JP2007239680A - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気スモーク量の増加といった悪影響も抑えつつ、堆積物の除去を目的としたＥＧＲ弁の動作の実行頻度を高めて堆積物の早期除去を図ることが可能な排気ガス再循環装置を提供する。
【解決手段】排気通路６からＥＧＲ通路１２を介して吸気通路５に導かれる排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁１５と、ＥＧＲ弁１５の開度を制御するＥＧＲ弁制御手段としてのＥＣＵ３０とを備えた排気ガス再循環装置１１において、ＥＣＵ３０により、ＥＧＲ弁１５に付着する堆積物の量を推定し、その推定された堆積物の量に基づいて堆積物の除去が必要か否か判断し、必要と判断した場合には、ＥＧＲ通路１２の排気ガスの流量が所定の上限量よりも少流量域にあることを条件として、ＥＧＲ弁１５をその全閉位置から堆積物の除去に必要な範囲で開閉動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気ガス再循環装置に関する。

内燃機関におけるＮＯｘ（窒素酸化物）の生成量を低減する手段として、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気ガス再循環装置が慣用されている。排気ガス再循環装置では、内燃機関の運転状態に応じて吸気通路に導かれる排気ガスの流量を調整する必要があり、その流量制御は一般にＥＧＲ通路（排気ガス還流通路）に設けられたＥＧＲ弁の開度調整によって実現されることが一般的である。ところが、ＥＧＲ弁の弁座あるいは弁体には、排気ガス中に含まれるカーボン成分等が付着して堆積物（デポジット）が徐々に形成される。その堆積物の蓄積を放置すると弁体の固着といった動作不良が生じる。堆積物の対策として、内燃機関の停止時に、ＥＧＲ弁のバタフライ型の弁体を全閉位置を跨いで前後に少なくとも一回往復動作させることにより堆積物を掻き落とす排気ガス再循環装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。排気ガスの還流率の変動が少ないと推定される領域でＥＧＲ弁を強制的に全開状態に駆動して弁体に付着した異物を取り除く排気ガス再循環装置も提案されている（例えば特許文献２参照）。ＥＧＲ弁の目標リフトと実リフトとの差に基づいて閉弁固着の有無を判別し、全閉固着と判断したときにＥＧＲ弁に強制的な全開指示を与えて閉弁固着の解消を図る排気ガス再循環装置も提案されている（例えば特許文献３参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献４が存在する。

特開２００５−２３３０６３号公報 特開２０００−６４９１０号公報 特開２００４−２７８３０７号公報 特開２００３−４９６７５号公報

しかしながら、ＥＧＲ弁の開閉動作による堆積物の除去を内燃機関の停止時に限って実行する場合、内燃機関の運転中は堆積物が除去されず、運転中に動作不良の要因が発生するおそれを排除できない。排気ガス還流率の変動が少ない領域でＥＧＲ弁を全開位置に強制駆動する場合には、ＥＧＲ弁の開度が全開位置付近に制御されている場合に限って異物除去動作が実行されるため、堆積物に対して十分な除去効果を発揮できない。特に、粘着性を有する堆積物が弁座付近に付着している場合、その除去には長時間を要する。全閉固着状態が検出されてからＥＧＲ弁に全開指示を与える場合も、既に相当量の堆積物が付着しているのでその除去に時間を要し、堆積物を完全には除去できないおそれがある。さらに、内燃機関の運転中に堆積物の除去を目的としてＥＧＲ弁を動作させる場合には、排気スモーク量の増加、排気エミッションの悪化、ドライバビリティの悪化といった影響が生じることにも考慮を払う必要がある。

そこで、本発明は、排気スモーク量の増加といった悪影響も抑えつつ、堆積物の除去を目的としたＥＧＲ弁の動作の実行頻度を高めて堆積物の早期除去を図ることが可能な排気ガス再循環装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の排気通路からＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ通路を通過する排気ガスの流量が運転状態に応じて定められる目標流量に制御されるように前記ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ弁制御手段と、を備えた内燃機関の排気ガス再循環装置において、前記ＥＧＲ弁に付着する堆積物の量を推定する堆積量推定手段をさらに備え、前記ＥＧＲ弁制御手段は、前記堆積量推定手段にて推定された堆積物の量に基づいて堆積物の除去が必要か否か判断し、必要と判断した場合には、前記ＥＧＲ通路の排気ガスの流量が所定の上限量よりも少流量域にあることを条件として、前記ＥＧＲ弁をその全閉位置から堆積物の除去に必要な範囲で開閉動作させることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の排気ガス再循環装置においては、堆積量推定手段にて推定した堆積物の量に基づいて堆積物の除去が必要と判断された場合、ＥＧＲ通路の排気ガスの流量が少流量域にあることを条件として、ＥＧＲ弁制御手段によりＥＧＲ弁が開閉される。その開閉動作により、ＥＧＲ弁内に付着した堆積物が除去される。堆積物の量を推定しているので、固着等の動作不良の発生が懸念される領域よりも堆積物の量が未だ少ない段階でＥＧＲ弁を開閉動作させて堆積物を除去することが可能となる。その結果、動作不良が生じるおそれを排除することができる。ＥＧＲ通路の排気ガスの流量が所定の上限量よりも少流量域にある場合にＥＧＲ弁をその全閉位置から堆積物の除去に必要な範囲で開閉動作させるので、排気スモーク量の増加、排気エミッションの悪化、ドライバビリティの悪化といった影響が無視し得る程度に小さい範囲に限って堆積物の除去を実行することが可能となる。そのため、内燃機関が運転中であっても、堆積物の除去を目的としてＥＧＲ弁を適宜に動作させることができ、その動作の実行頻度を高めて堆積物の早期除去を図ることができる。

本発明の排気ガス再循環装置の一形態において、前記堆積量推定手段は、単位体積の排気ガスに含まれる粒子状物質の量を前記内燃機関の運転状態に基づいて取得し、得られた前記粒子状物質の量と前記ＥＧＲ通路を通過する排気ガスの流量とに基づいて、前記ＥＧＲ通路を通過する粒子状物質の量を求めることにより前記堆積物の量を推定してもよい（請求項２）。ＥＧＲ弁に付着する堆積物の量は、ＥＧＲ通路を通過する排気ガスに含まれる粒子状物質の量と相関する。一方、単位体積の排気ガスに含まれる粒子状物質の量は内燃機関の運転状態と相関性を有するため、機関回転数、燃料噴射量といった内燃機関の運転状態を決定付けるパラメータから運転状態を特定すれば、単位体積の排気ガスに含まれる粒子状物質の量を特定することができる。そして、単位体積の排気ガスに含まれる粒子状物質の量が分れば、その粒子状物質の量とＥＧＲガスの流量とから、ＥＧＲ通路を通過する排気ガスに含まれる粒子状物質の量を求めることができ、その量を利用してＥＧＲ弁に付着する堆積物の量を推定することができる。

上記の形態において、前記堆積量推定手段は、前記ＥＧＲ通路を通過する粒子状物質の量を求める処理を所定の周期で繰り返しつつ、各周期で得られた粒子状物質の量を積算し、その積算した粒子状物質の量から前記堆積物の量を推定してもよい（請求項３）。この形態によれば、ＥＧＲ通路を通過する粒子状物質の量を周期的に求めつつ積算することにより、内燃機関の運転状態の変化（ＥＧＲ通路の排気ガス流量の変化を含む）に伴う粒子状物質の量の変化を堆積物の量の推定に反映させて堆積物の量を的確に推定することができる。

本発明の排気ガス再循環装置の一形態において、前記ＥＧＲ弁制御手段は、前記堆積物の量が所定の限界量を超えた場合に前記堆積物の除去が必要と判断してもよい（請求項４）。この形態によれば、ＥＧＲ弁に動作不良が生じるおそれが生じる堆積量よりも限界量を十分に小さく設定することにより、堆積物の除去を早期に実行して動作不良が生じるおそれを確実に排除することができる。

本発明の排気ガス再循環装置の一形態において、前記ＥＧＲ弁制御手段は、前記ＥＧＲ弁を前記堆積物の除去に必要な範囲で開閉動作させる場合、当該動作時点で前記堆積量推定手段が推定する堆積物の量が大きいほど前記ＥＧＲ弁の前記開閉動作の実行回数が増加するように前記開閉動作を制御してもよい（請求項５）。本発明の排気ガス再循環装置では、堆積物の除去が必要と判断されても、ＥＧＲ通路の排気ガス流量が少流量域になければＥＧＲ弁の開閉動作は実行されず、その実行までの間にも堆積物の量は増加する。堆積物の量が増加すれば、その堆積物の除去に必要なＥＧＲ弁の開閉動作の回数も増加する。これに対して、上記の形態によれば、堆積物の除去を目的としてＥＧＲ弁を開閉動作させる時点で、ＥＧＲ弁に付着していると推定される堆積物の量が大きいほどＥＧＲ弁がより多い回数開閉されるため、堆積物の量が増加しても、これを確実に除去することができる。

本発明の排気ガス再循環装置の一形態において、前記ＥＧＲ弁が板状の弁体を弁軸の回りに回転させて開度を変化させるバタフライ型のＥＧＲ弁として構成され、前記弁体の外周にはリング溝が設けられ、該リング溝には弾性を有するシールリングが嵌め合わされ、前記堆積物の除去に必要な範囲が前記全閉位置を跨ぐように設定されてもよい（請求項６）。この形態によれば、堆積物の除去が必要と判断された場合、ＥＧＲ通路の排気ガス流量が少量域にあることを条件として弁体が全閉位置を跨いで前後に開閉駆動されることにより堆積物の除去が実施される。ＥＧＲ通路の排気ガス流量が少流量域にあるときは弁体も全閉位置又はその近傍に制御されているから、全閉位置を跨いで弁体を前後に開閉させたときのＥＧＲ弁の開度変化も相対的に小さく、排気スモーク量の増加といった影響も生じ難い。しかも、弁体が全閉位置を通り過ぎる際のシールリングの弾性変形、又はその弾性変形に対応した復元動作を利用して堆積物を効率よく除去することができる。特にリング溝に入りかけている堆積物をシールリングの変形によって押し出し、リング溝への堆積物の侵入を阻止することができる。これにより、リング溝への堆積物の侵入による弁体の動作不良の発生を防止することができる。

上記の形態において、前記ＥＧＲ弁制御手段は、前記堆積量推定手段にて推定する堆積量が、前記リング溝に堆積物が侵入するおそれが生じる領域まで増加するよりも前の段階で前記堆積物の除去が必要と判断してもよい（請求項７）。この場合には、リング溝への堆積物の侵入をさらに確実に防止することができる。

以上に説明したように、本発明の排気ガス再循環装置によれば、堆積物の量を推定して堆積物の除去の必要性を判断し、除去が必要と判断した場合にＥＧＲ通路の排気ガス流量が少流量域にあることを条件として、ＥＧＲ弁を堆積物の除去に必要な範囲で全閉位置から開閉動作させているので、内燃機関の運転中において、排気スモーク量の増加、排気エミッションの悪化、ドライバビリティの悪化といった影響を抑えつつ、堆積物の除去を目的としてＥＧＲ弁を高頻度に動作させ、それにより堆積物の早期除去を図ることができる。

図１は、本発明に係る排気ガス再循環装置を内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称する。）に組み込んだ一形態を示している。エンジン１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、シリンダ２と、シリンダ２に燃料を噴射するためのインジェクタ３と、インジェクタ３から噴射すべき高圧の燃料を蓄えるコモンレール４と、シリンダ２に空気を導くための吸気通路５と、シリンダ２からの排気が導かれる排気通路６とを備えている。吸気通路５には、吸気を濾過するエアクリーナ７、ターボチャージャ８のコンプレッサ部８ａ、コンプレッサ部８ａにて圧縮された吸気を冷却するインタークーラ９、吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１０が設けられている。一方、排気通路６にはターボチャージャ８のタービン部８ｂが設けられている。タービン部８ｂの下流には排気浄化触媒等が設けられるが、それらの図示は省略した。

エンジン１には排気ガス再循環装置１１が設けられている。排気ガス再循環装置１１は、排気通路６に排出された排気ガスの一部（以下、そのガスをＥＧＲガスと呼ぶ。）を、ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路５に還流させる装置である。ＥＧＲ通路１２には、排気通路６から吸気通路５に向かって順に、ＥＧＲガスを浄化する酸化触媒１３、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１４、及びＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁１５が設けられている。図２に示すように、ＥＧＲ弁１５は、ＥＧＲ通路１２の一部を構成する内部通路１５ａに配置された概略円板状の弁体１６を、その半径方向に設けられた弁軸１７を中心として全閉位置（実線で示す位置）Ｐｃと全開位置（想像線で示す位置）Ｐｏとの間で回転させることにより、ＥＧＲガスが通過する流路の断面積を変化させてＥＧＲガスの流量を調整する、いわゆるバタフライ型のＥＧＲ弁として構成されている。弁体１６の外周にはリング溝１６ａが形成され、そのリング溝１６ａにはシールリング１８が全周に亘って嵌め合わされている。シールリング１８は弁体１６の半径方向において弾性を有している。弁体１６を全閉位置Ｐｃに駆動した場合、シールリング１８が半径方向中心側に幾らか弾性変形し、その変形に対する反発力でシールリング１８の外周が内部通路１５ａの弁座１５ｂと全周に亘って密着する。それにより、ＥＧＲガスの流量が０となる。つまり、ＥＧＲ通路１２を介したＥＧＲガスの還流が阻止される。

図１に戻って、ＥＧＲ弁１５には、弁軸１７を介して弁体１６を駆動するためのアクチュエータ２０が設けられている。アクチュエータ２０の動作はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）３０により制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ、及びそのマイクロプロセッサの動作に必要な主記憶装置等の周辺装置を備えたコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０は、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ３１、クランク軸の位置及びエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ３２といった各種のセンサの出力信号を参照してエンジン１の現在の運転状態を判別し、エンジン１が目標とする状態で運転されるようにインジェクタ３の燃料噴射動作、コモンレール４の燃料噴射圧力、吸気絞り弁５の開度、ＥＧＲ弁１５の開度等を制御する。ＥＧＲ弁１５の開度制御に関して、ＥＣＵ３０は、シリンダ２への吸気中の酸素濃度をエンジン１の運転状態に応じた目標値に一致させるために必要な目標ＥＧＲ率を算出し、その目標ＥＧＲ率に対応した目標開度に弁体１６が駆動されるようにアクチュエータ２０の動作を制御する。ＥＧＲ弁１５の目標開度への制御手順は既存の排気ガス再循環装置のそれと同じでよく、その詳細は省略する。

さらに、ＥＣＵ３０は、ＥＧＲ弁１５の堆積物による動作不良の発生を防止するため、図３に示した堆積物除去制御ルーチンをエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する。この制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明のＥＧＲ弁制御手段として機能する。堆積物除去制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ３０はまずステップＳ１１でＥＧＲ弁１５に付着する堆積物の量を積算する処理を実行する。処理の詳細は後述する。続くステップＳ１２において、ＥＣＵ３０は、積算堆積量（ステップＳ１１で積算した堆積量）が所定の限界量を超えるか否か判断する。限界量は、弁体１６の固着等の動作不良の発生が懸念される領域に対して適度な余裕を見込んで小さな値に設定すればよい。望ましくは、ＥＧＲガスに含まれる粒子状物質等の異物が弁体１６のリング溝１６ａとシールリング１８との間に入り込むおそれが生じる堆積量よりも限界量を小さな値に設定する。リング溝１６ａとシールリング１８との間に堆積物が入り込んだ場合、その堆積物によってシールリング１８の半径方向中心側への弾性変形が阻害され、全閉位置Ｐｃの付近でシールリング１８が弁座１５ｂに噛み込んで弁体１６の動作に支障が生じるおそれがある。この種の動作不良は、弁体１６が堆積物によって固着するよりも早い段階、つまり堆積物の量がより少ない段階で生じる可能性がある。その一方、リング溝１６ａに入り込んだ堆積物の除去は容易ではない。これに対して、ステップＳ１２における限界量をリング溝１６ａに堆積物が入り込む可能性が生じる領域の堆積量よりもさらに小さい値に設定すれば、堆積物のリング溝１６ａの侵入を防止し、動作不良が生じるおそれを確実に排除することができる。

ステップＳ１２にて積算堆積量が限界量を超えると判断した場合、ＥＣＵ３０は堆積物の除去が必要とみなしてステップＳ１３へ進み、堆積物除去動作を実行する。この処理は、図２に示したように、弁体１６の目標開度が全閉位置Ｐｃ又はその付近に設定されているときに、その目標開度を挟んで弁体１６を前後（図２の左右）にθ°ずつ開閉動作させて堆積物の除去を図るものである。その詳細は後述する。堆積物除去動作を実行した後、ＥＣＵ３０は今回の堆積物除去制御ルーチンを終了する。なお、ステップＳ１２で積算堆積量が限界量以下と判断した場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１３をスキップして今回の堆積物除去制御ルーチンを終了する。

図４は、図３のステップＳ１１におけるサブルーチン処理としてＥＣＵ３０が実行する堆積量積算ルーチンを示している。このルーチンを実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明の堆積量推定手段として機能する。堆積量積算ルーチンにおいて、ＥＣＵ３０はまずステップＳ２１で前回の堆積量積算ルーチンの実行時から一定時間ｄｔが経過しているか否か判断する。一定時間ｄｔは堆積量積算ルーチンにて堆積量を算出する周期として設定される。その時間ｄｔは、堆積物除去動作の必要性を判断する観点から見て、ＥＧＲ弁１５に付着している堆積物の実際の値と堆積量積算ルーチンで算出される積算堆積量との間に無視できない差が生じない程度に定めればよい。一定時間ｄｔが経過している場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２２に進み、クランク角センサ３２の出力信号に基づいてエンジン１の回転数（機関回転数）を取得する。続くステップＳ２３において、ＥＣＵ３０は、現時点でインジェクタ３に与えられている燃料噴射量の指示値を取得する。次のステップＳ２４において、ＥＣＵ３０は、予め与えられているＰＭマップを参照して、現在の機関回転数及び燃料噴射量に対応する排気ガス中の粒子状物質の量（ＰＭ量）を取得する。ＰＭマップは、単位体積の排気ガスに含まれる粒子状物質の量を機関回転数と燃料噴射量とに対応付けて記録したデータテーブルであり、適合試験等に基づいて予め作成されてＥＣＵ３０のＲＯＭ等に記録される。なお、ＰＭマップから取得するＰＭ量は、例えば単位時間当りのＰＭ量とすればよい。単位時間は上述した周期としての時間ｄｔよりも短い値とする。ディーゼルパティキュレートフィルタのＰＭ再生処理の時期を把握する目的等でＰＭマップが用意されているときは、それを利用してステップＳ２４でＰＭ量を取得すればよい。

さらに、ＥＣＵ３０はステップＳ２５にてエアフローメータ３１の出力信号に基づいてエンジン１への吸入空気量を取得する。なお、エンジン１の空燃比制御等において、吸入空気量は一回の吸気行程でシリンダ２に取り込まれる空気量として求められるが、ここでは計算の都合上、単位時間当りの吸入空気量を求めておく。単位時間はＰＭ量を求める際のそれと同一とする。続くステップＳ２６にて、ＥＣＵ３０はＥＧＲ率を取得する。ここで取得するＥＧＲ率は、エンジン１の目標とする運転状態に応じてＥＣＵ３０が決定する目標ＥＧＲ率でよい。なお、ＥＧＲ率は、単位時間内にＥＧＲ通路１２を通過するＥＧＲガスの量を、そのＥＧＲガス量とステップＳ２５で求めた吸入空気量との和で除算した値である。

続くステップＳ２７において、ＥＣＵ３０はＥＧＲ率と吸入空気量とから現在のＥＧＲガスの流量を算出する。すなわち、ステップＳ２５で単位時間当りの吸入空気量が求められ、ステップＳ２６でＥＧＲ率が取得されているので、これらの値から単位時間内にＥＧＲ通路１２を通過するＥＧＲガス量を算出する。次のステップＳ２８において、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２４で取得したＰＭ量と、ステップＳ２７で算出したＥＧＲガス流量と、演算周期の時間ｄｔとの積を、ＥＧＲ弁１５に付着する堆積量を推定するための値として求める。ここで求める堆積量は、前回のルーチンの実行時から今回のルーチン実行時までの間にＥＧＲ通路１２を通過した粒子状物質の量に相当し、実際にはその全量がＥＧＲ弁１５に堆積物として付着する訳ではない。しかしながら、ＥＧＲ通路１２を通過する粒子状物質の量と、堆積物としてＥＧＲ弁１５に付着する粒子状物質との比率がほぼ一定であると仮定すれば、ステップＳ２８で求める堆積量はＥＧＲ弁１５に付着する堆積物と相関性を有する。従って、ステップＳ２８で求めた堆積量により、一周期ｄｔ間でＥＧＲ弁１５に付着した堆積物の量を間接的に推定することができる。但し、ＥＧＲ弁１５に付着した堆積物の量そのものを推定することが望ましい場合には、ＥＧＲ通路１２を通過する粒子状物質の量とＥＧＲ弁１５に付着する粒子状物質の量との比を堆積率として適合試験等で予め把握し、その堆積率とステップＳ２８で求めた堆積量との積を、ＥＧＲ弁１５に付着した堆積物の量の推定値として求めればよい。

堆積量を求めた後、ＥＣＵ３０はステップＳ２９に進み、前回までのルーチンで求めた積算堆積量に、今回のルーチンで求めた堆積量を加算することにより、ＥＣＵ３０のＲＯＭ等に保存された積算堆積量の値を更新する。そして、積算堆積量を更新した後、ＥＣＵ３０は今回の堆積量積算ルーチンを終了し、図３のステップＳ１２へと進む。つまり、ＥＣＵ３０は、図４のルーチンによってＥＧＲ弁１５に付着した堆積物の量を間接的に推定し、図３のステップＳ１２でその推定された量が所定の限界量を超えたか否かを実質的に判断している。そして、堆積量が限界量を超えたとき、ステップＳ１３へと処理が進められる。なお、ステップＳ２１で一定時間ｄｔが経過していないと判断した場合、ＥＣＵ３０はステップＳ２２〜Ｓ２９の処理をスキップして今回の堆積量積算ルーチンを終了する。

図５は、図３のステップＳ１３におけるサブルーチン処理としてＥＣＵ３０が実行する堆積物除去動作実行ルーチンを示している。堆積量除去動作実行ルーチンにおいて、ＥＣＵ３０はまずステップＳ３１でＥＧＲガスの流量が所定の実行領域にあるか否か判断する。実行領域に関しては、ＥＧＲ弁１５に堆積物除去動作を与えときの排気スモーク量の増加、排気エミッションの悪化、あるいはドライバビリティの悪化といった影響が無視できない程に大きくなる限界のＥＧＲガス流量が予め把握され、その限界の流量又はそれよりも小さい流量が上限量とされ、その上限量よりもさらに少流量域が実行領域として設定される。ＥＧＲガスの流量が０の場合、つまりＥＧＲ弁１５が全閉位置Ｐｃに制御される場合も実行領域に含まれる。なお、ステップＳ３１の判断に際して参照すべきＥＧＲガス流量は、一例として、図４のステップＳ２７で算出された最新のＥＧＲガス流量とすればよい。あるいは、ＥＣＵ３０からＥＧＲ弁１５に与えている目標開度（開度の指令値）とＥＧＲガス流量との間に相関性があることから、目標開度に基づいてＥＧＲガスの流量が実行領域にあるか否かを判断してもよい。さらに、ＥＧＲガスの流量をＥＧＲ弁１５の目標開度に置き換えることにより、ＥＧＲ弁１５の開度に関連付けて実行領域を設定し、目標開度が実行領域にあるか否かにより、ＥＧＲガスの流量が上述した少流量域に制御されているか否かを間接的に判断してもよい。この場合、実行領域は全閉位置Ｐｃ及びその近傍の小開度域に設定される。

ステップＳ３１にてＥＧＲガスの流量が実行領域にないと判断した場合、ＥＣＵ３０はステップＳ３２以下の処理をスキップし、堆積物除去動作を実行することなく今回のルーチンを終了する。これにより、図３のルーチンも終了する。一方、ステップＳ３１にてＥＧＲガスの流量が実行領域内と判断した場合、ＥＣＵ３０はステップＳ３２に進み、図４のルーチンで求めた積算堆積量から堆積物除去動作の実行回数を決定する。本形態では、積算堆積量が限界量を超えても、ＥＧＲガスの流量が実行領域にない場合にはステップＳ３２以下がスキップされて堆積物除去動作が実行されないため、堆積物除去動作の実行時点では積算堆積量が限界量を超えている可能性がある。そして、堆積物の量が多いほど堆積物を除去するために必要な弁体１６の動作回数は増加する。そこで、積算堆積量が大きいほど堆積物除去動作の実行回数が増加するように、積算堆積量に応じて実行回数を設定する。設定された実行回数は例えばＥＣＵ３０のＲＡＭ等の書換え可能な記憶媒体に保存される。なお、全閉位置Ｐｃを跨いで弁体１６を前後に少なくとも一往復させるためには、実行回数は最低でも２回に設定する必要がある。

次のステップＳ３３において、ＥＣＵ３０は堆積物除去動作の実行回数が０よりも大きいか否か判断する。なお、ステップＳ３２に続いてステップＳ３３の処理が実行される場合には０よりも大きい実行回数が設定されているから、ステップＳ３３は肯定判断される。ステップＳ３３が肯定判断された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ３４に進み、前回の堆積物除去動作の実行開度が目標開度よりも大きいか否か判断する。目標開度は、ステップＳ３１が肯定判断された時点でＥＧＲ弁１５に指示されている弁体１６の開度である。ここでいう開度は、図２の全閉位置Ｐｃを０°と定義し、そこから全開位置Ｐｏに向かう方向（図中の＋方向）を正方向、その反対方向（図中の−方向）を負方向として表現される。実行開度は、堆積物の除去を目的として弁体１６を目標開度から正方向又は負方向に所定角度θ°だけ動作させる場合において、その動作後の弁体１６の開度である。なお、上述したステップＳ３１の実行領域の説明から明らかなように、ステップＳ３１が肯定判断される場合、目標開度は全閉位置Ｐｃ又はその近傍に設定されている。

ステップＳ３４において、前回の実行開度が目標開度よりも大きい場合、つまり、前回の堆積物除去動作が、目標開度に対して弁体１６を正方向に駆動することによって実現された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ３５に進み、今回の実行開度を目標開度から負方向にθ°ずれた開度に設定する。一方、前回の実行開度が目標開度よりも小さい場合、つまり、前回の堆積物除去動作が、目標開度に対して弁体１６を負方向に駆動することによって実現された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ３６に進み、今回の実行開度を目標開度から正方向にθ°ずれた開度に設定する。なお、ステップＳ３２にて実行回数を決定し、これに続いてステップＳ３３が肯定判断された場合、今回の堆積物除去動作実行ルーチンでは未だ堆積物除去動作が行われていない。この場合にはステップＳ３４を肯定又は否定のいずれかとみなして処理を行うか、あるいは、直前に実行された堆積物除去動作実行ルーチン（但し、ステップＳ３１が肯定判断されたものに限る。）の最後の堆積物除去動作における実行開度を前回の実行開度とみなして処理を行えばよい。実行開度を与える角度θ°は、弁体１６が全閉位置Ｐｃから堆積物の除去に必要な範囲で開閉動作するように設定すればよいが、好ましくは、弁体１６が全閉位置Ｐｃを跨いで正方向及び負方向に往復する範囲に設定するとよい。このような動作を弁体１６に与えることにより、堆積物をさらに確実かつ効果的に除去することができる。特に弁体１６が全閉位置Ｐｃを通り過ぎる際にシールリング１８が半径方向中心側に弾性変形し、その後に半径方向外周側に復元する。このような動作によりシールリング１８の周囲に付着した堆積物をふるい落し、あるいはリング溝１６ａに入りかけている堆積物を押し出すことができるので、リング溝１６ａへの堆積物の侵入に対して高い防止効果を発揮させることができる。なお、角度θ°が必要以上に大きいと堆積物除去動作に伴う排気スモーク量の増加といった影響が相対的に大きくなるおそれがあるため、角度θ°は堆積物の除去に必要な範囲でなるべく小さな値に設定することが望ましい。

ステップＳ３５又はＳ３６にて実行開度を設定した後、ＥＣＵ３０はステップＳ３７に進み、ＥＧＲ弁１５のアクチュエータ２０に対し、目標開度に代えて実行開度を指示することにより、堆積物除去動作を実行する。続くステップＳ３８で、ＥＣＵ３０は、記憶された実行回数を、前回の実行回数から１を減算した値に更新し、その後にステップＳ３３へ戻る。以下、同様にして実行回数が０となるまでステップＳ３４〜Ｓ３８の処理が繰り返される。これにより、弁体１６が全閉位置Ｐｃ又はその近傍の目標開度から両方向にθ°ずつ少なくとも一往復するように駆動される。この動作により、弁体１６に付着し、あるいは弁座１５ｂに付着した堆積物が除去され、堆積物のさらなる増加、あるいはリング溝１６ａへの堆積物の侵入といった動作不良要因の発生が防止される。そして、ステップＳ３３にて実行回数が０と判断した場合、ＥＣＵ３０はステップＳ３９で積算堆積量を初期値の０にリセットし、ステップＳ４０でＥＧＲ弁１５の開度を堆積物除去動作実行時点における目標開度に戻す。その後、ＥＣＵ３０は今回の堆積物除去動作実行ルーチンを終了する。

以上の処理によれば、図４の堆積量積算ルーチンによってＥＧＲ弁１５に付着する堆積物の量を推定するための積算堆積量が算出され、図５の堆積物除去動作実行ルーチンに従って、積算堆積量が所定の限界量を超えた場合、ＥＧＲガスの流量が少流量域に制御されていることを条件として弁体１６が全閉位置Ｐｃを含む所定範囲で開閉駆動される。このため、エンジン１の運転中であっても、ＥＧＲ弁１５に動作不良のおそれが生じる以前の段階で堆積物を確実に除去することができ、しかも、排気スモーク量の増加、排気エミッションの悪化、ドライバビリティの悪化といった影響も抑えられる。エンジン１の運転中に堆積物除去動作を実行することができるので、その動作をエンジン１の停止時に限って実行する場合と比較して、堆積物除去動作の実行頻度を高めることができる。このため、堆積物の早期除去が可能となり、動作不良が発生する可能性を従来よりも低下させることができる。エンジン１の運転中には、空燃比センサの学習といった目的でＥＧＲ弁の開度が意図的に小開度域に制御されることが少なからず存在するが、このような制御に併せて堆積物除去動作の実行機会を確保することができる。従って、堆積物除去動作を実行する目的のみでＥＧＲ弁１５の開度を意図的に小開度域に制御しなくとも、適切な間隔で堆積物除去動作を実行することができる。さらに、ＥＧＲ弁１５がシールリング１８を備えたバタフライ型のＥＧＲ弁として構成されている場合には、堆積量に関する限界量を十分に小さく設定することにより、弁体１６の固着よりも早い段階で生じ得るリング溝１６ａへの堆積物の侵入を防止することができる。これにより、ＥＧＲ弁１５に動作不良が生じる可能性をさらに低下させることができる。

本発明は以上の形態に限らず、種々の形態にて実施することができる。例えば、堆積量の推定においては、上述したように図４のステップＳ２８で求める堆積量に堆積率を乗算してＥＧＲ弁１５に付着した堆積物の量そのものの推定値を求めてもよい。堆積率は一定値でもよいが、堆積率に影響を与える要因に応じて変化させてもよい。一例として、排気ガス温度、燃料成分等を考慮して堆積率を変化させることにより、堆積量をより高精度に求めてもよい。ＥＧＲ弁の目標開度と、そのＥＧＲ弁の前後差圧、つまり吸気通路５の圧力と排気通路６の圧力との差からＥＧＲガスの流量を推定し、その推定された流量とＰＭマップとを利用して堆積量を推定してもよい。ＥＧＲ弁１５における堆積物除去動作は目標開度を中心として前後に同一角度θ°ずつ弁体１６を往復動作させる例に限らない。例えば、目標開度に対する正方向、負方向で互いに異なる角度だけ弁体を動作させてもよい。目標開度に対応する位置を基準とせず、堆積動作実行時に一旦全閉位置Ｐｃへと弁体１６を復帰させ、その状態から前後に適当な角度ずつ弁体１６を駆動してもよい。

上記の形態では積算堆積量が限界量を超えたか否かによって堆積物除去動作の要否を区別しているが、本発明はこのような形態に限らない。例えば、堆積物除去動作の必要性を積算堆積量に応じて重み付けしつつ定量化し、その定量化された値が大きいほど堆積物除去動作の実行領域を流量が大くなる側に拡大して動作の早期実行を図るといった変形が可能である。堆積物除去動作の実行回数は積算堆積量の大小に拘わらず、一定回数としてもよい。ＥＧＲガスの流量が実行領域にあるか否かの判断は、上記の通りＥＧＲ弁の開度に置き換えて判断することができるが、これ以外の手段によっても判断することができる。例えば、ＥＧＲガスの流量が実行領域相当まで強制的に絞られるような制御（一例としてＡ／Ｆセンサの学習制御）が実行されているか否かを実行フラグ等に基づいて判別し、実行中と判別したときにＥＧＲガスの流量が実行領域にあると判断して堆積物除去動作の実行を許可してもよい。あるいは、Ａ／Ｆセンサの学習制御等が要求されたとき、これに先行して堆積物除去動作を実行してもよい。

ＥＧＲ弁はシールリングを備えたバタフライ型の弁に限らず、本発明は種々の型式のＥＧＲ弁を利用することができる。例えば、シールリングを有しないバタフライ型のＥＧＲ弁でも上記の形態と同様に堆積物除去動作を与えてよい。ポペット型の弁体を有するＥＧＲ弁であっても、弁体を全閉位置と小開度位置との間で開閉動作させることにより、弁体又は弁座の周囲に付着した堆積物の除去を図ることができる。本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンを燃料とする内燃機関といった各種の内燃機関に適用することができる。

本発明の一形態に係る排気ガス再循環装置が組み込まれたディーゼルエンジンの概略構成を示す図。 図１のＥＧＲ弁の弁体付近を示す部分断面図。 ＥＣＵが実行する堆積物除去制御ルーチンを示すフローチャート。 ＥＣＵが図３のサブルーチンとして実行する積算堆積量算出ルーチンを示すフローチャート。 ＥＣＵがが図３のサブルーチンとして実行する堆積物除去動作実行ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
５ 吸気通路
６ 排気通路
１１ 排気ガス再循環装置
１２ ＥＧＲ通路
１５ ＥＧＲ弁
１６ 弁体
１６ａ リング溝
１７ 弁軸
１８ シールリング
３０ エンジンコントロールユニット（堆積量推定手段、ＥＧＲ弁制御手段）
Ｐｃ ＥＧＲ弁の弁体の全閉位置

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路からＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ通路を通過する排気ガスの流量が運転状態に応じて定められる目標流量に制御されるように前記ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ弁制御手段と、を備えた内燃機関の排気ガス再循環装置において、
   前記ＥＧＲ弁に付着する堆積物の量を推定する堆積量推定手段をさらに備え、
   前記ＥＧＲ弁制御手段は、前記堆積量推定手段にて推定された堆積物の量に基づいて堆積物の除去が必要か否か判断し、必要と判断した場合には、前記ＥＧＲ通路の排気ガスの流量が所定の上限量よりも少流量域にあることを条件として、前記ＥＧＲ弁をその全閉位置から堆積物の除去に必要な範囲で開閉動作させる、
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装置。
2. 前記堆積量推定手段は、単位体積の排気ガスに含まれる粒子状物質の量を前記内燃機関の運転状態に基づいて取得し、得られた前記粒子状物質の量と前記ＥＧＲ通路を通過する排気ガスの流量とに基づいて、前記ＥＧＲ通路を通過する粒子状物質の量を求めることにより前記堆積物の量を推定する、ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス再循環装置。
3. 前記堆積量推定手段は、前記ＥＧＲ通路を通過する粒子状物質の量を求める処理を所定の周期で繰り返しつつ、各周期で得られた粒子状物質の量を積算し、その積算した粒子状物質の量から前記堆積物の量を推定する、ことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス再循環装置。
4. 前記ＥＧＲ弁制御手段は、前記堆積物の量が所定の限界量を超えた場合に前記堆積物の除去が必要と判断する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス再循環装置。
5. 前記ＥＧＲ弁制御手段は、前記ＥＧＲ弁を前記堆積物の除去に必要な範囲で開閉動作させる場合、当該動作時点で前記堆積量推定手段が推定する堆積物の量が大きいほど前記ＥＧＲ弁の前記開閉動作の実行回数が増加するように前記開閉動作を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス再循環装置。
6. 前記ＥＧＲ弁が板状の弁体を弁軸の回りに回転させて開度を変化させるバタフライ型のＥＧＲ弁として構成され、前記弁体の外周にはリング溝が設けられ、該リング溝には弾性を有するシールリングが嵌め合わされ、前記堆積物の除去に必要な範囲が前記全閉位置を跨ぐように設定されている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガス再循環装置。
7. 前記ＥＧＲ弁制御手段は、前記堆積量推定手段にて推定する堆積量が、前記リング溝に堆積物が侵入するおそれが生じる領域まで増加するよりも前の段階で前記堆積物の除去が必要と判断する、ことを特徴とする請求項６に記載の排気ガス再循環装置。

Images