(57)【要約】【課題】ＥＧＲガスを冷却するために必要な冷却効率を確保しつつ、新たな流路を形成することなく冷却器に付着するデポジットを低減する排気ガス冷却装置を提供する。【解決手段】排気ガス冷却装置７０のＥＧＲクーラ７２は、排気流路と吸気流路とを連通する再循環流路２０に設置されている。クーラコア７６は、ＥＧＲクーラ７２のハウジング７４内に収容されている。フラップ９２は、クーラコア７６が形成する冷却通路２１０の入口側に設置されており、回転角度位置に応じてハウジング７４内に流入するＥＧＲガスの流れ方向を案内する。フラップ９２の回転角度位置に応じてＥＧＲガスの流れ方向が調整されることにより、クーラコア７６において、ＥＧＲガスが流れる有効部分７８と、ＥＧＲガスが流れない無効部分８０とが生じる。これにより、クーラコア７６においてＥＧＲガスが流れる冷却流路２１０の流路面積が変化する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気流路から再循環流路を通って吸気流路に再循環される排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置において、
前記再循環流路に設置され、前記排気流路から前記吸気流路に向けて排気ガスが流れる冷却流路を有し、前記冷却流路を流れる排気ガスを冷却する冷却器と、
前記冷却流路の流路面積の大きさを調整する流路面積可変手段と、
を備えることを特徴とする排気ガス冷却装置。
【請求項２】
前記流路面積可変手段は、前記冷却流路の入口側で前記流路面積の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項３】
前記冷却器は積層構造により前記冷却流路を形成しており、
前記流路面積可変手段は、前記冷却器の積層構造の段数により前記流路面積の大きさを調整する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項４】
前記流路面積可変手段は、駆動源と、前記駆動源から駆動されることにより変位して前記流路面積の大きさを調整する可動部材とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項５】
前記可動部材は、回転角度位置に応じて排気ガスを案内することにより前記流路面積の大きさを調整するフラップであることを特徴とする請求項４に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項６】
前記駆動源は、空気圧アクチュエータまたは電動アクチュエータであることを特徴とする請求項４または５に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項７】
前記流路面積可変手段は、排気ガスが流れる前記冷却流路の位置を変更することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項８】
前記冷却流路はＵ字状に形成されており、
前記流路面積可変手段は、Ｕ字状の前記冷却流路の入口と出口との流路面積の比を調整する、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項９】
前記再循環流路を流れる排気流量と、前記冷却器の入口側の排気温度との少なくともいずれか一方に基づいて、前記流路面積可変手段を制御して前記流路面積の大きさを調整する流路面積制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項１０】
前記流路面積制御手段は、前記再循環流路を流れる排気流量が所定流量以上であるとともに、前記冷却器の入口側の排気温度が所定温度以上であれば、前記冷却流路の出口側の排気流速が所定速度以下になるように、前記流路面積可変手段を制御して前記流路面積の大きさを調整することを特徴とする請求項９に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項１１】
前記流路面積制御手段は、前記再循環流路を流れる排気流量が前記所定流量よりも少ないか、前記冷却器の入口側の排気温度が前記所定温度よりも低いかの少なくともいずれか一方である場合、前記冷却流路の出口側の排気流速が前記所定速度よりも速くなるように、前記流路面積可変手段を制御して前記流路面積の大きさを調整することを特徴とする請求項１０に記載の排気ガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気流路から再循環流路を通って吸気流路に再循環される排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガス中のＮＯｘを低減するために、排気流路から吸気流路に排気ガスを再循環させることにより、気筒内での燃焼を抑制する排気再循環装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
このような排気再循環装置では、排気流路と吸気流路とを連通する再循環流路に冷却器（以下、「ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)クーラ」とも言う。）を設置し、排気流路から吸気流路に再循環される排気ガスを冷却することが知られている。再循環される排気ガス（以下、「ＥＧＲガス」とも言う。）が冷却されることにより、気筒内における燃焼温度が低下して燃焼が抑制されるとともに、同じＥＧＲガス流量であれば、より多くの質量の排気ガスを再循環させることができる。
【０００４】
ところで、パティキュレートを含んだ排気ガスが冷却器の冷却流路を通過すると、冷却流路の流路内壁および冷却フィンにパティキュレートが衝突したり、冷却流路と流路内壁および冷却フィンとの温度差による熱泳動により、流路内壁および冷却フィンにパティキュレートが付着する。
【０００５】
このように、流路内壁および冷却フィンにパティキュレートが付着してデポジットになると、冷却器による排気ガスの冷却効率が低下するとともに、冷却流路の圧損が増加するという問題がある。
【０００６】
そこで、例えば冷却器の径を小さくして流路面積を低減すれば、冷却器を流れるＥＧＲガスの流速が上昇し、流路内壁およびフィンへのパティキュレートの付着を低減するとともに、付着しているデポジットを剥離させることができる。これにより、冷却器に付着しているデポジットを低減できる。
【０００７】
しかしながら、ＥＧＲガスの流速を所定流速以上にして冷却器に付着しているデポジットを低減するために、ＥＧＲガス流量が少ないエンジン運転状態に合わせて冷却流路の流路面積を低減すると、ＥＧＲガス流量が多い場合にＥＧＲガスの流速が速くなり過ぎる。その結果、ＥＧＲガスに対する冷却器の冷却効率が低下する。さらに、流路面積が小さくなると冷却流路の圧損が増加するので、必要な流量のＥＧＲガスを吸気流路側に再循環できない。
【０００８】
一方、ＥＧＲガス流量が多いエンジン運転状態に合わせて流路面積を設定すると、ＥＧＲガス流量が少ない場合にＥＧＲガスの流速が遅くなり過ぎる。その結果、冷却器へのパティキュレートの付着を低減できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１８３５４９号公報
【特許文献２】特開２００７−９２６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、特許文献２には、ターボチャージャのコンプレッサにより過給された過給空気の一部を専用のバイパス管を通ってＥＧＲクーラに供給することにより、流路面積を小さくすることなく、ＥＧＲクーラの流路内壁等に付着したデポジットを過給空気で吹き飛ばす技術が開示されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献２では、ＥＧＲ弁を閉じた状態で吸気流路側から過給空気をＥＧＲクーラに供給するための専用のバイパス管が必要になるので、バイパス管の設置スペースが必要になるという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲガスを冷却するために必要な冷却効率を確保しつつ、新たな流路を形成することなく冷却器に付着するデポジットを低減する排気ガス冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１から１１に記載の発明によると、再循環流路に設置された冷却器が冷却流路を流れるＥＧＲガスを冷却し、流路面積可変手段が冷却流路の流路面積の大きさを調整する。
【００１４】
この構成によれば、例えば冷却器に流入するＥＧＲガスの状態に基づいて、流路面積可変手段が冷却流路の流路面積の大きさを調整することにより、冷却流路を流れるＥＧＲガスの流速を調整することができる。例えば、ＥＧＲガスの流量が少なくなるにしたがい流路面積を小さくすれば、ＥＧＲガスの流速の低下を防止できる。
【００１５】
これにより、ＥＧＲガスの流量が少ない場合にも、冷却器に付着するパティキュレートを低減するとともに、パティキュレートが付着して形成されるデポジットを除去するために必要なＥＧＲガスの流速を得ることができる。また、ＥＧＲガスの流量に基づいて、冷却流路の流路面積を適切に調整することにより、ＥＧＲガスを冷却する冷却効率を確保できる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によると、流路面積可変手段は、冷却流路の入口側で冷却流路の流路面積の大きさを調整する。
これにより、流路面積可変手段が冷却流路の排気流れ上流側である入口側で流路面積を低減できるので、ＥＧＲガスが流入しない冷却流路には入口側から出口側に向けてＥＧＲガスが流れない。したがって、ＥＧＲガスが流れている冷却流路においては、冷却器に付着するデポジットを低減できるとともに、ＥＧＲガスが流れない冷却流路の冷却器においては、冷却器に付着するデポジットをさらに低減できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によると、冷却器は積層構造により冷却流路を形成しており、流路面積可変手段は、冷却器の積層構造の段数により冷却流路の流路面積の大きさを調整する。
【００１８】
これにより、積層構造の段数に合わせて不連続に変化する階段状に冷却流路の流路面積を調整できるので、連続して変化する大きさで流路面積を調整する場合に比べ、流路面積可変手段が流路面積を調整するときに、積層構造の段毎に調整位置を容易に位置決めできる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によると、流路面積可変手段は、駆動源と、駆動源から駆動されることにより変位して冷却流路の流路面積の大きさを調整する可動部材とを有する。
この構成によれば、駆動源による駆動量を制御することにより、可動部材の変位量を制御して流路面積の大きさを調整できる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によると、可動部材は、回転角度位置に応じて排気ガスを案内することにより冷却流路の流路面積の大きさを調整するフラップである。
このように、可動部材としてフラップを回動させて冷却流路の流路面積の大きさを調整する場合、例えば冷却器のハウジング等にフラップの回転軸が支持され、ハウジングの外部に設置された駆動源により冷却器内のフラップを回動させる構成とすることができる。これにより、冷却器のハウジングとフラップの回転軸との間をシールしてＥＧＲガスの漏れを防止すればよいので、シールが容易である。
【００２１】
請求項６に記載の発明によると、流路面積可変手段の駆動源は、空気圧アクチュエータまたは電動アクチュエータである。
これにより、空気圧アクチュエータを制御する空気圧、あるいは電動アクチュエータを制御する電力を調整することにより、冷却流路の流路面積の大きさを調整する流路面積可変手段の可動部材を高精度に変位させることができる。その結果、冷却流路の流路面積を高精度に調整できる。
【００２２】
請求項７に記載の発明によると、流路面積可変手段は、排気ガスが流れる冷却流路の位置を変更する。
これにより、冷却流路の流路面積が変るか否かに関わらず、排気ガスが流れる冷却流路の位置がずれて移動するので、流路面積方向において冷却流路の常に同じ位置をＥＧＲガスが流れることを防止できる。その結果、冷却流路の各位置に極力均等にＥＧＲガスを流すことができるので、流路面積方向において冷却流路の常に同じ位置にデポジットが付着することを防止できる。
【００２３】
請求項８に記載の発明によると、冷却流路はＵ字状に形成されており、流路面積可変手段は、Ｕ字状の冷却流路の入口と出口との流路面積の比を調整する。
この構成によれば、例えば、圧損等によるＥＧＲガスの流速が入口側よりも低下しやすい出口側の流路面積を入口側よりも小さくすることにより、出口側におけるＥＧＲガスの流速の低下を防止できる。
【００２４】
ところで、ＥＧＲガスの流量、または冷却器の入口側のＥＧＲガスの温度によって、ＥＧＲガスを冷却する必要度、あるいは冷却器へのデポジットの付着量は変化する。通常、冷却効率を向上させるために冷却流路の流路面積を増加すると、ＥＧＲガスの流速が低下し、冷却器にデポジットが付着しやすくなる。
【００２５】
そこで、請求項９に記載の発明によると、流路面積制御手段は、再循環流路を流れる排気流量と、冷却器の入口側の排気温度との少なくともいずれか一方に基づいて、流路面積可変手段を制御して冷却流路の流路面積の大きさを調整する。
【００２６】
このように、ＥＧＲガスの流量および冷却器の入口側のＥＧＲガスの温度の少なくともいずれか一方に基づいて冷却流路の流路面積の大きさを調整することにより、流路面積制御手段は、ＥＧＲガスの冷却効率、または冷却器へのデポジットの付着低減のどちらを優先するのかを適切に制御できる。
【００２７】
請求項１０記載の発明によると、流路面積制御手段は、再循環流路を流れる排気流量が所定流量以上であるとともに、冷却器の入口側の排気温度が所定温度以上であれば、冷却流路の出口側の排気流速が所定速度以下になるように、流路面積可変手段を制御して冷却流路の流路面積の大きさを調整する。
【００２８】
これにより、流路面積制御手段は、再循環流路を流れる排気流量が所定流量以上であるとともに、冷却器の入口側の排気温度が所定温度以上であれば、冷却流路の出口側の排気流速を所定速度以下にすることにより、ＥＧＲクーラの本来の目的であるＥＧＲガスの冷却を優先する。
【００２９】
請求項１１記載の発明によると、流路面積制御手段は、再循環流路を流れる排気流量が所定流量よりも少ないか、冷却器の入口側の排気温度が所定温度よりも低いかの少なくともいずれか一方である場合、冷却流路の出口側の排気流速が所定速度よりも速くなるように、流路面積可変手段を制御して冷却流路の流路面積の大きさを調整する。
【００３０】
このように、再循環流路を流れる排気流量が所定流量よりも少ないか、冷却器の入口側の排気温度が所定温度よりも低いかの少なくともいずれか一方である場合、冷却流路の出口側の排気流速が速くなりＥＧＲガスの冷却効率が低下しても、ＥＧＲガスを冷却するために必要な冷却効率は確保できる。
【００３１】
したがって、再循環流路を流れる排気流量が所定流量よりも少ないか、冷却器の入口側の排気温度が所定温度よりも低いかの少なくともいずれか一方である場合には、冷却流路の流路面積の大きさを調整して冷却流路の出口側の排気流速を所定速度よりも速くすることにより、パティキュレートの付着低減を優先する。
【００３２】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態の排気ガス冷却装置を用いた排気ガス再循環装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態の排気ガス冷却装置の構成を示す模式図。
【図３】排気ガス冷却装置による流路面積制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】第２実施形態の排気ガス冷却装置の構成を示す模式図。
【図５】第３実施形態の排気ガス冷却装置の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による燃料噴射システムと、排気ガス再循環装置とを図１に示す。
【００３５】
（燃料噴射システム２０）
本実施形態の蓄圧式の燃料噴射システム２０は、燃料供給ポンプ３２、コモンレール３４、燃料噴射弁４０、電子制御装置（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）１００等から構成されている。
【００３６】
燃料噴射システム２０が燃料を供給するディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」とも言う。）１２は４気筒の内燃機関である。ターボチャージャのコンプレッサ２で圧縮された吸気流路２００の吸気は、インタークーラ６を通り、スロットル弁８で流量を調整され、ディーゼルエンジン１２の各気筒に吸入される。コンプレッサ２は、排気流路２０２に設置されたターボチャージャのタービン４により図示しないシャフトを介して回転駆動される。スロットル弁８は、軽負荷領域ではＥＧＲガスをより多く入れるために絞られるが、高負荷領域では吸気量増大やポンピングロスの低減等のために、ほぼ全開状態に保持される。エンジン１２に吸入される吸気流量は、吸気量センサ１０で検出される。
【００３７】
燃料供給ポンプ３２は、カムシャフトのカムの回転にともないプランジャが往復移動することにより、燃料タンク３０から加圧室に吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。燃料供給ポンプ３２には、燃料タンク３０から燃料を吸い上げて加圧室に供給するフィードポンプが内蔵されている。
【００３８】
ＥＣＵ１００が燃料供給ポンプ３２の図示しない調量弁に供給する電流値を制御することにより、燃料供給ポンプ３２が吸入行程で吸入する燃料吸入量が調量される。そして、燃料吸入量が調量されることにより、燃料供給ポンプ３２の燃料吐出量が調量される。
【００３９】
コモンレール３４は、燃料供給ポンプ３２が圧送する燃料を蓄圧しエンジン運転状態に応じた所定の高圧に燃料圧力を保持する。コモンレール３４の圧力（以下、「コモンレール圧」とも言う。）は、燃料供給ポンプ３２の吐出量により制御される。
【００４０】
燃料噴射弁４０は、エンジン１２の各気筒に設置され、コモンレール３４が蓄圧している燃料を気筒内に噴射する。燃料噴射弁４０は、エンジン１２の１回の燃焼行程においてパイロット噴射、メイン噴射およびポスト噴射等を含む多段噴射を行う。燃料噴射弁４０は、ノズルニードルに閉弁方向に燃料圧力を加える制御室の圧力を制御することにより燃料噴射量を制御する公知の電磁駆動式の弁である。
【００４１】
排気ガス浄化装置４６は、排気流路２０２においてターボチャージャのタービン４の排気流れ下流側に設置されている。排気ガス浄化装置４６は、共通のハウジング内において、上流側に酸化触媒が設置され、その下流側にＤＰＦ(Diesel Particulate filter)が設置されている。ＤＰＦはエンジン１２から排出される排気ガス中のパティキュレートを捕集する。
【００４２】
ポスト噴射または燃料添加弁により排気流路２０２に燃料が添加されると、添加燃料中の未燃成分がＤＰＦの上流側に設置された酸化触媒で酸化反応する。そして、このときに発生する反応熱によりＤＰＦが捕集したパティキュレートが燃焼し、ＤＰＦは再生される。
【００４３】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメッモリ等を中心とするマイクロコンピュータにて構成されている。ＥＣＵ１００は、エンジン１２を最適な運転状態に制御するために、吸気量センサ１０、ＮＥセンサ４４から取得する吸気量およびエンジン回転数、ならびにその他の各種センサから取得したアクセル開度、吸気温度、水温等のエンジン運転状態に基づいて燃料供給ポンプ３２の調量弁および燃料噴射弁４０への通電を制御する。
【００４４】
ＥＣＵ１００は、各種センサから得たエンジン運転状態に基づいて燃料噴射弁４０の噴射時期および噴射量を制御する。ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁４０の噴射時期および噴射量を制御する噴射指令信号として噴射パルス信号を出力する。噴射パルス信号のパルス幅が長くなると、燃料噴射弁４０の制御室が低圧側に開放される時間が長くなるので、噴射量が増加する。ＥＣＵ１００は、噴射パルス信号のパルス幅と噴射量との関係を表す噴射量特性を、噴射圧であるコモンレール圧毎にマップとしてＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶している。
【００４５】
（排気ガス再循環装置５０）
排気ガス再循環装置５０は、ＥＧＲ弁６０と排気ガス冷却装置７０（図２参照）とから構成されており、再循環流路２０４を通り、排気流路２０２から吸気流路２００に排気ガスを再循環させるものである。再循環流路２０４は、タービン４の排気流れ上流側の排気流路２０２と、スロットル弁８の吸気流れ下流側の吸気流路２００とを連通している。
【００４６】
再循環流路２０４には、排気ガス冷却装置７０のＥＧＲクーラ７２と、ＥＧＲ弁６０とが排気流路２０２側からこの順で設置されている。ＥＧＲ弁６０は、ＥＧＲクーラ７２で冷却された排気ガスを吸気側に環流する流量を調整する。
【００４７】
（排気ガス冷却装置７０）
図２に示すように、排気ガス冷却装置７０は、ＥＧＲクーラ７２と、ＥＧＲクーラ７２の冷却流路２１０の流路面積の大きさを調整するモータ９０およびフラップ９２と、ＥＣＵ１００とから構成される。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、燃料噴射システム２０および排気ガス再循環装置５０の両方で使用される。
【００４８】
ＥＧＲクーラ７２は、筒状のハウジング７４と、ハウジング７４内に収容されたクーラコア７６とからなる。ＥＧＲクーラ７２は、ＥＧＲ弁６０の排気流れ上流側に設置されており、再循環流路２０４を通って吸気流路２００に再循環されるＥＧＲガスを冷却する。
【００４９】
クーラコア７６は、排気流れ上流側から下流側に向けて延びる薄板が所定の間隔をおいて積層されている積層構造である。薄板と薄板との間には、冷却水が流れる層と、波状のフィンが設置されている層とが交互に形成されている。フィンが設置されている層は冷却流路２１０を形成している。
【００５０】
モータ９０はＥＧＲクーラ７２の入口側において、ハウジング７４の外部に設置されている。モータ９０として、例えばＤＣモータが使用される。後述するフラップ９２の回転角度位置は、ＤＣモータのトルクとフラップ９２の回転角度位置に応じて変化するスプリング荷重との釣り合いにより制御される。
【００５１】
フラップ９２は、ハウジング７４の内部であり、かつクーラコア７６が形成する冷却流路２１０の入口側に設置されている。フラップ９２は例えば板状に形成されており、端部に設けられたフラップ９２の回転軸はモータ９０の駆動軸に連結されている。フラップ９２は、モータ９０の回転にともない回転軸を中心として時計回りおよび反時計回りの両方向に回転する。
【００５２】
フラップ９２は、回転角度位置に応じてＥＧＲクーラ７２のハウジング７４内に流入するＥＧＲガスの流れ方向を案内する。そして、フラップ９２の回転角度位置に応じてＥＧＲガスの流れ方向が調整されることにより、クーラコア７６においてＥＧＲガスが流れる冷却流路２１０の流路面積が変化する。つまり、クーラコア７６において、ＥＧＲガスが流れる有効部分７８と、ＥＧＲガスが流れない無効部分８０とが生じる。
【００５３】
例えば、フラップ９２が図２の上方に回転すると冷却流路２１０の流路面積は大きくなり、フラップ９２が図２の下方に回転すると冷却流路２１０の流路面積は小さくなる。ＥＧＲガスの流量が同じであれば、冷却流路２１０の流路面積が大きくなるとＥＧＲガスの流速は遅くなり、冷却流路２１０の流路面積が小さくなるとＥＧＲガスの流速は速くなる。
【００５４】
ここで、フラップ９２の回転軸には、冷却流路２１０が形成されているクーラコア７６の積層構造の段毎に、フラップ９２の回転に伴い凸部と凹部とが嵌合する位置決め機構が設けられている。凸部は、例えばスプリング力により凹部に向けて付勢されている。
【００５５】
このように、クーラコア７６の積層構造の段毎に、凸部と凹部とが嵌合する位置決め機構が設けられているので、積層構造の段数に合わせて不連続に変化する階段状に冷却流路２１０の流路面積を調整できる。これにより、連続して変化する大きさで冷却流路の流路面積を調整する場合に比べ、積層構造の段毎に調整位置を容易に位置決めできる。
【００５６】
ＥＣＵ１００は、前述したように、燃料噴射システム２０において、燃料噴射弁４０の燃料噴射を制御することに加え、排気ガス再循環装置５０において、ＥＧＲ弁６０の開閉を制御するとともに、モータ９０への通電量を制御する。
【００５７】
ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガス流量センサ５２およびＥＧＲガス温度センサ５４の出力信号に基づいてモータ９０への通電量を制御することにより、冷却流路２１０の流路面積の大きさを調整するフラップ９２の回転角度位置を高精度に制御する。その結果、ＥＧＲクーラ７２の冷却流路２１０の流路面積の大きさを高精度に調整できる。
【００５８】
（流路面積制御ルーチン）
次に、流路面積制御ルーチンについて説明する。図３に示すルーチンは、ＥＧＲ弁６０が開弁して排気流路２０２から吸気流路２００に排気ガスを環流するときに常時実行される。図３において、「Ｓ」はステップを表している。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行することにより、図３のルーチンの機能を実現する。
【００５９】
Ｓ４００においてＥＣＵ１００は、ＥＧＲガス流量センサ５２およびＥＧＲガス温度センサ５４の出力信号に基づいて、再循環流路２０４を流れるＥＧＲガス流量と、ＥＧＲクーラ７２の入口側のＥＧＲガス温度とを検出する。
【００６０】
Ｓ４０２においてＥＣＵ１００は、ＥＧＲガス流量とＥＧＲガス温度とに基づいて、ＥＧＲクーラ７２によるＥＧＲガスの冷却効率を優先するのか、クーラコア７６に付着するデポジットの低減を優先するのかを判定する。
【００６１】
例えば、ＥＧＲガス流量が所定流量以上であるとともに、ＥＧＲガス温度が所定温度以上である場合、Ｓ４０４においてＥＣＵ１００は、冷却流路２１０の流路面積を大きくしてＥＧＲガスの冷却効率を向上させる必要があると判断する。つまり、ＥＣＵ１００は、クーラコア７６に付着するデポジットの低減よりも、ＥＧＲガスの冷却効率を優先する。
【００６２】
冷却流路２１０の流路面積が増加すると、ＥＧＲガスとクーラコア７６との接触面積が増加する。さらに、冷却流路２１０の流路面積が増加するとＥＧＲガス流速が低下するので、ＥＧＲガスとクーラコア７６との接触時間が長くなる。その結果、クーラコア７６によるＥＧＲガスの冷却効率が向上する。
【００６３】
これに対し、ＥＧＲガス流量が所定流量よりも少ないか、ＥＧＲガス温度が所定温度よりも低いかの少なくともいずれか一方である場合、Ｓ４０６においてＥＣＵ１００は、冷却流路２１０の流路面積が小さくなっても、ＥＧＲガスを十分に冷却できると判断する。つまり、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガスの冷却効率よりも、クーラコア７６に付着するデポジットの低減を優先する。
【００６４】
冷却流路２１０の流路面積が小さくなって冷却流路２１０の出口側の排気流速が所定速度よりも上昇することにより、ＥＧＲガス中のパティキュレートがクーラコア７６に付着することを低減するとともに、クーラコア７６に付着しているパティキュレートをクーラコア７６から剥離させ除去できる。その結果、クーラコア７６に付着するデポジットを低減できる。
【００６５】
Ｓ４０８においてＥＣＵ１００は、Ｓ４０４またはＳ４０６の判断に基づいてモータ９０を制御してフラップ９２を回動転させ、冷却流路２１０の流路面積を決定する。これにより、冷却流路２１０の出口側の排気流速が適切に設定される。
【００６６】
第１実施形態では、フラップ９２がクーラコア７６の排気流れ上流側である入口側で冷却流路２１０の流路面積の大きさを調整するので、ＥＧＲガスが流入しない冷却流路２１０には入口側から出口側に向けてＥＧＲガスが流れない。したがって、ＥＧＲガスが流れるクーラコア７６の有効部分７８においては、クーラコア７６に付着するデポジットを低減できるとともに、ＥＧＲガスが流れないクーラコア７６の無効部分８０においては、付着するデポジットをさらに低減できる。
【００６７】
第１実施形態では、ＥＧＲクーラ７２が本発明の冷却器に相当し、モータ９０およびフラップ９２が流路面積可変手段に相当し、ＥＣＵ１００が流路面積制御手段に相当する。また、モータ９０が本発明の駆動源としての電動アクチュエータに相当し、フラップ９２が可動部材に相当する。また、図３のＳ４００〜Ｓ４０８が本実施形態の流路面積制御手段であるＥＣＵ１００が実行する機能に相当する。
【００６８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による排気ガス冷却装置を図４に示す。図４の排気ガス冷却装置１１０において、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００６９】
第２実施形態の排気ガス冷却装置１１０では、ＥＧＲクーラ１１２のハウジング１１４は有底筒状に形成されており、クーラコア１１６とハウジング１１４の底部との間に空間が形成されている。ハウジング１１４の底部と反対側には、ＥＧＲガスの流入口２１２と流出口２１４とがともに形成されている。クーラコア１１６は、第１実施形態のクーラコア７６と同様に、排気流れ上流側から下流側に向けて延びる薄板が所定の間隔をおいて積層されている積層構造である。
【００７０】
フラップ９２は、流入口２１２および流出口２１４が形成されている側のハウジング１１４内に設置されている。そして、フラップ９２が、ＥＧＲガスの流れ方向を案内することにより、クーラコア１１６には、ＥＧＲガスが流入する流入部１１８とＥＧＲガスが流出する流出部１２０とが形成される。これにより、ＥＧＲクーラ１１２内に、Ｕ字状の冷却流路２１０が形成される。ＥＣＵ１００は、モータ９０を駆動してフラップ９２の回転角度位置を制御することにより、冷却流路２１０の入口と出口との流路面積の比を調整する。
【００７１】
ここで、クーラコア１１６を通過するＥＧＲガスの流速は、ＥＧＲクーラ１１２によるＥＧＲガス温度の低下等により、クーラコア１１６の流入部１１８よりも流出部１２０の方が遅くなる傾向にある。そこで、ＥＣＵ１００は、冷却流路２１０の入口側の流路面積よりも出口側の流路面積が小さくなるようにフラップ９２の回転角度位置を制御する。これにより、流出部１２０の流速を流入部１１８の流速と同程度にすることができる。
【００７２】
第２実施形態では、冷却流路２１０をＵ字状にしたことにより、ＥＧＲクーラ１１２の長手方向の長さが短くなる。その結果、ＥＧＲクーラ１１２の体格が小さくなる。
尚、第２実施形態では、ＥＧＲクーラ１１２が本発明の冷却器に相当する。
【００７３】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による排気ガス冷却装置を図５に示す。図５の排気ガス冷却装置１３０において、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００７４】
第３実施形態の排気ガス冷却装置１３０では、第１実施形態と同じＥＧＲクーラ７２において、冷却流路２１０の入口側に２個のフラップ９２が設置されている。各フラップ９２は、それぞれ別のモータ９０に駆動されて回動する。ＥＣＵ１００は、２個のモータ９０をそれぞれ個別に制御して各フラップ９２の回転角度位置を制御する。
【００７５】
２個のフラップ９２は、ＥＧＲクーラ７２のハウジング７４内に流入するＥＧＲガスの流れ方向を案内する。２個のフラップ９２の間に形成される空間にＥＧＲガスが流入し、各フラップ９２に対してＥＧＲガスが流入する空間と反対側にはＥＧＲガスは流入しない。これにより、クーラコア７６において、ＥＧＲガスが流れる有効部分７８と、ＥＧＲガスが流れない無効部分８０とが生じる。
【００７６】
そして、フラップ９２の回転角度位置に応じてＥＧＲガスの流れ方向が調整されることにより、ＥＧＲガスが流れるクーラコア７６の冷却流路２１０の流路面積が変化するとともに、冷却流路２１０のうち、ＥＧＲガスが流れる冷却流路２１０の位置がずれて移動することにより変化する。
【００７７】
第３実施形態では、フラップ９２の回転角度位置に応じてクーラコア７６の冷却流路２１０の流路面積が変化するとともに、冷却流路２１０のうち、ＥＧＲガスが流れる冷却流路２１０の位置がずれて移動することにより変化する。これにより、クーラコア７６の特定の部分にＥＧＲガスが常時流れることを防止し、クーラコア７６の流路面積方向において、ＥＧＲガスが流れる箇所の使用頻度をほぼ均一にすることができる。
【００７８】
その結果、クーラコア７６の特定部位に多くのデポジットが付着することを防止するとともに、クーラコア７６の特定部位の劣化が進行することを防止できる。クーラコア７６においてＥＧＲガスが流れる箇所の使用頻度は、モータ９０に対する制御量の駆動時間の積算等に基づいて算出できる。
【００７９】
以上説明した上記実施形態では、ＥＧＲガスの流量および温度に基づいて、モータ９０に駆動されたフラップ９２が冷却流路２１０の流路面積の大きさを調整することにより、再循環流路２０４以外の流路を設けることなく、冷却流路２１０を流れるＥＧＲガスの流速を調整することができる。
【００８０】
これにより、ＥＧＲガスの流量が少ない場合にも、クーラコアに付着するパティキュレートを低減するとともに、付着したパティキュレートにより形成されるデポジットを除去するために必要なＥＧＲガスの流速を得ることができる。その結果、クーラコアに付着するデポジットを低減できる。
【００８１】
また、ＥＧＲガスの流量および温度に基づいて、冷却流路２１０の流路面積を適切に調整することにより、ＥＧＲガスを冷却するために必要な冷却効率を確保できる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、排気流れ上流側から下流側に向けて延びる薄板が所定の間隔をおいて積層されている積層構造によりクーラコア７６、１１６を形成した。これに対し、筒状のハウジング内にＥＧＲガスが流れる配管を多数収容した多管構造により、ＥＧＲクーラのクーラコアを形成してもよい。
【００８２】
また、上記第１、第３実施形態では、冷却流路２１０の入口側にフラップ９２を設置して冷却流路２１０の流路面積の大きさを調整した。これに対し、冷却流路２１０の出口側にフラップ９２を設置して冷却流路２１０の流路面積の大きさを調整してもよい。
【００８３】
また、フラップ９２に代えて、例えば冷却流路２１０に直交する方向に板状の可動部材が面積方向に移動することにより、冷却流路２１０の流路面積の大きさを調整してもよい。この構成では、可動部材を設置する位置は、冷却流路２１０の入口側および出口側に限らず中間でもよい。ただし、可動部材が冷却流路２１０の中間に設置される場合、クーラコアの中間に可動部材が移動するための隙間が必要になる。
【００８４】
また、流路面積可変手段の駆動源として、モータ９０に代えて、空気圧アクチュエータを使用してもよい。この場合にも、空気圧アクチュエータを制御する空気圧を調整することにより、冷却流路２１０の流路面積の大きさを調整するフラップ９２の回転角度位置を高精度に制御できる。その結果、冷却流路２１０の流路面積を高精度に調整できる。
【００８５】
また上記実施形態では、ＥＧＲガス流量およびＥＧＲガス温度を、専用のＥＧＲガス流量センサ５２、ＥＧＲガス温度センサ５４からそれぞれ検出した。このように専用のセンサの出力信号からＥＧＲガス流量、ＥＧＲガス温度を直接検出するのではなく、他のセンサの出力信号から検出されるエンジン運転状態に基づいて、ＥＧＲガス流量およびＥＧＲガス温度を推定してもよい。例えば、エンジン回転数、燃料噴射量、ＥＧＲ弁６０の開度、排気圧、排気温度、吸気圧、吸気温度等から、ＥＧＲガス流量およびＥＧＲガス温度を推定してもよい。
【００８６】
上記実施形態では、流路面積制御手段の機能を制御プログラムにより機能が特定されるＥＣＵ１００により実現している。これに対し、上記手段の機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。
【００８７】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
２０：燃料噴射システム、５０：排気ガス再循環装置、５２：ＥＧＲガス流量センサ、５４：ＥＧＲガス温度センサ、６０：ＥＧＲ弁、７０、１１０、１３０：排気ガス冷却装置、７２、１１２：ＥＧＲクーラ（冷却器）、７６、１１６：クーラコア、９０：モータ（流路面積可変手段、駆動源）、９２：フラップ（流路面積可変手段、可動部材）、１００：ＥＣＵ（流路面積制御手段）、２００：吸気流路、２０２：排気流路、２０４：再循環流路、２１０：冷却流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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