(57)【要約】【課題】ＥＧＲ通路を備える内燃機関の排気還流装置ＥＧＲにおいて、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路に滞留することを防止して、現在排出されている排気の組成により近い組成のＥＧＲガスを吸気通路へ導くことができる技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路４と吸気通路３に接続される低圧ＥＧＲ通路３１を有し、ＥＧＲ通路３１を通じて内燃機関１からの排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路３へ導くＥＧＲ装置３０と、ＥＧＲ通路３１に設けられ、ＥＧＲ装置３０がＥＧＲガスを吸気通路３へ導いている際に、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを大気へ放出可能な放出部としての放出口３４と、内燃機関１の運転状態に基づいて放出口３４から放出されるＥＧＲガスの放出流量を調整する切替弁３４と、を備える。【選択図】図１
2008150979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路に接続されるＥＧＲ通路を有し、該ＥＧＲ通路を通じて前記内燃機関からの排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路へ導くＥＧＲ手段と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ手段が前記ＥＧＲガスを前記吸気通路へ導いている際に、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを大気へ放出可能な放出部と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を調整する放出流量調整手段と、
を備える、内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記放出流量調整手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を調整し、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流速が所定の流速を下回らないようにする、請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
前記放出流量調整手段は、前記内燃機関の運転状態が低負荷状態になるに従って、前記放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を増加させる、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲ通路を流れる時間を算出して、該ＥＧＲガスが前記排気通路から前記吸気通路へ導かれるまでの遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段を更に備え、
前記放出流量調整手段は、前記遅れ時間算出手段によって算出された前記遅れ時間を考慮して前記放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を調整する、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項５】
前記内燃機関の排気通路にタービンを有すると共に該内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャを更に備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンよりも下流側の排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路に接続される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項６】
前記排気通路に設けられ、該排気通路を流れる排気を浄化する排気浄化手段を更に備え、
前記低圧ＥＧＲ手段は、前記排気浄化手段よりも下流側で接続される、請求項５に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項７】
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ手段によって前記吸気通路に導かれるＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲクーラと、
前記内燃機関の運転状態が高負荷状態にあるとき、前記ＥＧＲ手段が前記ＥＧＲガスを前記吸気通路に導くことを禁止して、前記ＥＧＲクーラの温度上昇を抑制する、禁止手段と、
を更に備える、請求項５又は請求項６に記載の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と吸気通路に接続され、該内燃機関からの排気の一部がＥＧＲガスとして流れるＥＧＲ通路を備える、内燃機関の排気還流装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、排気の還流終了時に排気還流管（ＥＧＲ通路）に残留したＥＧＲガスを大気へ放出する大気開放弁を設ける技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１５６５７２号公報
【特許文献２】特開平１０−１２２０６２号公報
【特許文献３】特開平０７−１６６９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲ通路を備える内燃機関の排気還流装置によれば、ＮＯｘの低減や燃費向上を図ることが可能となる。しかし、従来の内燃機関の排気還流装置では、例えば、吸気通路へのＥＧＲガスの循環を停止するＥＧＲカット時において、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路に滞留するといった現象が起こり得る。そして、ＥＧＲガスが滞留した状態で吸気通路へのＥＧＲガスの循環を再開、すなわちＥＧＲを開始しても、滞留しているＥＧＲガスが吸気通路へ導かれることになる。その結果、現在の排気組成とは異なる組成を有するＥＧＲガスが吸気通路へ導かれてしまい、ＮＯｘの低減や燃費向上といったＥＧＲによる優れた効果を十分に発揮することができない虞がある。また、ＥＧＲ通路にＥＧＲガスが滞留し易い状況は、内燃機関の運転所状態が低負荷状態にある場合において起こり易い。低負荷状態では、内燃機関から排出される排気流量が少なく、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流速も遅くなってしまうからである。
【０００５】
なお、ＥＧＲ通路に残留したＥＧＲガスを大気へ放出する技術が知られている。しかし、この技術は、結露が発生することを防止するための大気開放弁がＥＧＲ通路に設けられているにすぎず、この大気開放弁は、内燃機関の停止時ににおいて作動するものである。すなわち、この技術は、あくまで残留したＥＧＲガスを排気へ放出するにすぎず、滞留の発生自体を防止できるものでない。従って、例えば内燃機関の運転状態が低負荷状態である場合は、滞留が発生し易くなるので、現在排出されている排気の組成とは異なる組成のＥＧＲガスを吸気通路へ導かれてしまう。
【０００６】
本発明では、上記した問題に鑑み、ＥＧＲ通路を備える内燃機関の排気還流装置において、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路に滞留することを防止して、現在排出されている排気の組成により近い組成のＥＧＲガスを吸気通路へ導くことができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、上述した課題を解決するために、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを大気へ放出可能な放出部を設け、この放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を調整可能な構成とした。放出流量を調整することでＥＧＲガスがＥＧＲガス通路に滞留することを防止でき、現在排出されている排気の組成により近い組成のＥＧＲガスを吸気通路へ導くことができる。
【０００８】
詳細には、本発明は、内燃機関の排気還流装置であって、内燃機関の排気通路と吸気通路に接続されるＥＧＲ通路を有し、該ＥＧＲ通路を通じて前記内燃機関からの排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路へ導くＥＧＲ手段と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ手段が前記ＥＧＲガスを前記吸気通路へ導いている際に、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを大気へ放出可能な放出部と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を調整する放出流量調整手段と、を備える。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の排気還流装置では、ＥＧＲ手段がＥＧＲガスを吸気通路へ導いている際に、放出部によってＥＧＲガスを大気へ放出可能であることを特徴とする。これは、本発明の放出部が、常時ＥＧＲガスを大気へ放出可能であることを意味する。そして、このような放出部を備えることで、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路に滞留することを防止でき、現在排出されている排気の組成により近い組成のＥＧＲガスを常に吸気通路へ導くことが可能となる。すなわち、現在排気されている排気の酸素濃度に近い酸素濃度を有するＥＧＲガスを常に吸気通路へ導くことができ、ＮＯｘの低減や燃費向上といった優れたＥＧＲの機能を効果的に発揮させることが可能となる。
【００１０】
ここで、内燃機関に供給する必要があるＥＧＲガスの流量は、内燃機関の運転状態によって変化する。例えば、内燃機関の運転状態が高負荷状態である場合には、内燃機関に供給するＥＧＲガスの流量を多くすることでＮＯｘの低減や燃費向上といった効果を効果的に発揮させることができる。従って、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量も必然的に多くなっている。一方、内燃機関の運転状態が低負荷状態である場合には、内燃機関に供給するＥＧＲガスの流量を抑える必要がある。内燃機関の運転状態が低負荷状態である場合において、供給するＥＧＲガスの流量が多すぎると失火の原因となる虞があるからである。従って、このような低負荷状態では、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路へ滞留し易い状態となっている。更に、内燃機関の運転状態が低負荷状態である場合には、内燃機関から排出される排気流量自体が減少することから、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路へ滞留し易い状態となっているともいえる。つまり、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの滞留を防止して現在排気されている排気に近い組成のＥＧＲガスを必要に応じて供給通路へ導くことができれば、従来よりも優れたＥＧＲ通路を備える内燃機関の排気還流装置を提供することが可能となる。
【００１１】
そこで、本発明においては、常時ＥＧＲガスを大気へ放出可能な放出部を設けると共に、放出部より放出されるＥＧＲガスの放出流量を調整可能な放出流量調整手段を設けることとした。これにより、ＥＧＲガスの放出流量の調整が可能、換言すると、供給通路へ供給する必要のないＥＧＲガスは、放出部より放出し、必要なＥＧＲガスを供給通路へ導くことが可能となる。なお、ＥＧＲ通路を流れるガスは、滞留しているガスではなく、常に流れているガスであるため、供給通路へ導かれるＥＧＲガスを常に現在排出されている排気の組成により近い組成のＥＧＲガスとすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る内燃機関の排気還流装置において、前記放出流量調整手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を調整し、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流速が所定の流速を下回らないようにすることができる。
【００１３】
上述したように、内燃機関に供給する必要があるＥＧＲガスの流量は、内燃機関の運転状態によって変化し、これに伴ってＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量も内燃機関の運転状態によって変化する。従って、高負荷状態、低負荷状態といった内燃機関の運転状態に基づいて放出流量を放出流量調整手段によって調整することで、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流速が所定の流速を下回らないように維持することが可能となる。すなわち、本発明によれば、高負荷時には放出流量を減少させて内燃機関に供給するＥＧＲガスの流
量を増加させ、低負荷時には放出流量を増加させて内燃機関に供給するＥＧＲガスの流量を減少させることが可能となる。なお、所定の流速は、現在排出されている排気の組成と吸気通路に供給されるＥＧＲガスの排気の組成との間にＥＧＲの機能を低下させるほどの差を生じさせない流速として適宜決定することができる。
【００１４】
ここで、内燃機関の運転状態に基づくＥＧＲガスの放出流量の調整は、例えば、以下のように行えばよい。すなわち、放出流量調整手段は、前記内燃機関の運転状態が低負荷状態になるに従って、放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を増加させる。これにより、内燃機関の運転状態が低負荷状態に移行する場合であっても、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路で滞留しないようにすることができる。
【００１５】
また、放出流量調整手段は、前記内燃機関の運転状態が高負荷状態になるに従って、放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を低減させてもよい。内燃機関の運転状態が高負荷状態である場合には、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流速が十分に確保され、滞留が起こり難いからである。
【００１６】
また、本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲ通路を流れる時間を算出して、該ＥＧＲガスが前記排気通路から前記吸気通路へ導かれるまでの遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段を更に備え、前記放出流量調整手段は、前記遅れ時間算出手段によって算出された前記遅れ時間を考慮して前記放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を調整してもよい。
【００１７】
排気通路から吸気通路へ導かれるまでの遅れ時間が長くなるに従って、内燃機関から排出される現在の排気の組成と、吸気通路へ導かれるＥＧＲガスの組成の差が大きくなることが想定される。本発明は、放出流量調整手段が、遅れ時間算出手段によって算出された遅れ時間を考慮して放出流量を調整することで、より効果的にＥＧＲガスがＥＧＲ通路に滞留することを防止するものである。
【００１８】
ここで、遅れ時間は、例えばＥＧＲ通路の上流と下流にＥＧＲガスの圧力を検知する圧力検知手段を設け、上流側で検知したＥＧＲガスの圧力と下流側で検知したＥＧＲガスの圧力の差分と圧力検知手段同士の距離とＥＧＲ通路の内径等によって算出することができる。そして、放出流量調整手段は、例えば遅れ時間が大きい場合には、放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を増加させる。これにより、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路に滞留するのを防止することができる。また、放出流量調整手段は、例えば遅れ時間が小さい場合には、放出部から放出されるＥＧＲガスの放出流量を減少させてもよい。
【００１９】
なお、遅れ時間算出手段によって算出した遅れ時間に基づいて吸気通路へ導かれるＥＧＲガスの流量を調整することもできる。吸気通路へ導かれるＥＧＲガスの流量を調整するためには、例えば、ＥＧＲ手段にＥＧＲガス流量調整機能を持たせればよい。そして、算出した遅れ時間に基づいて、遅れ時間が発生する前における排気の組成として、酸素濃度等を算出する。一方、吸気通路へ導くＥＧＲガスの目標酸素濃度を算出しておき、遅れ時間が発生する前の酸素濃度と目標酸素濃度とを比較し、吸気通路へ導く必要がある必要ＥＧＲ流量を算出する。なお、例えば、酸素濃度は、酸素濃度算出手段により、目標酸素濃度算出手段により、必要ＥＧＲ流量は、必要ＥＧＲ流量算出手段によって算出することができる。
【００２０】
次に、必要ＥＧＲ流量に基づいて、ＥＧＲガス流量調整機能を有するＥＧＲ手段によって吸気通路へ導かれるＥＧＲガスの流量を調整する。例えば、遅れ時間が発生する前における酸素濃度が目標酸素濃度に達していない場合には、吸気通路へ導かれるＥＧＲガスの流量を増加させればよい。なお、放出流量調整手段が有する放出流量調整機能とＥＧＲ手
段が有するＥＧＲガス流量調整機能は、何れか一方の手段が併せもつようにしてもよい。すなわち、放出流量を増加させるとこれに伴って供給通路へ導かれるＥＧＲガスの流量が減少するといった構成とすることで、放出流量と吸気通路へ導くＥＧＲガスの流量を併せて調整することが可能となる。
【００２１】
また、本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、前記内燃機関の排気通路にタービンを有すると共に該内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャを更に備え、前記ＥＧＲ通路は、前記タービンよりも下流側の排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路に接続されるようにしてもよい。
【００２２】
タービンよりも下流側の排気通路とコンプレッサよりも上流側の吸気通路に接続されるＥＧＲ通路とは、低圧ＥＧＲ通路を意味するものである。低圧ＥＧＲ通路は、タービンよりも上流側の排気通路とコンプレッサよりも下流側の吸気通路に接続されるいわゆる高圧ＥＧＲ通路よりも通路が長いことを一つの特徴とする。そして、このような低圧ＥＧＲ通路では、高圧ＥＧＲガスに比べてＥＧＲガスの滞留が起こり易い。従って、本発明は、低圧ＥＧＲ通路により好適に用いることができる。
【００２３】
また、本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、前記排気通路に設けられ該排気通路を流れる排気を浄化する排気浄化手段を更に備え、前記低圧ＥＧＲ手段は、前記排気浄化手段よりも下流側で接続してもよい。ＥＧＲ手段を排気浄化装置よりも下流側で接続することで、ＥＧＲ通路には、浄化後のＥＧＲガスが流れることになる。なお、放出部は、ＥＧＲ通路に設けられていることから、放出部から放出されるＥＧＲガスを浄化後のガスとすることができる。
【００２４】
また、本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、前記ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲ手段によって前記吸気通路に導かれるＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲクーラと、前記内燃機関の運転状態が高負荷状態にあるとき、前記ＥＧＲ手段が前記ＥＧＲガスを前記吸気通路に導くことを禁止して、前記ＥＧＲクーラの温度上昇を抑制する、禁止手段と、を更に備える構成とすることができる。
【００２５】
ＥＧＲクーラを設けることでＥＧＲガスの温度を低下させることができるが、内燃機関の運転状態が高負荷状態にあるとき、特に高負荷状態が継続するような場合には、ＥＧＲクーラの負担が大きくなりＥＧＲクーラ自体の温度が上昇する虞がある。そこで、本発明では、内燃機関の運転状態が高負荷状態にある場合において、禁止手段が、ＥＧＲガスを吸気通路へ導くことを禁止してＥＧＲクーラの負担を軽減することを可能にする。
【００２６】
なお、本発明に係る内燃機関の排気還流通路において、放出部は、ＥＧＲ通路と吸気通路との合流点近傍に設けることが好ましい。この合流点近傍とは、吸気通路に近い位置、換言すると内燃機関に近い位置を意味する。吸気通路により近い位置でＥＧＲガスを放出可能とすることで、ＥＧＲ通路に滞留するＥＧＲガスの滞留量を少なくできるからである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ＥＧＲ通路を備える内燃機関の排気還流装置ＥＧＲにおいて、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路に滞留することを防止して、現在排出されている排気の組成により近い組成のＥＧＲガスを吸気通路へ導くことができる技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、本発明に係る内燃機関の排気還流装置の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００２９】
＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置の概略構成を示す図である。なお、本実施形態における内燃機関１は、四つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００３０】
内燃機関１には、吸気通路３と排気通路４が接続されている。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のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも上流側の吸気通路３には、吸気通路３を流れる吸気の流量を調整する第一スロットル６が設けられている。更に第一スロットル６よりも上流側の吸気通路３には、吸気通路３を流れる吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられており、内燃機関１の吸入空気流量を測定可能となっている。
【００３１】
コンプレッサハウジング５ａよりも下流側の吸気通路３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタクーラ８が設けられている。そして、インタクーラ８よりも下流側の吸気通路３には、吸気通路３を流れる吸気の流量を調整する第二スロットル９が設けられている。
【００３２】
排気通路４の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。そして、タービンハウジング５ｂよりも下流側の排気通路４には、パティキュレータフィルタ（本発明の排気浄化装置に相当する。以下、単にフィルタとする。）１０が設けられている。このフィルタ１０には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が担持され、フィルタ１０によって排気中の粒子状物質を捕集する。ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する。一方、ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは、ＮＯｘ触媒は、吸蔵していたＮＯｘを放出する。なお、ＮＯｘを放出する際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在している場合には、ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが還元されることになる。
【００３３】
そして、内燃機関１には、排気通路４を流れる排気の一部を低圧で吸気通路３へ導く（再循環させる）低圧ＥＧＲ装置（本発明の低圧ＥＧＲ手段に相当する。）３０が設けられている。そして、この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１と、切替弁３２と、ＥＧＲクーラ３３と、放出口３４と、を備える構成である。
【００３４】
低圧ＥＧＲ通路３１は、フィルタ１０よりも下流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流側かつ第一スロットル６よりも下流側の吸気通路３と接続され、排気の一部が吸気通路３へ導かれる。なお、低圧ＥＧＲ通路３１を流れる排気は、以下低圧ＥＧＲガスと称することとする。また、ＥＧＲクーラ３３は、ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換して、低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。
【００３５】
ここで、放出口３４は、本発明の放出部に相当するものであり、低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスを常時大気へ放出可能である。放出口３４には、三方弁である切替弁３２が設けられており、放出口３４の断面積を調整することで大気へ放出される低圧ＥＧＲガスの放出流量を調整することができると共に低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することで、吸気通路３へ導かれる低圧ＥＧＲガスの流量も調整することができる。
【００３６】
そして、本実施形態においては、放出口３４が、吸気通路３と低圧ＥＧＲ通路３１との合流点近傍の低圧ＥＧＲ通路３１に設けられている。このような位置に放出口３４を設けることで、低圧ＥＧＲ通路３１に滞留するＥＧＲガスの滞留量を少なくして、現在排出さ
れている排気の組成により近い組成の低圧ＥＧＲガスを吸気通路３へ導くことができる。すなわち、低圧ＥＧＲ通路３１には、常時所定流速以上の低圧ＥＧＲガスを流しておき必要な分だけ吸気通路３へ導き、不要な分は放出口より大気へ放出することができる。従って、ＥＧＲカット時においても、低圧ＥＧＲガスが放出口３４から放出されており低圧ＥＧＲ通路３１に低圧ＥＧＲガスが滞留することがない。その結果、再度ＥＧＲを再開した場合において、現在排出されている排気の組成により近い組成の低圧ＥＧＲガスを吸気通路３へ導くことが可能となる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、低圧ＥＧＲ通路３１がフィルタ１０よりも下流側において接続されているので、放出口３４から放出される低圧ＥＧＲガスもフィルタ１０を通過した排気であり、環境性にも優れている。
【００３８】
内燃機関１には、排気通路４を流れる排気の一部を高圧で吸気通路３へ導く（再循環させる）高圧ＥＧＲ装置４０が設けられている。高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１と、高圧ＥＧＲ弁４２とを備える。
【００３９】
高圧ＥＧＲ通路４１は、タービンハウジング５ｂよりも上流側の排気通路４と、第二スロットル９よりも下流側の吸気通路３と接続され、排気の一部が吸気通路３へ導かれる。高圧ＥＧＲ通路４１を流れる排気は、以下高圧ＥＧＲガスと称することとする。また、高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１の通路断面積を調整することで、高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの流量を調整することができる。
【００４０】
ここで、高圧ＥＧＲ装置４０も低圧ＥＧＲ装置３０と同じく本発明のＥＧＲ手段に相当するものであり、高圧ＥＧＲ装置４０にも放出口を設ける構成としてもよい。その場合低圧ＥＧＲ通路３１に設けた放出口３４に相当する放出口を高圧ＥＧＲ弁４２の位置、換言すると吸気通路３の近傍に設け、高圧ＥＧＲ弁４２を切替弁とすればよい。これにより高圧ＥＧＲガスが高圧ＥＧＲ通路４１に滞留することを防止して、現在排出されている排気の組成により近い組成の低圧ＥＧＲガスを吸気通路３へ導くことが可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態では、高圧ＥＧＲ通路４１よりもラインが長く滞留の影響がより大きい低圧ＥＧＲ通路３１にのみ放出口３４を設ける構成としたが、これに限定されるわけではない。すなわち、上記のように高圧ＥＧＲ通路４１についても放出口を設ける構成としてもよい。
【００４２】
以上説明した本実施形態に係る内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１３が設けられている。ＥＣＵ１３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。ＥＣＵ１３には、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６が電気的に接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１３に入力されるようになっている。
【００４３】
また、上述した第一スロットル６、第二スロットル９、切替弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２がＥＣＵ１３に接続され、ＥＣＵ１３からの制御信号によりその開度が調整される。
【００４４】
以上説明した本実施形態に係る内燃機関１の排気循環装置によれば、放出口３４と切替弁３２とを備えることで、低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ通路３１に滞留することを防止することができる。より詳細には、切替弁３２の開度を調整することで、放出口３４から放出される低圧ＥＧＲガスの放出流量及び吸気通路３へ導く低圧ＥＧＲガスの流量を調整することが可能となり、その結果現在排出されている排気の組成により近い組成のＥＧＲガ
スを必要量だけ吸気通路へ導くことが可能となる。以下、低圧ＥＧＲガスの放出流量制御について説明する。
【００４５】
図２は、ＥＧＲガスの放出流量の制御のフローを示す図である。なお、本制御は、ＥＣＵ１３によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００４６】
ステップＳ０１では、内燃機関１の運転状態として内燃機関１の機関負荷が算出される。より具体的には、ＥＣＵ１３は、クランクポジションセンサ１６より内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取って内燃機関１の機関回転速度等を算出し、又はアクセル開度に応じた信号を受け取って内燃機関１に要求される機関負荷を算出する。ステップＳ０１の処理が終了すると、ステップＳ０２へ進む。
【００４７】
ステップＳ０２では、放出口３４から放出する低圧ＥＧＲガスの放出流量が算出される。放出流量は、機関負荷に基づいて算出される。機関負荷と放出流量との関係は予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１３に記憶させておくことができる。図３は、機関負荷と放出流量との関係を示すマップの一例である。このようなマップによれば、機関負荷が増加するに従って放出流量を減少させるといった放出流量の調整を容易に行うことが可能となる。ステップＳ０２の処理が終了すると、ステップＳ０３へ進む。
【００４８】
ステップＳ０３では、切替弁３４の開度が算出される。切替弁３４の開度は、放出流量に基づいて算出される。放出流量と切替弁３４の開度との関係は予めマップ化し、ＥＣＵ１３に記憶させておくことができる。図４は、放出流量と切替弁３４の開度との関係を示すマップの一例である。このようなマップによれば、放出流量に応じた開度の調整を容易に行うことが可能となる。なお、機関負荷と切替弁３４の開度との関係を予め実験等によって求めてマップ化しＥＣＵ１３に記憶させておいてもよい。このようなマップを予めＥＣＵ１３に記憶させておくことで、機関負荷に基づいて直接切替弁３２の開度を算出することが可能となる。
【００４９】
以上の制御をＥＣＵ１３によって一定のサイクルで繰り返し実行することで、内燃機関１の運転状態に応じた低圧ＥＧＲガスの放出流量を調整することができる。その結果、内燃機関１の運転状態が低負荷状態である場合には、低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスを大気へ放出することができ、低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ通路に滞留することを防止することができる。すなわち、常に低圧ＥＧＲガスをＥＧＲ通路に流しておき、必要な分だけ吸気通路３へ導き、不要な分は放出口より大気へ放出することが可能となる。従って、最もＥＧＲガスが滞留し易いＥＧＲカット時では、低圧ＥＧＲガスは全て放出口から放出されることになり、再度ＥＧＲを開始した場合であっても現在の排気の組成に近い組成を有する吸気通路３へ導くことが可能となる。
【００５０】
＜第二の実施形態＞
次に、第二の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置について説明する。図５は、第二の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置の概略構成を示す図である。なお、第一の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置と同様の構成については同一符号を付すことでその詳細な説明は省略する。
【００５１】
第二の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置は、基本的には上述した第一の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置と同様の構成であるが、低圧ＥＧＲ通路３１には、上流側と下流側のそれぞれに低圧ＥＧＲ通路３１の圧力を検出する圧力センサ１１ａ、１１ｂが設けられている点でその構成が異なる。上流側に設けられた圧力センサ１１ａは、フィルタ１０よりも下流側の排気通路４と低圧ＥＧＲ通路３１との合流点近傍の低圧ＥＧＲ通路３１に設けられており、低圧ＥＧＲ通路３１の入口に相当する箇所における圧力を検
出する。下流側に設けられた圧力センサ１１ｂは、開放口３４の近傍であって、低圧ＥＧＲガスの流れにおいて開放口３４よりも上流側に設けらており、低圧ＥＧＲ通路３１の出口寄りにおける圧力を検出する。圧力センサ１１ａ、１１ｂの差分と圧力センサ１１ａ、１１ｂ同士の距離、低圧ＥＧＲ通路３１の断面積等に基づいて、低圧ＥＧＲガスが排気通路４から吸気通路３へ導かれるまでの遅れ時間（以下、遅れ時間ｔとする。）を算出することができる。圧力センサ１１ａ、１１ｂは、ＥＣＵ１３と電気的に接続され、圧力センサ１１ａ、１１ｂの出力信号がＥＣＵ１３に入力されるようになっている。なお、圧力センサに代えて、流速センサを設けて、それぞれの位置における低圧ＥＧＲガスの流速を検出し、検出した流速および検出位置同士の距離等に基づいて遅れ時間ｔを算出してもよい。
【００５２】
次に、遅れ時間ｔを考慮したＥＧＲガスの流量制御について説明する。図６は、遅れ時間を考慮したＥＧＲガスの流量制御のフローを示す図である。なお、本制御は、ＥＣＵ１３によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００５３】
ステップＳ１１では、吸気通路３を流れて内燃機関１に導かれる吸気の目標酸素濃度が算出される。目標酸素濃度は、内燃機関１の運転状態、例えば機関負荷と酸素濃度との関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１３に記憶しておき、このマップから読み取ることで算出することができる。ステップＳ１１の処理が終了すると、ステップＳ１２へ進む。
【００５４】
ステップＳ１２では、ＥＧＲガスの遅れ時間ｔが算出される。本実施形態における遅れ時間ｔとは、低圧ＥＧＲガスが排気通路４から吸気通路３へ導かれるまでの時間であり、例えば上述したように圧力センサ１１ａ、１１ｂ各々から検出した圧力と、圧力センサ１１ａ、１１ｂとの距離、低圧ＥＧＲ通路の断面積によって求めることができる。なお、圧力センサ１１ａ、１１ｂ各々から算出された圧力より求められる圧力差と遅れ時間ｔとの関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１３に記憶しておき、このマップから読み取ることで算出してもよい。ステップＳ１２の処理が終了すると、ステップＳ１３へ進む。
【００５５】
ステップＳ１３では、遅れ時間ｔ前における排気の酸素濃度が算出される。遅れ時間ｔ前における排気の酸素濃度は、例えば機関負荷の履歴を所定の時間記憶しておき、遅れ時間ｔ前における機関負荷をこの記録より求め、機関負荷と排気の酸素濃度との関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１３に記憶しておき、このマップから読み取ることで算出することができる。ステップＳ１３の処理が終了すると、ステップＳ１４へ進む。
【００５６】
ステップＳ１４では、吸気通路３へ導く必要がある低圧ＥＧＲガスの流量が算出される。具体的には、ＥＣＵ１３は、目標酸素濃度と遅れ時間ｔ前における排気の酸素濃度とを比較し、その差分を算出する。そして算出された差分を満たすために必要な低圧ＥＧＲガスの流量を酸素濃度と低圧ＥＧＲガスの流量との関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１３に記憶しておき、このマップから読み取ることで算出することができる。ステップＳ１４の処理が終了すると、ステップＳ１５へ進む。
【００５７】
ステップＳ１５では、切替弁３５の開度が算出される。切替弁３４の開度は、ステップＳ１４で算出した低圧ＥＧＲガスの流量と切替弁３４の開度との関係を実験等により予めマップ化し、ＥＣＵ１３に記憶させておき、このマップから読み取ることで算出することができる。
【００５８】
以上の制御をＥＣＵ１３によって一定のサイクルで繰り返し実行することで、遅れ時間
ｔが考慮された流量の低圧ＥＧＲガスを吸気通路３へ導くことが可能となる。なお、切替弁３４は三方弁であることから、吸気通路３へ導かれる低圧ＥＧＲガスの流量を調整することで不要な低圧ＥＧＲガスは放出口３４より放出されことになる。すなわち、遅れ時間ｔを考慮することで必要量の低圧ＥＧＲガスのみ吸気通路３へ導き、不要な分は放出口３４から放出することが可能となる。
【００５９】
なお、上述した第一の実施形態においては、放出流量を調整したのに対し、第二の実施形態においては、ＥＧＲガス流量を調整することとした。しかし、第一及び第二の実施形態に係る内燃機関１の排気循環装置のように、切替弁３４を三方弁とする場合には、一方の流量を調整することで他方の流量を調整することができる。すなわち、放出流量を調整することでＥＧＲガス流量も調整することができ、また、ＥＧＲガス流量を調整することで放出流量も調整することができる。従って、第二の実施形態における遅れ時間ｔを考慮したＥＧＲガスの流量制御は、遅れ時間ｔを考慮した放出流量制御としてもよい。また、第一の実施形態における低圧ＥＧＲガスの放出流量制御は、吸気通路３へ導くＥＧＲガス流量制御としてもよい。
【００６０】
＜第三の実施形態＞
次に第三の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置について説明する。図７は、第三の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置の概略構成を示す図である。なお、第一の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置と同様の構成については同一符号を付すことでその詳細な説明は省略する。
【００６１】
第三の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置は、基本的には上述した第一の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置と同様の構成であるが、第二のＥＧＲ弁３５がＥＧＲクーラ３３よりも上流側の低圧ＥＧＲ通路３１に設けられている点でその構成が異なる。
【００６２】
上述しように本発明では、放出口３４を設けることでＥＧＲガスを大気へ常時放出することが可能となる。また、ＥＧＲクーラ３３を設けることでＥＧＲガスの温度を低下させることができる。しかし、内燃機関１の運転状態が高負荷状態にあるとき、特に高負荷状態が継続するような場合には、ＥＧＲクーラ３３の負担が大きくなりＥＧＲクーラ３３自体の温度が上昇する虞がある。そこで、第三の実施形態に係る内燃機関１の排気還流装置では、内燃機関１の運転状態が高負荷状態にある場合において、第二のＥＧＲ弁３５の全閉することで、ＥＧＲガスを吸気通路へ導くことを禁止してＥＧＲクーラ３３の負担を軽減することを可能にする。
【００６３】
図８は、ＥＧＲクーラの温度上昇を抑制する制御のフローを示す図である。なお、本制御は、ＥＣＵ１３によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００６４】
ステップＳ２１では、内燃機関１の運転状態として内燃機関１の機関負荷が算出される。なお、機関負荷の算出は、第一の実施形態において説明したステップＳ０１と同様に行うことができる。従って、その説明は省略するものとする。ステップＳ２１の処理が終了すると、ステップＳ２２へ進む。
【００６５】
ステップＳ２２では、内燃機関１の運転状態が高負荷状態であるか判断される。高負荷状態を判断するに際しては、ＥＧＲクーラ３３の温度も併せて判断することが好ましい。運転状態が高負荷状態であってもＥＧＲクーラ３３自体の負担が少ない場合においては、低圧ＥＧＲ通路３１への低圧ＥＧＲガスの流入を遮断する必要がないからである。例えば、機関負荷とＥＧＲクーラ３３の温度との関係を予め実験等に基づいて求めマップ化し、ＥＣＵ１３に記憶させ、このマップから読み取ることでＥＧＲクーラ３３の温度上昇も踏まえた内燃機関の運転状態を算出することが可能となる。図９は、機関負荷とＥＧＲクー
ラの温度との関係を示すマップの一例である。図９における点線は、低圧ＥＧＲガスを吸気通路３へ導くことを禁止する際の基準値である。この基準値は、ＥＧＲクーラの性能に基づいて適宜設定することができる。なお、図の斜線部分が高負荷状態であると判断される領域を示す。ステップＳ２２の処理において高負荷状態であると判断された場合、ステップＳ２３へ進む。一方、ステップＳ２２の処理において高負荷状態ではないと判断された場合、処理を終了する。
【００６６】
ステップＳ２３では、第二のＥＧＲ弁３５が全閉される。これにより、低圧ＥＧＲ通路３１への低圧ＥＧＲガスの流入が遮断され、その結果ＥＧＲクーラ３３の負荷を低減することが可能となる。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る内燃機関１の排気還流装置はこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第一の実施形態に係る内燃機関の排気還流装置の概略構成を示す図である。
【図２】ＥＧＲガスの放出流量の制御のフローを示す図である。
【図３】機関負荷と放出流量との関係を示すマップの一例である。
【図４】放出流量と切替弁の開度との関係を示すマップの一例である。
【図５】第二の実施形態に係る内燃機関の排気還流装置の概略構成を示す図である。
【図６】遅れ時間を考慮したＥＧＲガスの流量制御のフローを示す図である。
【図７】第三の実施形態に係る内燃機関の排気還流装置の概略構成を示す図である。
【図８】ＥＧＲクーラの温度上昇を抑制する制御のフローを示す図である。
【図９】機関負荷とＥＧＲクーラの温度との関係を示すマップの一例である。
【符号の説明】
【００６９】
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・・・コンプレッサハウジング
５ｂ・・・タービンハウジング
６・・・第一スロットル
７・・・エアフローメータ
８・・・インタークーラ
９・・・スロットル
１０・・・パティキュレートフィルタ
１１ａ、１１ｂ・・・圧力センサ
１３・・・ＥＣＵ
１４・・・アクセルペダル
１５・・・アクセル開度センサ
１６・・・クランクポジションセンサ
３０・・・低圧ＥＧＲ装置
３１・・・低圧ＥＧＲ通路
３２・・・切替弁
３３・・・ＥＧＲクーラ
３４・・・放出口
３５・・・低圧ＥＧＲ弁
４０・・・高圧ＥＧＲ装置
４１・・・高圧ＥＧＲ通路
４２・・・高圧ＥＧＲ弁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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