JP4299054B2

JP4299054B2 - 内燃機関のｅｇｒ装置

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Publication number: JP4299054B2
Application number: JP2003140648A
Authority: JP
Inventors: 隆雄福間; 宜之高橋
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP2004340099A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスをＥＧＲクーラによって冷却して吸気通路に還流するＥＧＲ装置においては、排気ガス中の煤等がＥＧＲクーラに徐々に堆積して詰まることがある。そこで、ＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置においては、ＥＧＲクーラの詰まり対策が必要である。
【０００３】
ＥＧＲクーラの詰まり対策を施したＥＧＲ装置としては、ＥＧＲクーラの前後に設置した差圧センサにて詰まりの有無を監視し、詰まりが生じた場合に排気ガス温度が上昇するように内燃機関の燃焼状態を一時的に変更し、排気ガスの熱でＥＧＲクーラに堆積した煤等を燃焼させて詰まりを解消するＥＧＲ装置が提案されている（特許文献１参照）。ＥＧＲクーラの劣化（詰まり）の有無を温度センサにて監視し、劣化が検出された場合にＥＧＲガス量が増加するようにＥＧＲ弁の開度を調整して、劣化前と同等のＥＧＲガス量を確保するＥＧＲ装置も提案されている（特許文献２参照）。その他に本発明に関連する従来技術として特許文献３及び４がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７４１４８号公報
【特許文献２】
特開２０００−１３０２６６号公報
【特許文献３】
特開平１０−２８１０１６号公報
【特許文献４】
特開平１１−６２７２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のＥＧＲ装置では、排気ガス温度を上昇させるために内燃機関の燃焼状態を排気ガスの浄化性能からみた最適な状態から一時的に変更する必要が生じて排気エミッションが悪化する。排気ガス温度を上昇させるために余計なエネルギが消費される。また、特許文献２のＥＧＲ装置は、ＥＧＲクーラの機能を回復させるわけではないので、ＥＧＲガス量の増加に伴ってＥＧＲガス温度が上昇し、ＥＧＲ効果が低下する。
【０００６】
そこで、本発明は内燃機関の燃焼状態を変更することなくＥＧＲクーラの詰まりを改善できるＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＥＧＲ装置は、排気通路から吸気側に排気を還流するＥＧＲ通路に排気冷却用のＥＧＲクーラが設けられ、該ＥＧＲクーラの少なくとも一方の側に作用する圧力が圧力調整手段にて調整可能とされた内燃機関のＥＧＲ装置において、前記ＥＧＲクーラの排気還流時における出口側の圧力が前記排気還流時における入口側の圧力よりも高くなるように前記圧力調整手段を操作して、前記ＥＧＲクーラ内に前記排気還流時とは逆方向の流れを生じさせる詰まり解消制御手段が設けられ、前記内燃機関には、互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群が設けられ、前記ＥＧＲクーラの一端側には一方のシリンダ群の排気側と接続されたＥＧＲ通路の圧力が、他端側には他方のシリンダ群の排気側と接続されたＥＧＲ通路の圧力がそれぞれ導入可能であり、前記詰まり解消制御手段は、前記圧力調整手段を操作して前記シリンダ群に対応する２つのＥＧＲ通路のうち、少なくともいずれか一方のＥＧＲ通路の圧力を変化させることにより、前記ＥＧＲクーラに前記排気還流時とは逆方向の流れを生じさせることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
本発明によれば、内燃機関に設けられた圧力調整手段を操作してＥＧＲクーラの入口側と出口側との間の圧力差を変化させることにより、ＥＧＲクーラ内を排気ガスが一定方向に流れることによって堆積した煤等の堆積物を反対方向へガスを流して除去するいわゆる逆洗操作を実施して、比較的容易にＥＧＲクーラの詰まりを解消することができる。このように圧力操作によって堆積物を除去するので、内燃機関の燃焼状態を変更する必要はない。なお、本発明のＥＧＲ装置において、圧力調整手段は内燃機関の運転状態を調整するために排気圧力又は吸気圧力を変化させる手段として設けられているものであればよい。
【００１０】
２つのシリンダ群のそれぞれが互いに異なる排気通路に接続された内燃機関においては、各シリンダ群から排気ガスを戻すためのＥＧＲ通路が吸気通路に至るまでの少なくとも一部においてシリンダ群毎に分かれている。これらのシリンダ群毎のＥＧＲ通路においては、ＥＧＲ通路や排気通路に設けられた圧力調整手段を操作することにより、ＥＧＲ通路の圧力をシリンダ群毎に別々に調整することができる。このため、ＥＧＲクーラの両端にそれぞれ別々のシリンダ群に対応するＥＧＲ通路の圧力を導入して圧力調整手段を操作すれば、ＥＧＲクーラの両端の圧力の大小関係を変化させ、ＥＧＲクーラ内におけるガスの流れ方向を切り替えられるようになる。なお、互いに異なる３以上のシリンダ群が設けられている内燃機関であっても、２つのシリンダ群が含まれている限りにおいて上記態様に含まれる。
【００１１】
本発明のＥＧＲ装置においては、前記シリンダ群毎のＥＧＲ通路のそれぞれに前記ＥＧＲクーラが設けられ、各ＥＧＲクーラの排気還流時における出口側同士が連絡通路にて接続され、前記シリンダ群毎の排気通路の前記ＥＧＲ通路への分岐位置よりも下流には排気抵抗調整手段が設けられ、前記詰まり解消制御手段は少なくともいずれか一方の排気通路の前記排気抵抗調整手段を前記圧力調整手段として操作して前記逆方向の流れを生じさせてもよい（請求項２）。
【００１２】
この態様によれば、ＥＧＲクーラの出口側同士が連絡通路を介して接続されることにより、各シリンダ群の排気通路がＥＧＲ通路とＥＧＲクーラとを介して相互に接続されることになる。また、各シリンダ群毎の排気抵抗調整手段による排気抵抗を差別化することにより、各シリンダ群の排気圧力に差を設けることができる。そして、排気圧力に差を設けることにより、排気圧力が高い排気通路からＥＧＲ通路、連絡通路及び反対側のＥＧＲ通路を介して反対側の排気圧力が低い排気通路への排気の流れを作り出すことができる。これにより、排気圧力が低いＥＧＲ通路のＥＧＲクーラでは、排気還流時における出口側から入口側へ排気が通過するようになる。なお、排気抵抗調整手段は例えば排気絞り弁のように排気抵抗の調整を目的として設けられている手段に限らず、ターボチャージャのように他の目的（この例では吸気圧力の調整）で設けられていても結果として排気抵抗に変化を生じさせる手段も含む。
【００１３】
本発明のＥＧＲ装置においては、前記シリンダ群毎のＥＧＲ通路が共通のＥＧＲクーラに接続されるとともに当該ＥＧＲクーラの両側にて前記シリンダ群毎のＥＧＲ通路のそれぞれが前記圧力調整手段としてのＥＧＲ弁を介して前記２つのシリンダ群に共通の吸気通路に接続され、前記排気還流時の流れとして前記一方のシリンダ群から排出された排気が前記ＥＧＲクーラを通過して前記共通の吸気通路に流入しているときの前記ＥＧＲクーラ内の排気の流れが設定されるとともに、前記排気還流時とは逆方向の流れとして前記他方のシリンダ群から排出された排気が前記ＥＧＲクーラを通過して前記共通の吸気通路に流入しているときの前記ＥＧＲクーラ内の排気の流れが設定され、前記詰まり解消制御手段は、前記ＥＧＲ通路毎のＥＧＲ弁をそれぞれの開度が差別化されるように操作して前記逆方向の流れを生じさせるようにしてもよい（請求項３）。
【００１４】
この発明によれば、ＥＧＲクーラの両側がＥＧＲ弁を介して吸気通路と接続されるので、一方のＥＧＲ弁を閉じて他方のＥＧＲ弁を開ける場合と、一方のＥＧＲ弁を開いて他方のＥＧＲ弁を閉じる場合とで、ＥＧＲクーラを通過する排気の流れ方向が逆になる。従って、ＥＧＲ弁の開閉状態を適宜切り換えることにより、従前の排気還流時の入口側を出口側に、出口側を入口側に切り換えてＥＧＲクーラ内の堆積物を除去して詰まりを解消することができる。なお、吸気通路が共通であるため、いずれのＥＧＲ弁が開かれても２つのシリンダ群のそれぞれに等しくＥＧＲガスを供給することができる。
【００１７】
本発明のＥＧＲ装置においては前記ＥＧＲクーラの詰まりを検出する詰まり検出手段をさらに具備し、前記詰まり解消制御手段は前記詰まり検出手段にて詰まりが検出された場合に、その検出された詰まりを解消するように前記圧力調整手段を操作して前記逆方向の流れを生じさせてもよい（請求項４）。この態様によればＥＧＲクーラが詰まった場合にこれを確実に解消することができる。
【００１８】
本発明のＥＧＲ装置においては、前記内燃機関にはＥＧＲガスを含まない吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段が設けられ、前記詰まり検出手段は、前記ＥＧＲクーラにおける圧力損失が一定と仮定した場合に一定の吸入空気量が前記吸入空気量検出手段にて検出されるように前記吸入空気量に影響する機器類の操作状態を所定の基準状態に設定し、その基準状態にて前記吸入空気量検出手段が検出する吸入空気量の変化に基づいて前記詰まりを検出してもよい（請求項５）。
【００１９】
ＥＧＲクーラにおける圧力損失が一定でかつ内燃機関の吸入空気量に影響する機器類の操作状態が一定であれば、ＥＧＲ量及び排気の量（但し、ＥＧＲガスを除く）は一定となり、吸入空気量検出手段にて検出される吸入空気量はＥＧＲガスを除いた排出空気量に等しくなる。しかしながら、ＥＧＲクーラの詰まりが進行するとＥＧＲガス量が徐々に減少し、ＥＧＲ分を除いた排出空気量が相対的に増加する。このため、吸入空気量に影響する機器類が所定の基準状態に操作されていても吸入空気量検出手段にて検出される吸入空気量は徐々に増加する。このように吸入空気量とＥＧＲクーラの詰まりとは相関関係があるので、吸入空気量検出手段が検出する吸入空気量の変化に基づいてＥＧＲクーラの詰まり状態を判別することができる。なお、吸入空気量検出手段はエアフローメータのように吸入空気量を直接検出する手段に限らず、吸入空気量と相関する吸気圧等の他の物理量を検出することにより、吸入空気量を間接的に検出する手段も含む。吸入空気量に影響する機器類としては、スロットル弁、ＥＧＲ弁、排気通路に設けられた可変ノズル式ターボチャージャの可動ノズル、排気絞り弁、吸排気系の可変動弁機構等が挙げられるが、ＥＧＲクーラの詰まり検出で必要とされる測定精度からみて吸入空気量に与える影響が無視できる機器は基準状態に設定する対象から除外して構わない。
【００２０】
本発明のＥＧＲ装置においては、前記ＥＧＲクーラが前記シリンダ群毎のＥＧＲ通路のそれぞれに設けられ、前記内燃機関には、シリンダ群毎の排気エネルギにて駆動されることにより前記シリンダ群毎に設けられた吸気通路内の吸気を過給するシリンダ群毎の過給器と、前記シリンダ群毎の吸気通路におけるＥＧＲガスを含まない吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段とが設けられ、前記ＥＧＲ装置には、前記ＥＧＲクーラにおける圧力損失が一定と仮定した場合に一定の吸入空気量が前記吸入空気量検出手段にて検出されるように前記吸入空気量に影響する機器類の操作状態を所定の基準状態に設定し、その基準状態にて前記吸入空気量検出手段が検出する吸入空気量の変化に基づいて前記ＥＧＲクーラの詰まりを検出する詰まり検出手段が設けられ、前記詰まり検出手段は、前記吸入空気量検出手段が検出したシリンダ群毎の吸入空気量の差に基づいて前記シリンダ群毎のＥＧＲクーラの詰まりの進行度を判別してもよい（請求項６）。
【００２１】
排気エネルギにて駆動されるいわゆるターボチャージャ式の過給器がシリンダ群毎の吸気通路に配置されている構成においては、一方のシリンダ群側のクーラが反対側のＥＧＲクーラよりも相対的に詰まった場合に、その一方のシリンダ群側のＥＧＲ通路を介して戻されるＥＧＲ量が相対的に減少し、当該一方のシリンダ群の排気通路に導かれる排出空気量が増加する。このため、一方のシリンダ群側において、排出空気量の増加に応答して過給効果が高まって当該一方のシリンダ群に対応する側の吸入空気量が増加する。従って、シリンダ群毎に分かれている吸気通路における吸入空気量の差から、シリンダ群側のＥＧＲクーラの詰まりの進行度を判別することができる。
【００２２】
上記のように、シリンダ群毎のＥＧＲクーラの詰まりの進行度を判別する場合において、前記詰まり解消手段は、前記詰まりがより進行していると判別された側のＥＧＲクーラを、反対側のＥＧＲクーラよりも優先して前記排気還流時とは逆方向の流れが生じるように前記圧力調整手段を操作してもよい（請求項７）。
【００２３】
内燃機関の運転条件等の制約から圧力調整手段を操作できる時期が限られている場合に、まず詰まりが進行している側のＥＧＲクーラの詰まりを優先して解消する操作を行うようにすれば、限られた期間において高い詰まり解消効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係るＥＧＲ装置が組み込まれた内燃機関を示している。この実施形態において、内燃機関は左右のバンク２Ｌ、２Ｒに４つずつシリンダ３が設けられたＶ型８気筒のディーゼルエンジン１として構成されている。左バンク２Ｌのシリンダ３によって一つのシリンダ群が構成され、右バンク２Ｒのシリンダ３によって他の一つのシリンダ群が構成される。なお、一つのシリンダ群は少なくとも一つのシリンダ３が含まれていればよい。
【００２７】
各シリンダ３に吸気を導くための吸気通路４はエアクリーナ５の下流においてバンク毎の分岐路４Ｌ、４Ｒに分かれており、その分岐路４Ｌ、４Ｒにターボチャージャ６のコンプレッサ６ａが配置されている。コンプレッサ６ａの下流において分岐路４Ｌ、４Ｒはインタークーラ７を通過し、吸気通路４の一部を構成する共通のインテークマニホールド８に接続される。一方、各バンクのシリンダ３からの排気は、バンク毎に設けられた排気通路１０Ｌ、１０Ｒのエキゾーストマニホールド１１Ｌ、１１Ｒからターボチャージャ６のタービン６ｂに導かれ、さらにタービン６ｂの下流側に導かれる。タービン６ｂの下流側には触媒や消音器等が設けられるがそれらの図示は省略した。
【００２８】
ターボチャージャ６は、開度調整が可能なノズル装置（不図示）をタービン６ｂ側に備えた可変ノズルターボチャージャ（以下、ＶＮＴと呼ぶことがある。）である。各ターボチャージャ６のノズル開度はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２にて制御される。ＥＣＵ１２は各シリンダ３に対する燃料噴射量等を調整してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータである。
【００２９】
エンジン１にはＥＧＲ通路１３が設けられている。ＥＧＲ通路１３は、エキゾーストマニホールド１１Ｌ、１１Ｒにそれぞれ接続されたバンク毎のＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒと、ＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒを結ぶ連絡通路１３Ｃとを備えている。ＥＧＲ通路１３Ｌ、１３ＲにはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒが設けられ、連絡通路１３Ｃは各クーラ１４Ｌ、１４Ｒの間に設けられている。このように連絡通路１３Ｃを介してＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒが相互に接続されているため、ＥＧＲクーラ１４Ｌに関してはその排気還流時の入口側（左端側）にＥＧＲ通路１３Ｌの圧力が導入され、排気還流時の出口側（右端側）にはＥＧＲクーラ１４Ｒの出口側におけるＥＧＲ通路１３Ｒの圧力が連絡通路１３Ｃを介して導入される。また、ＥＧＲクーラ１４Ｒに関してはその排気還流時の入口側（右端側）にＥＧＲ通路１３Ｒの圧力が導入され、排気還流時の出口側（左端側）にはＥＧＲクーラ１４Ｌの出口側におけるＥＧＲ通路１３Ｌの圧力が連絡通路１３Ｃを介して導入される。
【００３０】
さらに、連絡通路１３Ｃは一対のＥＧＲ弁１５を介してインテークマニホールド８に接続されている。ＥＧＲ弁１５の開度はＥＣＵ１２によりエンジン１の運転状態に応じて制御される。その開度制御の内容は通常の内燃機関のＥＧＲ制御と同様でよい。
【００３１】
次に、図２を参照してＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの詰まりを解消する操作を説明する。
【００３２】
左側のバンク２Ｌに対応するＥＧＲクーラ１４Ｌの詰まりを解消するには、各ＥＧＲ弁１５を閉じた状態で図２（ａ）に示すようにバンク２Ｌに対応するターボチャージャ６のノズル開度を、バンク２Ｒに対応するターボチャージャ６のノズル開度よりも増加させる。これにより、エキゾーストマニホールド１１Ｌの排気圧力がエキゾーストマニホールド１１Ｒの排気圧力よりも低下し、ＥＧＲ通路１３には図２（ａ）に矢印で示したように、ＥＧＲ通路１３Ｒから連絡通路１３Ｃを介してＥＧＲ通路１３Ｌに向かう排気ガスの流れが生じる。このため、ＥＧＲクーラ１４Ｌにおいては出口から入口に向かって排気ガスが逆流し、その結果、ＥＧＲクーラ１４Ｌに堆積した煤等の堆積物が除去されてＥＧＲクーラ１４Ｌの詰まりが解消する。
【００３３】
一方、右側のバンク２Ｒに対応するＥＧＲクーラ１４Ｒの詰まりを解消するには、各ＥＧＲ弁１５を閉じた状態で図２（ｂ）に示すようにバンク２Ｒに対応するターボチャージャ６のノズル開度を開け、バンク２Ｌに対応するターボチャージャ６のノズル開度を閉じる。これにより、エキゾーストマニホールド１１Ｒの排気圧力がエキゾーストマニホールド１１Ｌの排気圧力よりも低下し、ＥＧＲ通路１３には図２（ｂ）に矢印で示したように、ＥＧＲ通路１３Ｌから連絡通路１３Ｃを介してＥＧＲ通路１３Ｒに向かう排気ガスの流れが生じる。このため、ＥＧＲクーラ１４Ｒにおいては出口から入口に向かって排気ガスが逆流し、その結果、ＥＧＲクーラ１４Ｒに堆積した煤等の堆積物が除去されてＥＧＲクーラ１４Ｒの詰まりが解消する。
【００３４】
次に、ＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの詰まりの検出について説明する。図３はＥＣＵ１２がＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの詰まりを判定するために所定の周期で繰り返し実行するＥＧＲクーラ詰まり判定ルーチンを示すチャートである。ＥＧＲクーラ詰まり判定ルーチンにおいてＥＣＵ１２は、最初のステップＳ１で、詰まりが既に検出されているか否かを判別するための詰まり検出フラグの値が、検出済を示す１にセットされているか否か判断する。検出フラグが１であればステップＳ２以下の処理を省略して今回のルーチンを終える。一方、フラグが１でなければステップＳ２へ進み、ＥＣＵ１２は、詰まりを検出する際の基準状態の一つとして、エンジン１の回転数が所定範囲内か否かを判断する。所定範囲でなければ判定ルーチンを終える。所定範囲であればステップＳ３へ進み、ＥＣＵ１２はＥＧＲ弁１５及びターボチャージャ（ＶＮＴ）６のノズルのそれぞれの開度を所定値にセットする。このときの開度は詰まりを判定する際の基準状態の一つとして定められた開度であって、一定値であれば最大開度〜最小開度の間の任意の開度を選んでよい。この処理により、ＥＣＵ１２は基準状態設定手段として機能する。なお、ステップＳ３ではエンジン１の一回転あたりの吸入空気量に影響する機器類としてターボチャージャ６を対象とし、その操作状態をノズル開度一定という所定の基準状態に設定しているが、これ以外に吸入空気量に影響する機器類が存在する場合にはその操作状態も一定に設定する必要がある。但し、吸入空気量に与える影響がＥＧＲクーラの詰まり判定という目的からみて無視し得る程度に軽微な機器については操作対象から外してよい。
【００３５】
続くステップＳ４では、図１に示す吸気通路４の分岐路４Ｌ、４Ｒに設けられたエアフローメータ１６Ｌ、１６Ｒの出力に基づいて、現在のエンジン１の一回転当たりの吸入空気量を検出してＥＣＵ１２のＲＡＭに測定結果を記憶する。続くステップＳ５において、ＥＣＵ１２は今回のルーチンによる詰まり判定が２回目以降の判定か否か判断する。２回目以降の判定でなければステップＳ５以下をスキップしてルーチンを終える。一方、ステップＳ５で２回目以降の判定であったときはステップＳ６に進み、ＥＣＵ１２はステップＳ４で検出した吸入空気量が１回目のルーチン実行時に検出した吸入空気量に対して所定量以上増加しているか否かを判断する。増加していなければステップＳ６以下をスキップして今回のルーチンを終える。ＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの少なくともいずれか一方に詰まりが生じると、エンジン１の回転数が一定で、かつターボチャージャ６のノズル開度及びＥＧＲ弁１５の開度が一定の条件下で比較した場合に、ＥＧＲ量が減少して吸入空気量が増加するため、このように吸入空気量を過去の検出値と比較すればＥＧＲクーラ１４Ｌ又は１４Ｒの詰まりの有無が判別できる。
【００３６】
ステップＳ６にて吸入空気量が所定量以上増加しているときは少なくともいずれか一方のＥＧＲクーラ１４Ｌ又は１４Ｒに詰まりが発生したものとしてステップＳ７へ進み、詰まり検出フラグの値に１をセットする。続くステップＳ８ではエアフローメータ１６Ｌ、１６Ｒがそれぞれ検出する吸入空気量を比較し、次のステップＳ９において吸入空気量の多い側のＥＧＲクーラ１４Ｌ又は１４Ｒを詰まりが相対的に進行し、詰まり解消操作において優先して処理されるべき側として判別し、その結果をＥＣＵ１２のＲＡＭに記憶する。ＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒが詰まるほどＥＧＲガス量が減少してタービン６ｂに導かれる排気ガス量が増えるので、その結果としてコンプレッサ６ａによる過給効果が高まってＥＧＲクーラの詰まっている側の分岐路４Ｌ又は４Ｒの吸入空気量が増加する。
【００３７】
その後、ＥＣＵ１２はステップＳ１０にてＥＧＲ弁１５及びターボチャージャ６の開度をそれぞれ元の開度（ステップＳ３の設定前の開度）に戻す。以上により、図３のルーチンを終える。以上のステップＳ４〜Ｓ９によりＥＣＵ１２は詰まり検出実行手段として機能する。
【００３８】
以上の詰まり判定ルーチンにて詰まりが検出されると、ＥＣＵ１２の制御によって図２に示した詰まり解消操作が実施される。図４及び図５は、その詰まり解消操作のためにＥＣＵ１２が実行するＥＧＲクーラ詰まり解消制御ルーチンを示すフローチャートである。ＥＣＵ１２は、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し図４及び図５のルーチンを実行することにより、本発明の詰まり解消制御手段として機能する。
【００３９】
ＥＧＲクーラ詰まり解消制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１２はまずステップＳ２１において詰まり検出フラグに１がセットされているか否か判断し、１がセットされていなければルーチンを終える。一方、検出フラグが１の場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ１２はエンジン１に対する燃料噴射量が０となる減速時の燃料カット中か否か判断する。ここではターボチャージャ６のノズル開度を変化させて詰まりを解消するので、エンジン１の運転になるべく影響の少ない状態としてタービン６ｂが回転していてしかも燃料カット中の減速時であることを前提としている。但し、詰まり解消操作を実行する前提としての運転条件はこれに限らず適宜に定めてよい。
【００４０】
続くステップＳ２３では第１解消操作フラグに１がセットされているか否かを判断し、１がセットされていなければステップＳ２４で第２解消操作フラグに１がセットされているか否か判断する。これらのフラグは詰まり解消操作の実行中か否かを判断するためのものである。ステップＳ２３、Ｓ２４のいずれにおいてもフラグに１がセットされていない場合、すなわち、詰まりが検出された後に未だ詰まり解消操作が開始されていない場合にステップＳ２５へ進み、第１解消操作フラグに１をセットするとともに、詰まり解消操作の継続時間のカウントを開始する。その後ステップＳ２６へ進んで各ＥＧＲ弁１５の開度を全閉とし、さらにステップＳ２７にて優先処理側（図３のステップＳ９参照）のＥＧＲクーラ１４Ｌ、又は１４Ｒと同一の側のターボチャージャ６のノズル開度を最大に設定し、続くステップＳ２８にて反対側のターボチャージャ６のノズル開度を最小に設定する。これらの操作により、図２（ａ）又は（ｂ）の状態が実現される。また、第１解消操作フラグは、優先処理側のＥＧＲクーラ１４Ｌ又は１４Ｒに関する詰まり解消操作の実行中か否かを判別するフラグとして機能する。
【００４１】
続くステップＳ２９では、ステップＳ２５で開始された詰まり解消操作の継続時間のカウント値が所定の継続時間に達しているか否か判断する。所定時間に達していなければ今回のルーチンを終え、達していればステップＳ３０へ進んで第１解消操作フラグを０にリセットし、継続時間のカウントを終了する。
【００４２】
続いて図５のステップＳ３１へ進み、第２解消操作フラグに１をセットし、詰まり解消操作の継続時間のカウントを再び初期値から開始する。続くステップＳ３２で各ＥＧＲ弁１５の開度を全閉とし、さらにステップＳ３３にて優先処理側のＥＧＲクーラ１４Ｌ、又は１４Ｒと同一の側のターボチャージャ６のノズル開度を最小に設定し、続くステップＳ２８にて反対側のターボチャージャ６のノズル開度を最大に設定する。これらの操作により、優先処理側のＥＧＲクーラ１４Ｌ又は１４Ｒに対する詰まり解消操作が終了し、反対側のＥＧＲクーラ１４Ｒ又は１４Ｌに対する詰まり解消操作が開始される。第２解消操作フラグは、優先処理側の反対側のＥＧＲクーラ１４Ｒ又は１４Ｌに関する詰まり解消操作の実行中か否かを判別するフラグとして機能する。
【００４３】
続くステップＳ３５では、ステップＳ３１で開始された詰まり解消操作の継続時間のカウント値が所定の継続時間に達しているか否か判断する。所定時間に達していなければ今回のルーチンを終え、達していればステップＳ３６へ進んで第２解消操作フラグを０にリセットし、継続時間のカウントを終了する。その後、ステップＳ３７にて詰まり検出フラグを０にリセットし、ステップＳ３８にてターボチャージャ６のノズル開度及びＥＧＲ弁１５の開度を詰まり解消操作前の元の開度に戻し、これをもってルーチンを終える。以上により、優先処理側の反対側のＥＧＲクーラ１４Ｒ又は１４Ｌに対する詰まり解消操作も終了する。
【００４４】
なお、詰まり解消操作の実行中に図４のルーチンが開始された場合において、エンジン１の運転状態が燃料カット状態から変化したときはステップＳ２２が否定判断される。この場合、ＥＣＵ１２はステップＳ３８にて詰まり解消操作の継続時間のカウントを中断し、ステップＳ３８へ進んでターボチャージャ６のノズル開度及びＥＧＲ弁１５の開度を元に戻して詰まり解消操作を中断させる。このような中断があっても、第１解消操作フラグ又は第２解消操作フラグのいずれかが１にセットされているので、再び燃料カット中に図４のルーチンが開始された場合にステップＳ２３又はステップＳ２４のいずれかが肯定判断される。そして、ステップＳ２３が肯定された場合、ＥＣＵ１２はステップＳ３９にて継続時間のカウントを継続してステップＳ２６に進む。これにより、優先処理側のＥＧＲクーラ１４Ｌ又は１４Ｒに対する詰まり解消操作が再開される。また、ステップＳ２４が肯定判断された場合、ＥＣＵ１２は図５のステップＳ４０にて継続時間のカウントを継続してステップＳ３２に進む。これにより、優先処理側の反対側のＥＧＲクーラ１４Ｒ又は１４Ｌに対する詰まり解消操作が再開される。
【００４５】
図４及び図５の詰まり解消制御ルーチンにおいては、詰まり解消中のターボチャージャ６のノズル開度に関して、ステップＳ２７及びＳ２８においては優先処理側が反対側よりも大きく設定されていればよく、ステップＳ３３及びＳ３４においては優先処理側が反対側よりも小さく設定されていればよい。但し、ＥＧＲクーラ１４Ｌ又は１４Ｒに生じる圧力差をなるべく大きくして逆洗効果を高めるためにはノズル開度を最大と最小とにそれぞれ設定することが望ましい。
【００４６】
また、上記の詰まり解消制御ルーチンでは詰まり解消操作を所定時間継続するようにしたが、詰まり解消操作開始後の吸入空気量の積算値等の他の物理量を参照して詰まり解消操作の終了時期を決めてもよい。
【００４７】
なお、以上の実施形態ではターボチャージャ６が圧力調整手段及び排気抵抗調整手段に相当する。可変ノズル式のターボチャージャに代え、電動発電機によってタービンの回転を調整可能な電動機付きターボチャージャが設けられている場合においても、タービンの回転速度を変化させて排気圧力（排気抵抗）を変えることにより、上記の実施形態と同様にしてＥＧＲクーラの詰まりを解消することができる。
【００４８】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。図６は排気通路１０Ｌ、１０Ｒに圧力調整手段及び排気抵抗調整手段として排気絞り弁２０Ｌ、２０Ｒが設けられている例である。この場合には、ターボチャージャ６のノズル開度の操作に代えて、排気絞り弁２０Ｌ、２０Ｒの開度に差を設けることにより、左右の排気通路１０Ｌ、１０Ｒの排気圧力に差を生じさせてＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの詰まりを解消させることができる。例えば、ＥＧＲクーラ１４Ｌの詰まりを解消する場合には左側の排気絞り弁２０Ｌの開度を大きく、反対側の排気絞り弁２０Ｒの開度をそれよりも小さく設定すればよい。ＥＧＲクーラ１４Ｒの詰まりを解消する場合には排気絞り弁２０Ｌ、２０Ｒの開度を上記と反対に設定すればよい。
【００４９】
図７（ａ）及び（ｂ）はＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒを共通のＥＧＲクーラ１４と接続して図１の連絡通路１３Ｃを省略し、ＥＧＲクーラ１４の両側においてＥＧＲ通路１３Ｌ、１３ＲをそれぞれＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒを介してインテークマニホールド８に接続した例である。この例においては、ＥＧＲ通路１３Ｌの圧力がＥＧＲクーラ１４の一端側に、ＥＧＲ通路１３Ｒの圧力がＥＧＲクーラ１４の他端側にそれぞれ導入される。
【００５０】
以上の構成においては、左側のＥＧＲ弁１５Ｌを開け、右側のＥＧＲ弁１５Ｒを閉じた場合にはＥＧＲ通路１３Ｌの終端部の圧力がインテークマニホールド８と接続された影響でＥＧＲ通路１３Ｒよりも幾らか低下する。その結果、図７（ａ）にに矢印で示したように、ＥＧＲ通路１３Ｒの排気がＥＧＲクーラ１４を通過してＥＧＲ通路１３Ｌ側に流れ、その排気とＥＧＲ通路１３Ｌの排気とがＥＧＲ弁１５Ｌを介してインテークマニホールド８に流入する。反対に、右側のＥＧＲ弁１５Ｒを開け、左側のＥＧＲ弁１５Ｌを閉じた場合にはＥＧＲ通路１３Ｒの終端部の圧力がインテークマニホールド８と接続された影響でＥＧＲ通路１３Ｌよりも幾らか低下する。その結果、図７（ｂ）に矢印で示したように、ＥＧＲ通路１３Ｌの排気がＥＧＲクーラ１４を通過してＥＧＲ通路１３Ｒ側に流れ、その排気とＥＧＲ通路１３Ｒの排気とがＥＧＲ弁１５Ｒを介してインテークマニホールド８に流入する。
【００５１】
このように、図７（ａ）、（ｂ）の実施形態では、ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒを圧力調整手段として選択的に開閉することにより、ＥＧＲクーラ１４の両端における圧力の大小関係を切り替えてＥＧＲクーラ１４内を通過する排気ガスの流れ方向を適宜に切り替えることができる。従って、ＥＧＲクーラ１４における排気の流れ方向を周期的に切り替えることにより詰まりの進行を一定限度に制限することができる。なお、流れ方向を切り替える目安には継続時間、流量の積算値等を利用してよい。この実施形態では、ターボチャージャ６のノズル開度や排気絞り弁２０Ｌ、２０Ｒ等を操作して詰まりを解消する場合のように特定の運転条件に限って詰まり解消操作を実行するという制約がなく、通常の運転中に適宜方向を切り替えて特定方向への煤等の堆積量の増加を抑えることができるという利点がある。勿論、ターボチャージャ６の開度の差別化による排気圧力の変更を図７の実施形態と組み合わせて詰まり解消を実施してもよい。
【００５２】
図８（ａ）及び（ｂ）はＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒを合流させることなく、ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒを介してそれぞれ別々にインテークマニホールド８に接続した参考例を示している。この参考例では、ＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒに反対側のＥＧＲ通路１３Ｒ、１３Ｌの圧力を導入することはできないが、ＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒとインテークマニホールド８との接続状態をＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒを介して互いに独立して制御できるので、排気圧と吸気圧との差を利用してＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒに選択的に逆方向の流れを与えて詰まりを解消することができる。
【００５３】
例えば左側のＥＧＲクーラ１４Ｌの詰まりを解消するためには、同一の側のターボチャージャ６のノズルの開度を増してエキゾーストマニホールド１１Ｌの排気圧力を下げるとともに、反対側のターボチャージャ６のノズル開度を絞ってインテークマニホールド８の圧力をエキゾーストマニホールド１１Ｌの圧力よりも一時的に上昇させ、これに合わせてＥＧＲ弁１５Ｌを開け、ＥＧＲ弁１５Ｒを閉じてＥＧＲクーラ１４の入口側よりも出口側の圧力を高める。これにより、図８（ａ）に示すように、インテークマニホールド８からＥＧＲクーラ１４Ｌを介してＥＧＲ通路１３Ｌに吸気が流れてＥＧＲクーラ１４Ｌに逆洗効果が生じる。右側のＥＧＲクーラ１４Ｒの詰まりを解消するためには上記と逆に右側のターボチャージャ６のノズル開度を増し、左側のターボチャージャ６のノズル開度を減らしてＥＧＲ弁１５Ｌを閉じ、ＥＧＲ弁１５Ｒを開ける。これにより、図８（ｂ）に示すように、インテークマニホールド８からＥＧＲクーラ１４Ｒを介してＥＧＲ通路１３Ｒに吸気が流れてＥＧＲクーラ１４Ｒに逆洗効果が生じる。
【００５４】
なお、図７の例及び図８の参考例のいずれにおいても、ＥＧＲクーラ１４、１４Ｌ、１４Ｒの詰まりが進行するほどＥＧＲガス量が減少して吸入空気量が増えるという関係に変わりはないので、図３のステップＳ２〜Ｓ６の処理によって同様に詰まり判定を行うことができる。
【００５５】
以上の実施形態では、詰まりが検出された場合に限って図４のステップＳ２２以下に進んで詰まり解消操作を実行しているが、エンジン１の運転時間や吸入空気量の積算値のように、詰まりの進行と相関性を有する物理量から詰まり解消操作が必要となる目安が予め判っている場合には、その物理量から詰まり解消操作の時期を特定してステップＳ２３以下の詰まり解消操作を実行してもよい。
【００５６】
本発明の詰まり検出は、ＥＧＲクーラの詰まり解消操作の実行時期を判断する目的に限らず、様々な目的で実行してよい。例えば、詰まりが検出された場合に、その詰まりに伴うＥＧＲ量の減少分を補償して所定量のＥＧＲガスが吸気側に戻されるようにＥＧＲ弁１５の開度を補正してもよい。詰まりに伴うＥＧＲガスの減少に対応して燃料噴射量を補正して排気エミッションの悪化を防止してもよい。
【００５７】
左右のバンク２Ｌ、２Ｒに対してＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒが分けて設けられる図１、図６の例、及び図８の参考例においては、ターボチャージャ６のノズル開度や排気絞り弁２０Ｌ、２０Ｒの開度が左右均等に制御されている限りにおいて、ＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの詰まりは等しく進行しているはずであり、それにも関わらず一方のＥＧＲクーラ１４Ｌ又は１４Ｒの詰まりの進行が速い場合には、左右のバンク２Ｌ、２Ｒ間で煤等の堆積物の堆積速度に差を生じさせる何らかの理由が存在する。例えば、一方のバンク２Ｌ又は２Ｒにおいて、各種の誤差により燃料がＥＣＵ１２の指令値よりも多く噴射されている場合、ターボチャージャ６やＥＧＲ弁１５の開度がバンク２Ｌ、２Ｒ間で等しく制御されているはずが実際には一方のバンク２Ｌ又は２ＲにおいてＥＧＲ弁１５の開度が規定よりも大きく設定されている場合には、煤等の堆積速度に差が生じる。
【００５８】
そこで、バンク間におけるＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの詰まりの進行に関して偏りが検出された場合、進行の速い側のバンク２Ｌ又は２Ｒに関して、煤等の堆積速度が減少するように燃料噴射量やＥＧＲ弁の開度、あるいはターボチャージャの開度を補正してもよい。
【００５９】
以上の実施形態では、Ｖ型エンジンのバンク毎にシリンダ群を構成しているが、本発明はＶ型エンジンに限らない。直列エンジンや水平対向型のエンジンであっても、一部のシリンダ群と他のシリンダ群とをそれぞれ別々の排気通路に接続している限りは本発明を適用することができる。シリンダ群毎の排気通路は後に合流するか否かを問わない。本発明が適用される内燃機関はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンでもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＥＧＲ装置によれば、内燃機関に設けられた圧力調整手段を操作してＥＧＲクーラの入口側と出口側との間の圧力差を変化させることにより、ＥＧＲクーラ内を排気ガスが一定方向に流れることによって堆積した煤等の堆積物を反対方向へガスを流して除去するいわゆる逆洗操作を実施して、比較的容易にＥＧＲクーラの詰まりを解消することができる。しかも、圧力操作によって堆積物を除去するので、内燃機関の燃焼状態を変更する必要がなく、ＥＧＲクーラの詰まり解消のために、燃焼状態の変更による排気エミッションや燃費の悪化といった不都合が生じるおそれがない。
【００６１】
また、本発明のＥＧＲ装置によれば、空燃比制御等のために設けられる吸入空気量検出手段を利用してＥＧＲクーラの詰まりの進行度を判別することができるので、詰まり検出専用のセンサが不要となり、部品点数の削減やコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＥＧＲ装置が設けられた内燃機関の構成を示す図。
【図２】図１のエンジンにおけるＥＧＲクーラの詰まり解消操作を示す図。
【図３】図１のＥＣＵがＥＧＲクーラの詰まりを検出するために実行するＥＧＲクーラ詰まり判定ルーチンを示すフローチャート。
【図４】図１のＥＣＵがＥＧＲクーラの詰まりを解消するために実行するＥＧＲクーラ詰まり解消制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】図４に続くフローチャート。
【図６】排気通路に排気絞り弁が設けられた実施形態を示す図。
【図７】左右のバンクでＥＧＲクーラを共通化した実施形態における詰まり解消操作を示す図。
【図８】ＥＧＲ通路をバンク毎に完全に分離した参考例における詰まり解消操作を示す図。

Claims

排気通路から吸気側に排気を還流するＥＧＲ通路に排気冷却用のＥＧＲクーラが設けられ、該ＥＧＲクーラの少なくとも一方の側に作用する圧力が圧力調整手段にて調整可能とされた内燃機関のＥＧＲ装置において、
前記ＥＧＲクーラの排気還流時における出口側の圧力が前記排気還流時における入口側の圧力よりも高くなるように前記圧力調整手段を操作して、前記ＥＧＲクーラ内に前記排気還流時とは逆方向の流れを生じさせる詰まり解消制御手段が設けられ、
前記内燃機関には、互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群が設けられ、
前記ＥＧＲクーラの一端側には一方のシリンダ群の排気側と接続されたＥＧＲ通路の圧力が、他端側には他方のシリンダ群の排気側と接続されたＥＧＲ通路の圧力がそれぞれ導入可能であり、
前記詰まり解消制御手段は、前記圧力調整手段を操作して前記シリンダ群に対応する２つのＥＧＲ通路のうち、少なくともいずれか一方のＥＧＲ通路の圧力を変化させることにより、前記ＥＧＲクーラに前記排気還流時とは逆方向の流れを生じさせることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
前記シリンダ群毎のＥＧＲ通路のそれぞれに前記ＥＧＲクーラが設けられ、各ＥＧＲクーラの排気還流時における出口側同士が連絡通路にて接続され、前記シリンダ群毎の排気通路の前記ＥＧＲ通路への分岐位置よりも下流には排気抵抗調整手段が設けられ、前記詰まり解消制御手段は少なくともいずれか一方の排気通路の前記排気抵抗調整手段を前記圧力調整手段として操作して前記逆方向の流れを生じさせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
前記シリンダ群毎のＥＧＲ通路が共通のＥＧＲクーラに接続されるとともに当該ＥＧＲクーラの両側にて前記シリンダ群毎のＥＧＲ通路のそれぞれが前記圧力調整手段としてのＥＧＲ弁を介して前記２つのシリンダ群に共通の吸気通路に接続され、
前記排気還流時の流れとして前記一方のシリンダ群から排出された排気が前記ＥＧＲクーラを通過して前記共通の吸気通路に流入しているときの前記ＥＧＲクーラ内の排気の流れが設定されるとともに、前記排気還流時とは逆方向の流れとして前記他方のシリンダ群から排出された排気が前記ＥＧＲクーラを通過して前記共通の吸気通路に流入しているときの前記ＥＧＲクーラ内の排気の流れが設定され、
前記詰まり解消制御手段は、前記ＥＧＲ通路毎のＥＧＲ弁をそれぞれの開度が差別化されるように操作して前記逆方向の流れを生じさせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
前記ＥＧＲクーラの詰まりを検出する詰まり検出手段をさらに具備し、前記詰まり解消制御手段は前記詰まり検出手段にて詰まりが検出された場合に、その検出された詰まりを解消するように前記圧力調整手段を操作して前記逆方向の流れを生じさせることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
前記内燃機関にはＥＧＲガスを含まない吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段が設けられ、
前記詰まり検出手段は、前記ＥＧＲクーラにおける圧力損失が一定と仮定した場合に一定の吸入空気量が前記吸入空気量検出手段にて検出されるように前記吸入空気量に影響する機器類の操作状態を所定の基準状態に設定し、その基準状態にて前記吸入空気量検出手段が検出する吸入空気量の変化に基づいて前記詰まりを検出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
前記ＥＧＲクーラが前記シリンダ群毎のＥＧＲ通路のそれぞれに設けられ、
前記内燃機関には、シリンダ群毎の排気エネルギにて駆動されることにより前記シリンダ群毎に設けられた吸気通路内の吸気を過給するシリンダ群毎の過給器と、前記シリンダ群毎の吸気通路におけるＥＧＲガスを含まない吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段とが設けられ、
前記ＥＧＲ装置には、前記ＥＧＲクーラにおける圧力損失が一定と仮定した場合に一定の吸入空気量が前記吸入空気量検出手段にて検出されるように前記吸入空気量に影響する機器類の操作状態を所定の基準状態に設定し、その基準状態にて前記吸入空気量検出手段が検出する吸入空気量の変化に基づいて前記ＥＧＲクーラの詰まりを検出する詰まり検出手段が設けられ、
前記詰まり検出手段は、前記吸入空気量検出手段が検出したシリンダ群毎の吸入空気量の差に基づいて前記シリンダ群毎のＥＧＲクーラの詰まりの進行度を判別することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
前記詰まり解消手段は、前記詰まりがより進行していると判別された側のＥＧＲクーラを、反対側のＥＧＲクーラよりも優先して前記排気還流時とは逆方向の流れが生じるように前記圧力調整手段を操作することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。