JP2007162556A - ディーゼルエンジンのｅｇｒ方法及びｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転条件によりＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とが相違しても、ＥＧＲ弁内でのデポジットの堆積を回避するＥＧＲ方法を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ通路（４）とＥＧＲ弁（６）とを備えるディーゼルエンジンにおいて、冷媒との熱交換によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー（７）と、前記冷媒流量を調整可能な制御弁（１４）とを備え、ＥＧＲガスを冷却する必要があるときに制御弁（１４）を開かせる処理手順と、前記ＥＧＲガス温度を決定する処理手順と、ＥＧＲガス中に含まれる可溶有機分の濃度を算出する処理手順と、これらＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とから定まるデータに基づいて前記ＥＧＲ弁内にデポジットが堆積するか否かを判定する処理手順と、ＥＧＲ弁内にデポジットが堆積すると判定したとき、制御弁（１４）を流れる冷媒流量を減らすかまたは冷媒流量をゼロとする処理手順とを制御手段（３１）が含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンのＥＧＲ方法及びＥＧＲ装置、特にＥＧＲクーラーを備えるものに関する。

排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に介装されＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲ弁とを備えるディーゼルエンジンにおいては、ＥＧＲガスの温度が過剰に高いと、吸気中にＥＧＲガスの占める割合が高くなり、シリンダ内に入る空気量が低減して混合気の燃焼速度及び燃焼温度を十分に低下させることができないため、この反対にＥＧＲガスの温度が過剰に低いと、エンジンの冷間時等にＥＧＲガスの熱を利用して吸気温度及び燃焼室内の雰囲気温度を高めることができず混合気を完全燃焼させることが困難となるため、ＥＧＲガスの温度を適正温度に保つことが必要である。

そのため、循環する冷媒との熱交換によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーと、冷媒流量を調整可能な制御弁とを備え、この制御弁によりＥＧＲガスを適正温度に冷却するようにしているものがある（特許文献１参照）。
特開２００４−１８３５４９公報

ところで、ＥＧＲガスは排気の一部であるため、ＥＧＲガス中には、パティキュレート（微粒子）が含まれる。パティキュレートは、有機溶媒に溶ける可溶有機分ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）と、不溶分ＩＳＦ（Ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）とに分けられる。可溶有機分ＳＯＦの成分は未燃燃料と潤滑油であり、不溶分ＩＳＦの成分は固形炭素分（Ｓｏｌｉｄ Ｃａｒｂｏｎまたは煤：Ｓｏｏｔ）及び硫黄酸化物である。

これらの成分を含んだＥＧＲガスがＥＧＲクーラーにより冷却されると、これら成分がＥＧＲクーラー内にデポジットとして堆積しＥＧＲガス流路の抵抗になったり、あるいはＥＧＲ弁内部にデポジットとして堆積しＥＧＲ弁の動作に影響を与えてしまうことが知られている。

このため、上記特許文献１に記載の技術では、ＥＧＲガス中の煤またはＨＣ（未燃燃料）が壁面に付着することがデポジットの原因であるとして、空燃比がリーンである場合（煤またはＨＣが殆ど排出されない）に上記制御弁を開きＥＧＲクーラーに冷媒を流してＥＧＲガスを冷却し、これに対して空燃比がリッチである場合（煤またはＨＣが多く排出される）になると、上記制御弁を閉じＥＧＲガスが冷媒により冷却されないようにし、これによりＥＧＲガスの温度を上昇させデポジットの堆積を回避するようにしている。

しかしながら、今回、本発明者が改めて、このデポジットの生成の様子を調べてみると、デポジットの原因が煤またはＨＣにあるとする上記特許文献１に記載の技術とは異なる結果を得ている。

これについて説明すると、本発明者によれば図３（Ａ）に示す実験結果が得られた。すなわち、図３において横軸は可溶有機分ＳＯＦの濃度（ＳＯＦの所定時間当たり排出量）、縦軸はＥＧＲ弁入口温度（ＥＧＲ弁入口のＥＧＲガス温度）で、様々な運転条件でこれら可溶有機分濃度とＥＧＲ弁入口温度とで定まるデータがどのような分布になるかのかをプロットしている。図３（Ａ）において、３つの□は、運転条件が異なるもののＥＧＲクーラーによりＥＧＲガスを冷却していないときのデータである。また、△や□はＥＧＲ弁やＥＧＲクーラーにデポジットが堆積しなかったときのデータ、これに対して黒塗りの三角や●はＥＧＲ弁やＥＧＲクーラーにデポジットが堆積したときのデータである。

こうしたデータより、図示の破線で示した曲線の位置に、ＥＧＲ弁やＥＧＲクーラーにデポジットが堆積するか否かを分ける境界があると考えられる。すなわち、図示の破線曲線を境界として、可溶有機分ＳＯＦの濃度とＥＧＲ弁入口温度とで定まるデータがＯＫゾーン（破線曲線より上側の領域）にあればそのデータを提供した運転条件ではＥＧＲ弁内でのまたはＥＧＲクーラー内でのデポジットの堆積を回避でき、この逆に可溶有機分ＳＯＦの濃度とＥＧＲ弁入口温度とで定まるデータがＮＧゾーン（破線曲線より下側の領域）にあればそのデータを提供した運転条件ではＥＧＲ弁内でのまたはＥＧＲクーラー内でのデポジットの堆積を回避できないことを、新たに見出した。ＥＧＲ弁やＥＧＲクーラーにデポジットが堆積したときのデータは４つだけと少ないが、この少ないケースをそのまま放置することはできない。なお、横軸に可溶有機分ＳＯＦの濃度を採用した理由は、デポジットの成分を実際に分析してみたところ、可溶有機分ＳＯＦの成分割合が大きかったためである。

従って、ＥＧＲ弁入口温度と可溶有機分ＳＯＦの濃度とで定まるデータがＮＧゾーンにあるときに、ＥＧＲ弁内でのまたはＥＧＲクーラー内でのデポジットの堆積を回避するには、ＥＧＲ弁入口温度を高めてやることである。その理由は、例えば図３（Ｂ）においてデータがＮＧゾーン内のＡ点にあったとして、Ａ点と可溶有機分ＳＯＦの濃度が同じでも、ＥＧＲ弁入口温度を高めてやれば、ＯＫゾーン内のＢ点へと移すことができるためである。そして、ＥＧＲ弁入口温度を高めてやるには、ＥＧＲクーラーを循環する冷媒流量を減らしてやれば（あるいはＥＧＲクーラーを循環する冷媒流量をゼロとする）よいことになる。

このように、本発明者により得られた実験結果によれば、デポジットの成分割合は主として可溶有機分ＳＯＦが占めると結論するものであり、デポジットの成分割合が主として煤またはＨＣが占めるとする上記特許文献１に記載の技術とは異なっている。

このため、上記特許文献１に記載の技術のように、リッチ空燃比の場合に流量制御弁を閉じてＥＧＲガスが冷却されないようにする構成では、ＥＧＲ弁内でのまたはＥＧＲクーラー内でのデポジットの堆積を避けられないことがある。

これについて説明すると、図８は今回の調査で得られた可溶有機分ＳＯＦ濃度の特性である。同図より、空燃比が同じでも、回転速度の相違によりあるいは負荷の相違により可溶有機分ＳＯＦ濃度が大きく変化することがわかる。図３（Ｂ）においてリッチ空燃比の場合にデータがＣ点にあり、ＥＧＲ弁内でのまたはＥＧＲクーラー内でのデポジットの堆積を回避できていたとしても、空燃比は同じでありながら、運転条件が低負荷低回転速度の状態より低負荷高回転速度の状態へと変化したときに、あるいは高負荷高回転速度の状態より低負荷高回転速度の状態へと変化したときに図８によれば可溶有機分ＳＯＦ濃度が増える。この空燃比は同じでありながら運転条件の変化に伴う可溶有機分ＳＯＦ濃度の増加でデータが図３（Ｂ）においてＤ点へと移行すれば、リッチ空燃比でありながらＥＧＲ弁内でのまたはＥＧＲクーラー内でのデポジットの堆積を回避できないことになる。

このように、リッチ空燃比に基づいてＥＧＲ弁内またはＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積するか否かを判定するのでは、ＥＧＲ弁内でのまたはＥＧＲクーラー内でのデポジットの堆積を避けられないことがあるのである。

そこで本発明は、運転条件によりＥＧＲガス温度と可溶有機分ＳＯＦ濃度とが相違しても、ＥＧＲ弁内でのまたはＥＧＲクーラー内でのデポジットの堆積を回避するＥＧＲ方法及びＥＧＲ装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に介装されＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲ弁とを備えるディーゼルエンジンにおいて、冷媒との熱交換により前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーと、前記冷媒流量を調整可能な制御弁とを備え、ＥＧＲガスを冷却する必要があるときに前記制御弁を開かせる一方で、前記ＥＧＲガス温度を決定し、ＥＧＲガス中に含まれる可溶有機分の濃度を運転条件（エンジンの負荷と回転速度）に基づいて算出し、これらＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とから定まるデータに基づいて前記ＥＧＲ弁内にまたは前記ＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積するか否かを判定し、ＥＧＲ弁内にまたはＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積すると判定したとき、前記制御弁を流れる冷媒流量を減らすかまたは前記制御弁を流れる冷媒流量をゼロとするように構成する。

本発明によれば、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に介装されＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲ弁とを備えるディーゼルエンジンにおいて、冷媒との熱交換によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーと、冷媒流量を調整可能な流量制御弁とを備え、ＥＧＲガスを冷却する必要があるときに前記制御弁を開かせる一方で、ＥＧＲガス温度を決定し、ＥＧＲガス中に含まれる可溶有機分の濃度を運転条件）に基づいて算出し、これらＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とから定まるデータに基づいてＥＧＲ弁内にまたはＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積するか否かを判定し、ＥＧＲ弁内にまたはＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積すると判定したとき、前記制御弁を流れる冷媒流量を減らすかまたは前記制御弁を流れる冷媒流量をゼロとするので、運転条件によりＥＧＲ弁入口温度や可溶有機分濃度が相違しても、ＥＧＲ弁内でのまたはＥＧＲクーラー内でのデポジットの堆積を抑制できる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はディーゼルエンジンのＥＧＲ方法の実施に直接使用するＥＧＲ装置を含んだディーゼルエンジンの概略構成図を示している。

図１において、１はディーゼルエンジンで、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、圧力制御弁（図示しない）からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。圧力制御弁は、エンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。なお、ＥＧＲ弁６の駆動方式はこれに限らず、ステップモータにより駆動するものでもかまわない。

エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク（図示しない）、低圧ポンプ（図示しない）、高圧サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるインジェクタ１７からなり、高圧サプライポンプ１４により加圧された燃料はコモンレール１６にいったん蓄えられる。コモンレール１６内の燃料圧力を所望の圧力に制御するために高圧サプライポンプ１４は必要な量だけを圧送する必要がある。そのために一個のリニアソレノイドタイプの吸入量制御弁を有しており、吸入ポートの面積を変えることによってプランジャ室への燃料供給量を制御している。

このコモンレール１６の高圧燃料は、各気筒のインジェクタ１７に供給され、インジェクタ１７を開弁駆動することによって各気筒のシリンダ内にコモンレール１６内の高圧燃料が直接的に噴射される。

インジェクタ１７は、ソレノイド、二方弁、出口オリフィス、入口オリフィス、コマンドピストン、ノズルニードルなどによって構成されている。ソレノイドに通電されていない状態では二方弁はスプリング力によって下方に押しつけられ、出口オリフィスは閉じた状態にある。このため、コマンドピストンを押し下げようとすると、コマンドピストン上端の制御室圧力とノズルニードルを押し上げようとする圧力は同じになり、受圧面積の違いとノズルスプリング力によりノズルニードルはシート部に当接して閉弁状態を維持し、燃料噴射は行われない。

ソレノイドに通電が開始されると、二方弁はソレノイドの吸引力により上方に引き上げられ、出口オリフィスが開き、制御室の燃料が上方へ流出する。燃料が流出すると、コマンドピストンに対して下向きに作用している制御室圧力が低下するため、コマンドピストン及びノズルニードルが上昇し、噴孔より燃料噴射が開始される。さらにソレノイドへの通電を続けると、ノズルニードルは最大リフトに達し、最大噴射率の状態になる。

一方、ソレノイドへの通電を遮断すると、二方弁が下降して出口オリフィスが閉じられるため、制御室へ入口オリフィスより燃料が流入して制御室圧力が上昇する。これにより、ノズルニードルが急激に下降してシート部に当接する。これにより噴孔が閉じられ、燃料噴射が終了する。

従って、ソレノイドへの通電時期により燃料噴射時期が、ソレノイドへの通電時間により燃料噴射量が制御される。このソレノイドへの通電・通電遮断を１サイクル中に複数回繰り返すことで、多段噴射を実現できることとなる。

ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に、排気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン２２と吸気を圧縮するコンプレッサ２３とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機２１を備える。タービン２２のスクロール入口に、アクチュエータ２５により駆動される可変ノズル２４が設けられ、エンジンコントローラ３１により、可変ノズル２４は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側ではタービン２２に導入される排気の流速を高めるノズル開度（傾動状態）に、高回転速度側では排気を抵抗なくタービン２２に導入させノズル開度（全開状態）に制御する。

上記のアクチュエータ２５は、制御圧力に応動して可変ノズル２６を駆動するダイヤフラムアクチュエータ２６と、このダイヤフラムアクチュエータ２６への制御圧力を調整する圧力制御弁２７とからなり、可変ノズル２４の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁２７に出力される。

コレクタ３ａ入口には、アクチュエータ４３により駆動される吸気絞り弁４２が設けられている。上記のアクチュエータ４３は、制御圧力に応動して吸気絞り弁４２を駆動するダイヤフラムアクチュエータ４４と、このダイヤフラムアクチュエータ４４への制御圧力を調整する圧力制御弁４５とからなり、吸気絞り弁４２が目標開度まで閉じられるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁４５に出力される。

アクセルセンサ３２からのアクセル開度（アクセルペダルの踏込量のこと）、クランク角センサ（回転速度センサ）３３からのエンジン回転速度、水温センサ３４からの冷却水温、エアフローメータ３５からの吸入空気量の各信号が入力されるエンジンコントローラ３１では、エンジン負荷（アクセル開度など）及びエンジン回転速度に基づいて、燃料噴射時期及び燃料噴射量を算出し、これらに対応する開弁指令信号をインジェクタ１７へ出力する。

また、エンジンコントローラ３１では、エンジン負荷及びエンジン回転速度に基づいて目標コモンレール燃料圧力を算出し、圧力センサにより検出されるコモンレール１６内の実際の燃料圧力がその算出した目標コモンレール燃料圧力と一致するように上記の吸入量制御弁を制御する。また、エンジンコントローラ３１では、目標ＥＧＲ率と目標過給圧とが得られるようにＥＧＲ制御と過給圧制御を協調して行う。

なお、エンジンコントローラ３１は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成されている。

排気通路２には排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ４１が設置される。フィルタ４１のパティキュレート堆積量が所定値（閾値）に達すると、フィルタの再生処理を開始し、フィルタ４１に堆積しているパティキュレートを燃焼除去する。

フィルタ４１の圧力損失（フィルタ４１の上流と下流の圧力差）を検出するために、フィルタ４１をバイパスする差圧検出通路に差圧センサ３６が設けられる。

この差圧センサ３６により検出されるフィルタ４１の圧力損失ΔＰは、温度センサ３７からのフィルタ入口温度Ｔ１、温度センサ３８からのフィルタ出口温度Ｔ２と共にエンジンコントローラ３１に送られ、エンジンコントローラ３１では、これらに基づいてフィルタ４１の再生時期になったときに公知の排気昇温手段（例えば空気過剰率をスモーク限界近傍の値に制御する手段）を用いて目標温度までフィルタ４１を昇温させてフィルタ４１の再生処理を行う。

一方、フィルタ４１に堆積しているパティキュレートの全てが燃焼除去される完全再生を行わせるには再生処理時にフィルタ４１の許容温度を超えない範囲で少しでもパティキュレートの燃焼温度を高めてやることが必要となることから、本実施形態ではフィルタ４１を構成する担体に酸化触媒をコーティングしている。酸化触媒によりパティキュレートが燃焼する際の酸化反応を促進してその分フィルタ４１のベッド温度を実質的に上昇させ、フィルタ４１内のパティキュレートの燃焼を促進させる。

こうした酸化触媒を担持したフィルタ４１を対象として、エンジンコントローラ３１では、フィルタ４１のベッド温度Ｔｂｅｄを検出し、この検出されるベッド温度が目標ベッド温度Ｔｘ以上となっている期間を積算した値を有効再生期間ｔｅとして演算し、この有効再生期間ｔｅに基づいてフィルタ４１に堆積しているパティキュレートの燃焼除去量であるパティキュレート再生量ＰＭｒを推定し、この推定されるパティキュレート再生量ＰＭｒからパティキュレートの再生効率ηＰＭを演算し、この演算される再生効率ηＰＭに基づき、目標入口温度Ｔｄを高く設定する（特願２００４−３４３５９５参照）。

なお、フィルタ４１の再生処理の方法はここに記した方法に限られるものでなく、公知の再生処理の方法を用いるものでよい。

上記ＥＧＲ通路４には、ＥＧＲ弁６の上流側にＥＧＲクーラー７を備える。ＥＧＲクーラー７は、図２にも示したように、ＥＧＲガスを導入する入口室８と、ＥＧＲガスを集合させる出口室９と、両室８、９を連通する複数個の直管１０と、この複数の直管１０の周囲にあって冷却水（冷媒）が満たされる室１１と、この室１１にラジエータ（図示しない）により冷却された冷却水の一部を導くための冷却水導入管１２と、室１１内の冷却水をラジエータへと戻すための冷却水導出管１３とからなり、直管１０を通過する高温のＥＧＲガスと室１１内の冷却水との間で熱交換が行われる。直管１０内のＥＧＲガスは、この熱交換により冷却されたあと出口室９に集められ、直ぐ下流のＥＧＲ弁６へと導かれる。また、この熱交換により上昇した冷却水は冷却水導出管１３によりラジエータへと戻されて再び冷やされ、その後に冷却水導入管１２へと供給される。ＥＧＲクーラー７によりＥＧＲガスの温度が低下するとそのぶん吸入空気の充填効率が向上し、よりＮＯｘを低減できることとなる。

冷却水導出管１３の途中には、エンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により制御可能な流量制御弁１４を備える。流量制御弁１４は冷却水導出管１３を流れる冷却水流量を調整するためのもので、流量制御弁１４の開度が大きくなるほどＥＧＲクーラー７を流れる（循環する）冷却水流量が大きくなりＥＧＲガスの温度が低下してゆく。

なお、流量制御弁１４を設ける位置は、冷却水導入管１２の途中であってもかまわない。

エンジンコントローラ３１（制御手段）では、エンジンの負荷と回転速度Ｎｅとから定まる運転条件に基づいてＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを算出し、このＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒと所定値Ｔ０を比較し、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒが所定値Ｔ０未満であればＥＧＲクーラー７によりＥＧＲガスを冷却する必要がないと判断し、流量制御弁１４の開度を全閉位置とするデューティ制御信号を出力し、流量制御弁１４を全閉状態に維持する。これに対して、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒが所定値Ｔ０以上になると、ＥＧＲクーラー７によりＥＧＲガスを冷却する必要があると判断し、流量制御弁１４の開度を全開位置とするデューティ制御信号を出力し、流量制御弁１４を全開位置まで開かせる。

さて、ＥＧＲガスは排気の一部であるため、ＥＧＲガス中には、パティキュレート（微粒子）が含まれる。パティキュレートは、有機溶媒に溶ける可溶有機分ＳＯＦと、不溶分ＩＳＦとに分けられる。可溶有機分ＳＯＦの成分は未燃燃料と潤滑油であり、不溶分ＩＳＦの成分は固形炭素分及び硫黄酸化物である。

これらの成分を含んだＥＧＲガスが上記ＥＧＲクーラー７により冷却されると、これら成分が、直管１０のうち出口室９に近い部分にデポジットとして堆積し直管１０を閉塞させたり、ＥＧＲ弁６内部にデポジットとして堆積しＥＧＲ弁６を閉固着してしまうことが知られている。

今回、本発明者が改めて、このデポジットの生成の様子を調べてみると、図３（Ａ）に示す実験結果が得られた。すなわち、図３において横軸は可溶有機分ＳＯＦの所定時間当たり排出量（この所定時間当たり排出量を、以下「濃度」という。）、縦軸はＥＧＲ弁入口（ＥＧＲクーラー７とＥＧＲ弁６の間のＥＧＲ通路４内）のＥＧＲガス温度（このＥＧＲガス温度を、以下「ＥＧＲ弁入口温度」という。）で、様々な運転条件において可溶有機分濃度（図では「ＳＯＦ濃度」で略記）［ｇ／ｈ］とＥＧＲ弁入口温度［℃］とで定まるデータがどのような分布になるかのかをプロットしている。図３（Ａ）において、３つの□の印は、運転条件が異なるもののＥＧＲクーラー７によりＥＧＲガスを冷却していないときのデータである。また、たくさん分布する△、□の印はＥＧＲ弁６内にまたはＥＧＲクーラー７内にデポジットが堆積しなかったときのデータ、これに対して少ない数の黒塗りの三角や●の印はＥＧＲ弁６内にまたはＥＧＲクーラー７内にデポジットが堆積したときのデータである。

こうした複数個のデータより、図示の破線で示した曲線の位置に、ＥＧＲ弁６内またはＥＧＲクーラー７内にデポジットが堆積するか否かを分ける境界があると考えられる。すなわち、図示の破線曲線を境界として、可溶有機分濃度とＥＧＲ弁入口温度とで定まるデータが破線曲線より上側の領域（この領域を、以下「ＯＫゾーン」という。）にあればそのデータを提供した運転条件ではＥＧＲ弁６内でのまたはＥＧＲクーラ７内でのデポジットの堆積を回避でき、この逆に可溶有機分濃度とＥＧＲ弁入口温度とで定まるデータが破線曲線より下側の領域（この領域を以下「ＮＧゾーン」という。）にあればそのデータを提供した運転条件ではＥＧＲ弁６内でのまたはＥＧＲクーラー７内でのデポジットの堆積を回避できないことが新たに判明した。なお、横軸に可溶有機分ＳＯＦ濃度を採用した理由は、デポジットの成分を実際に分析してみたところ、可溶有機分ＳＯＦの成分割合が大きかったためである。

従って、ＥＧＲ弁入口温度と可溶有機分濃度とで定まるデータがＮＧゾーンにあるときに、ＥＧＲ弁６内でのまたはＥＧＲクーラー７内でのデポジットの堆積を回避するには、ＥＧＲ弁６の入口温度を高めてやることである。その理由は、例えば図３（Ｂ）においてデータがＮＧゾーン内のＡ点にあったとして、Ａ点と可溶有機分濃度が同じでも、ＥＧＲ弁入口温度を高めてやれば、ＯＫゾーン内のＢ点へと移すことができるためである。そして、ＥＧＲ弁入口温度を高めてやるには、流量制御弁１４により冷却水流量（冷媒流量）を減らしてやればよい（あるいは冷却水流量をゼロとする）。

ここで、図３（Ａ）より図３（Ｂ）を作成している。図３（Ｂ）は図３（Ａ）のうち破線曲線だけを残したもので、基本的に図３（Ａ）と同じ特性である。

そこでエンジンコントローラ３１（制御手段）では、運転条件（エンジン負荷と回転速度Ｎｅ）に基づいてＥＧＲ弁入口温度及び可溶有機分濃度を算出し、これらＥＧＲ弁入口温度と可溶有機分濃度とから定まるデータが図３（Ｂ）に示すＮＧゾーンにあるのか否かを判定し、そのデータが図３（Ｂ）においてＮＧゾーンにあるときに、流量制御弁１４の開度を小さくして冷却水流量を減らす（または冷却水流量をゼロとする）ことにより、ＥＧＲ弁６内でのまたはＥＧＲクーラー７内でのデポジットの堆積を回避する。

エンジンコントローラ３１により実行されるこの制御を図４のフローチャートに基づいて詳述する。

図４は流量制御弁１４の目標開度を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。

ステップ１では、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷を読み込み、ステップ２でこれらエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷から図５を内容とするマップを検索することによりＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ［℃］を算出する。ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒとして、ここではエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とから定まる排気温度で代用している。このため、図５に示したように、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒは、回転速度Ｎｅが一定であればエンジン負荷が大きくなるほど大きくなり、またエンジン負荷が一定であれば回転速度Ｎｅが大きくなるほど大きくなる値である。エンジン負荷としては、アクセル開度や燃料噴射量を用いればよい。

ステップ３では冷却フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは冷却フラグ＝０であるとして説明すると、このときステップ４に進んで、ステップ２で得ているＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒと所定値Ｔ０［℃］を比較する。所定値Ｔ０はＥＧＲガスを冷却すべき温度の下限値である。ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒが所定値Ｔ０未満であればＥＧＲガスを冷却する必要がないと判断しそのまま今回の処理を終了する。

ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒが所定値Ｔ０以上であるとき（ＥＧＲガスを冷却する必要があるとき）にはＥＧＲガスを冷却して吸入空気の充填効率を高める必要があると判断し、ステップ４よりステップ５に進んで流量制御弁１４の目標開度として全開位置の開度を設定する。ステップ６では冷却フラグ＝１として、ＥＧＲクーラー７によりＥＧＲガスを冷却することを表す。

冷却フラグ＝１により次回からはステップ３よりステップ７以降に進むことになる。ステップ７ではステップ２で算出しているＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒと所定値Ｔ０を再び比較する。今回もＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒが所定値Ｔ０以上であるときにはステップ８に進む。

ステップ８では、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とから図６を内容とするマップを検索することによりＥＧＲ弁入口温度Ｔｉｎｅｇｒ［℃］を算出する。図６の特性はエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とを変えて予め測定しておく。ＥＧＲ弁入口温度Ｔｉｎｅｇｒは、ＥＧＲクーラー７とＥＧＲ弁６の間のＥＧＲ通路４に設けた温度センサにより検出した温度としても良い。

図６に示したようにＥＧＲ弁入口温度Ｔｉｎｅｇｒは、中負荷中回転速度域で最も高く、この領域よりエンジン負荷が大きくなっても小さくなっても、同じくこの領域より回転速度Ｎｅが高くなっても低くなっても小さくなる値である。このような特性になるのは、図７に示したように、目標ＥＧＲ率［％］を定めているためである。すなわち、目標ＥＧＲ率は中負荷中回転速度域で最も高く、この領域よりエンジン負荷が大きくなっても小さくなっても、同じくこの領域より回転速度Ｎｅが高くなっても低くなっても小さくなる値で設定されているため、この目標ＥＧＲ率の特性に従えば、図６に示すＥＧＲ弁入口温度の特性が得られることとなる。

ステップ９では、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とから図８を内容とするマップを検索することにより可溶有機分ＳＯＦ濃度Ｘｓｏｆ［ｇ／ｈｒ］を算出する。図８の特性もエンジン回転速度とエンジン負荷とを変えて予め測定しておく。

図８に示したように、可溶有機分ＳＯＦ濃度Ｘｓｏｆは、低負荷高回転速度域で最も大きく、この領域よりエンジン負荷が高くなっても、あるいは回転速度が小さくなっても小さくなってゆく値である。

ステップ１０では、ステップ９で得られている可溶有機分ＳＯＦ濃度Ｘｓｏｆと、ステップ８で得られているＥＧＲ弁入口温度Ｔｉｎｅｇｒとから定まるデータが図３（Ｂ）に示したＮＧゾーンにあるか否かを領域判定する。例えば、データが図３（Ｂ）に示したＮＧゾーンにあれば、領域判定フラグ＝１とし、データが図３（Ｂ）に示したＯＫゾーンにあれば領域判定フラグ＝０とする。

ステップ１１では、この領域判定フラグをみる。領域判定フラグ＝０であれば、データが図３に示すＯＫゾーンにあると判断する。このときには、ＥＧＲ弁６内にまたはＥＧＲクーラー７内にデポジットが堆積することがないので、そのまま今回の処理を終了する。すなわち、領域判定フラグ＝０であるときには流量制御弁１４の目標開度として、全開位置の開度が設定されている。

領域判定フラグ＝１であるときには、運転点が図３（Ｂ）に示すＮＧゾーンにあると判断する。このときには、ステップ１１よりステップ１２に進んで、現在のデータ位置から境界までの温度差ΔＴ［℃］（図３（Ｂ）参照）を算出し、ステップ１３でこの温度差ΔＴから図９を内容とするテーブルを検索することにより流量制御弁１４の開度補正量を算出し、ステップ１４において流量制御弁１４の全開位置の開度からこの開度補正量を差し引いた値を流量制御弁１４の目標開度として設定する。

流量制御弁１４の開度補正量は流量制御弁１４の開度を減少補正するためのものである。図９に示したように、流量制御弁１４の開度補正量は温度差ΔＴが大きくなるほど大きくなる値である。これは、ＮＧゾーンにあるデータをＯＫゾーンへと移行させるには、温度差ΔＴが大きい場合のほうが温度差ΔＴが小さい場合よりＥＧＲクーラー７を流れる冷却水流量を小さくしてＥＧＲガスが冷却されないようにし、ＥＧＲガスの温度を温度差ΔＴが小さい場合より上昇させる必要があるためである。

この場合に、１回だけの開度減少補正でＮＧゾーンにあるデータをＯＫゾーンへと移行させてもよいし、複数回の開度減少補正でＮＧゾーンにあるデータをＯＫゾーンへと移行させてもよい。例えば、１回だけの開度減少補正でＮＧゾーンにあるデータをＯＫゾーンへと移行させるには、図９に示した直線の傾きを大きくしておけばよく、このとき、ステップ１２、１３、１４の操作を１回だけ実行すれば、次回にはステップ１１においてデータがＯＫゾーンにあることになる。また、複数回の開度減少補正でＮＧゾーンにあるデータをＯＫゾーンへと移行させるには、図９に示した直線の傾きを小さくしておけばよく、このとき、ステップ１２、１３、１４の操作を１回実行しただけでは、次回にステップ１１においてデータがＮＧゾーンにとどまることになるが、ステップ１２、１３、１４の操作を複数回実行した後には、ステップ１１においてデータがＯＫゾーンにあることになる。

なお、他の実施形態として、次の構成とすることが考えられる。すなわち、ステップ１２〜１４に代えて、境界までの温度差を考慮することなく、即座に流量制御弁１４の目標開度として全閉位置の開度を設定する。

一方、ステップ７においてＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒが所定値Ｔ０未満となっていれば、運転条件の変化があり、ＥＧＲクーラー７によりＥＧＲガスを冷却する必要がなくなったと判断し、ステップ１５、１６に進み流量制御弁１４の目標開度として全閉位置の開度を設定し、次回のＥＧＲガスの冷却に備えて冷却フラグ＝０とした後、今回の処理を終了する。

このようにして算出された流量制御弁１４の目標開度は図示しないフローにおいてデューティ値に変換され、デューティ制御信号が作られて流量制御弁１４に出力される。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態（請求項１、５に記載の発明）によれば、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路３に導くＥＧＲ通路４と、このＥＧＲ通路４に介装されＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲ弁６とを備えるディーゼルエンジンにおいて、冷却水（冷媒）との熱交換によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー７と、冷却水流量（冷媒流量）を調整可能な流量制御弁１４とを備え、ＥＧＲガスを冷却する必要があるときに流量制御弁１４を開かせる一方で（図４のステップ４、５参照）、ＥＧＲガス温度（Ｉｎｅｇｒ）を決定し（図４のステップ８参照）、ＥＧＲガス中に含まれる可溶有機分ＳＯＦの濃度Ｘｓｏｆを運転条件（エンジン負荷と回転速度Ｎｅ）に基づいて算出し（図４のステップ９参照）、これらＥＧＲガス温度（Ｔｉｎｅｇｒ）と可溶有機分ＳＯＦ濃度Ｘｓｏｆとから定まるデータに基づいてＥＧＲ弁６内にまたはＥＧＲクーラー７内にデポジットが堆積するか否かを判定し（図４のステップ１０、１１参照）、ＥＧＲ弁６内にまたはＥＧＲクーラー７内にデポジットが堆積すると判定したとき、流量制御弁１４を流れる冷却水流量を減らす（図４のステップ１３、１４参照）ので、運転条件によりＥＧＲ弁入口温度Ｔｉｎｅｇｒや可溶有機分濃度Ｘｓｏｆが相違しても、ＥＧＲ弁６内でのまたはＥＧＲクーラー７内でのデポジットの堆積を抑制できる。

実施形態では、ＥＧＲ弁入口開度を運転条件に基づいて算出する場合で説明したが、温度センサによりＥＧＲ弁入口温度を検出するようにしてもかまわない。

請求項１に記載の開弁処理手順は図４のステップ４、５により、ＥＧＲ弁入口温度算出処理手順は図４のステップ８により、可溶有機分濃度算出処理手順は図４のステップ９により、判定処理手順は図４のステップ１０、１１により、冷媒流量減少処理手順は図４のステップ１２、１３、１４によりそれぞれ果たされている。

請求項５に記載の開弁手段の機能は図４のステップ４、５により、ＥＧＲ弁入口温度算出手段の機能は図４のステップ８により、可溶有機分濃度算出手段の機能は図４のステップ９により、判定手段の機能は図４のステップ１０、１１により、冷媒流量減少手段の機能は図４のステップ１２、１３、１４によりそれぞれ果たされている。

本発明の一実施形態のＥＧＲ装置を備えるディーゼルエンジンの概略構成図。 ＥＧＲクーラーの概略構成図。 運転条件を相違させて得られたデータの特性図。 ＮＧゾーンを説明するための特性図。 流量制御弁の目標開度の算出を説明するためのフローチャート。 ＥＧＲガス温度の特性図。 ＥＧＲ弁入口温度の特性図。 目標ＥＧＲ率の特性図。 可溶有機分濃度の特性図。 開度補正量の特性図。

符号の説明

１ エンジン
４ ＥＧＲ通路
６ ＥＧＲ弁
７ ＥＧＲクーラー
１４ 流量制御弁
３１ エンジンコントローラ（制御手段）
３３ 回転速度センサ

Claims (8)

1. 排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、
   このＥＧＲ通路に介装されＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲ弁と
   を備えるディーゼルエンジンにおいて、
   冷媒との熱交換により前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーと、
   前記冷媒流量を調整可能な制御弁と
   を備え、
   ＥＧＲガスを冷却する必要があるときに前記制御弁を開かせる開弁処理手順と、
   前記ＥＧＲガス温度を決定するＥＧＲガス温度決定処理手順と、
   ＥＧＲガス中に含まれる可溶有機分の濃度を運転条件に基づいて算出する可溶有機分濃度算出処理手順と、
   これらＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とから定まるデータに基づいて前記ＥＧＲ弁内にまたは前記ＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積するか否かを判定する判定処理手順と、
   ＥＧＲ弁内にまたはＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積すると判定したとき、前記制御弁を流れる冷媒流量を減らすかまたは前記制御弁を流れる冷媒流量をゼロとする冷媒流量減少処理手順と
   を含むことを特徴とするディーゼルエンジンのＥＧＲ方法。
2. ＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とをパラメータとして、ＥＧＲ弁内にデポジットが堆積するときのデータと、ＥＧＲ弁内にデポジットが堆積しないときのデータとを分ける境界を有する特性を備える場合に、前記判定処理手順は、ＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とから定まるデータが前記境界のいずれの側にあるか否かにより前記ＥＧＲ弁内にまたは前記ＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積するか否かを判定する処理手順であることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンのＥＧＲ方法。
3. 前記ＥＧＲガスを冷却する必要があるときはＥＧＲガス温度が所定値以上であるときであることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンのＥＧＲ方法。
4. 前記ＥＧＲ弁は前記ＥＧＲクーラー下流にあり、
   前記ＥＧＲガス温度はＥＧＲクーラーとＥＧＲ弁の間のＥＧＲ通路内のＥＧＲガス温度であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンのＥＧＲ方法。
5. 排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、
   このＥＧＲ通路に介装されＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲ弁と
   を備えるディーゼルエンジンにおいて、
   冷媒との熱交換により前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーと、
   前記冷媒流量を調整可能な制御弁と
   を備え、
   ＥＧＲガスを冷却する必要があるときに前記制御弁を開かせる開弁手段と、
   前記ＥＧＲガス温度を決定するＥＧＲガス温度決定手段と、
   ＥＧＲガス中に含まれる可溶有機分の濃度を運転条件に基づいて算出する可溶有機分濃度算出手段と、
   これらＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とから定まるデータに基づいて前記ＥＧＲ弁内にまたは前記ＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積するか否かを判定する判定手段と、
   ＥＧＲ弁内にまたはＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積すると判定したとき、前記制御弁を流れる冷媒流量を減らすかまたは前記制御弁を流れる冷媒流量をゼロとする冷媒流量減少手段と
   を含むことを特徴とするディーゼルエンジンのＥＧＲ装置。
6. ＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とをパラメータとして、ＥＧＲ弁内にデポジットが堆積するときのデータと、ＥＧＲ弁内にデポジットが堆積しないときのデータとを分ける境界を有する特性を備える場合に、前記判定手段は、ＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とから定まるデータが前記境界のいずれの側にあるか否かにより前記ＥＧＲ弁内にまたは前記ＥＧＲクーラー内にデポジットが堆積するか否かを判定する手段であることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンのＥＧＲ装置。
7. 前記ＥＧＲガスを冷却する必要があるときはＥＧＲガス温度が所定値以上であるときであることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンのＥＧＲ装置。
8. 前記ＥＧＲ弁は前記ＥＧＲクーラー下流にあり、
   前記ＥＧＲガス温度はＥＧＲクーラーとＥＧＲ弁の間のＥＧＲ通路内のＥＧＲガス温度であることを特徴とする請求項５から７までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンのＥＧＲ装置。

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