(57)【要約】【課題】低コストで省スペースな構成で、吸気の逆流を防止することができる排気還流制御装置を提供すること。【解決手段】吸気マニホールド１０と排気マニホールド２０とを連通する排気還流管４１と、排気還流管４１を通る排気の量を調整するＥＧＲバルブ４２と、ＥＧＲバルブ４２を駆動する負圧を作成するバキュームポンプ４３と、ＥＧＲバルブ４２にかかる負圧を調整してＥＧＲバルブ４２の開度を調整するＶＳＶ４４と、ＥＧＲがオンの状態のとき、エンジン２の運転状態に基づいて排気還流管４１の吸気側から排気側に吸気の逆流が発生する領域か否かを判定し、吸気の逆流が発生する領域であれば、ＶＳＶ４４を制御してＥＧＲバルブ４２の制御駆動力をＥＧＲバルブ４２のスプリングの付勢力以下となるように制限するＥＣＵ３と、を備える。【選択図】図１
2017166363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通する排気還流管と、
前記排気還流管に設けられ前記排気通路から前記吸気通路へ還流する排気の量を調整する排気還流制御弁と、
前記排気還流制御弁を制御して排気の還流量を制御する制御部と、を備え、
前記排気還流制御弁は、弁体の閉じる方向に付勢力を加える弾性部材を有し、前記弾性部材の付勢力と反対方向の制御駆動力によって弁体の開度を調整して還流する排気の量を調整し、
前記制御部は、前記内燃機関の運転状態が、前記吸気通路から前記排気通路へ吸気が逆流する状態であるとき、前記制御駆動力を所定の力以下に制限する排気還流制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記内燃機関の運転状態が、前記吸気通路から前記排気通路へ吸気が逆流する状態であるとき、前記制御駆動力を前記弾性部材の付勢力以下に制限する請求項１に記載の排気還流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気還流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、排気をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして排気還流管を通して吸気側に還流させるＥＧＲ装置を備えることにより、排気のＮＯx低減および燃費の改善を実現するシステムが知られている。
【０００３】
特許文献１には、排気還流管にリードバルブを設けて吸気側から排気側へ吸気が逆流することを抑えながら、排気脈動を利用して排気を吸気側に還流させる内燃機関において、排気脈動が小さいためリードバルブにより排気が還流しない領域では、リードバルブを開放することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３７７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような排気還流制御装置にあっては、リードバルブが必要になるとともに、排気脈動の小さい領域でＥＧＲの作動効率を上げるためにリードバルブを開放させる機構が必要となり、コストと重量が増加するという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、低コストで省スペースな構成で、吸気の逆流を防止することができる排気還流制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通する排気還流管と、前記排気還流管に設けられ前記排気通路から前記吸気通路へ還流する排気の量を調整する排気還流制御弁と、前記排気還流制御弁を制御して排気の還流量を制御する制御部と、を備え、前記排気還流制御弁は、弁体の閉じる方向に付勢力を加える弾性部材を有し、前記弾性部材の付勢力と反対方向の制御駆動力によって弁体の開度を調整して還流する排気の量を調整し、前記制御部は、前記内燃機関の運転状態が、前記吸気通路から前記排気通路へ吸気が逆流する状態であるとき、前記制御駆動力を所定の力以下に制限するものである。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明によれば、低コストで省スペースな構成で、吸気の逆流を防止することができる排気還流制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る排気還流制御装置のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る排気還流制御装置のＥＧＲバルブの断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る排気還流制御装置のエンジンの吸気の逆流領域を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る排気還流制御装置のＥＧＲ制御処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る排気還流制御装置のＥＧＲ制御処理手順によるＥＧＲ率の変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る排気還流制御装置ついて詳細に説明する。
【００１１】
図１において、本発明の一実施形態に係る排気還流制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成されている。
【００１２】
エンジン２は、ピストンが気筒を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行なう４サイクルのディーゼルエンジンによって構成されている。なお、エンジン２は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンであってもよい。
【００１３】
エンジン２の吸気ポートには、吸気マニホールド１０が設けられている。吸気マニホールド１０には、吸気管１１が接続されている。この吸気管１１の内部には、吸気マニホールド１０を介して吸気ポートと連通する吸気通路が形成されている。吸気通路には、過給機１２が設けられている。
【００１４】
一方、エンジン２の排気ポートには、排気マニホールド２０が設けられている。排気マニホールド２０には、排気管２１が接続されている。この排気管２１の内部には、排気マニホールド２０を介して排気ポートと連通する排気通路が形成されている。排気通路には、過給機１２が設けられている。
【００１５】
過給機１２は、エンジン２の排気通路に設けられたタービンと、タービンと一体に回転するコンプレッサとを有するターボチャージャによって構成されている。タービンは、エンジン２の排気ガスにより回転駆動するようになっている。コンプレッサは、タービンと一体に回転駆動されることにより、吸入空気を圧縮し、圧縮した吸入空気を吸気通路の吸入空気が吸入される方向である吸気方向の下流側に送り込むようになっている。
【００１６】
過給機１２は、ＥＣＵ３の制御により、コンプレッサの回転数を調整できるようになっている。ＥＣＵ３は、コンプレッサの回転数を調整して、過給機１２による過給圧を調整するようになっている。
【００１７】
エンジン２は、不図示の燃料供給装置を備えている。燃料供給装置は、各気筒に対応するインジェクタ２２を有する。インジェクタ２２は、ＥＣＵ３に接続され、燃料噴射タイミング、燃料噴射量がＥＣＵ３によって制御される。
【００１８】
このエンジン２には、吸気通路の吸気マニホールド１０と排気通路の排気マニホールド２０とを連通する排気還流管４１が設けられている。排気還流管４１は、排気の一部を吸気側に還流させるＥＧＲを行わせるようになっている。この排気還流管４１には、排気の還流量を調整する排気還流制御弁としてのＥＧＲバルブ４２が設けられている。
【００１９】
ＥＧＲバルブ４２には、ＥＧＲバルブ４２を駆動する負圧を作成するバキュームポンプ４３が接続されている。ＥＧＲバルブ４２とバキュームポンプ４３の間には、ＥＧＲバルブ４２にかかる負圧を調整してＥＧＲバルブ４２の開度を調整するＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）４４が設けられている。
【００２０】
バキュームポンプ４３は、例えば、エンジン２のクランクシャフトにより駆動されて、負圧を生成する。ＶＳＶ４４は、ＥＣＵ３に電気的に接続されている。ＶＳＶ４４は、ＥＣＵ３からの信号によりＥＧＲバルブ４２にかかる負圧を調整する。
【００２１】
ＥＧＲバルブ４２は、図２に示すように、ハウジング５１とアクチュエータ５２を備えている。ハウジング５１には、底面５１ｂ側に排気還流管４１の排気側と連通されるＥＧＲガス導入口５３が形成されている。ハウジング５１には、側面５１ｓ側に排気還流管４１の吸気側と連通されるＥＧＲガス排出口５４が形成されている。
【００２２】
ハウジング５１は、ＥＧＲガス導入口５３とＥＧＲガス排出口５４を繋ぐＥＧＲガス空間５５が形成されている。ＥＧＲガス導入口５３のＥＧＲガス空間５５側には弁座５１ｃが形成されている。
【００２３】
アクチュエータ５２は、ハウジング５１のＥＧＲガス導入口５３の反対側にハウジング５１と一体に形成されている。アクチュエータ５２には、アクチュエータ５２内をハウジング５１側の緩衝室５６とその反対側の圧力室５７に隔離するダイアフラム５８が形成されている。
【００２４】
ダイアフラム５８の緩衝室５６側には、弁軸５９がダイアフラム５８に直交するように形成されている。弁軸５９は、ハウジング５１に形成された貫通孔５１ｄを貫通してＥＧＲガス空間５５に挿入されている。弁軸５９のＥＧＲガス空間５５側の先端には、弁体６０が固定されている。
【００２５】
ダイアフラム５８は、圧力室５７内の気圧により弁軸５９の延伸方向（図２の上下方向）に移動可能になっている。弁軸５９は、ダイアフラム５８の移動に伴って移動するようになっている。ダイアフラム５８の移動に伴って弁軸５９がハウジング５１方向（図２の下方向）に移動すると、弁体６０が弁座５１ｃに接するようになっている。弁体６０は、弁座５１ｃに接することで、ＥＧＲガス導入口５３を閉じて、ＥＧＲガスがＥＧＲガス導入口５３からＥＧＲガス空間５５へ入るのを止めることができる。
【００２６】
圧力室５７には、ダイアフラム５８をハウジング５１側（図２の下方向）に押圧する弾性部材としてのスプリング６１が設けられている。スプリング６１は、弁体６０が弁座５１ｃを所定の力で押圧するようにダイアフラム５８を所定の付勢力で押圧するようになっている。
【００２７】
圧力室５７には、エア出口５７ａが設けられている。エア出口５７ａは、ＶＳＶ４４を介してバキュームポンプ４３に接続されている。圧力室５７は、バキュームポンプ４３によりエア出口５７ａから負圧を加えられる。この負圧によりダイアフラム５８がスプリング６１を押す力が調整され、この力が弁体６０の制御駆動力として働く。この制御駆動力がスプリング６１の付勢力より大きくなると、ダイアフラム５８が弁軸５９とともに圧力室５７側（図２の上方向）に移動し、弁体６０が弁座５１ｃから離れる。弁体６０が弁座５１ｃから離れると、ＥＧＲガス導入口５３が開いて、ＥＧＲガスを吸気側に送ることができる。
【００２８】
すなわち、ＥＧＲバルブ４２は、スプリング６１によって弁体６０が閉弁方向（図２の下方向）へ付勢され、バキュームポンプ４３の負圧による制御駆動力によって弁体６０をスプリング６１の付勢力に抗して開弁方向（図２の上方向）へ移動するように構成されている。ＥＧＲバルブ４２は、ＥＣＵ３の制御によりＶＳＶ４４を調整することでＥＧＲバルブ４２の開度（弁体６０の開弁方向への移動量）が調整される。
【００２９】
ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
【００３０】
このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。
【００３１】
ＥＣＵ３の入力ポートには、エンジン回転数センサ４５等の各種センサ類が接続されている。エンジン回転数センサ４５は、エンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を検出する。
【００３２】
一方、ＥＣＵ３の出力ポートには、上述の過給機１２と、インジェクタ２２と、ＶＳＶ４４とを含む各種制御対象類が接続されている。
【００３３】
このような車両１において、ＥＣＵ３は、各種センサ類から得られる情報に基づいて、各種制御対象類を制御するようになっている。例えば、ＥＣＵ３は、不図示のアクセル開度センサによって検出されたアクセル開度やエンジン回転数センサ４５によって検出されたエンジン回転数などに基づいて、燃料噴射量、過給機１２による過給圧などを制御してエンジン２の駆動を制御するようになっている。
【００３４】
ＥＣＵ３は、エンジン２の運転状態に応じてＥＧＲを実行させる（オン）か、または実行させない（オフ）か、を切り替えるようになっている。例えば、ＥＣＵ３は、エンジン回転数とエンジン負荷とによってオンまたはオフが決まるＥＧＲマップによりＥＧＲのオンとオフを切り替える。このＥＧＲマップは、ＥＧＲをオンにするＥＧＲオン領域と、ＥＧＲをオフにするＥＧＲオフ領域とに分けられていて、エンジン回転数とエンジン負荷とによってどちらの領域に入るかが決まるようになっている。このＥＧＲマップは、予め実験的に求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。
【００３５】
ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数と燃料噴射量からエンジン負荷が決まるマップによりエンジン負荷を求めるようになっている。エンジン負荷のマップは、予め実験的に求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。
【００３６】
ＥＣＵ３は、エンジン２の運転状態がＥＧＲオン領域に入ると、エンジン２の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率を求め、例えば、エンジン２の燃焼室内のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにＶＳＶ４４を調整してＥＧＲバルブ４２の開度を制御する。なお、ＥＧＲ率とは、例えば、エンジン２の燃焼室内の混合気に対するＥＧＲガスの割合を示すものである。
【００３７】
ＥＣＵ３は、ＥＧＲがオンの状態のとき、エンジン２の運転状態に基づいて排気還流管４１の吸気側から排気側に吸気の逆流が発生する領域か否かを判定し、吸気の逆流が発生する領域であれば、ＥＧＲバルブ４２にかかる負圧によりダイアフラム５８がスプリング６１を押す制御駆動力をスプリング６１の付勢力以下となるように上限を制限する。
【００３８】
ＥＣＵ３は、例えば、図３に示すような、エンジン回転数とエンジン負荷から吸気の逆流が発生する領域か否かが決まるマップにより、吸気の逆流が発生する領域であるかを判定する。吸気の逆流が発生する領域のマップは、予め実験的に求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。吸気の逆流が発生する領域は、例えば、高負荷で高過給（エンジン回転数が高回転）の領域となる。
【００３９】
なお、吸気の逆流が発生する領域か否かの判定は、インマニ圧とエキマニ圧とをセンサで同時に高速に（高い頻度で）測定して判定するようにしてもよい。
【００４０】
ＥＣＵ３は、吸気の逆流が発生する領域でなければ、例えば、エンジン２の燃焼室内のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるように、ＶＳＶ４４を調整してＥＧＲバルブ４２にかかる負圧によりダイアフラム５８がスプリング６１を押す制御駆動力をスプリング６１の付勢力より強くしてＥＧＲバルブ４２の開度を制御する。
【００４１】
以上のように構成された本実施形態に係る排気還流制御装置によるＥＧＲ制御処理について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明するＥＧＲ制御処理は、ＥＧＲがオン状態に移行すると開始され、予め設定された時間間隔で実行され、ＥＧＲがオフ状態に移行すると実行が停止される。
【００４２】
ステップＳ１において、ＥＣＵ３は、エンジン回転数センサ４５からエンジン回転数を取得し、例えば、エンジン回転数と燃料噴射量からエンジン負荷を取得する。
【００４３】
ステップＳ２において、ＥＣＵ３は、取得したエンジン回転数とエンジン負荷とから、図３に示すようなマップにより吸気の逆流領域であるか否かを判定する。
【００４４】
吸気の逆流領域でないと判定した場合、ステップＳ３において、ＥＣＵ３は、目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲバルブ４２の開度をフィードバック制御する。
【００４５】
吸気の逆流領域であると判定した場合、ステップＳ４において、ＥＣＵ３は、ＥＧＲバルブ４２にかかる負圧によりダイアフラム５８がスプリング６１を押す制御駆動力をスプリング６１の付勢力が上限となるようにＶＳＶ４４を調整する。
【００４６】
このような燃焼安定化処理による動作について図５を参照して説明する。Ｔ１においてエンジン２の運転状態に従って目標ＥＧＲ率が増加した場合、従来の旧制御では、ＥＣＵ３は、ＥＧＲ率を上げるため、ＥＧＲバルブ４２の開度を上げるように、ＶＳＶ４４を調整してＥＧＲバルブ４２を駆動する負圧を上げてゆく。
【００４７】
Ｔ２において、ＥＧＲバルブ４２にかかる負圧によりダイアフラム５８がスプリング６１を押す制御駆動力がスプリング６１の付勢力より大きくなっても、従来の旧制御では、ＥＣＵ３は、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に達していないため、さらにＥＧＲバルブ４２を駆動する負圧を上げてゆく。
【００４８】
ダイアフラム５８がスプリング６１を押す制御駆動力がスプリング６１の付勢力より大きくなると、弁体６０が弁座５１ｃから離れ、排気脈動により吸気マニホールド１０の圧力であるインマニ圧が排気マニホールド２０の圧力であるエキマニ圧より高くなったとき、排気還流管４１の吸気側から排気側に吸気の逆流が発生し、ＥＧＲ率が下がってしまう。
【００４９】
ＥＧＲ率が下がってくると、従来の旧制御では、ＥＣＵ３は、ＥＧＲ率を上げるために、さらにＥＧＲバルブ４２を駆動する負圧を上げてゆく。ＥＧＲバルブ４２を駆動する負圧を上げてＥＧＲバルブ４２の開度を上げると、さらに吸気の逆流が発生し、ＥＧＲ率が下がってしまう。
【００５０】
本実施形態による新制御では、Ｔ２において、ＥＣＵ３は、ＥＧＲバルブ４２にかかる負圧によりダイアフラム５８がスプリング６１を押す制御駆動力をスプリング６１の付勢力が上限となるようにＶＳＶ４４を調整する。このため、弁体６０が弁座５１ｃに接する状態が保たれ、インマニ圧がエキマニ圧より高くなっても吸気の逆流を抑えることができ、ＥＧＲ率を保持させることができる。
【００５１】
このように、上述の実施形態では、ＥＧＲがオンの状態のとき、エンジン２の運転状態に基づいて排気還流管４１の吸気側から排気側に吸気の逆流が発生する領域か否かを判定し、吸気の逆流が発生する領域であれば、ＥＧＲバルブ４２にかかる負圧によりダイアフラム５８がスプリング６１を押す制御駆動力をスプリング６１の付勢力以下となるように制限するＥＣＵ３を備える。
【００５２】
これにより、排気還流管４１の吸気側から排気側に吸気の逆流が発生する領域では、制御駆動力がスプリング６１の付勢力以下に制限される。このため、リードバルブなどを備えなくとも吸気の逆流を防止することができ、低コストで省スペースな構成で、吸気の逆流を防止することができる。
【００５３】
また、排気の圧力がスプリング６１の付勢力を上回るときには、排気が還流され、ＥＧＲを行なわせることができる。特に、排気脈動が多い２気筒エンジンでは、効果的にＥＧＲを行なわせることができる。また、４輪車両に搭載されたエンジンだけでなく、２輪車両に搭載されたエンジンでも同様に構成することができる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、負圧により開度を制御するＥＧＲバルブ４２の場合を示したが、ソレノイド式やＤＣモーター式でもかまわない。
【００５５】
また、本実施形態のおいては、制御駆動力をスプリング６１の付勢力以下に制限しているが、エンジン２の運転領域ごとにＥＧＲバルブ４２の開度の上下限値及び傾きを変えるようにしてもよい。
【００５６】
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００５７】
１  車両
２  エンジン
３  ＥＣＵ（制御部）
１０  吸気マニホールド
２０  排気マニホールド
４１  排気還流管
４２  ＥＧＲバルブ（排気還流制御弁）
４３  バキュームポンプ
４４  ＶＳＶ
４５  エンジン回転数センサ
５７  圧力室
５７ａ  エア出口
５８  ダイアフラム
５９  弁軸
６０  弁体
６１  スプリング（弾性部材）
【図１】
2017166363.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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