JP2008280953A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ通路を備える場合に、低圧ＥＧＲガスを起因とする凝縮水の発生を抑えて低圧ＥＧＲガスが流通する部位での腐食を抑制する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び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、タービンより下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、コンプレッサより上流の吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、低圧ＥＧＲ通路に配置された蒸発器を有し、低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガスを冷却するヒートポンプと、を備え、排気通路の排気のＮＯｘ濃度が所定濃度以上であり、かつ、蒸発器よりも下流の低圧ＥＧＲ通路における低圧ＥＧＲガスの温度が新気の温度より高い場合に、ヒートポンプを作動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

内燃機関から排出されたエキゾーストマニホールドの排気を内燃機関のインテークマニホールドに還流させるＥＧＲ通路（高圧ＥＧＲ通路ともいう）を備える。そして、このＥＧＲ通路中に熱交換器を有し、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを熱交換器で冷却することでＥＧＲバルブの損傷を防止すると共に、冷却したＥＧＲガスを熱交換器で再度加熱することで凝縮水の発生を抑えて機関本体の腐食を防止する技術が開示されている（特許文献１参照）。
特開平９−３２６５３号公報 特開２００２−８９３７５号公報 特許第３６６６５８３号公報 特開平９−３２４７０７号公報 特開２００６−２７４９６１号公報 特開２００６−２００３６２号公報

ところで、ＥＧＲ通路として、ターボチャージャのタービンより下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路を備える場合がある。

この低圧ＥＧＲ通路は、吸気通路との接続部がインタークーラよりも上流の吸気通路に位置するため、還流された低圧ＥＧＲガスが混入した吸気がインタークーラで冷却される際に凝縮水が発生し、インタークーラの腐食が生じるおそれがあった。

すなわち、低圧ＥＧＲ通路を備える場合には、低圧ＥＧＲ通路内で凝縮水が発生しなくても、その後、低圧ＥＧＲガスが還流される吸気通路において凝縮水が発生する場合があり、上記従来技術ように単に低圧ＥＧＲ通路内での凝縮水の発生を抑えればよいというものではなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので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、低圧ＥＧＲ通路を備える場合に、低圧ＥＧＲガスを起因とする凝縮水の発生を抑えて低圧ＥＧＲガスが流通する部位での腐食を抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
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通路に配置された蒸発器を有し、前記低圧ＥＧＲ通路を流通する前記低圧ＥＧＲガスを冷却するヒートポンプと、
を備え、
前記排気通路の排気のＮＯｘ濃度が所定濃度以上であり、かつ、前記蒸発器よりも下流の前記低圧ＥＧＲ通路における前記低圧ＥＧＲガスの温度が新気の温度より高い場合に、前記ヒートポンプを作動させることを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。

低圧ＥＧＲ通路は、吸気通路との接続部がインタークーラよりも上流の吸気通路に位置するため、還流した低圧ＥＧＲガスが混入した吸気がインタークーラで冷却される際に凝縮水が発生し、インタークーラの腐食が生じるおそれがあった。

すなわち、低圧ＥＧＲ通路を備える場合には、低圧ＥＧＲ通路内で凝縮水が発生しなくても、その後、低圧ＥＧＲガスが還流される吸気通路において凝縮水が発生する場合があり、単に低圧ＥＧＲ通路内での凝縮水の発生を抑えればよいというものではなく、低圧ＥＧＲガスが還流される吸気通路を含む、低圧ＥＧＲガスが流通する部位全てにおいて凝縮水の発生を抑える必要があった。

また、凝縮水によって腐食を生じさせる場合は、凝縮水のｐＨがｐＨ≦４となる場合である。凝縮水のｐＨは、主に内燃機関から排出される排気のＮＯｘ濃度でほぼ決まってくることがわかっている。このため、排気のＮＯｘ濃度が低くなる機関運転域では、凝縮水が発生しても腐食の問題は生じない。

そこで、本発明にあっては、排気通路の排気のＮＯｘ濃度が所定濃度以上であり、かつ、ヒートポンプの蒸発器よりも下流の低圧ＥＧＲ通路における低圧ＥＧＲガスの温度が新気の温度より高い場合に、ヒートポンプを作動させるようにした。

なお、所定濃度は、排気のＮＯｘ濃度がその濃度以上であると、その排気を含む低圧ＥＧＲガスから生じる凝縮水のｐＨがｐＨ≦４となり、凝縮水が腐食を生じさせてしまう濃度である。

これによると、排気のＮＯｘ濃度が所定濃度以上であり、凝縮水のｐＨがｐＨ≦４となる場合、かつ、低圧ＥＧＲガスの温度が新気の温度より高く、低圧ＥＧＲガスの飽和蒸気圧が新気の飽和蒸気圧より高く、低圧ＥＧＲガスの温度が下がると凝縮水を発生させてしまう場合に、ヒートポンプを作動させ、低圧ＥＧＲガスを冷却する。このように低圧ＥＧＲガスが冷却されると、低圧ＥＧＲガスの飽和蒸気圧が低くなり、蒸発器を出た低圧ＥＧＲガスに起因する凝縮水の発生を抑えることができる。特に、ターボチャージャのコンプレッサで過給される前の新気（外気）と同等温度まで低圧ＥＧＲガスの温度を下げれば、コンプレッサで過給後の低圧ＥＧＲガスを含む吸気が内燃機関の吸気通路に配置されるインタークーラによって冷却されても凝縮水が発生しない。したがって、低圧ＥＧＲガスが流通する部位での腐食を抑制することができる。

前記ヒートポンプを作動させる際、前記蒸発器よりも下流の前記低圧ＥＧＲ通路における前記低圧ＥＧＲガスの温度を目標温度まで低下させるための前記ヒートポンプの仕事量を算出する仕事量算出手段をさらに備えるとよい。

これによると、ヒートポンプの仕事量が算出されるため、効率よくヒートポンプを作動させ、低圧ＥＧＲガスを冷却することができる。

前記排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記ヒートポンプが作動することにより前記蒸発器に溜まる凝縮水を、前記空燃比検出手段よりも下流の前記排気通路へ排出する凝縮水排出通路と、をさらに備えるとよい。

これによると、空燃比検出手段が凝縮水にさらされなくなり、空燃比検出手段は腐食せ
ず良好な検出を長期間維持できる。

また、本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
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、
前記吸気通路を減圧する減圧手段と、
を備え、
前記内燃機関の停止時に、前記減圧手段によって前記吸気通路を減圧することを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。

低圧ＥＧＲ通路は、吸気通路との接続部がインタークーラよりも上流の吸気通路に位置するため、低圧ＥＧＲガスが混入した吸気がインタークーラで冷却される際に凝縮水が発生し、インタークーラの腐食が生じるおそれがあった。

すなわち、低圧ＥＧＲ通路を備える場合には、低圧ＥＧＲ通路内で凝縮水が発生しなくても、その後、低圧ＥＧＲガスが還流される吸気通路において凝縮水が発生する場合があり、単に低圧ＥＧＲ通路内での凝縮水の発生を抑えればよいというものではなく、低圧ＥＧＲガスが還流される吸気通路において凝縮水の発生を抑える必要があった。

そこで、本発明にあっては、内燃機関の停止時に、減圧手段によって吸気通路を減圧するようにした。

これによると、内燃機関の停止時に吸気通路に滞留する低圧ＥＧＲガスを含む吸気を減圧して少なくし、内燃機関の停止後の吸気通路における凝縮水の発生を抑えることができる。したがって、低圧ＥＧＲガスが流通する部位での腐食を抑制することができる。

前記減圧手段は、前記コンプレッサを逆回転させて前記吸気通路の吸気を逆流させて前記コンプレッサよりも下流の前記吸気通路を減圧するとよい。

これによると、コンプレッサを逆回転させるだけで容易にコンプレッサよりも下流の吸気通路を減圧することができる。特に、コンプレッサよりも下流の吸気通路にはインタークーラが配置されているため、インタークーラ内を減圧し、インタークーラ内での凝縮水の発生を抑えインタークーラの腐食を抑制することができる。

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ通路を備える場合に、低圧ＥＧＲガスを起因とする凝縮水の発生を抑えて低圧ＥＧＲガスが流通する部位での腐食を抑制できる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜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とその吸・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、４つの気筒２を有する水冷式の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には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。

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のコンプレッサ５ａが配置されている。また、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第１スロットル弁６が配置されている。この第１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。第１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内を流通する新気吸入空気（以下、新気という）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の新気量が測定される。エアフローメータ７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温度を検出する新気温度センサ８が配置されている。

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９が配置されている。そして、インタークーラ９よりも下流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調整する第２スロットル弁１０が設けられている。この第２スロットル弁１０は、電動アクチュエータにより開閉される。

一方、内燃機関１に接続された排気通路４の途中には、ターボチャージャのタービン５ｂが配置されている。また、タービン５ｂよりも下流の排気通路４には、排気浄化装置１１が配置されている。

排気浄化装置１１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ている。フィルタには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下単にＮＯｘ触媒という）が担持されている。

また、排気浄化装置１１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ＮＯｘ濃度を検出する排気ＮＯｘ濃度センサ１２が配置されている。排気ＮＯｘ濃度センサ１２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空燃比を検出する排気空燃比センサ１３が配置されている。この排気空燃比センサ１３が、本発明の空燃比検出手段に相当する。

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、低圧ＥＧＲクーラ３３、及びヒートポンプ３４を備えて構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、排気浄化装置１１よりも下流かつ排気ＮＯｘ濃度センサ１２よりも上流側の排気通路４と、コンプレッサ５ａよりも上流かつ第１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。そして、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。この低圧ＥＧＲ通路３１が本発明のＥＧＲ通路に相当する。

また、低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１内に配置され、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。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、第１スロットル弁６の開度を調整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。

さらに、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。

ヒートポンプ３４は、低圧ＥＧＲクーラ３３よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１に配置され冷媒を気化させる蒸発器３５と、冷媒を圧縮する圧縮機３６と、冷媒を液化する凝縮器３７と、冷媒を膨張させる膨張機３８と、を有する。蒸発器３５は、耐腐食性材料で構成されており、凝縮水では腐食されないようになっている。蒸発器３５、圧縮機３６、凝縮器３７、及び膨張機３８の間は冷媒が流通しており、蒸発器３５で熱を冷媒に吸収し、凝縮器３７で熱を冷媒から放出する。そして、ヒートポンプ３４は、該蒸発器３５を通過する低圧ＥＧＲガスから蒸発器３５の冷媒に熱を受け渡すことで該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

なお、ヒートポンプ３４の圧縮機３６と膨張機３８とを駆動する駆動源は、内燃機関１からの駆動力や不図示のバッテリなどからの電力である。また、凝縮器３７で得られる熱は、内燃機関１の暖機のために蓄熱されたり、車室内暖房に利用されたりする。本実施例では、低圧ＥＧＲクーラ３３をヒートポンプ３４の蒸発器３５の上流に備える構成であるが、これに限られず、低圧ＥＧＲクーラ３３を備えない構成であってもよい。

ここで、ヒートポンプ３４が作動して低圧ＥＧＲガスが冷却された際に蒸発器３５に凝縮水が溜まる。このため、蒸発器３５に溜まった凝縮水を排気通路４へ排出する凝縮水排出通路１４が設けられている。凝縮水排出通路１４は、蒸発器３５から排気空燃比センサ１３よりも下流の排気通路４へ通じている。

ヒートポンプ３４の蒸発器３５よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１には、該低圧ＥＧＲ通路３１内を流通する低圧ＥＧＲガスの温度を検出する低圧ＥＧＲガス温度センサ３９が配置されている。

一方、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路３へ還流させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。この高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１、及び高圧ＥＧＲ弁４２を備えて構成されている。

高圧ＥＧＲ通路４１は、タービン５ｂよりも上流側の排気通路４と、コンプレッサ５ａよりも下流側の吸気通路３と、を接続している。この高圧ＥＧＲ通路４１を通って、排気が高圧で内燃機関１へ送り込まれる。そして、本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を流通して還流される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。

また、高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１に配置され、高圧ＥＧＲ通路４１の通路断面積を調整することにより、該高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの量を調節する。なお、高圧ＥＧＲガス量の調節は、高圧ＥＧＲ弁４２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、第２スロットル弁１０の開度を調整することにより高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより高圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。また、ターボチャージャのタービン５ｂが可変容量型の場合には、タービン５ｂの流量特性を変更するノズルベーンの開度を調整することによっても高圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。

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ＥＣＵ１５が併設されている。このＥＣＵ１５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。

ＥＣＵ１５には、エアフローメータ７、新気温度センサ８、排気ＮＯｘ濃度センサ１２、排気空燃比センサ１３、及び低圧ＥＧＲガス温度センサ３９などの各種センサが電気配
線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１５に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１５には、第１スロットル弁６、第２スロットル弁１０、低圧ＥＧＲ弁３２、及び高圧ＥＧＲ弁４２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ＥＣＵ１５によりこれらの機器が制御される。

ところで、低圧ＥＧＲ通路３１は、吸気通路３との接続部がインタークーラ９よりも上流の吸気通路３に位置するため、吸気通路３に還流した低圧ＥＧＲガスが混入した吸気がインタークーラ９で冷却される際に凝縮水が発生し、インタークーラ９の腐食が生じるおそれがあった。

すなわち、低圧ＥＧＲ通路３１を備える場合には、低圧ＥＧＲ通路３１内で凝縮水が発生しなくても、その後、低圧ＥＧＲガスが還流される吸気通路３において凝縮水が発生する場合があり、単に低圧ＥＧＲ通路３１内での凝縮水の発生を抑えればよいというものではなく、低圧ＥＧＲガスが還流される吸気通路３を含む、低圧ＥＧＲガスが流通する部位全てにおいて凝縮水の発生を抑える必要があった。

また、凝縮水によって腐食を生じさせる場合は、凝縮水のｐＨがｐＨ≦４となる場合である。凝縮水のｐＨは、主に内燃機関１から排出される排気のＮＯｘ濃度でほぼ決まってくることがわかっている。このため、排気のＮＯｘ濃度が低くなる機関運転域では、凝縮水が発生しても腐食の問題は生じない。

そこで、本実施例にあっては、排気ＮＯｘ濃度センサ１２が検出する排気通路４の排気のＮＯｘ濃度が所定濃度Ｃｎｏｘ以上であり、かつ、低圧ＥＧＲガス温度センサ３９が検出するヒートポンプ３４の蒸発器３５よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１における低圧ＥＧＲガスの温度ＴＣが新気の温度ＴＨＡより高い場合に、ヒートポンプ３４を作動させるようにした。

なお、所定濃度Ｃｎｏｘは、排気のＮＯｘ濃度がその濃度以上であると、その排気を含む低圧ＥＧＲガスから生じる凝縮水のｐＨがｐＨ≦４となり、凝縮水が腐食を生じさせてしまう濃度である。

これによると、排気のＮＯｘ濃度が所定濃度Ｃｎｏｘ以上であり、凝縮水のｐＨがｐＨ≦４となる場合、かつ、低圧ＥＧＲガスの温度ＴＣが新気の温度ＴＨＡより高く、低圧ＥＧＲガスの飽和蒸気圧が新気の飽和蒸気圧より高く、低圧ＥＧＲガスの温度が下がると凝縮水を発生させてしまう場合に、ヒートポンプ３４を作動させ、低圧ＥＧＲガスを冷却する。このように低圧ＥＧＲガスが冷却されると、低圧ＥＧＲガスの飽和蒸気圧が低くなり、蒸発器３５を出た低圧ＥＧＲガスに起因する凝縮水の発生を抑えることができる。特に、ターボチャージャのコンプレッサ５ａで過給される前の新気（外気）と同等温度まで低圧ＥＧＲガスの温度を下げれば、コンプレッサ５ａで過給後の低圧ＥＧＲガスを含む吸気が内燃機関１の吸気通路３に配置されるインタークーラ９によって冷却されても凝縮水が発生しない。したがって、低圧ＥＧＲガスが流通する部位での腐食を抑制することができる。

またここで、ヒートポンプ３４が作動することによりヒートポンプ３４の蒸発器３５に溜まる凝縮水を、凝縮水排出通路１４を用いて排気空燃比センサ１３よりも下流の排気通路４へ排出している。

これによると、排気空燃比センサ１３が凝縮水にさらされなくなり、排気空燃比センサ
１３は腐食せず良好な検出を長期間維持できる。

次に、本実施例によるヒートポンプ制御ルーチンについて説明する。図２は、本実施例によるヒートポンプ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。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１５は、排気ＮＯｘ濃度センサ１２を用いて排気のＮＯｘ濃度を検出する。なお、排気ＮＯｘ濃度センサ１２を用いず、内燃機関１の運転状態などに基づきＮＯｘ濃度マップを用いて排気のＮＯｘ濃度を算出するようにしてもよい。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１５は、ステップＳ１０１で検出した排気のＮＯｘ濃度が所定濃度Ｃｎｏｘ以上か否かを判別する。所定濃度Ｃｎｏｘは、排気のＮＯｘ濃度がその濃度以上であると、その排気を含む低圧ＥＧＲガスから生じる凝縮水のｐＨがｐＨ≦４となり、凝縮水が腐食を生じさせてしまう濃度である。

ステップＳ１０２において、排気のＮＯｘ濃度が所定濃度Ｃｎｏｘより小さいと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ステップＳ１０６へ進む。また、排気のＮＯｘ濃度が所定濃度Ｃｎｏｘ以上と判定された場合には、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１５は、低圧ＥＧＲガス温度センサ３９が検出する低圧ＥＧＲガス温度ＴＣが、新気温度センサ８が検出する新気温度ＴＨＡより高いか否か（ＴＣ＞ＴＨＡ？）を判別する。

ステップＳ１０３において、低圧ＥＧＲガス温度ＴＣが新気温度ＴＨＡ以下（ＴＣ≦ＴＨＡ）と判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ステップＳ１０６へ進む。また、低圧ＥＧＲガス温度ＴＣが新気温度ＴＨＡより高い（ＴＣ＞ＴＨＡ）と判定された場合には、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１５は、ヒートポンプ３４の仕事量を算出する。ヒートポンプ３４の仕事量は、低圧ＥＧＲガス温度ＴＣを目標温度まで低下させるための仕事量である。具体的には、まず、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスの水分量を、低圧ＥＧＲ率、燃料噴射量、機関回転数から算出する。そして、低圧ＥＧＲガスの水分量と、新気温度ＴＨＡと、排気浄化装置１１下流の排気温度と、から蒸発器３５への供給エネルギ、すなわちヒートポンプ３４の仕事量を算出する。これによると、ヒートポンプ３４の仕事量が算出されるため、効率よくヒートポンプ３４を作動させ、低圧ＥＧＲガスを冷却することができる。なお、本ステップを実行するＥＣＵ１５が本発明の仕事量算出手段に相当する。そして、本ステップの終了後にステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１５は、ヒートポンプ３４を作動させる。ヒートポンプ３４は、ステップＳ１０４で算出した仕事量で作動し、低圧ＥＧＲガスを冷却する。ここで、低圧ＥＧＲガスを冷却した際、蒸発器３５で発生する凝縮水は、凝縮水排出通路１４を通って排気空燃比センサ１３よりも下流の排気通路４へ排出される。そして、本ステップの終了後に本ルーチンを一旦終了する。

一方、ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１５は、ヒートポンプ３４を停止させる。つまり、低圧ＥＧＲガスを冷却しない。そして、本ステップの終了後に本ルーチンを一旦終了する。

以上説明したルーチンによって、ヒートポンプ３４の作動が制御され、効率よくヒートポンプ３４が作動し、低圧ＥＧＲガスの冷却が必要な場合に低圧ＥＧＲガスを冷却できる
。このため、腐食が生じるおそれのある凝縮水が発生する場合にだけ低圧ＥＧＲガスを冷却し、凝縮水の発生を抑えることができる。

＜実施例２＞
図３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とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図３に示す内燃機関１は、実施例１の図１に示す構成とほぼ同じであるが、ターボチャージャが電動アシストターボチャージャ（ＭＡＴ）である点が異なる。その他は同構成のため、同符号を付して説明を省略する。

電動アシストターボチャージャは、駆動軸に駆動モータ１６が直結されており、不図示のバッテリに電力を供給された駆動モータ１６により強制的に駆動することができる。このため、駆動モータ１６によりコンプレッサ５ａ’を逆回転させることもできる。駆動モータ１６は、ＥＣＵ１５に電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１５により制御される。

ところで、低圧ＥＧＲ通路３１は、吸気通路３との接続部がインタークーラ９よりも上流の吸気通路３に位置するため、低圧ＥＧＲガスが混入した吸気がインタークーラ９で冷却される際に凝縮水が発生し、インタークーラ９の腐食が生じるおそれがあった。

すなわち、低圧ＥＧＲ通路３１を備える場合には、低圧ＥＧＲ通路３１内で凝縮水が発生しなくても、その後、低圧ＥＧＲガスが還流される吸気通路３において凝縮水が発生する場合があり、単に低圧ＥＧＲ通路３１内での凝縮水の発生を抑えればよいというものではなく、低圧ＥＧＲガスが還流される吸気通路３、特にインタークーラ９周辺において凝縮水の発生を抑える必要があった。

そこで、本実施例にあっては、内燃機関１の停止時に、コンプレッサ５ａ’を逆回転させて吸気通路３の吸気を逆流させてコンプレッサ５ａ’よりも下流の吸気通路３を減圧するようにした。

これによると、内燃機関１の停止時に吸気通路３に滞留する低圧ＥＧＲガスを含む吸気を減圧して少なくし、内燃機関１の停止後の吸気通路３における凝縮水の発生を抑えることができる。特に、コンプレッサ５ａ’を逆回転させるだけで容易にコンプレッサ５ａ’よりも下流の吸気通路３を減圧することができる。したがって、低圧ＥＧＲガスが流通する部位での腐食を抑制することができる。特に、コンプレッサ５ａ’よりも下流の吸気通路３にはインタークーラ９が配置されているため、インタークーラ９内を減圧し、インタークーラ９内での凝縮水の発生を抑えインタークーラ９の腐食を抑制することができる。

次に、本実施例による内燃機関停止時のコンプレッサ逆回転制御ルーチンについて説明する。図４は、本実施例による内燃機関停止時のコンプレッサ逆回転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。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１が停止したか否かを判別する。内燃機関１が停止したか否かは、不図示のクランクポジションセンサの検出値から判断する。

ステップＳ２０１において、内燃機関１が停止しておらず運転中であると判定された場合には、ＥＣＵ１５は、本ルーチンを一旦終了する。また、内燃機関１が停止したと判定された場合には、ステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１５は、第２スロットル弁１０を閉弁し、第１スロットル弁６を閉弁し、低圧ＥＧＲ弁３２を開弁する。これにより、第２スロットル弁１０より
も上流の吸気通路３から低圧ＥＧＲ通路３１を介して排気通路４へ抜ける吸気を逃がす経路を確保する。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１５は、コンプレッサ５ａ’を逆回転すると共に、コンプレッサ５ａ’の逆回転の運転時間のカウンタをセットする。カウンタは、吸気通路３の吸気温度に応じて設定されるもので、高温である程、カウンタも増大する。なお、本ステップにおいてコンプレッサ５ａ’を逆回転を実行するＥＣＵ１５が、本発明の減圧手段に相当する。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１５は、カウンタを減算する。減算は、所定時間経過時にカウンタの値を「−１」するものである。そして、本ステップの終了後、ステップＳ２０５へ移行する。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ１５は、カウンタの値が「０」になったか否かを判別する。

ステップＳ２０５において、カウンタの値が「０」になっていないと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ステップＳ２０４へ戻り、ループを形成する。また、カウンタの値が「０」になったと判定された場合には、ステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６では、ＥＣＵ１５は、コンプレッサ５ａ’の逆回転を停止する。また、これと共に、第２スロットル弁１０を開弁し、第１スロットル弁６を開弁してもよい。そして、本ステップの終了後、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明したルーチンによって、コンプレッサ５ａ’の逆回転が制御され、内燃機関１の停止時にインタークーラ９周辺の吸気通路３を減圧することができ、インタークーラ９周辺の吸気通路３に凝縮水が発生することを抑えることができる。

なお、本実施例では、コンプレッサ５ａ’が逆回転する場合の吸気を逃がす経路として、第２スロットル弁１０よりも上流の吸気通路３から低圧ＥＧＲ通路３１を介して排気通路４へ抜けるようにしていた。しかし、これに限られず、第２スロットル弁１０よりも上流の吸気通路３からそのまま吸気通路入口へ抜けるようにしてもよい。

この吸気通路入口へ抜ける場合は、図５に示す内燃機関停止時のコンプレッサ逆回転制御ルーチンとなり、図４のステップＳ２０２の代わりにステップＳ３０２が実行され、第２スロットル弁１０を閉弁し、第１スロットル弁６を開弁し、低圧ＥＧＲ弁３２を閉弁する。これにより、第２スロットル弁１０よりも上流の吸気通路３から吸気通路入口まで抜ける吸気を逃がす経路を確保する。

また、図５に示すルーチンでは、図４のステップＳ２０６の代わりにステップＳ３０６が実行され、ステップＳ３０６では、ＥＣＵ１５は、コンプレッサ５ａ’の逆回転を停止する。また、これと共に、第２スロットル弁１０を開弁し、低圧ＥＧＲ弁３２を開弁してもよい。そして、本ステップの終了後、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明した図５に示すルーチンによっても、コンプレッサ５ａ’の逆回転が制御され、内燃機関１の停止時にインタークーラ９周辺の吸気通路を減圧することができ、インタークーラ９周辺の吸気通路３に凝縮水が発生することを抑えることができる。

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。

実施例１に係る内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係るヒートポンプ制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２に係る内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例２に係る内燃機関停止時のコンプレッサ逆回転制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２の他の例に係る内燃機関停止時のコンプレッサ逆回転制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ａ コンプレッサ
５ｂ タービン
６ 第１スロットル弁
７ エアフローメータ
８ 新気温度センサ
９ インタークーラ
１０ 第２スロットル弁
１１ 排気浄化装置
１２ 排気ＮＯｘ濃度センサ
１３ 排気空燃比センサ
１４ 凝縮水排出通路
１５ ＥＣＵ
１６ 駆動モータ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３３ 低圧ＥＧＲクーラ
３４ ヒートポンプ
３５ 蒸発器
３６ 圧縮機
３７ 凝縮器
３８ 膨張機
３９ 低圧ＥＧＲガス温度センサ
４０ 高圧ＥＧＲ装置
４１ 高圧ＥＧＲ通路
４２ 高圧ＥＧＲ弁

Claims (5)

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通路に配置された蒸発器を有し、前記低圧ＥＧＲ通路を流通する前記低圧ＥＧＲガスを冷却するヒートポンプと、
   を備え、
   前記排気通路の排気のＮＯｘ濃度が所定濃度以上であり、かつ、前記蒸発器よりも下流の前記低圧ＥＧＲ通路における前記低圧ＥＧＲガスの温度が新気の温度より高い場合に、前記ヒートポンプを作動させることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記ヒートポンプを作動させる際、前記蒸発器よりも下流の前記低圧ＥＧＲ通路における前記低圧ＥＧＲガスの温度を目標温度まで低下させるための前記ヒートポンプの仕事量を算出する仕事量算出手段をさらに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。
3. 前記排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記ヒートポンプが作動することにより前記蒸発器に溜まる凝縮水を、前記空燃比検出手段よりも下流の前記排気通路へ排出する凝縮水排出通路と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。
4. 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、
   前記吸気通路を減圧する減圧手段と、
   を備え、
   前記内燃機関の停止時に、前記減圧手段によって前記吸気通路を減圧することを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
5. 前記減圧手段は、前記コンプレッサを逆回転させて前記吸気通路の吸気を逆流させて前記コンプレッサよりも下流の前記吸気通路を減圧することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気還流装置。

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