JP2007211595A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気還流装置において、ＥＧＲガスを含む吸気の温度を適切な値とすることができる技術を提供する。
【解決手段】排気通路にタービンを備え吸気通路にコンプレッサを備えたターボチャージャと、タービンよりも下流の排気通路と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、を備えた内燃機関において、吸気通路の低圧ＥＧＲ通路が接続される箇所よりも下流の所定の位置における吸気の温度が目標範囲内となるように低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を変更するＥＧＲガス量変更手段を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

ＥＧＲ通路に、排気通路側から順にパティキュレートフィルタと酸化触媒とを備え、これらによりＥＧＲガス中の粒子状物質および未燃燃料を除去することで、該粒子状物質等が吸気系の部材に付着することを抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−６６２０８号公報 特開２００４−１６２６７４号公報 特開平８−１４１１１号公報

しかし、パティキュレートフィルタまたは酸化触媒を粒子状物質または未燃燃料がすり抜けることがある。また、吸気通路にインタークーラが備わる場合には、該インタークーラでＥＧＲガスが冷却されるときに該ＥＧＲガスに含まれる水分が凝縮することがある。このようにしてインタークーラに液体の水が付着すると、この水にＥＧＲガス中の粒子状物質または未燃燃料が付着する。これにより、インタークーラの冷却効率が低下するおそれがある。また、インタークーラ以外であっても、吸気系の部材に粒子状物質または未燃燃料が付着することにより、該吸気系の部材の機能が低下するおそれがある。

一方、ＥＧＲガスの温度は内燃機関の運転状態により変わるため、ＥＧＲガスを含んだ吸気の温度も内燃機関の運転状態により変わることになる。また、ＥＧＲガスの供給量によっても吸気の温度が変わることになる。そして、ＥＧＲガスを含んだ吸気の温度が高いと、該吸気がインタークーラを通過するときの温度低下がおおきくなるため、水分の凝縮が起こりやすい。また、吸気の温度が高くなりすぎると、吸気系の部材を劣化させるおそれがある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気還流装置において、ＥＧＲガスを含む吸気の温度を適切な値とすることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気還流装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気還流装置は、
排気通路にタービンを備え吸気通路にコンプレッサを備えたターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前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、
を備えた内燃機関において、
前記吸気通路の前記低圧ＥＧＲ通路が接続される箇所よりも下流の所定の位置における吸気の温度が目標範囲内となるように前記低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を変更するＥＧＲガス量変更手段を備えることを特徴とする。

吸気の温度の目標範囲とは、例えばインタークーラにおいてＥＧＲガス中の水分または油分の凝縮を抑制し得る温度とすることができる。また、例えばターボチャージャを含む吸気系の過熱を抑制し得る温度とすることができる。

例えばインタークーラにおける温度低下が大きいと、ＥＧＲガス中の水分や油分が該インタークーラ内で凝縮する。これに対しＥＧＲガス量変更手段は、ＥＧＲガスを含んだ吸気がインタークーラ等で冷却されたとしても、ＥＧＲガス中の水分または油分が凝縮しないようにＥＧＲガスの量を調整する。すなわち、インタークーラでのＥＧＲガスの温度低下を抑制するように、吸気の温度をＥＧＲガスで調整する。なお、インタークーラ以外でも、吸気の温度を大きく低下させる部材が備わる場合には、該部材をＥＧＲガスが通過するときに水分等が凝縮しないようにＥＧＲガスの量を調整することもできる。

一方、ターボチャージャにより過給されると、吸気の温度が上昇する。すなわち、ＥＧＲガスにより吸気の温度が上昇するが、ターボチャージャによりさらに吸気の温度が上昇する。そのため、ターボチャージャ周辺では吸気系の中で特に温度が高くなっている。これに対しＥＧＲガス量変更手段は、温度の上昇した吸気により吸気系の部材が過熱しないようにＥＧＲガスの量を調整する。

このように、本発明においては、前記コンプレッサよりも下流の吸気通路に備えられ該吸気通路を流れる吸気を冷却するインタークーラを更に備え、該インタークーラを通過する吸気の温度が所定の範囲となるように、吸気通路における所定箇所の温度を目標範囲内とすることができる。

また、本発明においては、前記コンプレッサを通過する吸気の温度が所定の範囲となるように、吸気通路における所定箇所の温度を目標範囲内とすることができる。

そして、本発明においては、前記ＥＧＲガス量変更手段は、新気の吸気量が多くなるほど、前記低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を段階的または連続的に多くすることができる。

ここで、吸気の量が多くなるほど、ＥＧＲガス中に含まれる粒子状物質等が吸気系の部材に付着しにくくなる。つまり、吸気の量が多いと、ＥＧＲガス中の水分や油分が凝縮しにくくなる。また、水分や油分が凝縮したとしても吸気の量が多いとすぐに蒸発する。そのため、粒子状物質等の付着が抑制されるので、その分ＥＧＲガス量を増加させることができる。

さらに、本発明においては、前記ＥＧＲガス量変更手段は、大気の温度が高くなるほど、前記低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を段階的または連続的に多くすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気還流装置。

ここで、大気の温度と、吸気の温度と、の差が小さいほど、吸気の温度の低下量が小さくなるため、水分等の凝縮が抑制される。つまり、大気の温度が高くなれば、吸気の温度が高くなっても、大気温度と吸気温度との差が大きくならない範囲で水分等の凝縮が抑制される。そのため、ＥＧＲガス中に含まれる粒子状物質等が吸気系の部材に付着しにくくなる。すなわち、粒子状物質等の付着が抑制されるので、ＥＧＲガス量を増加させることができる。

本発明においては、前記タービンよりも上流の排気通路と前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通路を更に備え、前記ＥＧＲガス量変更手段により前記低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量が変更されたときには、前記内燃機関の気筒内に供給されるＥＧＲガス量が一定となるように、前記高圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を変更することができる。

このようにすることで、気筒内に供給されるＥＧＲガス量は変化させずに低圧ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスの量を調整することができる。すなわち、気筒内に供給されるＥＧＲガス量を一定に保ったまま、コンプレッサまたはインタークーラ等を通過する吸気の温度を調整することが可能となる。そして、気筒内に供給されるＥＧＲガス量は変わらないので、ＮＯxの発生を抑制することができる。

また、本発明においては、前記吸気の温度の目標範囲は、コンプレッサの入口温度、コンプレッサの出口温度、インタークーラの入口温度、インタークーラの出口温度、またはインタークーラの冷却効率の中の少なくとも１つから算出されることができる。コンプレッサは吸気系で特に温度が高くなる部材である。このコンプレッサの入口または出口における吸気の温度を目標の範囲内とすることにより、他の部材における吸気の温度はそれよりも低くすることができるので、コンプレッサを含んだ吸気系の部材の過熱を抑制することができる。また、インタークーラの入口または出口における吸気の温度を目標の範囲内とすることにより、該インタークーラでの水分または油分の凝縮を抑制し得る。

なお、前記「所定の位置」とは、例えばインタークーラ入口、インタークーラ出口、コンプレッサ入口、またはコンプレッサ出口を挙げることができる。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を調整することにより、ＥＧＲガスを含む吸気の温度を適切な値とすることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気還流装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気管３および排気管４が接続されている。この吸気管３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量を調節する第１スロットル６が設けられている。この第１スロットル６は、電動アクチュエータにより開閉される。第１スロットル６よりも上流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。

コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気管３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が設けられている。そして、インタークーラ８よりも下流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量を調整する第２スロットル９が設けられている。この第２スロットル９は、電動アクチュエータにより開閉される。

一方、排気管４の途中には、前記ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気管４には、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１０が設けられている。このフィルタ１０には、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）が担持されている。このパティキュレートフィルタは、排気中の粒子状物質を捕集する。また、ＮＯx触媒は、該ＮＯx
触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、一
方、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯxを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯx触媒から放出されたＮＯxが還元される。

そして、内燃機関１には、排気管４内を流通する排気の一部を低圧で吸気管３へ再循環させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、およびＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、フィルタ１０よりも下流側の排気管４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流且つ第１スロットル６よりも下流の吸気管３と、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で再循環される。そして、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を通って再循環される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。また、低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調整する。さらに、ＥＧＲクーラ３３は、該ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

また、内燃機関１には、排気管４内を流通する排気の一部を高圧で吸気管３へ再循環させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。この高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１、および高圧ＥＧＲ弁４２を備えて構成されている。

高圧ＥＧＲ通路４１は、タービンハウジング５ｂよりも上流側の排気管４と、第２スロットル９よりも下流の吸気管３と、を接続している。この高圧ＥＧＲ通路４１を通って、排気が高圧で再循環される。そして、本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を通って再循環される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。また、高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１の通路断面積を調整することにより、該高圧ＥＧＲ通路４１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調整する。

フィルタ１０よりも下流の排気管４には、該排気管４を流通する排気の温度を検出する排気温度センサ１１が取り付けられている。この排気温度センサ１１は、排気の温度を測定すると共に、フィルタ１０の温度を検出する。また、フィルタ１０よりも下流の排気管４には、該排気管４を流通する排気の空燃比を検出する空燃比センサ１２が取り付けられている。この空燃比センサ１２は、排気の空燃比および低圧ＥＧＲガスの空燃比を検出する。

また、エアフローメータ７付近の吸気管３には、吸気の温度を検出する第１吸気温度センサ９１が取り付けられている。この第１吸気温度センサ９１により、吸気管３に導入される空気の温度が検出される。また、第１吸気温度センサ９１により得られる温度を、大気温度とすることができる。

コンプレッサハウジング５ａの入口付近の吸気管３には、該コンプレッサハウジング５ａに流入する吸気の温度を検出する第２吸気温度センサ９２が取り付けられている。さらに、インタークーラ８の入口付近の吸気管３には、該インタークーラ８に流入する吸気の温度を検出する第３吸気温度センサ９３が取り付けられている。なお、第２吸気温度センサ９２または第３吸気温度センサ９３の何れか一方のみを取り付けるようにしてもよい。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１３が併設されている。このＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。また、ＥＣＵ
１３には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６、内燃機関１の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１７が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１３に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１３には、第１スロットル６、第２スロットル９、低圧ＥＧＲ弁３２、及び高圧ＥＧＲ弁４２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１３によりこれらの機器が制御される。

そして、本実施例では、ＥＧＲガスがインタークーラ８で急速に冷却されたときに、該ＥＧＲガスに含まれる水分等が凝縮することを抑制する。そのために、低圧ＥＧＲガス量を制御して、吸気の温度が一定となるようにする。

具体的には、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度が目標値または目標範囲内となるように低圧ＥＧＲ弁３２の開度を制御する。吸気系の部材に未燃燃料が付着することを抑制するため、排気温度が低い場合には低圧ＥＧＲ弁３２の開度を閉じ側へ制御する。また、排気温度が高い場合には低圧ＥＧＲ弁３２を開き側へ制御する。

また、低圧ＥＧＲ弁３２に開度を変更すると、気筒２内に供給されるＥＧＲガス量が変化してしまう。これに対し本実施例では、気筒２内に供給されるＥＧＲガス量が一定となるように、高圧ＥＧＲ弁４２の開度を制御する。このときに吸入空気量が一定となるように高圧ＥＧＲ弁４２の開度を制御する。ここで、気筒２内に吸入されるのは、新気およびＥＧＲガスである。そして、内燃機関１の運転状態が変わらなければ、新気およびＥＧＲガスを合わせた量は変わらない。そのため、ＥＧＲガス量が減少すると、その分新気量が増加する関係にある。すなわち、ＥＧＲガス量を一定とするためには、新気の量、すなわちエアフローメータ７により測定される吸入空気量が一定となるように高圧ＥＧＲ弁４２の開度を制御すればよい。

次に、本実施例によるＥＧＲガスの供給制御のフローについて説明する。図２は、本実施例によるＥＧＲガスの供給制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、目標コンプレッサ入口温度Ｔ２ｔｒｇが算出される。目標コンプレッサ入口温度Ｔ２ｔｒｇは、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度の目標値であり、吸気系への未燃燃料の付着を抑制し得る温度以上で且つ熱による耐久性の低下を抑制し得る温度以下とする。この温度は、予め実験等により求めてＥＣＵ１３に記憶させておく。

ステップＳ１０２では、新気量Ｇｎが測定される。新気量Ｇｎは、エアフローメータ７により測定される吸入空気量が用いられる。

ステップＳ１０３では、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気の温度（以下、測定コンプレッサ入口温度Ｔ２ａｃｔという。）が測定される。測定コンプレッサ入口温度Ｔ２ａｃｔは、第２吸気温度センサ９２により得る。

ステップＳ１０４では、目標コンプレッサ入口温度Ｔ２ｔｒｇと測定コンプレッサ入口温度Ｔ２ａｃｔとの差が算出される。

ステップＳ１０５では、低圧ＥＧＲ弁３２の目標開度が算出される。この目標開度は、
ステップＳ１０４で算出される差が０となるように算出される。例えば、目標開度と、ステップＳ１０４で算出される差と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておいてもよい。また、現時点での低圧ＥＧＲ弁３２の開度からどれだけ開閉すればよいのかを求めるようにしてもよい。この場合も、現時点からの開閉量と、ステップＳ１０４で算出される差と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておく。なお、本実施例においてはステップＳ１０５の処理を実行するＥＣＵ１３が、本発明におけるＥＧＲガス量変更手段に相当する。

ステップＳ１０６では、目標吸入空気量Ｇｎｔｒｇが算出される。この目標吸入空気量Ｇｎｔｒｇは、内燃機関１の回転数および負荷に基づいて算出される。目標吸入空気量Ｇｎｔｒｇと機関回転数と機関負荷との関係は予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておく。

ステップＳ１０７では、目標吸入空気量Ｇｎｔｒｇと新気量Ｇｎとの差が算出される。この差に基づいてＥＧＲガスの総量が制御される。

ステップＳ１０８では、高圧ＥＧＲ弁４２の目標開度が算出される。この目標開度は、ステップＳ１０７で算出される差が０となるように算出される。例えば、目標開度と、ステップＳ１０７で算出される差と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておいてもよい。

このようにして、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の目標開度が求められる。そして、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度が目標開度となるように制御することにより、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度を目標値に維持することができる。これにより、吸気管３、コンプレッサハウジング５ａ、インタークーラ８、第２スロットル９、および各種センサに未燃燃料が付着することが抑制される。また、これらの過熱が抑制される。そして、気筒２内に供給されるＥＧＲガス量は、高圧ＥＧＲ弁４２により調整されるので、ＮＯx発生を抑制することができる。

なお、本実施例では、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度に基づいて、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度を制御しているが、これに代えてコンプレッサハウジング５ａの出口における吸気温度、インタークーラ８の入口若しくは出口における吸気温度、またはインタークーラ８の冷却効率に基づいて低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度を制御してもよい。

例えばコンプレッサハウジング５ａの出口における吸気温度は、該コンプレッサハウジング５ａによる吸気の圧縮により、吸気系で一番高くなっている。そのため、吸気系の熱による耐久性の低下は、コンプレッサハウジング５ａの出口における吸気温度に関係している。これに対し、コンプレッサハウジング５ａの出口における吸気温度が高くなりすぎないように低圧ＥＧＲガス量を調整してもよい。

また、吸入空気の流量が多い場合には吸気系に粒子状物質が付着し難いので、吸入空気量が多いほど低圧ＥＧＲ弁３２をより開き側にして低圧ＥＧＲガス量を増加させてもよい。
なお、測定コンプレッサ入口温度Ｔ２ａｃｔを第２吸気温度センサ９２により得ているが、この温度は以下のようにして推定してもよい。

図３は、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度を推定するためのフローを示したフローチャートである。本処理は、前記ステップＳ１０３に代えて行なうものである。

ステップＳ１０３０では、吸気温度Ｔ１が測定される。吸気温度Ｔ１は第１吸気温度センサ９１により得ることができる。大気温度を吸気温度Ｔ１としてもよい。

ステップＳ１０３１では、吸気のエネルギＥｉｎが算出される。吸気のエネルギＥｉｎは、例えば新気量Ｇｎおよび吸気温度Ｔ１に基づいて算出される。

ステップＳ１０３２では、排気温度Ｔ７が測定される。排気温度Ｔ７は、排気温度センサ１１により得ることができる。

ステップＳ１０３３では、ＥＧＲクーラの冷却効率が算出される。ＥＧＲクーラの冷却効率は冷却水温度と相関関係があるので、例えば冷却水温度とＥＧＲクーラの冷却効率との関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておく。冷却水温度は、冷却水温度センサ１７により得ることができる。

ステップＳ１０３４では、低圧ＥＧＲ弁３２を通過する低圧ＥＧＲガスの温度Ｔｅｇｒを推定する。この温度は、排気温度センサ１１により得られる排気温度Ｔ７と、ＥＧＲクーラの冷却効率と、低圧ＥＧＲ通路３１を流れるときの温度低下分と、に基づいて算出することができる。これらの関係は予め実験等により求めておいてもよい。

ステップＳ１０３５では、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が算出される。この開度は、現時点での実際の開度である。低圧ＥＧＲ弁３２の開度は、例えばＥＣＵ１３からの指令値またはセンサを取り付けて測定することにより得る。

ステップＳ１０３６では、低圧ＥＧＲ弁３２を通過する低圧ＥＧＲガスの量Ｇｅｇｒを算出する。低圧ＥＧＲ弁３２の開度と、内燃機関１の運転状態と、に基づいて低圧ＥＧＲガスの量Ｇｅｇｒが算出される。

ステップＳ１０３７では、排気の比熱比Ｃｅｇｒを算出する。排気の比熱比Ｃｅｇｒは、空燃比センサ１２により得られる排気の空燃比と、排気の比熱比Ｃｅｇｒとの関係を予め求めてマップ化しておき、該マップに排気の空燃比を代入することにより得ることができる。

ステップＳ１０３８では、低圧ＥＧＲ弁３２を通過するＥＧＲガスのエネルギＥｅｇｒを算出する。低圧ＥＧＲガスの温度Ｔｅｇｒ、低圧ＥＧＲガスの量Ｇｅｇｒ、および排気の比熱比Ｃｅｇｒに基づいてＥＧＲガスのエネルギＥｅｇｒを算出することができる。

ステップＳ１０３９では、コンプレッサハウジング５ａの入口における温度Ｔ２ａｃｔが算出される。吸気のエネルギＥｉｎおよびＥＧＲガスのエネルギＥｅｇｒに基づいて算出される。

このようにして、コンプレッサハウジング５ａの入口における温度Ｔ２ａｃｔを推定するようにしてもよい。

本実施例においては、大気温度（外気温度）に基づいて、目標コンプレッサ入口温度Ｔ３ｔｒｇを決定する。その他は実施例１と共通であるため、説明を省略する。

ここで、大気温度が低くなると、インタークーラ８において吸気中のＥＧＲガスがより冷却される。すなわち、ＥＧＲガスの温度低下が大きくなり、ＥＧＲガスに含まれる水分
等が凝縮しやすくなる。これに対し本実施例では、大気温度が低いほど目標コンプレッサ入口温度Ｔ３ｔｒｇを低く設定する。これにより、大気温度と目標コンプレッサ入口温度Ｔ３ｔｒｇとの差を小さくすることができるので、ＥＧＲガスの温度低下が大きくなることが抑制される。つまり、水分等の凝縮を抑制することができる。

図４は、本実施例によるＥＧＲガスの供給制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローチャートと同じ処理が実行されるステップについては、同じ符号を付けて説明を省略する。

ステップＳ２０１では、大気温度Ｔａが測定される。大気温度Ｔａは、第１吸気温度センサ９１により得ることができる。

ステップＳ２０２では、目標コンプレッサ入口温度Ｔ３ｔｒｇが算出される。目標コンプレッサ入口温度Ｔ３ｔｒｇは、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度の目標値であり、図５に基づいて算出される。ここで図５は、大気温度と目標コンプレッサ入口温度Ｔ３ｔｒｇとの関係を示した図である。大気温度が高いほど、目標コンプレッサ入口温度Ｔ３ｔｒｇを高くしている。この関係は、予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておく。

ステップＳ２０３では、目標コンプレッサ入口温度Ｔ３ｔｒｇと測定コンプレッサ入口温度Ｔ２ａｃｔとの差が算出される。

ステップＳ２０４では、低圧ＥＧＲ弁３２の目標開度が算出される。この目標開度は、ステップＳ２０３で算出される差が０となるように算出される。例えば、目標開度と、ステップＳ２０３で算出される差と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておいてもよい。また、現時点での低圧ＥＧＲ弁３２の開度からどれだけ開閉すればよいのかを求めるようにしてもよい。この場合も、現時点からの開閉量と、ステップＳ２０３で算出される差と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておく。なお、本実施例においてはステップＳ２０４の処理を実行するＥＣＵ１３が、本発明におけるＥＧＲガス量変更手段に相当する。

このようにして、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の目標開度が求められる。そして、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度が目標開度となるように制御することにより、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度を目標値に維持することができる。これにより、大気温度が低い場合であっても水分等が凝縮することを抑制できる。そして、気筒２内に供給されるＥＧＲガス量は、高圧ＥＧＲ弁４２により調整されるので、ＮＯx発生を抑制することができる。

なお、本実施例では、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度に基づいて、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度を制御しているが、これに代えてコンプレッサハウジング５ａの出口における吸気温度、インタークーラ８の入口若しくは出口における吸気温度、またはインタークーラ８の冷却効率に基づいて低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度を制御してもよい。

本実施例においては、インタークーラ８を通過するガス量（流量）に基づいて、目標コンプレッサ入口温度Ｔ４ｔｒｇを決定する。その他は実施例１と共通であるため、説明を省略する。

ここで、インタークーラ８を通過するガス量が少ないほど、インタークーラ８において
ＥＧＲガスがより冷却される。すなわち、ＥＧＲガスの温度低下が大きくなり、ＥＧＲガスに含まれる水分等が凝縮しやすくなる。これに対し本実施例では、インタークーラ８を通過するガス量が少ないほど目標コンプレッサ入口温度Ｔ４ｔｒｇを低く設定する。これにより、インタークーラ８におけるＥＧＲガスの温度低下量を小さくして、水分等の凝縮を抑制する。

図６は、本実施例によるＥＧＲガスの供給制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローチャートと同じ処理が実行されるステップについては、同じ符号を付けて説明を省略する。

ステップＳ３０１では、インタークーラ８を通過するガス量（以下、インタークーラ通過ガス量という。）が推定される。インタークーラ通過ガス量は、例えば、機関回転数と、インタークーラ８の上流側または下流側の圧力と、に基づいて推定される。この関係は予め実験等により求めてＥＣＵ１３に記憶させておく。なお、インタークーラ８の上流側または下流側の圧力は、圧力センサを取り付けることに得ることができる。

ステップＳ３０２では、目標コンプレッサ入口温度Ｔ４ｔｒｇが算出される。目標コンプレッサ入口温度Ｔ４ｔｒｇは、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度の目標値であり、図７に基づいて算出される。ここで図７は、インタークーラ通過ガス量と目標コンプレッサ入口温度Ｔ４ｔｒｇとの関係を示した図である。インタークーラ通過ガス量が多くなるほど目標コンプレッサ入口温度Ｔ４ｔｒｇが大きくされる。この関係は、予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておく。

ステップＳ３０３では、目標コンプレッサ入口温度Ｔ４ｔｒｇと測定コンプレッサ入口温度Ｔ２ａｃｔとの差が算出される。

ステップＳ３０４では、低圧ＥＧＲ弁３２の目標開度が算出される。この目標開度は、ステップＳ３０３で算出される差が０となるように算出される。例えば、目標開度と、ステップＳ３０３で算出される差と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておく。また、現時点での低圧ＥＧＲ弁３２の開度からどれだけ開閉すればよいのかを求めるようにしてもよい。この場合も、現時点からの開閉量と、ステップＳ３０３で算出される差と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておく。なお、本実施例においてはステップＳ３０４の処理を実行するＥＣＵ１３が、本発明におけるＥＧＲガス量変更手段に相当する。

このようにして、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の目標開度が求められる。そして、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度が目標開度となるように制御することにより、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度を目標値に維持することができる。これにより、インタークーラ８を通過するガス量が少ない場合であっても水分等が凝縮することを抑制できる。そして、気筒２内に供給されるＥＧＲガス量は、高圧ＥＧＲ弁４２により調整されるので、ＮＯx発生を抑制することができる。

なお、本実施例では、コンプレッサハウジング５ａの入口における吸気温度に基づいて、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度を制御しているが、これに代えてコンプレッサハウジング５ａの出口における吸気温度、インタークーラ８の入口若しくは出口における吸気温度、またはインタークーラ８の冷却効率に基づいて低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度を制御してもよい。

本実施例においては、インタークーラ８の冷却効率に基づいて、低圧ＥＧＲ弁３２の開
度を制御する。図８は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。吸気管３に取り付ける温度センサの位置、および吸気圧力センサを取り付ける点で実施例１と相違する。その他は実施例１と共通であるため、説明を省略する。

インタークーラ８の入口付近の吸気管３には、該インタークーラ８に流入する吸気の温度を検出する第３吸気温度センサ９３が取り付けられている。さらに、インタークーラ８の出口付近の吸気管３には、該インタークーラ８から流出する吸気の温度を検出する第４吸気温度センサ９４が取り付けられている。さらに、インタークーラ８の出口付近の吸気管３には、該インタークーラ８よりも下流の吸気の圧力を検出する吸気圧力センサ９５が取り付けられている。

ここで、インタークーラ８の冷却効率が高いと、インタークーラ８においてＥＧＲガスがより冷却される。すなわち、ＥＧＲガスの温度低下が大きくなり、ＥＧＲガスに含まれる水分等が凝縮しやすくなる。これに対し本実施例では、目標となるＥＧＲクーラの冷却効率をインタークーラ通過ガス量と大気温度に基づいて決定する。この目標となるＥＧＲクーラの冷却効率は、インタークーラ８を通過するＥＧＲガス中の水分等が凝縮しない値に設定する。これにより、ＥＧＲガスの温度低下を小さくし、水分等の凝縮を抑制する。

図９は、本実施例によるＥＧＲガスの供給制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローチャートと同じ処理が実行されるステップについては、同じ符号を付けて説明を省略する。

ステップＳ４０１では、目標インタークーラ効率ηｔｒｇが算出される。目標インタークーラ効率ηｔｒｇとは、インタークーラ８の冷却効率であって水分等の凝縮を抑制し得る冷却効率である。ここで、目標インタークーラ効率ηｔｒｇは、インタークーラ通過ガス量が多くなるほど、または大気温度Ｔａが高くなるほど、高くすることができる。この関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１３に記憶させておく。なお、インタークーラ通過ガス量は、前記実施例で推定された値を用いることができる。また、大気温度Ｔａは、第１吸気温度センサ９１により得ることができる。

ステップＳ４０２では、実インタークーラ効率ηａｃｔが算出される。実インタークーラ効率ηａｃｔとは、インタークーラ８の実際の冷却効率であり、以下の式で算出される。

ηａｃｔ＝（Ｔ３−Ｔ４）／（Ｔ３−Ｔａ）

ただし、Ｔ３はインタークーラ８の入口温度、Ｔ４はインタークーラ８の出口温度、Ｔａは大気温度である。

ステップＳ４０３では、目標インタークーラ効率ηｔｒｇと実インタークーラ効率ηａｃｔとの差Δηｉｃが算出される。

ステップＳ４０４では、低圧ＥＧＲ弁３２の目標開度が算出される。この目標開度は、ステップＳ４０３で算出される差が０となるように算出される。例えば、目標開度と、ステップＳ４０３で算出される差と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておいてもよい。ここで、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が変わることにより、吸気中の低圧ＥＧＲガスの割合も変わる。これにより、インタークーラ８の入口温度Ｔ３およびインタークーラ８の出口温度Ｔ４が変わるので、実インタークーラ効率ηａｃｔも変わることになる。なお、本実施例においてはステップＳ４０４の処理を実行するＥＣＵ１
３が、本発明におけるＥＧＲガス量変更手段に相当する。

このようにして、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の目標開度が求められる。そして、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２の開度を前記フローで求められた値に制御することにより、インタークーラ８における水分等の凝縮を抑制し得るようにインタークーラ８の冷却効率を変更することができる。これにより、ＥＧＲガスがインタークーラ８を通過する際に水分等が凝縮することを抑制できる。そして、気筒２内に供給されるＥＧＲガス量は、高圧ＥＧＲ弁４２により調整されるので、ＮＯx発生を抑制することが
できる。

実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例１によるＥＧＲガスの供給制御のフローを示したフローチャートである。 コンプレッサハウジングの入口における吸気温度を推定するためのフローを示したフローチャートである。 実施例２によるＥＧＲガスの供給制御のフローを示したフローチャートである。 大気温度と目標コンプレッサ入口温度との関係を示した図である。 実施例３によるＥＧＲガスの供給制御のフローを示したフローチャートである。 インタークーラ通過ガス量と目標コンプレッサ入口温度との関係を示した図である。 実施例４に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例４によるＥＧＲガスの供給制御のフローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気管
４ 排気管
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
６ 第１スロットル
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ スロットル
１０ パティキュレートフィルタ
１１ 排気温度センサ
１２ 空燃比センサ
１３ ＥＣＵ
１４ アクセルペダル
１５ アクセル開度センサ
１６ クランクポジションセンサ
１７ 冷却水温度センサ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３３ ＥＧＲクーラ
４０ 高圧ＥＧＲ装置
４１ 高圧ＥＧＲ通路
４２ 高圧ＥＧＲ弁
９１ 第１吸気温度センサ
９２ 第２吸気温度センサ
９３ 第３吸気温度センサ
９４ 第４吸気温度センサ
９５ 吸気圧力センサ

Claims (7)

1. 排気通路にタービンを備え吸気通路にコンプレッサを備えたターボチャージャと、
   前記タービンよりも下流の排気通路と前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、
   を備えた内燃機関において、
   前記吸気通路の前記低圧ＥＧＲ通路が接続される箇所よりも下流の所定の位置における吸気の温度が目標範囲内となるように前記低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を変更するＥＧＲガス量変更手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記コンプレッサよりも下流の吸気通路に備えられ該吸気通路を流れる吸気を冷却するインタークーラを更に備え、該インタークーラを通過する吸気の温度が所定の範囲となるように、吸気通路における所定箇所の温度を目標範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
3. 前記コンプレッサを通過する吸気の温度が所定の範囲となるように、吸気通路における所定箇所の温度を目標範囲内とすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気還流装置。
4. 前記ＥＧＲガス量変更手段は、新気の吸気量が多くなるほど、前記低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を段階的または連続的に多くすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気還流装置。
5. 前記ＥＧＲガス量変更手段は、大気の温度が高くなるほど、前記低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を段階的または連続的に多くすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気還流装置。
6. 前記タービンよりも上流の排気通路と前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通路を更に備え、前記ＥＧＲガス量変更手段により前記低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量が変更されたときには、前記内燃機関の気筒内に供給されるＥＧＲガス量が一定となるように、前記高圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を変更することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気還流装置。
7. 前記吸気の温度の目標範囲は、コンプレッサの入口温度、コンプレッサの出口温度、インタークーラの入口温度、インタークーラの出口温度、またはインタークーラの冷却効率の中の少なくとも１つから算出されることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の内燃機関の排気還流装置。

Images