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技術 排気熱交換装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 林孝幸
出願日 2003年10月28日 (15年8ヶ月経過) 出願番号 2003-367903
公開日 2005年5月26日 (14年1ヶ月経過) 公開番号 2005-133580
状態 未査定
技術分野 排気還流装置 一般的な熱交換又は熱伝達装置の細部5 熱交換管の清掃
主要キーワード 除去作動 冷却水排出パイプ 冷却流体回路 増大度合い 冷却水流出管 実施領域 連通側 冷却流体通路
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図面 (8)

課題

排気熱交換器内に付着したSOFを容易な手段により除去することのできる排気熱交換装置を提供する。

解決手段

EGRバルブ14により第2EGR通路4が遮断されてEGRが実施されていないときに、第1切替弁8により冷却水導入通路6を遮断し且つ第2切替弁9を第2EGR通路4遮断且つバイパス通路連通位置切り替える構成としている。これにより、EGRが実施されていないときには、EGRクーラ2内に冷却水は流れずに、排気のみが通過する。しかも、EGR非実施状態エンジン16の高負荷時でもあり、排気温度が高い状態である。このため、EGRクーラ2のインナーフィン203の温度が上昇し、インナーフィン203に付着しているSOFは蒸発して排気とともに排気熱交換器から流出するので、インナーフィン203に付着しているSOFを、容易な手段で効果的に除去することができる。

概要

背景

EGRクーラは、EGR用排気を冷却することにより、排気ガス中のEGRの効果、すなわち排気中の窒素酸化物低減効果を高めるものであり、一般的に、エンジン冷却水を利用してEGR用の排気を冷却するものである。

EGRによりNOxの生成が抑制される理由としては、シリンダ内の空気の一部が、排気中のCO2、H2Oなどと置き換わることにより気体の熱容量が増大し、これにより燃焼ガス温度上昇が抑えられること、および空気過剰率が低下する、つまり吸気中酸素濃度が低下することによりNOX生成が抑制されることが挙げられる。

ところで、エンジンの排気中には、NOx、CO2等のほかに、粒子状物質(Paticurate Matters、以降PMと書く)が含まれている。PMは、直径が数ミクロン以下の粒子であり、主にSOF(Soluble Organic Fraction、可溶有機成分)、Soot(すす、いわゆる黒煙)およびサルフェート(SO2/SO3)+結合水の三つの成分から構成されている。一般に、SOFとSootがその大部分を占め、サルフェート+結合水はわずかである。SOFは未燃燃料潤滑油からなり粘性を有しており、固体表面への付着力が大きい。一方、Sootは、燃焼により生成された炭素重合体であり、固定への付着力は小さい。サルフェートは燃料中に含まれる微量の硫黄分の燃焼によるものである。

EGRクーラ内を排気が通過する際に、上述のPMが放熱フィンに付着することがある。PMは熱伝導性が低いため、放熱フィンにPMが付着・堆積すると、フィンを介しての排気から冷却水への放熱量減少、つまり冷却性能の低下や、EGRクーラ内排気通路断面積減小して圧力損失が増大することによるEGR流量減少等の問題が発生する。

この問題を防止するためには、放熱フィンへPMを付着・堆積させない、あるいは付着したPMを速やかに除去することが必要となる。たとえば、排気熱交換装置のフィン上に、ルーバ排気流れ下流に行くほどフィンからの距離が大きくなるように略三角形上に形成し、且つ、組を成す二枚のルーバを「ハ」字状に並べた状態で、排気流れに沿い複数組設けることが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。

これにより、排気流れを二枚のルーバ間引き込むような縦渦排気流れ方向に対して直交する面内で回転する渦)を発生させ、それにより、フィン表面近傍の排気流速を高めてフィン表面に付着したPMを吹き飛ばせるので、PMがフィンに堆積することを防止できる。
特開2003−106794号公報

概要

排気熱交換器内に付着したSOFを容易な手段により除去することのできる排気熱交換装置を提供する。EGRバルブ14により第2EGR通路4が遮断されてEGRが実施されていないときに、第1切替弁8により冷却水導入通路6を遮断し且つ第2切替弁9を第2EGR通路4遮断且つバイパス通路連通位置切り替える構成としている。これにより、EGRが実施されていないときには、EGRクーラ2内に冷却水は流れずに、排気のみが通過する。しかも、EGR非実施状態はエンジン16の高負荷時でもあり、排気温度が高い状態である。このため、EGRクーラ2のインナーフィン203の温度が上昇し、インナーフィン203に付着しているSOFは蒸発して排気とともに排気熱交換器から流出するので、インナーフィン203に付着しているSOFを、容易な手段で効果的に除去することができる。 1

目的

本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、フィンに付着したSOFを容易な手段により除去することのできる排気熱交換装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

エンジンから排出される排気冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換器と、エンジンの排気管から前記排気熱交換器へ前記排気を導入するための排気導入通路と、前記排気熱交換器から流出する前記排気をエンジンの吸気管へ導入するための排気流出通路と、前記排気流出通路と前記排気管とを連通する排気バイパス通路と、前記排気流出通路の連通および前記排気バイパス通路の遮断と前記排気流出通路の遮断および前記排気バイパス通路の連通とを切り替える第2切替弁と、前記排気流出通路途中の前記排気熱交換器と前記吸気管との間に設けられ前記排気流出通路を流れる前記排気の流量を調整する制御弁と、前記排気熱交換器へ前記冷却流体を導入し排出するための冷却流体通路と、前記冷却流体通路途中に設けられ前記冷却流体通路の連通・遮断を切り替える第1切替弁とを備える排気熱交換装置であって、所定の条件が成立し、且つ前記制御弁により前記排気流出通路が遮断され、且つエンジンの運転状態が所定領域にある時において、前記第1切替弁により前記冷却流体通路を遮断し且つ前記第2切替弁を前記排気流出通路の遮断および前記排気バイパス通路の連通側に切り替えることを特徴とする排気熱交換装置。

請求項2

前記所定の条件とは、前記排気通路の前記排気熱交換器前後における差圧所定値を超えた時、前記排気通路の前記排気熱交換器前後における差圧の初期値からの上昇分が所定値を超えた時、初期化以降における特定の運転条件におけるエンジン運転時間の積算値が所定値を超えた時、エンジンの運転時間が所定値を超えた時、および車両走行距離が所定値を超えた時、のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の排気熱交換装置。

請求項3

エンジンの運転領域の前記所定領域は、高回転速度且つ高トルク発生領域であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気熱交換装置。

請求項4

前記第1切替弁は前記冷却流体通路の前記排気熱交換器よりも上流側に配置され、前記排気熱交換器内における冷却流体通路である冷却流体ギャラリ大気との連通・遮断を切り替える第3切替弁を備え、前記第1切替弁が前記冷却流体通路を遮断するとそれに連動して前記第3切替弁を作動させて所定時間だけ前記冷却流体ギャラリを大気に連通させることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の排気熱交換装置。

請求項5

前記所定時間とは、前記冷却流体ギャラリ内が空気でほぼ満たされるのに要する時間であることを特徴とする請求項4に記載の排気熱交換装置。

請求項6

エンジンから排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換器と、前記排気熱交換器へ前記排気を導入し排出するための排気通路と、前記排気通路途中に設けられ前記排気通路を流れる前記排気の流量を調整する制御弁と、前記排気熱交換器へ前記冷却流体を導入し排出するための冷却流体通路と、前記冷却流体通路途中に設けられ前記冷却流体通路の連通・遮断を切り替える第1切替弁とを備える排気熱交換装置であって、所定の条件が成立し、且つ前記制御弁を前記排気が通過中であるときに、前記第1切替弁により前記冷却流体通路を遮断することを特徴とする排気熱交換装置。

請求項7

前記所定の条件とは、前記排気通路の前記排気熱交換器前後の差圧の初期値からの上昇分が所定値を超えた時、初期化以降における特定の運転条件におけるエンジン運転時間の積算値が所定値を超えた時、エンジンの運転時間が所定値を超えた時、および車両走行距離が所定値を超えた時、のいずれかであることを特徴とする請求項6に記載の排気熱交換装置。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関から排出される排気冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換装置に関するもので、EGR排気再循環)システムにおける排気を冷却する排気熱交換装置(EGRクーラ)に適用して有効である。

背景技術

0002

EGRクーラは、EGR用の排気を冷却することにより、排気ガス中のEGRの効果、すなわち排気中の窒素酸化物低減効果を高めるものであり、一般的に、エンジン冷却水を利用してEGR用の排気を冷却するものである。

0003

EGRによりNOxの生成が抑制される理由としては、シリンダ内の空気の一部が、排気中のCO2、H2Oなどと置き換わることにより気体の熱容量が増大し、これにより燃焼ガス温度上昇が抑えられること、および空気過剰率が低下する、つまり吸気中酸素濃度が低下することによりNOX生成が抑制されることが挙げられる。

0004

ところで、エンジンの排気中には、NOx、CO2等のほかに、粒子状物質(Paticurate Matters、以降PMと書く)が含まれている。PMは、直径が数ミクロン以下の粒子であり、主にSOF(Soluble Organic Fraction、可溶有機成分)、Soot(すす、いわゆる黒煙)およびサルフェート(SO2/SO3)+結合水の三つの成分から構成されている。一般に、SOFとSootがその大部分を占め、サルフェート+結合水はわずかである。SOFは未燃燃料潤滑油からなり粘性を有しており、固体表面への付着力が大きい。一方、Sootは、燃焼により生成された炭素重合体であり、固定への付着力は小さい。サルフェートは燃料中に含まれる微量の硫黄分の燃焼によるものである。

0005

EGRクーラ内を排気が通過する際に、上述のPMが放熱フィンに付着することがある。PMは熱伝導性が低いため、放熱フィンにPMが付着・堆積すると、フィンを介しての排気から冷却水への放熱量減少、つまり冷却性能の低下や、EGRクーラ内排気通路断面積減小して圧力損失が増大することによるEGR流量減少等の問題が発生する。

0006

この問題を防止するためには、放熱フィンへPMを付着・堆積させない、あるいは付着したPMを速やかに除去することが必要となる。たとえば、排気熱交換装置のフィン上に、ルーバ排気流れ下流に行くほどフィンからの距離が大きくなるように略三角形上に形成し、且つ、組を成す二枚のルーバを「ハ」字状に並べた状態で、排気流れに沿い複数組設けることが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。

0007

これにより、排気流れを二枚のルーバ間引き込むような縦渦排気流れ方向に対して直交する面内で回転する渦)を発生させ、それにより、フィン表面近傍の排気流速を高めてフィン表面に付着したPMを吹き飛ばせるので、PMがフィンに堆積することを防止できる。
特開2003−106794号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、上述の排気熱交換装置においては、PM中のSootに関しては、これを容易に吹き飛ばしせるので、堆積防止が可能であるが、粘性を有するSOFに関しては、一旦フィンへ付着すると、それを吹き飛ばすことは困難である。また、フィンに付着したSOFが接着剤的に作用し、そこへSootが付着するため、PMの堆積量が増加するという問題がある。

0009

本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、フィンに付着したSOFを容易な手段により除去することのできる排気熱交換装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

本発明の請求項1に記載の排気熱交換装置は、エンジンから排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換器と、エンジンの排気管から排気熱交換器へ前記排気を導入するための排気導入通路と、排気熱交換器から流出する排気をエンジンの吸気管へ導入するための排気流出通路と、排気流出通路と排気管とを連通する排気バイパス通路と、排気流出通路の連通および排気バイパス通路の遮断と、排気流出通路の遮断および排気バイパス通路の連通とを切り替える第2切替弁と、排気流出通路途中の排気熱交換器と吸気管との間に設けられ排気流出通路を流れる排気の流量を調整する制御弁と、排気熱交換器へ冷却流体を導入し排出するための冷却流体通路と、冷却流体通路途中に設けられ冷却流体通路の連通・遮断を切り替える第1切替弁とを備える排気熱交換装置であって、所定の条件が成立し、且つ制御弁により排気流出通路が遮断され、且つエンジンの運転状態が所定領域にある時において、第1切替弁により冷却流体通路を遮断し且つ第2切替弁を排気流出通路の遮断および排気バイパス通路の連通側に切り替える構成としている。

0011

上述の構成において、制御弁により排気流出通路が遮断されているとき、つまり排気熱交換器内を排気が通過していないときに、第1切替弁により冷却流体通路を遮断し且つ第2切替弁を切り替えて排気流出通路を遮断し且つ排気バイパス通路を連通させると、冷却流体は、排気熱交換器内を通過せずに排気熱交換器内に滞留し、且つ排気が排気熱交換器内を通過して排気管へ流出していく。すなわち、排気熱交換器内において、冷却流体の流速が0となるため排気・冷却流体間の熱伝達率が低下して排気熱交換器のフィン部から冷却流体へ伝達される熱量は減少する一方、排気から排気熱交換器のフィン部へ伝達される熱量は増加する。

0012

このため、排気が有する熱により排気熱交換器のフィン部の温度が上昇し、フィン部に付着しているSOFは蒸発して排気とともに排気熱交換器から流出する。これにより、フィン部に付着しているSOFを除去することができる。

0013

このように、フィン部に付着したSOFを除去することにより、SOFを介してSootがフィンに付着することも防止できるので、フィン部へのPM堆積を防止して、排気熱交換器の冷却性能の低下および圧力損失増大を防止できる。

0014

また、本発明の請求項1に記載の排気熱交換装置では、制御弁により排気流出通路が遮断されているとき、つまりEGRを実施していない時に、第1切替弁および第2切替弁を切り替えてSOF除去している。したがって、EGRに影響を及ぼす、すなわちエンジンの排気エミッションに影響を及ぼすこと無しに、排気熱交換装置内に堆積したSOFを除去することができる。

0015

本発明の請求項2に記載の排気熱交換装置は、所定の条件とは、排気通路の排気熱交換器前後における差圧所定値を超えた時、排気通路の排気熱交換器前後の差圧の初期値からの上昇分が所定値を超えた時、初期化以降における特定の運転条件におけるエンジン運転時間の積算値が所定値を超えた時、エンジンの運転時間が所定値を超えた時、および車両走行距離が所定値を超えた時、のいずれかである構成としている。

0016

一般に、流体通路の連通・遮断用弁を動かすアクチュエータとしては、電磁ソレノイドあるいは電動機等の電気式アクチュエータが用いられており、SOF除去作動のために第1切替弁および第2切替弁の切り替えるためには電力が必要である。

0017

SOF除去作動により消費される電力を最小限度に抑えるためには、SOF除去作動の頻度を低くすることが有効である。すなわち、SOF除去作動を、排気熱交換器内へSOFが堆積することに起因する冷却性能の低下度合い、あるいは排気熱交換器の圧力損失の増大度合い許容範囲を超えた時に実施することが望ましい。

0018

このため、排気熱交換器内におけるSOF堆積量を何らかの手段により検出し、それに基づいてSOFの除去作動を実施する必要がある。すなわち、SOF堆積量に関わる検出値が許容範囲を超えた時である所定の条件が成立した時にSOFの除去作動を実施すればよい。

0019

排気熱交換器内にPMが堆積するに連れて排気熱交換器の圧力損失は増大するので、排気通路の排気熱交換器前後の差圧は増大する。したがって、排気通路の排気熱交換器前後における差圧を測定する、つまり排気通路の排気熱交換器入口付近および排気熱交換器出口付近の圧力をそれぞれ測定し、これらの差として差圧を算出し、それに基づいて排気熱交換器内に堆積しているPM量推定することができる。

0020

この、排気通路の排気熱交換器前後における差圧に基づくPM堆積量推定方法は2種類の方法がある。

0021

一方は、算出した差圧から直接PM量を推定する方法である。この場合、SOFの除去作動は、排気熱交換器前後における差圧が所定値に達する度に実施されるので、排気熱交換器内へのPM堆積に起因する圧力損失の最大値言い換えると排気熱交換器を通過する排気流量最大変動分(減少分)は常に一定値に維持される。

0022

他方は、算出した差圧と排気通路の排気熱交換器前後の差圧の初期値、つまりSOFが堆積していない状態、たとえばエンジン完成直後あるいはSOF除去作動実施直後における差圧との差、すなわち差圧の上昇分を算出し、この差圧上昇分から排気熱交換器内に堆積しているPM量を推定する方法である。この場合、エンジン完成直後あるいはSOF除去作動実施以降におけるPM堆積量を、より正確に推定することができる。

0023

また、PM中におけるSOFとSootの構成割合はエンジンの運転条件のよって異なっている。一般的には、高負荷時にはSootが多く低負荷時にはSOFが多い。このため、エンジンの特定の運転条件、つまりSOFの排出量が多い運転条件、たとえば低負荷運転時間を測定すればその積算値に基づいてSOFの堆積量を推定することができる。したがって、初期化以降、つまりSOF除去動作実施直後からのSOFの排出量が多い運転条件、たとえば低負荷運転時間を測定して積算すれば、その積算値から、排気熱交換器内に堆積しているSOF量を推定することができる。

0024

以上説明した、3種類の、排気熱交換器内におけるSOF堆積量推定手段、すなわち、排気通路の排気熱交換器前後の差圧を測定しそれに基づく2種類の方法、およびエンジンの特定の運転条件、たとえばSOFの排出量が多い運転条件における積算時間法によれば、PM、SOFの堆積量をある程度正確に推定することができる。

0025

また、PM、SOFの堆積量は、当然ながらエンジンの運転時間の経過にともなって増加する。したがって、エンジンの運転時間、あるいはエンジンの運転時間にほぼ比例関係にある車両の走行距離のいずれかを算出することによっても、PM、SOFの堆積量を概略推定することが可能である。

0026

したがって、以上説明した、5つのSOF堆積量推定手段のいずれかによりSOF堆積量を算出し、その算出値がSOF堆積量の許容値に達した時点においてSOF除去作動を実施すれば、SOF除去作動の所要電力を最小としつつ、SOF堆積による排気熱交換器の冷却性能の低下および排気熱交換器の圧力損失の増大を防止することができる。

0027

なお、以上説明した、5つのSOF堆積量推定手段のいずれか一つを採用してもよいし、5つのSOF堆積量推定手段の中の複数種類を併用してもよい。

0028

本発明の請求項3に記載の排気熱交換装置は、エンジンの運転領域の所定領域は、高トルク発生領域である構成としている。

0029

一般に、EGR、つまり排気再循環はNOx低減に効果があるものの、エンジンが高負荷状態、すなわち高トルク発生状態にある時は、EGRにより燃焼が悪化してPMが増加する傾向にある。したがって、通常は、エンジンの高トルク発生領域においてはEGRを行わない。

0030

また、エンジンの高トルク発生領域、言い換えると燃料流量が多い領域においては、排気温度が高い。

0031

このため、エンジンの運転領域が高トルク発生領域にあるとき、すなわちEGRを実施していないとき、高温の排気を排気熱交換器内に流すことにより、排気熱交換器内部に堆積したSOFをより確実に蒸発させて排気熱交換器内から除去することができる。

0032

本発明の請求項4に記載の排気熱交換装置は、第1切替弁は冷却流体通路の排気熱交換器よりも上流側に配置され、排気熱交換器内における冷却流体通路である冷却流体ギャラリ大気との連通・遮断を切り替える第3切替弁を備え、第1切替弁が冷却流体通路を遮断するとそれに連動して第3切替弁を作動させて所定時間だけ冷却流体ギャラリを大気に連通させる構成としている。

0033

この構成によれば、第3切替弁を作動させて所定時間だけ冷却流体ギャラリを大気に連通させることにより、冷却流体ギャラリ内に空気を導入することができる。

0034

一般に、冷却流体は、冷却能力を高めるために熱容量の大きい流体、たとえば水が用いられている。水の熱容量は空気の熱容量よりはるかに大きいので、SOF除去作動中において、排気熱交換器の冷却流体ギャラリ内に空気を導入すれば、排気熱交換器のフィン部から外部への放熱量を減少させてフィン部の温度を効果的に高めることができる。これにより、排気熱交換器内部に堆積したSOFを確実に蒸発させて排気熱交換器内から除去することができる。

0035

この場合、本発明の請求項5に記載の排気熱交換装置のように、第3切替弁の切り替え時間、すなわち、冷却流体ギャラリを大気に連通させる時間を、冷却流体ギャラリ内が空気でほぼ満たされるのに要する時間とすれば、冷却流体ギャラリ内の冷却流体を完全に空気に置き換え且つエンジンの冷却流体回路内に混入する空気量を必要最小限度にすることができる。したがって、排気熱交換器内のフィン部の温度を効果的に高めて、排気熱交換器内部に堆積したSOFを確実に蒸発させて排気熱交換器内から除去することができ、且つエンジンの冷却水回路内に混入する空気量を必要最小限度として、エンジン本体の冷却性能に関する影響を最小にすることができる。

0036

本発明の請求項6に記載の排気熱交換装置は、エンジンから排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換器と、排気熱交換器へ排気を導入し排出するための排気通路と、排気通路途中に設けられ排気通路を流れる排気の流量を調整する制御弁と、排気熱交換器へ冷却流体を導入し排出するための冷却流体通路と、冷却流体通路途中に設けられ冷却流体通路の連通・遮断を切り替える第1切替弁とを備える排気熱交換装置であって、所定の条件が成立し、且つ制御弁を排気が通過中であるときに、第1切替弁により冷却流体通路を遮断する構成としている。

0037

上述の構成において、制御弁を排気が通過中であるとき、つまり排気熱交換器内を排気が通過中であるときに、第1切替弁により冷却流体通路を遮断すると、冷却流体は、排気熱交換器内を通過せずに排気熱交換器内に滞留する。言い換えると、排気熱交換器内における冷却流体の流速が0となり、排気・冷却流体間の熱伝達率が低下する。このため、排気が有する熱により排気熱交換器のフィン部の温度が上昇し、フィン部に付着しているSOFは蒸発して排気とともに排気熱交換器から流出する。これにより、フィン部に付着しているSOFを除去することができる。

0038

このように、フィン部に付着したSOFを除去することにより、SOFを介してSootがフィンに付着することも防止できるので、フィン部へのPM堆積を防止して、排気熱交換器の冷却性能の低下および圧力損失増大を防止できる。

0039

本発明の請求項7に記載の排気熱交換装置は、所定の条件とは、排気通路の排気熱交換器前後の差圧の初期値からの上昇分が所定値を超えた時、初期化以降における特定の運転条件におけるエンジン運転時間の積算値が所定値を超えた時、エンジンの運転時間が所定値を超えた時、および車両走行距離が所定値を超えた時、のいずれかである構成としている。

0040

一般に、流体通路の連通・遮断用弁を動かすアクチュエータとしては、電磁ソレノイドあるいは電動機等の電気式アクチュエータが用いられており、SOF除去作動のために第1切替弁および第2切替弁の切り替えるためには電力が必要である。

0041

SOF除去作動により消費される電力を最小限度に抑えるためには、SOF除去作動の頻度を低くすることが有効である。すなわち、SOF除去作動を、排気熱交換器内へSOFが堆積することに起因する冷却性能の低下度合い、あるいは排気熱交換器の圧力損失の増大度合いが許容範囲を超えた時に実施することが望ましい。

0042

このため、排気熱交換器内におけるSOF堆積量を何らかの手段により検出し、それに基づいてSOFの除去作動を実施する必要がある。すなわち、SOF堆積量に関わる検出値が許容範囲を超えた時である所定の条件が成立した時にSOFの除去作動を実施すればよい。

0043

排気熱交換器内にPMが堆積するに連れて排気熱交換器の圧力損失は増大するので、排気通路の排気熱交換器前後の差圧は増大する。したがって、排気通路の排気熱交換器前後における差圧を測定する、つまり排気通路の排気熱交換器入口付近および排気熱交換器出口付近の圧力をそれぞれ測定し、これらの差として差圧を算出し、それに基づいて排気熱交換器内に堆積しているPM量を推定することができる。

0044

この、排気通路の排気熱交換器前後における差圧に基づくPM堆積量の推定方法は2種類の方法がある。

0045

一方は、算出した差圧から直接PM量を推定する方法である。この場合、SOFの除去作動は、排気熱交換器前後における差圧が所定値に達する度に実施されるので、排気熱交換器内へのPM堆積に起因する圧力損失の最大値、言い換えると排気熱交換器を通過する排気流量の最大変動分(減少分)は常に一定値に維持される。

0046

他方は、
また、算出した差圧と排気通路の排気熱交換器前後の差圧の初期値、つまりSOFが堆積していない状態、たとえばエンジン完成直後あるいはSOF除去作動実施直後における差圧との差、すなわち差圧の上昇分を算出し、この差圧上昇分から排気熱交換器内に堆積しているPM量を推定する方法である。この場合、エンジン完成直後あるいはSOF除去作動実施以降におけるPM堆積量を、より正確に推定することができる。

0047

また、PM中におけるSOFとSootの構成割合はエンジンの運転条件のよって異なっている。一般的には、高負荷時にはSootが多く低負荷時にはSOFが多い。このため、エンジンの特定の運転条件、つまりSOFの排出量が多い運転条件、たとえば低負荷運転時間を測定すればその積算値に基づいてSOFの堆積量を推定することができる。したがって、初期化以降、つまりSOF除去動作実施直後からのSOFの排出量が多い運転条件、たとえば低負荷運転時間を測定して積算すれば、その積算値から、排気熱交換器内に堆積しているSOF量を推定することができる。

0048

以上説明した、3種類の、排気熱交換器内におけるSOF堆積量推定手段、すなわち、排気通路の排気熱交換器前後の差圧を測定しそれに基づく2種類の方法、およびエンジンの特定の運転条件、たとえばSOFの排出量が多い運転条件における積算時間法によれば、PM、SOFの堆積量をある程度正確に推定することができる。

0049

また、PM、SOFの堆積量は、当然ながらエンジンの運転時間の経過にともなって増加する。したがって、エンジンの運転時間、あるいはエンジンの運転時間にほぼ比例関係にある車両の走行距離のいずれかを算出することによっても、PM、SOFの堆積量を概略推定することが可能である。

0050

したがって、以上説明した、5つのSOF堆積量推定手段のいずれかによりSOF堆積量を算出し、その算出値がSOF堆積量の許容値に達した時点においてSOF除去作動を実施すれば、SOF除去作動の所要電力を最小としつつ、SOF堆積による排気熱交換器の冷却性能の低下および排気熱交換器の圧力損失の増大を防止することができる。

0051

なお、以上説明した、5つのSOF堆積量推定手段のいずれか一つを採用してもよいし、5つのSOF堆積量推定手段の中の複数種類を併用してもよい。

発明を実施するための最良の形態

0052

以下、本発明の一実施形態による排気熱交換装置を、自動車用エンジンに搭載されるEGRシステム1に適用した場合を例に図に基づいて説明する。

0053

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による排気熱交換装置が適用されるEGRシステム1の全体構成を説明する模式図である。

0054

図2は、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1のEGRクーラ2の断面図である。

0055

図3は、図2中のIII−III線断面図である。

0056

図4は、図2中のIV‐IV線断面図である。

0057

図5は、EGRクーラ2のインナーフィン203の斜視図である。

0058

図6は、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1における、エンジン16の燃料噴射量Q(負荷)と回転速度Nの関係を示すグラフであり、縦軸に燃料噴射量Qを、横軸に回転速度Nを示す。図6において、曲線Fは、各回転速度Nにおける最大噴射量Qmaxを示す。また、図6において、領域EはEGR実施領域を、領域DはEGR非実施領域を示している。すなわち、エンジン16の運転中において、回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図6中の領域E内にあるときはEGRが実施され、回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図6中の領域D内にあるときはEGRが非実施となる。また、図5において、Niはアイドル回転、Nmaxは定格回転を示す。

0059

EGRシステム1は、図1に示すように、エンジン16の排気管18と吸気管17とを第1EGR通路3、EGRクーラ2および第2EGR通路4を介して連通させることにより、エンジンの排気の一部を吸気管17に導入してエンジン16のシリンダ(図示せず)内に吸入させるものである。そして、EGRクーラ2内に、第1EGR通路3、第2EGR通路4を介して排気を流し、且つ冷却水導入通路6、冷却水流出通路7を介して冷却水を流し、排気と冷却水との間で熱交換を行い、冷却されて低温になった排気を第2EGR通路4を介して吸気管17に導入している。

0060

以下、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1の構成について図2〜5を用いて説明する。

0061

EGRクーラ2は、図2に示すように、内部に冷却流体ギャラリである冷却水ギャラリ202が形成されるケース201と、ケース201の両端を閉塞するコアプレート210と、ケース201内部に配され、両端がコアプレート210に支持され且つ内部にインナーフィン203を備える複数本排気チューブ211と、排気チューブ211と連通し、ケース201の両端に接続される排気導入ジョイント部206および排気流出ジョイント部207とから形成される。

0062

EGRクーラ2の内部は、高温の排気・冷却水が通過するので、ケース201、コアプレート208、排気チューブ211、インナーフィン203、排気導入ジョイント部206、排気流出ジョイント部207は、耐熱性耐食性に優れる材料、たとえばステンレス鋼等から形成されている。

0063

エンジン16から排出される排気は、図2に示すように、ケース201の一端側に設けられる排気導入ジョイント部206からEGRクーラ2内、つまり排気チューブ211内に流入し、冷却水ギャラリ202を通過する冷却水と熱交換し、ケース201の他端側に設けられる排気流出ジョイント部207からEGRクーラ2外へ流出する。

0064

EGRクーラ2における排気通路208を形成する排気チューブ211は、一対のプレートが対向接合することにより扁平な直方体状に形成されており、その内部にはインナーフィン203が配されている。インナーフィン203は、排気チューブ211内を細流路区画形成するよう折曲成形されている。インナーフィン203の排気チューブ211の壁面と接合される壁面には、図5に示すように、排気ガス流れ下流側となるにつれて高くなる略三角形状のルーバ209が形成されている。また、排気チューブ211の排気流れ上流側部位には、冷却水の沸騰を抑制するリブ212が形成されている。

0065

また、エンジン16からの冷却水は、図4中にて矢印で示すように、ケース201の側壁面に設けられる冷却水導入パイプ部204からEGRクーラ2内、つまり排気チューブ211の外側空間内である冷却水ギャラリ202に流入し、排気チューブ211内の排気通路208を通過する排気と熱交換し、ケース201の上壁面に設けられる冷却水排出パイプ部205からEGRクーラ2外へ流出する。

0066

このように構成されたEGRクーラ2の排気通路208を排気が流れると、一対のルーバ209の外側から内側に向かって回転する渦が発生し、また、一対のルーバ209とその外側の縦壁部203b間において排気の流速は下流側に向かうほど加速される。これらの、渦と流速増大により、水平部203aおよび縦壁部203bに付着堆積したPM、特にSootは吹き飛ばされてEGRクーラ2から外へ流出する。

0067

エンジン16の排気管18からEGRクーラ2へ排気を導入するための排気導入通路である第1EGR通路3が、図1に示すように、排気管18とEGRクーラ2の排気導入ジョイント部206とを連通している。

0068

EGRクーラ2から流出する排気をエンジン16の吸気管17へ導入するための排気流出通路である第2EGR通路4が、図1に示すように、EGRクーラ2の排気流出ジョイント部207と吸気管17とを連通している。

0069

第2EGR通路4と排気管18とを連通する排気バイパス通路であるバイパス通路5が図1に示すように設けられている。

0070

第2EGR通路4とバイパス通路5の分岐点には、図1に示すように、第2切替弁9が設けられている。第2切替弁9は、第2EGR通路4の連通とバイパス通路5の遮断と、第2EGR通路4の遮断とバイパス通路5の連通を切り替えるものである。第2切替弁9としては、たとえば、ステッピングモータあるいはリニアソレノイド等を動力源として作動する三方弁等が用いられる。

0071

また、第2EGR通路4の第2切替弁よりも下流側(吸気管17側)には、図1に示すように、第2EGR通路4を経て吸気管17に導入される排気流量を調整する制御弁であるEGRバルブ14が設けられている。EGRバルブ14としては、たとえば、ステッピングモータあるいはリニアソレノイド等を動力源として作動するポペット弁等が用いられている。これは、全閉位置および全開位置のほかに、全閉位置−全開位置間の任意の位置に保持可能な構造のものであり、吸気管17に導入される排気流量を、0から、最大流量までの間を連続的に制御することができる。

0072

第1EGR通路3のEGRクーラ2の排気導入ジョイント部206近傍には、図1に示すように、圧力センサ11が、排気圧力を検出可能に取り付けられている。

0073

第2EGR通路4のEGRクーラ2の排気流出ジョイント部207近傍には、図1に示すように、圧力センサ12が、排気圧力を検出可能に取り付けられている。

0074

EGRクーラ2へエンジン16の冷却水を導入し排出するための冷却流体通路であり、EGRクーラ2へ冷却水を導入するための冷却水導入通路6が、図1に示すように、エンジン16とEGRクーラ2の冷却水導入パイプ部204とを連通している。

0075

また、EGRクーラ2からエンジン16の冷却水を導入し排出するための冷却流体通路であり、EGRクーラ2から流出する冷却水をエンジン16側にもどすための冷却水流出通路7が、図1に示すように、EGRクーラ2の冷却水流出パイプ部205とエンジン16側とを連通している。

0076

冷却水導入通路6の途中には、図1に示すように、冷却水導入通路6の連通・遮断を切り替える第1切替弁8が設けられている。第1切替弁8としては、たとえば、ステッピングモータあるいはリニアソレノイド等を動力源として作動する二方弁等が用いられる。第1切替弁8は、全閉位置および全開位置のどちらかに切り替えるものでもよいし、全閉位置および全閉位置−全開位置間の任意の位置に保持可能な構造のものでもよい。

0077

EGRクーラ2の冷却水ギャラリ202には、冷却水ギャラリ202と大気との連通・遮断を切り替える第3切替弁10が設けられている。詳しくは、第3切替弁10は、冷却水ギャラリ202と大気とを連通する通気管13の途中に設けられている。第3切替弁としては、たとえば、ソレノイド等を動力源として作動する二方弁等が用いられる。また、通気管13は、EGRクーラ2がエンジンあるいは自動車に搭載された状態で一番上方に位置する冷却水ギャラリ202に接続している。

0078

次に、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1の電気回路構成について、図1の模式図に基づいて説明する。

0079

本発明の第1実施形態によるEGRシステム1は、コントローラ15により制御されている。コントローラ15は、たとえば、マイクロコンピュータ等から構成されている。

0080

コントローラ15は、図1に示すように、常時バッテリ20に接続されている。また、コントローラ15には、イグニッションスイッチ19が、そのON/OFFを検出可能に接続されている。また、コントローラ15には、圧力センサ11、12が接続されている。また、コントローラ15には、第1切替弁8、第2切替弁9、第3切替弁10およびEGRバルブ14が接続されている。さらに、コントローラ15には、エンジンの回転速度を検出する回転センサ21およびエンジンの負荷を検出する負荷センサ22が接続されている。ここで、負荷センサ18として、たとえば、エンジン1の燃料噴射量センサ(図示せず)、アクセルペダル踏み込み量を検出するアクセルセンサ(図示せず)、スロットルバルブ回動位置を検出するスロットルセンサ(図示せず)等を用いることが可能である。

0081

次に、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1の作動について、特に本発明のEGRシステム1の特徴である第1切替弁8、第2切替弁9および第3切替弁10の作動および効果を中心に説明する。

0082

(1)EGRクーラ2前後における排気差圧、すなわち圧力センサ11により検出した排気圧力と圧力センサ12により検出した排気圧力との差が所定値未満の時。

0083

この場合、EGRクーラ2の排気通路208に堆積しているSOF量が少なく、EGRクーラ2を通って吸気管17に導入される排気流量の減少度合い、およびEGRクーラ2における排気冷却能力の減少度合いが許容範囲内にある。

0084

したがって、EGRシステム1において、コントローラ15は、EGR制御のみを実施する。

0085

すなわち、第1切替弁8を冷却水導入通路6連通側に駆動し、第2切替弁9を第2EGR通路4連通且つバイパス通路5遮断側に駆動し、第3切替弁10を遮断側に駆動する。さらに、エンジン16の運転条件、つまり回転速度Nおよび燃料噴射量Qに基づいてEGRバルブ14を駆動して開閉状態を制御する。

0086

エンジン16の運転条件である回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図5中の領域E内にあるときは、EGRバルブ14を駆動してEGRを実施する。すなわち、第2EGR通路4を経て吸気管17に導入される排気流量が、そのときのエンジン16の運転条件において定められた流量となるようにEGRバルブ14を制御する。ここで、エンジン16の運転条件毎に定められた吸気管17に導入される排気流量、つまりEGR流量は、たとえばマップデータとしてコントローラ15内の記憶素子(図示せず)に記憶されている。

0087

一方、回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図5中の領域D内にあるときは、コントローラ15はEGRを停止する。すなわち、EGRバルブ14を駆動して遮断位置とし、吸気管17に導入される排気流量を0とする。

0088

(2)EGRクーラ2前後における排気差圧、すなわち圧力センサ11により検出した排気圧力と圧力センサ12により検出した排気圧力との差が所定値に達した時。

0089

この場合、EGRクーラ2の排気通路208に堆積しているSOF量が増加して、EGRクーラ2を通って吸気管17に導入される排気流量の減少度合い、およびEGRクーラ2における排気冷却能力の減少度合いが許容限度に達したことを意味する。

0090

したがって、EGRシステム1において、コントローラ15は、EGR制御およびSOF除去制御を実施する。

0091

先ず、エンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図5中の領域E内にあるときは、コントローラ15は、EGR制御を実施する。すなわち、第1切替弁8を冷却水導入通路6連通側に駆動し、第2切替弁9を第2EGR通路4連通且つバイパス通路5遮断側に駆動し、第3切替弁10を遮断側に駆動し、さらに第2EGR通路4を経て吸気管17に導入される排気流量が、そのときのエンジン16の運転条件において定められた流量となるようにEGRバルブ14を制御する。

0092

次に、エンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図5中の領域D内にあるときは、コントローラ15はEGRを停止しSOF除去制御を開始する。

0093

すなわち、EGRバルブ14を駆動して遮断位置として吸気管17に導入される排気流量を0とする。続いて、第1切替弁8を冷却水導入通路6遮断側に駆動し、第2切替弁9を第2EGR通路4遮断且つバイパス通路5連通側に駆動する。さらに、第3切替弁10を連通側に駆動する。これにより、エンジン16の排気は、排気管18から、排気導入通路3、EGRクーラ2、第2切替弁9、バイパス通路5を経て再び排気管18に合流して流れる。一方、EGRクーラ2への冷却水の流入は停止し、EGRクーラ2の冷却水ギャラリ202内に滞留する冷却水が冷却水流出通路7からエンジン16側へと吸引されると同時に、通気管13を通って空気が入れ替わりに冷却水ギャラリ202内に流入する。そして、第3切替弁10が連通側に駆動されてから所定時間が経過すると、コントローラ15は第3切替弁10を再び遮断側に駆動する。ここで、所定時間、つまり第3切替弁が連通側に駆動されている時間とは、EGRクーラ2の冷却水ギャラリ202内がほぼ空気で満たされるまでの時間であり、予めコントローラ15に設定されている。第3切替弁10が連通側に駆動されてから所定時間が経過して再び遮断側に駆動された時点で、EGRクーラ2において、冷却水ギャラリ202内が空、つまり空気で満たされ、且つ排気通路208を排気が流れる状態となっている。

0094

これにより、EGRクーラ2において、排気はほとんど冷却されず、インナーフィン203の温度が上昇するので、インナーフィン203に堆積しているSOFが蒸発してインナーフィン203から除去され、排気とともにEGRクーラ2外へ流出する。したがって、EGRクーラ2の排気通路208の通気抵抗、およびEGRクーラ2における排気冷却能力はSOFが堆積してない時の状態に復帰する。それと同時に、EGRクーラ2の排気通路208前後における排気差圧も、初期値、すなわちSOFが堆積してない状態における値に復帰する。

0095

ここで、エンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図5中の領域D内にあるとき、言い換えるとEGR制御を実施しない時は、一般には、エンジン16が高負荷時、つまりシリンダ(図示せず)に供給される燃料噴射量が多い時である。したがって、エンジン16の排気温度が高いので、インナーフィン203の温度を確実に高めて、堆積しているSOFを効果的に蒸発させることができる。

0096

そして、上述したSOF除去制御開始後所定時間が経過すると、コントローラ15は、SOF除去制御を停止し、再びEGR制御を開始する。つまり、第1切替弁8を冷却水導入通路6連通側に駆動し、第2切替弁9を第2EGR通路4連通且つバイパス通路5遮断側に駆動するとともに、エンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Q応じて、EGRバルブ14を駆動する。また、EGRクーラ2の冷却水ギャラリ202内の空気は、冷却水とともに、冷却水ギャラリ202の外へ流出し、ラジエータ(図示せず)のアッパータンク(図示せず)に滞留し、やがてラジエータキャップ(図示せず)のリリーフバルブ(図示せず)から外部へ放出される。

0097

ここで、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1におけるSOF除去作動継続時間は、堆積しているSOFのほとんど全てが確実に蒸発しきるような時間であり、予めコントローラ15に設定されている。

0098

また、SOF除去作動継続中、つまり、EGRバルブ14が遮断位置、第1切替弁8が冷却水導入通路6遮断位置、第2切替弁9が第2EGR通路4遮断且つバイパス通路5連通位置にある時に、エンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図5中の領域E内、すなわちEGR実施領域に遷移した場合は、コントローラ15は、直ちにSOF除去作動中止してEGR制御を開始する。すなわち、第1切替弁8を冷却水導入通路6連通側に駆動し、第2切替弁9を第2EGR通路4連通且つバイパス通路5遮断側に駆動するとともに、エンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Q応じて、EGRバルブ14を駆動する。そして、エンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図5中の領域D内に遷移すると、コントローラ15は、EGR制御を中止して再びSOF除去作動を開始する。SOF除去作動時間の合計時間が、上述したコントローラ15に予め設定されている所定時間に達すると、コントローラ15は、SOF除去作動を停止してEGR制御を開始する。

0099

以上まとめると、一旦SOF除去作動を開始すると、コントローラ15は、SOF除去作動時間の合計時間が、上述したコントローラ15に予め設定されている所定時間に達するまでは、SOF除去作動を継続する。その間、エンジン16運転条件が、EGR実施領域に入ると、その都度SOF除去作動中止してEGR制御を優先して実施する。これにより、EGR制御がSOF除去作動により影響を受けることを抑制できるので、EGR制御によるエンジン16の排気浄化機能(NOx低減機能)を正常に維持することができる。

0100

以上説明した、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1においては、EGRバルブ14により第2EGR通路4が遮断されてEGRが実施されていないときに、第1切替弁8により冷却水導入通路6を遮断し且つ第2切替弁9を第2EGR通路4遮断且つバイパス通路5連通位置に切り替える構成としている。

0101

従来の排気熱交換装置においては、排気熱交換器(EGRクーラ)内において、フィン上に排気通路に突き出すようにルーバを略三角形上に形成し、それにより、排気流れを二枚のルーバ間に引き込むような縦渦(排気流れ方向に対して直交する面内で回転する渦)を発生させ、フィン表面近傍の排気流速を高めている。この場合、フィン表面に堆積したPMのうち粘着力の小さいSootを加速された排気流れによりフィン表面から剥離させ吹き飛ばして除去することができるが、粘着力の大きいSOFは除去することが困難であった。

0102

これに対して、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1においては、上述の構成により、EGRバルブ14により第2EGR通路4が遮断されてEGRが実施されていないときには、EGRクーラ2内に冷却水は流れずに、排気のみが通過する。しかも、EGR非実施状態はエンジン16の高負荷時でもあり、排気温度が高い状態である。このため、EGRクーラ2のインナーフィン203の温度が上昇し、インナーフィン203に付着しているSOFは蒸発して排気とともに排気熱交換器から流出する。これにより、インナーフィン203に付着しているSOFを効果的に除去することができる。

0103

したがって、インナーフィン203に付着しているSOFを容易な手段により除去することのできるEGRシステム1を実現することができる。

0104

また、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1においては、EGRクーラ2の冷却水ギャラリ202に、冷却水ギャラリ202と大気との連通・遮断を切り替える第3切替弁10が設けるとともに、SOF除去作動開始と同時に、第3切替弁10を駆動して冷却水ギャラリ202と大気とを所定時間だけ連通させて、SOF除去作動中において、冷却水ギャラリ202を空気で満たしている。

0105

空気の熱容量は、水の熱容量よりもはるかに小さい。したがって、SOF除去作動中のEGRクーラ2内において、排気から冷却水ギャラリ202への放熱量を減少させることができ、これにより、インナーフィン203の温度を効果的に高めて、インナーフィン203に付着しているSOFを確実に除去することができる。

0106

なお、以上説明した、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1においては、SOF除去作動をコントローラ15に予め設定されている所定時間だけ実施する構成としているが、これに替えて、EGRクーラ2前後における排気差圧、すなわち圧力センサ11により検出した排気圧力と圧力センサ12により検出した排気圧力との差が所定値に達する時点まで実施する構成としてもよい。この場合、EGRクーラ2前後における排気差圧の所定値とは、たとえば、EGRクーラ2内にPMがほとんど堆積していないときの排気差圧、つまり初期値とすればよい。

0107

また、以上説明した、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1においては、EGRクーラ2の冷却水ギャラリ202に、冷却水ギャラリ202と大気との連通・遮断を切り替える第3切替弁10を設けているが、この第3切替弁10を省略してもよい。これにより、EGRシステム1の構成部品点数を低減し簡素化して、EGRシステム1のコストを低減することができる。

0108

(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態によるEGRシステム1の全体構成を説明する模式図である。

0109

本発明の第2実施形態によるEGRシステム1においては、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1に対して、下記の点が変更されている。

0110

すなわち、バイパス通路5、第2切替弁9、第3切替弁10および通気管13を廃止している点、および、SOF除去作動を、EGR実施中、つまりエンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図6中の領域E内にある時に実施している点の二点が変更されている。

0111

次に、本発明の第2実施形態によるEGRシステム1の作動について、特に本発明のEGRシステム1の特徴である第1切替弁8の作動を中心に説明する。

0112

(1)EGRクーラ2前後における排気差圧、すなわち圧力センサ11により検出した排気圧力と圧力センサ12により検出した排気圧力との差が所定値未満の時。

0113

この場合、EGRクーラ2の排気通路208に堆積しているSOF量が少なく、EGRクーラ2を通って吸気管17に導入される排気流量の減少度合い、およびEGRクーラ2における排気冷却能力の減少度合いが許容範囲内にある。

0114

したがって、EGRシステム1において、コントローラ15は、EGR制御のみを実施する。

0115

このとき、第1切替弁8は常に冷却水導入通路6連通側に駆動され、EGRクーラ2の冷却水ギャラリ202内を常時冷却水が通過している。そして、エンジン16の運転条件、つまり回転速度Nおよび燃料噴射量Qに基づいてEGRバルブ14を駆動して開閉状態を制御する。

0116

(2)EGRクーラ2前後における排気差圧、すなわち圧力センサ11により検出した排気圧力と圧力センサ12により検出した排気圧力との差が所定値に達した時。

0117

この場合、EGRクーラ2の排気通路208に堆積しているSOF量が増加して、EGRクーラ2を通って吸気管17に導入される排気流量の減少度合い、およびEGRクーラ2における排気冷却能力の減少度合いが許容限度に達したことを意味する。

0118

したがって、EGRシステム1において、コントローラ15は、EGR制御を行いつつSOF除去制御を実施する。

0119

すなわち、EGR制御においてEGRが実施されている場合、言い換えると、EGRクーラ2の排気通路208を排気が通過しているときに、コントローラ15は、所定時間だけ第1切替弁8を冷却水導入通路6遮断側に駆動してEGRクーラ2の冷却水ギャラリ202内の冷却水通過を停止する。

0120

このとき、第1切替弁8が冷却水導入通路6遮断側に駆動される所定時間とは、堆積しているSOFのほとんど全てが確実に蒸発しきるような時間であり、予めコントローラ15に設定されている。

0121

これにより、EGRクーラ2における排気から冷却水への放熱量が減少して排気通路208のインナーフィン203の温度が上昇し、インナーフィン203に堆積したSOFが蒸発してインナーフィン203から除去され、排気とともにEGRクーラ2外へ流出する。

0122

したがって、EGRクーラ2の排気通路208の通気抵抗、およびEGRクーラ2における排気冷却能力はSOFが堆積してない時の状態に復帰する。それと同時に、EGRクーラ2の排気通路208前後における排気差圧も、初期値、すなわちSOFが堆積してない状態における値に復帰する。

0123

なお、SOF除去動作実施中、つまり、第1切替弁8が冷却水導入通路6遮断側に駆動されているときに、エンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図6中の領域D内に遷移すると、コントローラ15は、EGRバルブ14を第2EGR通路4遮断側に駆動してEGRを停止する。それと同時に、第1切替弁8を冷却水導入通路6連通側に駆動して、EGRクーラ2の冷却水ギャラリ202内に冷却水を通過させる。そして、エンジン16の回転速度Nおよび燃料噴射量Qが示す点が図6中の領域E内に遷移すると、コントローラ15は、EGRを再開してEGRバルブ14の開度を所望のEGR流量となるように制御するとともに、SOF除去作動を再開して第1切替弁8を冷却水導入通路6遮断側に駆動する。SOF除去作動時間の合計時間が、上述したコントローラ15に予め設定されている所定時間に達すると、コントローラ15は、SOF除去作動を停止して第1切替弁8を冷却水導入通路6連通側に駆動する。

0124

以上説明した、本発明の第2実施形態によるEGRシステム1においては、本発明の第1実施形態によるEGRシステム1における、バイパス通路5、第2切替弁9、第3切替弁10および通気管13を廃止しているので、EGRクーラ2内に堆積したSOFを除去可能としつつそれに必要な部品点数を低減して、EGRシステム1を簡素化し低コスト化することができる。

0125

なお、本発明の第2実施形態によるEGRシステム1においては、SOF除去作動をEGR実施中に行うために、EGRガス温度、すなわち吸気管17に導入される排気温度が、SOF除去作動を実施しないときに比べて若干高くなる可能性がある。しかし、SOF除去、つまり堆積したSOFを蒸発させるのに要する時間は短時間であり、また、EGRクーラ2内にSOFがほとんど堆積していない状態から堆積しているSOF量が増加して、EGRクーラ2を通って吸気管17に導入される排気流量の減少度合い、およびEGRクーラ2における排気冷却能力の減少度合いが許容限度に達するまでの時間、言い換えると、SOF除去作動の間隔時間はかなり長い(たとえば、数ヶ月から一年以上)。したがって、SOF除去作動によるエンジン16の排気浄化機能(NOx低減機能)低下はほとんど無視できるレベルである。

0126

なお、以上説明した、本発明の第1、第2実施形態においては、SOF除去作動開始条件を、EGRクーラ2前後における排気差圧、すなわち圧力センサ11により検出した排気圧力と圧力センサ12により検出した排気圧力との差が所定値に達した時としているが、この条件に限定する必要は無く、他の条件により実施してもよい。たとえば、初期化以降、つまり、エンジン完成後または直前のSOF除去作動実施後、のエンジン運転時間が所定時間に達した時、あるいは、初期化以降の自動車の走行距離が所定距離に達した時としてもよい。

0127

ところで、PM中におけるSOFとSootの構成割合はエンジンの運転条件のよって異なっており、一般的には、高負荷時にはSootが多く低負荷時にはSOFが多い。このため、エンジンの特定の運転条件、つまりSOFの排出量が多い運転条件、たとえば低負荷運転時間を計測し、その積算時間が所定時間に達した時をSOF除去作動開始条件としてもよい。

0128

この場合、エンジンの運転条件である回転速度および燃料噴射量データは、エンジン制御用コンピュータからコントローラ15へ容易に転送可能である。

0129

また、以上説明した、本発明の第1、第2実施形態によるEGRシステム1が適用されるエンジンは水冷式であれば、ガソリンエンジンディーゼルエンジンのどちらでもよい。

図面の簡単な説明

0130

本発明の第1実施形態によるEGRシステム1の全体構成を説明する模式図である。
本発明の第1実施形態によるEGRシステム1のEGRクーラ2を上面から見た一部破断図である。
図2中のIII−III線断面図である。
図2中のIV−IV線断面図である。
EGRクーラ2のインナーフィン203の斜視図である。
本発明の第1実施形態によるEGRシステム1における、エンジン16の燃料噴射量Qと回転速度Nの関係を示すグラフである。
本発明の第2実施形態によるEGRシステム1の全体構成を説明する模式図である。

符号の説明

0131

1EGRシステム(排気熱交換装置)
2EGRクーラ(排気熱交換器)
201ケース
202冷却水ギャラリ
203インナーフィン
203a水平部
203b縦壁部
204冷却水導入パイプ部
205冷却水流出パイプ部
206排気導入ジョイント部
207排気流出ジョイント部
208排気通路
209ルーバ
210コアプレート
211排気チューブ
212リブ
3 第1EGR通路(排気導入通路)
4 第2EGR通路(排気流出通路)
5バイパス通路(排気バイパス通路)
冷却水導入管(冷却流体通路)
冷却水流出管(冷却流体通路)
8 第1切替弁
9 第2切替弁
10 第3切替弁
11圧力センサ
12 圧力センサ
13通気管
14EGRバルブ(制御弁)
15コントローラ
16エンジン
17吸気管
18排気管
19イグニッションスイッチ
20バッテリ
D 領域
E 領域
F曲線
N 回転速度
Q燃料噴射量

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