＨ１を下回り、凝縮水発生領域に入ることがある。例えば、アイドリングストップ等によりエンジン停止時に冷却水温度ＴＨＷが低下する。このとき、ＥＧＲクーラ１３の温度は、冷却水温度ＴＨＷに依存することから、冷却水温度ＴＨＷが第１判定温度ＴＨ１を下回ると、ＥＧＲクーラ１３で凝縮水が発生する。このような場合には、ＥＧＲ通路１１やサージタンク１５から凝縮水を再度排出する必要があることから、上記の設定処理により水抜き完了フラグＸＦＷをリセットするようになっている。
【００６８】
以上説明したこの実施形態のＥＧＲ装置によれば、排気通路４からＥＧＲ通路１１に流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ１３より上流にて圧縮機１２により加圧され圧縮されるので、その温度が上昇する。しかし、ＥＧＲガス中の飽和水蒸気量は、ＥＧＲガスの温度上昇に伴い指数関数的に上昇するため、ＥＧＲガスの温度上昇に比べて露点温度の上昇が小さい。そのため、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１３で冷やされても、ＥＧＲガス中の水分は凝縮され難い。また、サージタンク１５及びＥＧＲ通路１１の中の圧力は電磁弁１８により調圧され、ＥＧＲガスの一部は戻し通路１７を介して排気通路４へ流れる。このとき、サージタンク１５やＥＧＲ通路１１の中の凝縮水もＥＧＲガスと共に排気通路４へ排出される。従って、ＥＧＲガスから凝縮水が発生し難くなり、また、ＥＧＲガスが圧縮される過程で凝縮水が発生したり、ＥＧＲクーラ１３の内壁面等で凝縮水が発生したりしても、電磁弁１８が開弁されることでＥＧＲガスが調圧され、凝縮水が戻し通路１７を介して排気通路４へ排出される。よって、ＥＧＲ通路１１、ＥＧＲクーラ１３及びサージタンク１５に凝縮水が滞留しなくなる。このため、小型電磁弁１６の調節により燃焼室２へＥＧＲガスが導入されるときは、凝縮水を含まないＥＧＲガスが導入されることになる。この結果、エンジン１の冷間始動時に、凝縮水を伴うことなくＥＧＲガスを早期に燃焼室２へ導入させることができる、という効果（以下「効果（１）」という。）を得ることができる。この効果（１）により、エンジン１の暖気運転の間も燃焼室２へＥＧＲガスを導入することができ、その分だけＥＧＲガスによる燃費向上を図ることができる。
【００６９】
この実施形態では、必要なときには、ＥＣＵ４０が小型電磁弁１６を開弁制御することで、ＥＧＲガスが燃焼室２へ直接噴射されて導入され、その導入時には、圧縮されていたＥＧＲガスが燃焼室２で膨張する。このため、ＥＧＲクーラ１３による冷却分も含め、ＥＧＲガスが一気に温度低下することになり、燃焼室２の中が冷やされる。
【００７０】
ここで、上記効果（１）について以下に検証する。ＥＧＲガスを圧縮することによるＥＧＲガス温度の上昇は、可逆断熱変化と仮定すると、次式ＥＱ１で表すことができる。式ＥＱ１において、「Ｔ」は温度、「Ｐ」は圧力、「Ｋ」は比熱比を示し、「Ｔ」と「Ｐ」の下付き文字の「１」と「２」は、それぞれ圧縮の前と後の違いを示す。
Ｔ2＝Ｔ1＊（Ｐ2／Ｐ1）(K-1)/K   ・・・ＥＱ１
【００７１】
図７に、圧縮前ＥＧＲガス温度を「２００℃」、ＥＧＲガス比熱比を「１.３（ＣＯ2を想定）」、圧縮前圧力を「１０１.３ｋＰａ（大気圧を想定）」とした場合の、ＥＧＲガス圧縮比に対するＥＧＲガスの圧縮後温度の関係をグラフにより示す。図７から、ＥＧＲガスは、圧縮比が大きくなるほど、すなわち大きく圧縮するほど温度が高くなることがわかる。
【００７２】
ＥＧＲガスを圧縮するとＥＧＲガス中の水蒸気分圧も圧縮されるため、露点温度が上昇する。図８に、ＥＧＲガス圧縮前の水蒸気分圧を「１９.９ｋＰａ（ＥＧＲ率１００％における露点温度６０℃を想定）」として、ＥＧＲガス圧縮比に対するＥＧＲガスの圧縮後露点温度の関係をグラフにより示す。図８から、図７の圧縮後温度上昇に比べ、圧縮後露点温度の上昇は小さいことがわかる。これは空気温度と飽和水蒸気量との関係による。図９に、空気温度に対する飽和水蒸気量の関係をグラフにより示す。図９から、飽和水蒸気量は空気が高温になるほど指数関数的に増加することがわかる。
【００７３】
ＥＧＲクーラ１３によるＥＧＲガスの冷却を、ＥＧＲガスが「１５０℃」になるまで行った場合、図８に示すように、圧縮後露点温度が上昇しても、図７に示すように、それ以上にＥＧＲガスの圧縮後温度が上昇するため、圧縮によるＥＧＲガスの温度上昇からくる露点温度の上昇への影響は小さい。そのため、ＥＧＲガスが圧縮後に高温になることで露点温度を下回り難くなり、凝縮水が発生し難くなる。ただし、ＥＧＲクーラ１３は水温に依存するため、ＥＧＲクーラ１３の中の温度境界層の壁面直上では、凝縮水が発生する可能性はある。しかし、発生した凝縮水は電磁弁１８が開弁されることで戻し通路１７を介して排気通路４へ排出されるため、ＥＧＲガス導入の際に燃焼室２に凝縮水が入ることを防ぐことができる。上記のように効果（１）について検証することができる。
【００７４】
また、ＥＧＲガス温度が上昇することで水温依存のＥＧＲクーラ１３との温度差ΔＴm（対数平均温度差）が大きくなる。このため、伝熱量Ｑが大きくなり、熱交換率が上昇する。次式ＥＱ２に、伝熱量Ｑと温度差ΔＴmとの関係を示す。式ＥＱ２において、「Ｋ」は熱通過率、「Ａ」は熱交換面積を示す。また、図１０に、温度差ΔＴmに対する熱交換率の関係をグラフにより示す。このグラフでは、熱通過率Ｋと熱交換面積Ａを一定とした。
Ｑ＝Ｋ＊Ａ＊ΔＴm    ・・・ＥＱ２
【００７５】
そのため、ＥＧＲクーラ１３の性能が出しやすくなり、簡素化できる可能性がある。ただし、ＥＧＲクーラ１３や配管に高圧に耐え得る構造が必要になる。図１０では、熱通過率Ｋを一定としたが、圧縮することで全圧が高くなり、熱伝達率が増加することで、熱通過率Ｋも増加する。そのため、より伝熱量が増加し、熱交換率が増加することになる。
【００７６】
また、上記したＥＧＲ過給制御によれば、排気通路４を流れる排気の一部が、入口１１ａからＥＧＲ通路１１へ入り、圧縮機１２により加圧圧縮され、小型電磁弁１６が作動することで圧縮されたＥＧＲガスが出口１１ｂからエンジン１の燃焼室２へ膨張しながら直接導入される。すなわち、必要なときには、ＥＣＵ４０が小型電磁弁１６を開弁制御することで、ＥＧＲガスが燃焼室２へ直接噴射されて導入され、その導入時には、圧縮されていたＥＧＲガスが燃焼室２で膨張する。このため、ＥＧＲクーラ１３による冷却分も含め、燃焼室２の中で膨張するＥＧＲガスの温度が一気に低下し、燃焼室２の中が冷やされ、燃焼室２に導入される吸気の温度が低下し、吸気の充填効率を向上させることができる、という効果（以下「効果（２）」という。）を得ることができる。
【００７７】
ここで、上記効果（２）について以下に検証する。圧縮機１２で圧縮されたＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ１３で冷却されて温度低下し、高速開閉可能な小型電磁弁１６により噴射されることで、燃焼室２に直接導入される。その際、圧縮されていたＥＧＲガスは、燃焼室２の中の圧力に応じて膨張するため温度が低下する。ここで、圧縮前のＥＧＲガスの圧力を「１０１.３ｋＰａ」、ＥＧＲクーラ１３を通過した後のＥＧＲガスの温度を「１５０℃」とし、燃焼室２に導入された際のＥＧＲ率を「２５％」、吸気温度を「２５℃」、吸気圧力を大気圧の「１０１.３ｋＰａ」とすると、ＥＧＲガス導入後の燃焼室２における吸気と燃料の混合気の温度は、図１１に示す結果となる。図１１は、ＥＧＲガス圧縮比に対する混合気温度の関係をグラフにより示す。ここでは、可逆断熱変化を、先に示した式ＥＱ１により算出した。高圧のＥＧＲガスは一気に膨張することで温度低下する。図１１より、ＥＧＲガス圧縮比が大きいほど混合気温度の低下が大きく、ＥＧＲガス圧縮比を約５以上にした場合に、混合気温度は吸気温度（２５℃）以下となることがわかる。
【００７８】
上記検討より、ＥＧＲガス圧縮比が大きいほど混合気温度が低下することがわかる。そこで、混合気の温度低下による混合気密度増加について図１２に示す。図１２は、ＥＧＲガス圧縮比に対する混合気密度の関係をグラフにより示す。混合気密度は気体状態方程式により次式ＥＱ３で表わすことができる。式ＥＱ３において、「ｐ」は圧力、「ρ」は密度、「Ｔ」は温度、「Ｒ」は気体定数を表わす。ここでは、混合気を理想気体として気体定数Ｒを「２８７［ｌ/ｋｇｋ］」とした。図１２より、ＥＧＲガス圧縮比が大きくなるほど混合気密度が増加することがわかる。以上のように効果（２）について検証することができる。
ρ＝ｐ／Ｒ＊Ｔ  ・・・ＥＱ３
【００７９】
また、上記したＥＧＲ過給制御によれば、燃焼室２へのＥＧＲガス導入時に、ＥＧＲガス温度が低下して露点温度を下回った場合に、エンジン始動時等を除けば、燃焼室２の内壁温度は露点温度を上回っている。このため、水分は空間凝縮（湯気状態）となり失火や腐食につながらず、凝縮潜熱により、効果（２）に加え、更に燃焼室２の温度が下がり、吸気の充填効率を更に向上させることができる、という効果（以下「効果（３）」という。）を得ることができる。
【００８０】
ここで、上記効果（３）について以下に検証する。混合気の露点温度を算出する。ここで、上記効果（２）検証時の条件において、吸気の相対湿度を「１００％」とすると、「２５℃」の吸気の水蒸気分圧は「３.２ｋＰａ」となる。膨張後のＥＧＲガスの水蒸気分圧が「１９.９ｋＰａ」（ＥＧＲ率が「１００％」で、露点温度を「６０℃」とした。）の場合は、混合気の水蒸気分圧は「７.４ｋＰａ」となり、露点温度は「４０℃」となる。そのため、図１１より、ＥＧＲガス圧縮比が２前後で混合気温度が露点温度（４０℃）を下回ることになる。そのため、燃焼室２へのＥＧＲガス導入時にＥＧＲガスが凝縮する可能性がある。ただし、エンジン始動直後を除き、燃焼室２の壁面温度は混合気露点温度（この場合「４０℃」）よりも高く、凝縮は空間凝縮（湯気状態）で発生し、エンジン１の圧縮行程において再び気化し、腐食や失火の要因とはならない。また、凝縮による潜熱効果で、図１１に比べて混合気温度が更に低下すると考えられる。そのため、混合気の温度低下による密度上昇から、充填効率の向上を見込むことができる。以上のように効果（３）について検証することができる。
【００８１】
上記したＥＧＲ過給制御によれば、効果（２）及び（３）に加え、燃焼室２の温度が下がることで、ノッキングを抑制することができる。これにより、エンジン１の圧縮比を上げることができ、燃焼効率を向上させることができる、という効果（以下「効果（４）」という。）を得ることができる。
【００８２】
ここで、上記効果（４）について以下に検証する。混合気の温度低下により燃焼室２での圧縮による混合気の到達温度が低下する。このため、ノッキング発生を抑制することができる。エンジン１の圧縮比を「１０」、混合気を理想気体とした場合のエンジン圧縮行程における混合気の到達温度を図１３に示す。図１３は、ＥＧＲガス圧縮比に対する混合気到達温度の関係をグラフにより示す。ここでは、燃焼室２の内壁面等から受ける熱は考慮せず、可逆断熱変化として、式ＥＱ１より温度を算出する。ＥＧＲガス圧縮比が大きくなるほど混合気の温度が低下するため、混合気到達温度は低下する。
【００８３】
ＥＧＲガスを圧縮しない（ＥＧＲガス圧縮比が「１」）の場合、エンジン１の圧縮比を「１０」とすると、圧縮後の混合気が「３６２℃」に到達する。これを基準にして、ＥＧＲガスを圧縮した場合の実現可能な圧縮比を算出した結果を図１４に示す。図１４は、ＥＧＲガス圧縮比に対する実現可能なエンジン圧縮比の関係をグラフにより示す。（到達温度が「３６２℃」となるエンジン圧縮比を算出した。）図１４より、ＥＧＲガス圧縮比が大きくなるほど混合気の温度が低下するため、エンジン圧縮比が高くなることがわかる。
【００８４】
上記検討より、エンジン圧縮比を上げられることがわかったので、ＥＧＲガス圧縮比を上げた場合の理論熱効率ηthを次式ＥＱ４により算出する。その算出結果を図１５に示す。図１５は、ＥＧＲガス圧縮比に対する理論熱効率の関係をグラフにより示す。ここでは、機械損失や摩擦損失等は考慮せず、熱サイクルによる理論熱効率を算出する。オットーサイクルの理論熱効率は次式ＥＱ４で表される。次式ＥＱ４において、「ε」は圧縮比、「Ｋ」は比熱比を表し、ここでは理想気体を想定して「Ｋ＝１.４」とする。
ηth＝１−１／ε(K-1)  ・・・ＥＱ４
【００８５】
図１５より、ＥＧＲガス圧縮比を増大させて混合気温度を下げることにより、実現可能なエンジン圧縮比が大きくなることから、理論熱効率が増大する。例えば、図１５において、ＥＧＲガス圧縮比「１」から「６」に増大してエンジン圧縮比を「１０」から「１５」にすると、エンジン圧縮比「１０」（ＥＧＲガス圧縮比「１」）の場合に比べ、理論熱効率が「０.６％」から「約０.６６％」となり、「約６％」向上することがわかる。以上のように効果（４）について検証することができる。
【００８６】
ここで、一例として、図１６に示す各種条件下での本実施形態のＥＧＲ装置におけるＥＧＲガスの温度変化について説明する。ＥＧＲ通路１１の入口１１ａで「２００℃」のＥＧＲガスは、圧縮機１２で圧縮されることで「４４２℃」に上昇し、ＥＧＲクーラ１３で冷却されることで「１５０℃」に低下し、その「１５０℃」でサージタンク１５と小型電磁弁１６を通過する。そして、小型電磁弁１６から燃焼室２へ噴射されたＥＧＲガスは、膨張によって「２０℃」に低下する。このとき、吸気通路３から燃焼室２に導入される混合気が「２５℃」とすると、その混合気は燃焼室２にてＥＧＲガスにより冷やされることになる。
【００８７】
この実施形態では、ＥＧＲガスの還流停止後に、タンク圧力Ｐ０が第１判定圧力Ｐ１（第１の所定値）以下となったとき、タンク圧力Ｐ０が、第１判定圧力Ｐ１より大きい第２判定圧力（第２の所定値）以上になるまで圧縮機１２がＥＣＵ４０により制御されてＥＧＲガスが加圧される。ここで、タンク圧力Ｐ０が第２判定圧力Ｐ２以上になると電磁弁１８がＥＣＵ４０により開弁され、ＥＧＲ通路１１及びサージタンク１５で発生した凝縮水が戻し通路１７を介して排気通路４へ排出される。その後、小型電磁弁１６の制御がＥＣＵ４０により許可されることで、加圧されたＥＧＲガスが必要に応じて燃焼室２へ膨張しながら導入される。このため、ＥＧＲガスの還流再開時、最初にＥＧＲガスが圧縮される過程で発生するおそれのある凝縮水を排気通路４へ排出した上でＥＧＲガスを燃焼室２へ直接導入することができる。
【００８８】
この実施形態では、ＥＧＲガスの還流停止後に、エンジン１の冷却状態を反映した冷却水温度ＴＨＷが所定の暖機状態を想定した第１判定温度ＴＨ１となったときに電磁弁１８がＥＣＵ４０により開弁され、ＥＧＲ通路１１及びサージタンク１５で発生した凝縮水が戻し通路１７を介して排気通路４へ排出される。その後に小型電磁弁１６の制御がＥＣＵ４０により許可されることで、加圧されたＥＧＲガスが必要に応じて燃焼室２へ膨張しながら導入される。このため、エンジン１の始動時に、エンジン１の停止中にＥＧＲ通路１１等で発生した凝縮水を排気通路４へ排出した上でＥＧＲガスを燃焼室２へ直接導入することができる。
【００８９】
この実施形態では、戻し通路１７の第２端１７ｂが、ＥＧＲ通路１１の排気通路４に対する接続位置より下流の排気通路４に接続されるので、戻し通路１７から排気通路４へ排出される凝縮水が再びＥＧＲ通路１１へ流入することがない。このため、排気通路４へ排出された凝縮水を不用意にＥＧＲ通路１１へ戻すことがなく、排気通路４へ排出された凝縮水の全てを外部へ向けて排出することができる。
【００９０】
この実施形態では、電動式の圧縮機１２が使用されるので、必要に応じ又はある条件に応じ圧縮機１２を電気的に制御することが可能となる。このため、ＥＧＲガスの加圧圧縮に関する自由度を向上させることができ、ＥＧＲの制御性を高めることができる。
【００９１】
この実施形態では、戻し通路１７に設けられる電磁弁１８が、ＥＣＵ４０により、タンク圧力Ｐ０に基づき制御されるので、電磁弁１８につき、必要に応じた動作の設定が可能となる。このため、ＥＧＲガスの調圧及び凝縮水の排出に関する自由度を向上させることができ、ＥＧＲの制御性を高めることができる。
【００９２】
まとめると、この実施形態のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲガスを圧縮し、すなわち過給することにより、ＥＧＲガス温度を上昇させて凝縮水の発生を抑制することができる。また、過給されたＥＧＲガスを燃焼室２へ直接導入して燃焼室２の中で膨張させることにより、燃焼室２の中の温度低下させることができ、また、空間凝縮水発生の潜熱により燃焼室２の中の温度を低下させることができる。これら燃焼室２の温度低下により燃焼室２での吸気の充填効率を向上させることができる。更に、燃焼室２の中へＥＧＲガスを直接導入できるため、エンジン１の急減速時等の応答遅れによる失火を防止することができる。
【００９３】
その他、この実施形態では、冷間時にエンジン１でＥＧＲガス導入要求がないときにも、積極的に圧縮機１２を駆動させることにより、ＥＧＲ通路１１を暖機することができる。このとき発生した凝縮水は、電磁弁１８を開けることで戻し通路１７を介して排気通路４へ排出させることができる。
【００９４】
また、この実施形態では、戻し通路１７の電磁弁１８を、エンジン停止時等に開けるように制御を設定することができる。そのため、ＥＧＲガスを高圧にする必要のないエンジン停止時には、電磁弁１８を開けることでＥＧＲ通路１１の圧力を抜くことができる。
【００９５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の排気還流装置（ＥＧＲ装置）を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００９６】
なお、以下の説明において前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点について説明する。
【００９７】
図１７に、この実施形態のＥＧＲ装置を含むエンジンシステムを概略図により示す。この実施形態では、第１実施形態の電磁弁１８に代わりチェックバルブ２１が戻し通路１７に設けられる。チェックバルブ２１は、戻し通路１７の中の圧力に感応して開閉作動するものである。チェックバルブ２１は、その上流側にかかる圧力とその下流側にかかる圧力との圧力差に応じて開閉作動するようになっている。また、チェックバルブ２１は、所定圧力（後述する第１判定圧力Ｐ１：開弁圧力）以上で開くように構成される。このチェックバルブ２１が設けられた違いに合わせ、この実施形態では、ＥＧＲ過給制御の内容の一部が第１実施形態と異なる。図１８に、この実施形態におけるＥＧＲ過給制御の内容をフローチャートにより示す。
【００９８】
図１８のフローチャートでは、図２のフローチャートにおけるステップ１２０、ステップ１６０、ステップ２２０、ステップ２４０，２５０，２６０の処理が省略され、ステップ１５０に代わりステップ１５５の処理が設けられる。このルーチンにおいて、ステップ１７０，４１０で判断される第１判定圧力Ｐ１は、チェックバルブ２１を開弁できる開弁圧力に相当し、ステップ２１０で判断される第２判定圧力Ｐ２は、チェックバルブ２１を全開にできる全開圧力に相当する。
【００９９】
処理がこのルーチンへ移行すると、ＥＣＵ４０は、ステップ１００，１１０，１３０，１４０の処理を実行する。ここで、ステップ１１０の判断結果が否定となる場合は、ＥＣＵ４０は、そのまま処理をステップ１００へ戻す。
【０１００】
ステップ１４０から移行してステップ１５５では、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ可能フラグＸＦＥが「１」であるか否かを判断する。このＥＧＲ可能フラグＸＦＥは、後述する別ルーチン（図１９参照）により処理されるフラグであり、ＥＧＲ過給制御の実行が可能である場合に「１」に、不可能である場合に「０」に設定される。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合に処理をステップ１７０へ移行し、ステップ１７０〜ステップ２００の処理をそれぞれ実行する。
【０１０１】
一方、ステップ１５５の判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ４０は、ステップ４００で、水抜き完了フラグＸＦＷが「１」であるか否かを判断する。この水抜き完了フラグＸＦＷは、図４に示す別ルーチンにより処理されるフラグである。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ４１０へ移行する。
【０１０２】
ステップ４１０では、ＥＣＵ４０は、タンク圧力Ｐ０が第１判定圧力Ｐ１以下であるか否か判断する。ＥＣＵ４０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ４２０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１００へ戻す。
【０１０３】
ステップ４２０では、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ可能フラグＸＦＥを「１」に設定し、処理をステップ１００へ戻す。
【０１０４】
一方、ステップ４００の判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ４０は、ステップ２１０へ移行し、ステップ２１０，２２０の処理を実行した後、処理をステップ１００へ戻す。
【０１０５】
上記制御によれば、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲガスを圧縮機１２で圧縮する過程で発生した凝縮水を、ＥＧＲ可能判定前にチェックバルブ２１が全開となることで戻し通路１７を介して排気通路４へ排出するようになっている。
【０１０６】
次に、上記したＥＧＲ可能フラグＸＦＥの設定処理の内容について説明する。図１９に、この設定処理の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、図５のフローチャートにおけるステップ３００とステップ３４０の代わりにステップ３０５とステップ３４５が設けられる。
【０１０７】
すなわち、ステップ３０５では、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ可能フラグＸＦＥが「１」であるか否かを判断し、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ３１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ３００へ戻す。
【０１０８】
一方、ステップ３４５では、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ可能フラグＸＦＥを「０」に設定し、処理をステップ３００へ戻す。
【０１０９】
上記設定処理によれば、エンジン１の停止時間が長くなりエンジン１の冷却水が冷えることを想定してＥＧＲ可能フラグＸＦＥを「０」にリセットするようになっている。これも近年のハイブリッド自動車（ＨＶ）におけるモータ走行時や、エンジン自動車等のアイドリングストップ普及に対応するための処理である。例えば、エンジン運転中からエンジン１が停止し、その後の停止時間が長くなったり、外気温度が極低温になったりすると、冷却水温度ＴＨＷが第１判定温度ＴＨ１を下回り、凝縮水発生領域に入ることがある。このとき、ＥＧＲクーラ１３で凝縮水が発生するおそれがあり、ＥＧＲを実行すると、その凝縮水が燃焼室２へ導入されるおそれがある。そこで上記設定処理によりＥＧＲ可能フラグＸＦＥをリセットし、ＥＧＲの実行を規制するようになっている。
【０１１０】
以上説明したこの実施形態のＥＧＲ装置によれば、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。これに加え、この実施形態では、戻し通１７に設けられるチェックバルブ２１が、戻し通路１７の中の圧力に感応して作動し、所定圧力以上で開弁することから、チェックバルブ２１に別途動力を与える必要がない。そのため、チェックバルブ２１をＥＣＵ４０により制御する必要がない分だけ本装置の電気的構成を簡略化することができる。
【０１１１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の排気還流装置（ＥＧＲ装置）を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【０１１２】
この実施形態では、圧縮機２２につき前記各実施形態と構成が異なる。図２０に、この実施形態のＥＧＲ装置を含むエンジンシステムを概略図により示す。この実施形態では、圧縮機２２が、排気通路４を流れる排気により作動するように構成される。すなわち、圧縮機２２は、ＥＧＲ通路１１の途中にてケーシングに覆われた羽根車２３を有する。また、排気通路４には、同じくケーシングに覆われた羽根車２４を有するタービン２５が設けられる。そして、タービン２５の羽根車２４と圧縮機２２の羽根車２３が、リンク（回転軸）２６を介して一体回転可能に連結される。従って、エンジン１の運転時には、排気通路４における排気エネルギーによりタービン２５の羽根車２４を回転させ、リンク２６を介して圧縮機２２の羽根車２３を一体的に回転させる。これにより、ＥＧＲ通路１１におけるＥＧＲガスを加圧し圧縮するようになっている。
【０１１３】
以上説明したこの実施形態のＥＧＲ装置によれば、第２実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、圧縮機２２が、排気通路４を流れる排気により作動することから、圧縮機２２に別途動力を与える必要がない。このため、圧縮機２２をＥＣＵ４０により制御する必要がない分だけこの本装置の電気的構成を簡略化することができる。
【０１１４】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【０１１５】
（１）前記第１実施形態では、図３に示すように、ＥＧＲ導入要求領域ＥＥの全てが圧縮機作動要求領域ＥＣに含まれるように設定した。これに対し、図２１に示すように、ＥＧＲ導入要求領域ＥＥの一部が圧縮機作動要求領域ＥＣに含まれないように設定することもできる。図２１には、エンジン回転速度とエンジン負荷に対する圧縮機作動要求領域及びＥＧＲ導入要求領域の関係をグラフにより示す。
【０１１６】
（２）前記各実施形態では、ＥＧＲ通路１１の出口１１ｂを燃焼室２に直接接続した。これに対し、図２２に示すように、ＥＧＲ通路１１の出口１１ｂを、エンジン１の近傍において吸気通路３に接続し、小型電磁弁１６の代わりに、従前のＥＧＲ弁１９を設けることもできる。図２２には、ＥＧＲ装置を含むエンジンシステムを概略図により示す。この場合、応答性は劣るが、ＥＧＲ弁１９を用いても前記各実施形態と同等の効果を得ることができる。ただし、ＥＧＲガスを吸気通路３に導入するため、吸気通路３における凝縮水対策が必要になる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
この発明は、自動車等に搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジンに利用することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１  エンジン
２  燃焼室
３  吸気通路
４  排気通路
６  冷却水通路（エンジン冷却手段）
１１  ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１１ａ  入口
１１ｂ  出口
１２  圧縮機（ガス加圧手段）
１３  ＥＧＲクーラ（ガス冷却手段）
１４  逆止弁
１５  サージタンク
１６  小型電磁弁（還流調節手段）
１７  戻し通路
１７ａ  第１端
１７ｂ  第２端
１８  電磁弁（ガス調圧弁）
１９  ＥＧＲ弁（還流調節手段）
２１  チェックバルブ（ガス調圧手段）
２２  圧縮機（ガス加圧手段）
３１  圧力センサ（タンク圧力検出手段）
４０  ＥＣＵ（制御手段）
Ｐ０  タンク圧力
Ｐ１  第１判定圧力（第１の所定値）
Ｐ２  第２判定圧力（第２の所定値）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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