JP2013245589A - エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ通路に作用する排気圧力又は吸気圧力の脈動に対応してＥＧＲ弁を閉弁状態から開弁させることで、ＥＧＲ弁に作用する負荷を軽減させること。
【解決手段】ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路１７と、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量を調節するためにＥＧＲ通路１７に設けられたＥＧＲ弁１８とを備える。ＥＧＲ弁１８は、弁体３３が弁座３２に着座した閉弁状態から弁体３３をエンジン１の排気圧力又は吸気圧力に抗してＥＧＲ通路１７の上流側へ移動させることで開弁するタイプである。エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁１８を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）５０は、ＥＧＲ弁１８を閉弁状態から開弁させるときには、エンジン１の排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を避けてＥＧＲ弁１８の開弁を開始させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流してエンジンへ還流させるエンジンの排気還流装置に関する。

従来、この種の技術が、例えば、自動車用エンジンにおいて採用されている。排気還流装置（Exhaust Gas Recirculation（ＥＧＲ）装置）は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される燃焼後の排気の一部を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によって、主として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させことができ、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。

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により吸気中の酸素含有量を増加させることなく、スロットルバルブをある程度閉じた状態においても、エンジンのポンピングロスを低減することができる。

ここで、近時は、エンジンの更なる燃費向上を図るために、エンジンの全運転領域でＥＧＲを行うことが考えられ、大量ＥＧＲを実現することが求められている。大量ＥＧＲを実現するためには、従前の技術に対し、ＥＧＲ通路の内径を拡大したり、ＥＧＲ弁の弁体や弁座の流路開口面積を大きくしたりする必要がある。

下記の特許文献１には、過給機付きディーゼルエンジンに設けられるＥＧＲ装置が開示されている。過給機付きディーゼルエンジンでは、エンジン回転速度が増加するに従い、あるいは、エンジン負荷が高くなるに従い、吸気圧力が排気圧力よりも高くなってしまう。このため、主として軽負荷領域でしかＥＧＲを行うことができず、高負荷領域ではＥＧＲを行うことができなかった。そこで、特許文献１に記載のＥＧＲ装置では、エンジンの各気筒の排気ポートに接続する排気マニホールドの分岐管部のそれぞれに、排気圧力に脈動が生じるタイミングで周期的に動作して吸気圧力より高い排気圧力をＥＧＲ通路へ導くロータリー弁を設けている。この構成により、排気ポートから排出される排気の一部を、高い排気圧力を利用してＥＧＲ通路へ導き、吸気圧力に抗して吸気通路へ流して燃焼室へ還流させるようにしている。これにより、エンジンにおいて吸排気のポンピングロスをなくし、高負荷領域でもＥＧＲを行えるようにしている。

特開平８−３３８３２２号公報

ところが、特許文献１に記載のＥＧＲ装置では、エンジンの吸気圧力及び排気圧力がピークとなるタイミングにおいてＥＧＲ弁を閉弁状態から開弁しようとした場合に、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との間の圧力差が過大となり、弁体が開き難くなり、ＥＧＲ弁の駆動機構に過大な負荷がかかるおそれがあった。このため、ＥＧＲ弁の駆動機構に故障のおそれがあり、駆動機構がモータを含む場合は、モータに脱調が起きてモータを狙い通りに制御できなくなり、ＥＧＲ弁の開度を正確に調節できなくなるおそれがあった。このような問題は、ＥＧＲ装置を大量ＥＧＲに対応させるために、ＥＧＲ通路の流路径を拡げたり、ＥＧＲ弁の弁体や弁座を大型化したりした場合により顕著になると考えられる。

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、排気還流通路に作用する排気圧力又は吸気圧力の脈動に対応して排気還流弁を閉弁状態から開弁させることで、排気還流弁に作用する負荷を軽減することを可能としたエンジンの排気還流装置を提供することにある。

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吸気通路へ流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流量を調節するために排気還流通路に設けられた排気還流弁とを備えたエンジンの排気還流装置において、排気還流弁は、弁座と弁体を含み、弁体が弁座に着座した閉弁状態から弁体をエンジンの排気圧力又は吸気圧力に抗して排気還流通路の上流側へ移動させることで開弁するタイプであることと、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を検出するための圧力ピーク時期検出手段と、排気還流弁をエンジンの運転状態に応じて制御するための制御手段とを備え、制御手段は、排気還流弁を閉弁状態から開弁させるときには、圧力ピーク時期検出手段により検出される排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を避けて排気還流弁の開弁を開始させることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、排気還流通路における排気流量を調節するために、排気還流弁がエンジンの運転状態に応じて制御手段により制御される。そして、排気還流弁を閉弁状態から開弁させるときには、圧力ピーク時期検出手段により検出される排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を避けて、排気還流弁の開弁が開始される。従って、排気還流弁が、閉弁状態から弁体をエンジンの排気圧力又は吸気圧力に抗して排気還流通路の上流側へ移動させることで開弁するタイプであっても、その開弁の際に、弁体に過大な排気圧力又は吸気圧力が作用することがない。

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、圧力ピーク時期検出手段は、エンジンのクランク角を検出するためのクランク角センサと、検出されるクランク角に基づいて排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を判断するための判断手段とを備えたことを趣旨とする。

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、クランク角センサにより検出されるエンジンのクランク角に基づいて、判断手段により、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期が正確に検出される。

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２に記載の発明において、判断手段は、検出されるクランク角に基づいてエンジンの回転速度を算出し、算出されるエンジンの回転速度に応じて排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を判断することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期が、エンジンの回転速度に応じて判断手段により判断されるので、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期がより正確に検出される。

請求項１に記載の発明によれば、排気還流通路に作用する排気圧力又は吸気圧力の脈動に対応して排気還流弁を閉弁状態から開弁させることができ、排気還流弁に作用する負荷を軽減することができる。

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、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を確実に避けて排気還流弁を閉弁状態から開弁させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に対し、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期をより確実に避けて排気還流弁を閉弁状態から開弁させることができる。

第１実施形態に係り、エンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含む過給機付エンジンシステムを示す概略構成図。 同実施形態に係り、ＥＧＲ弁の概略構成を示す断面図。 同実施形態に係り、ＥＧＲ制御の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、排気圧力の脈動と、それに対応するＥＧＲ要求と実際のＥＧＲ弁制御のタイミングを示すタイムチャート。 第２実施形態に係り、ＥＧＲ制御の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、ＥＧＲオン回避タイミングと、エンジン回転速度及びＥＧＲオン回避クランク角との関係を示すタイミングマップ。 同実施形態に係り、エンジン回転速度とＥＧＲ制御遅れクランク角との関係を示す補正マップ。 第３実施形態に係り、エンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含む過給機付エンジンシステムを示す概略構成図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるエンジンの排気還流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。

図１に、この実施形態におけるエンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含む過給機付エンジンシステムを概略構成図により示す。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の吸気ポート２には、吸気通路３が接続され、排気ポート４には、排気通路５が接続される。吸気通路３の入口には、エアクリーナ６が設けられる。エアクリーナ６より下流の吸気通路３には、排気通路５との間に、吸気通路３における吸気を昇圧させるための過給機７が設けられる。

過給機７は、吸気通路３に配置されたコンプレッサ８と、排気通路５に配置されたタービン９と、コンプレッサ８とタービン９を一体回転可能に連結する回転軸１０とを含む。過給機７は、排気通路５を流れる排気によりタービン９を回転させて回転軸１０を介してコンプレッサ８を一体的に回転させることにより、吸気通路３における吸気を昇圧させる、すなわち過給を行うようになっている。

過給機７に隣接して排気通路５には、タービン９を迂回する排気バイパス通路１１が設けられる。この排気バイパス通路１１には、ウェイストゲートバルブ１２が設けられる。ウェイストゲートバルブ１２により排気バイパス通路１１を流れる排気が調節されることにより、タービン９に供給される排気流量が調節され、タービン９及びコンプレッサ８の回転速度が調節され、過給機７による過給圧が調節されるようになっている。

吸気通路３において、過給機７のコンプレッサ８とエンジン１との間には、インタークーラ１３が設けられる。このインタークーラ１３は、コンプレッサ８により昇圧されて高温となった吸気を適温に冷却するためのものである。インタークーラ１３とエンジン１との間の吸気通路３には、サージタンク３ａが設けられる。また、インタークーラ１３の下流側であってサージタンク３ａの上流側には、電動式のスロットル弁である電子スロットル装置１４が設けられる。この電子スロットル装置１４は、吸気通路３に配置されるバタフライ形のスロットル弁２１と、そのスロットル弁２１を開閉駆動するためのステップモータ２２と、スロットル弁２１の開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ２３とを備える。この電子スロットル装置１４は、運転者によるアクセルペダル２６の操作に応じてスロットル弁２１がステップモータ２２により開閉駆動され、開度が調節されるように構成される。この電子スロットル装置１４の構成として、例えば、特開２０１１−２５２４８２号公報の図１及び図２に記載される「スロットル装置」の基本構成を採用することができる。タービン９の下流側の排気通路５には、排気を浄化するための排気触媒としての触媒コンバータ１５が設けられる。

この実施形態において、大量ＥＧＲを実現するためのＥＧＲ装置は、エンジン１の燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部を吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）１７と、ＥＧＲ通路１７における排気流量（ＥＧＲ流量）を調節するためにＥＧＲ通路１７に設けられた排気還流弁（ＥＧＲ弁）１８とを備える。ＥＧＲ通路１７は、タービン９の上流側の排気通路５と、サージタンク３ａとの間に設けられる。すなわち、排気通路５を流れる排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１７を通じて吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させるために、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａが、電子スロットル装置１４の下流側にてサージタンク３ａに接続される。また、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂは、タービン９の上流側における排気通路５に接続される。

ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂの近傍には、ＥＧＲガスを浄化するためのＥＧＲ用触媒コンバータ１９が設けられる。また、ＥＧＲ用触媒コンバータ１９より下流のＥＧＲ通路１７には、同通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられる。この実施形態で、ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲクーラ２０より下流のＥＧＲ通路１７に配置される。

図２に、ＥＧＲ弁１８の概略構成を断面図により示す。図２に示すように、ＥＧＲ弁１８は、ポペット弁により、かつ、電動弁により構成される。すなわち、ＥＧＲ弁１８は、ハウジング３１と、ハウジング３１の中に設けられた弁座３２と、ハウジング３１の中で弁座３２に対して移動可能に設けられた弁体３３と、弁体３３をストローク運動させるためのステップモータ３４とを備える。ハウジング３１は、排気通路５の側（排気側）よりＥＧＲガスが導入される導入口３１ａと、吸気通路３の側（吸気側）へＥＧＲガスを導出する導出口３１ｂと、導入口３１ａと導出口３１ｂとを連通する連通路３１ｃとを含む。弁座３２は、連通路３１ｃの中間に設けられる。ここで、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂには、排気通路５におけるエンジン１の排気圧力の脈動が作用し、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａには、サージタンク３ａにおけるエンジン１の吸気圧力の脈動が作用する。従って、ＥＧＲ弁１８の弁体３３には、導入口３１ａを通じて、ＥＧＲ通路１７の上流側における排気圧力の脈動が作用し、導出口３１ｂを通じて、ＥＧＲ通路１７の下流側における吸気圧力の脈動が作用することになる。

ステップモータ３４は、直進的に往復運動（ストローク運動）可能に構成された出力軸３５を備え、その出力軸３５の先端に弁体３３が固定される。出力軸３５はハウジング３１に設けられた軸受３６を介してストローク運動可能に支持される。出力軸３５の上端部には、雄ねじ部３７が形成される。出力軸３５の中間（雄ねじ部３７の下端付近）には、スプリング受け３８が形成される。スプリング受け３８は、下面が圧縮スプリング３９の受け面となっており、上面にはストッパ４０が形成される。

弁体３３は円錐形状をなし、その円錐面が弁座３２に対して当接又は離間するようになっている。弁体３３は、スプリング受け３８とハウジング３１との間に設けられた圧縮スプリング３９によりステップモータ３４の側へ、すなわち弁座３２に着座する閉弁方向へ付勢されている。そして、閉弁状態の弁体３３が、ステップモータ３４の出力軸３５により圧縮スプリング３９の付勢力に抗してストローク運動することにより、弁体３３が弁座３２から離間して開弁する。すなわち、開弁時には、弁体３３は、ＥＧＲ通路１７の上流側（排気側）へ向けて移動する。このように、ＥＧＲ弁１８は、弁体３３が弁座３２に着座した閉弁状態から弁体３３をエンジン１の排気圧力又は吸気圧力に抗してＥＧＲ通路１７の上流側へ移動させることで開弁するタイプとなっている。一方、開弁状態から弁体３３が、ステップモータ３４の出力軸３５により圧縮スプリング３９の付勢方向へストローク運動することにより、弁体３３が弁座３２に近付いて閉弁する。すなわち、閉弁時には、弁体３３はＥＧＲ通路１７の下流側（吸気側）へ向けて移動する。

そして、ステップモータ３４の出力軸３５をストローク運動させることにより、弁座３２に対する弁体３３の開度が調節されるようになっている。ＥＧＲ弁１８の出力軸３５は、弁体３３が弁座３２に着座する全閉状態から、弁体３３が弁座３２から最大限離間する全開状態までの間で所定のストロークだけストローク運動可能に設けられる。この実施形態では、大量ＥＧＲを実現するために、従前の技術に比べて弁座３２の開口面積が拡大されている。それに合わせて、弁体３３が大型化されている。

ステップモータ３４は、コイル４１、マグネットロータ４２及び変換機構４３を含む。ステップモータ３４は、コイル４１が通電により励磁されることで、マグネットロータ４２を所定ステップ数だけ回転させ、変換機構４３によりマグネットロータ４２の回転運動を出力軸３５のストローク運動に変換し、弁体３３をストローク運動させるようになっている。

マグネットロータ４２は、樹脂製のロータ本体４４と、円環状のプラスチックマグネット４５とを含む。ロータ本体４４の中心には、出力軸３５の雄ねじ部３７に螺合する雌ねじ部４６が形成される。そして、ロータ本体４４の雌ねじ部４６と出力軸３５の雄ねじ部３７とが螺合した状態で、ロータ本体４４が回転することで、その回転運動が出力軸３５のストローク運動に変換されるようになっている。ここで、雄ねじ部３７と雌ねじ部４６により、上記した変換機構４３が構成される。ロータ本体４４の下部には、スプリング受け３８のストッパ４０が当接する当接部４４ａが形成される。ＥＧＲ弁１８の全閉時には、ストッパ４０の端面が、当接部４４ａの端面に面接触して、出力軸３５の初期位置が規制されるようになっている。

この実施形態では、ＥＧＲ弁１８が上記のように構成されることから、構造上、ＥＧＲ弁１８の閉弁速度が電子スロットル装置１４の閉弁速度よりも遅くなっている。

この実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて電子スロットル装置１４とＥＧＲ弁１８をそれぞれ制御するために、電子スロットル装置１４のステップモータ２２とＥＧＲ弁１８のステップモータ３４のそれぞれが電子制御装置（ＥＣＵ）５０により制御されるようになっている。ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、所定の制御プログラム等を予め記憶したり、ＣＰＵの演算結果等を一時的に記憶したりする各種メモリと、これら各部と接続される外部入力回路及び外部出力回路とを備え、ＥＧＲ弁１８をエンジン１の運転状態に応じて制御するための本発明の制御手段に相当する。外部出力回路には各ステップモータ２２，３４が接続される。外部入力回路には、スロットルセンサ２３をはじめエンジン１の運転状態を検出するための運転状態検出手段に相当する各種センサ２７，５１〜５３が接続され、各種エンジン信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ５０は、ステップモータ３４を制御するために、所定の指令信号をステップモータ３４へ出力するようになっている。

ここで、各種センサとして、スロットルセンサ２３の他に、アクセルセンサ２７、吸気圧センサ５１、回転速度センサ５２及び水温センサ５３が設けられる。アクセルセンサ２７は、アクセルペダル２６の操作量であるアクセル開度ＡＣＣを検出する。アクセルペダル２６は、エンジン１の動作を操作するための本発明の操作手段に相当する。吸気圧センサ５１は、サージタンク３ａにおける吸気圧ＰＭを検出する。回転速度センサ５２は、エンジン１のクランクシャフト１ａの回転角（クランク角）を検出するとともに、そのクランク角の変化をエンジン１の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥとして検出するためのものであり、本発明のクランク角センサに相当する。水温センサ５３は、エンジン１の冷却水温ＴＨＷを検出する。

ＥＣＵ５０は、後述するように回転速度センサ５２により検出されるクランク角に基づいてエンジン１の排気圧力がピークとなる時期を判断するようになっている。回転速度センサ５２とＥＣＵ５０は、本発明の圧力ピーク時期検出手段を構成する。

次に、上記のように構成したＥＧＲ装置につき、ＥＣＵ５０が実行するＥＧＲ制御の処理内容について説明する。図３に、ＥＧＲ制御の処理内容の一例をフローチャートにより示す。図４に、エンジン１の排気圧力の脈動と、それに対応するＥＧＲ要求と実際のＥＧＲ弁制御のタイミングをタイムチャートにより示す。

処理がこのルーチンへ移行すると、先ず、ステップ１００で、ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転状態を示す各種信号を取り込む。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ５０は、高負荷ＥＧＲカットからの復帰条件が成立したか否かを判断する。すなわち、エンジン１が高負荷運転となってＥＧＲを遮断（ＥＧＲカット）した状態から、エンジン１の運転状態が変わりＥＧＲ実行へ復帰する条件が成立したか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、アクセル開度ＡＣＣ、スロットル開度ＴＡ及び吸気圧ＰＭ等の信号と、ＥＧＲ弁１８の指令信号に基づいてこの判断を行う。ＥＣＵ５０は、この判断結果が否定である場合、ＥＧＲカットを継続するために、処理をステップ２１０へ移行する。

そして、ステップ２１０で、ＥＣＵ５０は、ステップモータ３４を制御することにより、ＥＧＲ弁１８の閉弁を継続する。次いで、ステップ２２０で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ実行フラグＸＥＧＲを「０」に設定する。

一方、ステップ１１０の判断結果が肯定である場合、ＥＧＲカットからＥＧＲ実行へ復帰するために、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１２０へ移行する。そして、ステップ１２０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬを取り込む。ここで、エンジン負荷ＫＬは、エンジン回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭとの関係から求めることができ、ＥＣＵ５０が算出する。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じたＥＧＲ弁１８の目標開度Ｔｅｇｒを求める。ＥＣＵ５０は、この処理を、予め設定された関数データである目標開度マップ（図示略）を参照して行う。

次に、ステップ１４０で、ＥＣＵ５０は、エンジン１の高回転及び高負荷からの復帰であるか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ５０は、高回転及び高負荷から低回転又は低負荷へ向けてエンジン１の運転状態が変わったか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、アクセル開度ＡＣＣ、スロットル開度ＴＡ、エンジン回転速度ＮＥ及び吸気圧ＰＭ等の信号に基づいてこの判断を行う。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定である場合、処理をステップ１５０へ移行し、この判断結果が否定である場合、処理をステップ１８０へ移行する。

ステップ１５０では、ＥＣＵ５０は、クランク角が所定の範囲か否かを判断する。この実施形態で、ＥＣＵ５０は、クランク角が「１５０〜３００（℃Ａ）又は５１０〜６６０（℃Ａ）」の範囲にあるか否かを判断する。図４に示すように、上記したクランク角の範囲は、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期と、ピークへ向けて排気圧力が立ち上がる期間と、ピークから排気圧力が立ち下がる期間とを含み、クランク角の変化に応じて周期的に到来する。このクランク角の範囲は、レシプロタイプのエンジン１の一連のサイクル、すなわち、吸気行程、圧縮行程、爆発工程及び排気行程のうち、排気行程に対応するものである。ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥの信号に基づいてこの判断を行う。この判断結果が否定である場合、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期でないとして、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１８０へ移行する。この判断結果が肯定である場合、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期であるとして、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１６０へ移行する。

そして、ステップ１６０では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ実行フラグＸＥＧＲが「０」か否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、ＥＧＲをカットするために、ＥＣＵ５０は、ステップ１７０で、ステップモータ３４を制御することにより、ＥＧＲ弁１８の閉弁を継続させ、処理をステップ１５０へ戻す。この判断結果が否定である場合、ＥＧＲ実行を継続するために、ＥＣＵ５０は、ステップ２００で、ステップモータ３４を制御することにより、ＥＧＲ弁１８を目標開度Ｔｅｇｒに制御する。

一方、ステップ１４０又はステップ１５０から移行してステップ１８０では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ実行フラグＸＥＧＲが「０」か否かを判断する。この判断結果が否定である場合、ＥＧＲ実行を継続するために、ステップ２００で、ＥＣＵ５０はステップモータ３４を制御することにより、ＥＧＲ弁１８を目標開度Ｔｅｇｒに制御する。この判断結果が肯定である場合、ＥＧＲカットからＥＧＲ実行へ復帰するために、ＥＣＵ５０は、ステップ１９０で、ＥＧＲ実行フラグＸＥＧＲを「１」に設定した後、ステップ２００の処理を実行する。

上記したＥＧＲ制御によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁１８を制御するようになっている。また、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８を閉弁状態から開弁させるとき、すなわちＥＧＲカットからＥＧＲ実行へ復帰するときには、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期を避けてＥＧＲ弁１８の開弁を開始させる。例えば、図４に実線で示すように、排気圧力がピークとなる「１５０〜３００（℃Ａ）」の範囲内でＥＧＲ要求がオンとなった場合は、実際のＥＧＲ弁１８は、その「１５０〜３００（℃Ａ）」の範囲を避けてオンされ、開弁されることになる。一方で、図４に破線で示すように、排気圧力がピークとならない「０〜１５０（℃Ａ）」の範囲内でＥＧＲ要求がオンとなった場合は、実際のＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲ要求がオンとなったタイミングでオンされ、開弁されることになる。

以上説明したこの実施形態におけるＥＧＲ装置によれば、エンジン１の運転時であって過給機７の非作動時に、ＥＧＲ弁１８が開いているときは、電子スロットル装置１４より下流のサージタンク３ａで発生する負圧がＥＧＲ通路１７の出口１７ａに作用し、排気通路５を流れる排気の一部がＥＧＲガスとして、ＥＧＲ用触媒コンバータ１９、ＥＧＲ通路１７及びＥＧＲクーラ２０を通じてサージタンク３ａへ引き込まれる。このため、過給機７の非作動時に、ＥＧＲ通路１７を通じて適量のＥＧＲガスを吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させることがきる。このとき、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量は、ＥＧＲ弁１８の開度を適宜制御することで任意に調節することができる。

一方、エンジン１の運転時であって過給機７の作動時に、ＥＧＲ弁１８が開いているときは、排気通路５における過給排気圧がＥＧＲ通路１７の入口１７ｂに作用し、排気通路５を流れる排気の一部が、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ用触媒コンバータ１９、ＥＧＲ通路１７及びＥＧＲクーラ２０を通じてサージタンク３ａへ押し込まれる。このため、過給機７の作動時に、ＥＧＲ通路１７を通じて適量のＥＧＲガスを吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させることがきる。このとき、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量は、ＥＧＲ弁１８の開度を適宜制御することで任意に調節することができる。

この実施形態によれば、ＥＧＲ弁１８がポペット弁により構成されるので、その開閉によるＥＧＲ流量の特性は、一般的には、開度に対して徐々に変化する。また、ＥＧＲ弁１８が電動弁により構成されるので、その開度を連続的に可変とすることができる。このため、ＥＧＲ弁１８の開度を制御することにより、ＥＧＲ通路１７における大量のＥＧＲ流量を徐々に変化させて調節することができる。これにより、エンジン１の全運転領域において、主としてエンジン１の排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させて排気エミッションの悪化を防止することができ、エンジン１の燃費向上を図ることができる。

この実施形態によれば、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量を調節するために、ＥＧＲ弁１８がエンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ５０により制御される。そして、ＥＧＲ弁１８を閉弁状態から開弁させるときには、排気圧力がピークとなる時期を避けて、ＥＧＲ弁１８の開弁が開始される。従って、この実施形態のようにＥＧＲ弁１８が、閉弁状態から弁体３３をエンジン１の排気圧力に抗してＥＧＲ通路１７の上流側（排気側）へ移動させることで開弁するタイプであっても、その開弁の際に、弁体３３に過大な排気圧力が作用することがない。このため、ＥＧＲ通路１７に作用する排気圧力の脈動に対応して排気圧力がピークとなる時期を避けてＥＧＲ弁１８を閉弁状態から開弁することができ、ＥＧＲ弁１８に作用する負荷を軽減することができる。つまり、排気圧力がピークとなる時期を避けてＥＧＲ弁１８を閉弁状態から開弁するので、弁体３３を過大な排気圧力に抗して弁座３２から引き離すことがなく、ＥＧＲ弁１８のステップモータ３４に作用する負荷を軽減することができる。この結果、ＥＧＲ弁１８の信頼性及び耐久性を確保、向上させることができる。また、ステップモータ３４の駆動力を排気圧力のピークに対抗させる必要がなく、ステップモータ３４の駆動力を増強したり、ステップモータ３４を大型化したりする必要がない。

この実施形態によれば、クランク角センサである回転速度センサ５２により検出されるクランク角に基づいて、ＥＣＵ５０により、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期が正確に検出される。この意味から、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期を確実に避けてＥＧＲ弁１８を閉弁状態から開弁させること、すなわち、ＥＧＲカットからＥＧＲ実行へ復帰させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの排気還流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。

なお、以下に説明する各実施形態において前記第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、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、ＥＧＲ制御の処理内容の点で第１実施形態と構成が異なる。図５に、ＥＧＲ制御の処理内容の一例をフローチャートにより示す。

図５に示すフローチャートは、そのステップ２５０〜ステップ２８０の処理内容の点で、図３に示すフローチャートのステップ１５０の処理内容と異なる。図５におけるその他のステップ１００〜１４０，１６０〜２１０の処理内容については、図３のフローチャートのそれと同じである。

図５に示すように、ステップ１４０から移行してステップ２５０では、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥに応じたＥＧＲオンを回避するクランク角（ＥＧＲオン回避クランク角）Ａａｄを求める。ＥＣＵ５０は、この処理を図６に示すタイミングマップを参照することにより行う。図６に示すタイミングマップでは、ＥＧＲオン回避タイミングが、エンジン回転速度ＮＥとＥＧＲオン回避クランク角Ａａｄとの関係で設定される。そして、ＥＧＲオン回避タイミングでは、ＥＧＲオン回避クランク角Ａａｄがエンジン回転速度ＮＥに応じて変わるように設定される。

次に、ステップ２６０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥに応じたＥＧＲ制御遅れクランク角Ａｄｙを求める。ＥＣＵ５０は、この処理を図７に示す補正マップを参照することにより行う。図７に示す補正マップでは、エンジン回転速度ＮＥとＥＧＲ制御遅れクランク角Ａｄｙとの関係が設定される。この補正マップでは、エンジン回転速度ＮＥが高くなるに連れてＥＧＲ制御遅れクランク角Ａｄｙが大きくなるように設定される。ＥＣＵ５０の制御では、演算及び処理タイミングの関係で制御遅れが存在する。エンジン１の高回転域では、この制御遅れ時間によるクランク角のずれが無視できなくなる。そこで、このステップ２６０では、ＥＧＲオン回避クランク角Ａａｄについて、クランク角がずれる分だけＥＣＵ５０の制御指示を補正するために、ＥＧＲ制御遅れクランク角Ａｄｙを求める。ここで、ＥＣＵ５０の制御遅れ時間が「４ ｍｓ」である場合、図７の補正マップでは、エンジン回転速度ＮＥが「６０００ ｒｐｍ」のときＥＧＲ制御遅れクランク角Ａｄｙは「１４４ ℃Ａ」となり、エンジン回転速度ＮＥが「２０００ ｒｐｍ」のときＥＧＲ制御遅れクランク角Ａｄｙは「４８ ℃Ａ」となる。

次に、ステップ２７０で、ＥＣＵ５０は、補正後ＥＧＲオン回避クランク角ＡＡＤを求める。ＥＣＵ５０は、ＥＧＲオン回避クランク角ＡａｄからＥＧＲ制御遅れクランク角Ａｄｙを減算することにより、この補正後ＥＧＲオン回避クランク角ＡＡＤを求める。すなわち、ＥＣＵ５０では、作動遅れが派生するので、その遅れ分制御の前だし補正として、この補正後ＥＧＲオン回避クランク角ＡＡＤが求められる。

そして、ステップ２８０で、ＥＣＵ５０は、補正後ＥＧＲオン回避クランク角ＡＡＤのタイミングであるか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期でないとして、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１８０へ移行する。この判断結果が肯定である場合、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期であるとして、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１６０へ移行する。

従って、この実施形態では、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期が、エンジン回転速度ＮＥに応じてＥＣＵ５０により判断される。ここで、排気圧力がピークとなる時期、すなわち、エンジンの排気行程の時期が到来する周期は、エンジン回転速度ＮＥが高くなるに連れて短くなり、エンジン回転速度ＮＥが低くなるに連れて長くなる。従って、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期が、エンジン回転速度ＮＥの変化に合わせてより正確に検出される。この意味から、エンジン１の排気圧力がピークとなる時期をより確実に避けてＥＧＲ弁１８を閉弁状態から開弁させること、すなわち、ＥＧＲカットからＥＧＲ実行へ復帰させることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの排気還流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。

図８に、この実施形態におけるＥＧＲ装置を含む過給機付エンジンシステムを概略構成図により示す。図８に示すように、この実施形態では、ＥＧＲ装置の配置の点で第１及び第２の実施形態と構成が異なる。すなわち、この実施形態で、ＥＧＲ通路１７は、その入口１７ｂが触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に接続され、その出口１７ａが過給機７のコンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。その他の構成については、第１及び第２の実施形態のそれと同じである。

従って、この実施形態によれば、エンジン１の運転時であって、過給機７の作動時にＥＧＲ弁１８が開いているときは、過給吸気圧による負圧が、コンプレッサ８より上流の吸気通路３にてＥＧＲ通路１７の出口１７ａに作用し、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に流れる排気の一部がＥＧＲ通路１７、ＥＧＲクーラ２０及びＥＧＲ弁１８を介して吸気通路３へ引き込まれる。ここで、高過給域であっても触媒コンバータ１５の下流側では、触媒コンバータ１５が抵抗となって排気圧力がある程度低減される。このため、高過給域までＥＧＲ通路１７に過給吸気圧による負圧を作用させてＥＧＲを行うことができる。また、触媒コンバータ１５で浄化される排気ガスの一部がＥＧＲ通路１７に導入されるので、第１実施形態と比較して、ＥＧＲ通路１７からＥＧＲ用触媒コンバータ１９を省略することができる。この実施形態におけるその他の作用効果は、第１及び第２の実施形態のそれと同じである。

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ができる。

（１）前記各実施形態では、ＥＧＲ弁１８を閉弁状態から開弁させるときに、排気圧力がピークとなる時期を避けてＥＧＲ弁１８の開弁を開始させるように構成したが、吸気圧力がピークとなる時期を避けてＥＧＲ弁１８の開弁を開始させるように構成することもできる。すなわち、ハウジング３１の導出口３１ｂには、脈動する吸気圧力が作用することから、ＥＧＲ弁１８の弁体３３が開弁により弁座３２から離れるときに、その弁体３３の移動方向とは逆向きに過大な吸気圧力が作用しないようにするのである。この場合も、前記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（２）前記各実施形態では、本発明のＥＧＲ装置を過給機７を備えたエンジン１に具体化したが、本発明のＥＧＲ装置を過給機を備えていないエンジンに具体化することもできる。

この発明は、例えば、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンにかかわらず車両用エンジンに利用することができる。

１ エンジン
１ａ クランクシャフト
３ 吸気通路
３ａ サージタンク
１６ 燃焼室
１７ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１７ａ 出口
１７ｂ 入口
１８ ＥＧＲ弁（排気還流弁）
３２ 弁座
３３ 弁体
３４ ステップモータ
５０ ＥＣＵ（制御手段、判断手段、圧力ピーク時期検出手段）
５２ 回転速度センサ（クランク角センサ、圧力ピーク時期検出手段）
ＮＥ エンジン回転速度
ＫＬ エンジン負荷
ＸＥＧＲ ＥＧＲ実行フラグ
Ｔｅｇｒ 目標開度

Claims (3)

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吸気通路へ流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排気流量を調節するために前記排気還流通路に設けられた排気還流弁とを備えたエンジンの排気還流装置において、
   前記排気還流弁は、弁座と弁体を含み、前記弁体が前記弁座に着座した閉弁状態から前記弁体を前記エンジンの排気圧力又は吸気圧力に抗して前記排気還流通路の上流側へ移動させることで開弁するタイプであることと、
   前記エンジンの前記排気圧力又は前記吸気圧力がピークとなる時期を検出するための圧力ピーク時期検出手段と、
   前記排気還流弁を前記エンジンの運転状態に応じて制御するための制御手段と
   を備え、前記制御手段は、前記排気還流弁を閉弁状態から開弁させるときには、前記圧力ピーク時期検出手段により検出される前記排気圧力又は前記吸気圧力がピークとなる時期を避けて前記排気還流弁の開弁を開始させることを特徴とするエンジンの排気還流装置。
2. 前記圧力ピーク時期検出手段は、前記エンジンのクランク角を検出するためのクランク角センサと、前記検出されるクランク角に基づいて前記排気圧力又は前記吸気圧力がピークとなる時期を判断するための判断手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気還流装置。
3. 前記判断手段は、前記検出されるクランク角に基づいて前記エンジンの回転速度を算出し、前記算出されるエンジンの回転速度に応じて前記排気圧力又は前記吸気圧力がピークとなる時期を判断することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気還流装置。

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