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1. WO2017135377 - EGR DEVICE

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明 細 書

発明の名称 EGR装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

発明の概要

0003   0004   0005   0006  

図面の簡単な説明

0007  

発明を実施するための形態

0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

図面

1   2   3   4   5   6   7A   7B   7C   8   9  

明 細 書

発明の名称 : EGR装置

技術分野

[0001]
 本発明は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置に関する。

背景技術

[0002]
 JP2010-048113Aには、高温のガスが流れているときにEGRクーラの入口に水を噴射して蒸発させ、チューブの表面に付着した煤を水蒸気で洗い流すことによって、煤堆積による熱交換効率の低下を防止するEGR装置が開示されている。

発明の概要

[0003]
 しかしながら、JP2010-048113AのEGR装置では、水蒸気はガスとともにEGRクーラのチューブ内を流れるので、付着した煤は表面側から洗浄される。そのため、煤表面のごく一部しか洗い流すことができず、チューブに付着した煤の多くは、そのまま表面に留まって固着し堆積することとなるので、JP2010-048113AのEGR装置では熱交換効率が低下するおそれがある。
[0004]
 本発明は、チューブの表面に付着した煤を洗い流すことができ、熱交換効率の低下を防止できるEGR装置を提供することを目的とする。
[0005]
 本発明のある態様によるEGR装置は、エンジンから排出された排気ガスの一部を排気流路から吸気流路に還流させるEGR装置であって、内部を流通する冷媒によって前記排気流路から導かれた排気ガスを冷却するEGRクーラと、前記排気流路と前記EGRクーラとを接続するEGR入口配管と、前記EGRクーラと前記吸気流路とを接続するEGR出口配管と、前記EGR出口配管中に設けられ、排気ガスの流れを切り換えるEGR開閉弁と、を備え、前記EGRクーラは、前記排気流路から導かれた排気ガスが流通するEGRガス通路と、前記EGRガス通路内の排気ガスと熱交換を行うように冷媒が流通する冷媒流路と、を有し、前記EGR開閉弁は、生成された凝縮水を煤とともに下流へ流すように開かれる。
[0006]
 上記態様によれば、自然対流によってEGRクーラまで到達した排気ガスがチューブの表面付近で露点を下回るまで冷却されることによって、チューブの表面と付着した煤との間に生成された凝縮水による水膜が形成される。その結果、水膜によってチューブと煤とが分離された状態になっているので、EGR開閉弁を開いてEGRクーラ内に勢いよく排気ガスを流すだけで、チューブの表面に付着した煤を洗い流すことができる。また、前回走行時に付着した煤をコールドスタート時に毎回洗い流すことができるので、時間経過とともに煤がチューブの表面で固着することも抑制できる。よって、熱交換効率の低下を防止できるEGR装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0007]
[図1] 図1は、本発明の実施形態に係るEGR装置を備えるディーゼル車両のエンジンの吸排気系の構成図である。
[図2] 図2は、排気流路に取り付けられる高圧EGRクーラ付近を拡大した構成図である。
[図3] 図3は、高圧EGRクーラの内部断面図である。
[図4] 図4は、高圧EGRクーラのチューブとフィンとの関係を説明する拡大断面図である。
[図5] 図5は、高圧EGRクーラのフィンの一部斜視図である。
[図6] 図6は、EGRクーラ洗浄制御の流れを示すフローチャートである。
[図7A] 図7Aは、チューブに付着した煤の状態を説明する模式図である。
[図7B] 図7Bは、チューブと煤との間に生成される凝縮水を説明する模式図である。
[図7C] 図7Cは、チューブから煤が洗い流される状態を説明する模式図である。
[図8] 図8は、コールドスタート時に凝縮水の生成される時間とEGR出口水温との関係を示すタイミングチャートである。
[図9] 図9は、コールドスタート時に高負荷運転をした際のEGRクーラ洗浄制御を説明するタイミングチャートである。

発明を実施するための形態

[0008]
 以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
[0009]
 図1は本発明の実施形態に係るEGR装置100を備えるディーゼル車両のエンジン20の吸排気系の構成図である。
[0010]
 エンジン20の給排気系は、エンジン20の上流に接続される吸気系10と、下流に接続される排気系30と、を備える。
[0011]
 吸気系10は、エアクリーナ11と、過給機40のコンプレッサホイール42と、吸気シャッターバルブ63と、インタークーラ12と、これらを外部から吸入した吸入空気が流通可能となるように接続する吸気流路13と、から構成される。
[0012]
 排気系30は、過給機40のタービンホイール41と、排気浄化装置31と、排気シャッターバルブ52と、サイレンサ32と、これらをエンジン20から排出された排気ガスが流通可能となるように接続する排気流路33と、から構成される。
[0013]
 吸入空気は、吸気流路13を流通する際に、エアクリーナ11によってごみやほこり等の異物が取り除かれた後に、過給機40のコンプレッサホイール42によって過給されて、吸気シャッターバルブ63へと導かれる。過給された吸入空気は、吸気シャッターバルブ63の開度に応じて流量を変化させて吸気シャッターバルブ63を通過して、インタークーラ12で冷却された後に、図示しないインテークマニホールドを通ってエンジン20へ導かれる。インタークーラ12は、例えば水冷式であり、図示しないサブラジエータに接続されて過給された吸入空気から取り込んだ熱を外部に放出する。なお、インタークーラ12には、空冷式を採用してもよい。
[0014]
 エンジン20に導かれた吸入空気は、吸入ポート21を通って燃焼室22に供給され、燃焼室22内で噴射された燃料とともに圧縮されることで燃焼する。当該燃焼によって、ディーゼル車両が走行するために必要な推進力が得られる。
[0015]
 燃焼により生成された排気ガスは、排気ポート23から排気系30の図示しないエキゾーストマニホールドを通って排気流路33へと排出される。排気ガスは、過給機40のタービンホイール41を通過してから排気浄化装置31内の図示しないディーゼル酸化触媒や微粒子捕集フィルタによって浄化された後に、排気シャッターバルブ52の開度に応じて流量を変化させてサイレンサ32へと流通する。サイレンサ32へ流通した排気ガスは、圧力や温度が低減されるとともに排気騒音が低減されて外部に排出される。排気浄化装置31のディーゼル酸化触媒は、排気ガス中の未燃焼ガスを活性化させ燃焼させる触媒であり、微粒子捕集フィルタは、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタである。なお、排気浄化装置31に、窒素酸化物を除去するためのNOx還元触媒と、NOx還元触媒にて使用される還元剤を生成する燃料改質触媒と、を取り付けることによって、排気ガス中のNOxを還元させてもよい。
[0016]
 過給機40には、例えば、エンジン20の回転数に応じて排気ガスや吸入空気の流速を制御する可変容量型のターボチャージャが用いられる。排気ガスの圧力により過給機40のタービンホイール41が回転すると、シャフト43を介してコンプレッサホイール42にその回転力が伝達されて吸入空気を過給するので、自然吸気の場合と比べてエンジン20に大量の吸入空気を導入することができる。
[0017]
 排気流路33と吸気流路13との間には、低圧EGR装置50と、高圧EGR装置60と、がEGR装置100として接続される。
[0018]
 低圧EGR装置50は、低圧EGRクーラ51と、低圧EGRバルブ53と、これらを排気流路33から還流させた排気ガスが流通可能となるように接続する低圧EGR流路54と、から構成される。
[0019]
 低圧EGR流路54の一端は、排気流路33の排気浄化装置31と排気シャッターバルブ52との間に接続され、他端は、吸気流路13のエアクリーナ11とコンプレッサホイール42との間に接続される。そのため、排気流路33内の排気ガスの一部は、低圧EGRバルブ53が開かれているときに吸気流路13へと還流される。また、低圧EGR流路54を流通する排気ガスは、低圧EGRクーラ51を通過する際に、内部を流通する冷却水によって冷却される。このように、不活性ガスである排気ガスの一部を吸気流路13に還流させ、エンジン20の燃焼室22へ再循環させることによって、燃焼温度を下げ、NOxの低減や燃費向上を実現することができる。還流させる排気ガスの量は、エンジン20の運転状態に応じて低圧EGRバルブ53の開度を変化させることにより調節される。低圧EGR装置50によれば、過給圧の影響を受けずに排気ガスの一部を吸気流路13へと還流させることができる。
[0020]
 高圧EGR装置60は、高圧EGRクーラ61と、高圧EGRバルブ62と、これらを排気流路33から還流させた排気ガスが流通可能となるように接続する高圧EGR流路64と、から構成される。高圧EGR装置60によれば、低圧EGR装置50と同様にNOxの低減や燃費向上を実現することができる。また、高圧EGR装置60は、低圧EGR装置50と比べてタービンホイール41や排気浄化装置31より上流で排気ガスを還元させるので、タービンホイール41や排気浄化装置31に付着する煤等の量を低減させ、耐久性を向上させることができる。
[0021]
 高圧EGR流路64は、EGR入口配管64aと、EGR出口配管64bと、から構成される。EGR入口配管64aは、排気流路33と高圧EGRクーラ61とを接続する。EGR出口配管64bは、高圧EGRクーラ61と吸気流路13とを接続する。EGR入口配管64aは、EGR出口配管64bよりも短く形成される。
[0022]
 高圧EGRバルブ62は、EGR出口配管64bに設けられ、吸気流路13に還流される排気ガスの流量を開度に応じて調節する。例えば、高圧EGRバルブ62が閉じられた場合には吸気流路13に排気ガスが還流されなくなり、その後、高圧EGRバルブ62が開かれた場合には排気ガスの流れが切り換わり、高圧EGRバルブ62の開度に応じて吸気流路13に還流される。
[0023]
 次に、図2を参照して、高圧EGR装置60について説明する。図2は、排気流路33に取り付けられる高圧EGRクーラ61付近を拡大した構成図である。
[0024]
 EGR入口配管64aは、図2に示すように、排気流路33からU字状に取り回されて高圧EGRクーラ61へ接続される。EGR入口配管64aの排気流路33に接続される部分には、排気流路接続部64cが形成される。
[0025]
 排気流路接続部64cは、排気流路33の排気ガスをEGR入口配管64aに導入する導入口64dを有し、排気ガスの流れ方向に沿って上流から下流に向けて排気流路33から鋭角な角度θをもって分岐する。また、導入口64dは、一部が排気流路33内に入るように配置され、排気流路33の排気ガスの流れ方向上流に向かって開口する。このように排気流路接続部64cが形成されることによってラム圧が発生するので、高圧EGRバルブ62が閉じられている場合においても、排気流路33を流れる排気ガスは、その一部がEGR入口配管64aへ流れる。EGR入口配管64aに導入された排気ガスは、自然対流によって高圧EGRクーラ61に導かれる。
[0026]
 高圧EGRクーラ61は、内部を流通する冷却水によって排気流路33から導かれた排気ガスを冷却する。冷却水は、図示しない流路によってエンジン20を冷却できるように接続されており、高圧EGRクーラ61やエンジン20の熱を図示しないラジエータから放出する。なお、冷却水は、エンジン20に限らず、ディーゼル車両の熱を発生する各種装置を冷却することができる。
[0027]
 ここで、図3を参照して高圧EGRクーラ61について説明する。図3は、高圧EGRクーラ61の内部断面図である。
[0028]
 高圧EGRクーラ61は、図3に示すように、排気流路33から導かれた排気ガスが流通するEGRガス通路61aと、EGRガス通路61a内の排気ガスとの間で熱交換を行うように冷却水が内部を流通する複数のチューブ61bと、EGRガス通路61a中に配置されるフィン61c(図4参照)と、を有する。
[0029]
 EGRガス通路61aは、複数のチューブ61bが間隔を空けて交互に積層されることによって、チューブ61bと隣接するチューブ61bとの間にそれぞれ形成される。排気流路33から導かれた排気ガスは、図3の矢印Aで示すように、EGR入口配管64aを通ってEGRガス通路61aを流通する。EGRガス通路61aを流通した排気ガスは、高圧EGRバルブ62が開いている場合には、図3の矢印Bで示すようにEGR出口配管64bを通って吸気流路13へ還流される。他方で、排気ガスは、高圧EGRバルブ62が閉じている場合には、EGRガス通路61aやEGR入口配管64a周囲で自然対流する。
[0030]
 複数のチューブ61bには、図3の矢印Cで示すように冷却水流路入口61dから冷却水が流入する。冷却水は、チューブ61b内を流通する際に、チューブ61bを介して隣接するEGRガス通路61aを通過する排気ガスと熱交換を行った後、図3の矢印Dで示すように冷却水流路出口61eから流出する。
[0031]
 フィン61cには、図4及び図5に示すように、EGRガス通路61a内の排気ガスの流れを遮る方向に突出する突出板61fが形成される。
[0032]
 図4は、高圧EGRクーラ61のチューブ61bとフィン61cとの関係を説明する拡大断面図である。図5は、高圧EGRクーラ61のフィン61cの一部斜視図である。
[0033]
 フィン61cは、図4に示すように、矩形の波形形状となるように屈曲形成され、底面と上面とが隣接する2つのチューブ61bに接するように配置される。フィン61cの底面と上面とには、それぞれ突出板61fが設置される。
[0034]
 突出板61fは、図5に示すように、排気ガスの流れ方向上流に向かって角度αだけ前傾するように設置される。図5の矢印Eは、フィン61c付近を通過する排気ガスの流れを示す。また、突出板61fは、排気ガスの流れの直交方向に対して角度βだけ斜め向きとなるように設置される。例えば、角度αは60度に設定され、角度βは30度に設定される。なお、突出板61fは、フィン61cの代わりにチューブ61bのみに形成されてもよく、フィン61c及びチューブ61bの両方に形成されてもよい。
[0035]
 図3に示すように、冷却水流路出口61eには、EGR出口水温センサ71が取り付けられる。EGR出口水温センサ71は、高圧EGRクーラ61の冷却水の出口温度をEGRクーラ出口水温Twとして検出する。ここで、冷却水流路出口61eは、チューブ61bの近傍に接続されている。そのため、EGR冷却水バルブ61gが閉じられている状態でもチューブ61b内の冷却水の熱が対流によって伝わるので、高圧EGRクーラ61の冷却水の出口温度を検出することによってチューブ61b内の冷却水の温度を求めることができる。また、EGR出口配管64bのEGRガス通路61aに接続される接続部付近には、EGRクーラ出口ガス温度センサ72が取り付けられる。EGRクーラ出口ガス温度センサ72は、高圧EGRクーラ61の出口ガス温度度をEGRクーラ出口ガス温度Tgとして検出する。なお、EGRクーラ出口ガス温度センサ72は、EGRガス通路61aの出口部分に設置されてもよい。
[0036]
 コントローラ70(図1及び図2参照)は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等によって構成され、ROMに記憶されたプログラムをCPUによって読み出すことで、エンジン20、低圧EGR装置50、及び高圧EGR装置60に各種機能を発揮させる。
[0037]
 コントローラ70には、例えば高圧EGR装置60に各種機能を発揮させるために、EGR出口水温センサ71と、EGRクーラ出口ガス温度センサ72と、からの信号が入力される。なお、コントローラ70には、エンジン20の回転速度を検出する図示しないエンジン回転センサや、アクセル開度を検出する図示しないアクセル開度検出センサ等の信号が入力されてもよい。
[0038]
 コントローラ70は、入力された信号に基づいて、高圧EGR装置60の制御を実行する。すなわち、コントローラ70は、エンジン20の負荷等に応じて、図1に破線で示すように吸気シャッターバルブ63と高圧EGRバルブ62の開閉制御を実行するとともに、図2に破線で示すようにEGR冷却水バルブ61gの開閉制御を実行する。
[0039]
 次に、図6を参照して、EGRクーラに付着した煤Cを除去するために、コントローラ70が実行するEGRクーラ洗浄制御について説明する。図6は、EGRクーラ洗浄制御の流れを示すフローチャートである。コントローラ70は、エンジン20がコールドスタートされた時にEGRクーラ洗浄制御を実行する。コールドスタートは、外気温近くまでエンジン20等が冷えているときにエンジン20を始動させることであり、例えば、ディーゼル車両が一晩駐車された後にエンジン20を始動させる状況がコールドスタートとして想定される。前回までのディーゼル車両の走行によって、コールドスタート時の高圧EGRクーラ61のチューブ61bの表面には、図7Aに示すように、付着した煤Cが堆積している。図7Aは、チューブ61bに付着した煤Cの状態を説明する模式図である。
[0040]
 ステップS101では、コントローラ70は、エンジン20のコールドスタート処理を実行する。コールドスタート処理では、高圧EGRバルブ62及びEGR冷却水バルブ61gは、閉じられた状態である。
[0041]
 ステップS102では、コントローラ70は、EGRクーラ出口水温Twが所定水温T1以上であるか否かを判定する。コントローラ70の処理は、EGRクーラ出口水温Twが所定水温T1以上である場合にはステップS103に進み、所定水温T1未満である場合にはステップS104に進む。所定水温T1は、排気ガスを冷却した際に、排気ガスを露点以下まで冷却できなくなる温度であり、例えば60℃である。
[0042]
 排気ガスが露点以下まで冷却されると、図7Bに示すように、チューブ61bと煤Cとの間に凝縮水Wが生成される。図7Bは、チューブ61bと煤Cとの間に生成される凝縮水Wを説明する模式図である。凝縮水Wは、煤C表面の細かい隙間から煤Cの内部に侵入した排気ガスがチューブ61bの表面付近で冷却されることによって、排気ガス中に含まれる水蒸気が結露したものである。また、凝縮水Wは、チューブ61bの表面付近に堆積した煤C内に予め存在している排気ガスが冷却され、排気ガス中の水蒸気が結露することによっても生成される。
[0043]
 煤Cは、燃焼過程で燃え残った炭化水素が様々な化学反応を経て凝集し固体化されたものであり、油性(疎水性)の性質となっている。そのため、生成された凝縮水Wは、疎水性の煤Cに吸収されることなくチューブ61bと煤Cとの間を広がることによって水膜の層を形成する。その結果、煤Cは、水膜によってチューブ61bの表面から強制的に分離された状態となる。
[0044]
 他方で、排気ガスが露点以下まで冷却されない場合には、排気ガス中に含まれる水蒸気は、凝縮することなく気体のまま高圧EGRクーラ61のEGRガス通路61a内を通過する。
[0045]
 ステップS103では、コントローラ70は、高圧EGRクーラ61の洗浄処理を実行する。洗浄処理では、コントローラ70は、高圧EGRバルブ62及びEGR冷却水バルブ61gを開く。
[0046]
 高圧EGRバルブ62が開かれることによって、EGRが開始され、排気ガスがEGRガス通路61a内を勢いよく通過する。そのため、チューブ61bの表面から分離された煤Cが、図7Cに示すように、排気ガスによって凝縮水Wとともに下流へ吹き飛ばされる。図7Cは、チューブ61bから煤Cが洗い流される状態を説明する模式図である。その際、EGRクーラ出口水温Twが所定水温T1を超えている場合の排気ガスの温度は、100℃以上の高温に通常なっているので、吹き飛ばされた凝縮水Wは吹き飛ばされた際に蒸発して、液体のままエンジン20に流れることがない。
[0047]
 また、EGR冷却水バルブ61gが開かれることによって、チューブ61b内の冷却水が流通するので、EGRガス通路61aを通過する高温の排気ガスを継続的に冷却することができる。
[0048]
 煤Cと凝縮水Wが吹き飛ばされた後、コントローラ70は、EGRクーラ洗浄制御を終了して、通常のEGR制御を実行する。
[0049]
 ステップS104では、コントローラ70は、EGRクーラ出口ガス温度Tgが所定ガス温度T2以上であるか否かを判定する。コントローラ70の処理は、EGRクーラ出口ガス温度Tgが所定ガス温度T2以上である場合にはステップS105に進み、所定ガス温度T2未満である場合にはステップS106に進む。所定ガス温度T2は、凝縮水Wが沸騰して蒸発する温度であり、例えば100℃である。
[0050]
 ステップS105では、コントローラ70は、エンジン20が高負荷状態になったと判定して、高負荷処理を実行する。高負荷処理では、コントローラ70は、EGR冷却水バルブ61gを閉じたまま、高圧EGRバルブ62を開く。これによって、高温の排気ガスが高圧EGRクーラ61のEGRガス通路61aを勢いよく通過して、分離された煤Cは、排気ガスによって凝縮水Wとともに下流へ吹き飛ばされる。その後、コントローラ70は、EGRクーラ出口水温Twが所定水温T1以上になることでEGRクーラ洗浄制御を終了して、通常のEGR制御を実行する。
[0051]
 ステップS106では、コントローラ70は、より多くの凝縮水Wを生成するために凝縮水生成処理を実行する。凝縮水生成処理では、コントローラ70は、高圧EGRバルブ62及びEGR冷却水バルブ61gを閉じたままにする。これによって、高温の排気ガスが勢いよく流れて高圧EGRクーラ61内の温度が一気に高くなることを抑制しつつ、自然対流によって排気ガスを少量ずつ高圧EGRクーラ61内に導入することができる。その結果、煤C表面の隙間から煤Cの内部に侵入した排気ガスが冷却水によって冷却されることになり、チューブ61bの表面に凝縮水Wによる水膜が形成される。その後、コントローラ70は、EGRクーラ出口水温Twが所定水温T1以上になってからEGRクーラ洗浄処理を実行した後、通常のEGR制御を実行する。
[0052]
 次に、図8を参照して、エンジン20のコールドスタート時にコントローラ70がEGRクーラ洗浄制御を実行したときの高圧EGRクーラ61内の冷却水の温度変化の様子について説明する。図8は、コールドスタート時に凝縮水Wの生成される時間とEGRクーラ出口水温Twとの関係を示すタイミングチャートである。図8の横軸は時間であり、縦軸はEGRクーラ出口水温Twである。また、本実施形態のEGRクーラ出口水温Twを実線で示し、比較例として始めから高圧EGRバルブ62を開いたときのEGRクーラ出口水温Twを破線で示す。
[0053]
 時間t0は、エンジン20がコールドスタートをしたときの時間である。時間t0において、本実施形態のEGRクーラ出口水温Tw及び比較例のEGRクーラ出口水温Twは、ともに低温の状態である。
[0054]
 比較例のコントローラ70は、時間t0において、通常のEGR制御を開始し、EGR冷却水バルブ61gを開く。通常のEGR制御では、コールドスタート時には排気ガスの温度が低く、EGRを開始できないので高圧EGRバルブ62は閉じられており、排気流路33を流れる排気ガスは、自然対流によって高圧EGRクーラ61に導かれる。
[0055]
 比較例の場合には、EGR冷却水バルブ61gが開いているので、エンジン20等を冷却した際の熱が高圧EGRクーラ61に伝わる。そして、高圧EGRクーラ61内の冷却水は、自然対流によって導かれる排気ガスとエンジン20等の熱とによって急速に加熱されて、EGRクーラ出口水温Twは、時間t1’に所定水温T1に到達する。その後、時間t1’で通常のEGR制御が開始されることで高圧EGRバルブ62が開かれて、高圧EGRクーラ61内に排気ガスが流れる。
[0056]
 他方で、本実施形態のコントローラ70は、時間t0において、EGRクーラ洗浄制御を開始し、図6でステップS101に示すようにコールドスタート処理によって高圧EGRバルブ62及びEGR冷却水バルブ61gは閉じられている。そのため、排気流路33を流れる排気ガスは、自然対流によって高圧EGRクーラ61に導かれる。コントローラ70は、エンジン20が高負荷となっていない場合に、ステップS106の凝縮水生成処理を実行する。
[0057]
 その後、高圧EGRクーラ61内の冷却水が自然対流で導かれてきた排気ガスのみによって暖められて徐々に昇温することで、EGRクーラ出口水温Twは、時間t1’よりも長い時間t1で、所定水温T1に到達する。そして、コントローラ70が通常のEGR制御を開始して高圧EGRバルブ62を開くことで、高圧EGRクーラ61内に排気ガスが流れる。ここで、時間t0から時間t1までの間、凝縮水生成処理によって凝縮水Wが大量に生成され、チューブ61bと煤Cとの間には水膜が十分に形成されている。そのため、排気ガスが勢いよく高圧EGRクーラ61のEGRガス通路61aを流れることによって水膜上の煤Cを洗い流すことができる。このように比較例の場合と比べて本実施形態の場合には、凝縮水Wを生成できる時間を時間t1まで十分に長くすることができるので、生成する凝縮水Wの量を増やし、チューブ61bと煤Cとの間に確実に水膜を形成することができる。
[0058]
 また、本実施形態のEGRクーラ出口水温Twは、図8の実線で示すように、時間t1に到達するまでの間、比較例のものよりも低い温度を維持することができる。その結果、本実施形態の場合には、飽和水蒸気量が小さい状態を長時間維持することができるので、生成する凝縮水Wの量を増やすことができる。
[0059]
 図9は、コールドスタート時に高負荷運転をした際のEGRクーラ洗浄制御を説明するタイミングチャートである。図9の横軸は時間であり、縦軸は温度である。また、本実施形態のEGRクーラ出口水温Twを直線で示し、EGRクーラ出口ガス温度Tgを破線で示す。
[0060]
 コールドスタート時に高負荷運転が行われた場合には、エンジン20の燃焼温度が一気に上昇し、排気ガスの温度が高くなる。そのため、自然対流で高圧EGRクーラ61内に導かれる排気ガスの温度も高くなり、時間t2でEGRクーラ出口ガス温度Tgが所定ガス温度T2以上に上昇する。
[0061]
 EGRクーラ出口ガス温度Tgが所定ガス温度T2以上になると、コントローラ70は、図6のステップS105に示すように、エンジン20が高負荷状態であると判定して高負荷処理を実行する。高負荷処理では、EGRクーラ出口水温Twが所定水温T1より小さい場合でも高圧EGRバルブ62を開いて高圧EGRクーラ61内に排気ガスを流す。そのため、高圧EGRクーラ61のチューブ61bの表面に付着した煤Cは、生成された凝縮水Wによってすぐに下流へと洗い流される。
[0062]
 その後、時間t1でEGRクーラ出口水温Twが所定水温T1以上になると、コントローラ70は、通常のEGR制御を開始してEGR冷却水バルブ61gを開いて冷却水を高圧EGRクーラ61内に循環させる。
[0063]
 以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
[0064]
 高圧EGR装置60は、エンジン20から排出された排気ガスの一部を排気流路33から吸気流路13に還流させる。高圧EGR装置60は、内部を流通する冷却水によって排気流路33から導かれた排気ガスを冷却する高圧EGRクーラ61と、排気流路33と高圧EGRクーラ61とを接続するEGR入口配管64aと、高圧EGRクーラ61と吸気流路13とを接続するEGR出口配管64bと、EGR出口配管64b中に設けられ、排気ガスの流れを切り換える高圧EGRバルブ62と、を備える。高圧EGRクーラ61は、排気流路33から導かれた排気ガスが流通するEGRガス通路61aと、EGRガス通路61a内の排気ガスと熱交換を行うように冷媒としての冷却水が流通するチューブ61bと、を有する。高圧EGRクーラ61では、冷却水によってEGRガス通路61a内の排気ガスが冷却されることで、EGRガス通路61aの壁面、すなわちチューブ61b外側の表面に付着した煤Cとチューブ61bの表面との間に凝縮水Wが生成される。高圧EGRバルブ62は、チューブ61b内の冷却水の温度としてのEGRクーラ出口水温Twが所定水温T1以上である場合に開かれる。
[0065]
 このような高圧EGR装置60によれば、自然対流によって高圧EGRクーラ61まで到達した排気ガスがチューブ61bの表面付近で露点を下回るまで冷却されることによって、チューブ61bの表面と付着した煤Cとの間に生成した凝縮水Wによる水膜が形成される。その結果、水膜によってチューブ61bと煤Cとが分離された状態になっているので、高圧EGRバルブ62を開いて高圧EGRクーラ61内に勢いよく排気ガスを流すだけで、チューブ61bの表面に付着した煤Cを洗い流すことができる。また、前回走行時に付着した煤Cをコールドスタート時に毎回洗い流すことができるので、時間経過とともに煤Cがチューブ61bの表面で固着することも抑制できる。よって、熱交換効率の低下を防止できる高圧EGR装置60を提供することができる。
[0066]
 高圧EGR装置60では、EGR入口配管64aは、EGR出口配管64bよりも短い。そのため、排気流路33中の排気ガスは、高圧EGRバルブ62が開かれていなくても自然対流によって高圧EGRクーラ61まで到達できる。その結果、排気ガスをチューブ61bの表面付近で露点を下回るまで冷却することができるので、チューブ61bの表面と付着した煤Cとの間に凝縮水Wを生成させて水膜を形成することができる。
[0067]
 高圧EGR装置60では、EGR入口配管64aは、排気流路33に接続される排気流路接続部64cを有する。排気流路接続部64cは、排気流路33の排気ガスの流れ方向に沿って上流から下流に向けて鋭角な角度θをもって分岐する。これによって、排気流路33の排気ガスは、下流に向けて流れる際に、排気流路接続部64cでラム圧を受けることになるので、EGR入口配管64a内に一部が流されることになる。
[0068]
 また、高圧EGR装置60では、排気流路接続部64cは、排気流路33内に形成される導入口64dを有する。導入口64dは、排気流路33の排気ガスの流れ方向上流に向かって開口する。
[0069]
 その結果、高圧EGRバルブ62が閉じていても、高圧EGRクーラ61まで、ラム圧の作用を利用して排気ガスを自然対流させることができる。
[0070]
 なお、排気流路接続部64cは、ラム圧が作用するように鋭角な角度θをもって排気流路33から分岐すればよく、導入口64dの全部が排気流路33内に入らないように配置されてもよい。これによって、排気流路33の圧損が高くなることを抑制しつつラム圧によって高圧EGRクーラ61内に排気ガスを自然対流させることができる。
[0071]
 また、本実施形態では、排気流路接続部64cは、導入口64dの一部が排気流路33内に入るように配置されたが、導入口64dの全体が排気流路33内に入って排気流路33の上流を向くように配置されてもよい。このように排気流路接続部64cが配置されることによって、排気流路33の排気ガスをEGR入口配管64a内により流し易くすることもできる。
[0072]
 高圧EGRバルブ62は、高圧EGRクーラ61内の冷却水の温度が所定水温T1未満である場合に閉じられる。そのため、自然対流によって高圧EGRクーラ61内に排気流路33を流れる排気ガスの一部を導くことができる。その結果、導かれた排気ガスがEGRガス通路61a内で冷却水に冷却されることによって、凝縮水Wを生成することができる。また、高圧EGRバルブ62が閉じられており、高温の排気ガスが高圧EGRクーラ61内に一気に流れることがないので、凝縮水Wを生成できなくなるほどの高温に冷却水が一気に昇温されることを抑制できる。
[0073]
 高圧EGR装置60では、高圧EGRクーラ61は、冷却水の流れを切り換えるEGR冷却水バルブ61gを有する。EGR冷却水バルブ61gは、高圧EGRバルブ62が閉じられた場合に閉じられる。これによって、EGRクーラ洗浄制御が実行された場合には、EGR冷却水バルブ61gが閉じた状態となるので、高圧EGRクーラ61内の冷却水の流路を独立系にすることができる。そのため、エンジン20等の排熱によって高圧EGRクーラ61内の冷却水が急速に加熱されることを抑制でき温度上昇を緩やかにできるので、凝縮水Wの生成量を多くすることができる。また、通常のEGR制御が実行された場合には、チューブ61b内に冷却水が流通することになるので、EGRガス通路61aを流れる排気ガスを通常通り安定して冷却することができる。
[0074]
 高圧EGR装置60では、高圧EGRクーラ61は、EGRガス通路61aに配置されるフィン61cをさらに有する。フィン61c及び冷媒流路としてのチューブ61bの少なくとも一方には、EGRガス通路61a内の排気ガスの流れを遮る方向に突出する突出板61fが形成される。このようにフィン61c及びチューブ61bの少なくとも一方に形成された突出板61fがEGRガス通路61a内の排気ガスの流れを撹拌させるので、乱流によって煤Cを勢いよく洗い流すことができる。
[0075]
 以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
[0076]
 例えば、上記実施形態の高圧EGR装置60では、EGR入口配管64aは、EGR出口配管64bよりも短い場合や、高圧EGR装置60の排気ガスの流れ方向上流に向かって開口する場合について説明した。しかしながら、ラム圧を作用させることのできる態様は、これらの実施形態に限られない。例えば、EGR入口配管64aの径をEGR出口配管64bの径よりも太く形成することによって、ラム圧で排気ガスが自然対流し易くなるので、高圧EGRバルブ62が閉じている場合でも、凝縮水Wの生成を促進させることができる。また、高圧EGRバルブ62の開弁時に流路を一時的に絞るようにバルブを途中で止めてもよい。また、EGR冷却水が過剰に冷えている場合には、EGR冷却水バルブ61gの開弁時に流路を一時的に絞るようにバルブを途中で止めてもよい。また、凝縮水が生成され易くするように、排気ガスの温度と冷却水の温度の温度差が大きくなるように高圧EGRバルブ62とEGR冷却水バルブ61gの開閉弁を協調して制御してもよい。
[0077]
 また、上記実施形態の高圧EGR装置60と同様の態様や制御を低圧EGR装置50にも適用することができる。これによって、熱交換効率の低下を防止できる低圧EGR装置50を提供することができる。また、冷却水以外にも、例えば、空気や他の冷却液を冷媒として用いてもよい。
[0078]
 なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
[0079]
 本願は、2016年2月4日に日本国特許庁に出願された特願2016-19802に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

請求の範囲

[請求項1]
 エンジンから排出された排気ガスの一部を排気流路から吸気流路に還流させるEGR装置であって、
 内部を流通する冷媒によって前記排気流路から導かれた排気ガスを冷却するEGRクーラと、
 前記排気流路と前記EGRクーラとを接続するEGR入口配管と、
 前記EGRクーラと前記吸気流路とを接続するEGR出口配管と、
 前記EGR出口配管中に設けられ、排気ガスの流れを切り換えるEGR開閉弁と、
を備え、
 前記EGRクーラは、
 前記排気流路から導かれた排気ガスが流通するEGRガス通路と、
 前記EGRガス通路内の排気ガスと熱交換を行うように冷媒が流通する冷媒流路と、
を有し、
 前記EGR開閉弁は、前記冷媒流路の冷媒の温度が所定温度以上である場合に開かれる、
EGR装置。
[請求項2]
 請求項1に記載のEGR装置であって、
 前記EGR入口配管は、前記EGR出口配管よりも短い、
EGR装置。
[請求項3]
 請求項1又は2に記載のEGR装置であって、
 前記EGR入口配管は、前記排気流路に接続される排気流路接続部を有し、
 前記排気流路接続部は、前記排気流路の排気ガスの流れ方向に沿って上流から下流に向けて鋭角に分岐する、
EGR装置。
[請求項4]
 請求項3に記載のEGR装置であって、
 前記排気流路接続部は、前記排気流路内に形成される導入口を有し、
 前記導入口は、前記排気流路の排気ガスの流れ方向上流に向かって開口する、
EGR装置。
[請求項5]
 請求項1から請求項4のいずれか一つに記載のEGR装置であって、
 前記EGR入口配管は、前記EGR出口配管よりも太い、
EGR装置。
[請求項6]
 請求項1から請求項5のいずれか一つに記載のEGR装置であって、
 前記冷媒は、冷却水である、
EGR装置。
[請求項7]
 請求項6に記載のEGR装置であって、
 前記EGR開閉弁は、前記EGRクーラ内の冷却水の温度が所定温度未満である場合に閉じられる、
EGR装置。
[請求項8]
 請求項7に記載のEGR装置であって、
 前記EGRクーラは、冷却水の流れを切り換える冷却水開閉弁を有し、
 前記冷却水開閉弁は、前記EGR開閉弁が閉じられた場合に閉じられる、
EGR装置。
[請求項9]
 請求項1から請求項8のいずれか一つに記載のEGR装置であって、
 前記EGRクーラは、前記EGRガス通路に配置されるフィンをさらに有し、
 前記フィン及び前記冷媒流路の少なくとも一方には、前記EGRガス通路内の排気ガスの流れを遮る方向に突出する突出板が形成される、
EGR装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7A]

[ 図 7B]

[ 図 7C]

[ 図 8]

[ 図 9]