(57)【要約】【課題】内燃機関の排気還流装置において、サイクロン式捕集装置における圧力損失を低減する技術を提供する。【解決手段】ターボチャージャ５と、低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１に配置され低圧ＥＧＲガス中の異物を捕集するサイクロン式捕集装置１１と、サイクロン式捕集装置１１の異物捕集部から低圧ＥＧＲ通路３１との接続部位よりも下流の排気通路４へ低圧ＥＧＲガスを流出させる流量調整路１２と、流量調整路１２に配置され流量調整路１２を流通する低圧ＥＧＲガス流量を調整する流量調整弁１３と、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失に応じて流量調整弁１３を開閉制御するＥＣＵ１４と、を備える。【選択図】図１
2011047412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路に配置され、前記低圧ＥＧＲガス中の異物を捕集するサイクロン式捕集装置と、
前記サイクロン式捕集装置の異物捕集部から前記低圧ＥＧＲ通路との接続部位よりも下流の前記排気通路へ前記低圧ＥＧＲガスを流出させる流量調整路と、
前記流量調整路に配置され、当該流量調整路を流通する低圧ＥＧＲガス流量を調整する流量調整弁と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガスが前記サイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失に応じて、前記流量調整弁を開閉制御する第１制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記第１制御手段は、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス流量が前記サイクロン式捕集装置で異物を捕集するよりも前記低圧ＥＧＲガスが前記サイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる第１所定流量より少ない場合には、前記流量調整弁を閉弁し、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス流量が前記第１所定流量以上となる場合に、前記サイクロン式捕集装置が前記内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能な範囲の開度で前記流量調整弁を開弁することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路に配置された活性時高温になる触媒と、
前記触媒の直下流の前記排気通路に配置され、排気中の異物を捕集するサイクロン式捕集装置と、
前記サイクロン式捕集装置より下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記サイクロン式捕集装置の異物捕集部から前記低圧ＥＧＲ通路との接続部位よりも下流の前記排気通路へ排気を流出させる流量調整路と、
前記流量調整路に配置され、当該流量調整路を流通する排気流量を調整する流量調整弁と、
前記排気通路を流通する排気が前記サイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失に応じて、前記流量調整弁を開閉制御する第２制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
前記第２制御手段は、
前記排気通路を流通する排気流量が前記サイクロン式捕集装置で異物を捕集するよりも排気が前記サイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる第２所定流量より少ない場合には、前記流量調整弁を閉弁し、
前記排気通路を流通する排気流量が前記第２所定流量以上となる場合に、前記サイクロン式捕集装置が前記内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能な範囲の開度で前記流量調整弁を開弁することを特徴とする請求項３
に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路に配置され、前記低圧ＥＧＲガス中の異物を捕集するサイクロン式捕集装置と、
前記低圧ＥＧＲ通路内において前記低圧ＥＧＲガスに前記サイクロン式捕集装置をバイパスさせるバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス流量が異物を前記コンプレッサに到達させない閾値である第３所定流量より少なく、かつ、前記ターボチャージャの回転数が前記サイクロン式捕集装置で捕集しきれない小粒径の異物が前記コンプレッサに到達しても前記コンプレッサを損傷させない閾値である所定回転数より低い場合に、前記バイパス弁を開弁する第３制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ通路内に、当該ＥＧＲガス中の異物を捕集するサイクロン式捕集装置を設ける技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３００５８号公報
【特許文献２】特開２０００−１７０６０８号公報
【特許文献３】特開２００５−１５５５５９号公報
【特許文献４】特開平０７−１５８４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲ通路内に設けられたサイクロン式捕集装置は、ＥＧＲガス流量が多くなりＥＧＲガス流速が速くなると、粒子径のより小さい異物も捕集することができる。しかし、ＥＧＲガス流量が多くなる場合には、ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失が大きくなる。この圧力損失が大きくなると、所望量のＥＧＲガスが内燃機関に供給されなくなり、ＥＧＲガスが不足して排気エミッションの悪化を招いてしまう。このように、サイクロン式捕集装置での圧力損失が大きいと、種々の弊害が生じる場合があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気還流装置において、サイクロン式捕集装置における圧力損失を低減する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路に配置され、前記低圧ＥＧＲガス中の異物を捕集するサイクロン式捕集装置と、
前記サイクロン式捕集装置の異物捕集部から前記低圧ＥＧＲ通路との接続部位よりも下流の前記排気通路へ前記低圧ＥＧＲガスを流出させる流量調整路と、
前記流量調整路に配置され、当該流量調整路を流通する低圧ＥＧＲガス流量を調整する流量調整弁と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガスが前記サイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失に応じて、前記流量調整弁を開閉制御する第１制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。
【０００７】
低圧ＥＧＲ通路内に設けられたサイクロン式捕集装置は、低圧ＥＧＲガス流量が多くなり低圧ＥＧＲガス流速が速くなると、粒子径のより小さい異物も捕集することができる。
しかし、低圧ＥＧＲガス流量が多くなる場合には、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失が大きくなる。この圧力損失が大きくなると、所望量の低圧ＥＧＲガスが内燃機関に供給されなくなり、低圧ＥＧＲガスが不足して排気エミッションの悪化を招いてしまう。
【０００８】
本発明によると、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失に応じて、流量調整弁を開閉制御する。よって、圧力損失が大きくなる場合、すなわち低圧ＥＧＲガス流量が多くなる場合には、流量調整弁を開弁することができる。これによって、低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置から流量調整路へ流し、サイクロン式捕集装置で滞る低圧ＥＧＲガスを減少させる。すると、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失が小さくなるので、所望量の低圧ＥＧＲガスを内燃機関に供給でき、低圧ＥＧＲガスが不足することに起因する排気エミッションの悪化を抑制できる。
【０００９】
また、本発明のように低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置から流量調整路へ流すと、サイクロン式捕集装置を通過する低圧ＥＧＲガス流速が遅くなり、サイクロン式捕集装置は粒子径の小さい異物を捕集することができない。しかし、この場合でも、サイクロン式捕集装置が内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することができればよい。このように、サイクロン式捕集装置で内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集できていれば、異物混入によって内燃機関の吸気系に影響が及ぶことはない。
【００１０】
前記第１制御手段は、前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス流量が前記サイクロン式捕集装置で異物を捕集するよりも前記低圧ＥＧＲガスが前記サイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる第１所定流量より少ない場合には、前記流量調整弁を閉弁し、前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス流量が前記第１所定流量以上となる場合に、前記サイクロン式捕集装置が前記内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能な範囲の開度で前記流量調整弁を開弁するとよい。
【００１１】
ここで、第１所定流量とは、それ以上の流量であると、サイクロン式捕集装置で異物を捕集するよりも低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる低圧ＥＧＲガス流量である。
【００１２】
本発明によると、低圧ＥＧＲガス流量が第１所定流量よりも多くなる場合には、流量調整弁を開弁し、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失を低減できる。また、流量調整弁を開弁する際、サイクロン式捕集装置は内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することができる。
【００１３】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路に配置された活性時高温になる触媒と、
前記触媒の直下流の前記排気通路に配置され、排気中の異物を捕集するサイクロン式捕集装置と、
前記サイクロン式捕集装置より下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記サイクロン式捕集装置の異物捕集部から前記低圧ＥＧＲ通路との接続部位よりも下流の前記排気通路へ排気を流出させる流量調整路と、
前記流量調整路に配置され、当該流量調整路を流通する排気流量を調整する流量調整弁
と、
前記排気通路を流通する排気が前記サイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失に応じて、前記流量調整弁を開閉制御する第２制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。
【００１４】
排気通路内に設けられたサイクロン式捕集装置は、排気流量が多くなり排気流速が速くなると、粒子径のより小さい異物も捕集することができる。しかし、排気流量が多くなる場合には、排気がサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失が大きくなる。この圧力損失が大きくなると、内燃機関の出力低下や燃費の悪化を招いてしまう。
【００１５】
本発明によると、排気がサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失に応じて、流量調整弁の開度を制御する。よって、圧力損失が大きくなる場合、すなわち排気流量が多くなる場合には、流量調整弁を開弁することができる。これによって、排気をサイクロン式捕集装置から流量調整路へ流し、サイクロン式捕集装置で滞る排気を減少させる。すると、排気がサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失が小さくなるので、内燃機関の出力低下や燃費の悪化を抑制できる。
【００１６】
また、本発明のように排気をサイクロン式捕集装置から流量調整路へ流すと、サイクロン式捕集装置を通過する排気流速が遅くなり、サイクロン式捕集装置は粒子径の小さい異物を捕集することができない。しかし、この場合でも、サイクロン式捕集装置が内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することができればよい。このように、サイクロン式捕集装置で内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集できていれば、異物混入によって内燃機関の吸気系に影響が及ぶことはない。
【００１７】
さらに、本発明のように触媒の直下流にサイクロン式捕集装置が配置されていると、排気が活性時に高温となっている触媒から熱量を持ち去り、排気は暖められた状態でサイクロン式捕集装置に流入する。このため、サイクロン式捕集装置内では排気が高温であるので、排気の飽和蒸気量が減少せず、サイクロン式捕集装置内で排気から凝縮水を発生することを抑制できる。したがって、凝縮水発生に起因する吸排気配管の腐食信頼性に影響を及ぼすことを抑制できる。
【００１８】
前記第２制御手段は、前記排気通路を流通する排気流量が前記サイクロン式捕集装置で異物を捕集するよりも排気が前記サイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる第２所定流量より少ない場合には、前記流量調整弁を閉弁し、前記排気通路を流通する排気流量が前記第２所定流量以上となる場合に、前記サイクロン式捕集装置が前記内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能な範囲の開度で前記流量調整弁を開弁するとよい。
【００１９】
ここで、第２所定流量とは、それ以上の流量であると、サイクロン式捕集装置で異物を捕集するよりも排気がサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる排気流量である。
【００２０】
本発明によると、排気流量が第２所定流量よりも多くなる場合に、流量調整弁を開弁し、排気がサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失を低減できる。また、流量調整弁を開弁する際、サイクロン式捕集装置は内燃機関の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することができる。
【００２１】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコ
ンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路に配置され、前記低圧ＥＧＲガス中の異物を捕集するサイクロン式捕集装置と、
前記低圧ＥＧＲ通路内において前記低圧ＥＧＲガスに前記サイクロン式捕集装置をバイパスさせるバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス流量が異物を前記コンプレッサに到達させない閾値である第３所定流量より少なく、かつ、前記ターボチャージャの回転数が前記サイクロン式捕集装置で捕集しきれない小粒径の異物が前記コンプレッサに到達しても前記コンプレッサを損傷させない閾値である所定回転数より低い場合に、前記バイパス弁を開弁する第３制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。
【００２２】
ここで、第３所定流量とは、それよりも少ない流量であると、異物をコンプレッサに到達させない閾値である低圧ＥＧＲガス流量をいう。また、所定回転数とは、それよりも低い回転数であると、サイクロン式捕集装置で捕集しきれない小粒径の異物がコンプレッサに到達してもコンプレッサを損傷させない閾値であるターボチャージャの回転数をいう。
【００２３】
本発明によると、低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス流量が異物をコンプレッサに到達させない第３所定流量より少なく、かつ、ターボチャージャの回転数がサイクロン式捕集装置で捕集しきれない小粒径の異物がコンプレッサに到達してもコンプレッサを損傷させない所定回転数より低い場合に、バイパス弁を開弁する。これによって、低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガスにサイクロン式捕集装置をバイパスさせて、当該低圧ＥＧＲガスはバイパス通路を流通する。このため、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失がなくなる。よって、低圧ＥＧＲ通路の経路上での圧力損失が小さくなるため、所望量の低圧ＥＧＲガスを内燃機関に供給でき、低圧ＥＧＲガスが不足することに起因する排気エミッションの悪化を抑制できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、サイクロン式捕集装置における圧力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１に係る内燃機関、及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る内燃機関の運転状態に応じて要求される低圧ＥＧＲガス流量を示す図である。
【図３】実施例１に係るサイクロン式捕集装置に流入する低圧ＥＧＲガス流量と低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置を通過する際の圧力損失との関係を示す図である。
【図４】実施例１に係る異物の粒子径とサイクロン式捕集装置での異物捕集効率との関係を示す図である。
【図５】実施例１に係る低圧ＥＧＲガス流量の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図６】実施例２に係る内燃機関、及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図７】実施例２に係る三方弁の取り得る状態を示す図である。
【図８】実施例２に係る排気温度と水蒸気量との特性を示す図である。
【図９】実施例２に係る排気流量の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】実施例３に係る内燃機関、及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図１１】実施例３に係る内燃機関の運転状態に応じたバイパス弁を開弁する領域を示す図である。
【図１２】実施例３に係る低圧ＥＧＲガス流量と低圧ＥＧＲ通路の経路上での圧力損失との関係を示す図である。
【図１３】実施例３に係るバイパス弁の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２７】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関、及びその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。
【００２８】
内燃機関１に接続された吸気通路３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサ５ａが配置されている。
【００２９】
コンプレッサ５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調節するスロットル弁６が配置されている。このスロットル弁６は、電動アクチュエータにより開閉される。スロットル弁６よりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する新気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が配置されている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の吸入空気量（新気量）が測定される。
【００３０】
コンプレッサ５ａよりも下流の吸気通路３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が配置されている。
【００３１】
一方、内燃機関１に接続された排気通路４の途中には、ターボチャージャ５のタービン５ｂが配置されている。タービン５ｂよりも下流の排気通路４には、排気浄化装置９が配置されている。
【００３２】
排気浄化装置９は、酸化触媒と当該酸化触媒の後段に配置されたパティキュレートフィルタ（以下単にフィルタという）とを有して構成される。なお、フィルタには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下単にＮＯｘ触媒という）が担持されていてもよい。排気浄化装置９は、酸化触媒やＮＯｘ触媒が活性時に高温となり各触媒が機能を発揮する。排気浄化装置９に用いられる酸化触媒やＮＯｘ触媒が本発明の触媒に相当する。
【００３３】
また、排気浄化装置９よりも下流の排気通路４には、該排気通路４内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１０が設けられている。この排気絞り弁１０は、電動アクチュエータにより開閉される。
【００３４】
そして、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路３へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及び低圧ＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。
【００３５】
低圧ＥＧＲ通路３１は、排気浄化装置９よりも下流且つ排気絞り弁１０よりも上流側の排気通路４と、コンプレッサ５ａよりも上流且つスロットル弁６よりも下流側の吸気通路
３と、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で内燃機関１へ送り込まれる。本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を流通して還流される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。
【００３６】
低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調節する。この低圧ＥＧＲ弁３２は、電動アクチュエータにより開閉される。なお、低圧ＥＧＲガス量の調節は、低圧ＥＧＲ弁３２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、スロットル弁６の開度を調整することにより、或いは排気絞り弁１０の開度を調節することにより、低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより低圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。
【００３７】
低圧ＥＧＲクーラ３３は、該低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の機関冷却水とで熱交換をして、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。
【００３８】
ここで、本実施例では、低圧ＥＧＲクーラ３３よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１には、サイクロン式捕集装置１１が配置されている。サイクロン式捕集装置１１では、異物を含む低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１内に流入すると、低圧ＥＧＲガスはサイクロン式捕集装置１１の下方がより小径となる円筒内壁に沿って回転運動しながら降下し、この間に異物に遠心力が働いて異物が壁方向に移動して低圧ＥＧＲガスから分離する。異物が分離した低圧ＥＧＲガスは、サイクロン式捕集装置１１の中心部方向に流れサイクロン式捕集装置１１上部の排出口から流出する。一方、低圧ＥＧＲガスから分離した異物は、低圧ＥＧＲガスから分離後も降下してサイクロン式捕集装置１１下部の異物捕集部へ捕集される。
【００３９】
本実施例では、サイクロン式捕集装置１１下部の異物捕集部と、低圧ＥＧＲ通路３１との接続部位よりも下流の排気通路４と、を接続する流量調整路１２が設けられている。流量調整路１２は、異物と共に低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置１１の異物捕集部から排気通路４へ流出させる。
【００４０】
流量調整路１２には、流量調整弁１３が配置されている。流量調整弁１３は、流量調整路１２を流通する低圧ＥＧＲガス流量を調整する。この流量調整弁１３は、電動アクチュエータにより開閉される。
【００４１】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１４が併設されている。ＥＣＵ１４は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００４２】
ＥＣＵ１４には、エアフローメータ７、及び機関回転速度を検出するクランクポジションセンサ１５が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１４に入力されるようになっている。
【００４３】
一方、ＥＣＵ１４には、スロットル弁６、排気絞り弁１０、低圧ＥＧＲ弁３２、及び流量調整弁１３の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１４によりこれらの機器が制御される。
【００４４】
そして、本実施例では、内燃機関１の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ弁３２を用い低圧ＥＧＲガス流量を制御する。これにより、内燃機関１に吸入される吸気に低圧ＥＧＲガスが含まれた状態で内燃機関１を運転させる、いわゆるＥＧＲ運転を行い、吸気の酸素濃度を低下させて燃焼温度、燃焼速度を低下させて、燃焼時に発生するＮＯｘを低減させる効果
を発揮させている。
【００４５】
図２は、内燃機関１の運転状態に応じて要求される低圧ＥＧＲガス流量を示している。図２の横軸は内燃機関１の機関負荷を示し、縦軸が低圧ＥＧＲガス流量を示す。図２中の２つの特性曲線において上側の特性曲線が内燃機関１の機関回転数が高回転の場合の特性曲線であり、下側の特性曲線が内燃機関１の機関回転数が低回転の場合の特性曲線である。図２に示すように、内燃機関１の運転状態として、機関負荷が軽・中負荷であり且つ機関回転数が高回転である程、内燃機関１に要求される低圧ＥＧＲガス流量は増加傾向にある。図２のようなマップを用い、内燃機関１の運転状態に応じて要求される低圧ＥＧＲガス流量を供給するようにしている。
【００４６】
ところで、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１内にサイクロン式捕集装置１１が配置されている。低圧ＥＧＲ通路３１内に設けられたサイクロン式捕集装置１１は、低圧ＥＧＲガス流量が多くなり低圧ＥＧＲガス流速が速くなると、粒子径のより小さい異物も捕集することができる。しかし、低圧ＥＧＲガス流量が多くなる場合には、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が大きくなる。この圧力損失が大きくなると、所望量の低圧ＥＧＲガスが内燃機関１に供給されなくなり、低圧ＥＧＲガスが不足してしまう。このため、低圧ＥＧＲガスの不足を要因として、吸気の酸素濃度が低下せず燃焼温度、燃焼速度が低下せず、燃焼時にＮＯｘが発生してしまい、排気エミッションの悪化を招いてしまう。
【００４７】
また、不足した低圧ＥＧＲガスを供給するために排気絞り弁１０を閉じ側に制御すると、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失がさらに大きくなると共に、排気の流れも滞り、ポンピングロスが増加し、内燃機関１の出力低下や燃費の悪化を招いてしまう。
【００４８】
そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失に応じて、流量調整弁１３を開閉制御するようにした。
【００４９】
ここで、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失は、サイクロン式捕集装置１１に流入する低圧ＥＧＲガス流量に相関関係があり、低圧ＥＧＲガス流量が大きくなる程、圧力損失も大きくなる。このため、実際の流量調整弁１３の制御としては、予め圧力損失との相関関係が求められた低圧ＥＧＲガス流量を算出し、算出した低圧ＥＧＲガス流量に応じて、流量調整弁１３を開閉制御する。
【００５０】
具体的には、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガス流量が、サイクロン式捕集装置１１で異物を捕集するよりも低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる第１所定流量より少ない場合には、流量調整弁１３を閉弁する。
【００５１】
一方、低圧ＥＧＲガス流量が第１所定流量以上となる場合には、流量調整弁１３を開弁する。そして、流量調整弁１３の開弁時の開度は、サイクロン式捕集装置１１が内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能な範囲に定める。
【００５２】
なお、第１所定流量とは、それ以上の流量であると、サイクロン式捕集装置１１で異物を捕集するよりも低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる低圧ＥＧＲガス流量である。
【００５３】
本実施例によると、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が大きくなる場合、すなわちサイクロン式捕集装置１１に流入する低圧ＥＧＲガス流量が多くなる場合に、流量調整弁１３を開弁する。これによって、低圧ＥＧＲガス流量が多くなる場合に、低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置１１から流量調整路１２へ流し、サイクロン式捕集装置１１で滞る低圧ＥＧＲガスを減少させる。すると、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が小さくなる。
【００５４】
図３は、サイクロン式捕集装置１１に流入する低圧ＥＧＲガス流量と低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失との関係を示す図である。図３中、第１特性曲線は流量調整弁１３を閉弁している場合の低圧ＥＧＲガス流量と圧力損失との関係を示しており、第２特性曲線は流量調整弁１３を開弁した場合の低圧ＥＧＲガス流量と圧力損失との関係を示している。図３に示すように、流量調整弁１３を開弁することによって、第１特性曲線のＡ位置から第２特性曲線のＢ位置に移行し、低圧ＥＧＲガス流量に対する圧力損失が小さくなる。
【００５５】
このように圧力損失が低減されるので、所望量の低圧ＥＧＲガスを内燃機関１に供給でき、内燃機関１に供給される低圧ＥＧＲガスは不足しない。したがって、十分な低圧ＥＧＲガスが供給され、吸気の酸素濃度が低下して燃焼温度、燃焼速度が低下して、燃焼時に発生するＮＯｘを低減でき、排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００５６】
また、不足した低圧ＥＧＲガスを供給するために排気絞り弁１０を閉じ側に制御する必要がなくなり、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失がさらに大きくなることがなく、また、排気の流れが滞ることがなく、ポンピングロスが増加せず、内燃機関１の出力低下や燃費の悪化を抑制できる。
【００５７】
ここで、低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置１１から流量調整路１２へ流すと、サイクロン式捕集装置１１を通過する低圧ＥＧＲガス流速が遅くなり、サイクロン式捕集装置１１は粒子径の小さい異物を捕集することができず、粒子径の小さい異物の捕集効率が低下する。しかし、本実施例では、サイクロン式捕集装置１１が内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能となる範囲に限って、流量調整弁１３の開度を開き側に制御する。このため、サイクロン式捕集装置１１で内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物は捕集できている。
【００５８】
図４は、異物の粒子径とサイクロン式捕集装置１１での異物捕集効率との関係を示す図である。図４中Ａは図３で用いた流量調整弁１３を閉弁している場合の第１特性曲線のＡ位置での異物捕集効率を示し、Ｂは図３で用いた流量調整弁１３を開弁した場合の第２特性曲線のＢ位置での異物捕集効率を示す。なお、Ｃは図３の流量調整弁１３を閉弁した場合の第１特性曲線の低圧ＥＧＲガス流量が少ないときのＣ位置での異物捕集効率を示す。また、斜線部は異物の粒子径が内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上の範囲（ＮＧ領域）を示している。図４に示すように、流量調整弁１３を開弁することによって、Ａの異物捕集効率からＢの異物捕集効率に移行し、粒子径の小さい異物の異物捕集効率が低下するが、ＮＧ領域の内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に大きい粒子径の異物は捕集できている。
【００５９】
よって、本実施例の場合には、サイクロン式捕集装置１１で捕集できない異物の混入によって、異物がコンプレッサ５ａに到達してコンプレッサ５ａを損傷させる等の内燃機関の吸気系に影響が及ぶことはない。
【００６０】
次に、本実施例による低圧ＥＧＲガス流量の制御ルーチンについて説明する。図５は、本実施例による低圧ＥＧＲガス流量の制御ルーチンを示したフローチャートである。本ル
ーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンを実行するＥＣＵ１４が本発明の第１制御手段に相当する。
【００６１】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１４は、各種センサの出力信号を読み取り、内燃機関１の運転状態を検出する。
【００６２】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１０１で検出した内燃機関１の運転状態から、低圧ＥＧＲガスを内燃機関１へ導入する必要があるか否か判別する。
【００６３】
吸気の酸素濃度を低下させて燃焼温度、燃焼速度を低下させて、燃焼時に発生するＮＯｘを低減させる必要がある場合などに、低圧ＥＧＲガスを内燃機関１へ導入する必要があると判断する。
【００６４】
ステップＳ１０２において低圧ＥＧＲガスを内燃機関１へ導入する必要があると肯定判定された場合には、ステップＳ１０３へ移行する。ステップＳ１０２において低圧ＥＧＲガスを内燃機関１へ導入する必要がないと否定判定された場合には、ステップＳ１０６へ移行する。
【００６５】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１０１で検出した内燃機関１の運転状態から、導入すべき低圧ＥＧＲガス流量を算出する。
【００６６】
低圧ＥＧＲガス流量は、図２に示すようなマップを予め求めておき、内燃機関１の機関負荷及び機関回転数をこのマップに取り込むことで算出できる。
【００６７】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１０３で算出した低圧ＥＧＲガス流量から、流量調整弁１３の開度を算出する。
【００６８】
ステップＳ１０３で算出した低圧ＥＧＲガス流量が第１所定流量より少ない場合には、サイクロン式捕集装置１１で異物を捕集することを優先するので、流量調整弁１３の開度は零（閉弁状態）である。算出した低圧ＥＧＲガス流量が第１所定流量以上となる場合には、予め求めておいた図３や図４に示すようなマップに当該低圧ＥＧＲガス流量を取り込み、サイクロン式捕集装置１１が内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能な範囲で流量調整弁１３の開度を算出する。この開度は、零よりも大きい値となる。なお、低圧ＥＧＲガス流量が多い程、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が大きくなる。このことから、低圧ＥＧＲガス流量が多い程、圧力損失をより小さくするために、流量調整弁１３の開度はより開かれるとよい。
【００６９】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１０４で算出した値に流量調整弁１３の開度を制
御する。
【００７０】
一方、ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１４は、流量調整弁１３を閉弁し、全閉状態とする。
【００７１】
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１４は、低圧ＥＧＲガスを内燃機関１へ導入する場合には、ステップＳ１０３で算出した低圧ＥＧＲガス流量の低圧ＥＧＲガスを実際に導入してＥＧＲ運転を実施する。また、このとき、高圧ＥＧＲガスや内部ＥＧＲガスを導入してもよい。一方、低圧ＥＧＲガスを内燃機関１へ導入しない場合には、高圧ＥＧＲガスや内部ＥＧＲガスのみを導入してＥＧＲ運転を実施する。本ステップの処理の後、本ルーチンを
一旦終了する。
【００７２】
以上の制御ルーチンを実行することにより、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が低減できる。
【００７３】
＜実施例２＞
次に、実施例２を説明する。ここでは、上述した実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００７４】
図６は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関、及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００７５】
本実施例では、排気浄化装置９の直下流に排気浄化装置９と一体化されて、サイクロン式捕集装置１１が配置されている。本実施例でも、サイクロン式捕集装置１１下部の異物捕集部と、低圧ＥＧＲ通路３１との接続部位よりも下流の排気通路４と、を接続する流量調整路１２が設けられている。流量調整路１２には、流量調整弁１３が配置されている。
【００７６】
低圧ＥＧＲ通路３１は、サイクロン式捕集装置１１よりも下流且つ流量調整路１２との接続部位よりも上流側の排気通路４と、コンプレッサ５ａよりも上流且つスロットル弁６よりも下流側の吸気通路３と、を接続している。
【００７７】
低圧ＥＧＲ通路３１と上流側排気通路４及び下流側の排気通路４とが接続された接続部位に、三方弁１６が配置されている。三方弁１６は、電動アクチュエータにより作動される。ＥＣＵ１４には、三方弁１６のアクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１４により三方弁１６が制御される。
【００７８】
図７は、本実施例に係る三方弁１６を示す図である。図７に示す三方弁１６は、図７（ａ）に示す三方弁１６よりも上流側の上流側排気通路４と三方弁１６よりも下流側の下流側排気通路４とをつなぎ、低圧ＥＧＲ通路３１を遮断する状態（低圧ＥＧＲガスＯＦＦ状態）と、図７（ｂ）に示す上流側排気通路４と下流側排気通路４と低圧ＥＧＲ通路３１とをつなぐ状態（低圧ＥＧＲガスＯＮ状態）と、図７（ｃ）に示す全通路を遮断する状態（全通路遮断状態）と、に変更可能である。
【００７９】
図７（ａ）に示す低圧ＥＧＲガスＯＦＦ状態や図７（ｂ）に示す低圧ＥＧＲガスＯＮ状態では、三方弁１６は、上流側排気通路４や下流側排気通路４との境界部分の通路断面積を調整することにより、下流側排気通路４へ流れる排気の量を調節することができ、排気絞り弁の役割を果たすことができる。図７（ｂ）に示す低圧ＥＧＲガスＯＮ状態では、三方弁１６は、低圧ＥＧＲ通路３１との境界部分の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調節することができ、低圧ＥＧＲ弁の役割を果たすことができる。図７（ｃ）に示す全通路を遮断する状態では、排気を全て流量調整路１２へ流通させることになり、サイクロン式捕集装置１１下部の異物捕集部に堆積した異物を排気通路４へ排出することができる。
【００８０】
ところで、本実施例では、排気通路４内にサイクロン式捕集装置１１が配置されている。排気通路４内に設けられたサイクロン式捕集装置１１は、排気流量が多くなり排気流速が速くなると、粒子径のより小さい異物も捕集することができる。しかし、排気流量が多くなる場合には、排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が大きくなる。この圧力損失が大きくなると、ポンピングロスが増加し、内燃機関１の出力低下や燃費の悪化を招いてしまう。
【００８１】
そこで、本実施例では、排気通路４を流通する排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失に応じて、流量調整弁１３を開閉制御するようにした。
【００８２】
ここで、排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失は、サイクロン式捕集装置１１に流入する排気流量に相関関係があり、排気流量が大きくなる程、圧力損失も大きくなる。このため、実際の流量調整弁１３の制御としては、予め圧力損失との相関関係が求められた排気流量を算出し、算出した排気流量に応じて、流量調整弁１３を開閉制御する。
【００８３】
具体的には、排気通路４を流通する排気流量が、サイクロン式捕集装置１１で異物を捕集するよりも排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる第２所定流量より少ない場合には、流量調整弁１３を閉弁する。
【００８４】
一方、排気流量が第２所定流量以上となる場合には、流量調整弁１３を開弁する。そして、流量調整弁１３の開弁時開度は、サイクロン式捕集装置１１が内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能な範囲に定める。
【００８５】
なお、第２所定流量とは、それ以上の流量であると、サイクロン式捕集装置１１で異物を捕集するよりも排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失の低減を優先する閾値となる排気流量である。
【００８６】
本実施例によると、排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が大きくなる場合、すなわちサイクロン式捕集装置１１に流入する排気流量が多くなる場合に、流量調整弁１３を開弁する。これによって、排気流量が多くなる場合に、排気をサイクロン式捕集装置１１から流量調整路１２へ流し、サイクロン式捕集装置１１で滞る排気を減少させる。すると、排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が小さくなる。
【００８７】
サイクロン式捕集装置１１に流入する排気流量と排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失との関係は、図３に示すサイクロン式捕集装置１１に流入する低圧ＥＧＲガス流量と低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失との関係と同様である。したがって、図３に示すように、流量調整弁１３を開弁することによって、第１特性曲線のＡ位置から第２特性曲線のＢ位置に移行し、排気流量に対する圧力損失が小さくなる。
【００８８】
このように圧力損失が低減されるので、ポンピングロスを低減し、内燃機関１の出力低下や燃費の悪化を抑制できる。
【００８９】
ここで、排気をサイクロン式捕集装置１１から流量調整路１２へ流すと、サイクロン式捕集装置１１を通過する排気流速が遅くなり、サイクロン式捕集装置１１は粒子径の小さい異物を捕集することができず、粒子径の小さい異物の捕集効率が低下する。しかし、本実施例では、サイクロン式捕集装置１１が内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能となる範囲に限って、流量調整弁１３の開度を開き側に制御する。このため、サイクロン式捕集装置１１で内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物は捕集できている。
【００９０】
本実施例の場合も、異物の粒子径とサイクロン式捕集装置１１での異物捕集効率との関係は図４に示すようになる。このため、図４に示すように、流量調整弁１３を開弁することによって、Ａの異物捕集効率からＢの異物捕集効率に移行し、粒子径の小さい異物の異物捕集効率が低下するが、内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に大きい粒子径
の異物は捕集できている。
【００９１】
よって、本実施例の場合には、サイクロン式捕集装置１１で捕集できない異物の混入によって、異物が低圧ＥＧＲ通路３１を通過してコンプレッサ５ａに到達してコンプレッサ５ａを損傷させる等の内燃機関１の吸気系に影響が及ぶことはない。
【００９２】
ここで、本実施例では、排気浄化装置９の直下流に排気浄化装置９に一体化されてサイクロン式捕集装置１１が配置されている。このため、排気が活性時に高温となっている酸化触媒やＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置９から熱量を持ち去り、排気は暖められた状態でサイクロン式捕集装置１１に流入する。
【００９３】
図８は、排気温度と水蒸気量との特性を示す図である。図８の横軸は排気温度を示し、縦軸は水蒸気量を示している。図８に示すように、本実施例のようにサイクロン式捕集装置１１内で排気が高温であれば、水と蒸気との境界線に対し蒸気側に全水蒸気量が入り、凝縮水は発生しない。これに対し、破線で示すように排気が低温であれば、水と蒸気との境界線に対し水側に水蒸気量がはみ出し、このはみ出した量が凝縮水となってしまう。このように、本実施例では、サイクロン式捕集装置１１内では排気が高温であるので、排気の飽和蒸気量が減少せず、サイクロン式捕集装置１１内で排気から凝縮水が発生してしまうことを抑制できる。
【００９４】
したがって、凝縮水発生に起因する吸排気配管の腐食信頼性に影響を及ぼすことを抑制できる。
【００９５】
次に、本実施例による排気流量の制御ルーチンについて説明する。図９は、本実施例による排気流量の制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンを実行するＥＣＵ１４が本発明の第２制御手段に相当する。
【００９６】
ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１４は、各種センサの出力信号を読み取り、内燃機関１の運転状態を検出する。
【００９７】
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ２０１で検出した内燃機関１の運転状態から、排気流量を算出する。
【００９８】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ２０２で算出した排気流量から、流量調整弁１３の開度を算出する。
【００９９】
ステップＳ２０２で算出した排気流量が第２所定流量より少ない場合には、サイクロン式捕集装置１１で異物を捕集することを優先するので、流量調整弁１３の開度は零（閉弁状態）である。算出した排気流量が第２所定流量以上となる場合には、予め求めておいた排気流量に対応する図３や図４と同様なマップに当該排気流量を取り込み、サイクロン式捕集装置１１が内燃機関１の吸気系に影響を与える粒子径以上に粒子径の大きい異物を捕集することが可能な範囲で流量調整弁１３の開度を算出する。この開度は、零よりも大きい値となる。なお、排気流量が多い程、排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が大きくなる。このことから、排気流量が多い程、圧力損失をより小さくするために、流量調整弁１３の開度はより開かれるとよい。
【０１００】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ２０３で算出した値に流量調整弁１３の開度を制御する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０１】
以上の制御ルーチンを実行することにより、排気がサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失が低減できる。
【０１０２】
なお、本実施例では、サイクロン式捕集装置１１は排気浄化装置９の直下流に一体的に設けられていたが、これに限られず、サイクロン式捕集装置１１に流入する排気が排気浄化装置９から熱量を持ち去り高温となっており、サイクロン式捕集装置１１内で排気が凝縮水を発生させなければ、サイクロン式捕集装置１１は排気浄化装置９から離れて分離していてもよい。
【０１０３】
＜実施例３＞
次に、実施例３を説明する。ここでは、上述した実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１０４】
図１０は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関、及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【０１０５】
本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１内において低圧ＥＧＲガスにサイクロン式捕集装置１１をバイパスさせるバイパス通路１７を設けている。
【０１０６】
バイパス通路１７には、バイパス通路１７に低圧ＥＧＲガスを流通させるために開弁し、バイパス通路１７での低圧ＥＧＲガスの流通を遮断するために閉弁するバイパス弁１８が配置されている。このバイパス弁１８は、電動アクチュエータにより開閉される。ＥＣＵ１４には、バイパス弁１８のアクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１４によりバイパス弁１８が制御される。
【０１０７】
ところで、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１内にサイクロン式捕集装置１１が配置されている。低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際には少なからず圧力損失が生じてしまう。この圧力損失が大きくなると、所望量の低圧ＥＧＲガスが内燃機関に供給されなくなり、低圧ＥＧＲガスが不足してしまう。このため、低圧ＥＧＲガスの不足を要因として、吸気の酸素濃度が低下せず燃焼温度、燃焼速度が低下せず、燃焼時にＮＯｘが発生してしまい、排気エミッションの悪化を招いてしまう。
【０１０８】
また、不足した低圧ＥＧＲガスを供給するために排気絞り弁１０を閉じ側に制御すると、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失がさらに大きくなると共に、排気の流れも滞り、ポンピングロスが増加し、内燃機関１の出力低下や燃費の悪化を招いてしまう。
【０１０９】
そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガス流量が、低圧ＥＧＲガスに乗った異物をコンプレッサ５ａに到達させない閾値である第３所定流量より少なく、かつ、ターボチャージャ５の回転数が、サイクロン式捕集装置１１で捕集しきれない小粒径の異物がコンプレッサ５ａに到達してもコンプレッサ５ａを損傷させない閾値である所定回転数より低い場合に、バイパス弁１８を開弁するようにした。
【０１１０】
なお、第３所定流量とは、それより少ない流量であると、低圧ＥＧＲガスに乗った異物をコンプレッサ５ａに到達させない閾値となる低圧ＥＧＲガス流量である。また、所定回転数とは、それより低い回転数であると、サイクロン式捕集装置１１で捕集しきれない小粒径の異物がコンプレッサ５ａに到達してもコンプレッサ５ａを損傷させない閾値となるターボチャージャ５の回転数である。
【０１１１】
図１１は、内燃機関１の運転状態に応じたバイパス弁１８を開弁する領域を示す図であ
る。図１１の横軸は内燃機関１の機関回転数であり、縦軸は内燃機関１の機関負荷である。図１１中、複数の実線の特性曲線は、内燃機関１の運転状態に応じて要求される低圧ＥＧＲガス流量を示しており、機関負荷が軽・中負荷であり且つ機関回転数が高回転である程、内燃機関に要求される低圧ＥＧＲガス流量は増加傾向にある。複数の破線の特性曲線は、内燃機関の運転状態に応じて要求されるターボチャージャ５の回転数を示しており、機関負荷が高負荷であり且つ機関回転数が高回転である程、内燃機関１に要求されるターボチャージャ５の回転数は高回転になる傾向にある。そして、斜線部が、バイパス弁１８を開弁する条件が満たされた領域（バイパス弁開弁領域）を示している。バイパス弁開弁領域である斜線部は、低圧ＥＧＲガス流量が第３所定流量より少なく、かつターボチャージャの回転数が所定回転数より低い領域である。
【０１１２】
本実施例によると、内燃機関１の運転状態が図１１の斜線部のバイパス弁開弁領域にある場合に、バイパス弁１８を開弁する。すると、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスにサイクロン式捕集装置１１をバイパスさせて、当該低圧ＥＧＲガスはバイパス通路１７を流通する。このため、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失がなくなる。よって、低圧ＥＧＲ通路３１の経路上での圧力損失が小さくなる。
【０１１３】
図１２は、低圧ＥＧＲガス流量と低圧ＥＧＲ通路３１の経路上での圧力損失との関係を示す図である。図１２中、破線の特性曲線は低圧ＥＧＲガス流量に対する低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失を示し、実線の特性曲線は低圧ＥＧＲガス流量に対する低圧ＥＧＲガスがバイパス通路１７を通過する際の圧力損失を示している。図１２に示すように、バイパス弁１８を開弁し、低圧ＥＧＲガスがバイパス通路１７を通過する場合に圧力損失が小さくなる。
【０１１４】
このように低圧ＥＧＲ通路３１の経路上での圧力損失が低減されるので、所望量の低圧ＥＧＲガスを内燃機関１に供給でき、内燃機関１に供給される低圧ＥＧＲガスは不足しない。したがって、十分な低圧ＥＧＲガスが供給され、吸気の酸素濃度が低下して燃焼温度、燃焼速度が低下して、燃焼時に発生するＮＯｘを低減でき、排気エミッションの悪化を抑制できる。
【０１１５】
また、不足した低圧ＥＧＲガスを供給するために排気絞り弁１０を閉じ側に制御する必要がなくなり、低圧ＥＧＲガスがサイクロン式捕集装置１１を通過する際の圧力損失がさらに大きくなることがなく、また、排気の流れが滞ることがなく、ポンピングロスが増加せず、内燃機関１の出力低下や燃費の悪化を抑制できる。
【０１１６】
ここで、低圧ＥＧＲガスをバイパス通路１７へ流すと、低圧ＥＧＲガスはサイクロン式捕集装置１１を通過しなくなり、サイクロン式捕集装置１１は異物を捕集することができない。しかし、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガス流量が、低圧ＥＧＲガスに乗った異物をコンプレッサ５ａに到達させない閾値である第３所定流量より少なく、かつ、ターボチャージャ５の回転数が、サイクロン式捕集装置１１で捕集しきれない小粒径の異物がコンプレッサ５ａに到達してもコンプレッサ５ａを損傷させない閾値である所定回転数より低い場合に、バイパス弁１８を開弁する。このため、サイクロン式捕集装置１１で異物が捕集できていなくても、低圧ＥＧＲガスに乗った異物はコンプレッサ５ａに到達しない、又はサイクロン式捕集装置１１で捕集しきれない小粒径の異物がコンプレッサ５ａに到達してもコンプレッサ５ａを損傷させない。したがって、内燃機関１の吸気系への異物混入による弊害が抑制できる。
【０１１７】
次に、本実施例によるバイパス弁１８の制御ルーチンについて説明する。図１３は、本実施例によるバイパス弁１８の制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチン
は、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンを実行するＥＣＵ１４が本発明の第３制御手段に相当する。
【０１１８】
ステップＳ３０１では、ＥＣＵ１４は、各種センサの出力信号を読み取り、内燃機関１の運転状態を検出する。ここで、ターボチャージャ５の回転数もコンプレッサ５ａに隣接配置されるコンプレッサ回転数センサなどにより検出されることとなる。
【０１１９】
ステップＳ３０２では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ３０１で検出した内燃機関１の運転状態から、低圧ＥＧＲガスを内燃機関１へ導入する必要があるか否か判別する。
【０１２０】
ステップＳ３０２において低圧ＥＧＲガスを内燃機関１へ導入する必要があると肯定判定された場合には、ステップＳ３０３へ移行する。ステップＳ３０２において低圧ＥＧＲガスを内燃機関１へ導入する必要がないと否定判定された場合には、ステップＳ３０７へ移行する。
【０１２１】
ステップＳ３０３では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ３０１で検出した内燃機関１の運転状態から、導入すべき低圧ＥＧＲガス流量を算出する。
【０１２２】
ステップＳ３０４では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ３０３で算出した低圧ＥＧＲガス流量が第３所定流量よりも少ないか否か判別する。
【０１２３】
ステップＳ３０４において低圧ＥＧＲガス流量が第３所定流量よりも少ないと肯定判定された場合には、ステップＳ３０５へ移行する。ステップＳ３０４において低圧ＥＧＲガス流量が第３所定流量以上であると否定判定された場合には、ステップＳ３０７へ移行する。
【０１２４】
ステップＳ３０５では、ＥＣＵ１４は、ステップＳ３０１で検出したターボチャージャ５の回転数が所定回転数よりも低いか否か判別する。
【０１２５】
ステップＳ３０５においてターボチャージャ５の回転数が所定回転数よりも低いと肯定判定された場合には、ステップＳ３０６へ移行する。ステップＳ３０５においてターボチャージャ５の回転数が所定回転数以上であると否定判定された場合には、ステップＳ３０７へ移行する。
【０１２６】
ステップＳ３０６では、ＥＣＵ１４は、バイパス弁１８を開弁する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【０１２７】
一方、ステップＳ３０７では、ＥＣＵ１４は、バイパス弁１８を閉弁する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【０１２８】
以上の制御ルーチンを実行することにより、低圧ＥＧＲガスにサイクロン式捕集装置１１をバイパスさせて、低圧ＥＧＲ通路３１の経路上での圧力損失が低減できる。
【０１２９】
本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気通路
４     排気通路
５     ターボチャージャ
５ａ   コンプレッサ
５ｂ   タービン
６     スロットル弁
７     エアフローメータ
８     インタークーラ
９     排気浄化装置
１０   排気絞り弁
１１   サイクロン式捕集装置
１２   流量調整路
１３   流量調整弁
１４   ＥＣＵ
１５   クランクポジションセンサ
１６   三方弁
１７   バイパス通路
１８   バイパス弁
３０   低圧ＥＧＲ装置
３１   低圧ＥＧＲ通路
３２   低圧ＥＧＲ弁
３３   低圧ＥＧＲクーラ
【図１】
2011047412.tif 000003
【図２】
2011047412.tif 000004
【図３】
2011047412.tif 000005
【図４】
2011047412.tif 000006
【図５】
2011047412.tif 000007
【図６】
2011047412.tif 000008
【図７】
2011047412.tif 000009
【図８】
2011047412.tif 000010
【図９】
2011047412.tif 000011
【図１０】
2011047412.tif 000012
【図１１】
2011047412.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2011047412.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月5日(2011.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路に配置され、前記低圧ＥＧＲガス中の異物を捕集するサイクロン式捕集装置と、
前記低圧ＥＧＲ通路内において前記低圧ＥＧＲガスに前記サイクロン式捕集装置をバイパスさせるバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス流量が異物を前記コンプレッサに到達させない閾値である第３所定流量より少なく、かつ、前記ターボチャージャの回転数が前記サイクロン式捕集装置で捕集しきれない小粒径の異物が前記コンプレッサに到達しても前記コンプレッサを損傷させない閾値である所定回転数より低い場合に、前記バイパス弁を開弁する第３制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。