JP2013167218A - 内燃機関の還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ通路内で発生した凝縮水を好適に排出する
【解決手段】内燃機関の還流装置は、内燃機関（２００）の排気をタービン（１２０）上流側の排気通路（１１５）からコンプレッサ（１１０）下流側の吸気通路（１１１）に還流可能とされている。内燃機関の還流装置は、排気を冷却する冷却手段（１１８）が配置される第１経路（１１６ａ）と、冷却手段をバイパスする第２経路（１１６ｂ）と、冷却手段よりも吸気通路側に配置されており、第１経路及び第２経路を選択的に開閉する経路切替手段（１１９）と、経路切替手段よりも吸気通路側に配置されており、排気を還流させるか否かを切替える還流切替手段（１１７）と、吸気通路の圧力が排気通路の圧力を上回る場合に、第１経路が開放されるように経路切替手段及び還流切替手段を夫々制御する制御手段（１００）とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば車両等に搭載される内燃機関の排気を排気通路から吸気通路へと還流させる内燃機関の還流装置の技術分野に関する。

この種の還流装置として、例えばタービン上流側の排気通路からコンプレッサ下流側の吸気通路へと排気を還流させるＨＰＬ−ＥＧＲ（High Pressure Loop-Exhaust Gas Recirculation）装置が知られている。また、タービン下流側の排気通路からコンプレッサ上流側の吸気通路へと排気を還流させるＬＰＬ−ＥＧＲ（Low Pressure Loop-Exhaust Gas Recirculation）装置が知られている。

上述したＥＧＲ装置では、還流する排気（以下、適宜「ＥＧＲガス」と称する）を冷却するため、還流経路（以下、適宜「ＥＧＲ通路」と称する）にＥＧＲクーラが設けられる場合がある。しかしながら、ＥＧＲクーラを用いる場合には、例えばＥＧＲガスが過冷却されることで、ＥＧＲガス中の水分が凝縮し凝縮水が発生するおそれがある。

このため、例えば特許文献１では、ＥＧＲクーラをバイパスする経路を設けることで、凝縮水の発生を低減しようとする技術が開示されている。一方で、特許文献２では、ＥＧＲクーラをバイパスする経路を設けたとしても、ＥＧＲクーラの冷却性能が向上することによって凝縮水が発生してしまうおそれがあることが開示されている。

ＥＧＲ通路内で発生した発生した凝縮水への対策としては、例えば特許文献３、４及び５において、ＥＧＲガスを逆流させてＥＧＲ通路内の掃気を行うという技術が提案されている。

その他の技術として、例えば特許文献６では、タービンのベーン開度を調整して、コンプレッサ上流とタービン下流との圧力差を制御するという技術が提案されている。また特許文献７では、車両の減速時において吸気圧が排気圧より大きくなることを利用して、ＥＧＲ通路を介して、吸気を排気側へ逃がすという技術が提案されている。更に特許文献８では、車両が減速している際にＥＧＲバルブを開放することで、サージ発生を防止するという技術が提案されている。

特開２０１０−１６３９９３号公報 特開２０１１−０５８４３７号公報 特開２００８−００２３５１号公報 特開２００７−１９８３１０号公報 特開２００９−００２２８６号公報 特開昭６３−２５３１１５号公報 特開２００８−１５１０２７号公報 特開２００４−３６０５２５号公報

上述した特許文献３及び４に記載されている技術は、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置に適用されるものであり、例えばコンプレッサ上流側の吸気通路（即ち、ＥＧＲ装置から見た還流方向での下流側）の圧力がタービン下流側の排気通路（即ち、ＥＧＲ装置から見た還流方向での上流側）の圧力よりも高くなることを利用して、ＥＧＲ通路における逆流を実現している。

一方、特許文献５に記載されている技術は、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置に適用されるものであるが、電動アシストターボやスーパーチャージャ等によって、コンプレッサ下流側の吸気通路（即ち、ＥＧＲ装置から見た還流方向での下流側）をタービン上流側の排気通路（即ち、ＥＧＲ装置から見た還流方向での上流側）の圧力よりも高くすることで、ＥＧＲ通路における逆流を実現している。

ここで、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置においては、上述した特許文献５のような特別な構成を用いない限り、タービン上流側の排気通路の圧力がコンプレッサ下流側の吸気通路の圧力よりも高くなる。よって、通常のＨＰＬ−ＥＧＲ装置では、ＥＧＲ通路における逆流を実現することは決して容易ではない。即ち、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置は、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置と比べると特に、ＥＧＲ通路内で発生した凝縮水を排出することが困難であるという技術的問題点を有している。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、ＥＧＲ通路内で発生した凝縮水を好適に排出することが可能な内燃機関の還流装置を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関の還流装置は上記課題を解決するために、内燃機関の排気をタービン上流側の排気通路からコンプレッサ下流側の吸気通路に還流可能な還流装置であって、前記排気を冷却する冷却手段が配置される第１経路と、前記冷却手段をバイパスする第２経路と、前記冷却手段よりも前記吸気通路側に配置されており、前記第１経路及び前記第２経路を選択的に開閉する経路切替手段と、前記経路切替手段よりも前記吸気通路側に配置されており、前記排気を還流させるか否かを切替える還流切替手段と、前記吸気通路の圧力が前記排気通路の圧力を上回る場合に、前記第１経路が開放されるように前記経路切替手段及び前記還流切替手段を夫々制御する制御手段とを備える。

本発明に係る内燃機関の還流装置は、コンプレッサ及びタービンを有する過給器を備える内燃機関に対して適用される。具体的には、内燃機関の還流装置は、内燃機関の燃焼によって生じた排気を、タービン上流側の排気通路からコンプレッサ下流側の吸気通路に還流可能に構成されている。なお、ここでの「タービン上流側の排気通路」とは、内燃機関から排出された排気がタービンへと導かれるまでに通過する排気経路を指しており、所謂エキゾーストマニホールド（以下、適宜「エキマニ」と称する）に相当する部分である。一方、「コンプレッサ下流側の吸気通路」とは、コンプレッサを通過した空気が内燃機関へと導かれるまでに通過する吸気経路を指しており、所謂インテークマニホールド（以下、適宜「インマニ」と称する）に相当する部分である。即ち、本発明に係る内燃機関の還流装置は、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置として構成されている。

本発明に係る内燃機関の還流装置は、排気を還流させる経路として、排気を冷却する冷却手段が配置される第１経路と、冷却手段をバイパスする第２経路とを備えている。即ち、内燃機関の還流装置における排気を還流させるための経路（以下、適宜「還流経路」と称する）は、少なくとも部分的に分岐しており、その一方にのみ冷却手段が設けられている。

冷却手段よりも吸気通路側（即ち、還流方向で見た場合の下流側）には、第１経路及び第２経路を選択的に開閉する経路切替手段が設けられている。経路切替手段は、例えば第１経路及び第２経路の分岐部分に電磁式バルブとして設けられており、還流する排気が通過可能な経路として、第１経路及び第２経路のいずれか一方を選択的に開放する。より具体的には、経路切替手段が第２経路側を遮断すると、第１経路が開放され、排気は第１経路を介して還流される。一方、経路切替手段が第１経路側を遮断すると、第２経路が開放され、排気は第２経路を介して還流される。

このように第１経路及び第２経路を選択的に利用することで、冷却手段において排気が過冷却されることで発生する凝縮水の発生を低減することができる。即ち、還流される排気を冷却すべき場合は冷却手段が配置された第１経路を利用し、凝縮水の発生を防止すべき場合はバイパス経路である第２経路を利用することで、効率的に凝縮水の発生を低減することができる。

経路切替手段よりも吸気通路側（即ち、還流方向で見た場合の下流側）には、還流経路において排気を還流させるか否かを切替える還流切替手段が設けられている。還流切替手段は、例えば還流経路と吸気通路との結合部分に電磁式バルブとして設けられており、還流経路と吸気通路との間を開放するか遮断するかを切替える。なお、還流切替手段は、排気を還流させるか否かを選択的に切替えるだけでなく、例えばバルブの開度を調整することで、還流される排気の量を調整可能なものとして構成されていてもよい。

ここで本発明に係る内燃機関の還流装置は特に、吸気通路の圧力（即ち、還流された排気が還流通路から放出される部分の圧力）が排気通路の圧力（即ち、還流される排気が還流経路へと導入される部分の圧力）を上回る場合に、例えばＥＣＵ（Engine Control Unit）等のコントロールユニットとして構成される制御手段によって、第１経路が開放されるように経路切替手段及び還流切替手段が夫々制御される。即ち、還流方向で見た場合の下流側の圧力が上流側の圧力を上回る場合には、第１経路が開放される。

より具体的には、例えば制御手段は、圧力センサ等によって検出される、或いは内燃機関における他のパラメータ等から推定される吸気通路側の圧力及び排気通路側の圧力を監視しており、吸気通路側の圧力が排気通路側の圧力を上回った場合に、第１経路を選択して開放するよう経路切替手段を制御すると共に、還流通路を開放するよう還流切替手段を制御する。

このようにして第１経路が開放されると、吸気通路の圧力が排気通路の圧力を上回った状態であるため、還流経路では吸気通路側から排気通路側へと空気が流れる。即ち、還流通路では排気が還流される方向とは逆方向に空気が流れる。これにより、逆流する空気の勢いを利用して、第１経路の冷却手段において発生した凝縮水を排気通路側へと排出することができる。即ち、第１経路及び第２経路の切替えだけでは凝縮水の発生を完全に防ぎきれなかった場合であっても、発生してしまった凝縮水を排気通路側へと排出することができる。よって、例えば凝縮水が吸気通路に流入し、シリンダ内の部品（例えば、燃料噴射ノズル等）を腐食させてしまうことを防止できる。

ちなみに、通常の内燃機関においては、その動作時に、エキマニ側の圧力がインマニ側の圧力よりも高くなる。具体的には、例えばエキマニ側の圧力は１５０〜２００ｋＰａのオーダーの圧力とされ、インマニ側の圧力は１００〜１５０ｋＰａのオーダーの圧力とされる。よって、圧力の高いエキマニ側から圧力の低いインマニ側へと排気を還流させることは容易であるが、圧力の低いインマニ側から圧力の高いエキマニ側へと排気を逆流させることは困難である。

しかしながら、例えば車両の減速時には、一時的にインマニ側の圧力がエキマニ側の圧力よりも高くなることがある。また、吸排気バルブが生み出す脈動によっても、瞬間的にインマニ側の圧力がエキマニ側の圧力よりも高くなることがある。本発明に係る内燃機関の還流装置は、このような一時的にインマニ側の圧力がエキマニ側の圧力よりも高くなる場合を利用して、冷却手段で発生した凝縮水の排出を可能としている。

なお、上述した凝縮水を排出するための動作は常に実行されずともよく、凝縮水を排出すべきと判断された場合にのみ実行されるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の内燃機関の還流装置によれば、還流経路内で発生した凝縮水を好適に排出することが可能である。

本発明の内燃機関の還流装置の一態様では、前記制御手段は、前記内燃機関が搭載される車両の減速時に、前記第１経路が開放されるように前記経路切替手段及び前記還流切替手段を夫々制御する。

この態様によれば、吸気通路の圧力及び排気通路の圧力を常時監視せずとも、車両が減速しているか否かに基づいて、吸気通路の圧力が排気通路の圧力を上回った状態となっているか否かを判定することができる。よって、より容易に凝縮水を排出するための動作を実行できる。なお、車両が減速しているか否かだけではなく、減速の程度まで含めて上述した判定を行うようにしても構わない。

本発明の内燃機関の還流装置の他の態様では、前記タービンは可動ベーンを有しており、前記制御手段は、前記吸気通路の圧力が前記排気通路の圧力を上回る場合に、前記可動ベーンの開度を大きくするように制御する。

この態様によれば、本発明に係る内燃機関のタービンは、例えばノズル部分の面積を変更可能な可動ベーンを有している。可動ベーンによれば、例えば導入される排気の量が少ない場合であっても、開度を小さくする（即ち、ベーン間の隙間を小さくする）ことで、流速を高め、効果的な過給を実現することが可能である。

ここで本態様では特に、吸気通路の圧力が排気通路の圧力を上回る場合には、制御手段によって、可動ベーンの開度が大きくなるよう制御される。可動ベーンの開度が大きくなると、流路面積が大きくなるため、排気通路側の圧力が低下する。よって、吸気通路側の圧力と排気通路側の圧力との差を大きくし、より効果的に還流経路内の空気を逆流させることができる。従って、より好適に凝縮水を排気通路側に排出することが可能となる。

なお、可動ベーンの開度を大きくした場合であっても、短時間であれば、タービンの慣性によって過給効率を維持することができる。よって、本態様のように、瞬間的に還流経路を逆流させる構成では、過給効率の低下に起因して内燃機関の燃焼状態が悪化してしまうことを回避できる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。 第１経路によって排気の還流する際の動作を示す概念図である。 第２経路によって排気の還流する際の動作を示す概念図である。 内燃機関の還流装置の制御動作を示すフローチャートである。 第１経路によって凝縮水を排出する際の動作を示す概念図である。 車両減速時におけるインマニ圧及びエキマニ圧の変動を示すグラフである。 タービンにおける可動ベーンの構成を示す概略図である。 凝縮水排出制御中の可動ベーンの制御動作を示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

先ず、本実施形態に係る内燃機関の還流装置が適用されるエンジンシステム全体の構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。尚、図１では、説明の便宜上、エンジンシステムを構成する各要素のうち本実施形態と関わりの深いものを図示しており、その他の要素については適宜図示を省略してある。

図１において、本実施形態に係るエンジンシステムは、主にＥＣＵ１００と、コンプレッサ１１０と、タービン１２０と、エンジン２００とを備えている。

ＥＣＵ１００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジンシステムの動作全体を制御する。ＥＣＵ１００は、本発明に係る「制御手段」の一例として機能する。

コンプレッサ１１０は、流入された空気を圧縮し、圧縮空気として下流に供給する。タービン１２０は、エンジン２００から排気管１１５を介して供給された排気を動力として回転する。タービン１２０は、シャフトを介してコンプレッサ１１０に連結されており、相互に一体に回転することが可能に構成されている。即ち、タービン１２０とコンプレッサ１１０とによって、ターボチャージャが構成されている。

エンジン２００は、例えば自動車等の車両の動力源たるディーゼルエンジンであり、ここではシリンダブロック内にシリンダ２０１が４本直列に配置されてなる直列４気筒エンジンを例に挙げている。尚、ここでの詳細な図示は省略しているが、エンジン２００は、各シリンダ２０１内部において空気と燃料との混合気が燃焼するに際して生じるピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介してクランクシャフトの回転運動に変換することが可能に構成されている。

コンプレッサ１１０における入口側（即ち、コンプレッサ１１０より上流側）の吸気管１０１には、エアフローメータ１０２が設けられている。エアフローメータ１０２は、外部から吸い込まれた空気の量を検出することが可能に構成されている。

コンプレッサ１１０における出口側（即ち、コンプレッサ１１０より下流側）であって、エンジン２００における吸気側（即ち、シリンダ２０１より上流側）の吸気管１１１には、インタークーラ１１３、スロットル弁１１４及びインマニ圧力センサ３０１が設けられている。

インタークーラ１１３は、吸入空気を冷却して空気の過給効率を上昇させることが可能に構成されている。

スロットルバルブ１１４は、電子制御式のバルブであり、その開閉動作が不図示のスロットルバルブモータによって制御されるように構成されている。

インマニ圧力センサ３０１は、スロットルバルブ１１４の下流側であって、エンジン２００の上流側（即ち、インテークマニホールド）の圧力を検出可能に構成されている。インマニ圧力センサ３０１で検出された圧力の値は、ＥＣＵ１００に出力可能とされている。なお、インマニ圧力センサ３０１は、例えばエンジンシステムにおける各種パラメータからインマニ圧力を推定するようなものに置き換えることもできる。

エンジン２００におけるシリンダ２０１内の燃焼室には、吸気管１１１を介して供給される空気と、インジェクタ２１０から噴射供給される燃料とが混合されてなる混合気が吸入される。吸気側からシリンダ２０１内部に導かれた混合気は、圧縮自着火によって点火せしめられ、シリンダ２０１内で爆発工程が行われる。爆発工程が行われると、燃焼済みの混合気（一部未燃状態の混合気を含む）は、爆発工程に続く排気工程において、不図示の排気ポートに排出される。排気ポートに排出された排気は、排気管１１５に導かれる。

排気管１１５には、ＨＰＬＥＧＲ管１１６、ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１７、ＥＧＲクーラ１１８及び経路切替バルブ１１９を含んでなるＨＰＬＥＧＲシステムが設けられている。ＨＰＬＥＧＲシステムは、本発明の「内燃機関の還流装置」の一例である。

ＨＰＬＥＧＲ管１１６は、エンジン２００から排出された排気管１１５における排気を、エンジン２００の吸気側である吸気管１１１に還流可能に構成されている。ＨＰＬＥＧＲ管１１６には、ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１７が設けられており、還流されるＥＧＲガスの量が調節可能とされている。ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１７は、例えば全開及び全閉の二値的な開閉状態を採り得る電磁開閉弁であり、ＥＣＵ１００と電気的に接続されることによって、その開閉状態がＥＣＵ１００により制御される構成となっている。ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１７は、本発明の「還流切替手段」の一例である。

また本実施形態では特に、ＨＰＬＥＧＲ管１１６は、途中で第１経路１１６ａ及び第２経路１１６ｂに分岐している。一方の第１経路１１６ａには排気を冷却するＥＧＲクーラ１１８が設けられている。他方、第２経路１１６ｂはＥＧＲクーラ１１８をバイパスする経路として設けられている。

第１経路１１６ａ及び第２経路１１６ｂの吸気管１１１側の分岐部分には、本発明の「経路切替手段」の一例である経路切替バルブ１１９が設けられている。経路切替バルブ１１９は、第１経路１１６ａ及び第２経路１１６ｂを選択的に開閉可能な電磁弁として構成されており、ＥＣＵ１００と電気的に接続されることによって、その開閉状態がＥＣＵ１００により制御される構成となっている。

排気管１１５には更に、エキマニ圧力センサ３０２が設けられている。エキマニ圧力センサ３０２は、エキゾーストマニホールドの圧力を検出可能に構成されており、エキマニ圧力センサ３０２で検出された圧力の値は、ＥＣＵ１００に出力可能とされている。なお、エキマニ圧力センサ３０２は、例えばエンジンシステムにおける各種パラメータからエキマニ圧力を推定するようなものに置き換えることもできる。

タービン１２０における出口側（即ち、タービン１２０より下流側）の排気管１２１には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）１２３と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２４と、ＬＰＬＥＧＲ管１２５、ＬＰＬＥＧＲ制御弁１２６、ＥＧＲクーラ１２７からなるＬＰＬＥＧＲシステムと、排気絞り弁１２８とが設けられている。

ＤＯＣ１２３は、排気管１２１上に設けられた酸化触媒であり、タービン１２０を通過した排気中に含まれる物質を浄化する。

ＤＰＦ１２４は、排気管１２２におけるＤＯＣ１２３より下流側に設けられており、排気中に含まれる粒子状物質を捕集して減少させる。

ＬＰＬＥＧＲ管１２５は、ＤＰＦ１２４の下流の排気を、コンプレッサ１１０の入口側である吸気管１０１に還流可能に構成されている。ＬＰＬＥＧＲ管１２５上には、ＬＰＬＥＧＲ制御弁１２６が設けられており、ＥＧＲガスの量が調節可能とされている。ＬＰＬＥＧＲ制御弁１２６は、ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１８と同様に、例えば全開及び全閉の二値的な開閉状態を採り得る電磁開閉弁であり、ＥＣＵ１００と電気的に接続されることによって、その開閉状態がＥＣＵ１００により制御される構成となっている。また、ＬＰＬＥＧＲ管１２５上には、還流されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１２７が設けられている。

排気絞り弁１２８は、排気管１２１におけるＬＰＬＥＧＲ管１２５との接続部より下流に設けられており、排出される排気の量を調整する。

次に、本実施形態に係る内燃機関の還流装置であるＨＰＬＥＧＲシステムによる排気の還流動作について、図２及び図３を参照して説明する。ここに図２は、第１経路によって排気の還流する際の動作を示す概念図である。また図３は、第２経路によって排気の還流する際の動作を示す概念図である。

図２において、ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１７が開弁されると共に、経路切替バルブ１１９が第２経路１１６ｂ側を遮断すると、ＨＰＬＥＧＲ管１１６における第１経路１１６ａが開放された状態となる。この状態では、排気管１１５からＨＰＬＥＧＲ管１１６に導入された排気が、第１経路１１６ａを介して吸気管１１１側へと還流される。ここで、第１経路１１６ａにはＥＧＲクーラ１１８が設けられているため、排気は冷却された上で還流されることになる。

図３において、ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１７が開弁されると共に、経路切替バルブ１１９が第１経路１１６ａ側を遮断すると、ＨＰＬＥＧＲ管１１６における第２経路１１６ｂが開放された状態となる。この状態では、排気管１１５からＨＰＬＥＧＲ管１１６に導入された排気が、第２経路１１６ｂを介して吸気管１１１側へと還流される。ここで、第１経路１１６ａにはＥＧＲクーラ１１８が設けられていないため、排気は冷却されない。

上述したように第１経路１１６ａ及び第２経路１１６ｂを選択的に利用することで、ＥＧＲクーラ１１８における排気の過冷却に起因する凝縮水の発生を低減することができる。即ち、還流される排気を冷却すべき場合はＥＧＲクーラ１１８が配置された第１経路１１６ａを利用し、凝縮水の発生を防止すべき場合はバイパス経路である第２経路１１６ｂを利用することで、効率的に凝縮水の発生を低減することができる。

次に、本実施形態に係る内燃機関の還流装置における凝縮水の排出動作について、図４から図６を参照して説明する。ここに図４は、内燃機関の還流装置の制御動作を示すフローチャートである。また図５は、第１経路によって凝縮水を排出する際の動作を示す概念図である。更に図６は、車両減速時におけるインマニ圧及びエキマニ圧の変動を示すグラフである。

図４において、本実施形態に係る内燃機関の還流装置の動作時には、先ずインマニ圧センサ３０１によってインマニ圧（即ち、ＨＰＬＥＧＲ管１１６の出口部分の圧力）が検出される（ステップＳ１０１）。また、エキマニ圧センサ３０２によってエキマニ圧（即ち、ＨＰＬＥＧＲ管１１６の入口部分の圧力）が検出される（ステップＳ１０２）。インマニ圧及びエキマニ圧は、所定の周期で定期的に或いは不定期的に検出され、ＥＣＵ１００において監視された状態となる。

検出されたインマニ圧及びエキマニ圧は、ＥＣＵ１００において互いに比較される。そして、インマニ圧がエキマニ圧を上回っていると判定されると（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、更にＥＧＲクーラ１１８がバイパスされた状態であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。即ち、第２経路１１６ｂが開放された状態であるか否かが判定される。

ここで、ＥＧＲクーラ１１８がバイパスされた状態であると判定された場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、凝縮水を排出するための凝縮水排出制御が開始される（ステップＳ１０５）。具体的には、ＥＣＵ１００によって、ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１７が開放されると共に、経路切替バルブ１１９が第２経路１１６ｂ側を遮断した状態とされる。

図５において、凝縮水排出制御は、上述したようにインマニ圧がエキマニ圧を上回っている状態で行われる。即ち、ＨＰＬＥＧＲ管１１６における下流側の圧力が上流側の圧力を上回っている状態で行われる。このため、ＨＰＬＥＧＲ管１１６では、圧力の高い吸気管１１１側から圧力の低い排気管１１５側へと排気が逆流する。この際、逆流する排気は第１経路１１６ａ側を通過するため、逆流の勢いでＥＧＲクーラ１１８内に滞留した凝縮水が排気管１１５側へと排出される。

図４に戻り、凝縮水排出制御中には、再び上述したステップＳ１０１からステップＳ１０３と同様に、インマニ圧センサ３０１によってインマニ圧が検出され（ステップＳ１０６）、エキマニ圧センサ３０２によってエキマニ圧が検出され（ステップＳ１０７）、インマニ圧がエキマニ圧を上回っているか否かが判定される（ステップＳ１０８）。そして、インマニ圧がエキマニ圧を上回っている間は（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、凝縮水排出制御が続けられ、インマニ圧がエキマニ圧を上回らなくなると（ステップＳ１０８：ＮＯ）、凝縮水排出制御が終了する（ステップＳ１０９）。

ちなみに、通常のエンジンシステムにおいては、その動作時に、エキマニ圧がインマニ圧よりも高くなる。具体的には、例えばエキマニ圧は１５０〜２００ｋＰａのオーダーの圧力とされ、インマニ圧は１００〜１５０ｋＰａのオーダーの圧力とされる。よって、圧力の高いエキマニ側から圧力の低いインマニ側へと排気を還流させることは容易であるが、圧力の低いインマニ側から圧力の高いエキマニ側へと排気を逆流させることは困難である。

しかしながら、例えば図６に示すように、車両の減速時には、タービンの慣性により一時的にインマニ圧がエキマニ圧よりも高くなることがある。よって、このような場合に凝縮水排出制御を行えば、好適にＥＧＲクーラ１１８内に滞留した凝縮水を排気管１１５側へと排出することができる。なお、インマニ圧がエキマニ圧よりも高くなるような減速を判定することが可能であれば、上述したインマニ圧センサ３０１及びエキマニ圧センサ３０２によるインマニ圧及びエキマニ圧の検出を省略することができる。即ち、実際の圧力を検出せずとも、車両が減速していることからインマニ圧がエキマニ圧よりも高くなっていることを推定し、凝縮水排出制御を実行することができる。

次に、上述した凝縮水排出制御時のタービンのベーン制御について、図７及び図８を参照して説明する。ここに図７は、タービンにおける可動ベーンの構成を示す概略図である。また図８は、凝縮水排出制御中の可動ベーンの制御動作を示すフローチャートである。

図７において、タービン１２０は、可動軸３２０によって取付けられた複数のベーン３３０を備えている。ベーン３３０は、可動軸３２０を中心にして回動可能に構成されている。可動軸３２０は、例えばＥＣＵ１００の指示を受けて、図示しないアクチュエータ等によって駆動され回動する。これにより、可動軸３２０に取り付けられたベーン３３０の角度が変化する。このような可動式のベーン３３０によれば、例えば導入される排気の量が少ない場合であっても、開度を小さくする（即ち、ベーン間の隙間を小さくする）ことで、流速を高め、効果的な過給を実現することが可能である。

図８において、凝縮水排出制御中には（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００によってベーン３３０が開くように制御される（ステップＳ２０２）。なお、ここでの制御は、ベーンの開度を所定の値となるまで大きくするような制御であってもよいし、ベーン３３０の開度をそれまでの状態から一定量だけ大きくするような制御であってもよい。即ち、多少なりともベーン３３０の開度が大きくなるように制御されればよい。

ベーン３３０の開度が大きくなると、タービン１２０における流路面積が大きくなるため、エキマニ圧が低下する。よって、インマニ圧とエキマニ圧力との差を大きくし、より効果的にＨＰＬＥＧＲ管１１６内の空気を逆流させることができる。従って、より好適に凝縮水を排気通路側に排出することが可能となる。

なお、ベーンの開度を大きくした場合には、過給圧低下が許容範囲内であるかが判定される（ステップＳ２０３）。なお、ここでの「許容範囲」とは、過給圧の低下がエンジン２００の燃焼状態を悪化させない程度のものであるかを判定するための閾値として設定されている。そして、過給圧低下が許容範囲内でない場合には（ステップＳ２０３：ＮＯ）、ベーン３３０の開度が元に戻される（ステップＳ２０４）。よって、ベーン３３０を通常よりも大きく開くことに起因して、エンジン２００の燃焼状態が悪化してしまうことを防止できる。

ちなみに、ベーン３３０の開度を大きくした場合であっても、短時間であれば、タービン１２０の慣性によって過給効率を維持することができる。よって、本実施形態のように、瞬間的に排気を逆流させる構成では、過給効率の低下に起因してエンジン２００の燃焼状態が悪化してしまう可能性は低い。

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の還流装置によれば、ＨＰＬＥＧＲ管１１６を逆流させることで、ＥＧＲクーラ１１８内で発生した凝縮水を排気管１１５側へと排出することができる。よって、第１経路１１６ａ及び第２経路１１６ｂの切替えだけでは凝縮水の発生を完全に防ぎきれなかった場合であっても、凝縮水が吸気管１１１側に流入し、シリンダ２０１内の部品（例えば、インジェクタ２１０等）を腐食させてしまうことを防止できる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の還流装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１００…ＥＣＵ、１０１，１１１…吸気管、１０２…エアフローメータ、１１０…コンプレッサ、１１３…インタークーラ、１１４…スロットルバルブ、１１５，１２１…排気管、１１６…ＨＰＬＥＧＲ管、１１６ａ…第１経路、１１６ｂ…第２経路、１１７…ＨＰＬＥＧＲ制御弁、１１８…ＥＧＲクーラ、１１９…経路切替バルブ、１２０…タービン、１２３…ＤＯＣ、１２４…ＤＰＦ、１２５…ＬＰＬＥＧＲ管、１２６…ＬＰＬＥＧＲ制御弁、１２７…ＥＧＲクーラ、１２８…排気絞り弁、２００…エンジン、２０１…シリンダ、２１０…インジェクタ、３０１…インマニ圧センサ、３０２…エキマニ圧センサ、３２０…可動軸、３３０…ベーン。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気をタービン上流側の排気通路からコンプレッサ下流側の吸気通路に還流可能な還流装置であって、
   前記排気を冷却する冷却手段が配置される第１経路と、
   前記冷却手段をバイパスする第２経路と、
   前記冷却手段よりも前記吸気通路側に配置されており、前記第１経路及び前記第２経路を選択的に開閉する経路切替手段と、
   前記経路切替手段よりも前記吸気通路側に配置されており、前記排気を還流させるか否かを切替える還流切替手段と、
   前記吸気通路の圧力が前記排気通路の圧力を上回る場合に、前記第１経路が開放されるように前記経路切替手段及び前記還流切替手段を夫々制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の還流装置。
2. 前記制御手段は、前記内燃機関が搭載される車両の減速時に、前記第１経路が開放されるように前記経路切替手段及び前記還流切替手段を夫々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還流装置。
3. 前記タービンは可動ベーンを有しており、
   前記制御手段は、前記吸気通路の圧力が前記排気通路の圧力を上回る場合に、前記可動ベーンの開度を大きくするように制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の還流装置。

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