(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気の一部を排気還流ガスとして吸気系に導入する排気還流通路と、前記排気還流通路に設けられた冷却手段と、前記冷却手段の下流側の前記排気還流通路に設けられて、前記排気還流通路を全閉する全閉位置から前記排気還流通路を全開する全開位置までの間で開度調整可能な排気還流制御弁と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気還流制御弁の開度を制御する排気還流制御手段と、を有し、
前記排気還流制御手段は、前記排気還流ガスの導入を遮断する導入遮断条件が成立した場合に前記排気還流制御弁を前記全閉位置に制御する一方で、前記排気還流通路内に生成される凝縮水の生成量が許容限度を超えた場合には、前記導入遮断条件が成立した場合であっても、前記吸気系への前記排気還流ガスの導入が許容されるように前記排気還流制御弁の開度を前記全閉位置よりも開き側の所定開度に制御することを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記排気還流制御手段は、前記冷却手段の下流側の前記排気還流ガスのガス温度が所定温度以下の状態が継続した継続時間に基づいて前記凝縮水の生成量を推定する凝縮水生成量推定手段と、前記継続時間が閾値を超えたか否かに基づいて前記凝縮水の生成量が前記許容限度を超えたか否かを判断する限界水量判定手段と、を備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気の一部を吸気系に導入する内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却水を冷媒とした熱交換器を排気還流通路に設けるとともに排気系から取り出したガス（排気還流ガス）を熱交換器に通過させるように構成した内燃機関の排気還流装置が知られている。熱交換器を備えた排気還流装置の場合、排気中の水分が熱交換器にて冷却されることによって凝縮水に変化し、その凝縮水が排気還流通路内に生成される。このような排気還流装置には、吸気系に導入する排気還流ガスのガス量を調整するため、排気還流通路を全閉位置から全開位置までの間で開度調整可能な排気還流制御弁が設けられていて、その排気還流制御弁の開度は内燃機関の運転状態に応じて適宜制御される。
【０００３】
排気還流通路内に生成された凝縮水を低減する技術として、凝縮水の流れ落ちる位置に高温の排気還流ガスを供給しそのガスの熱を利用して凝縮水を蒸発させるものがある（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−０８８７２８号公報
【特許文献２】特表２００４−５１９５７８号公報
【特許文献３】特開２００３−２０１８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
凝縮水の生成量が許容限度を超えた状況で、排気還流制御弁にて排気還流通路が絞られると、排気還流通路内の圧力が上昇し、その圧力によって凝縮水が排気還流通路の外部に漏れ出すおそれがある。上記の各文献は、凝縮水の生成量に関連して排気還流制御弁の開度を操作するものではないため、凝縮水の生成量が許容限度を超えた状況で排気還流通路が排気還流制御弁にて絞られてしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、排気還流装置で生成された凝縮水が外部へ漏出することを抑制できる内燃機関の排気還流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】
【０００７】
本発明の排気還流装置は、内燃機関の排気の一部を排気還流ガスとして吸気系に導入する排気還流通路と、前記排気還流通路に設けられた冷却手段と、前記冷却手段の下流側の前記排気還流通路に設けられて、前記排気還流通路を全閉する全閉位置から前記排気還流通路を全開する全開位置までの間で開度調整可能な排気還流制御弁と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気還流制御弁の開度を制御する排気還流制御手段と、を有し、前記排気還流制御手段は、前記排気還流ガスの導入を遮断する導入遮断条件が成立した場合に前記排気還流制御弁を前記全閉位置に制御する一方で、前記排気還流通路内に生成される凝縮水の生成量が許容限度を超えた場合には、前記導入遮断条件が成立した場合であっても、前記吸気系への前記排気還流ガスの導入が許容されるように前記排気還流制御弁の開度を前記全閉位置よりも開き側の所定開度に制御することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
この排気還流装置によれば、排気通路内に生成される凝縮水の生成量が許容限度を超えた場合に、排気還流制御弁の開度が全閉位置よりも開き側の所定開度に制御される。そのため、排気還流通路内に生成された凝縮水の生成量が許容限度を超えた状況で、排気還流通路が排気還流制御弁によって絞られることにより、排気還流通路内の圧力が上昇し、その圧力によって凝縮水が排気還流通路の外部に漏れ出すことを抑制することができる。凝縮水が漏れ出す可能性のある箇所は排気還流装置の構成に応じて種々想定される。例えば、排気還流装置が、排気還流通路に設けた冷却手段を迂回するバイパス通路と、そのバイパス通路を開閉する弁体と、その弁体が一体回転可能に設けられてバイパス通路を貫くようにして外部に露出する弁軸とを備えている場合には、その弁軸が外部に露出する箇所において凝縮水が弁軸を伝って外部に漏れ出る可能性がある。本発明の排気還流装置によれば、このような構成においても凝縮水の生成量が所定限度を超えた状況で排気還流制御弁によって排気還流通路が絞られることが回避されるので凝縮水の外部への漏出を抑制することができる。排気還流ガスの吸気系への導入は燃焼温度を低下させて排気中の窒素酸化物を低減するために実行されるが、排気還流ガスを導入することによってスモークが発生する運転領域が存在する。この排気還流装置は、内燃機関がそのような運転領域にある場合、即ち導入遮断条件が成立した場合にスモークの発生を抑制するため排気還流ガスの導入が遮断されるように排気還流制御弁を全閉位置に制御する一方で、凝縮水の生成量が所定の限界を超えた場合には排気還流制御弁が開かれる。そのため、凝縮水の生成量が許容限度を超えた状況で導入遮断条件が成立した場合であっても、排気還流通路が排気還流制御弁にて閉鎖されることにより凝縮水が堰き止められることを防止できる。
【０００９】
凝縮水の生成量は種々の方法で取得できる。例えば、排気還流通路内に凝縮水の液位を検出できるレベルセンサを設け、そのセンサから直接的に凝縮水の生成量を取得してもよいし、凝縮水の生成量と相関する物理量に基づいて推定してもよい。例えば、前記排気還流制御手段は、前記冷却手段の下流側の前記排気還流ガスのガス温度が所定温度以下の状態が継続した継続時間に基づいて前記凝縮水の生成量を推定する凝縮水生成量推定手段と、前記継続時間が閾値を超えたか否かに基づいて前記凝縮水の生成量が前記許容限度を超えたか否かを判断する限界水量判定手段と、を備えてもよい（請求項２）。冷却手段の下流側の排気還流ガスのガス温度が所定の温度以下であると、生成した凝縮水が排気還流ガスの熱によって蒸発せずに、生成された凝縮水が増加して行く傾向にある。従って、所定温度以下の状態が継続する継続時間に基づいて凝縮水の生成量を推定することができる。その継続時間が長くなるほど凝縮水の生成量は増加するので、その継続時間に閾値を設定することにより、許容限度を超えたか否かを判定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明の排気還流装置によれば、排気通路内に生成される凝縮水の生成量が許容限度を超えた場合に、排気還流制御弁の開度が全閉位置よりも開き側の所定開度に制御されので、凝縮水の生成量が許容限度を超えた状況で、排気還流通路が排気還流制御弁によって絞られることにより排気還流通路内の圧力が上昇し、その圧力によって凝縮水が排気還流通路の外部に漏れ出すことを抑制することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る排気還流装置の内部構成の要部を示した断面模式図である。排気還流装置１は、内燃機関の排気の一部（排気還流ガス）を取り出す排気還流通路２を有しており、その排気還流通路２には、排気還流ガスを冷却するための冷却ユニット３と、その冷却ユニット３の下流側に配置されて排気還流ガスの流量を調整する排気還流制御弁４とがそれぞれ設けられている。排気還流通路２は、その上流側の一端が排気マニホールド等の内燃機関の排気系１００に接続され、その下流側の他端が吸気マニホールド等の内燃機関の吸気系１０１に接続されている。
【００１３】
冷却ユニット３は、排気還流通路２を二つの通路に区分ように延びる隔壁３３が設けられた筒状の本体部３１と、その本体部３１の下流側に接続された通路切替部３２とを備えている。隔壁３３にて区分された一方の通路３４には冷却手段としての熱交換器３６が配置されている。隔壁３３にて区分された他方の通路３５は熱交換器３６を迂回するバイパス通路として機能する。隔壁３３は本体部３１と通路切替部３２との境界まで延びている。本体部３１が有する熱交換器３６は導入口３６ａから導入した冷却水等の冷媒を排出口３６ｂから排出して冷媒を循環させることにより、熱交換器３６に導入された排気還流ガスと冷媒との間で熱交換できるように構成されている。熱交換器３６の下流側の排気還流通路２（通路３４）には、排気還流ガスのガス温度に対応した信号を出力する温度センサ５が設けられている。
【００１４】
通路切替部３２は、本体部３１の通路３４と接続されて排気還流通路２の一部を構成する第１通路３７ａと、本体部３１の通路３５と接続されてバイパス通路の一部を構成する第２通路３７ｂとを有するハウジング３７を備えている。通路３７ａ、３７ｂには通路形状に対応するように構成された板状の弁体３８が一つずつ設けられている。各弁体３８はボルト等の締結手段にて弁軸３９に取付けられており、その弁軸３９は第１通路３７ａ及び第２通路３７ｂのそれぞれを横切るように延びて第２通路３７ｂ側の一端がハウジング３７の外部に露出している。ハウジング３７は弁軸３９を回転可能に支持しており、通路切替部３２は各弁体３８が弁軸３９の回転軸線ＣＬを中心として弁軸３９と一体回転できるように構成される。
【００１５】
各弁体３８は、第１通路３７ａの弁体３８と第２通路３７ｂの弁体３８とが弁軸３９に対して取付け位置を互いに略９０°ずらすようにして弁軸３９に取付けられている。そのため、第１通路３７ａが弁体３８にて開放された場合には第２通路３７ｂが弁体３８にて閉鎖され、逆に第１通路３７ａが弁体３８にて閉鎖された場合には第２通路３７ｂが弁体３８にて開放される。即ち、通路切替部３２は弁軸３９の回転位置を変化させることにより、排気還流通路（第１通路３７ａ）を開放する一方でバイパス通路（第２通路３７ｂ）を閉鎖する通過位置と、排気還流通路を閉鎖する一方でバイパス通路を開放する迂回位置との間で切替え可能な通路切替手段として機能する。なお、図１は通過位置の状態を示している。弁軸３９はその一端にリンク結合されたアクチュエータ４０により回転駆動される。アクチュエータ４０は後述するエンジンコントロールユニット１０にてその動作が制御されるが、その制御は公知のものと同様でよいので詳細な説明は省略する。
【００１６】
排気還流制御弁４は、冷却ユニット３の下流側の排気還流通路２に配置され、その排気還流通路２を全閉する全閉位置Ｐ１から全開する全開位置Ｐ２までの間で開度調整可能に構成されている。図１は全閉位置Ｐ１の状態を示している。排気還流制御弁４は、排気還流通路２に形成された弁座２ａに着座して排気還流通路２を閉鎖できる弁体４１と、弁体４１を駆動するためのアクチュエータ４２と、弁体４１とアクチュエータ４２とを連結する弁軸４３とを備えている。アクチュエータ４２は内燃機関の運転状態を適正に制御するためのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０に接続されていて、そのアクチュエータ４２の動作はＥＣＵ１０にて制御される。ＥＣＵ１０には、上述した温度センサ５、内燃機関の機関回転数（回転速度）に対応した信号を出力する回転数センサ６、内燃機関のアクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ７がそれぞれ接続されている。なお、ＥＣＵ１０には、これらのセンサの他に各種のセンサが接続されているが図示を省略した。
【００１７】
次に、排気還流装置１の制御について図２及び図３を参照して説明する。図２はＥＣＵ１０が所定の間隔で繰り返し実行する排気還流制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ１０が内蔵するＲＯＭ等の記憶手段に格納されていて、ＥＣＵ１０は記憶手段からそのプログラムを適宜に読み出して実行する。まず、ＥＣＵ１０はステップＳ１において内燃機関の運転状態、例えば機関回転数Ｎｅや燃料噴射量（負荷）Ｑを取得する。機関回転数Ｎｅは回転数センサ６からの信号に基づいて取得できる。燃料噴射量Ｑは例えばアクセル開度と機関回転数Ｎｅとを変数としたマップを記憶手段に予め記憶しておき、回転数センサ６及びアクセル開度センサ７からの信号を参照するとともにそのマップを参照することにより取得できる。
【００１８】
ステップＳ２では、内燃機関の運転状態に応じた排気還流制御弁４の開度となるように排気還流制御弁４を制御するため、排気還流ガスの導入を実行するＥＧＲ実行領域ＡＲ１又は排気還流ガスの導入を遮断するＥＧＲカット領域ＡＲ２のいずれに該当するか否かを判定する。この判定は、例えば、図３に示すように燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎｅとを変数として各領域ＡＲ１、ＡＲ２を定義したマップを記憶手段に記憶させておき、このマップを参照することにより実現できる。
【００１９】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２で判定した領域がＥＧＲ実行領域ＡＲ１である場合はステップＳ４に、ＥＧＲカット領域である場合はステップＳ５に処理をそれぞれ進める（ステップＳ３）。ステップＳ４では、内燃機関の運転状態に応じた開度ｘとなるように排気還流制御弁４を制御（通常制御）し、その後今回のルーチンを終了する。
【００２０】
ステップＳ５では、排気還流通路２内に生成される凝縮水の生成量ｑｗを推定する。この形態では、凝縮水の生成量ｑｗは熱交換器３６の下流側の排気還流ガスのガス温度と、そのガス温度が所定温度以下の状態が継続する継続時間αとに基づいて推定される。ＥＣＵ１０は温度センサ５からの信号に基づいて熱交換器３６の下流側の排気還流ガスのガス温度を検出し、その温度が所定温度以下である継続時間を計測する機能を有している。所定温度を超えた場合は継続時間を計測するためのカウンタをリセットし、その後所定温度以下になった時から継続時間の計測を開始する。
【００２１】
続くステップＳ６では、凝縮水の生成量ｑｗが許容限度内か否かを判定する。この形態では、その許容限度に対応する継続時間の閾値βが予め設定されている。そこで、ステップＳ５で計測した継続時間αが閾値β未満（α＜β）であるときは、その状態で排気還流制御弁４を全閉位置（開度＝０）としても不都合はないので、許容限度内であると判断してステップＳ７に進み、排気還流制御弁４の開度が０となるように排気還流制御弁４を制御して今回のルーチンを終了する。閾値βは排気還流装置１の構成に応じて適宜に設定されるものであり、この閾値βは内燃機関の運転状態に応じて変化させてもよいし、運転状態に拘わらず固定させてもよい。閾値βは外部に漏出する程の凝縮水が生成されているか否かを判断できる値としての意義を有している。
【００２２】
一方、ステップＳ５で計測した継続時間αが閾値β以上（α≧β）であるときは、処理をステップＳ８に進め、所定の開き側の開度＝ａ（ａ≠０）となるように排気還流制御弁４を制御する。この制御はＡ秒経過するまで維持される（ステップＳ９）。これによって、排気還流通路２内に生成された凝縮水を排気還流ガスの流れによって蒸発させて低減させることができる。開度ａ及び時間Ａ秒は、排気還流ガスの導入に伴うスモークの発生量が許容値を超えない限度でそれぞれ設定される。好ましくは、その限度内でできる限り大きな値となるように開度ａ及び時間Ａ秒をそれぞれ設定するとよい。ステップＳ９においてＡ秒経過したと判定した場合には、今回のルーチンを終了する。
【００２３】
以上の形態によれば、内燃機関がＥＧＲカット領域ＡＲ２に属する場合、即ち導入遮断条件が成立した場合にスモークの発生を抑制するため排気還流ガスの導入が遮断されるように排気還流制御弁４を全閉位置に制御する一方で、凝縮水の生成量が所定の限界を超えた場合には排気還流制御弁４が開かれるので、凝縮水の生成量が許容限度を超えた状況で導入遮断条件が成立した場合であっても、排気還流通路２が排気還流制御弁４にて閉鎖されることにより凝縮水が堰き止められることを防止できる。それにより、排気還流通路２内の圧力が上昇し、その圧力によって凝縮水が排気還流通路２の外部に漏れ出すことを抑制することができるようになる。
【００２４】
以上の形態において、図２の制御ルーチンを実行することによりＥＣＵ１０は排気還流制御手段として、図２のステップＳ５を実行することによりＥＣＵ１０は凝縮水生成量推定手段として、図２のステップＳ６を実行することによりＥＣＵ１０は限界水量判定手段としてそれぞれ機能する。但し、本発明は以上の形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。図示の形態では、冷却手段とバイパス通路とが一体化されているが、これらが別体化された形態として本発明を実施してもよい。また、冷却ユニットの通路切替部が出口側に接続されているが、入口側に接続した形態で本発明を実施してもよい。
【００２５】
上述の形態では、ＥＧＲカット領域ＡＲ２に属する場合に排気還流ガスの導入を遮断せずに排気還流制御弁４の開度がａ（ａ≠０）となるように排気還流制御弁４を制御しているが（図２のステップＳ３、ステップＳ６、ステップＳ８及びステップＳ９）、ＥＧＲ実行領域ＡＲ１に属する場合であっても、凝縮水の生成量が許容限度を超えた場合に、内燃機関の運転状態に応じて設定される開度ｘに制御せずに、排気還流制御弁４の開度をａ（ａ≠０かつａ≧ｘ）となるように排気還流制御弁４を制御してもよい。こうすることにより、凝縮水の生成量が許容限度を超えた場合に排気還流通路２が排気還流制御弁４によって絞られることを回避することができる。
【００２６】
熱交換器３６の下流側のガス温度は、温度センサ５から直接検出するのではなく、排気還流ガス温度と相関する物理量から推定してもよい。例えば内燃機関の冷却水温（熱交換器３６の冷媒温度）と内燃機関の燃料噴射量とを変数として排気還流ガス温度を与えるマップを予め記憶手段に記憶させておき、これを参照することによってそのガス温度を推定してもよい。
【００２７】
図４に示すように、凝縮水の生成量は、排気還流通路２内に凝縮水を溜めることができる凝縮水保持部５０を設けるとともに、その保持部５０に溜った凝縮水の液位Ｘを検出するレベルセンサ５１を設け、そのレベルセンサ５１の出力から直接的に取得しても構わない。その他に、上述したガス温度や継続時間とは異なる凝縮水の生成量と相関する物理量からその生成量を推定してもよいし、生成量自体を検出する手段を設け、その手段から生成量を直接取得してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る排気還流装置の内部構成の要部を示した断面模式図。
【図２】実施形態に係る排気還流制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図３】燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎｅとを変数として領域ＡＲ１、ＡＲ２を定義したマップの一例を示した模式図。
【図４】本発明の他の形態を説明する説明図。
【符号の説明】
【００２９】
１  排気還流装置
２  排気還流通路
４  排気還流制御弁
１０  ＥＣＵ（排気還流制御手段、凝縮水生成量推定手段、限界水量判定手段）
３２  通路切替部（通路切替手段）
３３  隔壁
３６  熱交換器（冷却手段）
１０１  吸気系
Ｐ１  全閉位置
Ｐ２  全開位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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