JP2010096143A - 内燃機関の制御装置及びその制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラに新気を逆流させることでＥＧＲクーラに堆積したデポジットを洗浄するにあたり、十分な洗浄効果を発揮させる。
【解決手段】ＥＧＲクーラ２２に所定量以上のデポジットが堆積した堆積状態になっていると判定された場合に、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に再循環させる通常モードから、新気をＥＧＲクーラ２２に逆流させる逆流モードへ切り替える。そして、逆流モード時には、新気の温度を上昇させるよう内燃機関の制御内容を変更する。例えば、低圧ＥＧＲ量増大（制御Ａ）、インタクーラバイパス（制御Ｂ）、冷媒流量減少（制御Ｃ）、燃料添加（制御Ｄ）を実行することにより、逆流する新気の温度を上昇させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備える内燃機関に適用された、内燃機関の制御装置その制御システムに関する。

従来より、内燃機関の燃焼室から排出される排ガスの一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして内燃機関の吸気系に再循環させることで、燃焼温度を低下させて排ガス中のＮＯｘ低減を図ったＥＧＲシステムが知られている。また、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを設けることで、ＥＧＲガスの密度を高めてＮＯｘ低減効果を向上させる技術が従来より知られている。

しかしながら、内燃機関を使用するにつれ、ＥＧＲクーラには排ガス中に含まれる煤等の異物（デポジット）が堆積してくる。すると、ＥＧＲクーラによる冷却能力が低下してＮＯｘ低減効果を十分に向上できなくなる。

そこで、特許文献１記載の制御では、外気から取り込まれて内燃機関の吸気系を流通する新気をＥＧＲクーラに逆流させることで、堆積したデポジットを除去してＥＧＲクーラを洗浄（以下、「逆流洗浄」と記載）することを図っている。
特開平１１−６２７２２号公報

しかしながら、単純に新気を逆流させただけでは十分な洗浄効果を得ることができないことが、本発明者による以下の知見により明らかとなった。

すなわち、ＥＧＲクーラに堆積するデポジットは、排気中の煤や未燃ガスと、ＥＧＲクーラにて冷却されて生じる凝縮水とが混ぜ合わさった状態の異物である。このようなデポジットは、ＥＧＲクーラに排気を流通させる高温下では粘性を有する状態（流動性状態）となっている。しかしながら、ＥＧＲクーラに新気を逆流させると、デポジットは新気により冷却され、デポジットの粘性が低下して粘着力が高まった状態（固着状態）となる。その結果、デポジットはＥＧＲクーラから剥がれ落ちにくくなり、十分な洗浄効果を得ることができなくなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＥＧＲクーラに新気を逆流させることでＥＧＲクーラに堆積したデポジットを洗浄するにあたり、十分な洗浄効果を発揮させる内燃機関の制御装置及びその制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、燃焼室から排出される排ガスの一部を、ＥＧＲガスとして吸気系に再循環させるＥＧＲ配管と、／前記ＥＧＲ配管に設けられ、前記ＥＧＲガスと熱交換して冷却するＥＧＲクーラと、／前記ＥＧＲガスを前記再循環させる通常モードと、外気から取り込まれて前記吸気系を流通する新気を前記ＥＧＲクーラに逆流させる逆流モードとに、前記ＥＧＲガス及び前記新気の流通経路を切り替える切替バルブと、を備えた内燃機関に適用されたものである。

そして、前記ＥＧＲクーラに所定量以上のデポジットが堆積した堆積状態になっているか否かを判定する堆積判定手段と、／前記堆積状態であると判定された場合に、前記逆流モードとなるよう前記切替バルブの作動を制御する逆流制御手段と、／前記逆流モード時に、前記新気の温度を上昇させるよう前記内燃機関の制御内容を変更する新気温度上昇手段と、を備えることを特徴とする。

本発明は、「デポジットが新気により冷却されると、デポジットは粘着力の高まった固着状態となり、ＥＧＲクーラから剥がれ落ちにくくなる」との先述した知見に基づきなされたものであり、逆流モード時に、新気の温度を上昇させるよう内燃機関の制御内容を変更するので、デポジットの粘着力が高まることを抑制できる。よって、新気を逆流させることによりＥＧＲクーラからデポジットが剥がれ落ちやすくなるので、逆流による洗浄効果を十分に発揮させることができる。

新気の温度を上昇させる手法としては、請求項２記載の如く新気を加熱する度合いを増大させることで新気温度上昇を図る手法と、請求項６記載の如く新気を冷却する度合いを減少させることで新気温度上昇を図る手法とが挙げられる。新気加熱度合いを増大させれば、吸気系へ取り込む外気の温度よりも逆流させる新気の温度を高くするよう新気温度を上昇させることができる。新気冷却度合いを減少させれば、逆流させる新気の温度を外気温度に近づけるよう新気温度を上昇させることができる。

また、請求項２記載の発明と請求項６記載の発明とを組み合わせてもよい。すなわち、一方では、新気を加熱する度合いを増大させることで新気温度上昇を図りつつ、他方では、新気を冷却する度合いを減少させることで新気温度上昇を図るようにしてもよい。以下、上記加熱度合い増大及び冷却度合い減少のそれぞれの手法を実現させる具体例について説明する。

＜加熱度合い増大の手法＞
請求項３記載の発明は、過給機、低圧ＥＧＲ配管、及び低圧ＥＧＲバルブが備えられた内燃機関に適用されたものであり、前記ＥＧＲ配管は、前記タービンの上流側から前記ＥＧＲガスを再循環させるよう配置された高圧ＥＧＲ配管である。つまり、本発明が対象とする内燃機関は、タービン通過前の高圧ＥＧＲを再循環させる経路と、タービン通過後の低圧ＥＧＲを再循環させる経路とを備えている。そして、このような内燃機関において、前記新気温度上昇手段は、前記低圧ＥＧＲガスの流量を増大させるよう前記低圧ＥＧＲバルブの制御内容を変更することで、前記新気に対する加熱度合いを増大させることを特徴とする。

これによれば、高圧ＥＧＲの経路では新気逆流によりＥＧＲクーラの洗浄を実施しつつも、低圧ＥＧＲの経路では、外気に比べて高温となっている排気を低圧ＥＧＲガスとして吸気系に再循環させるので、ＥＧＲクーラを逆流させる新気の加熱度合いを容易に増大させることができる。しかも、逆流モード時には高圧ＥＧＲの経路によるＥＧＲの再循環が実施できないものの、本発明によれば逆流モード時であっても低圧ＥＧＲの経路によりＥＧＲの再循環が実施できるので、ＥＧＲ再循環による先述したＮＯｘ低減効果を逆流モード時にも発揮させることができる。

請求項４記載の発明では、前記内燃機関には、前記低圧ＥＧＲ配管に設けられ、前記ＥＧＲガスと熱交換して冷却する低圧ＥＧＲクーラと、排気中の微粒子成分を捕集するフィルタと、が備えられており、前記低圧ＥＧＲ配管は、前記フィルタの下流側から前記ＥＧＲガスを再循環させるよう配置されていることを特徴とする。

この請求項４記載の発明では、高圧ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラを設けることに加え、低圧ＥＧＲ配管にも低圧ＥＧＲクーラを設けている。そのため、低圧ＥＧＲガスの密度を高めてＮＯｘ低減効果を向上させることができる。但し、低圧ＥＧＲ配管は、フィルタの下流側からＥＧＲガスを再循環させるよう配置されているので、低圧ＥＧＲクーラの場合には、高圧側のＥＧＲクーラのようにデポジットが堆積することがないため洗浄は不要である。

請求項５記載の発明では、前記内燃機関には、排気の流速エネルギをタービンの回転力に変換する量を調整することで過給圧を調整する過給圧調整機構を有する過給機が備えられており、前記新気温度上昇手段は、前記過給圧を増大させるよう前記過給圧調整機構の制御内容を変更することで、前記新気に対する加熱度合いを増大させることを特徴とする。

このように過給圧を増大させれば、新気は圧力増大に伴い温度上昇する。よって、過給圧を増大させるよう過給圧調整機構の制御内容を変更するだけで、新気に対する加熱度合いを容易に増大させることができる。

＜冷却度合い減少の手法＞
請求項７記載の発明は、新気を冷却するインタークーラ、インタークーラに対して前記新気を迂回させるバイパス配管、及びバイパス配管への新気流量に対するインタークーラへの新気流量の割合を制御するインタークーラバルブが備えられた内燃機関に適用されたものである。そして、前記新気温度上昇手段は、前記インタークーラへの新気流量の割合を減少させるよう前記インタークーラバルブの制御内容を変更することで、前記新気に対する冷却度合いを減少させることを特徴とする。

これによれば、インタークーラへの新気流量の割合を減少させるようインタークーラバルブの制御内容を変更するだけで、新気に対する冷却度合いを容易に減少させることができる。

請求項８記載の発明では、前記ＥＧＲクーラには、前記ＥＧＲガスと熱交換する冷却媒体の循環流量を調整する冷媒流量調整バルブが設けられており、前記新気温度上昇手段は、前記冷媒流量を減少させるよう前記冷媒流量調整バルブの制御内容を変更することで、前記新気に対する冷却度合いを減少させることを特徴とする。

これによれば、冷媒流量を減少させるよう冷媒流量調整バルブの制御内容を変更するだけで、新気に対する冷却度合いを容易に減少させることができる。

請求項９記載の発明は、過給機が備えられた内燃機関に適用されたものである。そして、前記逆流モード時に前記ＥＧＲクーラを逆流した前記新気が前記タービンの下流側に流入して排出されるよう、前記流通経路は構成されていることを特徴とする。

ここで、逆流して洗浄した後の新気、つまり逆流モード時のＥＧＲクーラ下流側の新気には、ＥＧＲクーラから剥がされた多量のデポジットが含まれている。そして、このような洗浄後の新気をタービンの上流側に流入して排出させようとすると、タービンにデポジットが付着してしまい過給機の作動不良が懸念されるようになる。この点を鑑みた上記請求項９記載の発明では、逆流モード時にＥＧＲクーラを逆流した新気（つまり洗浄後の新気）がタービンの下流側に流入して排出されるよう流通経路を構成しているので、タービンにデポジットが付着することを回避でき、上記懸念を解消できる。

請求項１０記載の発明は、上記制御装置と、前記ＥＧＲ配管、前記ＥＧＲクーラ及び前記切替バルブの少なくとも１つと、を備えることを特徴とする内燃機関の制御システムである。この制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。

以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、本実施形態にかかる制御装置が制御の対象とするエンジン（内燃機関）の概略について、簡単に説明する。本実施形態では、４輪自動車用ディーゼルエンジンを対象にしており、燃焼室に直接的に高圧燃料（例えば噴射圧力「１０００気圧」以上の軽油）を噴射供給（直噴供給）する方式の圧縮着火式エンジンである。また、当該エンジンは、多気筒（例えば直列４気筒）の４ストローク、レシプロ式ディーゼルエンジンを想定している。

次に、エンジンの吸排気系システムの構成について図１を用いて説明する。

当該エンジン１０は、排気系から吸気系に排気を還流させるＥＧＲ配管２０，３０を備えており、排気の一部を吸気管１１に戻すことで、燃焼室１０ａにおける燃焼温度を下げて排ガス中のＮＯｘ低減等を図っている。また、本実施形態では、排気管１２のうち後述するタービン４２の上流側部分（符号１２ａ参照）から排気を還流させる高圧ＥＧＲ配管２０と、排気管１２のうちタービン４２の下流側部分（符号１２ｂ参照）から排気を還流させる低圧ＥＧＲ配管３０と、を備えている。つまり、タービン４２通過前の低圧ＥＧＲを高圧ＥＧＲ配管２０を通じて再循環させる経路と、タービン４２通過後の低圧ＥＧＲを低圧ＥＧＲ配管３０を通じて再循環させる経路とを備えている。

ＥＧＲ配管２０，３０の各々には、ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ流量）を調整するＥＧＲ流量調整装置２１，３１が備えられている。ＥＧＲ流量調整装置２１，３１は、ＥＧＲ配管１０，２０の流路面積を調整する高圧ＥＧＲバルブ２１ａ及び低圧ＥＧＲバルブ３１ａと、ＥＧＲバルブ２１ａ，３１ａを駆動させる電動モータ２１ｂ，３１ｂと、を備えて構成されている。そして、ＥＧＲバルブ２１ａ，３１ａを全開作動させるとＥＧＲ流量は最大となり、全閉作動させるとＥＧＲ流量はゼロとなる。

ＥＧＲ配管２０，３０のうちＥＧＲバルブ２１ａ，３１ａの上流側部分には、ＥＧＲガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ２２及び低圧ＥＧＲクーラ３２が備えられている。このようにＥＧＲガスを冷却することで、ＥＧＲガスの体積減少（密度上昇）を図り、これによって燃焼室１０ａに流入する吸気の充填効率向上を図っている。高圧ＥＧＲクーラ２２の内部には、冷却液（冷却媒体）が循環する冷却液通路と、ＥＧＲガスが流通するガス通路２２ａとが形成されており、ガス通路２２ａを流通するＥＧＲガスは冷却液通路を循環する冷却液と熱交換して冷却される。

なお、前記冷却液にはエンジン冷却水が適用されており、冷却液は図示しないラジエータにより外気と熱交換して冷却される。そして、冷媒流量調整バルブ２２ｂの開度を調整することで、ラジエータを循環している冷却水（符号※１，※２参照）のうち冷却液通路へ流入させる量（冷媒流量※３）を調整する。これにより、高圧ＥＧＲクーラ２２の冷却能力を調整する。なお、低圧ＥＧＲクーラ３２の構成は高圧ＥＧＲクーラ２２と同じであるため、説明を援用する。

高圧ＥＧＲ配管２０のうちＥＧＲバルブ２１ａの上流側部分には、高圧ＥＧＲガスを高圧ＥＧＲクーラ２２に対して迂回させるバイパス配管２３が設けられている。また、高圧ＥＧＲ配管２０のうちＥＧＲクーラ２２の上流側部分であり、バイパス配管２３が分岐する部分には、ＥＧＲガスの流れをＥＧＲクーラ２２とバイパス配管２３とに切り替える切替装置２４が備えられている。切替装置２４は、ＥＧＲ配管２０のうちＥＧＲクーラ２２への流入口２０ａとバイパス配管２３への流入口２０ｂとを切替開閉する切替バルブ２４ａと、切替バルブ２４ａを駆動させる電動モータ２４ｂと、を備えて構成されている。

また、切替バルブ２４ａは、両流入口２０ａ，２０ｂを単に切替開閉するのみならず、両流入口２０ａ，２０ｂを開口させた中間開度位置においてその開度を調整することで、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ２２へ流通させる流量とバイパス配管２３により迂回させる流量との流通割合を調整している。これにより、ＥＧＲクーラ２２の下流側にてバイパス配管２３と合流した部分における、ＥＧＲガスの温度が調整されることとなる。これによれば、高圧ＥＧＲガスの温度を最適値に調整して、高圧ＥＧＲガスを還流させることによるＮＯｘ低減の効果を向上させることができる。

吸気管１１のうち、高圧ＥＧＲ配管２０が接続される部分の上流側には、燃焼室１０ａに流入する吸気のうち新気の流量を調整するスロットルバルブ１３が備えられている。スロットルバルブ１３は電動モータ１３ａにより開閉作動し、全開作動時に新気量は最大となり、全閉作動時に新気量はゼロとなる。

吸気管１１と排気管１２との間にはターボチャージャ４０（過給機）が配設されている。ターボチャージャ４０は、吸気管１１に設けられたコンプレッサインペラ４１（以下、「コンプレッサ」と記載）と、排気管１２に設けられたタービンホイール４２（以下、「タービン」と記載）とを有し、それらがシャフト４３にて連結されている。ターボチャージャ４０では、排気管１２を流れる排気の流速エネルギによってタービン４２が回転し、その回転力がシャフト４３を介してコンプレッサ４１に伝達される。そして、コンプレッサ４１により、エアクリーナ１４の流入口１４ａから取り込まれた外気（新気）が圧縮される。これにより、燃焼室１０ａへ吸入される吸気（新気）が過給されることとなる。

また、本実施形態に係るターボチャージャ４０には、排気の流体エネルギをタービン４２の回転駆動力に変換する割合を設定変更可能にする容量可変型のターボチャージャが採用されている。具体的には、タービン４２には、吹き付けられる排気の流速を可変とするための複数の可変ベーン４４が設けられている。これらの可変ベーン４４は互いに同期した状態で開閉動作する。そして、隣り合う可変ベーン４４間の隙間の大きさ、すなわち可変ベーン４４の開度を変化させることで、前記排気流速を調整し、これによりタービン４２の回転速度が調整される。そして、タービン４２の回転速度が調整されることにより、燃焼室１０ａに強制的に供給される空気の量、すなわち過給圧が調整される。

ターボチャージャ４０にて過給された空気は、インタークーラ５０によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ５０によって吸入空気を冷却して体積減少（密度上昇）を図ることで、燃焼室１０ａに流入する吸気の充填効率向上を図っている。

吸気管１１には、過給された新気をインタークーラ５０に対して迂回させるバイパス配管５１が設けられている。また、吸気管１１のうちインタークーラ５０の上流側部分であり、バイパス配管５１が分岐する部分には、新気の流れをインタークーラ５０とバイパス配管５１とに切り替える切替装置５２が備えられている。切替装置５２は、吸気管１１のうちインタークーラ５０への流入口１１ａとバイパス配管５１への流入口１１ｂとを切替開閉する切替バルブ５２ａと、切替バルブ５２ａを駆動させる電動モータ５２ｂと、を備えて構成されている。

排気管１２のうちタービン４２の下流側、かつ、低圧ＥＧＲ配管３０の分岐箇所１２ｂより上流側には、排気中の微粒子成分（ＰＭ：particulate matters）を捕集するフィルタ６０（ＤＰＦ：diesel particulate filter）が設けられている。したがって、高圧ＥＧＲ配管２０による高圧ＥＧＲはフィルタ６０によりＰＭが捕集されていない状態の排気であるのに対し、低圧ＥＧＲ配管３０による低圧ＥＧＲはフィルタ６０によりＰＭが捕集された状態の排気である。なお、フィルタ６０の下流側には、排気中のＨＣやＣＯを浄化する酸化触媒（図示せず）や、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒（図示せず）等が設けられている。ちなみに、前記酸化触媒はフィルタ６０に備えさせるようにしてもよい。

ところで、エンジン１０を使用するにつれ、高圧ＥＧＲクーラ２２のガス通路２２ａには、排ガス中に含まれる煤等のＰＭを主体とした異物（デポジット）が堆積してくる。すると、ＥＧＲクーラ２２による冷却能力が低下してＮＯｘ低減効果を十分に向上できなくなることが懸念される。

そこで本実施形態では、エアクリーナ１４から取り込まれた外気（新気）をＥＧＲクーラ２２に逆流させることで、堆積したデポジットを除去してＥＧＲクーラ２２を洗浄することを図っている。以下の説明では、排気系から吸気系へＥＧＲガスを再循環させる向きにＥＧＲクーラ２２へＥＧＲガスを流通させる状態を「通常モード」と呼び、吸気系から排気系へ新気を逆流させる向きにＥＧＲクーラ２２へ新気を流通させる状態を「逆流モード」と呼ぶ。

なお、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲクーラ２２に所定量以上のデポジットが堆積した堆積状態になっているか否かを判定する堆積判定手段として機能し、堆積状態であると判定した場合に通常モードから逆流モードへ切り替える。また、逆流モードの実行を所定時間継続したことを条件として通常モードへ復帰させるようにしてもよいし、堆積状態でないと判定した時点で通常モードへ復帰させるようにしてもよい。

堆積判定の具体例としては、ＥＧＲクーラ２２の前後差圧を検出してその差圧が所定値以上になった場合に堆積状態であると判定することが挙げられる。また、サージタンク１６に設置された吸気圧センサ（図示せず）にて検出した吸気圧及び吸気温度に基づき燃焼室１０ａへの吸気量を算出し、算出した吸気量からエアフローメータ（図示せず）にて検出した新気量を減算することで実ＥＧＲ量を算出し、高圧ＥＧＲバルブ２１ａの開度から理論ＥＧＲ量を算出し、算出した実ＥＧＲ量が理論ＥＧＲ量より所定量以上少なくなっている場合に堆積状態であると判定することが挙げられる。

高圧ＥＧＲ配管２０のうち高圧ＥＧＲクーラ２２よりも上流側部分と、排気管１２のうちタービン４２の下流側部分かつフィルタ６０の上流側部分（符号１２ｃ参照）とは、逆流バイパス配管２５により連通されている。また、高圧ＥＧＲ配管２０のうち逆流バイパス配管２５が分岐する部分には、ＥＧＲ配管２０をタービン上流側部分１２ａに連通させる状態と、逆流バイパス配管２５を介してタービン下流側部分１２ｃに連通させる状態とに切り替える切替装置２６が備えられている。切替装置２６は、切替バルブ２６ａと、切替バルブ２６ａを駆動させる電動モータ２６ｂと、を備えて構成されている。切替バルブ２６ａは、ＥＧＲ配管２０のうちタービン上流側部分１２ａへの流通口２０ｃと、タービン上流側部分１２ａへの流通口２０ｄとを切替開閉する。

図２に示すように、通常モード時には、ＥＧＲ配管２０をタービン上流側部分１２ａへ連通させ、逆流バイパス配管２５を閉鎖するよう切替バルブ２６ａを作動させる。これにより、タービン上流側部分１２ａの排気が高圧ＥＧＲガスとして吸気系へと再循環されることとなる。

一方、図３に示す逆流モード時には、ＥＧＲ配管２０を逆流バイパス配管２５へ連通させ、タービン上流側部分１２ａへの流通口２０ｃを閉鎖するよう、ＥＣＵ７０（逆流制御手段）は切替バルブ２６ａを作動させる。これにより、ＥＧＲクーラ２２を逆流した新気は、逆流バイパス配管２５を流通して排気管１２へ排出される。つまり、ＥＧＲクーラ２２を洗浄した新気はタービン４２を迂回して、フィルタ６０等の浄化装置を通過して浄化された後、外部へ排出されることとなる。なお、ＥＧＲクーラ２２から剥がれ落ちたデポジットはフィルタ６０にて捕集される。

また、ＥＧＲクーラ２２へ新気を逆流させるためには、ＥＧＲクーラ２２に対して吸気系側の圧力が排気系側の圧力よりも高くなる「圧力逆転状態」にする必要がある。つまり、吸気圧を増大させて排気圧を減少させるようエンジン１０を制御する必要が有る。

ここで、エンジン１０の出力軸（クランク軸）を減速させるようエンジン１０が作動している時、かつ、過給圧が所定値以上になっており減圧することが要求されている時（以下、「減速減圧時」と記載）には、可変ベーン４４の開度を大きくすることで、排気の流体エネルギをタービン４２の回転駆動力に変換する割合を少なくするよう制御している。したがって、このような減速減圧時には、可変ベーン４４の開度を大きくすることで、排気管１２中の排気圧が低くなっており、しかも、吸気系側の圧力が過剰過給により高くなっている。つまり、先述した圧力逆転状態になっている。

そこで本実施形態では、圧力逆転状態となっていることが想定される減速減圧時に、ＥＧＲ配管２０を逆流バイパス配管２５へ連通させるよう切替バルブ２６ａを作動させる。これにより、吸気系の新気がＥＧＲクーラ２２を逆流し、逆流バイパス配管２５を通じて排気系へ排出されることとなる。

ＥＣＵ７０（電子制御装置）は、エンジン運転状態に基づき、エンジン１０に搭載された各種アクチュエータの作動を制御している。エンジン運転状態の具体例としては、エンジン回転速度、エンジン負荷、運転者によるアクセル操作量、エアクリーナ１４を流通する新気流入量、サージタンク１６内の圧力（吸気圧）、スロットルバルブ１３の開度、エンジン冷却水温度、排気中に含まれるＯ２濃度やＮＯｘ濃度等の検出値が挙げられる。

次に、通常モード時において、ＥＣＵ７０が上記各種アクチュエータの作動を制御する具体例を列挙する。ＥＣＵ７０は、燃料噴射弁１５の作動を制御することで燃料の噴射量や噴射タイミング等を制御する。また、可変ベーン４４の作動を制御することで過給圧を制御する。スロットルバルブ１３の作動を制御することで吸気量を制御する。ＥＧＲバルブ２１ａ，３１ａの作動を制御することで高圧ＥＧＲ量及び低圧ＥＧＲ量を制御する。切替バルブ２４ａ，５２ａの作動を制御することで高圧ＥＧＲの温度及び低圧ＥＧＲの温度を制御する。

また、ＥＣＵ７０は、切替装置２６の切替バルブ２６ａの作動を制御することで、通常モード及び逆流モードを切り替え制御する。つまり、先述した通り、圧力逆転状態となっていることが想定される減速減圧時に、ＥＧＲ配管２０を逆流バイパス配管２５へ連通させるよう切替バルブ２６ａを作動させることで、逆流モードに切り替える。

ちなみに、本実施形態では、吸気系に高圧ＥＧＲを再循環させる高圧ＥＧＲモードと、低圧ＥＧＲを再循環させる低圧ＥＧＲモードと、高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲの両方を再循環させるミックスモードとを、エンジン運転状態に応じて切り替えている。

高圧ＥＧＲモードでは、排気管１２のうちタービン上流側の燃焼室１０ａに近い箇所からＥＧＲガスを取り込んで循環させるため、フィルタ下流側からＥＧＲガスを取り込んで循環させる低圧ＥＧＲモードに比べ、その循環経路を短くできる。そのため、高圧ＥＧＲバルブ２１ａの開度を変化させてからサージタンク１６へ流入する高圧ＥＧＲの流量が実際に変化するまでの応答時間を短くできる。但し、エンジン負荷が増大してくると、過給圧を増大させるよう可変ベーン４４の作動を制御することとなるため、サージタンク１６内の圧力が増大する。すると、高圧ＥＧＲのサージタンク１６への流入が困難となり高圧ＥＧＲが循環しなくなることが懸念されるようになる。

一方、フィルタ６０は一般的にエンジン１０から遠い位置（例えば車両の床下）に配置されるものであるため、フィルタ下流側からＥＧＲガスを取り込んで循環させる低圧ＥＧＲモードでは、高圧ＥＧＲモードに比べその循環経路が長くなる。そのため、低圧ＥＧＲバルブ３１ａの開度を変化させてからコンプレッサ４１へ流入する低圧ＥＧＲの流量が実際に変化するまでの応答時間が長くなってしまう。但し、エンジン負荷が増大してきても、低圧ＥＧＲはコンプレッサ４１により吸入されるため、高圧ＥＧＲの如く循環しなくなるとの懸念は生じない。

以上の説明をまとめると、応答性の点では高圧ＥＧＲモードが有利であるが、エンジン１０の高負荷運転時には循環不可のおそれのない低圧ＥＧＲモードにすることを要する。そこで本実施形態では、通常モード実行時においては、高負荷運転領域では低圧ＥＧＲモードに、中負荷運転領域ではミックスモードに、低負荷運転領域では高圧ＥＧＲモードに切り替えている。

ところで、逆流モードを実行するにあたり、ＥＧＲクーラ２２へ新気を単純に逆流させただけでは十分な洗浄効果を得ることができない。すなわち、ＥＧＲクーラ２２に堆積したデポジットが新気により冷却されると、そのデポジットは粘着力の高まった固着状態となり、ＥＧＲクーラ２２から剥がれ落ちにくくなる。

そこで本実施形態のＥＣＵ７０（新気温度上昇手段）は、逆流モード時には通常モード時に比べて新気温度が高くなるよう、通常モード時のエンジン制御内容から逆流モード時の制御内容へと変更する。以下、逆流モード時に新気温度を上昇させるための各種制御Ａ〜Ｄについて説明する。

＜制御Ａ：低圧ＥＧＲ量増大＞
低圧ＥＧＲ量及び高圧ＥＧＲ量を制御するにあたり、エンジン負荷に応じて低圧ＥＧＲモード、ミックスモード及び高圧ＥＧＲモードに切り替えることは先述した通りである。換言すれば、低圧ＥＧＲバルブ３１ａの開度を制御して低圧ＥＧＲ量を制御するにあたり、図２に示す通常モード時には、エンジン負荷に応じて制御していると言える。

これに対し、図３に示す逆流モード時には、エンジン負荷に拘わらず低圧ＥＧＲバルブ３１ａの開度を所定開度（例えば最大開度）に制御することで、低圧ＥＧＲ量を増大させる。これにより、新気に対する加熱度合いが増大され、ＥＧＲクーラ２２へ逆流させる新気の温度を上昇できる。

また、逆流モード時において、低圧ＥＧＲバルブ３１ａを最大開度に制御することに換え、Ａ／Ｆセンサ（図示せず）により検出された排気酸素濃度が目標排気酸素濃度に近づくよう目標ＥＧＲ量を設定し、その目標ＥＧＲ量となるよう低圧ＥＧＲバルブ３１ａの開度を制御するようにしてもよい。これによれば、低圧ＥＧＲバルブ３１ａを全閉にした場合に比べれば新気温度を上昇でき、しかも、通常モード時に循環させていた高圧ＥＧＲ量の分を、逆流モード時に低圧ＥＧＲで補うことができる。

ちなみに、ＥＧＲ流量が過小の場合には十分なＮＯｘ低減効果が得られず、ＥＧＲ流量が過大の場合には、気筒内の酸素が不足してパティキュレート（特にスモーク）が増加する。これを回避するためには、スモーク発生限界ぎりぎりまでＥＧＲ流量を増やし、スモークの発生なしでＮＯｘを低減させることが要求される。そこで、高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲの目標流量は、スモーク発生ぎりぎりまで増やすよう設定されているが、逆流モード時には高圧ＥＧＲ量がゼロとなる。この点、逆流モード時に高圧ＥＧＲ量の不足分を低圧ＥＧＲで補うよう制御すれば、逆流モード時においてもスモーク抑制とＮＯｘ低減の効果を十分に発揮させることができる。

＜制御Ｂ：インタクーラバイパス＞
ＥＧＲガスを還流させることによるＮＯｘ低減効果は、還流させるＥＧＲの温度によって変化する。よって、ＮＯｘ低減効果が最大限に発揮されるようＥＧＲ温度を最適値に制御することが望ましい。そこで、切替バルブ５２ａの開度を制御して低圧ＥＧＲガスの温度を制御するにあたり、通常モード時には、エンジン運転状態に応じた最適値となるよう切替バルブ５２ａの開度を制御する。

これに対し、逆流モード時には、エンジン運転状態に拘わらず切替バルブ５２ａの開度を所定開度（例えばバイパス配管５１への流入口１１ｂを最大にする開度）に制御することで、インタークーラ５０をバイパスする新気の流量を増大させる。これにより、新気がインタークーラ５０により冷却される度合いを減少できるので、インタークーラ５０で新気の一部を冷却させる場合に比べて、ＥＧＲクーラ２２へ逆流させる新気の温度を上昇できる。

また、通常モード時における切替バルブ５２ａの目標開度を、インタークーラ５０をバイパスさせる側に補正して、逆流モード時にはその補正した目標開度となるよう切替バルブ５２ａの開度を制御するようにしてもよい。

＜制御Ｃ：冷媒流量減少＞
冷媒流量調整バルブ２２ｂの作動を制御するにあたり、通常モード時には、高圧ＥＧＲクーラ２２内部の冷却液通路をエンジン冷却液（冷媒）が循環するよう冷媒流量調整バルブ２２ｂを全開にする。これにより、高圧ＥＧＲクーラ２２による冷却機能が十分に発揮されることとなる。

これに対し、逆流モード時には、高圧ＥＧＲクーラ２２内部への冷媒の流入を停止させるよう冷媒流量調整バルブ２２ｂを全閉にする。これにより、高圧ＥＧＲクーラ２２による冷却機能が著しく低下することとなるので、新気が高圧ＥＧＲクーラ２２により冷却される度合いを減少できる。よって、ＥＧＲクーラ２２へ逆流させる新気の温度を上昇できる。

＜制御Ｄ：燃料添加＞
図１に示すように、高圧ＥＧＲ配管２０のうち高圧ＥＧＲクーラ２２に対してサージタンク１６側の部分には、高圧ＥＧＲ配管２０中に燃料を添加する添加弁１７と、添加した燃料を酸化反応させる触媒１８とが備えられている。そして、通常モード時には、添加弁１７からの燃料添加を禁止するようＥＣＵ７０は添加弁１７の作動を制御する。

これに対し、逆流モード時には、燃料添加を実行するようＥＣＵ７０は添加弁１７の作動を制御する。これにより、添加された燃料は触媒１８上で酸化反応し、その反応熱により新気は加熱され、ＥＧＲクーラ２２へ逆流させる新気の温度を上昇できる。

以上により、本実施形態によれば、逆流モード時には上記各種制御Ａ〜Ｄを実行することで、ＥＧＲクーラ２２へ逆流させる新気の温度を上昇できる。よって、ＥＧＲクーラ２２に堆積したデポジットが新気により冷却される度合いを抑制でき、デポジットの粘着力が高まることを抑制できる。よって、新気を逆流させることによりＥＧＲクーラ２２のガス通路２２ａからデポジットが剥がれ落ちやすくなるので、逆流による洗浄効果を十分に発揮させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記各種制御Ａ〜Ｄは、エンジン運転状態等の各種状況に応じて任意に組み合わせて実行させるようにしてもよい。

・逆流モード時には、通常モード時に比べて過給圧を高めるよう可変ベーン４４を制御することで、逆流新気の温度上昇を図るようにしてもよい。

・高圧ＥＧＲクーラ２２に逆流時の上流側に、新気を加熱する電気ヒータを備え、逆流モード時には電気ヒータにより逆流新気を加熱して温度上昇を図るようにしてもよい。当該電気ヒータは、エンジン１０の暖機運転時において燃焼室１０ａに流入する吸気の温度を上昇させる電気ヒータを兼用するようにして好適である。

・排気弁及び吸気弁の少なくとも一方の開閉弁タイミングを調整するバルブタイミング調整装置が備えられたエンジンにおいて、当該開閉弁タイミングを制御することでＥＧＲクーラ２２へ逆流させる新気の温度上昇を図るようにしてもよい。例えば、排気弁の閉弁タイミングを制御するにあたり、逆流モード時には通常モード時に比べて遅角して閉弁させるよう制御すれば、排気温度が上昇されることとなる。よって、低圧ＥＧＲ温度が上昇して逆流新気温度が上昇する。

・低圧ＥＧＲクーラ２３をバイパスさせるバイパス配管を設置し、逆流モード時には低圧ＥＧＲが低圧ＥＧＲクーラ２３をバイパスするように制御することで、ＥＧＲクーラ２２へ逆流させる新気の温度上昇を図るようにしてもよい。

・逆流モード時には、スロットルバルブ１３及び高圧ＥＧＲバルブ２１ａの開度を全開にすることが望ましい。これによれば、逆流させる新気の流量を増大させてＥＧＲクーラ２２の洗浄効果を向上できる。

・図１に示す実施形態では、逆流バイパス配管２５を、排気管１２のうちタービン４２の下流側部分１２ｃに接続させているが、吸気管１１の所定部分（例えばコンプレッサ４１上流部分）に接続させるようにしてもよい。或いは、低圧ＥＧＲ配管３０に接続させるようにしてもよい。但し、これらの場合には、逆流洗浄によりＥＧＲクーラ２２から剥がれ落ちたデポジットがコンプレッサ４１に付着することとなるため、ターボチャージャ４０の作動不良が懸念される。これに対し図１に示す実施形態では、ＥＧＲクーラ２２から剥がれ落ちたデポジットはフィルタ６０により捕集されるので、上記懸念を解消でき、好適である。

・逆流モード時に逆流新気の温度を上昇させるにあたり、通常モード時に比べて温度上昇するよう各種制御Ａ〜Ｄ等によりエンジン制御内容を変更してもよいし、エアクリーナ１４の流入口１４ａから取り込まれた時点での新気温度（つまり外気温度）よりも逆流新気の温度が高くなるようエンジン制御内容を変更してもよい。或いは、逆流新気が冷却されて外気温度よりも低温にならないようエンジン制御内容を変更してもよい。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関の制御システムを示す模式図。 図１の制御システムが通常モードで作動している時の、ＥＧＲ及び新気の流れを示す図。 図１の制御システムが逆流モードで作動している時の、ＥＧＲ及び新気の流れを示す図。

符号の説明

２０…高圧ＥＧＲ配管（ＥＧＲ配管）、２２…高圧ＥＧＲクーラ（ＥＧＲクーラ）、２６ａ…切替バルブ、３０…低圧ＥＧＲ配管、３１ａ…低圧ＥＧＲバルブ、４０…ターボチャージャ（過給機）、４１…コンプレッサ、４２…タービン、７０…ＥＣＵ（堆積判定手段、逆流制御手段、新気温度上昇手段）。

Claims (10)

1. 燃焼室から排出される排ガスの一部を、ＥＧＲガスとして吸気系に再循環させるＥＧＲ配管と、
   前記ＥＧＲ配管に設けられ、前記ＥＧＲガスと熱交換して冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲガスを前記再循環させる通常モードと、外気から取り込まれて前記吸気系を流通する新気を前記ＥＧＲクーラに逆流させる逆流モードとに、前記ＥＧＲガス及び前記新気の流通経路を切り替える切替バルブと、
   を備えた内燃機関に適用され、
   前記ＥＧＲクーラに所定量以上のデポジットが堆積した堆積状態になっているか否かを判定する堆積判定手段と、
   前記堆積状態であると判定された場合に、前記逆流モードとなるよう前記切替バルブの作動を制御する逆流制御手段と、
   前記逆流モード時に、前記新気の温度を上昇させるよう前記内燃機関の制御内容を変更する新気温度上昇手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記新気温度上昇手段は、前記逆流モード時に、前記新気を加熱する度合いを増大させるよう前記制御内容の少なくとも１つを変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関には、
   排気の流速エネルギにより回転するタービン、及び前記タービンの回転力により回転して前記新気を過給するコンプレッサを有する過給機と、
   前記タービン通過後の排ガスを低圧ＥＧＲガスとして前記タービンの下流側から再循環させる低圧ＥＧＲ配管と、
   前記低圧ＥＧＲガスの流量を制御する低圧ＥＧＲバルブと、
   が備えられており、
   前記ＥＧＲ配管は、前記タービンの上流側から前記ＥＧＲガスを再循環させるよう配置された高圧ＥＧＲ配管であり、
   前記新気温度上昇手段は、前記低圧ＥＧＲガスの流量を増大させるよう前記低圧ＥＧＲバルブの制御内容を変更することで、前記新気に対する加熱度合いを増大させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関には、
   前記低圧ＥＧＲ配管に設けられ、前記ＥＧＲガスと熱交換して冷却する低圧ＥＧＲクーラと、
   排気中の微粒子成分を捕集するフィルタと、
   が備えられており、
   前記低圧ＥＧＲ配管は、前記フィルタの下流側から前記ＥＧＲガスを再循環させるよう配置されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関には、排気の流速エネルギにより回転するタービン、前記タービンの回転力により回転して前記新気を過給するコンプレッサ、及び前記流速エネルギを前記タービンの回転力に変換する量を調整することで過給圧を調整する過給圧調整機構を有する過給機が備えられており、
   前記新気温度上昇手段は、前記過給圧を増大させるよう前記過給圧調整機構の制御内容を変更することで、前記新気に対する加熱度合いを増大させることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記新気温度上昇手段は、前記逆流モード時に、前記新気を冷却する度合いを減少させるよう前記制御内容の少なくとも１つを変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関には、
   前記新気を冷却するインタークーラと、
   前記インタークーラに対して前記新気を迂回させるバイパス配管と、
   前記バイパス配管への新気流量に対する前記インタークーラへの新気流量の割合を制御するインタークーラバルブと、
   が備えられており、
   前記新気温度上昇手段は、前記インタークーラへの新気流量の割合を減少させるよう前記インタークーラバルブの制御内容を変更することで、前記新気に対する冷却度合いを減少させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記ＥＧＲクーラには、前記ＥＧＲガスと熱交換する冷却媒体の循環流量を調整する冷媒流量調整バルブが設けられており、
   前記新気温度上昇手段は、前記冷媒流量を減少させるよう前記冷媒流量調整バルブの制御内容を変更することで、前記新気に対する冷却度合いを減少させることを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記内燃機関には、排気の流速エネルギにより回転するタービン、及び前記タービンの回転力により回転して前記新気を過給するコンプレッサを有する過給機が備えられており、
   前記逆流モード時に前記ＥＧＲクーラを逆流した前記新気が前記タービンの下流側に流入して排出されるよう、前記流通経路は構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置と、前記ＥＧＲ配管、前記ＥＧＲクーラ及び前記切替バルブの少なくとも１つと、を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。

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