JP2012246869A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲの実行による効果の減少を抑えつつ、コンプレッサに堆積したデポジットを除去することのできる内燃機関のＥＧＲ装置を提供する。
【解決手段】この装置は、過給器のコンプレッサが吸気通路に設けられた内燃機関に適用されて、内燃機関の運転領域が予め定められた実行領域であるときに、同内燃機関の排気通路内の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路におけるコンプレッサより吸気流れ方向上流側の部分に再循環させる。内燃機関が特定の運転状態であるときの過給器の過給効率が低下したときに（Ｓ１１：ＹＥＳ）、同過給効率が低下していないときと比較して前記実行領域を強制拡大させるとともに、その強制拡大した領域において凝縮水が発生する実行態様で上記装置によるＥＧＲを実行する（Ｓ１２）。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路を介して排気通路内の排気の一部を吸気通路に再循環させる内燃機関のＥＧＲ装置に関するものである。

内燃機関に、吸気通路に配設されたコンプレッサを有する過給器を搭載することが多用されている。また内燃機関に、ＥＧＲ（排気再循環）装置を搭載することも多用されている。ＥＧＲ装置は、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を備え、同ＥＧＲ通路を通じて排気通路内の排気の一部を吸気通路に戻して再循環させる。さらに、こうしたＥＧＲ装置において、ＥＧＲ通路の吸気通路側の部分がコンプレッサよりも吸気流れ方向上流側（以下、単に「上流側」）に接続されたものが知られている。そして通常、ＥＧＲ装置による吸気通路への排気の再循環（すなわちＥＧＲ）は、内燃機関の運転領域が予め定められた実行領域であるときに限って、すなわちＥＧＲの実行による効果（例えば排気中のＮＯｘ低減効果）が適正に得られるときに限って実行される。

こうしたＥＧＲ装置を備えた内燃機関では、高温の排気（ＥＧＲガス）が吸気通路におけるコンプレッサより上流側の部分に戻される。そのため、コンプレッサの下流側にＥＧＲガスを戻す装置と比較して、コンプレッサ付近のガス温度が高くなり易く、ＥＧＲガスに含まれるオイル成分などが高温に晒されることによって生じるデポジットのコンプレッサへの堆積を招き易い。そして、そうしたデポジットの堆積量が多くなると、コンプレッサによる吸入空気の圧縮性能、ひいては過給器の過給効率の低下を招いてしまう。

従来、特許文献１には、そうしたデポジット堆積による過給効率の低下を抑えるために、一時的にＥＧＲの実行を停止させるとともに吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側において洗浄剤を噴射することが提案されている。この装置では、コンプレッサに洗浄剤を供給することによってデポジットの除去が図られる。

特開２００８−１３８６２３号公報

特許文献１に記載の装置では、デポジットの除去を図る際に、一時的であるとはいえ、吸気通路へのＥＧＲガスの再循環が停止される。そのため、その分だけＥＧＲの実行機会が少なくなって、ＥＧＲの実行によって得られる効果（例えば排気中のＮＯｘ低減効果）が小さくなってしまう。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲの実行による効果の減少を抑えつつ、コンプレッサに堆積したデポジットを除去することのできる内燃機関のＥＧＲ装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の装置は、過給器のコンプレッサが吸気通路に設けられた内燃機関に適用される。そして、内燃機関の運転領域が予め定められた実行領域であるときには、内燃機関の吸気通路における上記コンプレッサより吸気流れ方向上流側の部分に同内燃機関の排気通路内の排気の一部がＥＧＲガスとして再循環される。このときには、ＥＧＲの実行による効果が適正に得られる。

しかも上記装置によれば、内燃機関が特定の運転状態であるときの過給器の過給効率が低下したことにより、コンプレッサにおけるデポジットの堆積量が多くなった可能性があると判定することができる。そして、この場合には過給効率が低下していないときと比較して吸気通路へのＥＧＲガスの再循環（すなわちＥＧＲ）の実行領域が強制拡大されるとともに、その強制拡大された領域において、少量のＥＧＲガスを吸気通路に再循環させる実行態様など、凝縮水が発生する実行態様でＥＧＲが実行される。そのため、凝縮水を含むＥＧＲガスと吸入空気との混合ガスを吸気通路におけるコンプレッサの配設部分に供給することができるようになり、同コンプレッサに堆積しているデポジットを凝縮水によって洗い流すことが可能になる。

このように請求項１に記載の装置によれば、ＥＧＲの実行による効果の減少を抑えつつ、コンプレッサに堆積したデポジットを除去することができるようになる。
請求項２に記載の装置では、吸気通路におけるコンプレッサより吸気流れ方向上流側の部分と排気通路とを連通するＥＧＲ通路を通過する際にＥＧＲガスが冷却されることによって同ＥＧＲガスの温度が低下する。また、そうしたＥＧＲガスの温度低下の度合いは、単位時間あたりにＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスの量が少ないときほど大きくなる。そのため、ＥＧＲ弁を小さい開度で開弁させて少量のＥＧＲガスをＥＧＲ通路に通過させることにより、ＥＧＲガスの温度を低い温度まで低下させて凝縮水を発生させることが可能になると云える。

上記装置では、凝縮水が発生する実行態様でＥＧＲを実行するべく、ＥＧＲ通路に取り付けられて同ＥＧＲ通路の通路断面積を変更するＥＧＲ弁が予め定めた小開度で開弁される。そのため、このときＥＧＲ通路を少量のＥＧＲガスが通過するようになり、同ＥＧＲガスの温度が低くなって凝縮水が発生するようになる。したがって請求項２に記載の装置によれば、ＥＧＲ通路内において凝縮水を発生させるとともに、その凝縮水をＥＧＲガスともども吸気通路に供給することができる。

請求項３に記載の装置によれば、前記ＥＧＲ通路にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラが取り付けられているために、ＥＧＲガスの温度低下の度合いが大きくなり易いことから、デポジットの除去のための凝縮水を容易に発生させることができる。

凝縮水の発生量が少なくなりすぎるとデポジットの除去を適正に行うことができない。また、凝縮水の発生量が多くなりすぎると、凝縮水の衝突によってコンプレッサの劣化が進むなどして、かえってコンプレッサの圧縮性能の低下を招くおそれがある。

この点、請求項４に記載の装置では、前記小開度、すなわち前記強制拡大した領域におけるＥＧＲ弁の開度として、ＥＧＲ弁を一定開度で開弁させたと仮定した場合における凝縮水の発生量が多い機関運転領域ほど小さい開度が設定される。これにより、凝縮水の発生量を、デポジットの除去とコンプレッサの圧縮性能の低下抑制との好適な両立を図ることのできる適正な量に調節することができるようになる。

請求項５に記載の装置では、過給器として内燃機関の運転状態とガス圧送量との関係を変更可能な可変容量型のものが設けられ、同過給器の作動量が、内燃機関の運転状態に基づき算出される過給圧についての制御目標値と実際の過給圧とが一致するようにフィードバック制御される。上記装置では、コンプレッサへのデポジットの堆積に起因して過給器の過給効率が低下すると、その分だけ過給圧が低くなるために、過給器の作動量が上記フィードバック制御を通じて過給圧を高める側の量になる。

請求項５に記載の装置によれば、過給器の作動量が内燃機関の運転状態に基づき算出される低下判定作動量より過給圧を高める側の量であるときに、コンプレッサへのデポジットの堆積に起因して過給器の過給効率が低下していると判定することができる。

請求項６では、前記実行領域を強制拡大した後に、過給器の作動量が内燃機関の運転状態に基づき算出される復帰判定作動量より過給圧を低下させる側の量になったときに、実行領域の強制拡大が解除される。これにより、コンプレッサに堆積したデポジットが適正に除去されて過給器の過給効率が復帰したことを判定して、デポジットの除去のための実行領域の強制拡大を解除することができる。

本発明を具体化した一実施の形態にかかる内燃機関のＥＧＲ装置の概略構成を示す略図。 過給器のタービンの断面構造を示す断面図。 タービンホイールと各ノズルベーンとの位置関係を示す略図。 デポジット除去処理の実行手順を示すフローチャート。 通常時における第１ＥＧＲ装置および第２ＥＧＲ装置のＥＧＲの実行領域を示す略図。

以下、本発明にかかる内燃機関のＥＧＲ装置を具体化した一実施の形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１１には、吸気流れ方向上流側（以下、単に「上流側」）から順に、過給器２０のコンプレッサ２１、インタークーラ１２、吸気絞り弁１３が取り付けられている。内燃機関１０の排気通路１４には、排気流れ方向上流側（以下、単に「上流側」）から順に、過給器２０のタービン２２、酸化触媒１５、排気浄化フィルタ１６、排気絞り弁１７が取り付けられている。

上記過給器２０としては、コンプレッサ２１の内部に設けられたコンプレッサホイール２１Ａとタービン２２の内部に設けられたタービンホイール２２Ａとが連結された排気駆動型のものであり、且つ同過給器２０によって回収する排気エネルギー量を変更可能な可変容量型のものが採用されている。詳しくは、過給器２０はタービンホイール２２Ａに吹き付けられる排気の流速を調整するための可変ノズル機構２３を備えており、同可変ノズル機構２３の作動制御を通じて内燃機関１０の気筒（図示略）内に強制的に送り込まれるガス（吸入空気とＥＧＲガスとの混合ガス）の量（ガス圧送量）と機関運転状態との関係が変更される。以下、そうした関係の変更態様について説明する。

図２に示すように、タービン２２の内部には渦巻き形状をなすスクロール通路２４が設けられている。このスクロール通路２４は内燃機関１０の排気通路１４（図１参照）の一部を構成しており、同スクロール通路２４の内部には内燃機関１０の排気が送り込まれる。また、タービン２２の内部にはスクロール通路２４内に送り込まれた排気をタービンホイール２２Ａへ向けて吹き付けるための環状通路２５が、同スクロール通路２４に沿って設けられている。そして、内燃機関１０の排気は、この環状通路２５によってその流速を高められつつタービンホイール２２Ａに吹き付けられる。この環状通路２５には、互いに同期した状態で開閉動作する複数のノズルベーン２６が設けられている。このノズルベーン２６は可変ノズル機構２３の一部を構成している。

図３に示すように、各ノズルベーン２６はタービンホイール２２Ａの回転軸Ｌ１周りにおいて所定間隔おきに配設されている。そして、可変ノズル機構２３の作動制御を通じて各ノズルベーン２６を一斉に開閉駆動して隣り合うノズルベーン２６同士の間隔を変更することにより、スクロール通路２４からタービンホイール２２Ａに吹き付けられる排気の流速が変更される。これにより、タービンホイール２２Ａの回転速度が調整され、ひいては吸気圧送量が調節される。

図１に示すように、内燃機関１０には、排気通路１４内の排気の一部をＥＧＲ（排気再循環）ガスとして吸気通路１１に戻すための二つのＥＧＲ装置（第１ＥＧＲ装置３０および第２ＥＧＲ装置４０）が取り付けられている。

第１ＥＧＲ装置３０は、排気通路１４におけるタービンホイール２２Ａより上流側の部分と吸気通路１１における吸気絞り弁１３より下流側の部分とを連通する第１ＥＧＲ通路３１を介して、ＥＧＲガスを再循環させる。第１ＥＧＲ通路３１には、その通路断面積を変更するための第１ＥＧＲ弁３２が取り付けられている。この第１ＥＧＲ弁３２の作動制御を通じて、第１ＥＧＲ通路３１を通過するＥＧＲガスの量、すなわち第１ＥＧＲ装置３０によって吸気通路１１に戻されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）が調節される。

第２ＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲガスを再循環させるための通路として、排気通路１４における排気浄化フィルタ１６および排気絞り弁１７の間の部分と吸気通路１１におけるコンプレッサ２１より上流側の部分とを連通する第２ＥＧＲ通路４１を備えている。第２ＥＧＲ通路４１には、その通路断面積を変更するための第２ＥＧＲ弁４２と、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３とが取り付けられている。そして、この第２ＥＧＲ弁４２の作動制御を通じて、第２ＥＧＲ通路４１を通過するＥＧＲガスの量、すなわち第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲ量が調節される。

内燃機関１０には、その周辺機器として、例えばマイクロコンピュータを備えて構成される電子制御装置５０が設けられている。この電子制御装置５０は各種センサの出力信号を取り込むとともにそれら出力信号をもとに各種の演算を行い、その演算結果に応じて燃料噴射弁（図示略）や、吸気絞り弁１３、排気絞り弁１７、可変ノズル機構２３、第１ＥＧＲ弁３２、ならびに第２ＥＧＲ弁４２の作動制御など、内燃機関１０の運転にかかる各種制御を実行する。

各種センサとしては、例えば内燃機関１０の出力軸（図示略）の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するための速度センサ５１や、吸気通路１１に設けられて同吸気通路１１を通過する空気の量（通路吸気量ＧＡ）を検出するための吸気量センサ５２を備える。また、ノズルベーン２６の開度（ノズル開度ＶＮ）を検出するための開度センサ５３や、吸気通路１１における吸気絞り弁１３より下流側に設けられて吸入空気の圧力（過給圧Ｐ）を検出するための過給圧センサ５４を備える。その他、第２ＥＧＲ通路４１に設けられて第２ＥＧＲ弁４２の排気通路１４側の部分と吸気通路１１側の部分との圧力差ΔＰを検出するための差圧センサ５５等も備えている。

本実施の形態では、可変ノズル機構２３の作動制御が次のように実行される。すなわち、機関回転速度ＮＥに基づいて過給圧Ｐについての制御目標値（目標過給圧ＴＰ）が算出されるとともに、同目標過給圧ＴＰと過給圧Ｐとが一致するように可変ノズル機構２３の作動量（ノズル開度ＶＮ）がフィードバック制御される。

また本実施の形態では、内燃機関１０の排気通路１４から吸気通路１１に戻されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）を調節するためのＥＧＲ制御として、第１ＥＧＲ弁３２の作動制御と第２ＥＧＲ弁４２の作動制御とが実行される。なお、排気通路１４から吸気通路１１へのＥＧＲガスの再循環は、吸気通路１１内の圧力と排気通路１４内の圧力との差を利用して行われる。

本実施の形態のＥＧＲ制御では先ず、電子制御装置５０により、内燃機関１０の燃料噴射量および機関回転速度ＮＥに基づいて、以下の各制御目標値が算出される。
・［目標ＥＧＲ率ＴＲＡ］内燃機関１０の気筒内に吸入される空気の量Ｖ１とＥＧＲガスの量Ｖ２との比率（ＥＧＲ率＝Ｖ２／［Ｖ１＋Ｖ２］）についての制御目標値。
・［目標ＥＧＲ比率ＴＲ１］内燃機関１０の気筒内に吸入されるＥＧＲガスのうちの第１ＥＧＲ装置３０による供給分が占める割合についての制御目標値（ただし、０≦ＴＲ１≦１．０）。
・［目標絞り弁開度］吸気絞り弁１３の開度についての制御目標値。
・［目標第１ＥＧＲ開度ＴＶ１］第１ＥＧＲ弁３２の開度についての制御目標値。
・［目標第２ＥＧＲ開度ＴＶ２］第２ＥＧＲ弁４２の開度についての制御目標値。

なお本実施の形態では、内燃機関１０の燃料消費量の低減や排気性状の悪化抑制を図ることが可能になる機関運転状態と各制御目標値との関係がそれぞれ実験やシミュレーションの結果に基づき予め求められて電子制御装置５０に記憶されている。そして各制御目標値は、それら関係から機関運転状態に基づきそれぞれ算出される。

第１ＥＧＲ装置３０によるＥＧＲ量の調節は、内燃機関１０の気筒内に吸入される空気の量Ｖ１と第１ＥＧＲ通路３１を介して再循環されて気筒内に吸入されるＥＧＲガスの量Ｖ３との比率（Ｖ３／［Ｖ１＋Ｖ３］）が、目標ＥＧＲ率ＴＲＡに目標ＥＧＲ比率ＴＲ１を乗算した値（ＴＲＡ×ＴＲ１）になるように実行される。この調節は、吸気絞り弁１３の作動制御を通じて吸気通路１１の通路断面積を変更することによって吸気通路１１と排気通路１４との圧力差（具体的には、過給圧Ｐ）を調節しつつ第１ＥＧＲ弁３２の作動制御を通じて第１ＥＧＲ通路３１の通路断面積を変更するといったように行われる。

詳しくは、目標絞り弁開度と実際の吸気絞り弁１３の開度とが一致するように吸気絞り弁１３の作動制御が実行される。
また、内燃機関１０の運転状態に基づいて第１ＥＧＲ装置３０による実際のＥＧＲ率についての推定値（実第１ＥＧＲ率ＲＥ１）が算出される。なお本実施の形態では、吸気通路１１、第１ＥＧＲ通路３１、第２ＥＧＲ通路４１およびその周辺部分の構造をモデル化した物理モデルが構築されており、この物理モデルを通じて上記実第１ＥＧＲ率ＲＥ１が算出される。詳しくは、実験やシミュレーションの結果をもとに各種の機関パラメータ（過給圧Ｐや、機関回転速度ＮＥ、通路吸気量ＧＡ、圧力差ΔＰ、実第１ＥＧＲ率ＲＥ１、後述する実第２ＥＧＲ率ＲＥ２など）を変数とするモデル式が予め定められて電子制御装置５０に記憶されており、同モデル式を通じて実第１ＥＧＲ率ＲＥ１が算出される。

そして、目標第１ＥＧＲ開度ＴＶ１、目標ＥＧＲ率ＴＲＡ、目標ＥＧＲ比率ＴＲ１、および実第１ＥＧＲ率ＲＥ１に基づいて第１ＥＧＲ弁３２の作動制御が実行される。詳しくは、目標第１ＥＧＲ開度ＴＶ１を見込み制御量とする見込み制御と、第１ＥＧＲ装置３０によるＥＧＲ率についての目標値（目標ＥＧＲ率ＴＲＡ×目標ＥＧＲ比率ＴＲ１）および実第１ＥＧＲ率ＲＥ１の偏差に基づくフィードバック制御とが実行される。

一方、第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲ量の調節は次のように実行される。すなわち、内燃機関１０の気筒内に吸入される空気の量Ｖ１と第２ＥＧＲ通路４１を介して再循環されて気筒内に吸入されるＥＧＲガスの量Ｖ４との比率（Ｖ４／［Ｖ１＋Ｖ４］）が、「１．０」から目標ＥＧＲ比率ＴＲ１を減算した値を目標ＥＧＲ率ＴＲＡに乗算した値（ＴＲＡ×［１．０−ＴＲ１］）になるように実行される。この調節は、第２ＥＧＲ弁４２の排気通路１４側の部分の圧力と吸気通路１１側の部分の圧力との差（前記圧力差ΔＰ）に応じて第２ＥＧＲ弁４２の作動制御を実行することによって第２ＥＧＲ通路４１の通路断面積を変更するといったように行われる。

具体的には、各種の機関パラメータに基づいて上記モデル式から、第２ＥＧＲ装置４０による実際のＥＧＲ率についての推定値（実第２ＥＧＲ率ＲＥ２）が算出される。そして、目標第２ＥＧＲ開度ＴＶ２、目標ＥＧＲ率ＴＲＡ、目標ＥＧＲ比率ＴＲ１、および実第２ＥＧＲ率ＲＥ２に基づいて第２ＥＧＲ弁４２の作動制御が実行される。詳しくは、目標第２ＥＧＲ開度ＴＶ２を見込み制御量とする見込み制御と、第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲ率についての目標値（ＴＲＡ×［１．０−ＴＲ１］）および実第２ＥＧＲ率ＲＥ２の偏差に基づくフィードバック制御とが実行される。

本実施の形態では、第２ＥＧＲ装置４０により、高温の排気（ＥＧＲガス）が吸気通路１１におけるコンプレッサ２１より上流側の部分に戻される。そのため、第２ＥＧＲ装置４０が設けられないものと比較して、コンプレッサ２１付近のガス温度が高くなり易く、ＥＧＲガスに含まれるオイル成分などが高温に晒されることによって生じるデポジットのコンプレッサ２１への堆積を招き易い。そして、そうしたデポジットの堆積量が多くなると、コンプレッサ２１による吸入空気の圧縮性能、ひいては過給器２０の過給効率の低下を招いてしまう。

この点をふまえて本実施の形態では、コンプレッサ２１へのデポジットの堆積量が多くなったときに、そのデポジットを除去するための処理（デポジット除去処理）を実行するようにしている。

図４に、デポジット除去処理の実行手順を示す。なお同図のフローチャートに示される一連の処理はデポジット除去処理の実行手順を概念的に示したものであり、実際の処理は所定周期毎の割り込み処理として電子制御装置５０により実行される。

図４に示すように、この処理では先ず、機関回転速度ＮＥおよび機関負荷（本実施の形態では、［燃料噴射量／機関回転速度ＮＥ］）に基づいて開始判定開度ＪＶＳＴが算出されるとともに、この開始判定開度ＪＶＳＴよりノズル開度ＶＮが小さいか否かが判断される（ステップＳ１１）。なお本実施の形態では、開始判定開度ＪＶＳＴが停止判定作動量として機能する。

ここで本実施の形態の装置では、コンプレッサ２１へのデポジットの堆積に起因して過給器２０の過給効率が低下すると、その分だけ過給圧Ｐが低くなるために、前述したフィードバック制御を通じて、ノズル開度ＶＮが過給圧Ｐを高める側の開度、すなわち小さい開度に変化する。そのため、ステップＳ１１の処理において、ノズル開度ＶＮが開始判定開度ＪＶＳＴより小さいことをもって、コンプレッサ２１へのデポジットの堆積に起因して過給器２０の過給効率が低下している可能性が高いと判定することができる。なお本実施の形態では、デポジットの堆積に起因する過給器２０の過給効率の低下を的確に判定することの可能な機関運転状態と開始判定開度ＪＶＳＴとの関係が実験やシミュレーションの結果をもとに予め求められて電子制御装置５０に記憶されており、ステップＳ１１の処理では同関係に基づいて開始判定開度ＪＶＳＴが算出される。

そして、ノズル開度ＶＮが開始判定開度ＪＶＳＴより小さいときには（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、コンプレッサ２１へのデポジットの堆積によって過給効率が低下している可能性が高いとして、同デポジットの除去を図るべく、以下のステップＳ１２の処理が実行される。なお、ノズル開度ＶＮが開始判定開度ＪＶＳＴ以上であるときには（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ１２の処理は実行されず、ステップＳ１１の処理が繰り返し実行される。

図５に、ノズル開度ＶＮが開始判定開度ＪＶＳＴ以上である通常時において、第１ＥＧＲ装置３０のみによりＥＧＲが実行される機関運転領域（図中の領域Ａ）と第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲが実行される機関運転領域（図中の領域Ｂ）とを示す。

ステップＳ１２の処理では先ず、第２ＥＧＲ装置４０によってＥＧＲが実行される領域が強制拡大される。具体的には、第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲが、通常時（図４のステップＳ１１：ＮＯ）においては領域Ｂ（図５）においてのみ実行されるのに対して、過給効率の低下時（図４のステップＳ１１：ＹＥＳ）においては領域Ｂに加えて領域Ａにおいても実行されるようになる。

そして、その強制拡大された領域（詳しくは、第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの実行領域のうちの強制拡大された領域［領域Ａ］）において、凝縮水が発生する実行態様で第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲが実行される。具体的には、予め定められた所定開度ＫＶ２が目標第２ＥＧＲ開度ＴＶ２として設定されて、第２ＥＧＲ弁４２が所定開度ＫＶ２で開弁される。

ここで本実施の形態では、ＥＧＲガスが第２ＥＧＲ通路４１（特にＥＧＲクーラ４３）を通過する際に冷却されることによって同ＥＧＲガスの温度が低下する。また、そうしたＥＧＲガスの温度低下の度合いは、単位時間あたりに第２ＥＧＲ通路４１を通過するＥＧＲガスの量が少ないときほど大きくなる。そのため、第２ＥＧＲ弁４２を小さい開度で開弁させて少量のＥＧＲガスを第２ＥＧＲ通路４１およびＥＧＲクーラ４３に通過させることにより、ＥＧＲガスの温度を低い温度まで低下させて凝縮水を発生させることが可能になると云える。

本実施の形態によれば、凝縮水が発生する実行態様で第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲを実行するべく、第２ＥＧＲ弁４２が予め定められた小開度（詳しくは、所定開度ＫＶ２）で開弁される。そのため、このとき第２ＥＧＲ通路４１を少量のＥＧＲガスが通過するようになり、同ＥＧＲガスの温度が低くなって凝縮水が発生するようになる。これにより、第２ＥＧＲ通路４１内において凝縮水を発生させるとともに、その凝縮水をＥＧＲガスともども吸気通路１１に供給することができる。

以下、ステップＳ１２の処理を実行することによる作用について説明する。
先ず、内燃機関１０の運転領域が予め定められた実行領域（領域Ｂ）であるときには、コンプレッサ２１に堆積したデポジットの除去が図られる状況であるとはいえ、過給器２０の過給効率が低下していない通常時と同一の実行態様で第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲが実行される。そのため、このときには第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの実行による効果として機関運転状態に見合う適正な効果を得ることができる。

しかも、内燃機関１０の運転領域が第２ＥＧＲ装置４０の実行領域における強制拡大された領域（領域Ａ）であるときには、所定開度ＫＶ２で第２ＥＧＲ弁４２を開弁させる実行態様、すなわち凝縮水を発生させる実行態様で第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲが実行される。これにより、凝縮水を含むＥＧＲガスと吸入空気との混合ガスが吸気通路１１におけるコンプレッサ２１の配設部分に供給されるようになり、同コンプレッサ２１に堆積しているデポジットが凝縮水によって洗い流されるようになる。なお本実施の形態では、実験やシミュレーションの結果に基づいて、凝縮水の発生量が不要に多くなることを抑えつつコンプレッサ２１に堆積したデポジットを適正に除去することの可能なだけの凝縮水を上記領域Ａにおいて発生させることのできる第２ＥＧＲ弁４２の開度が予め求められて電子制御装置５０に記憶されている。

したがって本実施の形態によれば、ＥＧＲの実行による効果の減少を抑えつつ、コンプレッサ２１に堆積したデポジットを除去することができるようになる。
ちなみに、前述した吸気通路内に洗浄剤を噴射する装置では洗浄剤を噴射するための装置が必要になるのに対して、本実施の形態にかかる装置では、新たな装置を設ける必要がないために、装置の複雑化や大型化を回避することができる。

ステップＳ１２の処理の実行が開始されると、これに合わせてステップＳ１３の処理の実行が開始される。このステップＳ１３の処理では、機関回転速度ＮＥおよび機関負荷に基づいて停止判定開度ＪＶＳＰが算出されるとともに、この停止判定開度ＪＶＳＰよりノズル開度ＶＮが大きいか否かが判断される。

そして、ノズル開度ＶＮが停止判定開度ＪＶＳＰより大きいときには（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、コンプレッサ２１に堆積したデポジットが適正に除去されて過給器２０の過給効率が復帰したとして、第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの実行領域の強制拡大が解除される（ステップＳ１４）。一方、ノズル開度ＶＮが停止判定開度ＪＶＳＰ以下であるときには（ステップＳ１３：ＮＯ）、コンプレッサ２１に堆積したデポジットが適正に除去されたと見込まれる程度に過給器２０の過給効率が高くなっていないとして、ステップＳ１４の処理は実行されず、ステップＳ１２およびステップＳ１３の処理が繰り返し実行される。

なお本実施の形態では、コンプレッサ２１に堆積したデポジットが適正に除去されたことを的確に判定することの可能な機関運転状態と停止判定開度ＪＶＳＰとの関係が実験やシミュレーションの結果をもとに予め求められて電子制御装置５０に記憶されており、ステップＳ１３の処理では同関係に基づいて停止判定開度ＪＶＳＰが算出される。また停止判定開度ＪＶＳＰとしては、機関回転速度ＮＥおよび機関負荷により定まる内燃機関１０の運転状態が同一の条件下において関係式［停止判定開度ＪＶＳＰ＞開始判定開度ＪＶＳＴ］を満たす値が算出される。これにより、ノズル開度ＶＮが開始判定開度ＪＶＳＴより小さくなることによるデポジットの除去のための処理の実行開始とノズル開度ＶＮが停止判定開度ＪＶＳＰより大きくなることによるデポジットの除去のための処理の実行停止とが、短い周期で交互に繰り返し行われることが回避される。本実施の形態では、停止判定開度ＪＶＳＰが復帰判定作動量として機能する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）デポジットの堆積によって過給器２０の過給効率が低下したと判断されるときに、過給効率が低下していないと判断されるときと比較して第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの実行領域を強制拡大するとともに、その強制拡大された領域において凝縮水を発生させる実行態様で第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲを実行するようにした。そのため、ＥＧＲの実行による効果の減少を抑えつつ、コンプレッサ２１に堆積したデポジットを除去することができる。

（２）強制拡大された領域Ａにおいて第２ＥＧＲ弁４２を所定開度ＫＶ２で開弁させるようにしたために、同領域Ａにおいて第２ＥＧＲ通路４１内において凝縮水を発生させるとともに、その凝縮水をＥＧＲガスともども吸気通路１１に供給することができる。

（３）第２ＥＧＲ通路４１にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３が取り付けられているために、ＥＧＲガスの温度低下の度合いが大きくなり易いことから、デポジットの除去のための凝縮水を容易に発生させることができる。

（４）内燃機関１０の運転状態に基づき算出される開始判定開度ＪＶＳＴよりノズル開度ＶＮが小さいことをもって、コンプレッサ２１へのデポジットの堆積に起因して過給器２０の過給効率が低下していると判定することができる。

（５）第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの実行領域を強制拡大した後に、内燃機関１０の運転状態に基づき算出される停止判定開度ＪＶＳＰよりノズル開度ＶＮが大きくなったときに、同実行領域の強制拡大を解除するようにした。これにより、コンプレッサ２１に堆積したデポジットが適正に除去されて過給器２０の過給効率が復帰したことを判定して、デポジットの除去のための実行領域の強制拡大を解除することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの実行領域が強制拡大された状態が所定期間にわたって継続されたときに、ノズル開度ＶＮが停止判定開度ＪＶＳＰより大きくなるのを待たずに同実行領域の強制拡大を解除するようにしてもよい。こうした装置によれば、図４のステップＳ１２の処理を継続して実行したにも関わらず過給器２０の過給性能を十分に回復させることができない場合に、それ以上の過給性能の回復を諦めて通常のＥＧＲ制御、すなわち第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの実行領域を強制拡大させないＥＧＲ制御に復帰させることができる。なお上記所定期間としては、一定時間や、機関出力軸が所定回数だけ回転するまでの期間、燃料噴射量の積算値が所定量になるまでの期間、第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの積算実行時間の一定時間になるまでの期間、第２ＥＧＲ通路４１内における凝縮水の発生が見込まれる時間の積算値が一定時間になるまでの期間などを採用可能である。要は、コンプレッサ２１に堆積したデポジットが適正に除去されるようになる期間であれば、上記所定期間として採用することができる。

・図４のステップＳ１１の処理に代えて、次のような処理を実行するようにしてもよい。すなわち先ず、内燃機関１０が特定の運転状態（機関回転速度ＮＥや機関負荷によって定められる狭い運転領域）であることを判断する判定実行条件を設定する。また、特定の運転状態に見合う開度判定値（一定の値）を予め設定しておく。そして、判定実行条件が成立していることを条件にノズル開度ＶＮと開度判定値とを比較し、その比較結果に基づいて、コンプレッサ２１へのデポジットの堆積に起因して過給器２０の過給効率が低下している可能性がある状態であるか否かを判断する。

・図４のステップＳ１１の処理では、内燃機関１０の運転状態と過給器２０の作動量（具体的には、ノズル開度ＶＮ）との関係に基づいて、コンプレッサ２１へのデポジットの堆積に起因して過給器２０の過給効率が低下している可能性がある状態であるか否かが判断される。この判断に、内燃機関１０の運転状態と過給器２０の作動量との関係を用いることに代えて、内燃機関１０の運転状態と過給圧Ｐとの関係や、内燃機関１０の運転状態と吸入空気量との関係などを用いるようにしてもよい。要は、内燃機関１０が特定の運転状態であるときの過給器２０の過給効率が低下したことを的確に判断することのできる関係であれば、任意の関係を上記判断に用いることができる。具体的には、機関回転速度ＮＥおよび機関負荷に基づいて判定圧力ＪＰを算出するとともに、この判定圧力ＪＰより過給圧Ｐが低いときに、コンプレッサ２１へのデポジットの堆積に起因して過給器２０の過給効率が低下している可能性があると判断するようにしてもよい。また、機関回転速度ＮＥおよび機関負荷に基づいて判定値ＴＧを算出するとともに、この判定値ＴＧより吸入空気量が少ないときに、コンプレッサ２１へのデポジットの堆積に起因して過給器２０の過給効率が低下している可能性があると判断することなども可能である。

・図４のステップＳ１２の処理において、第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの実行領域のうちの強制拡大された領域Ａにおける第２ＥＧＲ弁４２の開度を一定開度（所定開度ＫＶ２）に設定することに代えて、同第２ＥＧＲ弁４２の開度を可変設定するようにしてもよい。こうした装置によれば、凝縮水を発生させるための第２ＥＧＲ弁４２の開弁駆動を、凝縮水の発生量が適量になるように第２ＥＧＲ弁４２の開度を設定したりＥＧＲ制御による効果の減少度合いが小さく抑えられるように第２ＥＧＲ弁４２の開度を設定したりする等といったように、高い自由度で実行することができる。

具体的には、第２ＥＧＲ弁４２を一定開度で開弁させたと仮定した場合における凝縮水の発生量が多い機関運転領域ほど同第２ＥＧＲ弁４２の開度を小さい開度に設定する、といった構成を採用することができる。ここで凝縮水の発生量が少なくなりすぎると、コンプレッサ２１に堆積したデポジットの除去を適正に行うことができない。また、凝縮水の発生量が多くなりすぎると、凝縮水の衝突によってコンプレッサ２１の劣化が進むなどして、かえってコンプレッサ２１の圧縮性能の低下を招くおそれがある。この点、上記装置によれば、第２ＥＧＲ弁４２を一定開度で開弁させたと仮定した場合における凝縮水の発生量が多い機関運転領域ほど第２ＥＧＲ弁４２が小さい開度で開弁されるために、凝縮水の発生量を、デポジットの除去とコンプレッサ２１の圧縮性能の低下抑制との好適な両立を図ることのできる適正な量に調節することが可能になる。

・凝縮水を発生させるために、通常のＥＧＲ制御では第１ＥＧＲ装置３０および第２ＥＧＲ装置４０ともにＥＧＲが実行されない機関運転領域（図５における領域Ｃ）であり且つ排気温度が高い機関運転領域において第２ＥＧＲ弁４２を開弁させるようにしてもよい。こうした装置によれば、吸入空気とＥＧＲガスとの温度差が大きくなるときに第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲを実行することができる。そのため、このとき吸気通路１１の吸入空気と第２ＥＧＲ通路４１のＥＧＲガスとが合流する部分においてＥＧＲガスが急速に冷却される状況になるため、同部分において凝縮水を発生させることが可能になる。

・第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲの実行領域のうちの強制拡大された領域において第２ＥＧＲ弁４２を開弁させる際に、目標第２ＥＧＲ開度ＴＶ２として所定開度を設定することに代えて、目標ＥＧＲ比率ＴＲ１を小さい比率に補正するようにしてもよい。こうした装置によれば、第１ＥＧＲ装置３０によるＥＧＲ量を減少させるとともに第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲ量を増加させるようにＥＧＲ制御の実行態様を変更でき、これに伴い第２ＥＧＲ弁４２を開弁させることができる。しかも同装置によれば、ＥＧＲ制御によるＥＧＲ量の総量（第１ＥＧＲ装置３０によるＥＧＲ量と第２ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲ量との和）の変化が抑えられるため、ＥＧＲ制御の実行による効果の減少を抑えることができる。

・上記実施の形態にかかる装置は、第１ＥＧＲ装置３０が設けられずに第２ＥＧＲ装置４０が設けられる内燃機関にも、その構成を適宜変更したうえで適用することができる。
・本発明にかかるＥＧＲ装置は、排気駆動式の過給器が設けられた内燃機関に限らず、過給器のコンプレッサが吸気通路に設けられる内燃機関であれば、機関出力軸によってコンプレッサが駆動される機関駆動式の過給器が設けられた内燃機関などにも適用することができる。

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…インタークーラ、１３…吸気絞り弁、１４…排気通路、１５…酸化触媒、１６…排気浄化フィルタ、１７…排気絞り弁、２０…過給器、２１…コンプレッサ、２１Ａ…コンプレッサホイール、２２…タービン、２２Ａ…タービンホイール、２３…可変ノズル機構、２４…スクロール通路、２５…環状通路、２６…ノズルベーン、３０…第１ＥＧＲ装置、３１…第１ＥＧＲ通路、３２…第１ＥＧＲ弁、４０…第２ＥＧＲ装置、４１…第２ＥＧＲ通路、４２…第２ＥＧＲ弁、４３…ＥＧＲクーラ、５０…電子制御装置、５１…速度センサ、５２…吸気量センサ、５３…開度センサ、５４…過給圧センサ、５５…差圧センサ。

Claims (6)

1. 過給器のコンプレッサが吸気通路に設けられた内燃機関に適用されて、前記内燃機関の運転領域が予め定められた実行領域であるときに、同内燃機関の排気通路内の排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路における前記コンプレッサより吸気流れ方向上流側の部分に再循環させる内燃機関のＥＧＲ装置において、
   前記内燃機関が特定の運転状態であるときの前記過給器の過給効率が低下したときに、同過給効率が低下していないときと比較して前記実行領域を強制拡大するとともに、その強制拡大した領域において凝縮水が発生する実行態様で前記吸気通路へのＥＧＲガスの再循環を実行する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   当該装置は、前記排気通路と前記吸気通路における前記コンプレッサより吸気流れ方向上流側の部分とを連通するＥＧＲ通路を備えるとともに、前記ＥＧＲ通路にその通路断面積を変更するＥＧＲ弁が取り付けられてなり、
   前記凝縮水が発生する実行態様は、前記ＥＧＲ弁を予め定めた小開度で開弁させる実行態様である
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   当該装置は、前記ＥＧＲ通路にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラが取り付けられる
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
4. 請求項２または３に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   当該装置は、前記小開度として、前記ＥＧＲ弁を一定開度で開弁させたと仮定した場合における凝縮水の発生量が多い機関運転領域ほど、小さい開度を設定する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   前記過給器は、前記内燃機関の運転状態とガス圧送量との関係を変更可能な可変容量型のものであり、その作動量が、前記内燃機関の運転状態に基づき算出される過給圧についての制御目標値と実際の過給圧とが一致するようにフィードバック制御され、
   前記ＥＧＲ装置は、前記過給器の作動量が前記内燃機関の運転状態に基づき算出される低下判定作動量より過給圧を高める側の量であるときに、前記過給効率が低下しているときと判定する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   当該装置は、前記実行領域を強制拡大した後に、前記過給器の作動量が前記内燃機関の運転状態に基づき算出される復帰判定作動量より過給圧を低下させる側の量になったときに、前記実行領域の強制拡大を解除する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。

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