JP4525544B2 - 過給機付き内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関に関し、特に、ＥＧＲクーラ付きのＥＧＲ装置を備えた過給機付き内燃機関に関する。

排気通路から吸気通路へ排気ガスの一部を還流するＥＧＲ装置において、還流される排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラを備えたものが知られている。このＥＧＲクーラ付きのＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲガスを冷却することでその密度を高めることができ、新気の吸入量を十分に確保しつつＥＧＲ率を向上させることが可能になる。

しかし、ＥＧＲガス中には水分と煤等が含まれているため、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラによって冷却されると、凝縮した水分に煤等が付着し、その付着物がＥＧＲクーラ内に堆積してしまう可能性がある。付着物の堆積は、ＥＧＲクーラの冷却効率の低下や圧力損失の増大を招くことになる。

特許文献１には、付着物によるＥＧＲクーラの効率低下を防止するための技術が開示されている。ここに開示された技術は、ＥＧＲクーラに吸入空気を導入し、それによりＥＧＲクーラ内の付着物を吹き飛ばして除去するものである。また、ここには、吸気通路に過給機を備え、過給機による過給空気をＥＧＲクーラに導入する技術も開示されている。
特開平１１−２５７１６７号公報 特開２０００−３２８９５０号公報

特許文献１に記載のように吸入空気をＥＧＲクーラに導入する場合、吸入空気がＥＧＲクーラ内を通過する際の圧力損失によって、内燃機関に吸入される空気量は減少することになる。吸入空気量の減少は、内燃機関の出力の低下や排気エミッションの悪化を招く可能性がある。過給機による過給空気をＥＧＲクーラに導入する場合も同様であり、ＥＧＲクーラ内を通過する際の圧力損失によって過給圧が低下し、内燃機関の運転性能に悪影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転性能に影響を与えることなくＥＧＲクーラの回復処理を行うことが可能な、過給機付き内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関であって、
前記内燃機関の吸気通路に配置され、前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の過給を行う過給機と、
前記過給機を前記内燃機関の運転状態に依存することなく強制駆動しうる駆動手段と、
前記内燃機関の排気通路と前記吸気通路における前記過給機の下流とを接続し、排気ガスの一部を前記吸気通路へ再循環させるＥＧＲ装置と、
前記ＥＧＲ装置に設けられたＥＧＲクーラと、
前記吸気通路における前記過給機の下流から分岐して、前記過給機により過給された空気の一部を前記ＥＧＲクーラに導入するバイパス通路と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記バイパス通路に流れるバイパス空気量、或いは吸入空気量に対する前記バイパス空気量のバイパス比を制御するバイパス制御手段と、
前記内燃機関の運転状態と、前記バイパス制御手段の作動状態とに基づいて、前記駆動手段による前記過給機の強制駆動量を制御する駆動制御手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記バイパス制御手段は、前記ＥＧＲクーラの効率を示す指標値に基づいて、前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴としている。

第３の発明は、第１の発明において、
前記バイパス制御手段は、前記過給機のサージ状態を示す指標値に基づいて、前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴としている。

第４の発明は、第１の発明において、
前記バイパス制御手段は、前記内燃機関への減速要求を示す指標値に基づいて、前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴としている。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記駆動制御手段は、過給圧が前記内燃機関の運転状態に応じた目標過給圧になるように、前記過給機の強制駆動量を制御することを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記バイパス制御手段は、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁を含み、前記バイパス弁の開度によって前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴としている。

第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記吸気通路における前記過給機の下流にはインタークーラが配置され、
前記バイパス通路は、前記吸気通路における前記インタークーラの上流から分岐していることを特徴としている。

第８の発明は、第１乃至第７の何れか１つの発明において、
前記過給機は、前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンが受ける排気ガスのエネルギを利用して空気の過給を行うターボチャージャであり、
前記バイパス通路は、前記ＥＧＲクーラを経由して前記タービンの上流に通じていることを特徴としている。

また、第９の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関であって、
前記内燃機関から排出される排気ガスのエネルギを利用して前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の過給を行う過給機と、
前記過給機のコンプレッサを前記内燃機関の運転状態に依存することなく強制駆動しうる駆動手段と、
前記内燃機関の排気通路における前記過給機のタービンの上流から分岐し、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流に接続されるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ弁の上流に配置されたＥＧＲクーラと、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流から分岐して、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラと前記ＥＧＲ弁との間に接続されるバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
を備えることを特徴としている。

第１０の発明は、第９の発明において、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流にはインタークーラが配置され、
前記バイパス通路は、前記吸気通路における前記インタークーラの上流から分岐していることを特徴としている。

第１の発明によれば、内燃機関の運転状態と、バイパス空気量或いはバイパス比を制御するバイパス制御手段の作動状態とに基づいて過給機の強制駆動量を制御することで、過給空気のバイパスに伴う過給圧の低下を補償することができる。これにより、内燃機関の運転性能に影響を与えることなく、過給空気をＥＧＲクーラに供給してＥＧＲクーラの回復処理を行うことができる。

第２の発明によれば、ＥＧＲクーラの効率に応じてバイパス空気量或いはバイパス比を制御することで、ＥＧＲクーラの効率が低下したときに速やかにＥＧＲクーラの回復処理を行うことができる。

第３の発明によれば、過給機のサージ状態に応じてバイパス空気量或いはバイパス比を制御することで、過給機を通過する空気量を増大させてサージの発生を回避しつつ、バイパスした過給空気のＥＧＲクーラへの導入によってＥＧＲクーラの回復処理を行うことができる。

第４の発明によれば、減速要求に応じてバイパス空気量或いはバイパス比を制御することで、燃焼に寄与することなく排出されることになる減速時の過給空気を有効に利用して、ＥＧＲクーラの回復処理を効率的に行うことができる。

第５の発明によれば、駆動手段による過給機の強制駆動によって過給圧は内燃機関の運転状態に応じた目標過給圧に維持されるので、過給空気のバイパスの前後において内燃機関の運転性能に変化が生じることは防止される。

第６の発明によれば、バイパス空気量或いはバイパス比はバイパス弁の開度によって決まるので、バイパス空気量或いはバイパス比を実際に計測せずとも、バイパス弁の開度を制御することによって、間接的にバイパス空気量或いはバイパス比を制御することができる。

第７の発明によれば、インタークーラにより冷却されていない、且つ、インタークーラの通過によって圧力損失の生じていない、高温で高圧の過給空気をＥＧＲクーラに供給することができ、ＥＧＲクーラの回復処理をより効果的に行うことができる。

第８の発明によれば、ＥＧＲクーラの回復処理に利用された過給空気は、過給機のタービンに供給されてタービンの回転駆動に再利用される。これにより、過給機によってされた仕事の一部を回収することができ、エネルギの無駄を低減することができる。

また、第９の発明によれば、ＥＧＲ弁を閉じてバイパス弁を開くことで、過給機のコンプレッサにより過給された過給空気をＥＧＲクーラの出口側から入口側へ逆方向に流すことができ、ＥＧＲクーラ内に堆積した煤等の付着物を排気通路に排出することができる。また、ＥＧＲクーラの回復処理に利用された過給空気は、過給機のタービンに供給されてタービンの回転駆動に再利用されるので、過給機によってされた仕事の一部をタービンの駆動エネルギとして回収することができ、エネルギの無駄を低減することができる。さらに、第９の発明によれば、内燃機関の運転状態に依存することなくコンプレッサを強制駆動することができるので、過給空気がバイパスされる場合であっても、必要なときに必要な過給圧を得ることができ、内燃機関の運転性能とＥＧＲクーラの回復処理とを両立させることができる。

第１０の発明によれば、インタークーラにより冷却されていない、且つ、インタークーラの通過によって圧力損失の生じていない、高温で高圧の過給空気をＥＧＲクーラに供給することができ、ＥＧＲクーラの回復処理をより効果的に行うことができる。

以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態としての過給器付き内燃機関の概略構成図である。本実施形態では、電動機付きターボチャージャ（モータアシストターボチャージャ、略してＭＡＴとも言う）を有するディーゼル機関に本発明を適用している。

図１に示すように、ディーゼル機関は、複数の気筒（図１では４つの気筒）を有するエンジン本体２を有している。エンジン本体２には、燃料を燃焼室内に直接噴射するための筒内インジェクタ３２が備えられる。筒内インジェクタ３２は気筒毎に設けられ、それぞれコモンレール３４に接続されている。つまり、本ディーゼル機関は、コモンレール式のディーゼル機関として構成されている。図示しない燃料タンクに貯留された燃料は、サプライポンプ３６によって汲み上げられ、所定の燃圧まで圧縮されてコモンレール３４へ供給される。サプライポンプ３６は、図では省略するが、低圧ポンプと高圧ポンプとからなっている。

エンジン本体２の排気側には、各気筒から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド６が接続されている。排気マニホールド６の出口には、排気管１０が接続されている。排気マニホールド６及び排気管１０により、本発明にかかる「排気通路」が構成されている。排気管１０の途中には、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ、或いはＤＰＮＲ等の触媒３０が配置されている。

エンジン本体２の吸気側には、各気筒に吸入空気を分配するための吸気マニホールド４が接続されている。吸気マニホールド４の入口には、空気を大気中から取り込んで吸気マニホールド４に導くための吸気管８が接続されている。吸気マニホールド４及び吸気管８により、本発明にかかる「吸気通路」が構成されている。吸気管８の入口には、エアクリーナ１２が取り付けられている。また、吸気マニホールド４の上流には、吸気絞り弁２２が設けられている。吸気絞り弁２２は通常は全開に開かれている。

吸気管８における吸気絞り弁２２の上流には、電動機付きターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ａが設けられている。電動機付きターボチャージャ１４は、コンプレッサ１４ａ、タービン１４ｂ、そして、コンプレッサ１４ａとタービン１４ｂとの間に配置される電動機１４ｃから構成されている。タービン１４ｂは、排気マニホールド６から触媒３０に至る排気管１０の途中に設けられている。コンプレッサ１４ａとタービン１４ｂとは連結軸によって一体に連結され、コンプレッサ１４ａはタービン１４ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。また、連結軸は電動機１４ｃのロータにもなっており、電動機１４ｃを作動させることで、コンプレッサ１４ａを強制駆動することもできる。吸気管８におけるコンプレッサ１４ａの下流には、コンプレッサ１４ａによって過給された空気を冷却するインタークーラ１６が設けられている。

また、吸気絞り弁２２から吸気マニホールド４に至る吸気管８の途中には、ＥＧＲ管２４が接続されている。ＥＧＲ管２４の逆側の端部は排気マニホールド６に接続され、一部の排気ガス（ＥＧＲガス）がＥＧＲ管２４を通って吸気管８に導入される。空気に比較して比熱が高く酸素量の少ないＥＧＲガスを吸気管８に導入することで、筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの生成量を低減することができる。ＥＧＲ管２４の途中には、ＥＧＲ管２４を開閉するＥＧＲ弁２８が設けられている。さらに、ＥＧＲ管２４におけるＥＧＲ弁２８の上流（排気側）には、内部を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２６が設けられている。冷却によってＥＧＲガスの密度が高まり、吸入空気量を確保しながらＥＧＲ率を向上させることが可能になる。

コンプレッサ１４ａからインタークーラ１６に至る吸気管８の途中には、バイパス管５０が接続されている。バイパス管５０は、逆側の端部をＥＧＲ管２４におけるＥＧＲクーラ２６とＥＧＲ弁２８との間に接続されている。バイパス管５０の途中には、バイパス管５０を開閉するバイパス弁１８が設けられている。バイパス弁１８を開くことで、コンプレッサ１４ａにより過給された空気の一部をＥＧＲ管２４へ流すことができる。

図１に示す構成によれば、ＥＧＲ弁２８の開閉とバイパス弁１８の開閉との組み合わせによって、例えば、図２や図３に示すようにディーゼル機関内のガスの流れを制御することができる。まず、図２は、バイパス弁１８を閉じてＥＧＲ弁２８を開いたときのガスの流れを示している。バイパス弁１８を閉じることで、コンプレッサ１４ａにより過給された過給空気は、バイパス管５０に流れることなく、その全部が吸気管８を通ってエンジン本体２に供給される。また、ＥＧＲ弁２８を開くことで、その開度に応じた量のＥＧＲガスがＥＧＲ管２４から吸気管８へ導入される。通常運転時、ディーゼル機関内のガスの流れは、図２に示すような流れに制御されている。

図３は、バイパス弁１８を開いてＥＧＲ弁２８を閉じたときのガスの流れを示している。バイパス弁１８を開くことで、コンプレッサ１４ａにより過給された過給空気の一部（バイパス空気）は、バイパス管５０を通ってＥＧＲ管２４に流れ込む。バイパス管５０に流れるバイパス空気の流量（バイパス空気量）や、吸気管８に吸入される空気の流量（吸入空気量）に対するバイパス空気量の比（バイパス比）は、バイパス弁１８の開度によって制御することができる。また、ＥＧＲ弁２８が閉じられていることで、ＥＧＲ管２４内に流れ込んだバイパス空気は、ＥＧＲクーラ２６の出口側から入口側へ逆流して排気マニホールド６へ流れることになる。

図３に示すガスの流れによれば、ＥＧＲクーラ２６内に堆積した煤等の付着物をバイパス空気によって吹き飛ばすことができ、しかも、吹き飛ばした付着物を吸気側ではなく排気側に排出することができる。また、ＥＧＲクーラ２６に供給されるバイパス空気は、インタークーラ１６により冷却されていない、且つ、インタークーラ１６の通過によって圧力損失の生じていない、高温で高圧の過給空気であるので、煤等の付着物の除去を効果的に行うことができる。さらに、ＥＧＲクーラ２６の回復処理に利用されたバイパス空気は、その後排気管１０を通ってタービン１４ｂに流れ、タービン１４ｂの回転駆動に再利用される。これにより、コンプレッサ１４ａによってされた仕事の一部をタービン１４ｂの駆動エネルギとして回収することができ、エネルギの無駄を低減することができる。

なお、過給空気の一部をバイパスすると過給圧の低下が懸念されるが、本ディーゼル機関は、エンジン本体２の運転状態に依存することなく、電動機１４ｃによってコンプレッサ１４ａを強制駆動することができる。これにより、過給空気がバイパスされる場合であっても、必要なときに必要な過給圧を得ることができ、エンジン本体２の運転性能とＥＧＲクーラ２６の回復処理とを両立させることができる。

本ディーゼル機関では、所定の条件が成立したときに、バイパス弁１８、ＥＧＲ弁２８及び電動機１４ｃの作動状態を制御して、図２に示す通常時のガスの流れから、図３に示すガスの流れへディーゼル機関内のガスの流れが切り替えられる。バイパス弁１８、ＥＧＲ弁２８及び電動機１４ｃの作動状態は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０によって制御される。ＥＣＵ７０は、ディーゼル機関全体を総合制御する制御装置であり、ＥＣＵ７０の入力側には、以下に列挙する種々のセンサ類が接続されている。

本ディーゼル機関は、その運転状態に関する情報を取得するためのセンサとして、インマニ圧センサ７２，エキマニ圧センサ７４，エアフローメータ７６，ＥＧＲクーラ出口温度センサ８０，ＥＧＲクーラ入口温度センサ８２，クランク角センサ７８，アクセル開度センサ８４等を備えている。インマニ圧センサ７２は、吸気マニホールド４に取り付けられ、吸気マニホールド４内の圧力（インマニ圧）に応じた信号を出力する。エキマニ圧センサ７４は、排気マニホールド６に取り付けられ、排気マニホールド６内の圧力（エキマニ圧）に応じた信号を出力する。エアフローメータ７６は、吸気管８におけるエアクリーナ１２の下流近傍に配置され、吸入空気量に応じた信号を出力する。ＥＧＲクーラ出口温度センサ８０は、ＥＧＲクーラ２６の出口に配置され、ＥＧＲクーラ２６の出口温度に応じた信号を出力する。ＥＧＲクーラ入口温度センサ８２は、ＥＧＲクーラ２６の入口に配置され、ＥＧＲクーラ２６の入口温度に応じた信号を出力する。また、クランク角センサ７８は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するセンサであり、アクセル開度センサ８４は、図示しないアクセルの開度に応じた信号を出力するセンサである。

ＥＣＵ７０は、上記の各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがってバイパス弁１８、ＥＧＲ弁２８及び電動機１４ｃの各作動状態を制御している。なお、ＥＣＵ７０による電動機１４ｃの制御は、モータコントローラ６０を介して行われる。モータコントローラ６０は、電動機１４ｃに電力を供給してコンプレッサ１４ａの回転を制御する装置である。

図２に示すガスの流れから図３に示すガスの流れへの切り替えは、次の３つのケースにおいて実施される。第１のケースは、ＥＧＲクーラ２６の冷却効率が低下した場合である。この場合、ＥＣＵ７０は、図４のフローチャートに示すルーチンに従って、各機器の作動状態を制御する。

図４に示すルーチンの最初のステップＳ１００では、ＥＧＲクーラ２６の効率（冷却効率）が、所望のＥＧＲ率を実現する上で要求される効率よりも低下していないか否か判定される。ＥＧＲクーラ２６の効率を示す指標値としては、ＥＧＲクーラ入口温度センサ８２によって測定されるＥＧＲクーラ２６の入口温度と、ＥＧＲクーラ出口温度センサ８２によって測定されるＥＧＲクーラ２６の出口温度との温度差を用いることができる。この温度差が小さくなるほど、ＥＧＲクーラ効率は低下したことになる。ＥＧＲクーラ効率が要求効率以上に維持されている間は、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。

判定の結果、ＥＧＲクーラ効率が要求効率よりも低下している場合には、次に、ＥＧＲ弁２８が閉じられているか否か判定される（ステップＳ１０２）。ＥＣＵ７０は、本ルーチンとは別のルーチンにより、エンジン本体２の回転数及び負荷に基づいてＥＧＲ弁２８の開度を制御している。その別ルーチンにおいて、ＥＧＲ弁２８を閉じるフラグがオンになったとき、ステップＳ１０２の判定結果はＮｏからＹｅｓへと切替わる。ＥＧＲ弁２８が開かれている間は、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。

ＥＧＲ弁２８が閉じられている場合、次に、インマニ圧センサ７２によって測定されるインマニ圧と、エキマニ圧センサ７４によって測定されるエキマニ圧とが比較される（ステップＳ１０４）。エキマニ圧がインマニ圧よりも高くなっている場合には、バイパス弁１８を開いたとしても、吸気管８から排気マニホールド６へ向けて過給空気を流すことができない。したがって、その場合は以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。

インマニ圧がエキマニ圧よりも高くなっている場合には、バイパス弁１８が開かれる（ステップＳ１０６）。バイパス弁１８の開度は、回転数や負荷等のディーゼル機関の運転状態から決定する。これにより、吸気管８と排気マニホールド６とがバイパス管５０及びＥＧＲ管２４を介して連通状態となり、過給空気の一部であるバイパス空気が吸気管８から排気マニホールド６へエンジン本体２をバイパスして流れ込む。このとき、ＥＧＲクーラ２６内では、その出口側から入口側へバイパス空気が流れ、ＥＧＲクーラ２６内に堆積していた煤等の付着物は、排気マニホールド６の方へ吹き飛ばされる。

次のステップＳ１０８では、過給圧（インマニ圧センサ７２によって測定されるインマニ圧）が目標過給圧よりも低下していないか判定される。バイパス弁１８が開かれて過給空気の一部がバイパスされることで、エンジン本体２に供給される過給空気の過給圧は低下する。バイパス弁１８が開かれた後も過給圧が目標過給圧以上に維持されている場合には、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。

しかし、過給圧がエンジン本体２の回転数及び負荷から決まる目標過給圧に達していない場合は、トルクが低下する等、ディーゼル機関は所望の運転性能を得ることができなくなる。そこで、ステップＳ１１０では、判定の結果、過給圧が目標過給圧よりも低い場合には、電動機１４ｃによるコンプレッサ１４ａの強制駆動が行われる（ＭＡＴ作動）。既に電動機１４ｃによるコンプレッサ１４ａの強制駆動が実施されている場合には、電動機１４ｃの出力が増大される。

ステップＳ１１０における電動機１４ｃの具体的な制御方法としては、例えば次の２つの方法が考えられる。ここでは、以下に説明する何れか１つの方法によって電動機１４ｃの制御が行われる。第１の方法は、目標過給圧と過給圧との偏差を電動機１４ｃの回転数にフィードバックする方法である。前記偏差が零、或いは所定値以下になるまで、前記偏差の大きさに応じて電動機１４ｃ回転数を増大させていく。

第２の方法は、目標過給圧と電動機１４ｃの回転数との対応関係を規定したマップに従って電動機１４ｃを制御する方法である。マップはバイパス弁１８の設定開度毎に用意する。例えば、バイパス弁１８の開度制御が開（オン）と閉（オフ）の１／０制御であれば、バイパス弁１８が開のときの開マップと、バイパス弁１８が閉のときの閉マップの２種類を用意しておけばよい。この場合、ステップＳ１０６でバイパス弁１８が開かれたときには、参照するマップが閉マップから開マップに切り替えられ、バイパス弁１８が開かれている間は、開マップに基づいて電動機１４ｃの回転数が制御される。

以上のルーチンによれば、ＥＧＲクーラ２６の冷却効率が低下した場合に、過給圧を目標過給圧に維持しながら、ＥＧＲクーラ２６の冷却効率を回復することができる。なお、ＥＣＵ７０により上記ステップＳ１００，Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６の処理が実行されることで、本発明にかかる「バイパス制御手段」が実現されている。また、ＥＣＵ７０により上記ステップＳ１０８，Ｓ１１０の処理が実行されることで、本発明にかかる「駆動制御手段」が実現されている。

次に、本ディーゼル機関内のガスの流れが図３に示す流れへ切り替えられる第２のケースについて説明する。この第２のケースは、コンプレッサ１４ａがサージ限界に達した場合である。この場合、ＥＣＵ７０は、図５のフローチャートに示すルーチンに従って、各機器の作動状態を制御する。

図５に示すルーチンの最初のステップＳ２００では、コンプレッサ３０ａがサージ限界に達しているか否か判定される。電動機付きターボチャージャ１４は、電動機１４ｃによるコンプレッサ１４ａの強制駆動によって高過給圧を実現できる反面、コンプレッサ１４ａのサージ限界を超えやすい。コンプレッサ３０ａのサージ状態を示す指標値としては、コンプレッサ１４ａの出口圧（インマニ圧）と入口圧（大気圧）との圧力比、及びエアフローメータ７６により測定される吸入空気量を用いることができる。圧力比と吸入空気量との関係が所定のサージラインを超えているとき、コンプレッサ１４ａはサージ限界に達していると判断される。

ステップＳ２００の判定の結果、コンプレッサ１４ａがサージ限界に達している場合には、バイパス弁１８が開かれる（ステップＳ２０２）。このとき、ＥＧＲ弁２８の開度は、ＥＣＵ７０によって本ルーチンとは別のルーチンにより制御されているが、サージが起こりうる運転領域ではＥＧＲ弁２８は閉じられている。また、サージ限界の付近では、電動機１４ｃによる強制過給によって、インマニ圧はエキマニ圧よりも高くなっている。したがって、バイパス弁１８が開かれることで、吸気管８と排気マニホールド６とがバイパス管５０及びＥＧＲ管２４を介して連通状態となり、過給空気の一部（バイパス空気）は吸気管８から排気マニホールド６へエンジン本体２をバイパスして流れ込む。

これにより、コンプレッサ１４ａを通過する空気の流量が増大し、コンプレッサ１４ａのサージは回避される。また、このとき、ＥＧＲクーラ２６内では、その出口側から入口側へバイパス空気が流れ、ＥＧＲクーラ２６内に堆積していた煤等の付着物は、排気マニホールド６の方へ吹き飛ばされる。

以上のルーチンによれば、コンプレッサ１４ａのサージを回避しながら、同時に、ＥＧＲクーラ２６の冷却効率の低下を予防することができる。なお、ＥＣＵ７０により上記ステップＳ２００，Ｓ２０２の処理が実行されることで、本発明にかかる「バイパス制御手段」が実現されている。また、上記ルーチンには示していないが、ＥＣＵ７０は、目標過給圧と過給圧との偏差を電動機１４ｃの回転数にフィードバックすることで、過給空気のバイパスに伴う過給圧の低下を防止している。ただし、過剰な回転によるターボチャージャ１４の破損を防止するため、電動機１４ｃの回転数には上限値が設定されている。ＥＣＵ７０が、このように電動機１４ｃを制御することで、本発明にかかる「駆動制御手段」が実現されている。

次に、本ディーゼル機関内のガスの流れが図３に示す流れへ切り替えられる第３のケースについて説明する。この第３のケースは、アクセルがオフにされた場合である。この場合、ＥＣＵ７０は、図６のフローチャートに示すルーチンに従って、各機器の作動状態を制御する。

図６に示すルーチンの最初のステップＳ３００では、アクセル開度センサ８４により測定されるアクセル開度が零か否か判定される。ここでは、ディーゼル機関への減速要求を示す指標値としてアクセル開度が用いられている。アクセル開度が零でない場合、つまり、ドライバの減速要求が無い場合には、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。

判定の結果、アクセル開度が零になっている場合には、次に、ＥＧＲ弁２８が閉じられているか否か判定される（ステップＳ３０２）。ＥＣＵ７０は、本ルーチンとは別のルーチンにより、エンジン本体２の回転数及び負荷に基づいてＥＧＲ弁２８の開度を制御している。その別ルーチンにおいて、ＥＧＲ弁２８を閉じるフラグがオンになったとき、ステップＳ３０２の判定結果はＮｏからＹｅｓへと切替わる。ＥＧＲ弁２８が開かれている間は、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。

ＥＧＲ弁２８が閉じられている場合には、バイパス弁１８が開かれる（ステップＳ３０４）。これにより、吸気管８と排気マニホールド６とがバイパス管５０及びＥＧＲ管２４を介して連通状態となる。

さらに、次のステップ３０６では、過給圧が減速時の目標過給圧になるように、電動機１４ｃによるコンプレッサ１４ａの強制駆動が行われる（ＭＡＴ作動）。ステップＳ３０６における電動機１４ｃの制御方法としては、前述のステップＳ１１０における電動機１４ｃの制御方法と同様の方法を用いることができる。コンプレッサ１４ａが強制駆動されることで、過給圧は大きく上昇し、過給空気の一部（バイパス空気）が吸気管８から排気マニホールド６へエンジン本体２をバイパスして流れ込むようになる。このとき、ＥＧＲクーラ２６内では、その出口側から入口側へバイパス空気が流れ、ＥＧＲクーラ２６内に堆積していた煤等の付着物は、排気マニホールド６の方へ吹き飛ばされる。

アクセルオフ時、エンジン本体２に供給される過給空気は燃焼に寄与することなくそのまま排出されることになるが、以上のルーチンによれば、この過給空気を有効に利用して、ＥＧＲクーラ２６の冷却効率の低下を効率的に予防することができる。なお、ＥＣＵ７０により上記ステップＳ３００，Ｓ３０２，Ｓ３０４の処理が実行されることで、本発明にかかる「バイパス制御手段」が実現されている。また、ＥＣＵ７０により上記ステップＳ３０６の処理が実行されることで、本発明にかかる「駆動制御手段」が実現されている。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

図１の構成では、ＥＧＲクーラ２６をＥＧＲ弁２８の上流（排気側）に配置しているが、ＥＧＲクーラ２６をＥＧＲ弁２８の下流（吸気側）に配置し、ＥＧＲクーラ２６とＥＧＲ弁２８の間にバイパス管５０を接続してもよい。これによれば、ＥＧＲクーラ２６の回復処理に使用したバイパス空気は、ＥＧＲ管２４を通ってエンジン本体２に供給されることになる。ＥＧＲクーラ２６を通ることでエンジン本体２に供給される過給空気には圧力損失が生じるが、電動機１４ｃによってコンプレッサ１４ａを強制駆動することで、圧力損失に伴う過給圧の低下を補償することができる。

また、図１の構成では、過給器として電動機付きターボチャージャを用いているが、本発明においては、過給器は電動機のみによってコンプレッサを駆動する電動コンプレッサであってもよい。また、コンプレッサを強制駆動する手段は電動機には限定されない。

本発明の実施の形態としての過給器付き内燃機関の概略構成図である。 図１に示す構成において、バイパス弁を閉じてＥＧＲ弁を開いたときのガスの流れを示す図である。 図１に示す構成において、バイパス弁を開いてＥＧＲ弁を閉じたときのガスの流れを示す図である。 本発明の実施の形態において実施される制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において実施される制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において実施される制御のルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

２ エンジン本体
４ 吸気マニホールド
６ 排気マニホールド
８ 吸気管
１０ 排気管
１２ エアクリーナ
１４ 電動機付きターボチャージャ（ＭＡＴ）
１４ａ コンプレッサ
１４ｂ タービン
１４ｃ 電動機
１６ インタークーラ
１８ バイパス弁
２４ ＥＧＲ管
２６ ＥＧＲクーラ
２８ ＥＧＲ弁
５０ バイパス管
６０ モータコントローラ
７０ ＥＣＵ
７２ インマニ圧センサ
７４ エキマニ圧センサ
７６ エアフローメータ
７８ クランク角センサ
８０ ＥＧＲクーラ出口温度センサ
８２ ＥＧＲクーラ入口温度センサ
８４ アクセル開度センサ

Claims (10)

1. 内燃機関の吸気通路に配置され、前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の過給を行う過給機と、
   前記過給機を前記内燃機関の運転状態に依存することなく強制駆動しうる駆動手段と、
   前記内燃機関の排気通路と前記吸気通路における前記過給機の下流とを接続し、排気ガスの一部を前記吸気通路へ再循環させるＥＧＲ装置と、
   前記ＥＧＲ装置に設けられたＥＧＲクーラと、
   前記吸気通路における前記過給機の下流から分岐して、前記過給機により過給された空気の一部を前記ＥＧＲクーラに導入するバイパス通路と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記バイパス通路に流れるバイパス空気量、或いは吸入空気量に対する前記バイパス空気量のバイパス比を制御するバイパス制御手段と、
   前記内燃機関の運転状態と、前記バイパス制御手段の作動状態とに基づいて、前記駆動手段による前記過給機の強制駆動量を制御する駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関。
2. 前記バイパス制御手段は、前記ＥＧＲクーラの効率を示す指標値に基づいて、前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関。
3. 前記バイパス制御手段は、前記過給機のサージ状態を示す指標値に基づいて、前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関。
4. 前記バイパス制御手段は、前記内燃機関への減速要求を示す指標値に基づいて、前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関。
5. 前記駆動制御手段は、過給圧が前記内燃機関の運転状態に応じた目標過給圧になるように、前記過給機の強制駆動量を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の過給機付き内燃機関。
6. 前記バイパス制御手段は、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁を含み、前記バイパス弁の開度によって前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の過給機付き内燃機関。
7. 前記吸気通路における前記過給機の下流にはインタークーラが配置され、
   前記バイパス通路は、前記吸気通路における前記インタークーラの上流から分岐していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の過給機付き内燃機関。
8. 前記過給機は、前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンが受ける排気ガスのエネルギを利用して空気の過給を行うターボチャージャであり、
   前記バイパス通路は、前記ＥＧＲクーラを経由して前記タービンの上流に通じていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の過給機付き内燃機関。
9. 内燃機関から排出される排気ガスのエネルギを利用して前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の過給を行う過給機と、
   前記過給機のコンプレッサを前記内燃機関の運転状態に依存することなく強制駆動しうる駆動手段と、
   前記内燃機関の排気通路における前記過給機のタービンの上流から分岐し、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流に接続されるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
   前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ弁の上流に配置されたＥＧＲクーラと、
   前記吸気通路における前記コンプレッサの下流から分岐して、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラと前記ＥＧＲ弁との間に接続されるバイパス通路と、
   前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
   を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関。
10. 前記吸気通路における前記コンプレッサの下流にはインタークーラが配置され、
    前記バイパス通路は、前記吸気通路における前記インタークーラの上流から分岐していることを特徴とする請求項９記載の過給機付き内燃機関。
    

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