JP2009185791A - 内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機のタービンより下流の排気通路と過給機のコンプレッサより上流の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路を通じてＥＧＲガスを再循環させる排気再循環装置に関し、低圧ＥＧＲ通路に設けられた異物捕集装置に捕集されたＥＧＲガス中の異物を、より簡単な制御で除去し、車外に排出できる技術を提供する。
【解決手段】低圧ＥＧＲ管２３と排気管１９との接続部の下流側に配置された排気絞り弁１１と、異物捕集器３０と排気管１９における排気絞り弁１１の下流側とを連通する異物除去管３１とが備えられており、排気絞り弁１１の開度を制御することで、低圧ＥＧＲ管２３と異物除去管３１との間に圧力差を発生させ、その圧力差を利用して、異物捕集器３０中に捕集された異物を異物除去管３１から排気管１９へ排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気系を通過する排気の一部を吸気系に再循環させる内燃機関の排気再循環装置であって、特に、過給機のタービンより下流の排気系と過給機のコンプレッサより上流の吸気系とを連通する低圧ＥＧＲ通路を通じて排気を再循環させる排気再循環装置に関する。

内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯx」ともいう）の量を低減する技
術として、内燃機関の排気系を通過する排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」ともいう）装置が知られている。

また、より広い運転領域でＥＧＲを実施可能にする技術として、過給機のタービン下流の排気通路を通過する排気をコンプレッサ上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、タービン上流の排気通路を通過する排気をコンプレッサ下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ装置とを併設し、内燃機関の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ装置と高圧ＥＧＲ装置とを切換えまたは併用して、ＥＧＲを行う技術が知られている。

このような排気再循環装置において、低圧ＥＧＲ装置は排気通路中の排気浄化触媒あるいはフィルタの下流において排気通路からＥＧＲガスを取り出すため、排気浄化触媒からの脱落物や配管の溶接時に発生するスパッタ等の異物が吸気系に混入する可能性が高くなるという問題があった。そのため、ＥＧＲガス中の異物を除去するために低圧ＥＧＲ装置における排気の通路中に異物捕集装置を備える場合がある。

例えばこれに関連して、接続導管を介して内燃機関においてガスを戻す装置であって、排ガス通路と、内燃機関の吸気装置への接続部との間における接続導管において、フィルタエレメントが配置される装置が公知である。この装置においては、サイクロンをフィルタエレメントに前置させることで、サイクロンが粗い煤粒子を除去し、これによって、フィルタエレメントに長い使用寿命を与えるようにしている（特許文献１参照。）。

また、排気系から排気ガス環流制御弁に至るまでの排気ガス環流通路の部位に異物捕獲部を配置し、排気系から排気ガス環流通路に侵入した異物を、排気ガス環流制御弁に至る前に、異物捕獲部によって捕獲し、排気ガス環流制御弁を異物から保護する技術が提案されている（特許文献２参照。）。

しかし、上記の技術においては、内燃機関を長期使用した場合に、異物捕集装置（フィルタエレメントまたは異物捕獲部を含む）内に捕集された異物の堆積量が増加し、異物捕集装置における圧損が上昇し、燃費の悪化に繋がる場合があった。また、一度捕集した異物が異物捕集装置から再度排出され、吸気系に混入するおそれがあった。
特開２００２−１３００５８号公報 特開２０００−１７０６０８号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、過給機のタービンより下流の排気通路と過給機のコンプレッサより上流の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路を通じてＥＧＲガスを再循環させる排気再循環装置に適用される。そして、その目的とするところは、低圧ＥＧＲ通路に設けられた異物捕集装置に捕集されたＥＧＲガス中の異物を、より簡単
な制御で除去し、車外に排出できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、排気通路における過給機のタービンより下流側と、吸気通路における過給機のコンプレッサより上流側とを連通する低圧ＥＧＲ通路に、排気中の異物を捕集する異物捕集装置が備えられていることを前提としている。
そして、本発明においては、さらに、低圧ＥＧＲ通路と排気通路との接続部の下流側に配置された排気制御弁と、異物捕集装置を介して低圧ＥＧＲ通路と排気通路における排気制御弁の下流側とを連通する異物除去通路とが設けられ、
排気制御弁の開度を制御することで、低圧ＥＧＲ通路と異物除去通路との間に圧力差を発生させ、その圧力差を利用して、異物捕集装置中に捕集された異物を異物除去通路から排気通路へ除去することを最大の特徴とする。

より詳しくは、過給機のコンプレッサが内燃機関の吸気通路に設けられるとともに前記過給機のタービンが前記内燃機関の排気通路に設けられ、
前記タービンより下流の前記排気通路と前記コンプレッサより上流の前記吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ弁と、
前記排気通路における、前記低圧ＥＧＲ通路と該排気通路との接続部より下流側に備えられた排気制御弁と、
前記低圧ＥＧＲ通路における低圧ＥＧＲ弁の上流側に配置され、前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気中の異物を排気から分離して異物捕集部に捕集する異物捕集装置と、
前記低圧ＥＧＲ通路と、前記排気通路とを、前記異物捕集装置における前記異物捕集部を介して連通する異物除去通路と、を備え
前記排気制御弁の開度に応じて該排気制御弁の前後に生じる圧力差によって、前記異物除去通路に排気を流通させることを特徴とする。

これによれば、排気制御弁の開度を変更するという簡単な制御で、異物捕集装置に捕集された異物を除去し、車外に放出することができる。また、既存の排気制御弁を用いて処理可能であるため、異物捕集装置の異物除去のために新たな機構または部材を導入する必要がない。

また、本発明においては、前記内燃機関の減速運転時において、前記排気制御弁を閉弁側に制御することで前記圧力差を増加させ、前記異物捕集部を流通する排気により前記異物捕集部に捕集された異物を除去する異物除去制御を実行するようにしてもよい。

ここで、排気制御弁を閉弁側に制御すれば、低圧ＥＧＲ通路と異物除去通路との間の圧力差を増加させることが可能となる。そうすれば、低圧ＥＧＲ通路から異物捕集装置を経由して異物除去通路に排気を流通させることができ、その排気によって異物捕集装置に捕集された異物を除去することが可能となる。さらに、本発明においてはこの制御を内燃機関の減速運転時に行うようにしたので、吸気通路に再循環されるＥＧＲガスの量が減少しても燃焼状態や運転性能に影響が出ることを抑制できる。

また、本発明においては、前記内燃機関の吸気通路における、前記低圧ＥＧＲ通路と該吸気通路の接続部より上流側に、吸入空気量を制御するスロットル弁をさらに備え、
前記異物除去制御を実行する際には、前記低圧ＥＧＲ弁を開弁側に制御するとともに、前記スロットル弁を閉弁側に制御するようにしてもよい。

ここで、内燃機関の減速運転時には吸気が燃焼に曝されることなく排気通路に排出されるため、吸気におけるＥＧＲガスの割合が少なく新気の割合が多いと排気通路に設けられ
た触媒やセンサ素子などが過度に冷却されてしまうおそれがあった。そこで、本発明においては、異物捕集装置の異物を除去する際には、排気制御弁を閉弁側に制御するとともに、スロットル弁を閉弁側に制御し、さらに、低圧ＥＧＲ弁を開弁側に制御することとした。

そうすれば、内燃機関の減速運転時において異物捕集装置の異物を除去する際にも、過剰に多くの新気が導入されて排気通路に設けられた触媒やセンサ素子の温度を過度に低下させてしまうことを抑制できる。

また、本発明においては、前記排気通路における前記タービンと、前記低圧ＥＧＲ通路と該排気通路との接続部との間に配置され、前記排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気通路における排気浄化触媒の下流に配置され、前記排気浄化触媒から排出される排気の温度を検出する排気温度センサと、をさらに備え、
前記異物除去制御の実行中に、前記排気温度センサによって検出される排気の温度が所定温度以下となった場合は、該異物除去制御を終了するようにしてもよい。

ここで前述のように、内燃機関の減速運転時には吸気が燃焼に曝されることなく排気通路に排出されるため、吸気におけるＥＧＲガスの量が少なく新気の量が多いと排気通路に設けられた排気浄化触媒が冷却され、失活してしまうおそれがあった。

それに対し本発明によれば、排気温度センサによって前記排気浄化触媒から排出される排気の温度を検出することで、排気浄化触媒の温度が低下し、失活のおそれがあることをより正確に検知することが可能となる。そして、本発明においては、排気温度センサによって検出された排気の温度が所定温度以下となった場合には、排気浄化触媒の温度が低下し、失活のおそれがあるとして、異物除去制御を終了する。従って、本発明によれば、異物除去制御の実行中に排気浄化触媒の温度が低下し、失活などの不都合が生じることをより確実に抑制できる。ここで所定温度とは、排気浄化触媒から排出される排気の温度がこれ以下の場合には、排気浄化触媒の温度が低下しており、排気の浄化効率が低下するおそれがあると判断される閾値としての温度であり、予め実験などによって求められる。

また、本発明においては、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記低圧ＥＧＲ通路から吸気通路に再循環される排気の目標の温度である目標ＥＧＲガス温度を設定する目標ＥＧＲガス温度設定手段と、
前記低圧ＥＧＲ通路における前記異物捕集装置の下流側に配置され実際に低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の温度を検出するＥＧＲガス温検出手段と、
前記低圧ＥＧＲ通路における前記異物捕集装置の上流側に設けられ、該低圧ＥＧＲ通路を通過する排気を冷却するＥＧＲクーラと、をさらに備え、
前記目標ＥＧＲガス温度に対して前記ＥＧＲガス温検出手段によって検出された実際の排気の温度が低い場合には、排気制御弁を開弁側に制御し、前記目標ＥＧＲガス温度に対して前記ＥＧＲガス温検出手段によって検出された実際の排気の温度が高い場合には、前記排気制御弁を閉弁側に制御するようにしてもよい。

ここで本発明においては、内燃機関への吸気温度を、内燃機関の種々の運転状態を安定的に実現するために望ましい吸気温度とするために、内燃機関の運転状態に応じた目標のＥＧＲガス温度である目標ＥＧＲ温度が設定される。

また、本発明においては、排気制御弁の開度を閉弁側に制御することで、排気制御弁の前後における圧力差を増加させ、排気通路から低圧ＥＧＲ通路に流入する排気の量を増加させることができる。この場合、低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の一部は異物除去通路を
通過して排気通路に戻るが、低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の他の一部はそのまま吸気通路に再循環される。そして、低圧ＥＧＲ通路を通過する排気はＥＧＲクーラで冷却されている。従って、排気制御弁の開度を閉弁側に制御することでＥＧＲガス温度を低下させることができる。

それとは逆に、本発明においては、排気制御弁の開度を開弁側に制御することで、排気制御弁の前後における圧力差を減少させることができる。この場合、低圧ＥＧＲ通路においてはＥＧＲクーラによる圧損があるため、排気通路から異物除去通路に逆流して低圧ＥＧＲ通路に流入する排気の量を増加させることができる。これにより、ＥＧＲクーラを通過せずに吸気通路に再循環される排気の割合を増加させることができるため、ＥＧＲガス温度を上昇させることができる。

従って、本発明においては、目標ＥＧＲガス温度に対して実際に低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の温度（実際のＥＧＲガス温度）が低い場合には、排気制御弁を開方向に制御し、目標ＥＧＲガス温度に対して実際のＥＧＲガス温度が高い場合には、排気制御弁を閉方向に制御することにより、ＥＧＲガス温度を目標ＥＧＲガス温度に近づけることとした。

そうすれば、内燃機関への吸気の温度を運転状態に応じて望ましい温度に近づけることができ、より安定して内燃機関の運転状態を目標の状態とすることができる。

また、本発明においては、前記内燃機関における減速運転以外の所定の運転状態において、前記排気制御弁を閉弁側に制御することで異物除去制御を実行する場合には、前記排気制御弁を閉弁側に制御するとともに、少なくとも前記排気制御弁を閉弁側に制御した後の所定期間において、前記低圧ＥＧＲ弁を閉弁側に制御するようにしてもよい。

ここで、高速運転など比較的長時間に亘って定常運転が続くと、異物捕集装置内に捕集された異物が吸気系に排出されるおそれがあり、定常運転においても異物除去制御を行う必要がある場合が考えられる。しかし、定常運転など、減速運転以外の所定の運転状態において異物除去制御を行う場合には、排気制御弁を閉弁側に制御することで、低圧ＥＧＲ通路内の背圧が高くなっているため、異物除去制御の初期に過剰なＥＧＲガスが吸気通路に再循環され、失火などの燃焼異常を招来するおそれがあった。

そこで、本発明においては、減速運転以外の所定の運転状態において異物除去制御を実行する場合には、前記排気制御弁を閉弁側に制御するとともに、少なくとも前記排気制御弁の開度を閉じ側に制御してから所定期間において前記低圧ＥＧＲ弁を閉弁側に制御するようにした。ここで所定期間とは、排気制御弁を閉弁側に制御してから、この期間に亘って低圧ＥＧＲ弁を閉弁側に制御すれば、過剰なＥＧＲガスが吸気通路に再循環されることを抑制でき、失火などの燃焼異常を抑制できると判断できる閾値としての期間であり、予め実験などによって求められてもよい。

これによれば、少なくとも異物除去制御の初期において過剰な量のＥＧＲガスが吸気通路に再循環されることを抑制でき、失火などの燃焼異常が生じることを抑制できる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。また、上記において弁を開弁側あるいは閉弁側に制御するとは、弁開度がその時点において目標とされる開度でない場合に、開弁方向あるいは閉弁方向に作動させて目標開度に制御することを意味する。従って、弁開度がその時点において既に目標とされる開度となっている場合には、そのまま開弁側(気味)の開度あるいは閉弁側（気味）の開度を維持することも含む意味である。

本発明にあっては、過給機のタービンより下流の排気通路と過給機のコンプレッサより上流の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路を通じてＥＧＲガスを再循環させる排気再循環装置において、低圧ＥＧＲ通路に設けられた異物捕集装置に捕集されたＥＧＲガス中の異物を、より簡単な制御によって除去し、車外に排出させることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は本発明を適用する内燃機関及び吸排気系、制御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と各気筒２に燃料を噴射する４つの燃料噴射弁３を有するディーゼル機関である。

内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気管９との接続部近傍には、吸気管９の流路断面積を変更可能な第２スロットル弁１２が設けられている。第２スロットル弁１２は電気配線を介して後述するＥＣＵ２２に接続されている。第２スロットル弁１２は、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、吸気管９を流れる吸気の流量を調節する事ができる。第２スロットル弁１２より上流には、吸気管９を流れるガスを冷却するインタークーラ１３が設けられている。

インタークーラ１３より上流には、過給機１０のコンプレッサが格納されたコンプレッサハウジング６が設けられている。また、コンプレッサハウジング６のさらに上流側には吸気管９の流路断面積を変更可能な第１スロットル弁１７が設けられている。第１スロットル弁１７もＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいて吸気管９を流れる吸気の流量を調節する。吸気管９における第１スロットル弁１７のさらに上流側には、吸気管９を通過する吸気の量を検出するエアフローメータ２４と、新気に浮遊するゴミを除去するエアクリーナ２５が備えられている。ここで、吸気管９及び吸気マニホールド８は、本実施例において吸気通路を構成する。

一方、内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。排気マニホールド１８には集合管１６を介して過給機１０のタービンが格納されたタービンハウジング７が接続されている。タービンハウジング７の排気が流出する開口部には排気管１９が接続されている。排気管１９には排気浄化装置２０が設けられている。この排気浄化装置２０内には、排気中のＮＯxを浄化する排気浄化触媒としてのＮＯx触媒２０ａ及び、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ２０ｂが設けられている。

このＮＯx触媒２０ａは、その温度が活性温度以上に上昇した状態において、流入する
排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸収（吸蔵、吸着）し、流入する排気の酸
素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときには吸収していたＮＯxを放出しつつＮ_２に還
元する。また、排気浄化装置２０の直下流には、排気浄化装置２０から排出された排気の温度を検出する排気温度センサ２６が備えられている。

排気管１９における排気浄化装置２０より下流には排気管１９の流路断面積を変更可能な排気絞り弁１１が設けられている。この排気絞り弁１１は本実施例において排気制御弁に相当する。排気絞り弁１１より下流において排気管１９は大気に開放されている。排気絞り弁１１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号
に基づいてその弁開度が制御される事で、排気管１９を流れる排気の流量を調節する事ができる。ここで排気マニホールド１８、集合管１６及び排気管１９は、本実施例における排気通路を構成する。

排気管１９の排気浄化装置２０より下流かつ排気絞り弁１１より上流の箇所と、吸気管９のコンプレッサハウジング６より上流の箇所とは、低圧ＥＧＲ管２３によって連通されている。この低圧ＥＧＲ管２３は本実施例において低圧ＥＧＲ通路に相当する。低圧ＥＧＲ管２３には、低圧ＥＧＲ管２３を流れるガスを冷却するＥＧＲクーラ１４、低圧ＥＧＲ管２３の流路断面積を変更可能な低圧ＥＧＲ弁５が設けられている。低圧ＥＧＲ弁５は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されている。そして、低圧ＥＧＲ弁５は、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、低圧ＥＧＲ管２３を流れるガスの量を調節する事ができる（以下、低圧ＥＧＲ管２３を用いて行う排気再循環を「低圧ＥＧＲ」という場合がある。また、低圧ＥＧＲ管２３を流れるガスを「低圧ＥＧＲガス」という場合がある。）。

次に、排気マニホールド１８と吸気マニホールド８とは高圧ＥＧＲ管１５によって連通されている。高圧ＥＧＲ管１５には、高圧ＥＧＲ管１５の流路断面積を変更可能な高圧ＥＧＲ弁２１が設けられている。高圧ＥＧＲ弁２１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、高圧ＥＧＲ管１５を流れるガスの量を調節する事ができる（以下、以下、高圧ＥＧＲ管１５を用いて行う排気再循環を「高圧ＥＧＲ」という場合がある。また、高圧ＥＧＲ管１５を流れるガスを「高圧ＥＧＲガス」という場合がある。）。

また、内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御コンピュータであるＥＣＵ２２が併設されている。ＥＣＵ２２は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、前記各種センサによって検出される内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射等の既知の制御を行うとともに、高圧ＥＧＲ弁２１、低圧ＥＧＲ弁５、第２スロットル弁１２、第１スロットル弁１７、排気絞り弁１１等に対して開度指令信号を出力する。

そして、内燃機関１においては、運転状態が低負荷及び低回転数の場合には、応答性に優れる高圧ＥＧＲを優先して用いることによりＥＧＲ全体の応答性を確保している。また、内燃機関の運転状態が高負荷または高回転数の場合には、低圧ＥＧＲによる低圧ＥＧＲガスの再循環を促進するとともに高圧ＥＧＲによる高圧ＥＧＲガスの再循環を抑制し、ＥＧＲガスの温度が過剰に高温になることを抑制している。その結果、より広い運転状態の範囲において排気の再循環を可能としている。

ここで、低圧ＥＧＲ管２３におけるＥＧＲクーラ１４と低圧ＥＧＲ弁５との間の部分には、異物捕集器３０が備えられている。本実施例における異物捕集器３０はサイクロン式の異物捕集装置である。そして、異物捕集器３０と排気管１９における排気絞り弁１１の下流側との間は、異物除去管３１によって連通されている。この異物除去管３１は本実施例において異物除去通路に相当する。

図２には、異物捕集器３０の斜視図を示す。この異物捕集器３０は、概略中空円柱状の形状を有し、異物通過穴３０ｄが中央部に形成された閾板３０ｂによって、サイクロン発生部３０ａと異物貯留部３０ｃとに分割されている。低圧ＥＧＲ管２３を通過しＥＧＲクーラ１４で冷却された排気は、図２に示すように、異物捕集器３０のサイクロン発生部３０ａに導入される。導入された排気はサイクロン発生部３０ａにおいて旋回し、その際、排気に含まれる異物は遠心力でサイクロン発生部３０ａの内壁と衝突し、自重で閾板３０ｂの上に捕集され、または、異物通過穴３０ｄを通過して異物貯留部３０ｃに捕集される
。サイクロン発生部３０ａで旋回した排気は、異物捕集器３０の上部より、低圧ＥＧＲ管２３における低圧ＥＧＲ弁５側に排出される。ここで閾板３０ｂと異物貯留部３０ｃとは本実施例において異物捕集部を構成する。

上記のような異物捕集器３０においては、長期の使用によって、例えば閾板３０上に堆積した異物の量が増加し、この部分における圧損が上昇して燃費やエミッションが悪化する場合があった。また、閾板３０上に堆積した異物がそのまま吸気管９に再循環されてしまう場合があった。

そこで、本実施例においては、異物捕集器３０に所定量以上の異物が捕集された際に、排気絞り弁１１を閉弁側に制御し、低圧ＥＧＲ管２３と異物除去管３１との間の圧力差を増加させ、低圧ＥＧＲ管２３から異物捕集器３０のサイクロン発生部３０ａ、異物貯留部３０ｃを経由して異物除去管３１に流入する排気の量を増加させる異物除去制御を行うこととした。

これによれば、排気絞り弁１１を閉弁側に制御するという簡単な処理で、異物捕集器３０のサイクロン発生部３０ａ、異物貯留部３０ｃを通過する排気の量を増加させることができ、異物捕集器３０内に貯留した異物を除去することができる。ここで、異物捕集管３１は、異物捕集器３０の異物貯留部３０ｃを介して、低圧ＥＧＲ管２３と排気管１９とを連通している。

なお、本実施例においては、異物除去制御は、内燃機関１の減速運転中に限って行うこととしている。そうすれば、低圧ＥＧＲ管２３を通過する低圧ＥＧＲガスが、吸気管９に再循環されずに異物除去管３１から排気管１９に流出したとしても、運転状態に影響を及ぼすことを回避できる。

図３には、本実施例における異物除去ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ２２におけるＲＯＭに記憶されたプログラムであって、内燃機関１が稼動中は、ＥＣＵ２２によって所定期間毎に実行されるルーチンである。

本ルーチンが実行されるとまず、Ｓ１０１において異物除去タイミングか否かが判定される。この異物除去タイミングは、異物捕集器３０に所定量以上の異物が捕集されたと判断されるタイミングでもよく、例えば、図示しないセンサによって、異物捕集器３０の両端の圧力差を検出し、当該圧力差が所定圧以上か否かによって異物除去タイミングと判定してもよい。また、内燃機関１の運転状態の履歴から異物の捕集量を推測してもよい。さらには、一定期間が経過する毎に異物除去タイミングと判定されるようにしてもよい。ここで異物除去タイミングであると判定された場合にはＳ１０２に進む。一方、異物除去タイミングでないと判定された場合にはそのまま本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ１０２においては、内燃機関１が減速運転中か否かが判定される。これは、減速運転中にＯＮされる減速運転フラグの値を読み込むことによって判定してもよい。ここで内燃機関１が減速運転中と判定された場合にはＳ１０３に進む。一方、減速運転中でないと判定された場合にはそのまま本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ１０３においては内燃機関１の機関回転数より、排気絞り弁１１の目標開度である排気絞り開度が設定される。すなわち、機関回転数によって排気流量が決定されるので、低圧ＥＧＲ管２３と異物除去管３１との間の圧力差を、異物除去に充分な値とするために必要な開度を機関回転数に応じて設定する。また、目標開度を設定する際には、エンジンブレーキの効き具合など、内燃機関の運転性能に及ぼす影響についても考慮される。具体的には、機関回転数と、排気絞り開度との関係を予め実験などによって求めてマップ化して
おき、この時点における機関回転数に応じた排気絞り弁開度の値を当該マップから読み出すようにしてもよい。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、排気絞り弁１１の開度をＳ１０３で導出された排気絞り弁開度まで閉弁する。Ｓ１０４の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例においては、サイクロン方式の異物捕集器３０と、排気通路とを連通する異物除去管３１を備えるようにし、異物捕集器３０に異物が貯留した場合には、排気絞り弁１１の開度を閉弁側に制御することで、低圧ＥＧＲ管２３と異物除去管３１との間の圧力差を増加させて、この圧力差に起因する排気の流れによって異物捕集器３０中の異物を除去する異物除去制御を行うこととした。これにより、排気絞り弁１１の開度を閉弁側に作動させるという簡単な制御によって、より確実に異物捕集器３０中の異物を除去することができる。なお、上記のＳ１０４の処理においては、排気絞り弁１１を閉弁側に制御するとともに、低圧ＥＧＲ弁５も閉弁側に制御してもよい。これにより、排気による異物除去の効果はさらに増大する。

また、本実施例では異物除去制御は、内燃機関１の減速運転中に限って行なわれるので、異物除去制御によって低圧ＥＧＲガスの再循環量が減少しても、内燃機関１の運転状態に影響が及ぶことを抑制できる。

なお、本実施例においては、図４に示すように、異物除去制御において、上記のとおりＳ１０４の処理において排気絞り弁１１の開度を閉弁側に制御するとともに、Ｓ２０１の処理において、低圧ＥＧＲ弁５を全開し且つ、第１スロットル弁１７を全閉にする制御を行なってもよい。そうすれば、異物除去制御中に内燃機関１に導入され、排気浄化装置２０に導入される低温の新気量を減少させることができ、排気浄化装置２０のＮＯx触媒２
０ａが冷却されて温度が低下してしまうことを抑制できる。なお、Ｓ２０１の処理においては、低圧ＥＧＲ弁５を開弁側に制御し、第１スロットル弁１７を閉弁側に制御すればよく、必ずしも、低圧ＥＧＲ弁５を全開し且つ、第１スロットル弁１７を全閉にする必要はないことは当然である。

また、本実施例においては、図５に示すように、異物除去制御において、図４で示した制御を行うとともに、さらに、排気浄化装置２０から排出される排気の温度がＮＯx触媒
２０ａの活性化温度Ｔbed以下になった場合には異物除去制御を終了するようにしてもよ
い。なお、Ｔbedは前述のようにＮＯx触媒２０ａの活性化温度とする他、高温側または低温側にある程度のマージンを見込んだ温度としてもよい。

具体的には、Ｓ２０１の処理の終了後はＳ３０１に進み、排気温度センサ２６によって排気浄化装置２０から排出された排気の温度を取得する。そして、Ｓ３０２においては、得られた排気温度がＮＯx触媒２０ａの活性化温度Ｔbed以下か否かを判定し、否定判定された場合にはＳ１０１の処理の前に戻るとともに、肯定判定された場合にはＳ３０３に進む。

Ｓ３０３においては、排気絞り弁１１の開度、低圧ＥＧＲ弁５の開度及び第１スロットル弁１７の開度を通常運転における開度に復帰させて異物除去制御を終了させる。Ｓ３０３の処理が終了すると本ルーチンを終了する。

このような制御を行なえば、異物除去制御中に内燃機関に導入される新気の量が増加することで、排気浄化装置２０におけるＮＯx触媒２０ａの温度が低下し、ＮＯxの浄化効率が低下してしまう不都合をより確実に抑制できる。

なお、本実施例においては、異物捕集器３０としてサイクロン方式のものを用いた例について説明したが、本発明における異物捕集装置はこれに限定されるものではない。異物捕集装置の他の例としては、慣性衝突型の異物捕集装置を挙げることができる。また、本実施例における内燃機関１はディーゼル機関としたが、本発明をガソリン機関など他の形式の内燃機関に適用可能であることは言うまでもない。

次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、内燃機関の通常運転時に異物除去制御を実行する場合の制御について説明する。なお、本実施例における内燃機関及び吸排気系、制御系は、図１に示したものと同等である。

実施例１に示したように、異物除去制御は、内燃機関が減速運転中に行うようにするのが望ましい。しかし、減速運転中にしか異物除去制御を行わないこととすると、高速道路での運転中などに内燃機関の定常運転が長時間継続されると、異物除去制御が長時間行なわれないため、異物捕集器内に捕集された異物の堆積量が増加し、吸気系に排出されるおそれがあった。従って、本実施例においては、内燃機関の減速運転以外の通常運転中においても異物除去制御を行うこととした。

しかしながら、通常運転において異物除去制御を行なった場合は、排気絞り弁１１が閉弁側に制御されるために、制御の初期において過剰な低圧ＥＧＲガスが吸気系に再循環され、失火などの燃焼異常を生じるおそれがあった。

そこで、本実施例においては、通常運転中において異物除去制御を行う場合には、排気絞り弁１１を閉弁側に制御するとともに、その後の所定期間Δｔ１に亘り低圧ＥＧＲ弁５を閉弁側に制御することとした。

図６には、本実施例における異物除去ルーチン２についてのフローチャートを示す。以下、図３に示した異物除去ルーチンと同等の処理には同一の符号を付するとともに説明は省略する。また、本ルーチンと異物除去ルーチンとの相違点についてのみ説明する。

本ルーチンのＳ４０１においては、内燃機関１の運転状態が通常運転中か否かが判定される。ここで通常運転中とは、減速運転中以外の運転状態を示す。この判定は、先述の減速運転フラグの値を読み込むことによって行なってもよい。ここで肯定判定された場合にはＳ１０３に進む。一方、Ｓ４０１で否定判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。

また、本ルーチンでは、Ｓ１０４において排気絞り弁１１を閉弁側に制御した後に、Ｓ４０２に進む。Ｓ４０２においては、低圧ＥＧＲ弁５を閉弁側に制御する。この際の低圧ＥＧＲ弁５の目標開度は、予め実験などによって一定値に定めておいてもよいし、内燃機関１の運転状態と望ましい開度との関係を実験などによって求めてマップ化しておき、この時点における内燃機関１の運転状態に応じて、望ましい開度をマップから読み出して決定するようにしてもよい。Ｓ４０２の処理が終了するとＳ４０３に進む。

Ｓ４０３においては、Ｓ４０２の処理が実行されてから所定期間Δｔ１が経過したか否かが判定される。ここで所定期間Δｔ１が経過していないと判定された場合には、Ｓ４０３の処理が再度実行され、所定期間Δｔ１が経過したと判定されるまで本処理が繰り返し実行される。Ｓ４０３において所定期間が経過したと判定された場合にはＳ４０４に進む。

Ｓ４０４においては、低圧ＥＧＲ弁５の開度を復帰させる。Ｓ４０４の処理が終了する
と本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したとおり、本実施例によれば、通常運転時に異物除去制御を実行する場合には、排気絞り弁１１を閉弁側に制御するとともに、その後の所定期間に亘って低圧ＥＧＲ弁５を閉弁側に制御するので、異物除去制御の開始時に過剰の低圧ＥＧＲガスが吸気管９に再循環されることを抑制でき、失火などの燃焼異常が生じることを抑制できる。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、例えば実施例２で説明した、通常運転中の異物除去制御の継続中にも適用可能な処理の例について説明する。なお、本実施例における内燃機関及び吸排気系、制御系は、図７に示す。図７と図１との相違点は、図７には、低圧ＥＧＲ管２３の異物捕集器３０と低圧ＥＧＲ弁５との間にＥＧＲ温度センサ３２が備えられている点である。

先述したように、排気絞り弁１１を閉弁側に制御することで、低圧ＥＧＲ管２３と異物除去管３１の間の圧力差を増加させ、排気管１９から低圧ＥＧＲ管２３に流入する排気の量を増加させることができる。この場合、低圧ＥＧＲ管２３を通過する排気の一部は異物除去管３１を通過して排気管１９に戻るが、低圧ＥＧＲ管２３を通過する排気の他の一部はそのまま吸気管９に再循環される。そして、低圧ＥＧＲ管２３を通過する排気はＥＧＲクーラ１４で冷却されているため、結果として吸気管９に再循環される低圧ＥＧＲガスの温度を相対的に低下させることができる。

一方、排気絞り弁１１を開弁側に制御することで、排気絞り弁１１の前後における圧力差を減少させることができる。この場合、低圧ＥＧＲ管２３には、ＥＧＲクーラ１４による圧損が生じているため、排気管１９から異物除去管３１に逆流して低圧ＥＧＲ管２３に流入する排気の量を増加させることができる。そうすると、ＥＧＲクーラ１４を通過せずに吸気管９に再循環される排気の量を増加させることができるため、結果として吸気管９に再循環される低圧ＥＧＲガスの温度を相対的に上昇させることができる。

本実施例においては、内燃機関１の運転状態に応じた目標のＥＧＲガス温度である目標ＥＧＲガス温度に対し、実際のＥＧＲガスの温度が低い場合には、排気絞り弁１１を開弁側に制御し、目標ＥＧＲガス温度に対して実際のＥＧＲガスの温度が高い場合には、排気絞り弁１１を閉弁側に制御することにより、ＥＧＲガスの温度を目標ＥＧＲガス温度に近づけることとした。

そうすれば、内燃機関１に導入される吸気の温度を運転状態に応じて望ましい温度に近づけることができ、より安定して内燃機関１を目標の運転状態とすることができる。

図８には、本実施例における異物除去時温度制御ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンは、異物除去制御が実行されている間は、ＥＣＵ２２によって所定時間毎に実行されるルーチンである。

本ルーチンが実行されると、まずＳ５０１において、内燃機関１の運転状態より、目標ＥＧＲガス温度Ｔegrが導出される。具体的には、内燃機関１の運転状態（機関負荷、機
関回転数）と目標ＥＧＲガス温度Ｔegrとの間の関係が格納されたマップから、この時点
における内燃機関１の運転状態に応じた目標ＥＧＲガス温度Ｔegrの値が読み出されるこ
とにより導出される。Ｓ５０１の処理が終了するとＳ５０２に進む。

Ｓ５０２においては、低圧ＥＧＲ管２３の異物捕集器３０と低圧ＥＧＲ弁５との間に設けられたＥＧＲ温度センサ３２によって、実際のＥＧＲガス温度が取得される。Ｓ５０２
の処理が終了するとＳ５０３に進む。

Ｓ５０３においては、実際のＥＧＲガス温度がＴegrより高いか否かが判定される。こ
こで、実際のＥＧＲガス温度がＴegrより高いと判定された場合にはＳ５０４に進む。一
方、実際のＥＧＲガス温度がＴegr以下と判定された場合にはＳ５０６に進む。

Ｓ５０４においては、実際のＥＧＲガス温度とＴegrとの差の絶対値が所定値ΔＴ以上
か否かが判定される。ここでΔＴは、実際のＥＧＲガス温度とＴegrとの差の絶対値がこ
れ以下の場合には、実際のＥＧＲガス温度が略Ｔegrと同等であると判断できる閾値であ
り、予め実験などによって若しくは理論的に求められる。

Ｓ５０４において肯定判定された場合にはＳ５０５に進む。一方、否定判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ５０５においては、排気絞り弁１１の開度を閉弁側にΔθだけ変更する。ここでΔθは、排気絞り弁１１の開度を微調整するために予め定められた角度である。Ｓ５０５の処理が終了するとＳ５０４に戻り、再度、実際のＥＧＲガス温度とＴegrとの差の絶対値が
所定値ΔＴ以上か否かが判定される。そして、Ｓ５０４において否定判定されるまで、これらの処理が繰り返し実行される。

Ｓ５０６においても、実際のＥＧＲガス温度とＴegrとの差の絶対値が所定値ΔＴ以上
か否かが判定される。Ｓ５０６において肯定判定された場合にはＳ５０７に進む。一方、否定判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ５０７においては、排気絞り弁１１の開度を開弁側にΔθだけ変更する。Ｓ５０７の処理が終了するとＳ５０６に戻り、再度、実際のＥＧＲガス温度とＴegrとの差の絶対値
が所定値ΔＴ以上か否かが判定される。そして、Ｓ５０６において否定判定されるまで、これらの処理が繰り返し実行される。

以上、説明したように、本実施例においては、実際のＥＧＲガス温度が目標ＥＧＲガス温度Ｔegrより高い場合には、排気絞り弁１１の開度を閉弁側に制御し、実際のＥＧＲガ
ス温度が目標ＥＧＲガス温度Ｔegr以下の場合には、排気絞り弁１１の開度を開弁側に制
御することで、異物除去制御中における低圧ＥＧＲガスの温度を目標ＥＧＲガス温度に近づけることとした。

これによれば、内燃機関１の運転状態に応じて要求される吸気温度を実現することができ、内燃機関１の燃焼状態をより安定化させることが可能となる。

なお、上記の異物除去時温度制御ルーチンにおいて、Ｓ５０１の処理を実行するＥＣＵ２２は、本実施例において目標ＥＧＲガス温度設定手段を構成する。また、ＥＧＲ温度センサ及びＳ５０２の処理を実行するＥＣＵ２２は、本実施例においてＥＧＲガス温検出手段を構成する。

なお、本実施例の制御によれば、低圧ＥＧＲガスの温度を制御することが可能となるため、低圧ＥＧＲ装置によるＥＧＲ（低圧ＥＧＲ）を実施可能な運転領域を広げることが可能となる。これにより、高圧ＥＧＲ装置（高圧ＥＧＲ管１５及び高圧ＥＧＲ弁２１）を省略できる可能性もある。

本発明の実施例１に係る内燃機関及びその吸排気系、制御系の概略図である。 本発明の実施例１に係る異物捕集器についての斜視図である。 本発明の実施例１に係る異物除去ルーチンについてのフローチャートである。 本発明の実施例１に係る異物除去ルーチンの別の例についてのフローチャートである。 本発明の実施例１に係る異物除去ルーチンの別の例についてのフローチャートである。 本発明の実施例２に係る異物除去ルーチン２についてのフローチャートである。 本発明の実施例３に係る内燃機関及びその吸排気系、制御系の概略図である。 本発明の実施例３に係る異物除去時温度制御ルーチンについてのフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
５・・・低圧ＥＧＲ弁
６・・・コンプレッサハウジング
７・・・タービンハウジング
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気管
１０・・・過給機
１１・・・排気絞り弁
１２・・・第２スロットル弁
１３・・・インタークーラ
１４・・・ＥＧＲクーラ
１５・・・高圧ＥＧＲ管
１６・・・集合管
１７・・・第１スロットル弁
１８・・・排気マニホールド
１９・・・排気管
２０・・・排気浄化装置
２０ａ・・・ＮＯx触媒
２０ｂ・・・フィルタ
２１・・・高圧ＥＧＲ弁
２２・・・ＥＣＵ
２３・・・低圧ＥＧＲ管
２４・・・エアフローメータ
２５・・・エアクリーナ
２６・・・排気温度センサ
３０・・・異物捕集器
３１・・・異物除去管
３２・・・ＥＧＲ温度センサ

Claims (6)

1. 過給機のコンプレッサが内燃機関の吸気通路に設けられるとともに前記過給機のタービンが前記内燃機関の排気通路に設けられ、
   前記タービンより下流の前記排気通路と前記コンプレッサより上流の前記吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路と、
   前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ弁と、
   前記排気通路における、前記低圧ＥＧＲ通路と該排気通路との接続部より下流側に備えられた排気制御弁と、
   前記低圧ＥＧＲ通路における低圧ＥＧＲ弁の上流側に配置され、前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気中の異物を排気から分離して異物捕集部に捕集する異物捕集装置と、
   前記低圧ＥＧＲ通路と、前記排気通路とを、前記異物捕集装置における前記異物捕集部を介して連通する異物除去通路と、を備え
   前記排気制御弁の開度に応じて該排気制御弁の前後に生じる圧力差によって、前記異物除去通路に排気を流通させることを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
2. 前記内燃機関の減速運転時において、前記排気制御弁を閉弁側に制御することで前記圧力差を増加させ、前記異物捕集部を流通する排気により前記異物捕集部に捕集された異物を除去する異物除去制御を実行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再循環装置。
3. 前記内燃機関の吸気通路における、前記低圧ＥＧＲ通路と該吸気通路の接続部より上流側に、吸入空気量を制御するスロットル弁をさらに備え、
   前記異物除去制御を実行する際には、前記低圧ＥＧＲ弁を開弁側に制御するとともに、前記スロットル弁を閉弁側に制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置。
4. 前記排気通路における前記タービンと、前記低圧ＥＧＲ通路と該排気通路との接続部との間に配置され、前記排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化触媒と、
   前記排気通路における排気浄化触媒の下流に配置され、前記排気浄化触媒から排出される排気の温度を検出する排気温度センサと、をさらに備え、
   前記異物除去制御の実行中に、前記排気温度センサによって検出される排気の温度が所定温度以下となった場合は、該異物除去制御を終了することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排気再循環装置。
5. 前記内燃機関の運転状態に応じて、前記低圧ＥＧＲ通路から吸気通路に再循環される排気の目標の温度である目標ＥＧＲガス温度を設定する目標ＥＧＲガス温度設定手段と、
   前記低圧ＥＧＲ通路における前記異物捕集装置の下流側に配置され実際に低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の温度を検出するＥＧＲガス温検出手段と、
   前記低圧ＥＧＲ通路における前記異物捕集装置の上流側に設けられ、該低圧ＥＧＲ通路を通過する排気を冷却するＥＧＲクーラと、をさらに備え、
   前記目標ＥＧＲガス温度に対して前記ＥＧＲガス温検出手段によって検出された実際の排気の温度が低い場合には、排気制御弁を開弁側に制御し、前記目標ＥＧＲガス温度に対して前記ＥＧＲガス温検出手段によって検出された実際の排気の温度が高い場合には、前記排気制御弁を閉弁側に制御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再循環装置。
6. 前記内燃機関における減速運転以外の所定の運転状態において、前記排気制御弁を閉弁側に制御することで前記圧力差を増加させ、前記異物捕集部を流通する排気により前記異物捕集部に捕集された異物を除去する異物除去制御を実行する場合には、前記排気制御弁
   を閉弁側に制御するとともに、少なくとも前記排気制御弁を閉弁側に制御した後の所定期間において、前記低圧ＥＧＲ弁を閉弁側に制御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再循環装置。

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