JP2010190150A - Ｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの低ＮＯｘ化、低燃費化を図ることができるＥＧＲ装置を提供する。
【解決手段】エンジン２の吸気通路２１にターボチャージャ３のコンプレッサ３１が設けられると共に排気通路２２にタービン３２が設けられ、高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ手段４と、低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ手段５とを備えたＥＧＲ装置１において、上記エンジン２の回転数を検出するための回転数検出手段６１と、上記エンジン２の負荷を求めるための負荷算出手段６と、上記回転数検出手段６１により検出された回転数が所定回転数かつ上記負荷算出手段６により求められた負荷が所定負荷のときに、上記低圧ＥＧＲ手段５による上記低圧ＥＧＲと上記高圧ＥＧＲ手段４による上記高圧ＥＧＲとの両方を行う制御手段６とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気系から排気を取り出して吸気系に還流するＥＧＲ装置に関するものである。

排気ガスの一部を吸気系に戻すことにより、吸気内の酸素分量を減らし燃焼中の温度を下げてＮＯｘの排出量を減らすようにした所謂ＥＧＲ（排気還流、排気再循環）が知られている。

従来の内燃機関のＥＧＲ装置としては、排気マニフォルドから排気ガスの一部を取り出して吸気マニフォルドに戻す所謂高圧ＥＧＲ装置が用いられている。この高圧ＥＧＲ装置では、排気マニフォルドを吸気マニフォルドにＥＧＲ配管で接続し、そのＥＧＲ配管を通して、高圧の排気マニフォルドから低圧の吸気マニフォルドに自動的に排気ガスを還流させている。高圧ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ配管が短いため比較的低コストで成立していた。

その他の方式のＥＧＲ装置として、ターボチャージャのタービンよりも下流の排気通路から排気ガスの一部を取り出してコンプレッサよりも上流の吸気通路に戻す所謂低圧ＥＧＲ装置も考えられている。

また、特許文献１には、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを内燃機関の負荷状態に基づいて切り替えるＥＧＲ装置が提案されている。

特開２００２−２１６２５号公報

しかしながら、上述したＥＧＲ装置には以下のような問題があった。

すなわち、高圧ＥＧＲ装置では、厳しくなる排気ガス規制に対応するために、より多量のＥＧＲガスを流そうとしたときに、ターボチャージャのタービンに流入する排気ガスが減ってしまい、タービンでのエネルギ回収量が減少してしまう。そのため、コンプレッサでの圧縮が減り、過給圧が上がらずに必要な空気量を内燃機関内に供給することができず、出力低下・燃費悪化・パティキュレート増加を招いてしまう。この現象は、空気量が少ない低速・低負荷領域で顕著に起きる。

低圧ＥＧＲ装置では、吸気通路に戻されたＥＧＲガスも新気と同時にコンプレッサで加圧しなくてはならないため、より多量のＥＧＲガスが流せる反面、燃費率が増加（燃費悪化）が考えられる。この現象は、空気量が多い高速・高負荷領域で顕著に起きる。

また、所望の新気量を確保しつつＥＧＲガスを増量させるためには、コンプレッサの仕事量を増やす必要がある。そのために、例えば、可変容量ターボチャージャを用いてタービンの入口を絞ることでコンプレッサの仕事量を増やすことが考えられるが、その場合、ポンピングロスが増加し燃費が悪化してしまう。

このように、高圧ＥＧＲ、または低圧ＥＧＲのいずれか一方のみでは、高圧ＥＧＲ装置の不得手な領域（上記の低速・低負荷領域）と低圧ＥＧＲ装置の不得手な領域（上記の高速・高負荷領域）の境界において、通常のターボチャージャを用いる場合には高いＥＧＲ率（つまり低ＮＯｘ化）を実現できず、可変容量ターボチャージャを用いる場合は燃費が悪化してしまうという問題があった。

また、特許文献１記載のＥＧＲ装置のように負荷状態に基づいた単純な切換では、より多量のＥＧＲガスを還流させ、よりＮＯｘを下げようとした場合に、相変わらず出力低下・燃費悪化・パティキュレート増加を招いてしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジンの低ＮＯｘ化、低燃費化を図ることができるＥＧＲ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの吸気通路にターボチャージャのコンプレッサが設けられると共に排気通路にタービンが設けられ、そのタービンよりも上流の排気通路から排気の一部を取り出して上記コンプレッサよりも下流の吸気通路に戻す高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ手段と、上記タービンよりも下流の排気通路から排気の一部を取り出して上記コンプレッサよりも上流の吸気通路に戻す低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ手段とを備えたＥＧＲ装置において、上記エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段と、上記エンジンの負荷を求めるための負荷算出手段と、上記回転数検出手段により検出された回転数が所定回転数かつ上記負荷算出手段により求められた負荷が所定負荷のときに、上記低圧ＥＧＲ手段による上記低圧ＥＧＲと上記高圧ＥＧＲ手段による上記高圧ＥＧＲとの両方を行う制御手段とを備えたものである。

好ましくは、上記制御手段は、上記エンジンの回転数と負荷とにより定められる上記エンジンの運転状態の領域を、予め、低速・低負荷領域と中速・中負荷領域と高速・高負荷領域とに区分し、上記エンジンが運転される際に、上記回転数検出手段の回転数と上記負荷算出手段の負荷とにより定まる運転状態が、上記低速・低負荷領域にあるときに上記低圧ＥＧＲのみ行い、上記高速・高負荷領域にあるときに上記高圧ＥＧＲのみ行い、上記中速・中負荷領域にあるときに上記低圧ＥＧＲと上記高圧ＥＧＲとの両方を行うものである。

上記高圧ＥＧＲ手段は、上記タービンよりも上流の排気通路と上記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、その高圧ＥＧＲ通路に設けられた高圧ＥＧＲバルブと、上記高圧ＥＧＲ通路よりも上流の吸気通路に設けられた吸気スロットルバルブとを有し、上記低圧ＥＧＲ手段は、上記タービンよりも下流の排気通路と上記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、その低圧ＥＧＲ通路に設けられた低圧ＥＧＲバルブと、上記低圧ＥＧＲ通路よりも下流の排気通路に設けられた排気シャッタとを有し、上記制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記中速・中負荷領域にあるときに、上記吸気スロットルバルブを全開で固定し、上記排気シャッタを全開よりも閉側の所定開度で固定し、上記高圧ＥＧＲバルブと上記低圧ＥＧＲバルブとを目標ＥＧＲ率に基づき開度制御するものでもよい。

上記高圧ＥＧＲ手段は、上記タービンよりも上流の排気通路と上記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、その高圧ＥＧＲ通路に設けられた高圧ＥＧＲバルブと、上記高圧ＥＧＲ通路よりも上流の吸気通路に設けられた吸気スロットルバルブとを有し、上記低圧ＥＧＲ手段は、上記タービンよりも下流の排気通路と上記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、その低圧ＥＧＲ通路に設けられた低圧ＥＧＲバルブと、上記低圧ＥＧＲ通路よりも下流の排気通路に設けられた排気シャッタとを有し、上記制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記中速・中負荷領域にあるときに、上記排気シャッタを全開で固定し、上記吸気スロットルバルブを全開よりも閉側の所定開度で固定し、上記高圧ＥＧＲバルブと上記低圧ＥＧＲバルブとを目標ＥＧＲ率に基づき開度制御するものでもよい。

本発明によれば、エンジンの低ＮＯｘ化、低燃費化を図ることができるという優れた効果を発揮するものである。

図１は、本発明に係る一実施形態によるＥＧＲ装置の概略構造図である。 図２は、高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段の作動領域を説明するための図である。 図３は、ＥＧＲ率と燃費率との関係を説明するための図である。 図４は、ＥＧＲ率とＮＯｘの排出量との関係を説明するための図である。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態のＥＧＲ装置は、例えば、車両に搭載されたディーゼルエンジンなどの内燃機関（以下、エンジンという）に適用される。

図１に基づき本実施形態のエンジンおよびＥＧＲ装置の概略構造を説明する。

図１に示すように、エンジン２は、複数（図例では４つ）の気筒２３１を有するエンジン本体２３と、そのエンジン本体２３に吸気を供給する吸気通路２１と、エンジン本体２３からの排気を排出する排気通路２２と、吸気を圧縮・加圧するためのターボチャージャ３と、排気通路２２から排気の一部を取り出して吸気通路２１に戻すためのＥＧＲ装置１と、エンジン２を制御する電子コントロールユニット（以下、ＥＣＵという）６とを備える。

本実施形態のＥＧＲ装置１は、ターボチャージャ３のタービン３２よりも上流の排気通路２２から排気の一部を取り出してコンプレッサ３１よりも下流の吸気通路２１に戻す高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ手段４と、タービン３２よりも下流の排気通路２２から排気の一部を取り出してコンプレッサ３１よりも上流の吸気通路２１に戻す低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ手段５と、エンジン２の回転数（エンジン回転数）を検出するための回転数検出手段をなすエンジン回転数センサ６１と、エンジン２の負荷（エンジン負荷）を求めるための負荷算出手段と、上記エンジン回転数センサ６１により検出されたエンジン回転数が所定回転数かつ負荷算出手段により求められたエンジン負荷が所定負荷のときに、低圧ＥＧＲ手段５による低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲ手段４による高圧ＥＧＲとの両方を行う制御手段とを備え、上記ＥＣＵ６が、負荷算出手段と制御手段とをなす。

吸気通路２１は、エンジン本体２３の各気筒２３１の吸気ポートに各々接続された吸気マニフォルド２１１と、その吸気マニフォルド２１１に接続された吸気管２１２とを有する。吸気管２１２には、上流側から順に、ターボチャージャ３のコンプレッサ３１と、そのコンプレッサ３１で加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ２１３と、吸気を絞って吸気管２１３（および後述する高圧ＥＧＲ管４１）の流量を調整するための吸気スロットルバルブ４３とが設けられる。

排気通路２２は、エンジン本体２３の各気筒２３１の排気ポートに各々接続された排気マニフォルド２２１と、その排気マニフォルド２２１に接続された排気管２２２とを有する。排気管２２２には、上流側から順に、ターボチャージャ３のタービン３２と、触媒装置（例えば酸化触媒）２２３と、排気中のＰＭ（ディーゼルパティキュレート）を捕集するための排気浄化フィルタ装置２２４と、排気を絞って排気管２２２（および後述する低圧ＥＧＲ管５１）の流量を調整するためのための排気シャッタ５３とが設けられる。また、排気管２２２には、排気浄化フィルタ装置２２４をバイパスするバイパス管２２５が設けられ、そのバイパス管２２５にバイパスバルブ２２６が設けられる。

ターボチャージャ３は、エンジン２からの排気（排気エネルギ）により回転するタービン３２と、そのタービン３２により回転駆動されるコンプレッサ３１とを有する。

高圧ＥＧＲ手段４は、排気マニフォルド２２１（タービン３２よりも上流の排気通路）と吸気マニフォルド２１１（コンプレッサ３１よりも下流の吸気通路）とを接続する高圧ＥＧＲ管４１（高圧ＥＧＲ通路）と、その高圧ＥＧＲ管４１に設けられ高圧ＥＧＲ管４１を流れる排気の流量を調整するための高圧ＥＧＲバルブ４２と、上記吸気スロットルバルブ４３とを有する。

高圧ＥＧＲ管４１には、高圧ＥＧＲ管４１を流れる排気を冷却するための高圧ＥＧＲクーラ４１１が設けられる。その高圧ＥＧＲクーラ４１１は、高圧ＥＧＲバルブ４２の上流（排気マニフォルド２２１側）に配置される。

吸気スロットルバルブ４３は、高圧ＥＧＲ管４１よりも上流の吸気管２１２に配置される。吸気スロットルバルブ４３は、バルブ開度が連続的に調整可能なように構成され、例えばバタフライバルブからなる。同様に、高圧ＥＧＲバルブ４２も、バルブ開度が連続的に調整可能なように構成される。

それら吸気スロットルバルブ４３と高圧ＥＧＲバルブ４２とは、ＥＣＵ６に接続され、そのＥＣＵ６によりバルブ開度が各々制御される。

低圧ＥＧＲ手段５は、タービン３２よりも下流の排気管２２２とコンプレッサ３１よりも上流の吸気管２１２とを接続する低圧ＥＧＲ管５１（低圧ＥＧＲ通路）と、その低圧ＥＧＲ管５１に設けられ低圧ＥＧＲ管５１を流れる排気の流量を調整するための低圧ＥＧＲバルブ５２と、上記排気シャッタ５３とを有する。

低圧ＥＧＲ管５１は、上流端が排気浄化フィルタ装置２２４と排気シャッタ５３との間の排気管２２２に接続される。低圧ＥＧＲ管５１には、低圧ＥＧＲ管５１を流れる排気を冷却するための低圧ＥＧＲクーラ５１１が設けられる。低圧ＥＧＲクーラ５１１は、低圧ＥＧＲバルブ５２の上流（排気管２２２側）に配置される。

排気シャッタ５３は、低圧ＥＧＲ管５１よりも下流の排気管２２２に配置される。排気シャッタ５３は、バルブ開度が全開と、全開よりも閉側の所定開度とで調整可能なように構成される。その排気シャッタ５３の所定開度は、例えば、１０％以上４０％未満、好ましくは約２５％に設定される。

他方、低圧ＥＧＲバルブ５２は、高圧ＥＧＲバルブ４２と同様に、バルブ開度が連続的に調整可能なように構成される。

それら低圧ＥＧＲバルブ５２と排気シャッタ５３とはＥＣＵ６に接続され、そのＥＣＵ６により排気シャッタ５３は全開と所定開度とのいずれかで開閉制御され、低圧ＥＧＲバルブ５２はバルブ開度が制御される。

ＥＣＵ６は、エンジン本体２３の図示しないクランクシャフトまたはカムシャフトに取り付けられたエンジン回転数センサ６１と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するためのアクセル開度センサ６２とに接続され、それらセンサ６１、６２からの検出値（エンジン回転数、アクセル開度）が入力される。

ＥＣＵ６は、エンジン本体２３の各気筒２３１に設けられた図示しないインジェクタに通信可能に接続され、そのインジェクタの燃料噴射量をアクセル開度センサ６２の検出値から算出して求める。

また、ＥＣＵ６は、その算出した燃料噴射量とエンジン回転数センサ６１の検出値とから、目標ＥＧＲ率を求める。例えば、ＥＣＵ６内にエンジン回転数と燃料噴射量とをパラメータとした目標ＥＧＲ率のマップが予め記憶され、エンジン２の運転時に、ＥＣＵ６は、エンジン回転数センサ６１の検出値と算出した燃料噴射量とに対応する目標ＥＧＲ率をマップから読み取る。目標ＥＧＲ率は、燃料噴射量が多いほど低く、エンジン回転数が高いほど低く設定される。

また、本実施形態の目標ＥＧＲ率は、低ＮＯｘ化を図るために、通常よりも高く設定されている。例えば、目標ＥＧＲ率は、後述する低速・低負荷領域Ｌで４０％以上７０％未満、中速・中負荷領域Ｍで３０％以上５０％未満、高速・高負荷領域Ｈで１０％以上３５％未満に各々設定される。

本実施形態のＥＣＵ６は、アクセル開度を基に算出した燃料噴射量からエンジン負荷を求め、さらにエンジン回転数センサ６１によりエンジン回転数を求め、それらエンジン負荷とエンジン回転数とに応じて、高圧ＥＧＲ手段４と低圧ＥＧＲ手段５とのいずれか一方、或いは高圧ＥＧＲ手段４と低圧ＥＧＲ手段５との両方を同時に作動させる。

具体的には、まず、ＥＣＵ６は、図２に示すように、エンジン回転数とエンジン負荷とにより定められるエンジン２の運転状態の領域（つまり、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷にとった平面）を、予め、低速（低回転数）・低負荷領域Ｌと、中速（中回転数）・中負荷領域Ｍと、高速（高回転数）・高負荷領域Ｈとの３つに区分する。

次に、ＥＣＵ６は、エンジン２を運転する際に、エンジン回転数センサ６１により検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ６２の検出値から求めたエンジン負荷とを基に現在のエンジン運転状態を求め、その求めたエンジン運転状態が上記３つの領域Ｌ、Ｍ、Ｈのうちのどの領域に入っているかを判断する。

ＥＣＵ６は、エンジン運転状態が、低速・低負荷領域Ｌにあると判断したときに低圧ＥＧＲのみを行い、高速・高負荷領域Ｈにあると判断したときに高圧ＥＧＲのみを行い、中速・中負荷領域Ｍにあると判断したときに、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとの両方を行う。

詳しくは後述するが、ＥＣＵ６は、エンジン運転状態が中速・中負荷領域にあると判断したときに、吸気スロットルバルブ４３を全開で固定し、排気シャッタ５３を上記所定開度で固定し、高圧ＥＧＲバルブ４２と低圧ＥＧＲバルブ５２とを目標ＥＧＲ率に基づき開度制御する。

ＥＣＵ６には、各領域Ｌ、Ｍ、Ｈにおける目標ＥＧＲ率と、各バルブ４２、４３、５２、５３の開度（目標開度）との関係が示されたマップが予め格納される。ＥＣＵ６は、自身で決定した目標ＥＧＲ率を基に、マップから各バルブ４２、４３、５２、５３の開度を読み取る。

次に、図１に基づき本実施形態のＥＧＲ装置の作用を説明する。

本実施形態では、低速・低負荷時に低圧ＥＧＲ手段５のみが作動され、中速・中負荷時に低圧ＥＧＲ手段５と高圧ＥＧＲ手段４との両方が作動され、高速・高負荷時に高圧ＥＧＲ手段４のみが作動される。このように負荷に応じて高圧ＥＧＲ手段４および低圧ＥＧＲ手段５の作動を切り換えることで、より低ＮＯｘ・低燃費とすることができる。

まず、エンジン運転状態が低速・低負荷領域Ｌにある場合について説明する。

本願発明者は、本実施形態のエンジン２およびＥＧＲ装置１（図１参照）を模擬したモデルを用いて数値シミュレーションを行ったところ、その計算結果から以下のことを見出した。

低速・低負荷領域Ｌでは、エンジン２からの排気エネルギが小さいためタービン３２およびコンプレッサ３１の回転数が低くなる。その際、高圧ＥＧＲのみでＥＧＲ率を上げると、タービン３２へ流入する排気エネルギが増々小さくなり、コンプレッサ３１の回転が増々下がる。そのため、新気（空気）の量が減り、燃焼が悪化する。その結果、出力低下・燃費悪化・パティキュレート増加を招いてしまう。

他方、低圧ＥＧＲでは、ＥＧＲ率を増しても、タービン３２へ流入する排気エネルギが減らないため、コンプレッサ３１の回転が低下してしまうことがなく、新気の量も減らない。そのため、高圧ＥＧＲのように燃焼が悪化し出力低下・燃費悪化・パティキュレート増加を招く虞がない。

そこで、本実施形態では、エンジン運転状態が低速・低負荷領域Ｌにある場合、低圧ＥＧＲ手段５による低圧ＥＧＲのみを行い、高圧ＥＧＲ手段４による高圧ＥＧＲは行わないようにした。

具体的には、ＥＣＵ６は、低圧ＥＧＲを有効にするために、低圧ＥＧＲバルブ５２を開側に作動させると共に、排気シャッタ５３を所定開度に固定し、かつ、低圧ＥＧＲバルブ５２の開度を目標ＥＧＲ率に基づいて制御する。また、ＥＣＵ６は、高圧ＥＧＲを無効にするために、高圧ＥＧＲバルブ４２を全閉にする。なお、吸気スロットルバルブ４３は基本的には全開で固定される。

これにより、タービン３２を通過した排気の一部が、低圧ＥＧＲ管５１を通り吸気管２１２に戻される。その戻された排気は、吸気管２１２からの新気（空気）に混合されて目標ＥＧＲ率のガスとなり、そのガスがコンプレッサ３１により加圧された後、エンジン本体２３の各気筒２３１に各々供給される。

次に、エンジン運転状態が高速・高負荷領域Ｈにある場合について説明する。

高速・高負荷領域Ｈについても、本願発明者は、上述の数値シミュレーションを行い、その計算結果から以下のことを見出した。

高速・高負荷領域Ｈでは、エンジン２からの排気エネルギが低速・低負荷領域Ｌに比べて大きくなりタービン３２およびコンプレッサ３１の回転数が高くなる。そのため、排気マニフォルド２２１の内圧が高くなり、低速・低負荷領域Ｌに比べるとポンプ損失が増える。その結果、燃費の悪化を招く。

このとき高圧ＥＧＲを行えば、排気マニフォルド２２１の内圧を吸気マニフォルド２１１に逃がすことになり、排気マニフォルド２２１の内圧が下がる。そのためポンプ損失が減り、そのポンプ損失の減少分は燃費が良くなる。他方、低圧ＥＧＲでは、このポンプ損失低減の効果が得られない。

そこで、本実施形態では、エンジン運転状態が高速・高負荷領域Ｈにある場合、高圧ＥＧＲ手段４による高圧ＥＧＲのみを行い、低圧ＥＧＲ手段５による低圧ＥＧＲを行わないようにした。

具体的には、ＥＣＵ６は、高圧ＥＧＲを有効にするために、高圧ＥＧＲバルブ４２を開側に作動させると共に、吸気スロットルバルブ４３を閉側に作動させ、かつ、それらバルブ４２、４３の各開度を目標ＥＧＲ率に基づいて各々制御する。また、ＥＣＵ６は、低圧ＥＧＲを無効にするために、低圧ＥＧＲバルブ５２を全閉にする。なお、排気シャッタ５３は基本的には全開で固定される。

これにより、エンジン本体２３から排出された排気の一部が、排気マニフォルド２２１から高圧ＥＧＲ管４１を通り吸気マニフォルド２１１に戻される。その戻された排気と、コンプレッサ３１により加圧された吸気管２１２からの新気（空気）とが混合されて目標ＥＧＲ率のガスとなりエンジン本体２３の各気筒２３１に各々供給される。

次に、エンジン運転状態が中速・中負荷領域Ｍにある場合について説明する。

中速・中負荷領域Ｍについても、本願発明者は、上述の数値シミュレーションを行い、その計算結果から以下のことを見出した。

中速・中負荷領域Ｍでは、低速・低負荷領域Ｌに比べて排気エネルギが大きいので高圧ＥＧＲのみでＥＧＲ率を上げても新気の量は減り難いが、高速・高負荷領域Ｈに比べると依然、新気の量が足らず、燃費が悪化する。

他方、低圧ＥＧＲのみでＥＧＲ率を上げようとすると、コンプレッサ３１の吸い込みが十分に強くなっていないので、排気シャッタ５３をさらに閉じる（絞る）必要があり、そのためポンプ損失が増加して燃費が悪化する。

このように中速・中負荷領域Ｍでは、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとのいずれか一方のみで目標ＥＧＲ率を実現しようとすると、燃費の悪化を招いてしまう。

そこで、本実施形態では、エンジン運転状態が中速・中負荷領域Ｍにある場合、低圧ＥＧＲ手段５による低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲ手段４による高圧ＥＧＲとの両方を同時に行うようにした。

具体的には、ＥＣＵ６は、低圧ＥＧＲを有効にするために低圧ＥＧＲバルブ５２を開側に作動させると共に、高圧ＥＧＲを有効にするために高圧ＥＧＲバルブ４２を開側にさせる。ＥＣＵ６は、それら高圧ＥＧＲバルブ４２と低圧ＥＧＲバルブ５２との開度を目標ＥＧＲ率に基づいて制御する。なお、排気シャッタ５３は所定開度に固定され、吸気スロットルバルブ４３は全開に固定される。

これにより、エンジン２からの排気が、高圧ＥＧＲ管４１と低圧ＥＧＲ管５１とを各々通り吸気マニフォルド２１１と吸気管２１２とに戻されて新気と各々混合される。

このように、本実施形態では、中速・中負荷領域において、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを同時に行うことで燃費の悪化させることなく、高いＥＧＲ率を達成することができる。

次に、図２に基づき低速・低負荷領域Ｌ、中速・中負荷領域Ｍ、高速・高負荷領域Ｈについて説明する。

図２において、縦軸はエンジン負荷、横軸はエンジン回転数、ラインＦはエンジン２の全負荷時出力曲線である。また、横軸上のＮ_Oはエンジン２の定格回転数である。エンジン運転状態は、図２の縦軸と横軸とラインＦと定格回転数Ｎ_Oのラインとで囲まれた領域内の点として表される。このエンジン運転状態の領域が、ラインＤ１とラインＤ２とにより、低速・低負荷領域Ｌと中速・中負荷領域Ｍと高速・高負荷領域Ｈとに区画される。

ラインＤ１が、低速・低負荷領域Ｌと中速・中負荷領域Ｍとの境界であり、図例のラインＤ１は、ラインＦ上の点Ｐ１（ラインＦとの交点）から横軸上の点Ｐ２（横軸との交点）まで延びる右下がりの直線である。点Ｐ１は、そのエンジン回転数が定格回転数Ｎ_Oの２０％以上４０％未満、好ましくは定格回転数Ｎ_Oの約３０％に設定される。点Ｐ２は、そのエンジン回転数が定格回転数Ｎ_Oの８０％以上１００％未満、好ましくは定格回転数Ｎ_Oの約９０％に設定される。

ラインＤ２が、中速・中負荷領域Ｍと高速・高負荷領域Ｈとの境界であり、図例のラインＤ２は、ラインＦ上の点Ｐ３（ラインＦとの交点）からラインＤ１と同じ傾きで延びる右下がりの直線である。点Ｐ３は、そのエンジン回転数が定格回転数Ｎ_Oの４０％以上６０％未満、好ましくは約５０％に設定される。

これらラインＤ１、Ｄ２は以下のように求められる。

まず、上述のように本実施形態では、排気マニフォルド２２１内の圧力Ｐ（図１参照）が高いときに高圧ＥＧＲ手段４を作動させて圧力Ｐを下げて燃費を良くする。

他方、圧力Ｐが低いときに高圧ＥＧＲ手段４を作動させると圧力Ｐが下がりすぎて、タービン３２が仕事をしなくなりコンプレッサ３１の過給が不足してエンジンの正常な運転に必要な空気量を確保できなくなる。そこで、圧力Ｐが低いときには低圧ＥＧＲ手段５を作動させる。

つまり、その圧力Ｐによって、高圧ＥＧＲ手段４と低圧ＥＧＲ手段５との作動領域を区切ることができる。

ここで、圧力Ｐは、排気ガス流量の２乗に比例し、その排気ガス流量はエンジン回転数と排気ガス温度の積に比例し、その排気ガス温度は燃料流量（エンジン負荷）に比例する。

よって、圧力Ｐは、エンジン回転数と燃料流量との積の２乗に比例する。

図２のラインＤ１、Ｄ２は、このエンジン回転数と燃料流量との積の２乗を平行な直線で近似することで、傾きが得られたものである。なお、ラインＤ１、Ｄ２の切片（横軸との交点）は、上述したシミュレーションなどにより求められる。

次に、図３および図４に基づき、本実施形態のＥＧＲ装置１によるＮＯｘおよび燃費の改善結果を説明する。

図３は、ＥＧＲ率を変化させたときの燃費率を示したものであり、図４は、ＥＧＲ率を変化させたときのＮＯｘの排出量を示したものである。これら図３および図４では、高圧ＥＧＲのみ行った場合を白抜きの菱形で、低圧ＥＧＲのみ行った場合を黒塗りの三角で、高圧および低圧ＥＧＲの両方を行った場合を、×印で示した。なお、エンジン２の負荷を定格負荷の５０％、回転数を定格回転数の５０％とした。

図３に示すように、高圧ＥＧＲのみを行う場合、ＥＧＲ率を３０％までしか上げることができない。また、低圧ＥＧＲのみを行う場合、ＥＧＲ率４０％までＥＧＲをかけることができるが、燃費率（ｇ／ｋＷ・ｈ）が大きくなってしまう。すなわち燃費が悪いことがわかる。

これに対して、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとを同時に行う場合、広いＥＧＲ率の範囲が得られる。特に、高圧ＥＧＲのみを行う場合に比べて、ＥＧＲ率をより高く約３７％まで設定することができる。他方、低圧ＥＧＲのみを行う場合に比べて燃費率が全体的に小さくなる。すなわち、低圧ＥＧＲのみに比べて燃費が良い。

また、図４からは、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとの同時作動で、より少ないＮＯｘの排出となることがわかる。

このように、本実施形態のＥＧＲ装置１によれば、エンジン２が中速・中負荷のときに低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとの両方を同時に行うことで、エンジン２の低ＮＯｘ化、低燃費化を図ることができる。

その他にも、可変容量ターボチャージャ（ＶＧＳターボチャージャ）を使用することなく高いＥＧＲ率を実現でき、その結果、エンジンの製品コストを低減することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられる。

例えば、上記の切換モードは、あくまでも一例であり、本発明はこれに限定されない。例えば、エンジン２の全運転領域（Ｌ＋Ｍ＋Ｈ）に亘り、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとの両方を行うことも考えられる。

また、上述の実施形態ではＥＧＲ率を基に各バルブ４２、４３、５２、５３を制御したが、これに限定されず、ＥＧＲ量や酸素量を基にバルブ４２、４３、５２、５３を制御することも考えられる。

また、上述の実施形態では、中速・中負荷領域Ｍのときに、吸気スロットルバルブ４３を全開で固定し、排気シャッタ５３を全開よりも閉側の所定開度で固定したが、これに限定されない。例えば、排気シャッタ５３を全開で固定し、吸気スロットルバルブ４３を全開よりも閉側の所定開度で固定するようにしてもよい。この場合、吸気スロットルバルブ４３を、全開と所定開度とのいずれかで開閉制御するようにしてもよく、その吸気スロットルバルブ４３の所定開度は、例えば、１０％以上４０％未満、好ましくは約２５％に設定される。また、排気シャッタ５３は不要となる。

また、低圧ＥＧＲ手段５の排気シャッタ５３と高圧ＥＧＲ手段４の吸気スロットルバルブ４３とのいずれか一方または両方を省略することも考えられる。

１ ＥＧＲ装置
２ エンジン
３ ターボチャージャ
４ 高圧ＥＧＲ手段
５ 低圧ＥＧＲ手段
６ ＥＣＵ（負荷算出手段、制御手段）
２１ 吸気通路
２２ 排気通路
３１ コンプレッサ
３２ タービン
６１ エンジン回転数センサ（回転数検出手段）

Claims (4)

1. エンジンの吸気通路にターボチャージャのコンプレッサが設けられると共に排気通路にタービンが設けられ、そのタービンよりも上流の排気通路から排気の一部を取り出して上記コンプレッサよりも下流の吸気通路に戻す高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ手段と、上記タービンよりも下流の排気通路から排気の一部を取り出して上記コンプレッサよりも上流の吸気通路に戻す低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ手段とを備えたＥＧＲ装置において、
   上記エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段と、
   上記エンジンの負荷を求めるための負荷算出手段と、
   上記回転数検出手段により検出された回転数が所定回転数かつ上記負荷算出手段により求められた負荷が所定負荷のときに、上記低圧ＥＧＲ手段による上記低圧ＥＧＲと上記高圧ＥＧＲ手段による上記高圧ＥＧＲとの両方を行う制御手段とを備えたことを特徴とするＥＧＲ装置。
2. 上記制御手段は、上記エンジンの回転数と負荷とにより定められる上記エンジンの運転状態の領域を、予め、低速・低負荷領域と中速・中負荷領域と高速・高負荷領域とに区分し、
   上記エンジンが運転される際に、上記回転数検出手段の回転数と上記負荷算出手段の負荷とにより定まる運転状態が、上記低速・低負荷領域にあるときに上記低圧ＥＧＲのみ行い、上記高速・高負荷領域にあるときに上記高圧ＥＧＲのみ行い、上記中速・中負荷領域にあるときに上記低圧ＥＧＲと上記高圧ＥＧＲとの両方を行う請求項１記載のＥＧＲ装置。
3. 上記高圧ＥＧＲ手段は、上記タービンよりも上流の排気通路と上記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、その高圧ＥＧＲ通路に設けられた高圧ＥＧＲバルブと、上記高圧ＥＧＲ通路よりも上流の吸気通路に設けられた吸気スロットルバルブとを有し、
   上記低圧ＥＧＲ手段は、上記タービンよりも下流の排気通路と上記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、その低圧ＥＧＲ通路に設けられた低圧ＥＧＲバルブと、上記低圧ＥＧＲ通路よりも下流の排気通路に設けられた排気シャッタとを有し、
   上記制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記中速・中負荷領域にあるときに、上記吸気スロットルバルブを全開で固定し、上記排気シャッタを全開よりも閉側の所定開度で固定し、上記高圧ＥＧＲバルブと上記低圧ＥＧＲバルブとを目標ＥＧＲ率に基づき開度制御する請求項２記載のＥＧＲ装置。
4. 上記高圧ＥＧＲ手段は、上記タービンよりも上流の排気通路と上記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、その高圧ＥＧＲ通路に設けられた高圧ＥＧＲバルブと、上記高圧ＥＧＲ通路よりも上流の吸気通路に設けられた吸気スロットルバルブとを有し、
   上記低圧ＥＧＲ手段は、上記タービンよりも下流の排気通路と上記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、その低圧ＥＧＲ通路に設けられた低圧ＥＧＲバルブと、上記低圧ＥＧＲ通路よりも下流の排気通路に設けられた排気シャッタとを有し、
   上記制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記中速・中負荷領域にあるときに、上記排気シャッタを全開で固定し、上記吸気スロットルバルブを全開よりも閉側の所定開度で固定し、上記高圧ＥＧＲバルブと上記低圧ＥＧＲバルブとを目標ＥＧＲ率に基づき開度制御する請求項２記載のＥＧＲ装置。

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