JP4400411B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ制御技術に関し、特にＥＧＲクーラに付着したデポジットを好適に除去する技術に関する。

近年、ＥＧＲ機構を備えた内燃機関としては、ＥＧＲガスを適宜逆流させることによりＥＧＲクーラに付着或いは堆積した煤やパティキュレート等のデポジットを除去する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
特開平１０−２８１０１６号公報 特許３３５８５５４号公報 特開２００３−５６４１１号公報

ところで、ＥＧＲガスの逆流が行われ後に通常のＥＧＲ制御（ＥＧＲガスを順流させる制御）が行われると、ＥＧＲクーラから脱離或いは剥離したデポジットがＥＧＲガスとともに内燃機関の吸気系へ流れ込み、吸気系に配置された部品の不具合を誘発する可能性がある。

特に、遠心過給器（ターボチャージャ）を備えた内燃機関において、タービンハウジング下流の排気通路からコンプレッサハウジング上流の吸気通路へ排気を再循環させる場合には、吸気系へ流れ込んだデポジットがコンプレッサハウジング内で飛散してインペラに勢いよく衝突する可能性がある。デポジットが勢いよくインペラへ衝突すると、インペラが破損或いは変形する虞がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的はＥＧＲガスを逆流させてＥＧＲクーラに付着或いは堆積したデポジットを除去するＥＧＲ制御装置において、吸気系部品の不具合を生じさせることなく好適にデポジットの除去を行える技術を提供することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。本発明の特徴は、ターボチャージャのタービン下流の排気通路からコンプレッサ上流の吸気通路へ排気を還流するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラより吸気通路寄りのＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、を備えた内燃機関において、ＥＧＲ弁を閉弁させた状態でＥＧＲクーラへガスを逆流させるデポジット除去処理を行った後にＥＧＲ弁を開弁させる際には該ＥＧＲ弁の噛み切り制御を実行する点にある。

デポジット除去処理が実行されると、ＥＧＲクーラに付着或いは堆積していたカーボンやパティキュレート等のデポジットがＥＧＲクーラから脱離又は剥離する。ＥＧＲクーラから脱離又は剥離したデポジットは逆流ガスとともに排気通路へ導かれるが、一部のデポジットがデポジット除去処理終了後もＥＧＲ通路やＥＧＲクーラ内等に残留する場合がある。

このため、デポジット除去処理終了後にＥＧＲ制御を行う場合に、ＥＧＲ弁が通常通りに開弁させられると、ＥＧＲ通路やＥＧＲクーラ内等に残留していたデポジットが吸気通路へ流れ込む可能性がある。吸気通路内へ流れ込んだデポジットは、吸気とともにコンプ
レッサへ導かれる。この場合、デポジットがコンプレッサ内で飛散してインペラを変形させる等の不具合を誘発する可能性がある。

これに対し、デポジット除去処理終了後のＥＧＲ弁を開弁する際に、ＥＧＲ弁に開弁と閉弁を交互に複数回繰り返させる噛み切り制御が行われると、ＥＧＲ弁を通過するデポジットが細かく潰され、或いは細かく噛み切られるようになる。

このようにしてデポジットが細かくされると、コンプレッサ内でデポジットが飛散した場合にインペラが大きなダメージを受け難くなる。その結果、インペラの破損や変形などを抑制することが可能となる。

本発明において、デポジット除去処理を実現する方法としては、ＥＧＲ通路との接続部位より上流の排気通路からＥＧＲクーラとＥＧＲ弁との間のＥＧＲ通路へ排気を導く環流通路、及び前記環流通路を開閉する開閉弁を設け、前記ＥＧＲ弁を閉弁させ且つ前記開閉弁を開弁させることによりＥＧＲクーラへ排気を逆流させる方法を例示することができる。

本発明にかかるＥＧＲ制御装置によれば、ターボチャージャのコンプレッサのような吸気系部品に不具合を生じさせることなく、ＥＧＲクーラのデポジット除去処理を行うことが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１には、吸気通路２と排気通路３が接続されている。

吸気通路２には、吸気絞り弁４が配置されている。吸気絞り弁４より下流の吸気通路２には、遠心過給器（ターボチャージャ）５のコンプレッサ５１が配置されている。コンプレッサ５１より下流の吸気通路２には、インタークーラ６が配置されている。

排気通路３には、ターボチャージャ５のタービン５２が配置されている。タービン５２より下流の排気通路３には、パティキュレートフィルタ７が配置されている。

パティキュレートフィルタ７より下流の排気通路３と、吸気絞り弁４より下流且つコンプレッサ５１より上流の吸気通路２とは、ＥＧＲ通路８により接続されている。ＥＧＲ通路８の途中には、ＥＧＲクーラ９が配置されている。ＥＧＲクーラ９より吸気通路２寄りのＥＧＲ通路８には、ＥＧＲ弁１０が配置されている。

ＥＧＲクーラ９とＥＧＲ弁１０の間に位置するＥＧＲ通路８には、環流通路１１が接続されている。この環流通路１１は、タービン５２より下流且つパティキュレートフィルタ７より上流の排気通路３に接続されている。更に、環流通路１１には、該環流通路１１を開閉する開閉弁１２が設けられている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１３が併設されている。ＥＣＵ１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される算術論理演算回路である。ＥＣＵ１３は、内燃機関１の適当な位置に取り付けられたクランクポジションセンサ１４やアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ１５等と電気的に接続されている。更に、ＥＣＵ１３は、上記した吸気絞り弁４、ＥＧＲ弁１０、及び開閉
弁１２とも電気的に接続されている。

ＥＣＵ１３は、上記した各種センサの出力信号に基づいて内燃機関１の運転状態を検出し、検出された運転状態に基づいて各種の制御を行う。例えば、ＥＣＵ１３は、燃料噴射制御等の既知の制御に加え、本発明の要旨となるＥＧＲ制御を実行する。

以下、ＥＧＲ制御について図２〜図６に基づいて説明する。図２は、ＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。このＥＧＲ制御ルーチンは、予めＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、所定時間毎に繰り返しＥＣＵ１３が実行するルーチンである。

ＥＧＲ制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１３は、先ずＳ１０１において内燃機関１の運転状態がＥＧＲ実行領域にあるか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ１３は、クランクポジションセンサ１４の出力信号から算出される機関回転数とアクセルポジションセンサ１５の出力信号（負荷）から定まる機関運転状態が図３に示すようなマップのＥＧＲ実行領域に入っているか否かを判別する。

前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０２では、ＥＣＵ１３は、デポジット除去処理フラグＤｆｌａｇの値が“１”であるか否かを判別する。

デポジット除去処理フラグＤｆｌａｇは、後述するデポジット除去処理の実行終了時に“１”がセットされ、ＥＧＲ弁１０の噛み切り制御の実行完了時に“０”にリセットされる。

前記Ｓ１０２においてデポジット除去処理フラグＤｆｌａｇの値が“１”ではないと判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０３へ進む。Ｓ１０３では、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲ弁１０を開弁させるとともに、開閉弁１２を閉弁させることにより通常通りのＥＧＲを行う。

この場合、図４に示されるように、パティキュレートフィルタ７下流の排気通路３を流れる排気の一部がＥＧＲ通路８へ流入する。ＥＧＲ通路８へ流入した排気は、ＥＧＲクーラ９とＥＧＲ弁１０を順次経由してコンプレッサ５１上流の吸気通路２へ還流される。

ここで図２に戻り、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０４においてスモークカウンタＣｓｍのカウントアップを行う。スモークカウンタＣｓｍは、ＥＧＲクーラ９へ流入するスモークの量を積算するカウンタである。ＥＧＲクーラ９へ流入するスモーク量は、内燃機関１の負荷、吸入空気量、及びＥＧＲ弁１０の開度をパラメータとして演算することができる。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１３は、スモークカウンタＣｓｍの値が上限値Ｃｍａｘより小さいか否かを判別する。このＳ１０５において肯定判定された場合（Ｃｓｍ＜Ｃｍａｘ）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１３は、前述したＳ１０１と同様の方法によって機関運転状態がＥＧＲ非実行領域にあるか否かを判別する。Ｓ１０６において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０６において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲ弁１０を閉弁させることによってＥＧＲを終了する。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１３は、デポジット除去処理を実行する。デポジット除去処理では、ＥＣＵ１３は、開閉弁１２を開弁させる。この場合、図５に示されるように、環流通路１１が導通状態となるため、タービン５２下流の排気通路３を流れる排気の一部がＥＧＲ弁１０とＥＧＲクーラ９との間のＥＧＲ通路８へ流入する。ＥＧＲ通路８へ流入した排気は、ＥＧＲクーラ９を逆流してパティキュレートフィルタ７下流の排気通路３へ流れる。

このようにＥＧＲクーラ９に対して排気が逆流すると、ＥＧＲクーラ９に付着或いは堆積していたデポジットが該ＥＧＲクーラ９から脱離又は剥離するようになる。その結果、デポジットに起因したＥＧＲクーラ９の圧損増加や冷却効率低下を抑制することが可能となる。

ここで図２に戻り、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０９においてタイマを起動させる。このタイマは、デポジット除去処理の実行時間を計測するタイマである。

Ｓ１１０では、ＥＣＵ１３は、前記タイマの計時時間が所定時間Ｔ以上に達したか否かを判別する。所定時間は、予め定められた一定時間であってもよく、或いはスモークカウンタＣｓｍの値に応じて増減されるようにしてもよい（たとえば、スモークカウンタＣｓｍの値が多くなるほど長くされる）。尚、所定時間が一定時間とされる場合には、上述した上限値ＣｍａｘのデポジットがＥＧＲクーラ９に堆積している場合であってもそれらのデポジットを除去するのに十分な時間とする。

前記Ｓ１１０において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、当該Ｓ１１０を再度実行する。前記Ｓ１１０において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１１１へ進む。

Ｓ１１１では、ＥＣＵ１３は、デポジット除去処理の実行を終了する。具体的には、ＥＣＵ１３は、開閉弁１２を閉弁させ、タイマを停止させ、さらにスモークカウンタＣｓｍの値を“０”にリセットする。

Ｓ１１２では、ＥＣＵ１３は、前述したデポジット除去処理フラグＤｆｌａｇに“１”をセットする。

このようにしてデポジット除去処理フラグＤｆｌａｇに“１”がセットされると、本ルーチンの次回以降の実行時にＥＣＵ１３がＳ１０２においてデポジット除去処理フラグＤｆｌａｇの値が“１”であると判定することになる。すなわち、ＥＣＵ１３は、デポジット除去処理の実行完了後において初めてＥＧＲを行う場合（Ｓ１０１において肯定判定される場合）に、前記Ｓ１０２においてデポジット除去処理フラグＤｆｌａｇの値が“１”であると判定することになる。

Ｓ１０２においてデポジット除去処理フラグＤｆｌａｇの値が“１”であると判定されると、ＥＣＵ１３は、Ｓ１１３へ進む。Ｓ１１３では、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲ弁１０の噛み切り制御を実行する。

具体的には、ＥＣＵ１３は、図６に示されるように、ＥＧＲ弁１０の開弁と閉弁を交互に短周期で複数回繰り返させる。図６に示す例では、ＥＧＲ弁１０の開度を徐々に増加させて、最終的に目標開度へ収束させている。これは、ＥＧＲ弁１０の噛み切り制御をより短周期で行うこと、及び多量のデポジットが一斉に吸気通路２へ流れるのを防止することを目的としている。

このようにしてＥＧＲ弁１０の噛み切り制御が実行されると、先のデポジット除去処理にてＥＧＲクーラ９から剥離したデポジットがＥＧＲ弁１０を通過する際に該ＥＧＲ弁１０によって細かく潰され、或いは細かく噛み切られるようになる。

このようにしてデポジットが細かくされると、デポジットがＥＧＲガスとともにコンプレッサ５１内へ流入しても、インペラが大きなダメージを受け難くなる。すなわち、ＥＧＲガスとともに吸気通路２へ導かれたデポジットは、コンプレッサ５１内において高速回転するインペラと勢いよく衝突する可能性があるが、その際のデポジットの質量が十分に小さければインペラが受けるダメージを軽減することができる。その結果、インペラの破損や変形などを抑制しつつデポジット除去処理を行うことが可能となる。

ここで図２に戻り、ＥＣＵ１３は、上述したような噛み切り制御を終了すると、Ｓ１１４においてデポジット除去処理フラグＤｆｌａｇの値を“０”にリセットし、次いでＳ１０３以降において通常のＥＧＲを行う。

以上述べた実施例によれば、ＥＧＲクーラ９のデポジット除去処理が行われた後の最初にＥＧＲ弁１０が開弁されたときに、ＥＧＲクーラ９から脱離又は剥離したデポジットが吸気通路２へ流入してもコンプレッサ５１が大きなダメージを受け難くなる。従って、コンプレッサ５１の不具合を抑制しつつＥＧＲクーラ９のデポジット除去処理を行うことが可能となる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図 本実施例におけるＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャート ＥＧＲ実行領域を判別するためのマップを示す図 ＥＧＲ実行時における排気の流れを示す図 デポジット除去処理実行時における排気の流れを示す図 ＥＧＲ弁の噛み切り制御を示すタイムチャート

符号の説明

１・・・・・内燃機関
５・・・・・ターボチャージャ
８・・・・・ＥＧＲ通路
９・・・・・ＥＧＲクーラ
１０・・・・ＥＧＲ弁
１１・・・・環流通路
１２・・・・開閉弁
１３・・・・ＥＣＵ
５１・・・・コンプレッサ
５２・・・・タービン

Claims (3)

1. ターボチャージャを備えた内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
   前記ターボチャージャのタービン下流の排気通路から前記ターボチャージャのコンプレッサ上流の吸気通路へ排気を還流するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラより吸気通路寄りのＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
   前記ＥＧＲ弁を閉弁させた状態で前記ＥＧＲクーラへガスを逆流させるデポジット除去処理を行うデポジット除去手段と、
   前記デポジット除去処理終了後に前記ＥＧＲ弁を開弁させる場合には、該ＥＧＲ弁の開弁と閉弁を交互に複数回繰り返させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
2. 前記ＥＧＲ通路の接続部位より上流の排気通路から前記ＥＧＲクーラと前記ＥＧＲ弁との間のＥＧＲ通路へ排気を導く環流通路と、前記環流通路を開閉する開閉弁と、を更に備え、
   前記デポジット除去手段は、前記ＥＧＲ弁を閉弁させ且つ前記開閉弁を開弁させることにより前記ＥＧＲクーラへ排気を逆流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制御装置。
3. ターボチャージャを備えた内燃機関のＥＧＲ制御方法において、
   ＥＧＲ弁を閉弁させた状態でＥＧＲクーラへガスを逆流させるデポジット除去処理を行い、デポジット除去処理終了後の前記ＥＧＲ弁を開弁させる時には該ＥＧＲ弁の開弁と閉弁を交互に複数回繰り返させることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御方法。

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