(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャのタービンより上流の排気通路と前記ターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路との間をＥＧＲパイプにより接続し、該ＥＧＲパイプを通し排気ガスの一部を排気側から吸気側へ再循環するようにしたＥＧＲ装置であって、
前記ＥＧＲパイプの途中に開度調整可能なＥＧＲバルブを設け、該ＥＧＲバルブに対し排気ガスの再循環を行う必要がない圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時でも適宜な開度の開状態が維持されるよう開度指令を出力する制御装置を備えると共に、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を採用し、該バリアブルジオメトリーターボチャージャに対し圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にタービンのノズルベーン開度の拡張を指示する開度指令を出力し得るよう前記制御装置を構成し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、ターボチャージャを搭載したエンジンに適用される高圧ループのＥＧＲ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりディーゼル機関などのエンジンにおいては、排気ガスでタービンを駆動し且つ該タービンの駆動によりコンプレッサを駆動して正規の量以上の空気をエンジンに供給することによりエンジン出力を向上するターボチャージャを搭載したものがある。
【０００３】
そして、この種のターボチャージャを搭載したエンジンに関し、タービンより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より下流の吸気通路へと戻し、その吸気通路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高圧ループのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）装置を装備することが検討されている。
【０００４】
このようにした場合、エンジンの総吸入ガス量のうちの何割かが、吸気側に再循環される排気ガスにより賄われるため、該排気ガスの合流箇所より上流のコンプレッサに取り込まれる吸入空気量が少なくて済むことになり、ターボチャージャの容量が出力レンジに対し比較的小さめの設定でマッチングすることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トラックやバスなどの大型車輌では、もともと車輌重量が大きい上に積載荷重が加わり、減速時に慣性力が大きく作用して常用ブレーキ装置にかかる負担が大きくなるため、圧縮圧開放型エンジンブレーキ（エンジンの圧縮上死点付近で排気弁を強制的に開作動して圧縮圧力を開放することにより次の膨張行程におけるピストンを押し下げる力の発生を少なくして圧縮行程で得た制動力を有効に作用させるようにした制動機構）を補助的に装備したものがあり、このような車両のエンジンに、前述した如き高圧ループのＥＧＲ装置を適用した場合を想定すると、圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動時にターボチャージャのコンプレッサにチョークやオーバーランが起こることが懸念された。
【０００６】
つまり、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時は、アクセルオフの非燃焼状態となっていて排気ガスの再循環を行う必要がないため、排気ガスを吸気側へ再循環させるＥＧＲパイプ途中のＥＧＲバルブを全閉とする制御を行うのが通常であるが、このように圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動時にＥＧＲバルブを全閉としてＥＧＲガス（圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が再循環されることになる）を零にしてしまうと、エンジンの総吸入ガス量の全てを吸入新気で賄わなければならなくなり、排気ガスの再循環を前提として比較的小さめの容量としてあるターボチャージャのコンプレッサに取り込まれる吸入空気量が容量を超えて過剰に増加し、該コンプレッサがチョークやオーバーランを起こし易くなってしまうのである。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にターボチャージャのコンプレッサにチョークやオーバーランが起こらないようにした高圧ループのＥＧＲ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターボチャージャのタービンより上流の排気通路と前記ターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路との間をＥＧＲパイプにより接続し、該ＥＧＲパイプを通し排気ガスの一部を排気側から吸気側へ再循環するようにしたＥＧＲ装置であって、前記ＥＧＲパイプの途中に開度調整可能なＥＧＲバルブを設け、該ＥＧＲバルブに対し排気ガスの再循環を行う必要がない圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時でも適宜な開度の開状態が維持されるよう開度指令を出力する制御装置を備えると共に、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を採用し、該バリアブルジオメトリーターボチャージャに対し圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にタービンのノズルベーン開度の拡張を指示する開度指令を出力し得るよう前記制御装置を構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
而して、このようにすれば、排気ガスの再循環を行う必要がない圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にも、制御装置からの開度指令によりＥＧＲバルブが適宜な開度で開いてＥＧＲガス（圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が再循環されることになる）の適宜な再循環量が確保されるので、エンジンの総吸入ガス量の全てを吸入新気で賄う必要がなくなり、これによって、ターボチャージャのコンプレッサに取り込まれる吸入空気量の過剰な増加が回避される結果、該コンプレッサのチョークやオーバーランが未然に防止される。
【００１１】
また、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時に制御装置からの開度指令によりバリアブルジオメトリーターボチャージャにおけるタービンのノズルベーン開度が拡張される結果、タービンにおける作動ガス（圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が作動ガスとなる）の旋速が下がり、これによりタービンの回転数が下がってコンプレッサ側における吸入空気量が抑制されるので、該コンプレッサのチョークやオーバーランが一層確実に防止されることになる。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１に示しているディーゼル機関を成すエンジン１は、ターボチャージャとして容量可変式のバリアブルジオメトリーターボチャージャ２を搭載しており、図示しないエアクリーナから導いた吸気３を吸気通路４を通し前記バリアブルジオメトリーターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気３を図示しないターボインタークーラを介しエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００１４】
また、このエンジン１の各気筒から排出された排気ガス５を排気通路６を通して前記バリアブルジオメトリーターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス５を車外へ排出するようにしてある。
【００１５】
そして、タービン２ｂ上流の排気通路６の適宜位置と、コンプレッサ２ａ下流の吸気通路４の適宜位置との間がＥＧＲパイプ７により接続され、排気通路６側から排気ガス５の一部を抜き出して吸気通路４側に導き得るようにしてあり、また、このＥＧＲパイプ７には、排気ガス５の再循環量を適宜に調節し得るよう開度調整可能なＥＧＲバルブ８が装備されている。
【００１６】
ここで、前記ＥＧＲバルブ８は、アクチュエータ９により開度調整されるようになっているが、このアクチュエータ９は、エンジン制御コンピュータ１０（ＥＣＵ：Electronic Control Unit：制御装置）からの開度指令信号１１（開度指令）を受けて制御されるようになっている。
【００１７】
他方、エンジン制御コンピュータ１０においては、エンジン１の回転数を検出する回転センサ１２からの回転数信号１３と、エンジン１の負荷を検出するアクセルセンサ１４からのアクセル開度信号１５とが夫々入力されるようになっており、これら回転数信号１３とアクセル開度信号１５により判断される現在のエンジン１の回転数と負荷とに基づき、制御マップ（回転数と負荷とによる二次元マップ）にて運転状態に応じた最適な排気ガス５の再循環量が得られるよう開度指令信号１１を決定するようにしてある。
【００１８】
ただし、前記エンジン制御コンピュータ１０には、運転席のリターダスイッチ１６からのオン信号１７も入力されるようになっており、このオン信号１７と前記アクセル開度信号１５（アクセルオフの検知）とに基づき圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動を検知した際には、排気ガス５の再循環が不必要であっても、ＥＧＲバルブ８を全閉とせずに適宜な開度の開状態が維持されるような開度指令信号１１が出力されるようにしてある。
【００１９】
尚、エンジン１に再循環する排気ガス５をＥＧＲパイプ７の途中で冷却すると、排気ガス５の温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジン１の出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的にＮＯxの発生を低減させることができるので、ＥＧＲパイプ７の途中に水冷式のＥＧＲクーラを適宜に装備させるようにしても良い。
【００２０】
また、従来より周知である如く、前記バリアブルジオメトリーターボチャージャ２は、タービン２ｂのノズルベーン２ｃをアクチュエータ１８により傾動して前記ノズルベーン２ｃの開度を調整し得るようになっており、例えば、ノズルベーン２ｃの開度を大きく開くと、タービン２ｂにおける排気ガス５の旋速が下がり、これによりタービン２ｂの回転数が下がってコンプレッサ２ａ側における吸気３の吸入量（吸入空気量）が減少し、これとは逆に、ノズルベーン２ｃの開度を絞ると、タービン２ｂにおける排気ガス５の旋速が上がり、これによりタービン２ｂの回転数が上がってコンプレッサ２ａ側における吸気３の吸入量が増加するようになっていて、タービン２ｂの駆動力が弱いために吸気３を取り込み難い低速運転領域と、タービン２ｂが回りすぎて吸気３が過剰に取り込まれる虞れのある高速運転領域とでターボチャージャの容量を適宜に変更して低速重視の過給特性と高速重視の過給特性とを使い分けできるようにしてある。
【００２１】
ここで、前記アクチュエータ１８は、エンジン制御コンピュータ１０からの開度指令信号１９（開度指令）を受けて制御されるようになっており、前記エンジン制御コンピュータ１０においては、前記回転数信号１３とアクセル開度信号１５により判断される現在の運転状態に基づき、制御マップ（回転数と負荷とによる二次元マップ）にて運転状態に応じた最適な過給特性が得られるよう開度指令信号１９を決定するようにしてある。
【００２２】
ただし、リターダスイッチ１６からのオン信号１７と、アクセルセンサ１４からのアクセル開度信号１５（アクセルオフの検知）とに基づき圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動を検知した際には、タービン２ｂのノズルベーン２ｃの開度を拡張するよう指示する開度指令信号１９が出力されるようにしてある。
【００２３】
尚、図中２０はシリンダ、２１はピストン、２２は排気弁、２３は吸気弁を夫々示している。
【００２４】
而して、このようにすれば、運転席のリターダスイッチ１６がオンにされ且つアクセルオフの状態になった時に、エンジン１の圧縮上死点付近で排気弁２２を強制的に開作動して圧縮圧力を開放する圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動が成されるものとして、エンジン制御コンピュータ１０からＥＧＲバルブ８を全閉とせずに適宜な開度の開状態が維持されるような開度指令信号１１が出力される。
【００２５】
即ち、排気ガス５の再循環を行う必要がない圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にも、エンジン制御コンピュータ１０からの開度指令信号１１によりＥＧＲバルブ８が適宜な開度で開いてＥＧＲガス（圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が再循環されることになる）の適宜な再循環量が確保されるので、エンジン１の総吸入ガス量の全てを吸入新気で賄う必要がなくなり、これによって、コンプレッサ２ａに取り込まれる吸入空気量の過剰な増加が回避される結果、該コンプレッサ２ａのチョークやオーバーランが未然に防止される。
【００２６】
特に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２を採用し、該バリアブルジオメトリーターボチャージャ２に対し圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にタービン２ｂのノズルベーン２ｃの開度の拡張する開度指令信号１９が出力されるようにしているので、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時には、タービン２ｂのノズルベーン２ｃの開度が拡張されて前記タービン２ｂにおける作動ガス（圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が作動ガスとなる）の旋速が下がり、これによりタービン２ｂの回転数が下がってコンプレッサ２ａ側における吸入空気量が抑制されるので、該コンプレッサ２ａのチョークやオーバーランが一層確実に防止されることになる。
【００２７】
図２はコンプレッサ２ａの本形態例による性能曲線Ａ（四段階の回転数について線図で示したもの）と従来の性能曲線Ａ’とを対比したグラフであり、このグラフの縦軸はコンプレッサ２ａの入口圧力Ｐ1に対する出口圧力Ｐ2の比（Ｐ2／Ｐ1）を示し、このグラフの横軸はコンプレッサ２ａの吸入空気量を示している。
【００２８】
そして、グラフ中のＢで囲んだ部分は、本形態例において、所定の運転条件下での圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にバリアブルジオメトリーターボチャージャ２におけるタービン２ｂのノズルベーン２ｃの開度を三段階で拡張して吸入空気量を抑制した時の作動線を示し、グラフ中のＢ’で囲んだ部分は、従来の場合における同じ運転条件下での同様の作動線を示している。
【００２９】
このグラフから判る通り、本形態例のように圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にＥＧＲバルブ８を適宜な開度で開けておくようにすれば、コンプレッサ２ａの性能曲線Ａが、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にＥＧＲバルブ８を全閉とした場合のコンプレッサ２ａの性能曲線Ａ’より起立する傾向となり、バリアブルジオメトリーターボチャージャ２の容量制御により吸入空気量の上限値Ｘ（チョークやオーバーランを惹起する限界値）を超えないように保持することが可能となるのに対し、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にＥＧＲバルブ８を全閉とした場合には、同じ運転条件でバリアブルジオメトリーターボチャージャ２を容量制御しても吸入空気量を上限値Ｘ内に抑制することが不可能となる。
【００３０】
従って、以上に説明した如き形態例によれば、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にＥＧＲバルブ８を適宜な開度で開けておくことにより、バリアブルジオメトリーターボチャージャ２のコンプレッサ２ａに取り込まれる吸入空気量の過剰な増加を回避することができるので、該コンプレッサ２ａのチョークやオーバーランを未然に防止することができ、バリアブルジオメトリーターボチャージャ２の健全性を確実に保護することができる。
【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、制御装置をエンジン制御コンピュータと別体で構成しても良いこと、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、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３３】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にＥＧＲバルブを適宜な開度で開けておくことにより、ターボチャージャのコンプレッサに取り込まれる吸入空気量の過剰な増加を回避することができるので、該コンプレッサのチョークやオーバーランを未然に防止することができ、ターボチャージャの健全性を確実に保護することができる。
【００３４】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にタービンの回転数を下げてコンプレッサに取り込まれる吸入空気量を抑制することができるので、該コンプレッサのチョークやオーバーランを一層確実に防止することができる。
【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】コンプレッサの圧力比と吸入空気量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２  バリアブルジオメトリーターボチャージャ（ターボチャージャ）
２ａ  コンプレッサ
２ｂ  タービン
２ｃ  ノズルベーン
４  吸気通路
５  排気ガス
６  排気通路
７  ＥＧＲパイプ
８  ＥＧＲバルブ
１０  エンジン制御コンピュータ（制御装置）
１１  開度指令信号（開度指令）
１９  開度指令信号（開度指令）
【図１】
0003850017.tif 000002
【図２】
0003850017.tif 000003