JP2016089777A - 排気再循環装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガス流れ方向に沿って直列に接続された複数のＥＧＲクーラを備えた排気再循環装置に対し、ＥＧＲクーラ内でのデポジットの堆積量を削減可能とする。
【解決手段】ＥＧＲガス流量が低下しており、第３ＥＧＲクーラ７３にデポジットが堆積している可能性がある場合、バイパス通路８によって第１、第２ＥＧＲクーラ７１，７２をバイパスして第３ＥＧＲクーラ７３に比較的高温度のＥＧＲガスを導入する。これにより、第３ＥＧＲクーラ７３に堆積しているデポジットの粘度を低下させ、第３ＥＧＲクーラ７３からのデポジットの離脱を容易にして、デポジットの堆積量を削減する。その後、ＥＧＲガス流量の低下が解消しない場合には、バイパス通路８によって第１ＥＧＲクーラ７１をバイパスして第２ＥＧＲクーラ７２に比較的高温度のＥＧＲガスを導入し、この第２ＥＧＲクーラ７２におけるデポジットの堆積量を削減する。
【選択図】図４

Description

本発明は排気再循環装置（ＥＧＲ装置）の制御装置に係る。特に、本発明は、ＥＧＲガス流れ方向に沿って直列に接続された複数のＥＧＲクーラを備えた排気再循環装置の制御に関する。

従来、内燃機関（以下、エンジンという場合もある）において、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量の低減や燃料消費率の改善を図るべく、排気ガスの一部をＥＧＲ通路によって吸気通路に再循環する排気再循環装置が知られている。

この排気再循環装置として、ＥＧＲガス流れ方向に沿って直列に接続された複数のＥＧＲクーラを備えたものが知られている。特許文献１には、ＥＧＲガス流れ方向の上流側に高温用ＥＧＲクーラを、下流側に低温用ＥＧＲクーラをそれぞれ配置した構成が開示されている。そして、高温用ＥＧＲクーラをバイパスして低温用ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流すバイパス配管を備え、ＥＧＲガス温度が所定温度以下である場合には、バイパス配管を経て低温用ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流すようにしている。

特開２００４−１５６５８５号公報

しかしながら、特許文献１のものは、比較的低温度のＥＧＲガスが低温用ＥＧＲクーラを通過するため、この低温用ＥＧＲクーラの内部において、ハイドロカーボンなどの未燃堆積物（デポジット）の粘度が高くなりやすく、この低温用ＥＧＲクーラの内部に多量のデポジットが堆積してしまう可能性がある。このように多量のデポジットが堆積する状況では、低温用ＥＧＲクーラの閉塞が懸念される。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＥＧＲガス流れ方向に沿って直列に接続された複数のＥＧＲクーラを備えた排気再循環装置に対し、ＥＧＲクーラ内でのデポジットの堆積量を削減可能とする制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の解決手段は、ＥＧＲガス流れ方向に沿って直列に接続された複数のＥＧＲクーラと、上流側ＥＧＲクーラをバイパスして下流側ＥＧＲクーラに向けてＥＧＲガスを流すバイパス通路と、前記各ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを順に流す状態と前記バイパス通路によって前記上流側ＥＧＲクーラをバイパスして前記下流側ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流す状態との間で流路を切り換え可能な切り換え弁とを備えた排気再循環装置の制御装置を前提とする。この排気再循環装置の制御装置に対し、前記各ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを順に流している状態で、内燃機関の運転状態に応じて設定される目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えていることが検知または推定された場合に、前記バイパス通路によって前記上流側ＥＧＲクーラをバイパスして前記下流側ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流す状態とするように前記切り換え弁により流路を切り換える構成としている。

各ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを順に流している状態では、下流側ＥＧＲクーラには比較的低温度のＥＧＲガス（上流側ＥＧＲクーラを流れるＥＧＲガスよりも低温度のＥＧＲガス）が流れており、この下流側ＥＧＲクーラの内部に堆積するデポジットの粘度が高くなりやすい。下流側ＥＧＲクーラの内部にデポジットが堆積した場合、この下流側ＥＧＲクーラの内部ではＥＧＲガスの流通抵抗が大きくなる。そして、この流通抵抗が大きくなったことが原因で、排気再循環装置全体としてのＥＧＲガス流量が低下する。本解決手段では、このことを利用し、各ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを順に流している状態において、目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えていることが検知または推定された場合には、下流側ＥＧＲクーラの内部においてデポジットが堆積していると判断する。そして、この場合、バイパス通路によって上流側ＥＧＲクーラをバイパスして下流側ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流す状態とするように切り換え弁により流路を切り換える。これにより、下流側ＥＧＲクーラには、比較的高温度のＥＧＲガス（上流側ＥＧＲクーラによる冷却が行われていないＥＧＲガス）が導入されることになり、この下流側ＥＧＲクーラの内部に堆積しているデポジットが加熱されることでその粘度が低下する。粘度の低下によってデポジットの固着力は低下し、この下流側ＥＧＲクーラ内部でのＥＧＲガスの流れによって下流側ＥＧＲクーラからのデポジットの離脱が容易になる。その結果、この下流側ＥＧＲクーラの内部におけるデポジットの堆積量を削減できる。

本発明では、ＥＧＲガス流量が低下していることを条件に、比較的高温度のＥＧＲガスを下流側ＥＧＲクーラに流すことで、この下流側ＥＧＲクーラの内部に堆積しているデポジットの粘度を低下させるようにしている。これにより、下流側ＥＧＲクーラの内部におけるデポジットの堆積量を削減することができる。

実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。 実施形態に係る排気再循環装置のＥＧＲクーラユニットを示す模式図であって、各ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを順に流す制御状態を示す図である。 デポジット堆積量削減制御の手順を示すフローチャート図である。 実施形態に係る排気再循環装置のＥＧＲクーラユニットを示す模式図であって、各ＥＧＲクーラのうち第３ＥＧＲクーラのみにＥＧＲガスを導入する制御状態を示す図である。 実施形態に係る排気再循環装置のＥＧＲクーラユニットを示す模式図であって、各ＥＧＲクーラのうち第２ＥＧＲクーラおよび第３ＥＧＲクーラそれぞれにＥＧＲガスを導入する制御状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載された直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明する。また、本実施形態は、本発明の理解を容易にするべく、排気再循環装置が、ＥＧＲガス流れ方向に沿って３個のＥＧＲクーラが直列に接続されたＥＧＲクーラユニットを備えた場合について説明する。なお、ＥＧＲクーラユニットにおいて直列に接続されるＥＧＲクーラの数は３個に限らず、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。

−エンジンの構成−
図１は、本実施形態に係るエンジン（内燃機関）１の概略構成を示す図である。この図１に示すエンジン１は、４つの気筒１１，１１，…を有し、各気筒１１にインジェクタ（図示省略）が設けられている。

各気筒１１には吸気系を構成する吸気通路３が接続されている。この吸気通路３の上流端にはエアクリーナ３１が設けられている。また、この吸気通路３には、吸気の流れ方向に沿って、エアフローメータ３４、ターボチャージャ４のコンプレッサ４１、インタークーラ３２および吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）３３が順に設けられている。吸気系によって気筒１１内へ導かれた吸気（図１中に実線で示す矢印を参照）は圧縮行程において圧縮され、この気筒１１内にインジェクタから燃料が噴射されることにより燃料の燃焼が行われる。この燃料の燃焼に伴ってエンジン出力が得られる。

各気筒１１には排気系を構成する排気通路５が接続されている。この排気通路５の途中には、ターボチャージャ４のタービン４２が設けられている。このタービン４２の下流には触媒５１が設けられている。また、必要に応じてパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設けられる。各気筒１１内での燃焼により発生した排気ガスは、排気通路５へ排出され、タービン４２を経た後、触媒５１によって浄化され、大気中へ放出される。

本実施形態に係るエンジン１には、排気再循環装置６が設けられている。この排気再循環装置６は、前記触媒５１よりも下流（タービン４２よりも下流）の排気通路５から、コンプレッサ４１よりも上流の吸気通路３へ排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を導くＥＧＲ通路６１と、このＥＧＲ通路６１の流路面積を変更可能とするＥＧＲバルブ６２と、ＥＧＲガスを冷却する複数のＥＧＲクーラ７１，７２，７３（図２を参照）を備えたＥＧＲクーラユニット７とを備えている。この排気再循環装置６によって、排気通路５を流通する排気ガスの一部が、ＥＧＲ通路６１および吸気通路３を通じて気筒１１内に再循環される。この排気再循環装置６により再循環される排気ガス（ＥＧＲガス）の量は、前記ＥＧＲバルブ６２の開度により調整される。このＥＧＲガスの再循環により、ＮＯｘ排出量の低減や燃料消費率の改善が図れる。図１では、排気ガス（ＥＧＲガスも含む）の流れを破線の矢印で示している。

−ＥＧＲクーラユニット−
次に、前記ＥＧＲクーラユニット７について説明する。図２はＥＧＲクーラユニット７を示す模式図である。この図２に示すように、ＥＧＲクーラユニット７は、複数（本実施形態では３個）のＥＧＲクーラ７１，７２，７３、および、複数（本実施形態では４個）の切り換え弁７４，７５，７６，７７を備えている。

ＥＧＲクーラ７１，７２，７３は、ＥＧＲガス流れ方向に沿って直列に接続されている。ここでは、ＥＧＲガス流れ方向の最上流側に位置するＥＧＲクーラ７１を第１ＥＧＲクーラ７１と呼ぶ。また、この第１ＥＧＲクーラ７１の下流側に位置するＥＧＲクーラ７２を第２ＥＧＲクーラ７２と呼ぶ。また、ＥＧＲガス流れ方向の最下流側に位置するＥＧＲクーラ７３を第３ＥＧＲクーラ７３と呼ぶ。これらＥＧＲクーラ７１，７２，７３は、ＥＧＲガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行ってＥＧＲガスを冷却するものである。これらＥＧＲクーラ７１，７２，７３の構成としては、シェル内部に複数本のチューブが挿入されている。そして、チューブ内にＥＧＲガスを流し、チューブとシェルとの間にエンジン冷却水を流して、ＥＧＲガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行うようになっている。また、チューブ内にはインナーフィンが設けられている。このＥＧＲクーラの構成は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、ＥＧＲクーラユニット７におけるＥＧＲガス通路の構成について説明する。ＥＧＲクーラユニット７の上流側通路６１ａが第１ＥＧＲクーラ７１の一端（ＥＧＲガス流れ方向の上流側端）に接続されている。また、第１ＥＧＲクーラ７１の他端（ＥＧＲガス流れ方向の下流側端）と第２ＥＧＲクーラ７２の一端（ＥＧＲガス流れ方向の上流側端）とは第１連通路６３によって接続されている。また、第２ＥＧＲクーラ７２の他端（ＥＧＲガス流れ方向の下流側端）と第３ＥＧＲクーラ７３の一端（ＥＧＲガス流れ方向の上流側端）とは第２連通路６４によって接続されている。さらに、ＥＧＲクーラユニット７の下流側通路６１ｂが第３ＥＧＲクーラ７３の他端（ＥＧＲガス流れ方向の下流側端）に接続されている。このように、各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３は、各通路６１ａ，６３，６４，６１ｂを介してＥＧＲガス流れ方向に沿って直列に接続されている。

また、ＥＧＲクーラユニット７には、バイパス通路８が設けられている。このバイパス通路８は、各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３のうちの一つまたは複数をバイパスしてＥＧＲガスを流すためのものである。具体的に、このバイパス通路８は、前記各通路６１ａ，６３，６４，６１ｂと平行に延びるメイン通路８１を備えている。このメイン通路８１には、第１〜第４のサブ通路８２〜８５が接続されている。第１サブ通路８２は、前記上流側通路６１ａに連通している。第２サブ通路８３は前記第１連通路６３に連通している。第３サブ通路８４は前記第２連通路６４に連通している。第４サブ通路８５は、前記下流側通路６１ｂに連通している。

各切り換え弁７４，７５，７６，７７は、ＥＧＲガスを流す流路を切り換えることによって、ＥＧＲガスを導入するＥＧＲクーラ７１，７２，７３を切り換えるためのものである。

具体的に、前記上流側通路６１ａにおける第１サブ通路８２の連通箇所の近傍には第１切り換え弁７４が設けられている。この第１切り換え弁７４の回動軸の位置は上流側通路６１ａにおける第１サブ通路８２の連通箇所よりも下流側となっている。この第１切り換え弁７４は、第１サブ通路８２を閉鎖すると共に上流側通路６１ａを開放する（上流側通路６１ａと第１ＥＧＲクーラ７１との間を連通させる）第１の位置（図２に示す位置）と、第１サブ通路８２を開放すると共に上流側通路６１ａを閉鎖する（上流側通路６１ａと第１ＥＧＲクーラ７１との間を遮断する）第２の位置（図４および図５に示す位置）との間で切り換え可能となっている。

また、第１連通路６３における第２サブ通路８３の連通箇所の近傍には第２切り換え弁７５が設けられている。この第２切り換え弁７５の回動軸の位置は第１連通路６３における第２サブ通路８３の連通箇所よりも上流側となっている。この第２切り換え弁７５は、第２サブ通路８３を閉鎖すると共に第１連通路６３を開放する（第１連通路６３と第１ＥＧＲクーラ７１との間を連通させる）第１の位置（図２および図４に示す位置）と、第２サブ通路８３を開放すると共に第１連通路６３を閉鎖する（第１連通路６３と第１ＥＧＲクーラ７１との間を遮断する）第２の位置（図５に示す位置）との間で切り換え可能となっている。

また、第２連通路６４における第３サブ通路８４の連通箇所の近傍には第３切り換え弁７６が設けられている。この第３切り換え弁７６の回動軸の位置は第２連通路６４における第３サブ通路８４の連通箇所よりも上流側となっている。この第３切り換え弁７６は、第３サブ通路８４を閉鎖すると共に第２連通路６４を開放する（第２連通路６４と第２ＥＧＲクーラ７２との間を連通させる）第１の位置（図２および図５に示す位置）と、第３サブ通路８４を開放すると共に第２連通路６４を閉鎖する（第２連通路６４と第２ＥＧＲクーラ７２との間を遮断する）第２の位置（図４に示す位置）との間で切り換え可能となっている。

さらに、前記下流側通路６１ｂにおける第４サブ通路８５の連通箇所の近傍には第４切り換え弁７７が設けられている。この第４切り換え弁７７の回動軸の位置は下流側通路６１ｂにおける第４サブ通路８５の連通箇所よりも上流側となっている。この第４切り換え弁７７は、第４サブ通路８５を閉鎖すると共に下流側通路６１ｂを開放する（下流側通路６１ｂと第３ＥＧＲクーラ７３との間を連通させる）第１の位置（図２に示す位置）と、第４サブ通路８５を開放すると共に下流側通路６１ｂを閉鎖する（下流側通路６１ｂと第３ＥＧＲクーラ７３との間を遮断する）第２の位置との間で切り換え可能となっている。

これら切り換え弁７４，７５，７６，７７の切り換え動作は、エンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０（図１を参照）によって実行される。このエンジンＥＣＵ１０は、前記エアフローメータ３４の他、各種センサ（Ａ／Ｆセンサ、吸気温センサ、吸気圧センサ、排気温センサ、水温センサ、クランクポジションセンサ、アクセル開度センサ、吸気絞り弁開度センサ、ＥＧＲバルブ開度センサ等）と電気的に接続されている。各センサの機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。

エンジンＥＣＵ１０は、前記各種センサの検出値や測定値に基づいてインジェクタ、吸気絞り弁３３、ＥＧＲバルブ６２を制御する。また、エンジンＥＣＵ１０は、エアフローメータ３４の検出値（吸入空気量の検出値）に基づいて前記各切り換え弁７４，７５，７６，７７を切り換えることにより、後述するデポジット堆積量削減制御を実行する。

−排気再循環装置の基本制御−
ここで、排気再循環装置６の基本制御について説明する。

排気再循環装置６を用いてＥＧＲガスを再循環させる場合、目標とするＥＧＲガス流量（以下、「目標ＥＧＲガス流量」という）と、推定されたＥＧＲガス流量（実際のＥＧＲガス流量の推定値であって、以下、「推定ＥＧＲガス流量」という）とを比較し、この推定ＥＧＲガス流量が目標ＥＧＲガス流量に近づくようにＥＧＲバルブ６２の開度がフィードバック制御される。この場合の目標ＥＧＲガス流量は、エンジン１の運転状態（エンジン負荷等）に応じて設定される。また、推定ＥＧＲガス流量は、前記ＥＧＲバルブ開度センサによって検出されたＥＧＲバルブ６２の開度、前記排気温センサによって検出された排気ガスの温度等をパラメータとして、予めエンジンＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶された所定の演算式またはマップから求められる。

−デポジット堆積量削減制御−
次に、本実施形態の特徴であるデポジット堆積量削減制御について説明する。前述したようにＥＧＲガス流れ方向に沿って複数のＥＧＲクーラ７１，７２，７３が直列に接続されたものにおいて、各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３にＥＧＲガスを順に流した場合、下流側に位置するＥＧＲクーラ（第２ＥＧＲクーラ７２や第３ＥＧＲクーラ７３；ここでは第３ＥＧＲクーラ７３を代表して説明する）に導入されるＥＧＲガスは比較的低温度となる。また、前記特許文献１のように、ＥＧＲガス温度が所定温度以下である場合に、バイパス通路を経て下流側ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流すものにあっても、この下流側ＥＧＲクーラに導入されるＥＧＲガスは比較的低温度となる。このような状況では、下流側ＥＧＲクーラ７３の内部において、ハイドロカーボンなどの未燃堆積物（デポジット）の粘度が高くなりやすく、この下流側ＥＧＲクーラ７３の内部に多量のデポジットが堆積してしまう可能性がある。このように多量のデポジットが堆積する状況では、下流側ＥＧＲクーラ７３の閉塞が懸念されることになる。

本実施形態では、この点に鑑み、下流側ＥＧＲクーラ７３にデポジットが堆積している可能性がある場合には、比較的高温度のＥＧＲガスを下流側ＥＧＲクーラ７３に導入することで、この下流側ＥＧＲクーラ７３の内部に堆積しているデポジットの粘度を低下させ、下流側ＥＧＲクーラ７３からのデポジットの離脱を容易にして、この下流側ＥＧＲクーラ７３におけるデポジットの堆積量を削減できるようにしている。

具体的には、各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３にＥＧＲガスを順に流している状態（図２に示す状態）で、エンジン１の運転状態に応じて設定される前記目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量（前記推定ＥＧＲガス流量）が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えていることが検知または推定された場合には、前記バイパス通路８を経て下流側ＥＧＲクーラ７３にＥＧＲガスを流す状態とするように前記切り換え弁７４〜７７により流路を切り換えるようにしている。つまり、前記乖離が所定の閾値を超えていることが検知または推定された場合、下流側ＥＧＲクーラ７３の内部においてデポジットが堆積している可能性がある。この場合、バイパス通路８を経て下流側ＥＧＲクーラ７３にＥＧＲガスを流す状態とするように切り換え弁７４〜７７により流路を切り換える。これにより、下流側ＥＧＲクーラ７３には、比較的高温度のＥＧＲガス（第１ＥＧＲクーラ７１による冷却が行われていないＥＧＲガス）が導入されることになり、この下流側ＥＧＲクーラ７３の内部に堆積しているデポジットが加熱されることでその粘度が低下する。粘度の低下によってデポジットの固着力は低下し、この下流側ＥＧＲクーラ７３内部でのＥＧＲガスの流れによって下流側ＥＧＲクーラ７３からのデポジットの離脱が容易になる。その結果、この下流側ＥＧＲクーラ７３の内部におけるデポジットの堆積量を削減できることになる。

以下、このデポジット堆積量削減制御の具体的な手順について図３のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、エンジン１の始動後、前記エンジンＥＣＵ１０において所定時間毎に実行される。

先ず、ステップＳＴ１において、エンジン１の運転状態がＥＧＲ作動領域であるか否かを判定する。この判定は、周知のものであって、エンジン１の冷却水温度、エンジン回転速度、エンジン負荷等に基づいて行われる。例えば、水温センサによって検出される冷却水温度、クランクポジションセンサからの信号に基づいて算出されるエンジン回転速度、および、アクセル開度センサからの信号に基づいて求められるエンジン負荷それぞれが予め設定された閾値を超えている場合にＥＧＲ作動領域であると判定する。

エンジン１の運転状態がＥＧＲ作動領域ではなく、ステップＳＴ１でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、ＥＧＲ（排気再循環）を停止する。つまり、ＥＧＲバルブ６２を全閉にして排気再循環を非実施とする。

一方、エンジン１の運転状態がＥＧＲ作動領域にあり、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ３に移り、ＥＧＲガス流量は低下しているか否かを判定する。この判定は、前記目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えているか否かを判定するものである。

具体的に、本実施形態では、エアフローメータ３４によって検出されている吸入空気量に基づき、前記乖離が所定の閾値を超えているか否かを判定するようにしている。つまり、ＥＧＲクーラ７１，７２，７３の何れかにデポジットが堆積している場合、このＥＧＲクーラ７１，７２，７３でのＥＧＲガスの流通抵抗の増大に伴ってＥＧＲガス流量が低下し、それに伴って新気導入量（エアクリーナ３１を経て導入される外気の量）が増加する傾向になる。即ち、目標ＥＧＲガス流量に対する実際のＥＧＲガス流量の不足分（ＥＧＲガス流量の乖離分）が新気の増加分によって賄われる状態となる。このような状況では、エアフローメータ３４によって検出されている吸入空気量が増加する傾向になる。このように、目標ＥＧＲガス流量に対する実際のＥＧＲガス流量の乖離量と吸入空気量の増加量との間には相関があることを利用し、現在のエンジン運転状態（エンジン負荷等）および目標ＥＧＲガス流量等に基づいて決定される吸入空気量（基準となる新気導入量であって、各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３にデポジットが堆積していないと仮定した場合における新気導入量）に比べて、実際にエアフローメータ３４によって検出されている吸入空気量が所定量（吸入空気量の増加閾値）以上増加している場合には前記乖離（目標ＥＧＲガス流量に対する実際のＥＧＲガス流量の乖離）が所定の閾値を超えていると判定するようにしている。この判定動作が、本発明で言う「目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えていることが推定された場合」に相当する。この乖離が所定の閾値を超えていると判断する前記吸入空気量の増加閾値は、実験またはシミュレーションによって予め設定されている。

前記乖離が所定の閾値を超えている（ＥＧＲガス流量は低下している）と判定されてステップＳＴ３でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ４に移り、制御実行フラグが「１」となっているか否かを判定する。この制御実行フラグは、バイパス通路８を用いたＥＧＲガスのバイパス動作（デポジット堆積量削減制御）が実行されている場合に「１」とされる（後述するステップＳＴ５で「１」とされる）フラグである。

本制御の開始時点では、バイパス通路８を用いたＥＧＲガスのバイパス動作は実行されていないため、制御実行フラグは「０」となっており、ステップＳＴ４ではＮＯ判定されてステップＳＴ５に移る。

ステップＳＴ５では、ＥＧＲガスを導入するＥＧＲクーラを指定するための変数「Ｎ」を「３」に設定する。また、制御実行フラグを「１」に設定する。

その後、ステップＳＴ６に移り、第Ｎ番のＥＧＲクーラへＥＧＲガスを導入する動作を実行する。前述した如く、ステップＳＴ５において変数「Ｎ」は「３」に設定されているので、ここでは、第３ＥＧＲクーラ７３にＥＧＲガスを導入する動作を実行する。具体的には、図４に示すように、第１切り換え弁７４および第３切り換え弁７６をそれぞれ第２の位置に設定すると共に、第２切り換え弁７５および第４切り換え弁７７をそれぞれ第１の位置に設定する。これにより、ＥＧＲクーラユニット７に流入したＥＧＲガスは、上流側通路６１ａ、第１サブ通路８２、メイン通路８１、第３サブ通路８４、第２連通路６４を順に流れた後、第３ＥＧＲクーラ７３に導入されることになる。つまり、この第３ＥＧＲクーラ７３には、第１ＥＧＲクーラ７１および第２ＥＧＲクーラ７２による冷却が行われていない比較的高温度のＥＧＲガスが導入されることになる。このような流路が成立している場合にあっては、第１ＥＧＲクーラ７１および第２ＥＧＲクーラ７２が本発明で言う「上流側ＥＧＲクーラ」に相当し、第３ＥＧＲクーラ７３が本発明で言う「下流側ＥＧＲクーラ」に相当することになる。つまり、この場合、本発明で言う「バイパス通路によって上流側ＥＧＲクーラをバイパスして下流側ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流す状態とするように切り換え弁により流路を切り換える」とは、「バイパス通路８によって第１ＥＧＲクーラ７１および第２ＥＧＲクーラ７２をバイパスして第３ＥＧＲクーラ７３にＥＧＲガスを流す状態とするように切り換え弁７４〜７７により流路を切り換える」ことに相当する。

第３ＥＧＲクーラ７３にデポジットが堆積している場合、比較的高温度のＥＧＲガスが導入されることによって、デポジットが加熱され、その粘度が低下する。この粘度の低下によってデポジットの固着力は低下し、第３ＥＧＲクーラ７３内部でのＥＧＲガスの流れによって第３ＥＧＲクーラ７３からのデポジットの離脱が容易になる。その結果、離脱されたデポジットが下流側通路６１ｂを経て排出され、第３ＥＧＲクーラ７３におけるデポジットの堆積量を削減することができる。

この第Ｎ番のＥＧＲクーラ（ここでは、第３ＥＧＲクーラ７３）へＥＧＲガスを導入する動作を開始した後、ステップＳＴ７において、エンジンＥＣＵ１０に予め備えられたタイマのカウントを開始する。このタイマは、前記加熱によってデポジットの粘度が十分に低下する程度の時間（例えば１０ｓｅｃ）が経過した時点でタイムアップするものとなっている。この値はこれに限定されるものではなく適宜設定される。

ステップＳＴ８では、このタイマがタイムアップしたか否かを判定する。タイマが未だタイムアップしていない場合には、第３ＥＧＲクーラ７３にＥＧＲガスを導入している状態を維持する。

タイマがタイムアップし、ステップＳＴ８でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ９において、前記変数「Ｎ」は「１」となったか否かを判定する。現在の変数「Ｎ」は「３」となっているので、このステップＳＴ９ではＮＯ判定されステップＳＴ３に戻る。つまり、ＥＧＲガス流量は未だ低下しているか否かを判定する。

仮に、デポジットが堆積していた（ＥＧＲガス流量が低下する程度まで堆積していた）ＥＧＲクーラが第３ＥＧＲクーラ７３のみであった場合には、前述した第３ＥＧＲクーラ７３へのＥＧＲガスの導入動作によってデポジットの堆積量は削減されており、ＥＧＲガス流量の低下は解消されていることになる。この場合、ステップＳＴ３ではＮＯ判定され、ステップＳＴ１１において通常ＥＧＲ制御が実行される。つまり、全ての切り換え弁７４〜７７が第１の位置に設定され、各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３に順にＥＧＲガスを流通させる状態にする（図２を参照）。また、ステップＳＴ１２において制御実行フラグが「０」に設定されてリターンされる。

一方、前述した第３ＥＧＲクーラ７３へのＥＧＲガスの導入動作を行ったにも拘わらず、未だＥＧＲガス流量が低下している場合には、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定されてステップＳＴ４に移る。第３ＥＧＲクーラ７３におけるデポジットの堆積量は削減されたにも拘わらず、未だＥＧＲガス流量が低下しているということは、第２ＥＧＲクーラ７２にデポジットが堆積している可能性がある。このため、この第２ＥＧＲクーラ７２におけるデポジットの堆積量を削減するための動作が以下のとおり行われる。

ステップＳＴ４にあっては、現在、制御実行フラグは「１」となっているのでＹＥＳ判定されてステップＳＴ１０に移る。このステップＳＴ１０では、変数「Ｎ」を「Ｎ−１」に設定する。つまり、ここでは、変数「Ｎ」が「３」から「２」に変更されることになる。

その後、ステップＳＴ６に移り、第Ｎ番のＥＧＲクーラへＥＧＲガスを導入する動作を実行する。前述した如く、ステップＳＴ１０において変数「Ｎ」は「３」から「２」に変更されているので、ここでは、第２ＥＧＲクーラ７２にＥＧＲガスを導入する動作を実行する。具体的には、図５に示すように、第１切り換え弁７４および第２切り換え弁７５をそれぞれ第２の位置に設定すると共に、第３切り換え弁７６および第４切り換え弁７７をそれぞれ第１の位置に設定する。これにより、ＥＧＲクーラユニット７に流入したＥＧＲガスは、上流側通路６１ａ、第１サブ通路８２、メイン通路８１、第２サブ通路８３、第１連通路６３を順に流れた後、第２ＥＧＲクーラ７２に導入されることになる。つまり、この第２ＥＧＲクーラ７２には、第１ＥＧＲクーラ７１による冷却が行われていない比較的高温度のＥＧＲガスが導入されることになる。また、この第２ＥＧＲクーラ７２を通過したＥＧＲガスは、第３ＥＧＲクーラ７３を通過して下流側通路６１ｂに導出される。このような流路が成立している場合にあっては、第１ＥＧＲクーラ７１が本発明で言う「上流側ＥＧＲクーラ」に相当し、第２ＥＧＲクーラ７２が本発明で言う「下流側ＥＧＲクーラ」に相当することになる。つまり、この場合、本発明で言う「バイパス通路によって上流側ＥＧＲクーラをバイパスして下流側ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流す状態とするように切り換え弁により流路を切り換える」とは、「バイパス通路８によって第１ＥＧＲクーラ７１をバイパスして第２ＥＧＲクーラ７２にＥＧＲガスを流す状態とするように切り換え弁７４〜７７により流路を切り換える」ことに相当する。

第２ＥＧＲクーラ７２にデポジットが堆積している場合、比較的高温度のＥＧＲガスが導入されることによって、デポジットが加熱され、前述した場合と同様の作用により、第２ＥＧＲクーラ７２におけるデポジットの堆積量を削減することができる。

この第Ｎ番のＥＧＲクーラ（ここでは、第２ＥＧＲクーラ７２）へＥＧＲガスを導入する動作を開始した後、ステップＳＴ７において、前述した場合と同様に、タイマのカウントを開始し、ステップＳＴ８でタイマがタイムアップするまで第２ＥＧＲクーラ７２にＥＧＲガスを導入している状態を維持する。

タイマがタイムアップし、ステップＳＴ８でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ９において、前記変数「Ｎ」は「１」となったか否かを判定する。現在の変数「Ｎ」は「２」となっているので、このステップＳＴ９ではＮＯ判定されステップＳＴ３に戻る。つまり、ＥＧＲガス流量は未だ低下しているか否かを判定する。

仮に、デポジットが堆積していた（ＥＧＲガス流量が低下する程度まで堆積していた）ＥＧＲクーラが第２ＥＧＲクーラ７２および第３ＥＧＲクーラ７３のみであった場合には、前述したＥＧＲガスの導入動作によってデポジットの堆積量は削減されており、ＥＧＲガス流量の低下は解消されていることになる。この場合、ステップＳＴ３ではＮＯ判定され、ステップＳＴ１１において通常ＥＧＲ制御が実行され、ステップＳＴ１２において制御実行フラグが「０」に設定されてリターンされる。

一方、前述した第２ＥＧＲクーラ７２へのＥＧＲガスの導入動作を行ったにも拘わらず、未だＥＧＲガス流量が低下している場合には、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定されてステップＳＴ４に移る。第２ＥＧＲクーラ７２におけるデポジットの堆積量は削減されたにも拘わらず、未だＥＧＲガス流量が低下しているということは、第１ＥＧＲクーラ７１にデポジットが堆積している可能性がある。このため、この第１ＥＧＲクーラ７１におけるデポジットの堆積量を削減するための動作が以下のとおり行われる。

ステップＳＴ４にあっては、現在、制御実行フラグは「１」となっているのでＹＥＳ判定されてステップＳＴ１０に移る。このステップＳＴ１０では、変数「Ｎ」を「Ｎ−１」に設定する。つまり、ここでは、変数「Ｎ」が「２」から「１」に変更されることになる。

その後、ステップＳＴ６に移り、第Ｎ番のＥＧＲクーラへＥＧＲガスを導入する動作を実行する。前述した如く、ステップＳＴ１０において変数「Ｎ」は「２」から「１」に変更されているので、ここでは、第１ＥＧＲクーラ７１にＥＧＲガスを導入する動作を実行する。具体的には、図２に示すように、各切り換え弁７４〜７７をそれぞれ第１の位置に設定する。これにより、ＥＧＲクーラユニット７に流入したＥＧＲガスは第１ＥＧＲクーラ７１に導入されることになる。つまり、この第１ＥＧＲクーラ７１に比較的高温度のＥＧＲガスが導入されることになる。また、この第１ＥＧＲクーラ７１を通過したＥＧＲガスは、第２ＥＧＲクーラ７２および第３ＥＧＲクーラ７３を順に通過して下流側通路６１ｂに導出される。

第１ＥＧＲクーラ７１にデポジットが堆積している場合、比較的高温度のＥＧＲガスが導入されることによって、デポジットが加熱され、前述した場合と同様の作用により、第１ＥＧＲクーラ７１におけるデポジットの堆積量を削減することができる。

この第Ｎ番のＥＧＲクーラ（ここでは、第１ＥＧＲクーラ７１）へＥＧＲガスを導入する動作を開始した後、ステップＳＴ７において、前述した場合と同様に、タイマのカウントを開始し、ステップＳＴ８でタイマがタイムアップするまで第１ＥＧＲクーラ７１にＥＧＲガスを導入している状態を維持する。

タイマがタイムアップし、ステップＳＴ８でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ９において、前記変数「Ｎ」は「１」となったか否かを判定する。現在の変数「Ｎ」は「１」となっているので、このステップＳＴ９ではＹＥＳ判定され、ステップＳＴ１２において制御実行フラグが「０」に設定されてリターンされる。

このようなデポジット堆積量削減制御が行われるため、前記エンジンＥＣＵ１０によって本発明に係る排気再循環装置の制御装置が構成される。この制御装置は、前記エアフローメータ３４、水温センサ、クランクポジションセンサ、アクセル開度センサからの各信号を入力信号として受信する構成となっている。また、この制御装置は、各切り換え弁７４〜７７およびＥＧＲバルブ６２に開度指令信号を出力信号として出力する構成となっている。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＥＧＲガス流量が低下していることを条件に、比較的高温度のＥＧＲガスを下流側ＥＧＲクーラ（第２ＥＧＲクーラ７２や第３ＥＧＲクーラ７３）に流すことで、この下流側ＥＧＲクーラ７２，７３の内部に堆積しているデポジットの粘度を低下させることができる。このため、下流側ＥＧＲクーラ７２，７３からのデポジットの離脱が容易になり、離脱されたデポジットを下流側ＥＧＲクーラ７２，７３から排出することができる。その結果、下流側ＥＧＲクーラ７２，７３におけるデポジットの堆積量を削減することができ、下流側ＥＧＲクーラ７２，７３の閉塞を防止できる。このように下流側ＥＧＲクーラ７２，７３の閉塞を防止できるため、ＥＧＲクーラユニット７の機能を十分に発揮することができ、ＥＧＲガスを十分に冷却することが可能になって、エンジン１のＮＯｘ排出量を十分に削減することができる。

また、本実施形態では、デポジットの堆積量を削減するべく、何れかのＥＧＲクーラ７１，７２，７３へのＥＧＲガスの導入を開始した場合には、前記タイマがタイムアップするまで、そのＥＧＲガス導入状態を維持するようにしている。これにより、仮に、ＥＧＲガスの導入の開始後に、エンジン１の運転状態がＥＧＲ作動領域でなくなったとしても、ＥＧＲガス導入状態が維持されることでデポジットの堆積量の削減を確実に行うことができる。

以下、前記の効果を確認するために行った実験について説明する。この実験は、各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３に順にＥＧＲガスを流通させた場合と、バイパス通路８によって第１ＥＧＲクーラ７１および第２ＥＧＲクーラ７２をバイパスして第３ＥＧＲクーラ７３にＥＧＲガスを導入した場合とのそれぞれにおいて、第３ＥＧＲクーラ７３内部のＥＧＲガスの温度を測定することにより行った。また、上流側通路６１ａに流入するＥＧＲガスの温度を１７５℃として行った。

各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３に順にＥＧＲガスを流通させた場合、第３ＥＧＲクーラ７３内部のＥＧＲガスの温度は７５℃であった。この温度では、第３ＥＧＲクーラ７３に堆積しているデポジットの粘度を低下させることは困難であり、デポジットの堆積量を削減することは困難であった。

これに対し、バイパス通路８によって第１ＥＧＲクーラ７１および第２ＥＧＲクーラ７２をバイパスし、第３ＥＧＲクーラ７３にＥＧＲガスを導入した場合、第３ＥＧＲクーラ７３内部のＥＧＲガスの温度は１２５℃であった。この温度であれば、第３ＥＧＲクーラ７３に堆積しているデポジットの粘度を十分に低下させることが可能であり、第３ＥＧＲクーラ７３におけるデポジットの堆積量を削減することができた。

（変形例１）
次に、変形例１について説明する。本変形例は、ＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定動作（図３のフローチャートにおけるステップＳＴ３の動作）が前記実施形態のものと異なっている。その他の構成および動作は前記実施形態のものと同様である。従って、ここではＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定動作についてのみ説明する。

本変形例において、ＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定動作としては、ＥＧＲ通路６１にＥＧＲガス流量センサを配設し、このＥＧＲガス流量センサによって検出されるＥＧＲガス流量（実際のＥＧＲガス流量）と前記目標ＥＧＲガス流量とを比較する。そして、目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量（ＥＧＲガス流量のセンシング値）が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えているか否かを判定するものである。そして、目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えている場合（本発明で言う「目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えていることが検知された場合」に相当）には、図３のフローチャートにおけるステップＳＴ３でＹＥＳ判定され、第Ｎ番のＥＧＲクーラへＥＧＲガスを導入する動作（ステップＳＴ６の動作）が実行されることになる。

本変形例におけるＥＧＲガス流量センサの配設位置としては、特に限定されるものではないが、例えば上流側通路６１ａに配設される。また、下流側通路６１ｂに配設してもよい。また、ＥＧＲクーラにデポジットが堆積していると判定する前記閾値は、実験またはシミュレーションによって予め設定されている。

（変形例２）
次に、変形例２について説明する。本変形例も、ＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定動作が前記実施形態のものと異なっている。その他の構成および動作は前記実施形態のものと同様である。従って、ここでもＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定動作についてのみ説明する。

本変形例において、ＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定動作としては、下流側通路６１ｂにＥＧＲガス温度センサを配設し、このＥＧＲガス温度センサによって検出されるＥＧＲガス温度（実際のＥＧＲガス温度）と予め設定された目標ＥＧＲガス温度（各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３にデポジットが堆積していないと仮定した場合におけるＥＧＲガス温度）とを比較する。そして、目標ＥＧＲガス温度に比較して実際のＥＧＲガス温度（ＥＧＲガス温度のセンシング値）が高くなっており、その乖離が所定の閾値を超えているか否かを判定するものである。そして、目標ＥＧＲガス温度に比較して実際のＥＧＲガス温度が高くなっており、その乖離が所定の閾値を超えている場合（本発明で言う「目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えていることが推定された場合」に相当）には、図３のフローチャートにおけるステップＳＴ３でＹＥＳ判定され、第Ｎ番のＥＧＲクーラへＥＧＲガスを導入する動作（ステップＳＴ６の動作）が実行されることになる。

つまり、何れかのＥＧＲクーラ７１，７２，７３にデポジットが堆積している場合には、ＥＧＲクーラユニット７による冷却効率が低下し、このＥＧＲクーラユニット７から導出されるＥＧＲガス温度が高くなる傾向があるので、これを利用してＥＧＲガス流量が低下していることの判定を行うようにしている。

また、ＥＧＲクーラにデポジットが堆積していると判定する前記閾値（目標ＥＧＲガス温度と実際のＥＧＲガス温度との乖離の閾値）は、実験またはシミュレーションによって予め設定されている。

（変形例３）
次に、変形例３について説明する。本変形例も、ＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定動作が前記実施形態のものと異なっている。その他の構成および動作は前記実施形態のものと同様である。従って、ここでもＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定動作についてのみ説明する。

本変形例において、ＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定動作としては、上流側通路６１ａと下流側通路６１ｂの間の圧力差を検出可能な差圧センサを配設し、この差圧センサによって検出される圧力差が所定値を超えているか否かを判定するものである。そして、この圧力差が所定値を超えている場合（本発明で言う「目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えていることが推定された場合」に相当）には、図３のフローチャートにおけるステップＳＴ３でＹＥＳ判定され、第Ｎ番のＥＧＲクーラへＥＧＲガスを導入する動作（ステップＳＴ６の動作）が実行されることになる。

つまり、何れかのＥＧＲクーラ７１，７２，７３にデポジットが堆積している場合には、そのＥＧＲクーラの内部における圧力損失が増大しており、前記圧力差が大きくなる傾向があるので、これを利用してＥＧＲガス流量が低下していることの判定を行うようにしている。

また、ＥＧＲクーラにデポジットが堆積していると判定する前記圧力差の所定値は、実験またはシミュレーションによって予め設定されている。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態および各変形例では、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジン１に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。また、ガソリンエンジンに対しても本発明は適用可能である。

また、前述したように、ＥＧＲクーラユニット７において直列に接続されるＥＧＲクーラの数は３個に限らず、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。これらの場合も、前記実施形態の場合と同様に、ＥＧＲガス流量の低下が解消されるまで、下流側のＥＧＲクーラにＥＧＲガスを導入する状態から、上流側のＥＧＲクーラにＥＧＲガスを導入する状態に順次切り換えていくことになる。

また、前記実施形態および各変形例では、ターボチャージャ４のタービン４２よりも下流側の排気通路５から、ターボチャージャ４のコンプレッサ４１よりも上流側の吸気通路３へ排気ガスを再循環するＬＰＬ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲ装置に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、ターボチャージャ４のタービン４２よりも上流側の排気通路５から、ターボチャージャ４のコンプレッサ４１よりも下流側の吸気通路３へ排気ガスを再循環するＨＰＬ（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲ装置にも適用が可能である。

また、ＥＧＲガス流量が低下しているか否かの判定としては、ＥＧＲガスの流速を検出し、このＥＧＲガスの流速に基づいて判定するようにしてもよい。

また、前記実施形態および各変形例では、前記第４切り換え弁７７を第１の位置に維持していた。何れかのＥＧＲクーラ７１，７２，７３が完全に閉塞した状況を招いた場合には、第４切り換え弁７７を第２の位置に切り換え、この完全に閉塞したＥＧＲクーラをバイパスして下流側通路６１ｂにＥＧＲガスを流すようにすることが好ましい。例えば、図４に示す流路切り換え状態において第３ＥＧＲクーラ７３が完全に閉塞している場合や、図５に示す流路切り換え状態において第２ＥＧＲクーラ７２および第３ＥＧＲクーラ７３の少なくとも一方が完全に閉塞している場合が挙げられる。なお、何れかのＥＧＲクーラ７１，７２，７３が完全に閉塞したことを検出する手法としては、各ＥＧＲクーラ７１，７２，７３それぞれの前後差圧の検出など公知のものが挙げられる。

本発明は、ＥＧＲガス流れ方向に沿って直列に接続された複数のＥＧＲクーラを備えた排気再循環装置の制御に適用可能である。

１ エンジン
３４ エアフローメータ
６ 排気再循環装置
７１ 第１ＥＧＲクーラ
７２ 第２ＥＧＲクーラ
７３ 第３ＥＧＲクーラ
７４ 第１切り換え弁
７５ 第２切り換え弁
７６ 第３切り換え弁
７７ 第４切り換え弁
８ バイパス通路
１０ エンジンＥＣＵ

Claims (1)

1. ＥＧＲガス流れ方向に沿って直列に接続された複数のＥＧＲクーラと、上流側ＥＧＲクーラをバイパスして下流側ＥＧＲクーラに向けてＥＧＲガスを流すバイパス通路と、前記各ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを順に流す状態と前記バイパス通路によって前記上流側ＥＧＲクーラをバイパスして前記下流側ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流す状態との間で流路を切り換え可能な切り換え弁と、を備えた排気再循環装置の制御装置において、
   前記各ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを順に流している状態で、内燃機関の運転状態に応じて設定される目標ＥＧＲガス流量に比較して実際のＥＧＲガス流量が低下しており、その乖離が所定の閾値を超えていることが検知または推定された場合に、前記バイパス通路によって前記上流側ＥＧＲクーラをバイパスして前記下流側ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを流す状態とするように前記切り換え弁により流路を切り換える構成とされていることを特徴とする排気再循環装置の制御装置。

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