WO2011101891A1

WO2011101891A1 - 内燃機関の排気装置

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Publication number: WO2011101891A1
Application number: PCT/JP2010/000978
Authority: WO
Inventors: 木村雄一郎; 片山晴之
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-08-25
Also published as: EP2538064A1; JP4953107B2; US20110225955A1; JPWO2011101891A1; CN102239324A

Abstract

　内燃機関（１）の排気通路（１２）に設けられて排ガスを昇温する排気昇温装置（４０）と、前記排気昇温装置（４０）よりも下流側の前記排気通路（１２）に設けられた排気浄化触媒（１３）と、前記排気浄化触媒（１３）の下流側の前記排気通路（１２）と前記内燃機関（１）の吸気通路（６）とを接続するＥＧＲ通路（３０）と、前記排気通路（１２）における前記排気昇温装置（４０）よりも下流側であって前記排気浄化触媒（１３）よりも上流側の点と前記ＥＧＲ通路（３０）とを接続するバイパス通路（３１）と、前記バイパス通路（３１）を開閉するバイパス弁（３４）と、当該制御弁を制御するコントローラ（５０）と、を備えた内燃機関の排気装置であって、前記コントローラ（５０）は、前記ＥＧＲ通路（３０）の温度が予め定められた基準値よりも低い場合に、前記バイパス弁（３４）を開くように制御して、前記排気昇温装置（４０）により昇温された排ガスを前記ＥＧＲ通路（３０）を通じて前記吸気通路（６）に供給させる。

Description

内燃機関の排気装置

　本発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排ガスを昇温する排気昇温装置、及び排気ガスを循環させる再循環装置を有する排気装置に関する。

　多くの内燃機関において、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路が設けられている。その目的は、主として排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減および部分負荷時の燃費向上である。

　特許文献１が開示するエンジンでは、排気浄化触媒の下流側の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路が設けられている。このエンジンでは、排気通路における排気浄化触媒よりも上流側の点とＥＧＲ通路とを接続するバイパス通路が設けられている。エンジンの低負荷時に、このバイパス通路に設けられたバイパス弁を開くように制御すると、バイパス通路から比較的高温の排ガスが得られるため、エンジンの燃焼性が向上する。このエンジンはまた、触媒を担持したフィルタに付着した微粒子を燃焼及び除去するために、フィルタを加熱するためのバーナーを備えている。

　特許文献２が開示するエンジンは、ＥＧＲ通路に排ガスを冷却するＥＧＲクーラを設けている。エンジン水温が低いときに、ＥＧＲクーラに導入する冷却水を加熱すると、ＥＧＲクーラ内の水分の凝縮を抑制できる。

特開平３‐７４５１３号公報特開平１１‐１２５１５１号公報

　しかし、特許文献１のエンジンでは、外気温度がきわめて低い場合（例えば、寒冷地の厳冬季）に、ＥＧＲ通路に排ガス中の水分が凝縮するおそれがある。凝縮水は、排ガスの量の少ない低負荷時にはＥＧＲ通路中に滞留しているが、排ガスの量の多い高負荷時には、排ガスの圧力によって吸気通路に供給され、燃焼室に侵入すればウォーターハンマーによりエンジンを損傷し、ターボチャージャを備える場合にはタービンのインペラを損傷するおそれがある。特許文献１のバーナーは、バイパス通路に供給される排ガスを加熱するようには配置されていない。特許文献２のエンジンでは、冷却水を加熱するための専用のヒータが必要であり、また、エンジン水温が所定値より低い場合にヒータを動作させているので、エンジン水温が低くなくてもＥＧＲ通路との温度差が大きい場合（例えば寒冷地での厳冬季）には、水分の凝縮を抑制できない。

　本発明は、ＥＧＲ通路の内部における凝縮水の除去を促進することを目的とする。

　本発明の１態様は、
　内燃機関の排気通路に設けられて排ガスを昇温する排気昇温装置と、
　前記排気昇温装置よりも下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
　前記排気浄化触媒の下流側の前記排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
　前記排気通路における前記排気昇温装置よりも下流側であって前記排気浄化触媒よりも上流側の点と前記ＥＧＲ通路とを接続するバイパス通路と、
　前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
　当該バイパス弁を制御するコントローラと、を備えた内燃機関の排気装置であって、
　前記コントローラは、前記ＥＧＲ通路の温度が予め定められた基準値よりも低い場合に、前記バイパス弁を開くように制御して、前記排気昇温装置により昇温された排ガスを前記ＥＧＲ通路を通じて前記吸気通路に供給させる内燃機関の排気装置である。

　この態様では、バイパス通路が排気昇温装置よりも下流側であって排気浄化触媒よりも上流側の点とＥＧＲ通路とを接続しているため、排気昇温装置により昇温された排ガスを、ＥＧＲ通路を通じて吸気通路に供給することができ、排気昇温装置によって十分な熱量が得られる。コントローラは、ＥＧＲ通路の温度が予め定められた基準値よりも低い場合に、バイパス弁を開くように制御するので、エンジン水温が高く且つＥＧＲ通路との温度差が大きい場合（例えば寒冷地の厳冬季）であっても、ＥＧＲ通路における水分の凝縮を好適に抑制することができる。

　好適には、前記ＥＧＲ通路は、排ガスを冷却するＥＧＲクーラを有し、前記バイパス通路は、前記ＥＧＲクーラよりも吸気側において前記ＥＧＲ通路に接続している。

　この態様では、必要な場合に、バイパス通路を経由した排気昇温装置からの熱を、ＥＧＲクーラを経由せずに、ＥＧＲ通路のうちＥＧＲクーラよりも吸気側の部分に作用させることができるので、これにより当該部分を迅速に昇温させることができる。

　この場合において、好適には、前記ＥＧＲ通路は、前記バイパス通路の接続点よりも吸気側に、当該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁を備え、前記コントローラは、前記ＥＧＲ弁を閉じるように制御して、前記バイパス通路を経由した排ガスを、前記ＥＧＲ通路の排気側に供給させる。

　この態様では、必要な場合にＥＧＲ弁を利用して、ＥＧＲクーラを好適に昇温させることができる。また、ＥＧＲクーラにおける吸気側の領域はＥＧＲ通路の通常の使用において昇温が遅れるものと考えられるところ、この態様では当該吸気側の領域を好適に昇温させることができる。

　この場合において更に、好適には、前記コントローラは、前記ＥＧＲ弁を制御して、前記ＥＧＲクーラが昇温された後に、ＥＧＲ通路の吸気側を昇温させる。

　この態様では、必要な場合にＥＧＲ弁を利用して、水分の凝結の可能性の高いＥＧＲクーラを優先して昇温させ、その後にＥＧＲ通路の吸気側を昇温させるので、凝縮水の生成を好適に抑制することができる。

　本発明の別の態様では、前記ＥＧＲ通路は、排ガスを冷却するＥＧＲクーラを有し、前記バイパス通路は、前記ＥＧＲクーラよりも排気側の点において前記ＥＧＲ通路に接続している。

　この場合には、必要な場合に排気昇温装置からの熱がバイパス通路を経由してＥＧＲクーラに作用するので、ＥＧＲクーラを含めたＥＧＲ通路の水分の凝縮を好適に抑制できる。

　なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

　本発明によれば、ＥＧＲ通路の内部における凝縮水の除去を促進することができる。

図１は本発明の第１実施形態の概念図である。図２は第１実施形態における低圧ＥＧＲ通路加熱処理を示すフローチャートである。図３は本発明の第２実施形態の概念図である。図４は第２実施形態における低圧ＥＧＲ通路加熱処理を示すフローチャートである。図５は第１実施形態の変形例の要部を示す概念図である。図６は第１実施形態の第２の変形例の要部を示す概念図である。

＜第１実施形態＞
　本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す。図１において、エンジン本体１は、軽油を燃料とする圧縮点火式内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、他の形式の内燃機関であってもよい。エンジン本体１は、４つの気筒のそれぞれに燃焼室２を有する。各燃焼室２には、燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３が配置されている。燃焼室２には、吸気マニホールド４および排気マニホールド５が接続されている。吸気マニホールド４は、吸気管６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、エアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結されている。

　吸気管６内には、ステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。吸気管６の周りには、吸気管６内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラ１１が配置されている。インタークーラ１１内に機関冷却水が導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

　排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。排気タービン７ｂの出口は、排気管１２を介して、排気浄化触媒１３に連結されている。この排気浄化触媒１３上流の機関排気通路内、即ち排気管１２内には、小型酸化触媒１４が配置されている。小型酸化触媒１４は、排気浄化触媒１３よりも体積が小さく、かつ排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの一部が流通する。

　排気浄化触媒１３は、例えば酸化触媒、三元触媒又はＮＯｘ触媒から構成されている。小型酸化触媒１４は酸化触媒から構成されており、触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ_２、Ｍｎ／ＣｅＯ_２、Ｆｅ／ＣｅＯ_２、Ｎｉ／ＣｅＯ_２、Ｃｕ／ＣｅＯ_２等を用いることができる。触媒１３，１４の基材には、コージェライトあるいはメタルが用いられている。

　この小型酸化触媒１４上流の排気管１２内には、小型酸化触媒１４に燃料を供給するための燃料供給弁１５が、その噴射口を排気管１２内部に臨ませて配置される。燃料供給弁１５には、燃料タンク４４内の燃料が燃料ポンプ４３を介して供給される。燃焼を促進させるために、外部から排気管１２の内部に燃焼用空気を供給するための管路、制御弁及びコンプレッサを設けても良い。

　燃料供給弁１５よりも下流側の排気管１２内には、グロープラグ１６が設けられている。グロープラグ１６は、その先端部に燃料供給弁１５から添加される燃料が接触するように配置されている。グロープラグ１６には、これに給電するための直流電源及び昇圧回路（いずれも不図示）が接続されている。着火するための手段としては、グロープラグに代えてセラミックヒータを用いてもよい。燃料の微粒化を促進するために、燃料供給弁１５から噴射された燃料を衝突させるための衝突板を排気管１２内に配置してもよい。小型酸化触媒１４、燃料供給弁１５およびグロープラグ１６は、排気昇温装置４０を構成し、この排気昇温装置４０は、後述するＥＣＵ５０によって制御される。

　排気マニホールド５と吸気マニホールド４とは、高圧ＥＧＲ通路１８を介して互いに接続されている。高圧ＥＧＲ通路１８内には、電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置される。高圧ＥＧＲ通路１８の周りには、高圧ＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための高圧ＥＧＲクーラ２０が配置される。機関冷却水が高圧ＥＧＲクーラ２０内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

　排気管１２と吸気管６とは、低圧ＥＧＲ通路３０を介して接続されている。低圧ＥＧＲ通路３０は、排気ターボチャージャ７及び排気浄化触媒１３の下流側の排気管１２と、排気ターボチャージャ７の上流側の吸気管６とを接続する。

　排気管１２と低圧ＥＧＲ通路３０とを接続するように、バイパス通路３１が設けられている。バイパス通路３１は、排気管１２における排気昇温装置４０よりも下流側であって排気浄化触媒１３よりも上流側の点と、低圧ＥＧＲ通路３０とを接続する。したがって、排気昇温装置４０の熱が、バイパス通路３１内に供給される排ガスを昇温させることが可能である。バイパス通路３１には、当該バイパス通路３１を開閉するバイパス弁３４が設けられている。

　低圧ＥＧＲ通路３０の周りには、排ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ３２が配置されている。バイパス通路３１は、低圧ＥＧＲクーラ３２よりも吸気側において、低圧ＥＧＲ通路３０に接続している。

　低圧ＥＧＲ通路３０には、バイパス通路３１との接続点よりも吸気側に、通常の低圧ＥＧＲ制御において低圧ＥＧＲ通路３０を開閉するための低圧ＥＧＲ弁３３が設けられている。

　排気浄化触媒１３の上流側であってバイパス通路３１の接続点よりも下流側には、排気管１２を開閉する触媒入口弁３５が設けられている。排気浄化触媒１３の下流側であって低圧ＥＧＲ通路３０との接続点よりも下流側には、排気管１２を開閉する排気絞り弁３６が設けられている。低圧ＥＧＲ通路３０には更に、異物を捕捉するための金属製メッシュからなるＦＯＤ（ＦｏｒｅｉｇｎＯｂｊｅｃｔＤａｍａｇｅ）トラッパ３７が設けられている。

　バイパス通路３１との接続点よりも吸気側の低圧ＥＧＲ通路３０内には、低圧ＥＧＲ通路３０内の温度を検出するための低圧ＥＧＲ温度センサ３８が設置されている。低圧ＥＧＲクーラ３２には、その内部の温度を検出するためのクーラ温度センサ３９が設置されている。温度センサ３８，３９は、温度により抵抗値が変化するサーミスタを有し、排気温の変化をサーミスタの抵抗値変化で検出することができる。

　各燃料噴射弁３は、燃料供給管４１を介してコモンレール４２に連結され、このコモンレール４２は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ４３を介して燃料タンク４４に連結される。燃料タンク４４内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ４３によってコモンレール４２内に供給され、コモンレール４２内に供給された燃料は各燃料供給管４１を介して燃料噴射弁３に供給される。

　コントローラである電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０は、周知のデジタルコンピュータからなり、双方向性バスによって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポートおよび出力ポートを具備する。

　温度センサ３８，３９の出力信号は、対応するＡＤ変換器を介してＥＣＵ５０の入力ポートに入力される。アクセルペダル５１には、アクセルペダル５１の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５２が接続され、負荷センサ５２の出力電圧は、対応するＡＤ変換器を介して入力ポートに入力される。更に入力ポートには、エンジン本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５３が接続される。更に入力ポートには、スロットル弁１０の近傍に設置された吸気温度センサ５４が接続される。

　他方、ＥＣＵ５０の出力ポートは、対応する各駆動回路を介して、スロットル弁１０、高圧ＥＧＲ制御弁１９、低圧ＥＧＲ制御弁３３、バイパス弁３４、触媒入口弁３５および排気絞り弁３６の駆動用の各ステップモータに接続される。出力ポートはまた、対応する各駆動回路を介して燃料噴射弁３及び燃料ポンプ４３に接続される。これらアクチュエータ類の動作は、ＥＣＵ５０によって制御される。ＥＣＵ５０のＲＯＭには、各種プログラム及び基準値・初期値が格納されている。このような基準値及び初期値は、後述する処理に使用される温度の基準値Ｔｍｉｎ１，Ｔｍｉｎ２を含む。

　ＥＣＵ５０は、エアフローメータ８、負荷センサ５２及びクランク角センサ５３を含む車両の状態とくにエンジンの動作状態を示すパラメータに基づいて、燃料供給指示量を算出し、指示量に応じた時間だけ燃料噴射弁３，１５を開くべく制御信号を出力する。この制御信号に従って、燃料供給指示量に応じた量の燃料が燃料噴射弁３，１５から供給される。

　また、ＥＣＵ５０は、例えば機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅにより定まる機関運転状態に応じて、ＥＧＲガスを供給するＥＧＲ通路を選択的に切り換える。ここで、機関負荷率ＫＬは全負荷に対する機関負荷の割合をいう。すなわち、機関負荷率ＫＬが予め定められた第１の設定負荷率ＫＬ１よりも低いときには、高圧ＥＧＲ通路１８のみを介してＥＧＲガスが供給される。このようにすると、良好な応答性を確保することができ、機関に供給されるＥＧＲガスの量を精密に制御することができる。これに対し、機関負荷率ＫＬが第１の設定負荷率ＫＬ１よりも高くかつあらかじめ定められた第２の設定負荷率ＫＬ２よりも低いときには、低圧ＥＧＲ通路３０のみを介してＥＧＲガスが供給される。このようにすると、機関負荷率ＫＬが高いときにもＥＧＲガスを確実に機関に供給することが可能になる。さらに、機関負荷率ＫＬが第２の設定負荷率ＫＬ２よりも高いときには、ＥＧＲガスの供給が禁止される。

　また、ＥＣＵ５０は、排気昇温装置４０を制御して、燃料の供給及び着火を行い、これにより小型酸化触媒１４を昇温させる。供給された燃料の一部又は全部はグロープラグ１６により着火され、これによって排ガスが昇温される。なお、ＥＣＵ５０は必要に応じて、小型酸化触媒１４の必要量よりも多くの燃料を噴射することで、排気浄化触媒１３に対する燃料の供給を行い、これにより、堆積した粒子状物質（ＰＭ）の酸化及び燃焼、並びに排気浄化触媒１３がＮＯｘ吸蔵還元触媒である場合には、排気浄化触媒１３に対するＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒回復処理を実施することも可能である。

　ＥＣＵ５０はさらに、上記各制御と並行して、以下の低圧ＥＧＲ通路加熱処理を実行する。この低圧ＥＧＲ通路加熱処理について、以下に図２に従って説明する。図２の処理ルーチンは、不図示のイグニッションスイッチがオンされ且つエンジン本体１が動作していることを条件に、所定時間ごとに繰返し実行される。図２において、まずＥＣＵ５０は、低圧ＥＧＲ温度センサ３８により検出されるＥＧＲ吸気側温度Ｔ１、及びクーラ温度センサ３９により検出される低圧ＥＧＲクーラ温度Ｔ２の値を読み込む（Ｓ１０）。

　次にＥＣＵ５０は、読み込まれたＥＧＲ吸気側温度Ｔ１が、基準値Ｔｍｉｎ１より低いかを判断する（Ｓ２０）。肯定、すなわちＥＧＲ吸気側温度Ｔ１が基準値Ｔｍｉｎ１より低い場合には、ＥＣＵ５０はバイパス弁３４をオープンさせ、触媒入口弁３５をクローズさせるように、これらの弁を駆動する各ステップモータに対して制御出力を行う（Ｓ３０）。

　次に、ＥＣＵ５０は、先に読み込まれた低圧ＥＧＲクーラ温度Ｔ２が、基準値Ｔｍｉｎ２より低いかを判断する（Ｓ４０）。基準値Ｔｍｉｎ２は基準値Ｔｍｉｎ１より低い値とするが、基準値Ｔｍｉｎ１より高い値あるいは基準値Ｔｍｉｎ１と等しい値であってもよい。寒冷地での厳冬季、例えば外気温及び温度Ｔ１，Ｔ２が－１０°Ｃ以下のときの冷間始動時には、ステップＳ２０及びＳ４０で肯定される。

　ステップＳ４０で肯定、すなわち低圧ＥＧＲクーラ温度Ｔ２が基準値Ｔｍｉｎ２より低い場合には、ＥＣＵ５０は低圧ＥＧＲ弁３３をクローズさせ、排気絞り弁３６をオープンさせるように、これらの弁を駆動する各ステップモータに対して制御出力を行う（Ｓ５０）。その結果、排気昇温装置４０によって昇温された排ガスは、図１において矢印Ｆ２で示されるように、排気浄化触媒１３をスキップして、バイパス通路３１、低圧ＥＧＲクーラ３２及び排気絞り弁３６を通って流れる。

　ステップＳ４０で否定、すなわち低圧ＥＧＲクーラ温度Ｔ２が基準値Ｔｍｉｎ２より高いかあるいはＴｍｉｎ２に等しい場合には、ＥＣＵ５０は低圧ＥＧＲ弁３３をオープンさせ、排気絞り弁３６をクローズさせるように、これらの弁を駆動する各ステップモータに対して制御出力を行う（Ｓ７０）。その結果、排気昇温装置４０によって昇温された排ガスは、図１において矢印Ｆ３で示されるように、低圧ＥＧＲクーラ３２を経由することなく、バイパス通路３１及び低圧ＥＧＲ弁３３を通って流れる。

　ステップＳ５０及びＳ７０の処理が繰返し行われると、低圧ＥＧＲ通路３０の各部が昇温されるため、温度Ｔ１，Ｔ２が上昇してステップＳ２０で否定されるようになる。ステップＳ２０で否定、すなわち温度Ｔ１が基準値Ｔｍｉｎ１と等しいかこれより大きい場合には、ＥＣＵ５０はバイパス弁３４をクローズさせ、触媒入口弁３５をオープンさせ、排気絞り弁３６をオープンさせるように、これらの弁を駆動する各ステップモータに対して制御出力を行う（Ｓ６０）。その結果、排気昇温装置４０によって昇温された排ガスは、図１において矢印Ｆ１で示されるように、バイパス通路３１を通らずに、排気浄化触媒１３及び排気絞り弁３６を通って流れる。

　なお、本ルーチンとは別途のＥＧＲ弁制御ルーチンに従い、所定の低圧ＥＧＲ弁オープン条件が成立している場合には、低圧ＥＧＲ弁３３がオープンされて、低圧ＥＧＲ通路３０を経由して排ガスが吸気通路に再循環される。

　以上のとおり、本実施形態では、バイパス通路３１が排気昇温装置４０よりも下流側であって排気浄化触媒１３よりも上流側の点と低圧ＥＧＲ通路３０とを接続しているため、排気昇温装置４０により昇温された排ガスを、低圧ＥＧＲ通路３０を通じて吸気通路に供給することができ、排気昇温装置４０によって十分な熱量が得られる。ＥＣＵ５０は、低圧ＥＧＲ通路３０の温度が予め定められた基準値Ｔｍｉｎ１よりも低い場合に（Ｓ２０）、バイパス弁３４を開くように制御するので（Ｓ３０）、エンジン水温が高く且つ低圧ＥＧＲ通路３０との温度差が大きい場合（例えば寒冷地の厳冬季）であっても、低圧ＥＧＲ通路３０における水分の凝縮を好適に抑制することができる。

　また、本実施形態では、低圧ＥＧＲ通路３０が低圧ＥＧＲクーラ３２を有し、バイパス通路３１が低圧ＥＧＲクーラ３２よりも吸気側において低圧ＥＧＲ通路３０に接続している。このため、バイパス通路３１を経由した排気昇温装置４０からの熱が、低圧ＥＧＲクーラ３２を経由せずに、低圧ＥＧＲ通路３０のうち低圧ＥＧＲクーラ３２よりも吸気側の部分に作用するので（Ｓ７０）、低圧ＥＧＲクーラ３２による損失なしに、当該吸気側の部分を迅速に昇温させることができる。

　さらに、本実施形態では、低圧ＥＧＲ通路３０が、バイパス通路３１の接続点よりも吸気側に、低圧ＥＧＲ通路３０を開閉するＥＧＲ弁３３を備え、ＥＣＵ５０が、ＥＧＲ弁３３を閉じるように制御して（Ｓ５０）、バイパス通路３１を経由した排ガスを、低圧ＥＧＲ通路３０の排気側に供給させる。このため、ＥＧＲ弁３３を利用して、低圧ＥＧＲクーラ３２を好適に昇温させることができる。また、低圧ＥＧＲクーラ３２における吸気側の領域は、低圧ＥＧＲ通路３０の通常の使用において、その排気側の領域よりも昇温が遅れるものと考えられるところ、この態様では当該吸気側の領域を好適に昇温させることができる。

　さらに、本実施形態では、ＥＧＲ５０が、ＥＧＲ弁３３を制御して、低圧ＥＧＲクーラ３２が昇温したことを条件に、低圧ＥＧＲ通路３０の吸気側（すなわち、バイパス通路３１との接続点よりも吸気管６に近い領域）を昇温させる。このため、ＥＧＲ弁３３を利用して、水分の凝結の可能性の高い低圧ＥＧＲクーラ３２を優先して昇温させ、その後に低圧ＥＧＲ通路３０の吸気側を昇温させるので、凝縮水の生成を好適に抑制することができる。

＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３に示される第２実施形態では、バイパス通路３１が、低圧ＥＧＲクーラ６２よりも排気側の点において、低圧ＥＧＲ通路３０に接続している。低圧ＥＧＲクーラ６２の構成は、上述した第１実施形態における低圧ＥＧＲクーラ３２と同様である。低圧ＥＧＲ通路３０内の温度の検出はクーラ温度センサ３９のみによって行われ、低圧ＥＧＲ温度センサ３８は設置されていない。ＥＣＵ５０のＲＯＭに格納されている基準値は、後述する処理に使用される温度の基準値Ｔｍｉｎ３を含む。第２実施形態の残余の機械的構成は、上記第１実施形態と同様であるため、同一符号を付してその詳細の説明は省略する。

　第２実施形態においてＥＣＵ５０によって実行される低圧ＥＧＲ通路加熱処理について、図４に従って説明する。図４の処理ルーチンは、不図示のイグニッションスイッチがオンされエンジン本体１が動作していることを条件に、所定時間ごとに繰返し実行される。

　図４において、まずＥＣＵ５０は、クーラ温度センサ３９により検出される低圧ＥＧＲクーラ温度Ｔ３の値を読み込む（Ｓ１１０）。次にＥＣＵ５０は、読み込まれた低圧ＥＧＲクーラ温度Ｔ３が、基準値Ｔｍｉｎ３より低いかを判断する（Ｓ１２０）。寒冷地での厳冬季、例えば外気温及び温度Ｔ３が－１０°Ｃ以下のときの冷間始動時には、ステップＳ１２０で肯定される。

　ステップＳ１２０で肯定、すなわち低圧ＥＧＲクーラ温度Ｔ３が基準値Ｔｍｉｎ３より低い場合には、ＥＣＵ５０はバイパス弁３４をオープンさせ、触媒入口弁３５をクローズさせ、排気絞り弁３６をクローズさせ、低圧ＥＧＲ弁３３をオープンさせるように、これらの弁を駆動する各ステップモータに対して制御出力を行う（Ｓ１３０）。その結果、排気昇温装置４０によって昇温された排ガスは、図３において矢印Ｆ３で示されるように、バイパス通路３１及び低圧ＥＧＲクーラ６２を通って流れる。

　ステップＳ１３０の処理が繰返し行われると、低圧ＥＧＲ通路３０の各部が昇温されるため、温度Ｔ３が上昇してステップＳ１２０で否定されるようになる。ステップＳ１２０で否定、すなわち低圧ＥＧＲクーラ温度Ｔ３が基準値Ｔｍｉｎ３より高いかあるいはＴｍｉｎ３に等しい場合には、ＥＣＵ５０はバイパス弁３４をクローズさせ、触媒入口弁３５をオープンさせ、排気絞り弁３６をオープンさせるように、これらの弁を駆動する各ステップモータに対して制御出力を行う（Ｓ１４０）。

　次にＥＣＵ５０は、予め定められた低圧ＥＧＲ弁オープン条件が成立しているかを判断する（Ｓ１５０）。この低圧ＥＧＲ弁オープン条件は、例えば上述したように、機関負荷率ＫＬが第１の設定負荷率ＫＬ１よりも高くかつあらかじめ定められた第２の設定負荷率ＫＬ２よりも低いことである。肯定すなわち低圧ＥＧＲ弁オープン条件が成立している場合には、低圧ＥＧＲ弁３３がオープンされる(Ｓ１６０)。その結果、排気昇温装置４０によって昇温された排ガスは、バイパス通路３１を通ることなく、低圧ＥＧＲクーラ６２を含む低圧ＥＧＲ通路３０を通って流れる。

　ステップＳ５０で否定、すなわち低圧ＥＧＲ弁オープン条件が成立していない場合には、低圧ＥＧＲ弁３３がクローズされる(Ｓ１７０)。その結果、排気昇温装置４０によって昇温された排ガスは、バイパス通路３１及び低圧ＥＧＲ通路３０を通ることなく、排気浄化触媒１３を通って流れる。

　以上のとおり、本実施形態では、バイパス通路３１が低圧ＥＧＲクーラ６２よりも排気側の点において低圧ＥＧＲ通路３０に接続している。このため、上記第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、排気昇温装置４０からの熱がバイパス通路３１を経由して低圧ＥＧＲクーラ６２に作用するので、低圧ＥＧＲクーラ６２を含めた低圧ＥＧＲ通路３０の水分の凝縮を好適に抑制できる。

＜変形例１＞
　図５は上記第１実施形態の変形例を示す。この変形例は、上記第１実施形態におけるバイパス弁３４及び触媒入口弁３５に代えて、図５に示されるように、単一の切換弁（方向制御弁）６４を用いている。図示の状態では、排気昇温装置４０の下流側が排気浄化触媒１３に接続され、切替弁６４が図中時計回り（矢印ａ方向）に回転すると、排気昇温装置４０の下流側がバイパス通路３１に接続される。切替弁６４のシール性を促進するために、弁体の周囲にガスケット６５を配置するのが好適である。この変形例によれば、上記第１実施形態におけるバイパス弁３４のオープン及び触媒入口弁３５のクローズ、並びにバイパス弁３４のクローズ及び触媒入口弁３５のオープンが、単一の切替弁６４により実現され、構造及び制御を単純化することができる。なお、この切替弁６４は上記第２実施形態に適用することも可能である。

＜変形例２＞
　図６は上記第１実施形態の第２の変形例を示す。この変形例は、図６に示されるように、バイパス通路３１が低圧ＥＧＲ通路３０と交わる角度αを、鋭角としたものである。この構成によれば、バイパス通路３１から低圧ＥＧＲ通路３０の吸気側に向かう流れ（図６において矢印Ｆ４で示される）が好適に形成され、これによって、低圧ＥＧＲクーラ３２に向かう流れ（矢印Ｆ５で示される）が抑制されるため、排気浄化触媒１３の下流側の排気絞り弁３６（図１参照）を省略することができ、構造及び制御を単純化することができる。

　本発明をある程度の具体性をもって説明したが、クレームされた発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。上記各実施形態では温度の基準値Ｔｍｉｎ１，Ｔｍｉｎ２，Ｔｍｉｎ３をいずれも予め定められた固定値としたが、これらのうち一つ以上は、車両の状態（例えばエンジン水温）に基づいて動的に設定してもよい。また各弁をオープン又はクローズの２状態としたが、これら２状態の間で多段階的あるいは連続的に開度を変化させてもよい。

　上記各実施形態では、低圧ＥＧＲ通路３０の温度を、温度センサ３８，３９により直接検出したが、低圧ＥＧＲ通路の温度は、例えばスロットル弁１０の近傍に設けられた吸気温度センサ５４の検出値に基づいて推定してもよい。また本発明は、ターボチャージャを有しないエンジンに適用することも可能である。

　４　吸気マニホールド
　５　排気マニホールド
　６　吸気管
　７　ターボチャージャ
　１２　排気管
　１３　排気浄化触媒
　１４　小型酸化触媒
　１８　高圧ＥＧＲ通路
　３０　低圧ＥＧＲ通路
　３１　バイパス通路
　３２　低圧ＥＧＲクーラ
　４０　排気昇温装置
　５０　ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられて排ガスを昇温する排気昇温装置と、
　前記排気昇温装置よりも下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
　前記排気浄化触媒の下流側の前記排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
　前記排気通路における前記排気昇温装置よりも下流側であって前記排気浄化触媒よりも上流側の点と前記ＥＧＲ通路とを接続するバイパス通路と、
　前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
　当該バイパス弁を制御するコントローラと、を備えた内燃機関の排気装置であって、
　前記コントローラは、前記ＥＧＲ通路の温度が予め定められた基準値よりも低い場合に、前記バイパス弁を開くように制御して、前記排気昇温装置により昇温された排ガスを前記ＥＧＲ通路を通じて前記吸気通路に供給させる内燃機関の排気装置。
　請求項１に記載の内燃機関の排気装置であって、
　前記ＥＧＲ通路は、排ガスを冷却するＥＧＲクーラを有し、前記バイパス通路は、前記ＥＧＲクーラよりも吸気側において前記ＥＧＲ通路に接続している内燃機関の排気装置。
　請求項２に記載の内燃機関の排気装置であって、
　前記ＥＧＲ通路は、前記バイパス通路の接続点よりも吸気側に、当該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁を備え、
　前記コントローラは、前記ＥＧＲ弁を閉じるように制御して、前記バイパス通路を経由した排ガスを、前記ＥＧＲ通路の排気側に供給させる内燃機関の排気装置。
　請求項３に記載の内燃機関の排気装置であって、
　前記コントローラは、前記ＥＧＲ弁を制御して、前記ＥＧＲクーラが昇温された後に、ＥＧＲ通路の吸気側を昇温させる内燃機関の排気装置。
　請求項１に記載の内燃機関の排気装置であって、
　前記ＥＧＲ通路は、排ガスを冷却するＥＧＲクーラを有し、前記バイパス通路は、前記ＥＧＲクーラよりも排気側において前記ＥＧＲ通路に接続している内燃機関の排気装置。