JP3858331B2 - Exhaust gas recirculation device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの一部を吸気経路に還流させる排気ガス還流装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両の内燃機関を駆動することにより排出される排気ガス中には、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）等が含まれており、これらのＮＯｘ等は有害成分としてその排出量が規制されている。このＮＯｘを低減する装置として、排気ガスを吸気経路に還流させて、燃焼温度の上昇を抑えてＮＯｘの生成量を低減する排気ガス還流装置（以下、ＥＧＲ装置という）が知られている。
【０００３】
さらに、ＥＧＲ装置の排気ガス還流通路にＥＧＲクーラを設け、このＥＧＲクーラによって、吸気経路に還流する排気ガスを冷却し、排気ガスの体積を減少して密度を増加させ、大量の排気ガスを吸気経路に還流させて、燃焼温度の上昇を抑えてＮＯｘの生成量を低減することも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のＥＧＲクーラを有するＥＧＲ装置では、ＥＧＲを長時間に亘って行うと、ＥＧＲクーラ内における排気ガス通路の壁面に煤（ＨＣ、パティキュレート等）が付着して、この通路の断面積が減少する。ＥＧＲクーラ内の排気ガス通路の断面積減少により、ＥＧＲクーラにおいて圧力損失が増大するという問題点や、ＥＧＲクーラの冷却性能が低下するという問題点が発生する。
【０００５】
よって、本発明は、ＥＧＲを長時間に亘って行っても、ＥＧＲクーラにおける圧力損失の増加を防止できるとともに、ＥＧＲクーラの冷却性能を維持できる排気ガス還流装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、排気経路から分岐して吸気経路に連通する第１の経路と、第１の経路に設けられ、排気ガスを冷却する排気ガス冷却手段と、排気経路から分岐して排気ガス冷却手段のガス排出口に連通するとともに、排気ガス冷却手段のガス吸入口を排気経路の該分岐部よりも下流に連通する第２の経路と、第１の経路に設けられ、第１の経路を開閉するとともに、吸気経路に還流される排気ガス量を制御する排気ガス還流制御弁と、第２の経路に設けられ、第２の経路を開閉するとともに、排気ガス冷却手段に逆流入する排気ガス量を制御する排気ガス逆流開閉弁とを有する構成である。この構成によれば、排気ガス逆流を行うときには、排気ガス還流制御弁を閉弁して第１の経路を閉じるとともに、排気ガス逆流開閉弁を開弁して第２の経路を開くので、排気ガスが、第２の経路を流通し、排気ガス冷却手段のガス排出口から排気ガス冷却手段に流入し、排気ガス冷却手段内の煤（ＨＣ、パティキュレート等）が吹き飛ばされて、排気ガス冷却手段内から煤（ＨＣ、パティキュレート等）が除去される。
【０００７】
請求項２の発明は、ターボチャージャを備えた内燃機関の排気ガス還流装置において、排気経路のターボチャージャの上流を吸気経路に連通する排気ガス還流経路と、排気ガス還流経路に設けられ、排気ガスを冷却する排気ガス冷却手段と、排気ガス還流経路の排気ガス冷却手段の上流に設けられ、吸気経路に還流される排気ガス量を制御する還流ガス量制御弁と、排気ガス還流経路の排気ガス冷却手段の下流に設けられ、排気ガス還流経路を開閉する第１の開閉弁と、排気経路の還流ガス量制御弁の上流を、排気ガス還流経路の排気ガス冷却手段と第１の開閉弁との間に連通する第１の排気ガス逆流用経路と、排気ガス還流経路の排気ガス冷却手段と還流ガス量制御弁との間を、排気経路のターボチャージャの下流に連通する第２の排気ガス逆流用経路と、第１の排気ガス逆流用経路に設けられ、この経路を開閉する第２の開閉弁と、第２の排気ガス逆流用経路に設けられ、排気ガス冷却手段に逆流入する排気ガス量を制御する逆流ガス量制御弁とを有する構成である。この構成によれば、内燃機関の運転状態に基づいて、排気ガス逆流を行う状態を検出したときに、還流ガス量制御弁及び第１の開閉弁をそれぞれ閉弁して排気ガス還流経路を閉じるとともに、第２の開閉弁及び逆流ガス量制御弁をそれぞれ開弁して第１，２の排気ガス逆流用経路を開くので、排気ガスが、第１，２の排気ガス逆流用経路を流通し、排気ガス冷却手段のガス排出口から排気ガス冷却手段に流入し、排気ガス冷却手段内の煤（ＨＣ、パティキュレート等）が吹き飛ばされて、排気ガス冷却手段内から煤（ＨＣ、パティキュレート等）が除去される。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２記載の排気ガス還流装置において、内燃機関が排気ガス還流を行わない運転領域であり、かつ、ターボチャージャによる過給圧が所定値に達している状態であるときに、還流ガス量制御弁及び第１の開閉弁をそれぞれ閉弁して排気ガス還流経路を閉じるとともに、第２の開閉弁及び逆流ガス量制御弁をそれぞれ開弁して第１，２の排気ガス逆流用経路を開くので、ターボチャージャによる過給圧が所定値を越えることを防止するために排出される排気ガスによって、排気ガス冷却手段内の煤（ＨＣ、パティキュレート等）が吹き飛ばされて、排気ガス冷却手段内から煤（ＨＣ、パティキュレート等）が除去される。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の第１の実施例を図面を参照して説明する。図１にＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）の概略構成図を示す。図１において、符号１は内燃機関としてのディーゼルエンジン本体（以下、エンジンという）を、符号２はエンジン１の吸気マニホールドを、符号３は吸気マニホールド２に接続された吸気経路としての吸気管を、符号４はエンジン１の排気マニホールドを、符号５は排気マニホールド４に接続された排気経路としての排気管をそれぞれ示している。排気管５の下流には、排気ガス中の煤（ＨＣ、パティキュレート等）を処理する酸化触媒部９が配設されている。酸化触媒部９は、排気ガスの流通によって高温となり、この高温時において、排気ガス中の酸素により煤（ＨＣ、パティキュレート等）を酸化する。
【００１０】
符号６は、ターボチャージャを示し、その排気タービン６ａが排気管５に、そのコンプレッサ６ｂが吸気管３にそれぞれ介装されている。吸気管３のコンプレッサ６ｂの下流には、インタクーラ７及び過給圧センサ８がこの順にそれぞれ配設されている。過給圧センサ８は、コンプレッサ６ｂによる吸気管３の過給圧を検出し、後述するＥＣＵ２０に接続されている。
【００１１】
排気管５の排気タービン６ａの上流と、吸気管３の過給圧センサ８の下流とは、第１の経路としての排気ガス還流経路、すなわち、排気ガス還流管１０によって互いに連通されている。換言すると、排気ガス還流管１０は、その排気ガス導入部１０ａが排気管５の排気マニホールド４と排気タービン６ａとの間に、その排気ガス還流部１０ａが吸気管３の過給圧センサ８と吸気マニホールド２との間にそれぞれ接続されている。
【００１２】
排気ガス還流管１０には、吸気管３への還流排気ガス量を制御する還流ガス量制御弁としてのＥＧＲ制御弁１５と、還流排気ガスを冷却する排気ガス冷却手段としてのＥＧＲクーラ３０と、排気ガス還流管１０を開閉する第１の開閉弁としての還流管開閉弁１７とがそれぞれ配設されている。ＥＧＲ制御弁１５、ＥＧＲクーラ３０及び還流管開閉弁１７は、排気ガス還流管１０の上流からこの順にそれぞれ配設されている。ＥＧＲ制御弁１５と還流管開閉弁１７とから排気ガス還流制御弁が構成されている。
【００１３】
ＥＧＲクーラ３０は、図２に示すように、冷却液が流通する冷却液層３１と、排気ガスが流通する排気ガス層３３とが互いに積層されて構成されている。ＥＧＲクーラ３０の上部には、冷却液層３１に対して冷却液の供給、排出を行う冷却液給排管３５，３６がそれぞれ接続されている。冷却液給排管３５，３６は、エンジン１のウォータジャケットにそれぞれ接続されている。ＥＧＲクーラ３０内の冷却液は、エンジン冷却用のラジエータのウォータポンプによって、ＥＧＲクーラ３０、ウォータジャケット及びラジエータを循環される。ＥＧＲクーラ３０の下部には、ＥＧＲ制御弁１５によってその量を制御された排気ガスが流入する排気ガス流入口３８と、ＥＧＲクーラ３０によって冷却された排気ガスを排出する排気ガス排出口３９とがそれぞれ設けられている。なお、図２において、冷却液及び排気ガスをＥＧＲクーラ３０にそれぞれ供給する向きを互いに逆向きとすることにより、排気ガスを効率良く冷却することができる。
【００１４】
排気ガス還流管１０のＥＧＲ制御弁１５の上流と、排気ガス還流管１０のＥＧＲクーラ３０と還流管開閉弁１７との間、すなわち、ＥＧＲクーラ３０の排気ガス排出口３９とは、第１の排気ガス逆流用経路としての第１の排気ガス逆流管１１によって互いに連通されている。換言すると、第１の排気ガス逆流管１１は、その排気ガス導入部１１ａが排気ガス還流管１０のＥＧＲ制御弁１５の上流に、その排気ガス逆流部１１ｂが排気ガス還流管１０のＥＧＲクーラ３０と還流管開閉弁１７との間にそれぞれ接続されている。
【００１５】
排気ガス還流管１０のＥＧＲ制御弁１５とＥＧＲクーラ３０との間と、排気管５のタービン６ａと酸化触媒部９との間とは、第２の排気ガス逆流用経路としての第２の排気ガス逆流管１２によって互いに連通されている。換言すると、第２の排気ガス逆流管１２は、その排気ガス導入部１２ａが排気ガス還流管１０のＥＧＲ制御弁１５とＥＧＲクーラ３０との間に、その排気ガス排出部１２ｂが排気管５のタービン６ａと酸化触媒部９との間にそれぞれ接続されている。第１の排気ガス逆流管１１と第２の排気ガス逆流管１２とによって第２の経路が構成されている。
【００１６】
第１の排気ガス逆流管１１には、この第１の排気ガス逆流管１１を開閉する第２の開閉弁としての逆流管開閉弁１８が配設されている。一方、第２の排気ガス逆流管１２には、エンジン１が高負荷、高回転となり、コンプレッサ６ｂによる過給圧が所定値Ｑよりも高くなったときに、排気ガスを排気タービン６ａを通さずに排気管５に排出する逆流ガス量制御弁としてのウエストゲートバルブ（以下、Ｗ／Ｇ弁という）１９が配設されている。ここで、所定値Ｑについて説明する。所定値Ｑは、排気ガス増加による排気タービン６ａの過回転を防止するためのしきい値であり、予め設定されている。排気タービン６ａの過回転により過給圧が上昇すると、大量の圧縮空気がシリンダ内に送り込まれて強力な爆発力が発生し、エンジンを破損するおそれがある。そこで、排気ガス増加による排気タービン６ａの過回転を防止するために、過給圧が所定値Ｑを越えた場合に、排気ガスを排気タービン６ａを通さずに排気管５に排出する。
【００１７】
Ｗ／Ｇ弁１９を介して排気ガスを排気管５に排出する経路については、後述のフローチャートで詳細に説明するので、ここでは簡単に説明する。すなわち、ＥＧＲ制御弁１５と還流管開閉弁１７とをそれぞれ閉弁するとともに、逆流管開閉弁１８とＷ／Ｇ弁１９とをそれぞれ開弁する。このように各弁を開閉することによって、排気ガスは、排気ガス還流管１０から第１の排気ガス逆流管１１に流入し、ＥＧＲクーラ３０の排気ガス排出口３９からＥＧＲクーラ３０内に流入した後、第２の排気ガス逆流管１２を流通して排気管５に排出される。
【００１８】
このとき、Ｗ／Ｇ弁１９は、その弁開度を調整することにより、ＥＧＲクーラ３０に逆流入する排気ガス量を制御する逆流ガス量制御弁としての役割も果たしている。逆流管開閉弁１８とＷ／Ｇ弁１９とにより排気ガス逆流開閉弁が構成されている。
【００１９】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に、エンジン回転数に応じた排気ガス圧、過給圧及びＷ／Ｇ弁１９の開度の関係をそれぞれ示す。図３（ａ）は、エンジン回転数に応じた排気タービン６ａの入口における排気ガス圧の特性を示している。図３（ａ）から明らかなように、排気ガス圧はエンジン回転数の上昇に応じて上昇する。
【００２０】
一方、図３（ｂ）に示す過給圧も、エンジン回転数の上昇、換言すると、排気ガス圧の上昇に応じて上昇するが、上述したように、過給圧が所定値Ｑに達した場合には、過給圧が所定値Ｑを越えないようにＷ／Ｇ弁１９によって調整される。図３（ｂ）において、過給圧が所定値Ｑに達したときのエンジン回転数をＮｅ１とする。
【００２１】
図３（ｃ）に示すように、エンジン回転数がＮｅ１であるとき、すなわち、過給圧が所定値Ｑに達したときには、Ｗ／Ｇ弁１９の開弁を開始する。ＥＧＲクーラ３０内に煤等が付着していない初期状態では、排気ガス圧の上昇による過給圧の上昇を抑制するために、図３（ｃ）中、実線Ｄ１で示すように、Ｗ／Ｇ弁１９の開度を調整する。ところが、ＥＧＲクーラ３０内に煤等が付着すると、ＥＧＲクーラ３０における圧力損失が増大するので、圧力損失が大きいときには、図３（ｃ）中、二点鎖線Ｄ２で示すように、実線Ｄ１のときよりもＷ／Ｇ弁１９の開度を大きく調整する。
【００２２】
ＥＧＲ制御弁１５、還流管開閉弁１７、逆流管開閉弁１８及びＷ／Ｇ弁１９は、制御手段としてのＥＣＵ２０にそれぞれ接続されており、このＥＣＵ２０によってその動作を制御される。ＥＣＵ２０には、図示しない各種の検出手段からアクセル開度（Ａｃｃ）、エンジン回転数（Ｎｅ）及びエンジン負荷（Ｔｗ）の信号が入力される。
【００２３】
ＥＣＵ２０は、図４に示すように、ＥＧＲ制御弁１５の開閉及びその弁開度を調整するためのＥＧＲマップを有している。このＥＧＲマップにおいて、横軸はエンジン回転数（Ｎｅ）を、縦軸はエンジン負荷（Ｔｗ）を、線Ｅはエンジン１の運転領域をそれぞれ示している。また、領域ＡはＥＧＲを行う領域を、領域ＢはＥＧＲを行わない領域を、領域ＣはＥＧＲを行わず、かつ、排気ガスをＥＧＲクーラ３０に逆流させる領域をそれぞれ示している。
【００２４】
領域Ａにおいては、矢印Ａ１で示すように、領域Ａの上側ではＥＧＲ制御弁１５の開度を小さく、その反対に領域Ａの下側ではＥＧＲ制御弁１５の開度を大きくする。領域Ｃは、エンジン１が高負荷、高回転で駆動している状態であり、かつ、ターボチャージャ６による過給圧が所定値Ｑに達している状態である。領域Ｃでは、ターボチャージャ６による過給圧が、ＥＧＲによる排気ガス圧よりも高圧であるので、ＥＧＲを行うことが困難である。
【００２５】
このとき、過給圧を所定値Ｑに維持するために排気ガスを排気管５に排出するが、この排気ガスの排出経路を、第１の排気ガス逆流管１１、第２の排気ガス逆流管１２、ＥＧＲクーラ３０から構成し、ＥＧＲクーラ３０に対して排気ガスを逆流入させることによって、ＥＧＲクーラ３０内を清掃する。
排気ガス還流管１０、第１の排気ガス逆流管１１、第２の排気ガス逆流管１２、ＥＧＲ制御弁１５、還流管開閉弁１７、逆流管開閉弁１８、Ｗ／Ｇ弁１９、ＥＧＲクーラ３０及びＥＣＵ２０によって、ＥＧＲ装置が構成されている。
【００２６】
次に、ＥＣＵ２０により制御されるＥＧＲ装置の動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１において、各種の検出手段からエンジン回転数（Ｎｅ）及びエンジン負荷（Ｔｗ）の信号を読み込み、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、ＥＧＲを行うか行わないかをＥＧＲマップに基づいて判定する。すなわち、現在の運転状態（Ｎｅ，Ｔｗ）がＥＧＲマップ上においてどの領域に位置するかを検出する。このとき、運転状態が、領域Ａに位置していれば、ＥＧＲを行うと判断し、ステップＳ３に進む。また、運転状態が、領域Ｂまたは領域Ｃに位置していれば、ＥＧＲを行わないと判断し、ステップＳ１０に進む。
【００２７】
ステップＳ３では、ステップＳ１において読み込んだエンジン回転数（Ｎｅ）及びエンジン負荷（Ｔｗ）に対応するＥＧＲ制御弁１５の開度をＥＧＲマップから読み込み、ステップＳ４に進む。
【００２８】
ステップＳ４では、ＥＧＲマップから読み込んだＥＧＲ制御弁１５の開度に基づいてＥＧＲ制御弁１５の開度を調整し、還流管開閉弁１７を開弁するとともに、逆流管開閉弁１８及びＷ／Ｇ弁１９を閉弁する。すなわち、排気ガス還流管１０に排気ガスを流通させるとともに、第１，２の排気ガス逆流管１１，１２を遮断する。
【００２９】
よって、エンジン１から排出された排気ガスは、排気ガス還流管１０を通り、ＥＧＲ制御弁１５によってその流量を制限され、ＥＧＲクーラ３０に流入したのち吸気管３に還流される。排気ガスは、ＥＧＲクーラ３０によりその温度を冷却される。その結果、排気ガスの比熱を高められるので、排気ガスを冷却しない場合よりも高いＮＯｘ低減効果を得ることができる。排気ガスは、過給圧センサ８の下流に還流されるので、コンプレッサ６ｂ、インタクーラ７及び過給圧センサ８を汚すことがなく、これらを排気ガスの煤（ＨＣ、パティキュレート等）による汚染から守ることができる。このようにしてＥＧＲが行われる。ＥＧＲを行った後、ステップＳ１に戻る。
【００３０】
一方、ステップＳ１０では、ターボチャージャ６による過給圧を過給圧センサ８によって検出し、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、過給圧が所定値Ｑに達しているかどうかを判定する。過給圧が所定値Ｑに達していない場合には、ＥＧＲマップ上において、運転状態が領域Ｂに位置しているので、ＥＧＲを行わないと判断し、ステップＳ１２に進み、過給圧が所定値Ｑに達している場合には、ＥＧＲマップ上において、運転状態が領域Ｃに位置しているので、排気ガスをＥＧＲクーラ３０を介して排気管５に排出すると判断し、ステップＳ１３に進む。
【００３１】
ステップＳ１２では、各弁１５，１７，１８，１９を全て閉弁する。これらの弁を全て閉弁することによって、排気ガス還流管１０、第１の排気ガス逆流管１１、第２の排気ガス逆流管１２がそれぞれ遮断される。各弁１５，１７，１８，１９の制御を行った後、ステップＳ１に戻る。
【００３２】
ステップＳ１３では、ＥＧＲ制御弁１５及び還流管開閉弁１７を閉弁するとともに、逆流管開閉弁１８及びＷ／Ｇ弁１９を開弁する。すなわち、排気ガス還流管１０を遮断するとともに、第１，２の排気ガス逆流管１１，１２に排気ガスを流通させる。このとき、Ｗ／Ｇ弁１９は、過給圧が所定値Ｑを越えないように、その弁開度を調整する。ＥＧＲクーラ３０内において圧力損失が大きい場合には、図３（ｃ）に二点鎖線Ｄ２で示すように、その弁開度を大きくする。
【００３３】
排気ガス圧が上昇した場合には、逆流管開閉弁１８及びＷ／Ｇ弁１９が開弁することにより、エンジン１から排出された排気ガスは、排気ガス還流管１０から第１の排気ガス逆流管１１に流入し、ＥＧＲクーラ３０の排気ガス排出口３９からＥＧＲクーラ３０内に流入する。ＥＧＲクーラ３０内に流入した排気ガスは、ＥＧＲクーラ３０内の排気ガス流路内壁に付着した煤（ＨＣ、パティキュレート等）を吹き飛ばして、内壁から煤を取り除く。この後、煤が混入した排気ガスは、Ｗ／Ｇ弁１９を介して排気管５に排出され、酸化触媒部９に送られる。酸化触媒部９において、煤（ＨＣ、パティキュレート等）は、酸化されてＣＯ2、Ｈ2Ｏ等に変換された後、排出される。
【００３４】
よって、排気ガス圧が上昇して過給圧が所定値Ｑに達した場合には、排気ガスが第１，２の排気ガス逆流管１１，１２及びＥＧＲクーラ３０を介して排気管５に排出されるので、排気タービン６ａの過回転を防止することができる。このとき、ＥＧＲクーラ３０へはその排気ガス排出口３９から排気ガスが流入するので、ＥＧＲクーラ３０内に付着している煤（ＨＣ、パティキュレート等）が吹き飛ばされ、ＥＧＲクーラ３０内が清掃される。したがって、ＥＧＲクーラ３０の内壁面に付着した煤（ＨＣ、パティキュレート等）が除去されるので、ＥＧＲクーラ３０における圧力損失の増大を防止でき、ＥＧＲクーラ３０の冷却性能を維持できる。
【００３５】
次に、第２の実施例を図６に示し、この実施例について説明する。同図において、図１に示す部材と同様の部材は、図１で用いた符号と同一符号を付すにとどめてその説明を省略し、相違する点について説明する。第２の実施例は、第１の実施例のディーゼルエンジンに対して、ターボチャージャの代わりにスーパーチャージャを備えている点で相違している。
【００３６】
図６において、符号４０は、スーパーチャージャを示し、吸気管３の吸気マニホールド２よりも上流に介在されている。スーパーチャージャ４０は、周知の構成からなり、エンジン１のクランク軸に図示しない駆動力伝達手段を介して連結されており、クランク軸の回転力により駆動される。
【００３７】
吸気管３のスーパーチャージャ４０の下流には、インタクーラ７及び過給圧センサ８がこの順にそれぞれ配設されている。過給圧センサ８は、コンプレッサ６ｂによる吸気管３の過給圧を検出し、後述するＥＣＵ２０に接続されている。
【００３８】
排気管５には、吸気管３の過給圧センサ８の下流に連通する排気ガス還流管１０が分岐している。排気ガス還流管１０には、ＥＧＲ制御弁１５、ＥＧＲクーラ３０、還流管開閉弁１７が、この順でそれぞれ配設されている。排気ガス還流管１０のＥＧＲクーラ３０上下流には、ＥＧＲクーラ３０への流入前の排気ガス圧と、ＥＧＲクーラ３０への流出後の排気ガス圧とを検出する排気ガス圧センサ４１，４２がそれぞれ配設されている。排気ガス圧センサ４１，４２は、後述するＥＣＵ２０にそれぞれ接続されている。
【００３９】
排気ガス還流管１０のＥＧＲ制御弁１５の上流には、排気ガス還流管１０の排気ガス圧センサ４２と還流管開閉弁１７との間に連通する第１の排気ガス逆流管１１が接続されている。第１の排気ガス逆流管１１には、この第１の排気ガス逆流管１１を開閉する第１の逆流管開閉弁４３が配設されている。
【００４０】
排気ガス還流管１０のＥＧＲ制御弁１５と排気ガス圧センサ４１との間には、酸化触媒部９の上流に連通する第２の排気ガス逆流管１２が接続されている。第２の排気ガス逆流管１２には、この第２の排気ガス逆流管１２を開閉する第２の逆流管開閉弁４４が配設されている。
【００４１】
上述の構成によるＥＧＲ装置の作動について説明する。
まず、ＥＧＲを行うときには、ＥＣＵ２０によって、ＥＧＲ制御弁１５及び還流管開閉弁１７をそれぞれ開弁するとともに、第１，２の逆流管開閉弁４３，４４をそれぞれ閉弁する。すなわち、排気ガス還流管１０に排気ガスを流通させるとともに、第１，２の排気ガス逆流管１１，１２を遮断する。このとき、ＥＧＲ制御弁１５の開度を調整することによって、ＥＧＲ時における還流排気ガス量を調整する。
【００４２】
したがって、エンジン１から排出された排気ガスは、排気ガス還流管１０を通り、ＥＧＲ制御弁１５によってその流量を制限され、ＥＧＲクーラ３０に流入して冷却された後、吸気管３に還流される。
【００４３】
ＥＣＵ２０は、常時、排気ガス圧センサ４１，４２による排気ガス圧をそれぞれ検出しており、この排気ガス圧の差を算出している。ＥＣＵ２０は、この排気ガス圧の差が予め設定された所定値を越えた場合には、ＥＧＲクーラ３０内に煤（ＨＣ、パティキュレート等）が付着して、ＥＧＲクーラ３０における圧力損失が増大した状態であると判断する。そこで、ＥＣＵ２０は、排気ガス圧センサ４１，４２による排気ガス圧の差が所定値を越えた場合であって、エンジン１から排出された排気ガス圧が十分に高圧であるとき、すなわち、エンジン１が高負荷・高回転であるときに、ＥＧＲ制御弁１５及び還流管開閉弁１７をそれぞれ閉弁するとともに、第１，２の逆流管開閉弁４３，４４をそれぞれ開弁する。すなわち、排気ガス還流管１０を遮断するとともに、第１，２の排気ガス逆流管１１，１２に排気ガスを流通させる。
【００４４】
エンジン１から排出された排気ガスは、排気ガス還流管１０から第１の逆流管開閉弁４３を介して第１の排気ガス逆流管１１に流入し、ＥＧＲクーラ３０の排気ガス排出口３９からＥＧＲクーラ３０内に流入する。ＥＧＲクーラ３０内に流入した排気ガスは、ＥＧＲクーラ３０内の排気ガス流路内壁に付着した煤（ＨＣ、パティキュレート等）を吹き飛ばして、内壁から煤を取り除く。この後、煤が混入した排気ガスは、第２の逆流管開閉弁４４を介して排気管５に排出され、酸化触媒部９に送られる。酸化触媒部９において、煤（ＨＣ、パティキュレート等）は、酸化されてＣＯ2、Ｈ2Ｏ等に変換された後、排出される。
【００４５】
したがって、ＥＧＲクーラ３０の内壁面に付着した煤（ＨＣ、パティキュレート等）が除去されて、ＥＧＲクーラ３０内が清掃されるので、ＥＧＲクーラ３０における圧力損失の増大を防止でき、ＥＧＲクーラ３０の冷却性能を維持でき、ＥＧＲクーラ３０を初期状態に保つことができる。
【００４６】
また、ＥＧＲクーラ３０内に、煤（ＨＣ、パティキュレート等）の付着量を検出する煤付着量センサを設け、このセンサからの信号に基づいて、排気ガスの逆流を行っても良い。
上述した第２の実施例では、過給機としてスーパーチャージャを備えたディーゼルエンジンについて説明したが、本発明の排気ガス還流装置をスーパーチャージャを備えていないディーゼルエンジンに適用しても良い。また、本発明の排気ガス還流装置をガソリンエンジンに適用した場合でも、本実施例の効果と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の発明によれば、排気ガス逆流を行うとき、排気ガスが、第２の経路を流通し、排気ガス冷却手段のガス排出口から排気ガス冷却手段に流入し、排気ガス冷却手段内の煤（ＨＣ、パティキュレート等）が吹き飛ばされて、排気ガス冷却手段内から煤（ＨＣ、パティキュレート等）が除去されるので、排気ガス冷却手段における圧力損失の増大を防止でき、排気ガス冷却手段の冷却性能を維持できる。
【００４８】
請求項２の発明によれば、内燃機関の運転状態に基づいて、排気ガス逆流を行う状態を検出したとき、排気ガスが、第１，２の排気ガス逆流用経路を流通し、排気ガス冷却手段のガス排出口から排気ガス冷却手段に流入し、排気ガス冷却手段内の煤（ＨＣ、パティキュレート等）が吹き飛ばされて、排気ガス冷却手段内から煤（ＨＣ、パティキュレート等）が除去されるので、排気ガス冷却手段における圧力損失の増大を防止でき、排気ガス冷却手段の冷却性能を維持できる。
【００４９】
請求項３の発明によれば、内燃機関が上記排気ガス還流を行わない運転領域であり、かつ、ターボチャージャによる過給圧が所定値に達している状態であるときに、排気ガスが、第１，２の排気ガス逆流用経路を流通し、排気ガス冷却手段のガス排出口から排気ガス冷却手段に流入し、排気経路に排出されるので、ターボチャージャによる過給圧が所定値を越えることを防止するために排出される排気ガスによって、排気ガス冷却手段内の煤（ＨＣ、パティキュレート等）が吹き飛ばされて、排気ガス冷却手段内から煤（ＨＣ、パティキュレート等）が除去される。したがって、排気ガス冷却手段における圧力損失の増大を防止でき、排気ガス冷却手段の冷却性能を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すＥＧＲ装置の概略構成図である。
【図２】ＥＧＲクーラの拡大図である。
【図３】エンジン負荷に応じた排気ガス圧、過給圧及びＷ／Ｇ弁の開度の関係を示す特性線図であり、（ａ）は排気ガス圧の特性線図を、（ｂ）は過給圧の特性線図を、（ｃ）はＷ／Ｇ弁の開度をそれぞれ示す。
【図４】ＥＧＲ制御弁の開閉及び弁開度を調整するＥＧＲマップである。
【図５】ＥＣＵによる制御内容を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施例を示すＥＧＲ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
３ 吸気管（吸気経路）
５ 排気管（排気経路）
６ ターボチャージャ
１０ 排気ガス還流管（第１の経路）
１１ 第１の排気ガス逆流管（第２の経路）
１２ 第２の排気ガス逆流管（第２の経路）
１５ ＥＧＲ制御弁（排気ガス還流制御弁）
１７ 還流管開閉弁（排気ガス還流制御弁）
１８ 逆流管開閉弁（排気ガス逆流開閉弁）
１９ Ｗ／Ｇ弁（排気ガス逆流開閉弁）
２０ ＥＣＵ（制御手段）
３０ ＥＧＲクーラ（排気ガス冷却手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas recirculation device that recirculates part of exhaust gas to an intake passage.
[0002]
[Prior art]
In general, exhaust gas exhausted by driving an internal combustion engine of a vehicle contains nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx), and these NOx and the like are regulated as harmful components. ing. As an apparatus for reducing this NOx, an exhaust gas recirculation apparatus (hereinafter referred to as an EGR apparatus) is known that recirculates exhaust gas to an intake passage to suppress an increase in combustion temperature and reduce the amount of NOx produced.
[0003]
Further, an EGR cooler is provided in the exhaust gas recirculation passage of the EGR device, and the exhaust gas recirculated to the intake passage is cooled by the EGR cooler, the volume of the exhaust gas is reduced to increase the density, and a large amount of exhaust gas is sucked in. It is also known that the amount of NOx produced is reduced by recirculating to the path to suppress the rise in combustion temperature.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described EGR apparatus having an EGR cooler, when EGR is performed for a long time, soot (HC, particulates, etc.) adheres to the wall surface of the exhaust gas passage in the EGR cooler, and the cross-sectional area of this passage Decrease. Due to the reduction of the cross-sectional area of the exhaust gas passage in the EGR cooler, there arises a problem that pressure loss increases in the EGR cooler and a problem that cooling performance of the EGR cooler decreases.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device that can prevent an increase in pressure loss in the EGR cooler and maintain the cooling performance of the EGR cooler even when EGR is performed for a long time.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a first path that branches from the exhaust path and communicates with the intake path, an exhaust gas cooling means that is provided in the first path and cools the exhaust gas, and an exhaust that branches from the exhaust path A second path that communicates with the gas discharge port of the gas cooling means, and communicates the gas suction port of the exhaust gas cooling means downstream of the branch portion of the exhaust path, and the first path; An exhaust gas recirculation control valve that opens and closes the path and controls the amount of exhaust gas recirculated to the intake path, and a second path that opens and closes the second path and flows back into the exhaust gas cooling means. An exhaust gas backflow on-off valve that controls the amount of exhaust gas is provided. According to this configuration, when exhaust gas backflow is performed, the exhaust gas recirculation control valve is closed to close the first path, and the exhaust gas backflow on-off valve is opened to open the second path. Gas flows through the second path, flows into the exhaust gas cooling means from the gas discharge port of the exhaust gas cooling means, and soot (HC, particulates, etc.) in the exhaust gas cooling means is blown off to cool the exhaust gas. Soot (HC, particulates, etc.) is removed from the means.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine equipped with a turbocharger, the exhaust gas recirculation path communicating with the intake path upstream of the turbocharger in the exhaust path, and the exhaust gas recirculation path. An exhaust gas cooling means for cooling the exhaust gas, a recirculation gas amount control valve provided upstream of the exhaust gas cooling means in the exhaust gas recirculation path for controlling the amount of exhaust gas recirculated to the intake path, and an exhaust gas in the exhaust gas recirculation path A first on-off valve provided downstream of the cooling means for opening and closing the exhaust gas recirculation path; an exhaust gas cooling means for the exhaust gas recirculation path; and a first on-off valve upstream of the recirculation gas amount control valve of the exhaust path. Between the first exhaust gas reverse flow path communicating between the exhaust gas recirculation path, the exhaust gas cooling means in the exhaust gas recirculation path, and the recirculation gas amount control valve, the second exhaust gas communicating with the downstream of the turbocharger in the exhaust path. Exhaust gas that is provided in the reverse flow path and the first exhaust gas reverse flow path, opens and closes the second open / close valve, and is provided in the second exhaust gas reverse flow path and flows back into the exhaust gas cooling means. It is the structure which has a backflow gas amount control valve which controls gas amount. According to this configuration, when the state of exhaust gas backflow is detected based on the operating state of the internal combustion engine, the recirculation gas amount control valve and the first on-off valve are closed to close the exhaust gas recirculation path. At the same time, since the second on-off valve and the backflow gas amount control valve are opened to open the first and second exhaust gas backflow paths, the exhaust gas flows through the first and second exhaust gas backflow paths. The exhaust gas cooling means flows into the exhaust gas cooling means, soot (HC, particulates, etc.) in the exhaust gas cooling means is blown off, and soot (HC, particulates, etc.) is blown out from the exhaust gas cooling means. ) Is removed.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas recirculation device according to the second aspect, the internal combustion engine is in an operating region where the exhaust gas recirculation is not performed, and the supercharging pressure by the turbocharger has reached a predetermined value. Sometimes, the recirculation gas amount control valve and the first on-off valve are closed to close the exhaust gas recirculation path, and the second on-off valve and the backflow gas amount control valve are opened, respectively. Since the exhaust gas backflow path is opened, soot (HC, particulates, etc.) in the exhaust gas cooling means is blown away by the exhaust gas discharged to prevent the supercharging pressure by the turbocharger from exceeding a predetermined value. Thus, soot (HC, particulates, etc.) is removed from the exhaust gas cooling means.
[0009]
【Example】
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an EGR device (exhaust gas recirculation device). In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a diesel engine body (hereinafter referred to as an engine) as an internal combustion engine, reference numeral 2 denotes an intake manifold of the engine 1, and reference numeral 3 denotes an intake pipe as an intake path connected to the intake manifold 2. Reference numeral 4 denotes an exhaust manifold of the engine 1, and reference numeral 5 denotes an exhaust pipe as an exhaust path connected to the exhaust manifold 4. An oxidation catalyst unit 9 for treating soot (HC, particulates, etc.) in the exhaust gas is disposed downstream of the exhaust pipe 5. The oxidation catalyst unit 9 becomes high temperature due to the circulation of the exhaust gas, and at this high temperature, soot (HC, particulates, etc.) is oxidized by oxygen in the exhaust gas.
[0010]
Reference numeral 6 denotes a turbocharger, in which an exhaust turbine 6a is interposed in the exhaust pipe 5, and a compressor 6b is interposed in the intake pipe 3. An intercooler 7 and a supercharging pressure sensor 8 are arranged in this order downstream of the compressor 6b of the intake pipe 3. The supercharging pressure sensor 8 detects the supercharging pressure of the intake pipe 3 by the compressor 6b and is connected to an ECU 20 described later.
[0011]
The upstream of the exhaust turbine 6 a in the exhaust pipe 5 and the downstream of the supercharging pressure sensor 8 in the intake pipe 3 are connected to each other by an exhaust gas recirculation path as a first path, that is, an exhaust gas recirculation pipe 10. In other words, the exhaust gas recirculation pipe 10 has an exhaust gas introduction section 10a between the exhaust manifold 4 of the exhaust pipe 5 and the exhaust turbine 6a, and the exhaust gas recirculation section 10a is connected to the supercharging pressure sensor 8 of the intake pipe 3. Connected to the intake manifold 2 respectively.
[0012]
The exhaust gas recirculation pipe 10 includes an EGR control valve 15 as a recirculation gas amount control valve for controlling the recirculation exhaust gas amount to the intake pipe 3, an EGR cooler 30 as an exhaust gas cooling means for cooling the recirculation exhaust gas, A reflux pipe on / off valve 17 serving as a first on / off valve for opening and closing the exhaust gas reflux pipe 10 is provided. The EGR control valve 15, the EGR cooler 30, and the reflux pipe opening / closing valve 17 are disposed in this order from the upstream side of the exhaust gas reflux pipe 10. The EGR control valve 15 and the reflux pipe open / close valve 17 constitute an exhaust gas reflux control valve.
[0013]
As shown in FIG. 2, the EGR cooler 30 is configured by laminating a coolant layer 31 through which coolant flows and an exhaust gas layer 33 through which exhaust gas flows. Connected to the upper part of the EGR cooler 30 are coolant supply and discharge pipes 35 and 36 for supplying and discharging the coolant to and from the coolant layer 31. The coolant supply / discharge pipes 35 and 36 are connected to the water jacket of the engine 1, respectively. The coolant in the EGR cooler 30 is circulated through the EGR cooler 30, the water jacket, and the radiator by a water pump of a radiator for cooling the engine. Below the EGR cooler 30, there are an exhaust gas inlet 38 through which the exhaust gas whose amount is controlled by the EGR control valve 15 and an exhaust gas outlet 39 through which the exhaust gas cooled by the EGR cooler 30 is discharged. Each is provided. In FIG. 2, the exhaust gas can be efficiently cooled by supplying the coolant and the exhaust gas to the EGR cooler 30 in opposite directions.
[0014]
The upstream side of the EGR control valve 15 of the exhaust gas recirculation pipe 10 and between the EGR cooler 30 and the recirculation pipe on / off valve 17 of the exhaust gas recirculation pipe 10, that is, the exhaust gas discharge port 39 of the EGR cooler 30 are the first The first exhaust gas backflow pipes 11 serving as exhaust gas backflow paths communicate with each other. In other words, the first exhaust gas backflow pipe 11 has an exhaust gas introduction part 11 a upstream of the EGR control valve 15 of the exhaust gas recirculation pipe 10, and an exhaust gas backflow part 11 b of the EGR cooler 30 of the exhaust gas recirculation pipe 10. And the reflux pipe opening / closing valve 17 are connected to each other.
[0015]
Between the EGR control valve 15 of the exhaust gas recirculation pipe 10 and the EGR cooler 30, and between the turbine 6a of the exhaust pipe 5 and the oxidation catalyst unit 9, a second exhaust gas as a second exhaust gas reverse flow path is provided. The gas backflow pipes 12 communicate with each other. In other words, the second exhaust gas backflow pipe 12 has an exhaust gas introduction part 12 a between the EGR control valve 15 of the exhaust gas recirculation pipe 10 and the EGR cooler 30, and an exhaust gas discharge part 12 b of the exhaust pipe 5. The turbine 6a and the oxidation catalyst unit 9 are connected to each other. The first exhaust gas backflow pipe 11 and the second exhaust gas backflow pipe 12 constitute a second path.
[0016]
The first exhaust gas backflow pipe 11 is provided with a backflow pipe on / off valve 18 as a second on-off valve that opens and closes the first exhaust gas backflow pipe 11. On the other hand, the second exhaust gas backflow pipe 12 does not pass the exhaust gas through the exhaust turbine 6a when the engine 1 has a high load and high rotation and the supercharging pressure by the compressor 6b becomes higher than a predetermined value Q. In addition, a waste gate valve (hereinafter referred to as a W / G valve) 19 as a backflow gas amount control valve discharged to the exhaust pipe 5 is disposed. Here, the predetermined value Q will be described. The predetermined value Q is a threshold value for preventing excessive rotation of the exhaust turbine 6a due to an increase in exhaust gas, and is set in advance. If the supercharging pressure rises due to excessive rotation of the exhaust turbine 6a, a large amount of compressed air is sent into the cylinder, generating a powerful explosive force and possibly damaging the engine. Therefore, in order to prevent over-rotation of the exhaust turbine 6a due to an increase in exhaust gas, when the supercharging pressure exceeds a predetermined value Q, the exhaust gas is discharged to the exhaust pipe 5 without passing through the exhaust turbine 6a.
[0017]
A route for exhaust gas exhaust to the exhaust pipe 5 via the W / G valve 19 will be described in detail in a flowchart described later, and will be briefly described here. That is, the EGR control valve 15 and the reflux pipe opening / closing valve 17 are closed, and the backflow pipe opening / closing valve 18 and the W / G valve 19 are opened. By opening and closing the valves in this manner, the exhaust gas flows from the exhaust gas recirculation pipe 10 into the first exhaust gas backflow pipe 11 and flows into the EGR cooler 30 from the exhaust gas discharge port 39 of the EGR cooler 30. Thereafter, the gas flows through the second exhaust gas backflow pipe 12 and is discharged to the exhaust pipe 5.
[0018]
At this time, the W / G valve 19 also serves as a backflow gas amount control valve that controls the amount of exhaust gas that flows back into the EGR cooler 30 by adjusting the valve opening. The backflow pipe on / off valve 18 and the W / G valve 19 constitute an exhaust gas backflow on / off valve.
[0019]
FIGS. 3A, 3B, and 3C show the relationship among the exhaust gas pressure, the supercharging pressure, and the opening degree of the W / G valve 19 according to the engine speed. FIG. 3A shows the characteristics of the exhaust gas pressure at the inlet of the exhaust turbine 6a according to the engine speed. As is clear from FIG. 3 (a), the exhaust gas pressure increases as the engine speed increases.
[0020]
On the other hand, the supercharging pressure shown in FIG. 3 (b) also increases in accordance with the increase in engine speed, in other words, the exhaust gas pressure, but as described above, the supercharging pressure has reached the predetermined value Q. In this case, the supercharging pressure is adjusted by the W / G valve 19 so as not to exceed the predetermined value Q. In FIG. 3B, the engine speed when the supercharging pressure reaches a predetermined value Q is Ne1.
[0021]
As shown in FIG. 3C, when the engine speed is Ne1, that is, when the supercharging pressure reaches a predetermined value Q, the valve opening of the W / G valve 19 is started. In an initial state where no soot or the like is attached to the EGR cooler 30, in order to suppress an increase in supercharging pressure due to an increase in exhaust gas pressure, as shown by a solid line D1 in FIG. The opening degree of the valve 19 is adjusted. However, if soot or the like adheres to the EGR cooler 30, the pressure loss in the EGR cooler 30 increases. Therefore, when the pressure loss is large, as indicated by a two-dot chain line D2 in FIG. The opening degree of the W / G valve 19 is adjusted to be larger than that.
[0022]
The EGR control valve 15, the reflux pipe on / off valve 17, the backflow pipe on / off valve 18, and the W / G valve 19 are respectively connected to an ECU 20 as control means, and the operation of the ECU 20 is controlled. The ECU 20 receives signals of accelerator opening (Acc), engine speed (Ne), and engine load (Tw) from various detection means (not shown).
[0023]
As shown in FIG. 4, the ECU 20 has an EGR map for opening and closing the EGR control valve 15 and adjusting the valve opening degree. In this EGR map, the horizontal axis indicates the engine speed (Ne), the vertical axis indicates the engine load (Tw), and the line E indicates the operating region of the engine 1. In addition, the region A indicates a region where EGR is performed, the region B indicates a region where EGR is not performed, and the region C indicates a region where EGR is not performed and the exhaust gas flows back to the EGR cooler 30.
[0024]
In the region A, as shown by the arrow A1, the opening degree of the EGR control valve 15 is decreased above the region A, and conversely, the opening degree of the EGR control valve 15 is increased below the region A. Region C is a state in which the engine 1 is driven at a high load and a high rotation, and the supercharging pressure by the turbocharger 6 has reached a predetermined value Q. In region C, it is difficult to perform EGR because the supercharging pressure by the turbocharger 6 is higher than the exhaust gas pressure by EGR.
[0025]
At this time, exhaust gas is exhausted to the exhaust pipe 5 in order to maintain the supercharging pressure at a predetermined value Q. The exhaust gas is discharged through the first exhaust gas backflow pipe 11 and the second exhaust gas backflow pipe. 12, the EGR cooler 30 is configured, and the inside of the EGR cooler 30 is cleaned by causing the exhaust gas to flow backward into the EGR cooler 30.
Exhaust gas recirculation pipe 10, first exhaust gas backflow pipe 11, second exhaust gas backflow pipe 12, EGR control valve 15, recirculation pipe on / off valve 17, backflow pipe on / off valve 18, W / G valve 19, EGR cooler 30 The EGR device is configured by the ECU 20.
[0026]
Next, the operation of the EGR device controlled by the ECU 20 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
In step S1, the engine speed (Ne) and engine load (Tw) signals are read from various detection means, and the process proceeds to step S2. In step S2, whether or not to perform EGR is determined based on the EGR map. That is, it is detected in which region the current operating state (Ne, Tw) is located on the EGR map. At this time, if the operation state is located in the region A, it is determined that EGR is performed, and the process proceeds to step S3. If the operating state is located in the region B or the region C, it is determined that EGR is not performed, and the process proceeds to step S10.
[0027]
In step S3, the opening degree of the EGR control valve 15 corresponding to the engine speed (Ne) and engine load (Tw) read in step S1 is read from the EGR map, and the process proceeds to step S4.
[0028]
In step S4, the opening degree of the EGR control valve 15 is adjusted based on the opening degree of the EGR control valve 15 read from the EGR map, the reflux pipe opening / closing valve 17 is opened, the backflow pipe opening / closing valve 18 and the W / G The valve 19 is closed. That is, the exhaust gas is circulated through the exhaust gas recirculation pipe 10 and the first and second exhaust gas backflow pipes 11 and 12 are shut off.
[0029]
Therefore, the exhaust gas discharged from the engine 1 passes through the exhaust gas recirculation pipe 10, the flow rate thereof is limited by the EGR control valve 15, flows into the EGR cooler 30, and then recirculates to the intake pipe 3. The temperature of the exhaust gas is cooled by the EGR cooler 30. As a result, the specific heat of the exhaust gas can be increased, so that a higher NOx reduction effect can be obtained than when the exhaust gas is not cooled. Since the exhaust gas is recirculated downstream of the supercharging pressure sensor 8, the compressor 6b, the intercooler 7 and the supercharging pressure sensor 8 are not polluted, and these are not contaminated by exhaust gas soot (HC, particulates, etc.). I can protect it. In this way, EGR is performed. After performing EGR, the process returns to step S1.
[0030]
On the other hand, in step S10, the supercharging pressure by the turbocharger 6 is detected by the supercharging pressure sensor 8, and the process proceeds to step S11. In step S11, it is determined whether or not the supercharging pressure has reached a predetermined value Q. When the supercharging pressure does not reach the predetermined value Q, since the operating state is located in the region B on the EGR map, it is determined that EGR is not performed, and the process proceeds to step S12 where the supercharging pressure is predetermined. When the value Q is reached, since the operating state is located in the region C on the EGR map, it is determined that the exhaust gas is discharged to the exhaust pipe 5 through the EGR cooler 30, and the process proceeds to step S13.
[0031]
In step S12, all the valves 15, 17, 18, 19 are closed. By closing all these valves, the exhaust gas recirculation pipe 10, the first exhaust gas backflow pipe 11, and the second exhaust gas backflow pipe 12 are shut off. After controlling the valves 15, 17, 18, and 19, the process returns to step S1.
[0032]
In step S13, the EGR control valve 15 and the reflux pipe opening / closing valve 17 are closed, and the backflow pipe opening / closing valve 18 and the W / G valve 19 are opened. That is, the exhaust gas recirculation pipe 10 is shut off and the exhaust gas is circulated through the first and second exhaust gas backflow pipes 11 and 12. At this time, the W / G valve 19 adjusts the valve opening so that the supercharging pressure does not exceed the predetermined value Q. When the pressure loss is large in the EGR cooler 30, the valve opening is increased as shown by a two-dot chain line D2 in FIG.
[0033]
When the exhaust gas pressure rises, the backflow pipe opening / closing valve 18 and the W / G valve 19 are opened so that the exhaust gas discharged from the engine 1 flows from the exhaust gas recirculation pipe 10 to the first exhaust gas backflow. It flows into the pipe 11 and flows into the EGR cooler 30 from the exhaust gas discharge port 39 of the EGR cooler 30. The exhaust gas flowing into the EGR cooler 30 blows off soot (HC, particulates, etc.) adhering to the inner wall of the exhaust gas flow path in the EGR cooler 30, and removes soot from the inner wall. Thereafter, the exhaust gas mixed with soot is discharged to the exhaust pipe 5 via the W / G valve 19 and sent to the oxidation catalyst unit 9. In the oxidation catalyst unit 9, soot (HC, particulates, etc.) is oxidized to CO 2 2 , H 2 After being converted to O etc., it is discharged.
[0034]
Therefore, when the exhaust gas pressure rises and the supercharging pressure reaches the predetermined value Q, the exhaust gas is discharged to the exhaust pipe 5 through the first and second exhaust gas backflow pipes 11 and 12 and the EGR cooler 30. As a result, over-rotation of the exhaust turbine 6a can be prevented. At this time, since exhaust gas flows into the EGR cooler 30 from the exhaust gas discharge port 39, soot (HC, particulates, etc.) adhering to the EGR cooler 30 is blown off and the inside of the EGR cooler 30 is cleaned. The Therefore, since soot (HC, particulates, etc.) adhering to the inner wall surface of the EGR cooler 30 is removed, an increase in pressure loss in the EGR cooler 30 can be prevented, and the cooling performance of the EGR cooler 30 can be maintained.
[0035]
Next, a second embodiment is shown in FIG. 6, and this embodiment will be described. In the figure, members similar to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals as those used in FIG. The second embodiment is different from the diesel engine of the first embodiment in that a supercharger is provided instead of the turbocharger.
[0036]
In FIG. 6, reference numeral 40 denotes a supercharger, which is interposed upstream of the intake manifold 2 of the intake pipe 3. The supercharger 40 has a well-known configuration, is connected to the crankshaft of the engine 1 via a driving force transmission means (not shown), and is driven by the rotational force of the crankshaft.
[0037]
An intercooler 7 and a supercharging pressure sensor 8 are arranged in this order downstream of the supercharger 40 of the intake pipe 3. The supercharging pressure sensor 8 detects the supercharging pressure of the intake pipe 3 by the compressor 6b and is connected to an ECU 20 described later.
[0038]
An exhaust gas recirculation pipe 10 that branches downstream of the supercharging pressure sensor 8 of the intake pipe 3 is branched to the exhaust pipe 5. The exhaust gas recirculation pipe 10 is provided with an EGR control valve 15, an EGR cooler 30, and a recirculation pipe on-off valve 17 in this order. Exhaust gas pressure sensors 41 and 42 for detecting the exhaust gas pressure before flowing into the EGR cooler 30 and the exhaust gas pressure after flowing into the EGR cooler 30 are located upstream and downstream of the EGR cooler 30 of the exhaust gas recirculation pipe 10. Each is arranged. The exhaust gas pressure sensors 41 and 42 are connected to the ECU 20 described later.
[0039]
A first exhaust gas backflow pipe 11 communicating between the exhaust gas pressure sensor 42 of the exhaust gas recirculation pipe 10 and the recirculation pipe on / off valve 17 is connected upstream of the EGR control valve 15 of the exhaust gas recirculation pipe 10. Yes. The first exhaust gas backflow pipe 11 is provided with a first backflow pipe opening / closing valve 43 that opens and closes the first exhaust gas backflow pipe 11.
[0040]
Between the EGR control valve 15 of the exhaust gas recirculation pipe 10 and the exhaust gas pressure sensor 41, a second exhaust gas backflow pipe 12 communicating with the upstream of the oxidation catalyst unit 9 is connected. The second exhaust gas backflow pipe 12 is provided with a second backflow pipe opening / closing valve 44 that opens and closes the second exhaust gas backflow pipe 12.
[0041]
The operation of the EGR device configured as described above will be described.
First, when performing EGR, the ECU 20 opens the EGR control valve 15 and the reflux pipe opening / closing valve 17 respectively, and closes the first and second backflow pipe opening / closing valves 43 and 44, respectively. That is, the exhaust gas is circulated through the exhaust gas recirculation pipe 10 and the first and second exhaust gas backflow pipes 11 and 12 are shut off. At this time, the amount of recirculated exhaust gas during EGR is adjusted by adjusting the opening degree of the EGR control valve 15.
[0042]
Therefore, the exhaust gas discharged from the engine 1 passes through the exhaust gas recirculation pipe 10, the flow rate of which is limited by the EGR control valve 15, flows into the EGR cooler 30, is cooled, and is then recirculated to the intake pipe 3. .
[0043]
The ECU 20 constantly detects the exhaust gas pressures by the exhaust gas pressure sensors 41 and 42, and calculates the difference between the exhaust gas pressures. When the difference between the exhaust gas pressures exceeds a predetermined value, the ECU 20 causes soot (HC, particulates, etc.) to adhere to the EGR cooler 30 and the pressure loss in the EGR cooler 30 increases. Judged to be in a state. Therefore, the ECU 20 is a case where the difference between the exhaust gas pressures by the exhaust gas pressure sensors 41 and 42 exceeds a predetermined value and the exhaust gas pressure discharged from the engine 1 is sufficiently high, that is, the engine 1. When E is high load and high rotation, the EGR control valve 15 and the reflux pipe opening / closing valve 17 are closed, and the first and second backflow pipe opening / closing valves 43, 44 are opened. That is, the exhaust gas recirculation pipe 10 is shut off and the exhaust gas is circulated through the first and second exhaust gas backflow pipes 11 and 12.
[0044]
Exhaust gas discharged from the engine 1 flows into the first exhaust gas backflow pipe 11 from the exhaust gas recirculation pipe 10 via the first backflow pipe opening / closing valve 43, and EGR from the exhaust gas discharge port 39 of the EGR cooler 30. It flows into the cooler 30. The exhaust gas flowing into the EGR cooler 30 blows off soot (HC, particulates, etc.) adhering to the inner wall of the exhaust gas flow path in the EGR cooler 30, and removes soot from the inner wall. Thereafter, the exhaust gas mixed with soot is discharged to the exhaust pipe 5 through the second backflow pipe opening / closing valve 44 and sent to the oxidation catalyst section 9. In the oxidation catalyst unit 9, soot (HC, particulates, etc.) is oxidized to CO 2 2 , H 2 After being converted to O etc., it is discharged.
[0045]
Therefore, since soot (HC, particulates, etc.) adhering to the inner wall surface of the EGR cooler 30 is removed and the inside of the EGR cooler 30 is cleaned, an increase in pressure loss in the EGR cooler 30 can be prevented, and the EGR cooler 30 The cooling performance can be maintained, and the EGR cooler 30 can be maintained in the initial state.
[0046]
Further, a soot adhesion amount sensor that detects the amount of soot (HC, particulates, etc.) attached in the EGR cooler 30 may be provided, and the exhaust gas may flow backward based on a signal from this sensor.
In the second embodiment described above, the diesel engine provided with the supercharger has been described as the supercharger. However, the exhaust gas recirculation device of the present invention may be applied to a diesel engine not provided with the supercharger. Further, even when the exhaust gas recirculation device of the present invention is applied to a gasoline engine, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, when exhaust gas backflow is performed, the exhaust gas flows through the second path, and the exhaust gas cooling means passes through the gas outlet of the exhaust gas cooling means. The soot (HC, particulates, etc.) in the exhaust gas cooling means is blown away and soot (HC, particulates, etc.) is removed from the exhaust gas cooling means, so that the pressure loss in the exhaust gas cooling means Can be prevented, and the cooling performance of the exhaust gas cooling means can be maintained.
[0048]
According to the second aspect of the present invention, when detecting the state of exhaust gas backflow based on the operating state of the internal combustion engine, the exhaust gas flows through the first and second exhaust gas backflow paths, and the exhaust gas cooling is performed. The soot (HC, particulates, etc.) in the exhaust gas cooling means is blown away, and soot (HC, particulates, etc.) is removed from the exhaust gas cooling means. Therefore, an increase in pressure loss in the exhaust gas cooling means can be prevented, and the cooling performance of the exhaust gas cooling means can be maintained.
[0049]
According to the invention of claim 3, when the internal combustion engine is in an operating region where the exhaust gas recirculation is not performed and the supercharging pressure by the turbocharger reaches a predetermined value, the exhaust gas is 1 or 2 through the exhaust gas backflow path, and flows into the exhaust gas cooling means from the gas exhaust port of the exhaust gas cooling means and is discharged to the exhaust path, so that the supercharging pressure by the turbocharger exceeds a predetermined value. The soot (HC, particulates, etc.) in the exhaust gas cooling means is blown away by the exhaust gas discharged to prevent the soot (HC, particulates, etc.) from the exhaust gas cooling means. Therefore, an increase in pressure loss in the exhaust gas cooling means can be prevented, and the cooling performance of the exhaust gas cooling means can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an EGR apparatus showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of an EGR cooler.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the exhaust gas pressure, the supercharging pressure and the opening degree of the W / G valve according to the engine load, (a) is a characteristic diagram of the exhaust gas pressure, (b) Is a characteristic diagram of the supercharging pressure, and (c) is the opening of the W / G valve.
FIG. 4 is an EGR map for adjusting the opening and closing of the EGR control valve and the valve opening degree.
FIG. 5 is a flowchart showing the contents of control by an ECU.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an EGR apparatus showing a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine)
3 Intake pipe (intake route)
5 Exhaust pipe (exhaust path)
6 Turbocharger
10 Exhaust gas recirculation pipe (first path)
11 First exhaust gas backflow pipe (second path)
12 Second exhaust gas backflow pipe (second path)
15 EGR control valve (exhaust gas recirculation control valve)
17 Recirculation pipe open / close valve (exhaust gas recirculation control valve)
18 Backflow pipe open / close valve (exhaust gas backflow open / close valve)
19 W / G valve (exhaust gas back-flow valve)
20 ECU (control means)
30 EGR cooler (exhaust gas cooling means)

Claims (3)

排気ガスを吸気経路に還流させる排気ガス還流装置において、
排気経路から分岐して上記吸気経路に連通する第１の経路と、
第１の経路に設けられ、上記排気ガスを冷却する排気ガス冷却手段と、
上記排気経路から分岐して上記排気ガス冷却手段のガス排出口に連通するとともに、上記排気ガス冷却手段のガス吸入口を上記排気経路の該分岐部よりも下流に連通する第２の経路と、
第１の経路に設けられ、第１の経路を開閉するとともに、上記吸気経路に還流される排気ガス量を制御する排気ガス還流制御弁と、
第２の経路に設けられ、第２の経路を開閉して排気ガスの上記排気経路への逆流を制御する排気ガス逆流開閉弁と、
排気ガス還流を行うとき、上記排気ガス還流制御弁を開弁して第１の経路を流通する排気ガス量を調整するとともに、上記排気ガス逆流開閉弁を閉弁して第２の経路を閉じ、排気ガス逆流を行うとき、上記排気ガス還流制御弁を閉弁して第１の経路を閉じるとともに、上記排気ガス逆流開閉弁を開弁して第２の経路を開く制御手段と、
を有することを特徴とする排気ガス還流装置。In an exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas to the intake path,
A first path that branches from the exhaust path and communicates with the intake path;
An exhaust gas cooling means provided in the first path for cooling the exhaust gas;
A second path that branches from the exhaust path and communicates with the gas exhaust port of the exhaust gas cooling means, and communicates the gas intake port of the exhaust gas cooling means downstream of the branch portion of the exhaust path;
An exhaust gas recirculation control valve that is provided in the first path, opens and closes the first path, and controls the amount of exhaust gas recirculated to the intake path;
An exhaust gas backflow on-off valve provided in the second path for controlling the backflow of exhaust gas to the exhaust path by opening and closing the second path;
When exhaust gas recirculation is performed, the exhaust gas recirculation control valve is opened to adjust the amount of exhaust gas flowing through the first path, and the exhaust gas backflow on-off valve is closed to close the second path. When the exhaust gas backflow is performed, the exhaust gas recirculation control valve is closed to close the first path, and the exhaust gas backflow on-off valve is opened to open the second path;
An exhaust gas recirculation device comprising: ターボチャージャを備えた内燃機関の排気ガス還流装置において、
排気経路の上記ターボチャージャの上流を吸気経路に連通する排気ガス還流経路と、
上記排気ガス還流経路に設けられ、上記排気ガスを冷却する排気ガス冷却手段と、
上記排気ガス還流経路の上記排気ガス冷却手段の上流に設けられ、上記吸気経路に還流される排気ガス量を制御する還流ガス量制御弁と、
上記排気ガス還流経路の上記排気ガス冷却手段の下流に設けられ、上記排気ガス還流経路を開閉する第１の開閉弁と、
上記排気経路の上記還流ガス量制御弁の上流を、上記排気ガス還流経路の上記排気ガス冷却手段と第１の開閉弁との間に連通する第１の排気ガス逆流用経路と、
上記排気ガス還流経路の上記排気ガス冷却手段と上記還流ガス量制御弁との間を、上記排気経路の上記ターボチャージャの下流に連通する第２の排気ガス逆流用経路と、
第１の排気ガス逆流用経路に設けられ、この経路を開閉する第２の開閉弁と、
第２の排気ガス逆流用経路に設けられ、上記排気ガス冷却手段に逆流入する排気ガス量を制御する逆流ガス量制御弁と、
排気ガス還流を行うとき、上記還流ガス量制御弁及び第１の開閉弁をそれぞれ開弁するとともに、上記逆流ガス量制御弁及び第２の開閉弁をそれぞれ閉弁し、上記内燃機関の運転状態に基づいて、排気ガス逆流を行う状態を検出したとき、上記還流ガス量制御弁及び第１の開閉弁をそれぞれ閉弁するとともに、上記逆流ガス量制御弁及び第２の開閉弁をそれぞれ開弁する制御手段と、
を有することを特徴とする排気ガス還流装置。In an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine equipped with a turbocharger,
An exhaust gas recirculation path communicating with the intake path upstream of the turbocharger in the exhaust path;
An exhaust gas cooling means provided in the exhaust gas recirculation path for cooling the exhaust gas;
A recirculation gas amount control valve that is provided upstream of the exhaust gas cooling means in the exhaust gas recirculation path and controls the amount of exhaust gas recirculated to the intake path;
A first on-off valve provided on the exhaust gas recirculation path downstream of the exhaust gas cooling means for opening and closing the exhaust gas recirculation path;
A first exhaust gas backflow path communicating upstream of the recirculation gas amount control valve in the exhaust path between the exhaust gas cooling means in the exhaust gas recirculation path and a first on-off valve;
A second exhaust gas backflow path communicating between the exhaust gas cooling means of the exhaust gas recirculation path and the recirculation gas amount control valve downstream of the turbocharger of the exhaust path;
A second on-off valve provided in the first exhaust gas backflow path for opening and closing the path;
A backflow gas amount control valve that is provided in the second exhaust gas backflow path and controls the amount of exhaust gas flowing back into the exhaust gas cooling means;
When exhaust gas recirculation is performed, the recirculation gas amount control valve and the first on-off valve are opened, the backflow gas amount control valve and the second on-off valve are closed, respectively, and the operating state of the internal combustion engine is determined. When the exhaust gas backflow state is detected based on the above, the recirculation gas amount control valve and the first on-off valve are closed, and the backflow gas amount control valve and the second on-off valve are opened. Control means to
An exhaust gas recirculation device comprising: 上記排気ガス逆流を行う状態が、内燃機関が上記排気ガス還流を行わない運転領域であり、かつ、上記ターボチャージャによる過給圧が所定値に達している状態であることを特徴とする請求項２記載の排気ガス還流装置。The state in which the exhaust gas backflow is performed is an operating region in which the internal combustion engine does not perform the exhaust gas recirculation, and the supercharging pressure by the turbocharger has reached a predetermined value. 2. The exhaust gas recirculation device according to 2.
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