(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャを備えたエンジンにおけるタービン上流の排気通路からＥＧＲパイプを介し排気ガスの一部を抜き出してコンプレッサ下流の吸気通路へ再循環するようにしたＥＧＲ装置であって、ターボチャージャとして第一の電動機によりタービンのノズルベーン開度を無段階に調整し得るようにしたバリアブルジオメトリーターボチャージャを採用し、吸気通路における再循環された排気ガスの合流箇所より上流側に第二の電動機により開度を無段階に調整し得るようにしたスロットルバルブを設けると共に、前記ＥＧＲパイプの途中には第三の電動機により開度を無段階に調整し得るようにしたＥＧＲバルブを設け、ターボチャージャによる過給圧が排気圧力より高くなり易い高負荷領域においてタービンのノズルベーン開度を増大することにより排気圧力を過給圧より高く維持するよう第一の電動機を制御すると共に、タービンのノズルベーン開度を増大しても急激な加速時において過給圧を低下させる制御の遅れが不可避の場合にスロットルバルブの開度を絞って制御遅れを補い得るよう第二の電動機を制御し、前記第一乃至第三の電動機をエンジンの運転状態に応じ適宜に制御して排気ガスの適切な再循環量を確保し得るよう制御する制御装置を備えたことを特徴とするＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＧＲ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が行われている。
【０００３】
図４は前述した排気ガス再循環を行うためのＥＧＲ装置の一例を示すもので、図中１はディーゼル機関であるエンジンを示し、該エンジン１は、ターボチャージャ２を備えており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送り、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４をインタークーラ６へと送って冷却し、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４を導いてエンジン１の各気筒に分配するようにしてある。
【０００４】
又、このエンジン１の各気筒から排出された排気ガス８を排気マニホールド９を介して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を排気管１０を介して車外へ排出するようにしてある。
【０００５】
そして、排気マニホールド９（タービン２ｂより上流の排気通路）における各気筒の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７に接続されている吸気管５（コンプレッサ２ａより下流の吸気通路）の一端部との間がＥＧＲパイプ１１により接続されており、排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出して吸気管５に導き得るようにしてある。
【０００６】
ここで、前記ＥＧＲパイプ１１には、該ＥＧＲパイプ１１を適宜に開閉するＥＧＲバルブ１２と、再循環される排気ガス８を冷却するためのＥＧＲクーラ１３とが装備されており、該ＥＧＲクーラ１３では、冷却水と排気ガス８とを熱交換させることにより排気ガス８の温度を低下し得るようになっており、この水冷した排気ガス８のエンジン１への再循環により燃焼温度の低下を図り得るようにしてある。
【０００７】
尚、図中１４はエンジン１の上部に搭載されて各気筒内に燃料を噴射する為の燃料噴射装置を示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、斯かる従来のＥＧＲ装置においては、図５に示す如く、主として高負荷領域にてターボチャージャ２による過給圧が排気圧力より高くなってしまう領域（図５中におけるクロスハッチ部分）が生じるので、排気マニホールド９から吸気管５へ向けて排気ガス８を再循環することができなくなるという不具合があった。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ターボチャージャを備えたエンジンの高負荷領域においても、排気マニホールドから吸気管へ向けて排気ガスを良好に再循環し得るようにしたＥＧＲ装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターボチャージャを備えたエンジンにおけるタービン上流の排気通路からＥＧＲパイプを介し排気ガスの一部を抜き出してコンプレッサ下流の吸気通路へ再循環するようにしたＥＧＲ装置であって、ターボチャージャとして第一の電動機によりタービンのノズルベーン開度を無段階に調整し得るようにしたバリアブルジオメトリーターボチャージャを採用し、吸気通路における再循環された排気ガスの合流箇所より上流側に第二の電動機により開度を無段階に調整し得るようにしたスロットルバルブを設けると共に、前記ＥＧＲパイプの途中には第三の電動機により開度を無段階に調整し得るようにしたＥＧＲバルブを設け、ターボチャージャによる過給圧が排気圧力より高くなり易い高負荷領域においてタービンのノズルベーン開度を増大することにより排気圧力を過給圧より高く維持するよう第一の電動機を制御すると共に、タービンのノズルベーン開度を増大しても急激な加速時において過給圧を低下させる制御の遅れが不可避の場合にスロットルバルブの開度を絞って制御遅れを補い得るよう第二の電動機を制御し、前記第一乃至第三の電動機をエンジンの運転状態に応じ適宜に制御して排気ガスの適切な再循環量を確保し得るよう制御する制御装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
而して、このようにすれば、タービン上流の排気通路から排気ガスの一部を抜き出してコンプレッサ下流の吸気通路へ再循環するに際し、一般的にターボチャージャによる過給圧が排気圧力より高くなり易い高負荷領域にてバリアブルジオメトリーターボチャージャのタービンのノズルベーン開度を通常より大きく開くと、タービンにおける排気ガスの旋速が下がってタービンの回転数が低下し、これによりコンプレッサ側における吸入空気量が減少するので、ターボチャージャとしての効率が低下してコンプレッサ側での過給圧が低下し、しかも、回転数の低下したタービンに対する排気ガスの通気抵抗が増してタービンより上流側の排気圧力が高められる結果、排気圧力が過給圧より高く維持されて排気通路から良好に吸気通路へと再循環されることになる。
【００１２】
ただし、このようなバリアブルジオメトリーターボチャージャのみによる圧力制御だけでは、ターボチャージャ特有のタイムラグにより急激な加速時における制御遅れが不可避である為、このような運転状態の急激な変化に対しては、スロットルバルブの開度制御を併用して制御遅れを補うようにすれば良い。
【００１３】
尚、前記タービンのノズルベーン開度と、スロットルバルブの開度と、ＥＧＲバルブの開度とは、第一乃至第三の電動機により無段階で調整されるようになっているので、エンジン制御コンピュータ等からの制御信号に即応して適切な開度に制御されることになり、エンジンの運転状態に応じた排気ガスの適切な再循環量を確保することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００１６】
図１に示す如く、本形態例においては、ターボチャージャとしてバリアブルジオメトリーターボチャージャ１５を採用し、しかも、このバリアブルジオメトリーターボチャージャ１５のタービン１６におけるノズルベーン１７（図２参照）の開度を第一の電動機１８により無段階に調整し得るようにしている。
【００１７】
即ち、図２に詳細に示す如く、タービン１６のノズルベーン１７は、タービンホイール１９周囲のノズルリングプレート２０にピン２１を介し傾動自在に取り付けられており、これら各ノズルベーン１７の角度が前記ノズルリングプレート２０に対するリンクプレート２２の円周方向への相対変位により連動して変更されるようになっていて、このリンクプレート２２が第一の電動機１８によるレバー２３の傾動操作でリンク２４を介し回動操作されるようになっている。
【００１８】
ここで、この第一の電動機１８は、車載のバッテリを電源としてレバー２３の傾動位置を任意な角度で位置決めできるようにしたものであり、この種の電動機については既に市販品として周知技術となっているものである。
【００１９】
又、図１に図示してある通り、吸気管５における再循環された排気ガス８の合流箇所より上流側に、前述した第一の電動機１８と同様の第二の電動機２５により開度を無段階に調整し得るようにしたスロットルバルブ２６が設けられており、更には、前記ＥＧＲパイプ１１に備えたＥＧＲバルブ１２についても、前述した第一の電動機１８と同様の第三の電動機２７により開度を無段階に調整し得るようにしてある。
【００２０】
即ち、図３に詳細に示す如く、スロットルバルブ２６又はＥＧＲバルブ１２においては、バタフライ式の弁体２６ａ又は１２ａを傾動軸２６ｂ又は１２ｂを中心に傾動自在に備えており、該傾動軸２６ｂ又は１２ｂに対し外部で一体的に連結されたレバー２６ｃ又は１２ｃを、第二の電動機２５又は第三の電動機２７によるレバー２５ａ又は２７ａの傾動操作によりリンク２５ｂ又は２７ｂを介し傾動操作し得るようになっている。
【００２１】
因みに、従来のターボチャージャ２におけるタービン１６側ノズルベーン１７の開度や、ＥＧＲバルブ１２の開度を調整するに際しては、一般的にエア作動式のアクチュエータが使用されており、この種のエア作動式のアクチュエータでは、多段式のものでも３〜４ポジションの段階的な開度調整しか行えず、又、制御信号に対する作動遅れもあって即応性に欠けるものとなっていた。
【００２２】
又、ここに図示している例においては、前記吸気管５におけるスロットルバルブ２６の下流側に、吸気４の過給圧を検出する圧力センサ２８が設けられていると共に、排気マニホールド９に、排気圧力を検出する圧力センサ２９が設けられており、他方、前記エンジン１には、エンジン回転数を検出する回転数センサ３０が設けられ、しかも、前記エンジン１上部の燃料噴射装置１４には、燃料の噴射量を検出する燃料噴射量センサ３１が設けられており、図示しない運転室には、アクセル開度を検出するアクセルセンサ３２が設けられている。
【００２３】
そして、これら圧力センサ２８，２９、回転数センサ３０、燃料噴射量センサ３１、アクセルセンサ３２の夫々からの検出信号がエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３３へと送られるようになっており、該エンジン制御コンピュータ３３では、エンジン回転数、燃料噴射量、アクセル開度から判る運転状態に応じ、排気圧力が過給圧より高く維持されて排気ガス８の適切な再循環量が確保されるように、第一乃至第三の電動機１８，２５，２７に向け制御信号を出力し得るようにしてある。
【００２４】
ここで、アクセルセンサ３２により判るアクセル開度は、その変化率を監視することにより、急激な加減速等といった運転者の意志を把握する材料として利用することができ、この運転者の意志を考慮しつつ第一乃至第三の電動機１８，２５，２７に向け制御信号を出力することで、タービン１６のノズルベーン１７の開度、圧力センサ２８，２９の開度、スロットルバルブ２６の開度を夫々総合的に無段階調整して排気ガス８の適切な再循環量の確保を実現するようになっている。
【００２５】
尚、図中３４は前記バリアブルジオメトリーターボチャージャ１５におけるコンプレッサを示している。
【００２６】
而して、このようにＥＧＲ装置を構成すれば、タービン１６上流の排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出してコンプレッサ３４下流の吸気管５へ再循環するに際し、一般的にターボチャージャによる過給圧が排気圧力より高くなり易い高負荷領域にてバリアブルジオメトリーターボチャージャ１５のタービン１６側のノズルベーン１７の開度を通常より大きく開くと、タービン１６における排気ガス８の旋速が下がってタービン１６の回転数が低下し、これによりコンプレッサ３４側における吸入空気量が減少するので、ターボチャージャとしての効率が低下してコンプレッサ３４側での過給圧が低下し、しかも、回転数の低下したタービン１６に対する排気ガス８の通気抵抗が増してタービン１６より上流側の排気圧力が高められる結果、排気圧力が過給圧より高く維持されて排気マニホールド９から良好に吸気管５へと再循環されることになる。
【００２７】
ただし、このようなバリアブルジオメトリーターボチャージャ１５のみによる圧力制御だけでは、ターボチャージャ特有のタイムラグにより急激な加速時における制御遅れが不可避である為、このような運転状態の急激な変化に対しては、スロットルバルブ２６の開度制御を併用して制御遅れを補うようにすれば良い。
【００２８】
より具体的には、例えば、アクセルが深く踏み込まれて急激な加速が行われたような場合に、バリアブルジオメトリーターボチャージャ１５のタービン１６側のノズルベーン１７の開度を開くように制御しても直ぐには過給圧が下がってこないので、前記タービン１６のノズルベーン１７の開度を開く制御と並行して、スロットルバルブ２６の開度を絞る制御を行うようにすれば、スロットルバルブ２６の開度が絞られることにより直ちに吸入空気量が減少されて過給圧が下がり、排気圧力が過給圧より高く維持されて排気ガス８が排気マニホールドから良好に吸気管５へと再循環されることになる。
【００２９】
尚、前記タービン１６側のノズルベーン１７の開度と、スロットルバルブ２６の開度と、ＥＧＲバルブ１２の開度とは、第一乃至第三の電動機１８，２５，２７により無段階で調整されるようになっているので、エンジン制御コンピュータ３３からの制御信号に即応して適切な開度に制御される。
【００３０】
従って、本形態例においては、バリアブルジオメトリーターボチャージャ１５の実質的な効率を任意に下げ且つスロットルバルブ２６により吸入空気量を任意に絞ることにより、エンジン１の高負荷領域においても排気圧力を過給圧より高く維持することができ、更には、同時にＥＧＲバルブ１２を適切な開度に制御して排気ガス８の再循環量を任意に調整することもできるので、タービン１６上流の排気マニホールド９からコンプレッサ３４下流の吸気管５へ向けて排気ガス８を良好に再循環することができ、しかも、現在のエンジン１の運転状態に応じた排気ガス８の適切な再循環量を確実に確保することができる。
【００３１】
尚、本発明のＥＧＲ装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、ターボチャージャのタービンより上流の排気管から排気ガスを抜き出すようにしたり、その抜き出した排気ガスをターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気マニホールドへ戻すようにしたりしても良いこと、又、ガソリンエンジンの場合には、アクセルと連動するスロットルバルブと別個に吸入空気量を絞るスロットルバルブを設ければ良いこと、又、ＥＧＲバルブやスロットルバルブの形式は必ずしもバタフライ式にしなくても良く、例えば、ウエストゲート式を採用しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
上記した本発明のＥＧＲ装置によれば、バリアブルジオメトリーターボチャージャの実質的な効率を任意に下げ且つスロットルバルブにより吸入空気量を任意に絞ることにより、エンジンの高負荷領域においても排気圧力を過給圧より高く維持することができ、更には、同時にＥＧＲバルブを適切な開度に制御して排気ガスの再循環量を任意に調整することもできるので、タービン上流の排気通路からコンプレッサ下流の吸気通路へ向けて排気ガスを良好に再循環することができ、しかも、現在のエンジンの運転状態に応じた排気ガスの適切な再循環量を確実に確保することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のタービンのノズルベーンについての詳細図である。
【図３】図１のスロットルバルブ及びＥＧＲバルブについての詳細図である。
【図４】従来例を示す概略図である。
【図５】過給圧が排気圧力より高くなる領域を説明する為のグラフである。
【符号の説明】
１  エンジン
４  吸気
５  吸気管（吸気通路）
７  吸気マニホールド（吸気通路）
８  排気ガス
９  排気マニホールド（吸気通路）
１０  排気管（吸気通路）
１１  ＥＧＲパイプ
１２  ＥＧＲバルブ
１５  バリアブルジオメトリーターボチャージャ
１６  タービン
１７  ノズルベーン
１８  第一の電動機
２５  第二の電動機
２６  スロットルバルブ
２７  第三の電動機
３３  エンジン制御コンピュータ
３４  コンプレッサ
【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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