JPH04298676A - 排気還流ガスによる吸気加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気還流ガス
によって吸気を加熱する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関から排出されるＮＯｘ　の発生
を低減させるため排気ガスの一部を吸気中に還流させる
排気還流（以下ＥＧＲと呼ぶ）において、この排気還流
ガスの熱により吸気を加熱する装置が実開平１─１１８
１５１号公報に開示されている。この吸気加熱装置の構
造を図９に示すと共に、この図９に基づいて従来の吸気
加熱装置の構造を説明する。図９のＥＧＲ装置は排気マ
ニホルド１４からスロットル弁２４の下流の吸気マニホ
ルド２０へ排気ガスを還流するＥＧＲ通路１６を有し、
ＥＧＲ通路１６の一部を吸気マニホルド２０と接触させ
て吸気を加熱する加熱部４８としている。この加熱部４
８から吸気マニホルド２０の壁面へ排気ガスの熱が伝導
し、この熱が燃料噴射弁から出た燃料の気化を促進させ
ているので安定な燃焼を得ることができる。一方、一般
的に暖機時やスロットル弁２４がある所定開度以下の時
は、機関の温度が降下したりＥＧＲの多量の流出による
不安定な燃焼を伴ったりする不具合を生じるため、ＥＧ
Ｒ通路１６をＥＧＲ弁４４で遮断する。このようにＥＧ
Ｒが遮断されると排気還流ガスによる吸気加熱ができな
くなるが、吸気マニホルドのＥＧＲ出口部４６と前記加
熱部４８の間の位置に排気ガスの流量を調節するＥＧＲ
弁４４を配設することによって、ＥＧＲ弁４４でＥＧＲ
を遮断しても前記加熱部４８に排気ガスを滞留させるこ
とができ、ＥＧＲを遮断した状態でも吸気加熱を行うこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、燃料噴射制御に
おいては、一般にスロットル弁２４が全閉でエンジン回
転速度が設定回転以上のとき燃料供給が必要ない減速状
態と判定し、吸気マニホルド内への燃料噴射弁から燃料
の噴射を中止する燃料噴射中止（以下燃料噴射中止時を
Ｆ／Ｃ時と呼ぶ）を行う。この運転状態は、上記スロッ
トル弁２４がある所定開度以下の時ＥＧＲを中止すると
いう条件の中に含まれるので、従来技術ではこのＦ／Ｃ
時にもＥＧＲ通路１６の加熱部４８に高温な排気ガスを
滞留させ、吸気マニホルド２０を加熱している。しかし
、Ｆ／Ｃ時は燃料が吸気マニホルド内にないので、燃料
の気化熱による冷却が行われなくなり、Ｆ／Ｃ時では吸
気マニホルド壁面が過剰に加熱されたままである。この
ため、Ｆ／Ｃ中止後、過剰に加熱された吸気マニホルド
２０により混合気の吸気温度は高くなって密度が低下す
るので、混合気の密度が低下し、機関の出力低下を引き
起こす問題がある。そこで、本発明は上記のような問題
を解決するため、Ｆ／Ｃ時には熱源である排気ガスを加
熱部４８から除去することによって吸気マニホルド２０
が過剰に加熱されるのを防ぐことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる内燃機関
Ａの排気還流ガスによる吸気加熱装置は、図１に示され
るように排気管Ｎから吸気管Ｍへ排気ガスを還流する排
気還流通路Ｇと、この排気還流通路Ｇの排気還流ガスの
熱で吸気管Ｍの吸気を加熱する加熱部Ｆと、この加熱部
Ｆと吸気管Ｍの壁面に開口した排気還流出口部Ｋとの間
の排気還流通路Ｇに設けられ排気ガスの流量を調整する
排気還流弁Ｅと、スロットル弁Ｌが全閉である状態では
排気還流弁Ｅにより排気還流通路Ｇを閉鎖状態とする排
気還流弁全閉手段Ｉと、吸気管Ｍに設置された燃料供給
手段Ｄと、スロットル弁Ｌが全閉である場合には燃料供
給手段Ｄの燃料供給を中止する燃料供給遮断手段Ｂとを
備えた内燃機関の排気還流ガスによる吸気加熱装置にお
いて、この吸気加熱部Ｆと排気還流弁Ｅとの間に設けら
れ大気導入をオンオフで制御する空気導入弁Ｃを備え、
前述の燃料供給遮断時には、この空気導入弁Ｃを開放し
て排気還流通路に大気を取り入れる空気導入弁開放手段
Ｊを備えたことを特徴とする。

【０００５】

【作用】上記のようにスロットル弁Ｌが全閉状態では、
排気還流弁Ｃが閉じ加熱部Ｆに排気還流ガスが滞留する
。しかし、スロットル弁Ｌが全閉状態で燃料供給遮断手
段Ｂが実行されると、大気は空気導入弁Ｃから排気還流
通路Ｇを通って排気還流入口部Ｏの方向へ流れ出し、そ
れに伴って加熱部Ｆに滞留した排気還流ガスは排気管Ｎ
へ排出される。すなわち、加熱部Ｆに滞留している熱源
である排気ガスを除去することによって吸気管Ｍの加熱
を防いでいる。

【０００６】

【実施例】本発明の一実施例について全体の配置を示す
図２に基づいて以下に説明する。エンジン本体１０には
吸気管３０の一部である吸気マニホルド２０及び排気管
５２の一部である排気マニホルド１４が取りつけられ、
このエンジン本体１０の内部のウォタ−ジャケットには
水温センサ５４が設置されている。燃料供給手段である
燃料噴射弁１８は吸気マニホルド２０の下流側に設けら
れ、スロットル弁２４を有するスロットルボディ２６は
吸気マニホルド２０の上流側開口に連結される。このス
ロットルボディ２６には、スロットル弁２４が全閉であ
る時検出信号ＬＬ＝１を出す全閉スイッチ３４が取りつ
けられている。エアフロメ−タ３２は吸気管３０を介し
てスロットルボディ２６に連結され、エアフロメ−タ３
２の上流側にはエアフィルタ２８が設けられる。一方、
排気マニホルド１４の下流には排気管５２が連結され、
三元触媒装置１２は排気管５２の下流側開口に連結され
ている。また、ＥＧＲ通路１６は排気マニホルド１４の
壁面に設けられたＥＧＲ入口部５０から吸気マニホルド
２０の壁面に設けられたＥＧＲ出口部４６へ連結されて
いる。このＥＧＲ通路１６の一部が吸気マニホルド２０
と接触している加熱部４８（詳細は図３）をＥＧＲ通路
１６に設け、さらにこの加熱部４８とＥＧＲ出口部４６
との間のＥＧＲ通路１６にＥＧＲ弁４４（詳細は図４）
と、このＥＧＲ弁４４と前記加熱部４８の間に空気導入
弁４２（詳細は図５）とを備えている。

【０００７】この加熱部４８をＡ−Ａ’断面から見た図
３に基づいて以下に説明すると、吸気マニホルド２０の
壁面に開口しＥＧＲ出口部４６の下流に燃料噴射弁１８
が備えられている。この燃料噴射弁１８から噴射された
燃料が最も吸気マニホルド２０に付着しやすい部分にＥ
ＧＲ通路１６と吸気マニホルド２０を接触させている加
熱部４８を設けている。この加熱部４８は熱を伝わりや
すくするためＥＧＲ通路１６と吸気マニホルド２０の壁
面を共有し、接触面積を広くとってある。上記の構造か
らＥＧＲ通路１６の中の加熱部４８に排気ガスを還流又
は滞留させることで、この排気ガスの熱による吸気マニ
ホルド２０の壁面の温度上昇によって吸気の温度上昇を
もたらし、燃料の気化を促進させている。一方、本実施
例で吸気マニホルド２０の壁面の温度上昇が不要な運転
状態には、ＥＧＲ通路１６に大気を導入することで吸気
の過剰な温度上昇を防ぐ。このように、空気導入弁４２
とＥＧＲ弁４４の作動によって意図的に吸気マニホルド
２０の壁面を加熱するか否かを制御している。

【０００８】次に、この吸気マニホルド２０の壁面の加
熱を制御するため使用されるＥＧＲ弁４４による排気還
流弁全閉手段と空気導入弁４２による空気導入弁開放手
段について以下に説明する。まず、図４に示すようにＥ
ＧＲ弁４４は定圧室４４ｃ、弁室４４ｂ、ダイヤフラム
室４４ａから構成され、また、ＥＧＲ弁４４の他にＥＧ
Ｒ量を制御するＥＧＲバキュ−ムモジュレ−タ４０とＶ
ＳＶ３６を備えている。この定圧室４４ｃと排気管側の
ＥＧＲ通路１６を、及び弁室４４ｂと吸気管側のＥＧＲ
通路１６をそれぞれ連結すると共に、弁室４４ｂとダイ
ヤフラム４４ｄを介して接続されるダイヤフラム室４４
ａはＥＧＲバキュ−ムモジュレ−タ４０とＶＳＶ３６に
連通している。それによりダイヤフラム４４ｄに接続さ
れた弁体４４ｅをＥＧＲバキュ−ムモジュレ−タ４０又
はＶＳＶ３６から伝達される負圧に応じて図中上下方向
に移動させ、これによってＥＧＲ通路１６が開閉される
ようになっている。

【０００９】ＥＧＲバキュ−ムモジュレ−タ４０におい
ても、上部室４０ａ、定圧室４０ｃ、ダイヤフラム室４
０ｂから構成されている。この上部室４０ａはＥＧＲ弁
４４のダイヤフラム室４４ａ及びスロットル弁２４の取
りつけ位置より若干上流側のスロットルボディ２６に連
通される。スロットル弁２４の開度が所定値（図４のａ
）以下の時、上部室４０ａは大気圧の圧力となり、それ
に伴ってダイヤフラム室４４ａは大気圧力となってＥＧ
Ｒ通路１６を閉じる。逆に、スロットル弁２４の開度が
ある所定範囲内（図４のａからｂの間）の時上部室４０
ａは吸気負圧となるが、ダイヤフラム室４０ｂは上部室
４０ａの連通より若干上流側のスロットルボディ２６へ
連通されているので、大気圧となる。この時、上部室４
０ａとダイヤフラム室４０ｂはダイヤフラム４０ｄが大
気圧で押し下げられることによって連結され、その結果
上部室４０ａとダイヤフラム４４ｄも大気圧となる。 一方、一般に排気ガス圧力は脈動し、排気ガス圧力が高
圧の時にはＥＧＲ弁４４の定圧室４４ｃに連通される定
圧室４０ｃはダイヤフラム４０ｄが押し上げられ上部室
４０ａとダイヤフラム室４０ｂは遮断される。そのため
、上部室４０ａとそれに連なるダイヤフラム室４４ａは
負圧となり、ＥＧＲ弁４４は開かれる。このように、ス
ロットル弁２４の開度がある所定値（図４のａからｂま
で）付近ではダイヤフラム室４４ａは交互に大気圧、負
圧となることによってＥＧＲ弁４４は交互に開閉を繰り
返す。さらに、スロットル弁２４の開度がある所定値（
図４のｂ）以上のときは上部室４０ａとダイヤフラム室
４０とも負圧となり、ＥＧＲ量は増すが、スロットル弁
２４の開度が全開に近い状態になると、スロットル弁２
４が全開に近づくにつれて吸気管３０の圧力は大気圧に
近くなり、ＥＧＲ量は急激に減少する。要するに、軽負
荷時、高負荷時にはＥＧＲ量を止め、それ以外には、負
荷に応じてＥＧＲ量を調整している。また、水温センサ
５４から測定された冷却水温度が４０度以下又はスロッ
トル全閉のＦ／Ｃ時であることが検出されると、ＥＧＲ
弁４４のダイヤフラム室４４ａと大気圧が連通するよう
にＶＳＶ３６を電気的に切り換え、ＥＧＲ通路１６を遮
断している。ただし、図４からスロットル全閉時はダイ
ヤフラム室４４ａが大気圧となってＥＧＲ通路１６を遮
断するため、スロットル全閉のＦ／Ｃ時を検出すること
は必ずしも必要ではない。

【００１０】次に、大気をＥＧＲ通路１６に導入するシ
ステム（エアサクションシステム（以下ＡＳと呼ぶ）を
図５に基づいて説明すると、ダイヤフラム室４２ａを設
けた空気導入弁４２の他に、ダイヤフラム室４２ａとサ
−ジタンク２２の間にあるＶＳＶ３８と、空気導入弁４
２の上流側に設けられたリ−ドバルブ４２ｂを備えてい
る。このＶＳＶ３８はサ−ジタンク２２とダイヤフラム
室４２ａを連通させるか又はダイヤフラム室４２ａを大
気に開放させるかを切り替える切り替え装置である。本
実施例では、冷却水温度が４０度以上の状態でスロット
ル全閉のＦ／Ｃしていない時はダイヤフラム４２ａはＶ
ＳＶ３８で切り替えて大気に連通させるため、空気導入
弁４２の弁体４２ｃは下がり、空気導入は中止される。 逆に、スロットル全閉のＦ／Ｃ時であるか冷却水温度が
４０度以下であるかを検出すると、ダイヤフラム室４２
ａはサ−ジタンク２２の吸気負圧に連通され、それに伴
い弁体４２ｃは上昇し、リ−ドバルブ４２ｂの排気管側
と排気マニホルド１４は連結される。一般に、排気管内
は間欠的な排気サイクルにより圧力変動を生じる。この
絶えず変化する排気ガス圧力が大気圧より小さい時この
圧力差によりリ−ドバルブ４２ｂが開かれ、逆に排気ガ
ス圧力が大気圧より大きい時リ−ドバルブ４２ｂは閉じ
、これにより大気は逆流せず排気管５２へ流れる。この
送り込まれた大気は、燃焼室から出てきたばかりで十分
高温な排気ガスのＣＯやＨＣをその場で反応させ、また
ＥＧＲ入口部５０の下流にある三元触媒が収容されてい
る三元触媒装置１２は過剰に加熱されるので大気を導入
することで三元触媒装置１２を冷やす役目も果たしてい
る。

【００１１】ところで、今まで述べたＶＳＶ３６、ＶＳ
Ｖ３８、水温センサ５４、全閉スィッチ３４、燃料噴射
弁１８を制御するため、図３に示した制御回路６０を備
えている。このマイクロコンピュタ−システムである制
御回路６０はマイクロプロセシングユニット（ＭＰＵ）
６２、メモリ６４、入力ポ−ト６６、出力ポ−ト６８と
、これらの要素を接続するバス７０とより構成される。 この入力ポ−ト６６へ水温センサ５４、全閉スィッチ３
４等の各センサの入力信号が入り、この入力信号に応じ
て出力ポ−ト６８からＶＳＶ３６、ＶＳＶ３８、燃料噴
射弁１８へ制御信号が送られる。

【００１２】次に、上述した制御回路から送られた信号
によるＦ／Ｃ手段とＥＧＲ弁４４と空気導入弁４２の処
理動作について、図６、図７、図８と共に説明する。ま
ず、図６の１０１はスロットル弁２４の全閉スイッチ３
４の検出信号が０か１か（すなわち、全閉か否か）が判
定され、スロットル全閉状態はステップ１０２に進み、
全閉でない時はステップ１０４に進む。上記ステップ１
０２では、低回転状態で燃料カットに入らないようにす
るため設定回転数以上か否かで判断し、設定回転数以上
の時にはステップ１０３に進んでＦ／Ｃを行い、反対に
設定回転数以下の時にはステップ１０４に進み、燃料噴
射を行う。この設定回転数はギヤ位置、エアコンなどの
負荷の有無、冷却水温度などで細かく切り換えることに
よりＦ／Ｃ領域を広げ燃費の改善を行っている。例えば
、エンジン冷間時は冷却水温度が高いほど、設定回転数
を下げている。

【００１３】次に、図７のＥＧＲ弁４４の処理動作にお
いては、ステップ２０１で冷却水温度が４０度以上か否
かを判定し、冷却水温が４０度以下の時はＶＳＶ３６に
よってダイヤフラム室４４ａを大気に開放してＥＧＲ弁
４４を閉じ、逆に冷却水温度が４０度以上の時はＦ／Ｃ
中であるか否かを判定しているステップ２０２へ進む。 ステップ２０２では、図６のフロチャ−トでＦ／Ｃを実
行しているか否かを判断し、Ｆ／Ｃ中でない時にはＶＳ
Ｖ３６によってダイヤフラム室４４ａを大気圧に開放す
るのを防いでＥＧＲを作動させると共に、排気ガスで吸
気管３０を加熱している。一方、図６のフロチャ−トか
らＦ／Ｃ中であると判定された時にはＥＧＲ通路１６を
ＥＧＲ弁４４で止める。但し、図７の２０２、２０３、
２０４は前記に示したように必ずしも実行する必要はな
い。なぜなら、スロットル弁２４が全閉である状態では
、図４のＥＧＲバキュ−ムモジュレ−タ４０の上部室４
０ａとダイヤフラム室４４ａが大気圧となり、ＥＧＲ通
路１６は遮断されるからである。

【００１４】次に、図８の空気導入弁４２の処理動作に
おいては、ステップ３０１で冷却水温度が４０度以上か
否かを判定し、冷却水温度が４０度以下の時はＶＳＶ３
８によってサ−ジタンク２２とダイヤフラム室４２ａを
連通させることで空気導入弁４２を開き、排気管５２に
空気を導入する。逆に、冷却水温が４０度以上の時はＦ
／Ｃ中であるか否かを判定しているステップ３０２へ進
み、図６のフロチャ−トの実行によりＦ／Ｃ中でないと
判定された時、空気導入弁４２を閉じ、排気管５２に空
気を導入するのを禁止する。一方、図６のフロチャ−ト
の実行によりＦ／Ｃ中であると判定された時には、空気
導入弁４２を開くことによって吸気マニホルド２０を加
熱している排気ガスを空気で取り除く。

【００１５】この排気ガスを除去することにより、Ｆ／
Ｃ時に燃料の気化熱で失う熱量分が吸気マニホルド壁面
の温度上昇に与え、吸気マニホルド壁面が過剰に加熱さ
れるのを防ぐ。このため、今まで生じていたＦ／Ｃ中の
吸気マニホルド２０の過剰な加熱に基づく混合気の充填
効率の低下による機関の出力低下を引き起こす問題を解
決することができる。さらに、本実施例では、従来から
用いられている２次空気装置を用いてＥＧＲ通路１６へ
大気導入を行っているので、新たに大気導入通路を設け
る必要はなく、この発明を実施する上でコストの低減を
図ることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば，Ｆ／Ｃ時には，排気還
流通路Ｇに大気を導入することにより排気還流通路Ｇの
加熱部Ｆに排気ガスが滞留することがなく吸気管Ｍが過
剰に加熱されることを防止する。その結果，加速に移行
するとき吸気温度は高くなりすぎないため混合気の充填
効率の低下による機関の出力低下を防止できる。また、
排気還流通路Ｇに空気を導入することで、排気還流通路
Ｇの汚れを取り除くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　　　発明の構成図

【図２】　　　　本発明の一実施例によるＥＧＲ装置の
配置図

【図３】　　　　吸気加熱部断面図

【図４】　　　　ＥＧＲ弁断面図

【図５】　　　　空気導入弁断面図

【図６】　　　　燃料カット判定のフロ−チャ−ト図

【
図７】　　　　ＥＧＲの作動条件のフロ−チャ−ト図

【
図８】　　　　大気導入の作動条件のフロ−チャ−ト図

【図９】　　　　従来からのＥＧＲ装置の配置図

【符号の説明】

１０・・・　　エンジン本体　　　　　　　　　　１２
・・・　　三元触媒装置 １４・・・　　排気マニホルド　　　　　　　　１６・
・・　　ＥＧＲ通路 １８・・・　　燃料噴射弁　　　　　　　　　　　　２
０・・・　　吸気マニホルド ２２・・・　　サ−ジタンク　　　　　　　　　　２４
・・・　　スロットル弁 ２６・・・　　スロットルボディ　　　　　　２８・・
・　　エアフィルタ ３０・・・　　吸気管　　　　　　　　　　　　　　　
　３２・・・　　エアフロメ−タ ３４・・・　　全閉スィッチ　　　　　　　　　　３６
・・・　　ＶＳＶ ３８・・・　　ＶＳＶ　　　　　　　　　　　　　　　
　４０・・・　　ＥＧＲバキュ−ム ４２・・・　　空気導入弁　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　モジュレ−タ ４４・・・　　ＥＧＲ弁　　　　　　　　　　　　　　
４６・・・　　ＥＧＲ出口部 ４８・・・　　加熱部　　　　　　　　　　　　　　　
　５０・・・　　ＥＧＲ入口部 ５２・・・　　排気管　　　　　　　　　　　　　　　
　５４・・・　　水温センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気管から吸気管へ排気ガ
   スを還流する排気還流通路と、該排気還流通路で吸気管
   を加熱する加熱部と、吸気管の壁面に開口した排気還流
   出口部と前記加熱部との間の排気還流通路に介装された
   排気ガスの流量を調整する排気還流弁と、吸気管に設け
   られたスロットル弁が全閉である状態では該排気還流弁
   により該排気還流通路を閉鎖状態とする排気還流弁全閉
   手段と、吸気管に設置された燃料供給手段と、前記スロ
   ットル弁が全閉である状態では該燃料供給手段からの燃
   料供給を中止する燃料供給遮断手段とを備えた内燃機関
   の排気還流ガスによる吸気加熱装置において、前記加熱
   部と前記排気還流弁との間に設けられた空気導入弁と、
   前記燃料供給遮断時には該空気導入弁を開放して前記排
   気還流通路に大気を取り入れる空気導入弁開放手段とを
   備えたことを特徴とする排気還流ガスによる吸気加熱装
   置。