(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャーを備えたエンジンの排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路で連絡し、該ＥＧＲ通路の途中にＥＧＲクーラを配設したターボ過給式エンジンのクールＥＧＲ装置であって、上記ＥＧＲ通路の上流端をタービン上流側の排気通路に接続し、上記ＥＧＲ通路の下流端をコンプレッサ下流側の吸気通路に接続すると共に、ＥＧＲクーラ上流側のＥＧＲ通路と、タービン下流側の排気通路とを連絡通路で接続し、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を、連絡通路接続位置上流側のＥＧＲ通路又は上記連絡通路に選択的に連通させる通路切替手段と、該通路切替手段の切替制御を実行するコントローラとを設け、
上記コントローラが、上記通路切替手段の作動により、コンプレッサ下流側の吸気通路内の圧力が所定圧力を越えたとき、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を連絡通路に連通させて、コンプレッサ下流側の吸気通路内の高圧空気をＥＧＲ通路に導入し、過給圧制御とＥＧＲクーラの逆洗とを同時に実行することを特徴とするターボ過給式エンジンのクールＥＧＲ装置。
【請求項２】
ターボチャージャーを備えたエンジンの排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路で連絡し、該ＥＧＲ通路の途中にＥＧＲクーラを配設したターボ過給式エンジンのクールＥＧＲ装置であって、上記ＥＧＲ通路の上流端をタービン上流側の排気通路に接続し、上記ＥＧＲ通路の下流端をコンプレッサ下流側の吸気通路に接続すると共に、ＥＧＲクーラ上流側のＥＧＲ通路と、コンプレッサ上流側の吸気通路とを連絡通路で接続し、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を、連絡通路接続位置上流側のＥＧＲ通路又は上記連絡通路に選択的に連通させる通路切替手段と、該通路切替手段の切替制御を実行するコントローラとを設け、
上記コントローラが、上記通路切替手段の作動により、コンプレッサ下流側の吸気通路内の圧力が所定圧力を越えたとき、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を連絡通路に連通させて、コンプレッサ下流側の吸気通路内の高圧空気をＥＧＲ通路に導入し、過給圧制御とＥＧＲクーラの逆洗とを同時に実行することを特徴とするターボ過給式エンジンのクール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、ターボ過給式エンジンのクールＥＧＲ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンの排ガス中のＮＯｘを低減するためＥＧＲを行うことが知られているが、このＥＧＲガスの温度を下げ、ガス密度を向上させてＮＯｘ低減効果を高めるクールＥＧＲ装置が既に周知である。これはＥＧＲ通路の途中に水冷式又は空冷式のＥＧＲクーラを配設し、このクーラでＥＧＲガスを冷却するものである。この装置をターボ過給式エンジンに組み合わせることは容易に想定される。
【０００３】
ＥＧＲクーラは、多数の細径パイプにＥＧＲガスを流通させ、パイプを外部から冷却水又は空気で冷却することにより、ＥＧＲガスを冷却するものである。特に多数の細径パイプを用いることで熱交換面積（放熱面積）が増し、冷却効率を上げることができるが、ＥＧＲガス中に含まれるカーボン等の固体成分でパイプが目詰まりを起こし易く、ディーゼルエンジンではこれが顕著である。
【０００４】
そこで、特開平6-221228号公報には、機械式過給機（スーパーチャージャー）から吐出された空気でＥＧＲクーラを逆洗する技術が開示されている。これによりパイプの目詰まりが防止され、クーラの安定した性能維持が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの従来技術は、エンジンの過給機として機械式過給機を用いているため、ただちにターボ過給式エンジンに適用することはできない。即ち、機械式過給機の場合だと、エンジンのほぼ全運転領域において排気圧より過給圧が高くなる。このためＥＧＲガスの環流出口は過給機上流側に設定せざるを得ない。しかし、ＥＧＲガスはカーボン等の過給機に有害な成分を含むものであるから、これを除去するために従来はフィルタを設けていた。
【０００６】
このように、従来装置の場合だと、フィルタ等のガス洗浄手段が必要となり、結果としてコストの増大をもたらす欠点がある。
【０００７】
一方、従来装置の場合、エンジン減速時（エンジンブレーキ時）の過給圧を用いてクーラの逆洗を行っているが、これは過給機がエンジンに駆動され、エンジン回転速度に比例した過給圧を得られる機械式過給機であるからこそ行えるのであって、過給機がエンジン減速時に過給圧の上がらないターボチャージャーの場合は適用できない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターボチャージャーを備えたエンジンの排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路で連絡し、該ＥＧＲ通路の途中にＥＧＲクーラを配設したターボ過給式エンジンのクールＥＧＲ装置であって、上記ＥＧＲ通路の上流端をタービン上流側の排気通路に接続し、上記ＥＧＲ通路の下流端をコンプレッサ下流側の吸気通路に接続すると共に、ＥＧＲクーラ上流側のＥＧＲ通路と、タービン下流側の排気通路とを連絡通路で接続し、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を、連絡通路接続位置上流側のＥＧＲ通路又は上記連絡通路に選択的に連通させる通路切替手段と、該通路切替手段の切替制御を実行するコントローラとを設け、上記コントローラが、上記通路切替手段の作動により、コンプレッサ下流側の吸気通路内の圧力が所定圧力を越えたとき、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を連絡通路に連通させて、コンプレッサ下流側の吸気通路内の高圧空気をＥＧＲ通路に導入し、過給圧制御とＥＧＲクーラの逆洗とを同時に実行するものである。
本発明は、ターボチャージャーを備えたエンジンの排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路で連絡し、該ＥＧＲ通路の途中にＥＧＲクーラを配設したターボ過給式エンジンのクールＥＧＲ装置であって、上記ＥＧＲ通路の上流端をタービン上流側の排気通路に接続し、上記ＥＧＲ通路の下流端をコンプレッサ下流側の吸気通路に接続すると共に、ＥＧＲクーラ上流側のＥＧＲ通路と、コンプレッサ上流側の吸気通路とを連絡通路で接続し、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を、連絡通路接続位置上流側のＥＧＲ通路又は上記連絡通路に選択的に連通させる通路切替手段と、該通路切替手段の切替制御を実行するコントローラとを設け、上記コントローラが、上記通路切替手段の作動により、コンプレッサ下流側の吸気通路内の圧力が所定圧力を越えたとき、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を連絡通路に連通させて、コンプレッサ下流側の吸気通路内の高圧空気をＥＧＲ通路に導入し、過給圧制御とＥＧＲクーラの逆洗とを同時に実行するものである。
【０００９】
上記ＥＧＲ通路は、ＥＧＲガスをタービン上流側で取り出してコンプレッサ下流側に送るようになっている。即ち、通常のＥＧＲ実行領域では、タービンの絞り作用によりタービン上流側の排気圧がコンプレッサ下流側の過給圧より大きくなる。従って本発明ではこれを利用してＥＧＲを可能としている。こうするとコンプレッサ保護のためのフィルタ等が不要となり、低コストを実現できる。
【００１０】
一方、連絡通路はＥＧＲクーラの逆洗時に用いる。即ち、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を連絡通路に連通させれば、コンプレッサから吐出された空気をＥＧＲクーラに逆流させ、この後連絡通路を通じて排出できる。これによりＥＧＲクーラの逆洗が可能となり、安定した冷却性能を維持することが可能となる。
【００１１】
なお、上記通路切替手段が、コンプレッサ下流側の吸気通路内の圧力が所定圧力を越えたとき、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路を連絡通路に連通させるので、過給圧過大（オーバーブースト）時の過給圧制御とクーラの洗浄とが同時に実行でき、本来外部に捨て去る空気を有効に利用できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１は本発明に係るクールＥＧＲ装置を示す構成図である。エンジン１は、吸気管２及び吸気マニホールド３からなる吸気通路４と、排気マニホールド５及び排気管６からなる排気通路７と、これら吸気通路４及び排気通路７を連絡して配設されるターボチャージャー８とを備える。ターボチャージャー８は排気通路７に配設されたタービン８ａと、吸気通路４に配設されたコンプレッサ８ｂとを有し、これらタービン８ａ及びコンプレッサ８ｂが同一のタービン軸に取り付けられている。これによりエンジン１の排ガスでタービン８ａ及びコンプレッサ８ｂが駆動され、エンジン１が過給されることとなる。
【００１４】
ＥＧＲを行うための構成として、排気マニホールド５と吸気マニホールド３とはＥＧＲ通路をなすＥＧＲ管９ａ，９ｂ，９ｃで接続されている。即ちＥＧＲ通路は、実線矢印で示す如く、タービン８ａの上流側の位置で排気通路７から排ガスの一部（ＥＧＲガス）を取り出し、それをコンプレッサ８ｂの下流側の位置で吸気通路４に戻し、エンジン１内にて再燃焼させるようになっている。
【００１５】
特に、最上流側のＥＧＲ管９ａの上流端がタービン上流側の排気通路７（排気マニホールド５）に接続され、最下流側のＥＧＲ管９ｃの下流端がコンプレッサ下流側の吸気通路４（吸気マニホールド３）に接続されている。通常のＥＧＲ実行領域では、タービン８ａの絞り作用によりタービン上流側の排気圧がコンプレッサ下流側の過給圧より大きくなる。従ってここではこれを利用してＥＧＲを可能としている。こうすると従来のようなコンプレッサ保護のためのフィルタ等が不要となり、低コストを実現できる。
【００１６】
次に、ここではＥＧＲ管９ａ，９ｂ，９ｃ内を流れるＥＧＲガスを冷却すべく、中間のＥＧＲ管９ｂと最下流側のＥＧＲ管９ｃとの間にＥＧＲクーラ１０が配設されている。ＥＧＲクーラ１０は冷媒としてエンジン冷却水を用いており、即ち冷却水管１１ａから冷却水を導入し、内部において冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行った後、冷却水を冷却水管１１ｂに導出するようになっている。ＥＧＲクーラ１０の構造としては、多数の細径パイプがＥＧＲ管９ｂ，９ｃを連通し、これらパイプがケーシングで区画される冷却水室に没入されるようになっている。従ってＥＧＲクーラ１０はパイプ内にＥＧＲガスを流通させる一方、冷却水でパイプを介してＥＧＲガスを冷却するようになっている。
【００１７】
なお、冷却水管１１ｂはヒータ用熱交換器としてのヒータコア１２に接続され、これにより熱交換後の冷却水が車室内の暖房の熱源として利用される。ヒータコア１２の出口側とエンジン１とが冷却水管１１ｃで接続され、エンジン１に設けられたウォータポンプ１３が、これら水管１１ａ…及びエンジンのウォータジャケット内に、破線矢印の如く冷却水を循環させるようになっている。ここでは冷却水管１１ａ，１１ｂ，１１ｃが冷却水通路を形成する。
【００１８】
ここで、ＥＧＲクーラ１０の上流側にある二つのＥＧＲ管９ｂ，９ｃの間には三方式の電磁切替弁１４が介設される。そして電磁切替弁１４にはさらに、連絡通路を区画する連絡管１５の一端が接続される。連絡管１５の他端は、コンプレッサ８ｂの上流側の吸気通路４（吸気管２）に接続されている。
【００１９】
電磁切替弁１４は、ＥＣＵ等のコントローラ１６からの制御信号に基づき切替動作される。即ち、一方に切り替えられたときにはＥＧＲ管９ａ，９ｂを連通して連絡管１５を閉塞し、他方に切り替えられたときにはＥＧＲ管９ｂと連絡管１５とを連通してＥＧＲ管９ａを閉塞する。コントローラ１６は、コンプレッサ下流側の吸気通路４に設けられた圧力センサ２１からエンジン１の過給圧を読み取っており、同時に図示しない種々のセンサからエンジン回転数、エンジン負荷、冷却水温等を読み取っている。従ってコントローラ１６は、エンジン運転状態に応じたエンジン制御、電磁切替弁１４の切替制御を実行することとなる。
【００２０】
このように、ＥＧＲクーラ上流側のＥＧＲ通路（ＥＧＲ管９ａ，９ｂ）と、コンプレッサ上流側の吸気通路４とが連絡通路（連絡管１５）で接続され、連絡通路接続位置下流側のＥＧＲ通路（ＥＧＲ管９ｂ）が、通路切替手段（電磁切替弁１４及びコントローラ１６）により、連絡通路接続位置上流側のＥＧＲ通路（ＥＧＲ管９ａ）又は連絡通路（連絡管１５）に選択的に連通される。
【００２１】
ここで、吸気マニホールド３において、ＥＧＲ管９ｃの出口には流量制御弁１７が設けられ、流量制御弁１７もまたコントローラ１６から制御信号を受けて、エンジン運転状態に見合った所定の開度に制御され、所定量のＥＧＲガスを吸気通路４に与えるようになっている。
【００２２】
次に本実施形態の作用を説明する。先ず通常運転時は、コントローラ１６が電磁切替弁１４を一方のＥＧＲ実行側に切り替える。即ちこのときは、電磁切替弁１４がＥＧＲ管９ａ，９ｂを連通し連絡管１５を閉塞する。こうなるとＥＧＲ管９ａ，９ｂ，９ｃによるＥＧＲが実行可能となる。このとき流量制御弁１７は、エンジン運転状態に基づく最適開度に制御される。ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ１０を通過する際に冷却水で冷却され、これによりガス温が低下させられＮＯｘ低減効果が高められる。
【００２３】
他方、エンジン１の高速運転時には過給圧制御の必要性が生じてくる。具体的には、圧力センサ２１で検出される過給圧Ｐｂが所定圧力Ｐｂ0 を越えたとき、過給圧が過大となり、エンジン保護のための過給圧制御が必要となる。このときはコントローラ１６が、Ｐｂ＞Ｐｂ0 と判断した後、電磁切替弁１４を他方のクーラ逆洗側に切り替える。こうなると電磁切替弁１４が、ＥＧＲ管９ｂと連絡管１５とを連通してＥＧＲ管９ａを閉塞するようになる。またこのとき同時に流量制御弁１７は全開とされる。
【００２４】
こうすると、オーバーブースト状態にあるコンプレッサ下流側の吸気通路４内の高圧空気が、ＥＧＲ管９ｃに導入されてＥＧＲクーラ１０内を逆流する。この逆流時に、ＥＧＲクーラ１０のパイプに堆積したカーボン等が洗浄除去されることとなる。クーラ通過後の空気はＥＧＲ管９ｂ、電磁切替弁１４、連絡管１５を順次流れ、コンプレッサ上流側の吸気通路４に戻されて再度吸気に供される。こうして、過給圧制御時の高圧を利用したＥＧＲクーラ１０の逆洗が可能となる。この逆洗は過給圧制御の度毎に行われるので、ＥＧＲクーラ１０は頻繁に洗浄されて安定した冷却性能を維持できるようになる。なおこのときはＥＧＲは中止される。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、コンプレッサ下流側にＥＧＲガスを環流させるため、フィルタ等のＥＧＲガス洗浄手段が不要となり低コストを実現できる。また過給機としてターボチャージャー８を用いた場合でもＥＧＲクーラ１０の逆洗が可能となり、しかもこれを過給圧及びＥＧＲ通路を利用して行うので、構造のシンプル化、低コスト化等を図れる。即ち、コンプレッサ下流側にＥＧＲ通路を接続したので、コンプレッサ８ｂで発生した過給圧をＥＧＲ通路を逆流させ、クーラ１０の逆洗に利用できる訳である。さらに、過給圧制御の際に本来捨て去る空気をクーラ１０の逆洗に利用するので、エネルギの有効利用も図れることとなる。ただし、過給圧制御が不要なときでも一時的にＥＧＲを実行不可とし、過給圧を利用したクーラの逆洗を行うことは可能である。
【００２６】
次に別の実施の形態について説明する。なお同一の構成については図中同一符号を付し説明を省略する。
【００２７】
図２に示す実施の形態にあっては、連絡管１５の出口端がタービン８ａの下流側の排気通路７に接続されている。こうするとクーラ逆洗後の空気がそのまま排ガスとともに外部に排出されるようになる。このようにしても前記同様の作用効果が発揮される。
【００２８】
図３に示す実施の形態にあっては、連絡管１５と二つのＥＧＲ管９ａ，９ｂとがそれぞれ三又状に接続され、通路切替手段が、ＥＧＲ管９ａと連絡管１５とにそれぞれ設けられた二方式電磁開閉弁１９，２０及びコントローラ１６で構成されている。連絡管１５の出口端はコンプレッサ８ｂの上流側の吸気通路４に接続されている。なお前述の流量制御弁１７は、ＥＧＲ管９ｃの途中に設けられた可変絞りを有する流量制御弁１８に置換されている。これら電磁開閉弁１９，２０と流量制御弁１８とはそれぞれコントローラ１６によって開閉制御及び開度制御がなされる。
【００２９】
電磁開閉弁１９，２０は前記電磁切替弁１４と同様な三方弁的な役割を果たす。即ち、エンジン通常運転時は電磁開閉弁１９が開、電磁開閉弁２０が閉とされ、これによりＥＧＲ管９ａ，９ｂ同士のみが連通されて流量制御弁１８によるＥＧＲ制御が実行される。また過給圧が過大となったときは電磁開閉弁１９が閉、電磁開閉弁２０が開、流量制御弁１８が全開とされ、ＥＧＲ管９ｂに連絡管１５のみが連通されて過給圧を利用したクーラ逆洗が実行される。特にこのような電磁開閉弁１９，２０を用いると、前述の三方式電磁切替弁１４を用いた場合に比べ弁構造が簡単となり、低コストで良好なシール性を得られるようになる。
【００３０】
図４に示す実施の形態は図３に示す実施の形態と同様で、異なるのは連絡管１５の出口端がタービン８ａの下流側の排気通路７に接続される点のみである。
【００３１】
他にも本発明の実施の形態は種々考えられ、本発明は上記実施の形態に限定されない。例えばＥＧＲクーラ１０は空冷式としてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下の如き優れた効果が発揮される。
【００３３】
（１）フィルタ等のＥＧＲガス洗浄手段が不要となり、低コストを実現できる。
【００３４】
（２）ターボ過給式エンジンにおいてもＥＧＲクーラの逆洗が可能となる。
【００３５】
（３）過給圧制御の際に本来捨て去る空気をＥＧＲクーラの逆洗に有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の別の実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明の別の実施の形態を示す構成図である。
【図４】本発明の別の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１  エンジン
４  吸気通路
７  排気通路
８  ターボチャージャー
８ａ  タービン
８ｂ  コンプレッサ
９ａ，９ｂ，９ｃ  ＥＧＲ管
１０  ＥＧＲクーラ
１４  電磁切替弁
１５  連絡管
１６  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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