JP2013036445A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラ内における凝縮水の発生を抑え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、内燃機関の吸気通路および排気通路１４を連通する第２ＥＧＲ通路４１と、第２ＥＧＲ通路４１に設けられて排気を冷却するためのＥＧＲクーラ４３と、第２ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラ４３より排気流れ方向上流側に設けられて排気中の異物を除去するためのＥＧＲフィルタ２３とを備える。ＥＧＲフィルタ２３は、熱容量の大きい第１フィルタ部２６と、熱容量の小さい第２フィルタ部２７と、それらフィルタ部２６，２７を通過する排気の量を調節する制御弁２８とを備える。ＥＧＲクーラ４３の温度が低いときに、同温度が高いときと比較して第１フィルタ部２６を通過する排気の量が多くなるように、制御弁２８の作動制御を実行する。
【選択図】図２

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、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を備えた排気再循環（ＥＧＲ）装置を設けることが多用されている。このＥＧＲ装置では、ＥＧＲ通路を介して排気通路内の排気の一部を吸気通路に戻すことによって排気の吸気通路への再循環が行われる。

また、特許文献１に記載の装置のように、ＥＧＲ通路の途中に、排気を冷却するためのＥＧＲクーラや、排気に含まれる異物（例えば、排気浄化触媒の破片など）を除去するためのＥＧＲフィルタを設けることが提案されている。

特開２０１０−１５６２７２号公報

ＥＧＲクーラが設けられたＥＧＲ装置においては、ＥＧＲクーラにより冷却されて排気温度が低下する過程において、排気中の水分が凝縮して凝縮水になることがある。この凝縮水は、機関温度が低く排気温度も低い内燃機関の始動時において発生し易い。

そして、ＥＧＲクーラ内において凝縮水が発生すると、この凝縮水は排気中の酸化物が溶け込んで強い酸性を示すようになるため、ＥＧＲクーラを含むＥＧＲ装置の腐食を招いたり排気が再循環される吸気通路の腐食を招いたりするなど、機関システムの耐久性能の低下を招く一因となってしまう。

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クーラ内における凝縮水の発生を抑え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ＥＧＲ装置は、内燃機関の吸気通路および排気通路を連通するＥＧＲ通路と、同ＥＧＲ通路に設けられて排気を冷却するためのＥＧＲクーラと、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラより排気流れ方向上流側に設けられて排気中の異物を除去するためのＥＧＲフィルタとを備える。またＥＧＲフィルタは、熱容量の大きい第１フィルタ部と、熱容量の小さい第２フィルタ部と、それら第１フィルタ部および第２フィルタ部を通過する排気の量を調節する制御弁とを備える。

凝縮水は、ＥＧＲクーラ内において排気温度が露点温度を跨ぐように低下した場合に発生する。上記装置では、ＥＧＲクーラの温度が低いときに、同温度が高いときと比較して、熱容量の大きい第１フィルタ部を通過する排気量が多くなるように制御弁の作動制御が実行される。そのため、このとき排気からＥＧＲフィルタに伝達される熱量を多くすることができ、同ＥＧＲフィルタの通過に際して排気の温度を低下させることができる。これにより、ＥＧＲフィルタからＥＧＲクーラに流入する排気の温度を予め低下させることができるため、ＥＧＲクーラ内における凝縮水の発生を抑えることができる。

通常、ＥＧＲフィルタは、その熱容量を大きくすると、その分だけ流路抵抗が大きくなってしまう。そのため、単にＥＧＲフィルタとして熱容量の大きいものを採用すると、圧力損失が大きくなって内燃機関の運転効率の低下を招いてしまう。この点、上記装置によれば、ＥＧＲクーラの温度が低いとき、すなわち凝縮水の発生を招くおそれのあるときには、その発生を抑えるべく、熱容量の大きい第１フィルタの排気通過量を多くすることができる。しかも、ＥＧＲクーラの温度が十分に高くなったとき、すなわち凝縮水が発生する可能性がごく低くなったときには、第１フィルタ部の排気通過量を少なくすることによって、熱容量および流路抵抗の小さい第２フィルタ部の排気通過量を多くすることができる。そのため、このときＥＧＲフィルタの圧力損失を小さくして、内燃機関の運転効率の向上を図ることができる。

請求項２に記載の装置では、吸気通路に設けられたコンプレッサと排気通路に設けられたタービンとを有する排気駆動式の過給器が内燃機関に取り付けられる。またＥＧＲ通路は、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におけるタービンより排気流れ方向下流側の部分とを連通するように配設される。

上記装置は、排気通路にタービンが設けられているために、排気通路における内燃機関からＥＧＲ通路までの部分の距離が長くなり易く、同部分の熱容量が大きくなり易い。そのため、ＥＧＲクーラに流入する排気の温度が低くなり易く、ＥＧＲクーラ内において排気温度が露点温度を跨ぐように低下して凝縮水の発生を招くといった状況になり易いと云える。

上記装置によれば、そうしたＥＧＲ装置において、ＥＧＲクーラ内における凝縮水の発生を好適に抑えることができる。
請求項３に記載の装置では、内燃機関およびＥＧＲクーラとして共通の冷却水によって冷却される水冷式のものが採用されるために、ＥＧＲクーラの温度が冷却水の温度に応じた温度になる。そして上記装置では、前記制御弁の作動制御がＥＧＲクーラの温度（詳しくは、その指標値）としての冷却水の温度に基づいて実行される。

そのため上記装置によれば、ＥＧＲクーラの温度に基づいて同ＥＧＲクーラ内において露点温度を跨ぐように排気温度が低下する状況になるか否かを把握しつつ制御弁の作動を制御することができる。具体的には、冷却水温度が低いときにはＥＧＲクーラの温度も低いために上記状況になるおそれがあるとして第１フィルタ部を通過する排気の量が多くなるように制御弁の作動制御を実行することができる。しかも、冷却水温度が高いときにはＥＧＲクーラの温度も高いために上記状況になる可能性が低いとして、第２フィルタ部を通過する排気の量が多くなるように制御弁の作動制御を実行することができる。

前記制御弁の作動制御は、請求項４によるように、前記冷却水の温度が判定温度以下であるときに、前記冷却水の温度が前記判定温度より高いときと比較して第１フィルタ部を通過する排気の量が多くなるように実行することができる。

冷却水の温度（ＥＧＲクーラの温度の指標値）が排気の露点温度以下であるときには、ＥＧＲクーラ内において排気温度が露点温度を跨いで低下する可能性があるために、同ＥＧＲクーラ内において凝縮水が発生するおそれがある。これとは逆に、冷却水の温度が排気の露点温度より高いときには、ＥＧＲクーラ内において排気が露点温度を跨いで低下する可能性がごく低いために、同ＥＧＲクーラ内において凝縮水が発生する可能性もごく低い。こうしたことから、前記判定温度として、ＥＧＲクーラ内における排気の露点温度に応じた温度を設定することにより、同ＥＧＲクーラ内における凝縮水の発生を的確に抑えることが可能になると云える。

ＥＧＲクーラ内における排気の露点温度は、排気の飽和水蒸気量の指標値や同排気に含まれる水蒸気量に応じて変化する。この点をふまえて、請求項５に記載の装置では、飽和水蒸気量の指標値である排気温度に基づいて前記判定温度が設定される。また請求項６に記載の装置では、排気に含まれる水蒸気量の指標値である内燃機関における燃焼ガスの空燃比に基づいて前記判定温度が設定される。

こうした請求項５または６に記載の装置によれば、前記判定温度として、ＥＧＲクーラ内の排気の露点温度に対応する温度を設定することができる。そのため、第１フィルタ部の排気通過量が多くなる実行態様での制御弁の作動制御の実行を、ＥＧＲクーラの温度が排気の露点温度以下であるとき、言い換えればＥＧＲクーラ内において凝縮水が発生するおそれがあるときにおいて的確に実行することができる。これにより、ＥＧＲクーラ内における凝縮水の発生を好適に抑えることができる。しかも、ＥＧＲクーラの温度が排気の露点温度より高いとき、言い換えればＥＧＲクーラ内において凝縮水が発生する可能性が低いときには、第２フィルタ部の排気通過量が多くなるように制御弁の作動制御を実行することができるため、内燃機関の運転効率の向上を図ることができる。

ＥＧＲクーラの温度が同ＥＧＲクーラに流入する排気の温度より高いときには、ＥＧＲクーラ内において排気が冷却されないために、ＥＧＲクーラ内において凝縮水が発生する可能性はごく低い。これとは逆に、ＥＧＲクーラの温度が同ＥＧＲクーラに流入する排気の温度より低いときには、ＥＧＲクーラ内において排気が冷却されるために、ＥＧＲクーラ内において凝縮水が発生するおそれがある。

請求項７に記載の装置では、ＥＧＲクーラの温度が同ＥＧＲクーラに流入する排気の温度より低いことを条件に、第１フィルタ部を通過する排気の量が多くなる実行態様での制御弁の作動制御の実行が許可される。こうした装置によれば、ＥＧＲクーラ内において排気が冷却されるために凝縮水の発生のおそれがあるときに限って、その発生を抑えるべく第１フィルタ部への排気流入量が多くなる実行態様での制御弁の作動制御を実行することができるようになる。

制御弁の作動制御は、請求項８によるように、ＥＧＲクーラの温度が低いときには第１フィルタ部のみを排気が通過するように、且つＥＧＲクーラの温度が高いときには第２フィルタ部のみを排気が通過するように実行することができる。

請求項９に記載の装置では、前記第１フィルタ部が吸水性を有する材料により形成されるために、第１フィルタ部の通過に伴う温度低下によって凝縮水が発生した場合であれ、発生した凝縮水を第１フィルタに保持させることができる。そのため上記装置によれば、ＥＧＲフィルタにおいて発生した凝縮水がＥＧＲクーラに流入することを抑えることができる。

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。 ＥＧＲフィルタの内部構造を示す断面図。 切り替え処理の実行手順を示すフローチャート。 実施の形態の変形例にかかる切り替え処理の実行手順を示すフローチャート。

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。なお過給器２０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式のものである。

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ホイール２１Ａ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。また第２ＥＧＲ通路４１におけるＥＧＲクーラ４３より上流側の部分には、排気に含まれる異物（例えば、酸化触媒１５や排気浄化フィルタ１６の破片など）を捕集して除去するためのＥＧＲフィルタ２３が設けられる。

なお本実施の形態では、内燃機関１０として冷却水との熱交換を通じて冷却される水冷式のものが採用されており、上記ＥＧＲクーラ４３としても上記内燃機関１０と共通の冷却水との熱交換を通じて冷却される水冷式のものが採用されている。

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、第１ＥＧＲ弁３２、ならびに第２ＥＧＲ弁４２といった各種アクチュエータの作動制御など、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、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や、排気通路１４における第２ＥＧＲ通路４１の接続部分近傍に設けられて排気の温度（排気温度ＴＨＥ）を検出するための排気温センサ５５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５６等も備えている。

本実施の形態では、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（図示略）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。

そして、それら制御目標値に基づいて吸気絞り弁１３、排気絞り弁１７、第１ＥＧＲ弁３２、および第２ＥＧＲ弁４２の作動制御が実行される。
ここで本実施の形態では、第２ＥＧＲ通路４１にＥＧＲクーラ４３が設けられているために、同ＥＧＲクーラ４３により冷却されて排気温度が低下する過程において、排気中の水分が凝縮して凝縮水になることがある。この凝縮水は強い酸性を示すために、ＥＧＲクーラ４３を含む第２ＥＧＲ装置４０や吸気通路１１の腐食を招くおそれがある。また、そうした凝縮水を含む排気がＥＧＲガスとして吸気通路１１に再循環されると、高速回転するコンプレッサホイール２１Ａへの凝縮水の衝突に起因して同コンプレッサホイール２１Ａの耐久性能の低下を招くおそれもある。

さらに本実施の形態では、排気通路１４における上記内燃機関１０と第２ＥＧＲ通路４１の連結部分との間に、タービン２２、酸化触媒１５、および排気浄化フィルタ１６が取り付けられている。そのため、排気通路１４における内燃機関１０から第２ＥＧＲ通路４１までの部分の距離が長く、同部分の熱容量が大きい。したがって、内燃機関１０の始動直後において機関システムの温度が低いときには、ＥＧＲクーラ４３に流入する排気の温度が低くなり易く、同ＥＧＲクーラ４３内において排気温度が露点温度を跨ぐように低下して凝縮水の発生を招くといった状況になり易いと云える。

本実施の形態では、そうしたＥＧＲクーラ４３内における凝縮水の発生を抑えるために、ＥＧＲフィルタ２３として図２に示す構造のものを採用するとともに、同ＥＧＲフィルタ２３内部における排気の流通態様を図３に示す切り替え処理を通じて切り替えるようにしている。

以下、ＥＧＲフィルタ２３の内部構造について詳細に説明する。
図２に示すように、ＥＧＲフィルタ２３はそのケース２４の内部に円筒形状で延びる内管部２５が取り付けられている。この内管部２５は、その一方の端部２５Ａが第２ＥＧＲ通路４１の上記排気通路１４側の部分に連通されるとともに、他方の端部２５Ｂがケース内部において開口するように配設されている。また内管部２５は、その端部２５Ａ側の部分が熱容量の大きい材料（本実施の形態では、セラミック材料）により形成される一方、同内管部２５における上記端部２５Ｂ側の部分が熱容量の小さい材料（本実施の形態では、薄肉の金属管）により形成されている。本実施の形態では、内管部２５における熱容量の大きい材料によって形成された部分が第１フィルタ部２６として機能する。また内管部２５の端部２５Ｂには、その開口部分を覆うように、熱容量の小さい材料（本実施の形態では、金網）により形成された第２フィルタ部２７が取り付けられている。

内管部２５の内部には、同内管部２５の上流側の部分（詳しくは、第１フィルタ部２６が形成された部分）と下流側の部分との連通および遮断を切り替えるための制御弁２８が取り付けられている。この制御弁２８はアクチュエータを内蔵しており、電子制御装置５０による同アクチュエータの作動制御を通じて制御弁２８が作動するようになっている。

この制御弁２８は、第１フィルタ部２６および第２フィルタ部２７を通過する排気の量を調節するべく、その作動が制御される。具体的には、制御弁２８が上流側の部分と下流側の部分とを遮断する作動状態（図２に実線で示す状態［閉弁状態］）になると、第２フィルタ部２７への排気の流入が禁止されて、図２中に白抜きの矢印で示すように第１フィルタ部２６のみを排気が通過するようになる。詳しくは、このときＥＧＲフィルタ２３を通過する排気の略全てが第１フィルタ部２６を通過するようになる。一方、制御弁２８が上流側の部分と下流側の部分とを連通する作動状態（図２に一点鎖線で示す状態［開弁状態］）になると、第２フィルタ部２７への排気の流入が許容されて、図２中に黒塗りの矢印で示すように第２フィルタ部２７のみを排気が通過するようになる。このときＥＧＲフィルタ２３内を通過する排気が第１フィルタ部２６および第２フィルタ部２７の双方を通過可能な状態になるものの、第２フィルタ部２７の流路抵抗が第１フィルタ部２６の流路抵抗と比較してごく大きいために、ほぼ全ての排気が第２フィルタ部２７を通過するようになる。

次に、ＥＧＲクーラ４３内における凝縮水の発生を抑えるために実行される処理であって、ＥＧＲフィルタ２３の内部における排気の流通態様を切り替える処理（切り替え処理）の実行手順について詳しく説明する。

図３は上記切り替え処理の実行手順を示している。同図のフローチャートに示される一連の処理は、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３に示すように、この処理では、排気温度ＴＨＥ、通路吸気量ＧＡ、および内燃機関１０の燃料噴射量に基づいて判定温度ＪＴが算出されるとともに（ステップＳ１１）、冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴ以下であるか否かが判断される（ステップＳ１２）。

ここで本実施の形態の装置では、ＥＧＲクーラ４３内において排気温度が露点温度を跨ぐように低下した場合に、同ＥＧＲクーラ４３内における凝縮水の発生を招いてしまう。詳しくは、冷却水温度ＴＨＷ（ＥＧＲクーラ４３の温度の指標になる温度）が排気の露点温度以下であるときには、ＥＧＲクーラ４３内において排気温度が露点温度を跨いで低下する可能性があるために、同ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生するおそれがある。これとは逆に、冷却水温度ＴＨＷが排気の露点温度より高いときには、ＥＧＲクーラ４３内において排気が露点温度を跨いで低下する可能性がごく低いために、同ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生する可能性もごく低い。こうしたことから、前記判定温度ＪＴとしてＥＧＲクーラ４３内における排気の露点温度に応じた温度を設定することにより、同判定温度ＪＴと冷却水温度ＴＨＷとの比較を通じて、ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生するおそれがあるか否かを精度よく判断することができると云える。

ＥＧＲクーラ４３内における排気の露点温度は、排気の飽和水蒸気量や排気に含まれる水蒸気量に応じて変化する。この点をふまえて本実施の形態では、飽和水蒸気量の指標値である排気温度ＴＨＥと、排気に含まれる水蒸気量の指標値である内燃機関１０の気筒内における燃焼ガスの空燃比（具体的には、通路吸気量ＧＡおよび燃料噴射量）とに基づいて判定温度ＪＴが設定される（ステップＳ１１）。このようにして判定温度ＪＴを設定することにより、同判定温度ＪＴとしてＥＧＲクーラ４３内の排気の露点温度に対応する温度を設定することができるため、ステップＳ１２の処理を通じて、ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生するおそれがあるか否かを精度よく判断することができる。

ＥＧＲクーラ４３内における排気の露点温度は、排気の飽和水蒸気量（具体的には、その指標値である排気温度ＴＨＥ）や実際の水蒸気量（具体的には、その指標値である内燃機関１０の気筒内における燃焼ガスの空燃比）に応じて変化する。この点をふまえて本実施の形態では、排気温度ＴＨＥ、通路吸気量ＧＡ、および内燃機関１０の燃料噴射量に基づいて判定温度ＪＴが設定される（ステップＳ１１）。このようにして判定温度ＪＴを設定することにより、同判定温度ＪＴとしてＥＧＲクーラ４３内の排気の露点温度に対応する温度を設定することができるため、ステップＳ１２の処理を通じて、ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生するおそれがあるか否かを精度よく判断することができる。

なお本実施の形態では、排気温度ＴＨＥ、通路吸気量ＧＡ、および燃料噴射量による定まる機関運転状態と同機関運転状態に適した判定温度ＪＴとの関係が各種の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に記憶されている。ステップＳ１１の処理では、排気温度ＴＨＥ、通路吸気量ＧＡ、および燃料噴射量に基づいて上記関係から判定温度ＪＴが算出される。また本実施の形態では、内燃機関１０およびＥＧＲクーラ４３として共通の冷却水によって冷却される水冷式のものが採用されるために、ＥＧＲクーラ４３の温度が冷却水温度ＴＨＷに応じた温度（具体的には、冷却水温度ＴＨＷとほぼ等しい温度）になる。

そして、ステップＳ１２の処理において冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴ以下であると判断される場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ＥＧＲクーラ４３の温度が排気の露点温度以下になっているために、同ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水の発生を招くおそれがあるとして、制御弁２８が閉弁される（ステップＳ１３）。

この場合には、熱容量の大きい第１フィルタ部２６のみを排気が通過するように制御弁２８の作動制御が実行される。これにより、ＥＧＲフィルタ２３の通過に際して排気から同ＥＧＲフィルタ２３に伝達される熱量を多くすることができ、同ＥＧＲフィルタ２３を通過してＥＧＲクーラ４３に流入する排気の温度を低くすることができる。

本実施の形態では、このときＥＧＲクーラ４３に流入する排気の温度が露点温度より低い温度になるように第１フィルタ部２６の熱容量が設定されている。そのため、このときＥＧＲフィルタ２３からＥＧＲクーラ４３に流入する排気の温度を露点温度より低い温度に予め低下させることが可能になり、ＥＧＲクーラ４３内において排気温度が露点温度を跨いで低下する状況になることを抑えることができる。したがって、ＥＧＲクーラ４３内における凝縮水の発生を抑えることができる。

一方、冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴより高いと判断されるときには（ステップＳ１２：ＮＯ）、ＥＧＲクーラ４３の温度が排気の露点温度より高くなっているために、同ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生する可能性はごく低いとして、制御弁２８が開弁される（ステップＳ１４）。この場合には、熱容量の小さい第２フィルタ部２７のみを排気が通過するように制御弁２８の作動制御が実行される。

通常、排気中の異物を除去するためのフィルタは、その熱容量を大きくすると、その分だけ流路抵抗が大きくなってしまう。そのため、単にＥＧＲフィルタとして熱容量の大きいものを採用すると、圧力損失が大きくなって内燃機関の運転効率の低下を招いてしまう。

この点、本実施の形態によれば、内燃機関１０の始動直後、すなわち冷却水温度ＴＨＷが低いためにＥＧＲクーラ４３内における凝縮水の発生を招くおそれのあるときには、熱容量の大きい第１フィルタ部２６のみに排気を通過させることによって凝縮水の発生を抑えることができる。このとき圧力損失の増加による内燃機関１０の運転効率の低下を招くものの、ＥＧＲクーラ４３内における凝縮水の発生抑制が優先される。

そして、内燃機関１０の運転が継続されて冷却水温度ＴＨＷが高くなると、凝縮水が発生する可能性がごく低くなるために、熱容量および流路抵抗が小さい第２フィルタ部２７に排気を通過させてＥＧＲフィルタ２３の圧力損失を小さくすることによって、内燃機関１０の運転効率の向上を図ることができる。

本実施の形態によれば、判定温度ＪＴとして、ＥＧＲクーラ４３内の排気の露点温度に対応する温度が設定される。そのため、第１フィルタ部２６のみを排気が通過する実行態様での制御弁２８の作動制御の実行を、ＥＧＲクーラ４３の温度が排気の露点温度以下であるとき、言い換えればＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生するおそれがあるときにおいて的確に実行することができる。したがって、ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生するおそれがあるときにはその発生を好適に抑えることができる。しかも、ＥＧＲクーラ４３の温度が排気の露点温度より高いとき、言い換えればＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生する可能性が低いときには、内燃機関１０の運転効率の向上を図ることができる。

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を得ることができるようになる。
（１）ＥＧＲフィルタ２３として、熱容量の大きい第１フィルタ部２６と熱容量の小さい第２フィルタ部２７と排気流通態様を切り替える制御弁２８とを備えるものを採用した。そして、冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴ以下のときに、冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴより高いときと比較して第１フィルタ部２６を通過する排気の量が多くなるように、制御弁２８の作動制御を実行するようにした。そのため、冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴ以下のときにはＥＧＲクーラ４３内における凝縮水の発生を抑えることができ、冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴより高いときには内燃機関１０の運転効率の向上を図ることができる。

（２）排気通路１４における上記内燃機関１０と第２ＥＧＲ通路４１の連結部分との間にタービン２２が取り付けられているためにＥＧＲクーラ４３内における凝縮水の発生を招き易い装置において、凝縮水の発生を好適に抑えることができる。

（３）制御弁２８の作動制御を冷却水温度ＴＨＷに基づき実行するようにした。そのため、ＥＧＲクーラ４３の温度に対応する温度になる冷却水温度ＴＨＷに基づいて同ＥＧＲクーラ４３内において露点温度を跨ぐように排気温度が低下する状況になるか否かを把握しつつ制御弁２８の作動を制御することができるようになる。

（４）排気温度ＴＨＥ、通路吸気量ＧＡ、および内燃機関１０の燃料噴射量に基づいて判定温度ＪＴを設定するようにした。これにより、判定温度ＪＴとしてＥＧＲクーラ４３内の排気の露点温度に対応する温度を設定することができるため、判定温度ＪＴと冷却水温度ＴＨＷとの比較を通じて、ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生するおそれがあるか否かを精度よく判断することができる。

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。
・内管部２５における端部２５Ａ側の部分を、金網に不織布を巻き付けたものによって形成するなど、セラミック材料以外のものよって形成するようにしてもよい。要は、第２フィルタ部２７の熱容量より第１フィルタ部２６の熱容量が大きくなるように材料や構造を定めて、内管部２５の端部２５Ａ側の部分を形成すればよい。

・吸水性を有する材料によって内管部２５における端部２５Ａ側の部分を形成するようにしてもよい。なお吸水性を有する材料としては、例えばゼオライトやアルミナ、マグネシアなどを挙げることができる。こうした装置によれば、第１フィルタ部２６に吸水性を持たせることができるために、第１フィルタ部２６を排気が通過することに伴う同排気の温度低下によって凝縮水が発生した場合であれ、発生した凝縮水を第１フィルタ部２６に一時的に保持させることができる。そのため、ＥＧＲフィルタ２３において発生した凝縮水がＥＧＲクーラ４３に流入することを抑えることができる。なお、そのようにしてＥＧＲフィルタ２３に保持された凝縮水は、その後におけるＥＧＲフィルタ２３の温度上昇や排気温度の上昇に伴って蒸発することによって処理される。

・判定温度ＪＴの算出に用いる算出パラメータとして、排気温度ＴＨＥを用いないようにしたり、通路吸気量ＧＡおよび燃料噴射量を用いないようにしたりしてもよい。また、機関回転速度ＮＥや排気圧力などの他の機関パラメータを上記算出パラメータとして採用することもできる。要は、ＥＧＲクーラ４３内における排気の飽和蒸気量や同排気に含まれる水蒸気量をふまえた上で、排気の露点温度に対応する温度を判定温度ＪＴとして設定することができればよい。また判定温度ＪＴとして、算出パラメータに基づき算出した温度を用いるのではなく、予め定められた一定温度を用いることなども可能である。

・図４に前記切り替え処理（図３）の変形例を示すように、冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴ以下であることに加えて（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲクーラ４３に流入する排気の温度より低いことを条件に（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御弁２８を閉弁駆動するようにしてもよい（ステップＳ１３）。この装置では、冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴより高いときや（ステップＳ１２：ＮＯ）、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲクーラ４３に流入する排気の温度以上であるときには（ステップＳ２１：ＮＯ）、制御弁２８が開弁駆動される（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ２１の処理において用いる排気温度としては、排気温センサ５５により検出される排気温度ＴＨＥを用いることの他、通路吸気量ＧＡや機関回転速度ＮＥ、燃料噴射量などの機関パラメータに基づいて推定した排気温度を用いること等も可能である。

冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲクーラ４３に流入する排気の温度より高いときには、ＥＧＲクーラ４３内において排気が冷却されないために、同ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生する可能性はごく低い。これとは逆に、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲクーラ４３に流入する排気の温度より低いときには、ＥＧＲクーラ４３内において排気が冷却されるために、同ＥＧＲクーラ４３内において凝縮水が発生するおそれがある。この点、上記装置によれば、冷却水温度ＴＨＷがＥＧＲクーラ４３に流入する排気の温度より低いことを条件に、制御弁２８の閉弁駆動が許可される。そのため、ＥＧＲクーラ４３内において排気が冷却されるために凝縮水の発生のおそれがあるときに限って、その発生を抑えるべく制御弁２８を閉弁させることができるようになる。

・ＥＧＲフィルタとしては、熱容量の大きい第１フィルタ部と熱容量の比較的小さい第２フィルタ部とを備えるとともに第１フィルタ部のみを排気が通過する排気流通状態と第２フィルタ部のみを排気が通過する排気流通態様とを切り替え可能な構造のものであれば、任意の構造のものを採用することができる。そうしたＥＧＲフィルタとしては、例えば次の構造のものが挙げられる。ＥＧＲフィルタのケース内部に二股に分岐する形状の内部配管が配設される。この内部配管の合流部分が前記第２ＥＧＲ通路４１における排気通路１４側の部分に接続される。また、内部配管の分岐部分の一方が熱容量の大きいフィルタが取り付けられて第１フィルタ部として機能するとともに、同分岐部分の他方が比較的熱容量の小さいフィルタが取り付けられて第２フィルタ部として機能する。さらに内部配管における分岐部分の内部には、内部配管の合流部分に対して第１フィルタ部および第２フィルタ部の一方を選択的に連通させるための制御弁が取り付けられる。

・冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴ以下であるときに、第１フィルタ部２６のみに排気を通過させることに限らず、若干量の排気が第２フィルタ部２７を通過するようにしてもよい。また冷却水温度ＴＨＷが判定温度ＪＴより高いときに、第２フィルタ部２７のみに排気を通過させることに限らず、若干量の排気を第１フィルタ部２６に通過させるようにしてもよい。要は、冷却水温度ＴＨＷが低いときに、冷却水温度ＴＨＷが高いときと比較して第１フィルタ部２６への排気流入量が多くなるように制御弁２８の作動制御を実行すればよい。

・切り替え処理のステップＳ１２の処理（図３、図４参照）やステップＳ２１の処理（図４参照）において、判定温度ＪＴとの比較に冷却水温度ＴＨＷを用いることに代えて、ＥＧＲクーラ４３の温度を検出して用いるようにしてもよい。

・内燃機関１０が冷間始動されたときに、その後において所定期間（一定時間や、燃料消費量が所定量に達するまでの期間など）が経過するまでの間、第１フィルタ部２６への排気流入量が多くなるように、制御弁２８の作動制御を実行するようにしてもよい。こうした装置によっても、ＥＧＲクーラ４３の温度が低いときに、同温度が高いときと比較して第１フィルタ部２６への排気流入量が多くなるように制御弁２８の作動制御を実行することができる。

・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、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。また、過給器が設けられない内燃機関にも、本発明にかかるＥＧＲ装置は適用可能である。

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…ＥＧＲフィルタ、２４…ケース、２５…内管部、２５Ａ，２５Ｂ…端部、２６…第１フィルタ部、２７…第２フィルタ部、２８…制御弁、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、５４…過給圧センサ、５５…排気温センサ、５６…差圧センサ。

Claims (9)

1. 内燃機関の吸気通路および排気通路を連通するＥＧＲ通路と、同ＥＧＲ通路に設けられて排気を冷却するためのＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラより排気流れ方向上流側に設けられて排気中の異物を除去するためのＥＧＲフィルタと、を備える内燃機関のＥＧＲ装置において、
   前記ＥＧＲフィルタは、熱容量の大きい第１フィルタ部と熱容量の小さい第２フィルタ部とそれら前記第１フィルタ部および前記第２フィルタ部を通過する排気の量を調節する制御弁とを備えてなるとともに、前記ＥＧＲクーラの温度が低いときに、同温度が高いときと比較して前記第１フィルタ部を通過する排気の量が多くなるように、前記制御弁の作動制御が実行されてなる
   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、
   前記内燃機関は、前記吸気通路に設けられたコンプレッサと前記排気通路に設けられたタービンとを有する排気駆動式の過給器が取り付けられてなり、
   前記ＥＧＲ通路は、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前記排気通路における前記タービンより排気流れ方向下流側の部分とを連通するものである
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   前記内燃機関および前記ＥＧＲクーラは、共通の冷却水によって冷却される水冷式のものであり、
   前記装置は、前記制御弁の作動制御を、前記ＥＧＲクーラの温度としての前記冷却水の温度に基づき実行する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   当該装置は、前記冷却水の温度が判定温度以下であるときに、前記冷却水の温度が前記判定温度より高いときと比較して前記第１フィルタ部を通過する排気の量が多くなるように、前記制御弁の作動制御を実行する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   当該装置は、排気温度に基づいて前記判定温度を設定する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
6. 請求項４または５に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   当該装置は、前記内燃機関における燃焼ガスの空燃比に基づいて前記判定温度を設定する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   当該装置は、前記ＥＧＲクーラの温度が前記ＥＧＲクーラに流入する排気の温度より低いことを条件に、前記第１フィルタ部を通過する排気の量が多くなる実行態様での前記制御弁の作動制御の実行を許可する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   当該装置は、前記ＥＧＲクーラの温度が低いときには前記第１フィルタ部のみを排気が通過するように、且つ前記ＥＧＲクーラの温度が高いときには前記第２フィルタ部のみを排気が通過するように、前記制御弁の作動制御を実行する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置において、
   前記第１フィルタ部は、吸水性を有する材料により形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。

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