JP2009108701A - 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、内燃機関の全運転領域でサイクロン式捕集装置の異物捕集能力を向上する技術を提供する。
【解決手段】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、サイクロン原理により異物を捕集可能に接続された第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａと、重力原理により異物を捕集可能に接続された第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂと、第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａを開閉する第１開閉弁１２と、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂを開閉する第２開閉弁１３と、低圧ＥＧＲガスの流速を導出し、低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速以上の高流速の場合には、第１開閉弁１２を開弁すると共に第２開閉弁１３を閉弁し、低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速よりも低流速の場合には、第１開閉弁１２を閉弁すると共に第２開閉弁１３を開弁するＥＣＵ１５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

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）。
特開２００２−１３００５８号公報 特開２０００−１７０６０８号公報 特開２００５−１５５５５９号公報

ＥＧＲ通路内に設けられたサイクロン式捕集装置は、ＥＧＲガス流速が高流速になると、粒子径のより小さい異物も捕集できると共に異物の捕集率も向上し、サイクロン式捕集装置の異物捕集能力が向上する。しかし、ＥＧＲガス流速が低流速になると、粒子径の大きな異物しか捕集できず、また異物の捕集率も低下してしまい、サイクロン式捕集装置の異物捕集能力が低下してしまう。

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、内燃機関の全運転領域でサイクロン式捕集装置の異物捕集能力を向上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、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装置と、
前記低圧ＥＧＲ装置内の前記低圧ＥＧＲガスが流通する経路途中に配置され、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、
前記排気通路から前記サイクロン式捕集装置に前記低圧ＥＧＲガスを流入させる第１上流側低圧ＥＧＲ通路であって、前記サイクロン式捕集装置に流入した前記低圧ＥＧＲガスからサイクロン原理により異物を捕集可能に前記サイクロン式捕集装置内に旋回流を発生させるように前記サイクロン式捕集装置に接続された第１上流側低圧ＥＧＲ通路と、
前記排気通路から前記サイクロン式捕集装置に前記低圧ＥＧＲガスを流入させる第２上流側低圧ＥＧＲ通路であって、前記サイクロン式捕集装置に流入した前記低圧ＥＧＲガスから重力原理により異物を捕集可能に前記サイクロン式捕集装置内で上昇流を発生させるように前記サイクロン式捕集装置に接続された第２上流側低圧ＥＧＲ通路と、
前記第１上流側低圧ＥＧＲ通路を開閉する第１開閉弁と、
前記第２上流側低圧ＥＧＲ通路を開閉する第２開閉弁と、
前記低圧ＥＧＲ装置内を流通する前記低圧ＥＧＲガスの流速を導出する低圧ＥＧＲガス流速導出手段と、
前記低圧ＥＧＲガス流速導出手段が導出する前記低圧ＥＧＲガスの流速が、前記サイクロン式捕集装置においてサイクロン原理による異物捕集能力と重力原理による異物捕集能力とがほぼ一致する臨界流速以上の高流速の場合には、前記第１開閉弁を開弁すると共に
前記第２開閉弁を閉弁し、前記低圧ＥＧＲガスの流速が前記臨界流速よりも低流速の場合には、前記第１開閉弁を閉弁すると共に前記第２開閉弁を開弁する制御手段と、
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。

ここで、臨界流速とは、サイクロン式捕集装置においてサイクロン原理による異物捕集能力と重力原理による異物捕集能力とがほぼ一致する低圧ＥＧＲガスの流速である。そして、低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速以上の高流速ではサイクロン式捕集装置においてサイクロン原理による異物捕集能力が重力原理による異物捕集能力よりも高くなる。一方、低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速よりも低流速ではサイクロン式捕集装置において重力原理による異物捕集能力がサイクロン原理による異物捕集能力よりも高くなる。

サイクロン式捕集装置におけるサイクロン原理による異物捕集では、異物を含む低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置の上部横方向からサイクロン式捕集装置内に流入させ、低圧ＥＧＲガスはサイクロン式捕集装置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、サイクロン式捕集装置内で低圧ＥＧＲガスの旋回流を発生させる。そして、この低圧ＥＧＲガスが旋回している間に異物に遠心力が働いて異物が内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の中心部方向に流れサイクロン式捕集装置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下部の異物捕集部へ捕集される。このように異物を捕集することをサイクロン原理による異物捕集という。

また、サイクロン式捕集装置における重力原理による異物捕集では、異物を含む低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置の下方向からサイクロン式捕集装置内に流入させ、低圧ＥＧＲガスはサイクロン式捕集装置の下側から上方向へ向かって噴出し、サイクロン式捕集装置内で低圧ＥＧＲガスの上昇流を発生させる。そして、この低圧ＥＧＲガスが上昇している間に異物は異物自身の自重に重力が働いて落下して低圧ＥＧＲガスから分離する。異物が分離した低圧ＥＧＲガスは、そのまま上昇し続けサイクロン式捕集装置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下部の異物捕集部へ捕集される。このように異物を捕集することを重力原理による異物捕集という。

本発明によると、低圧ＥＧＲガスの流速が、サイクロン式捕集装置においてサイクロン原理による異物捕集能力と重力原理による異物捕集能力とがほぼ一致する臨界流速以上の高流速の場合には、第１開閉弁を開弁すると共に第２開閉弁を閉弁する。これによって、低圧ＥＧＲガスは第１上流側低圧ＥＧＲ通路を流通して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は、流入する低圧ＥＧＲガスに対しサイクロン原理による異物捕集を行うことができる。低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速以上の高流速の場合には、サイクロン式捕集装置においてサイクロン原理による異物捕集能力が重力原理による異物捕集能力よりも高いので、サイクロン式捕集装置は高い異物捕集能力を発揮することができる。

一方、本発明によると、低圧ＥＧＲガスの流速が、サイクロン式捕集装置においてサイクロン原理による異物捕集能力と重力原理による異物捕集能力とがほぼ一致する臨界流速よりも低流速の場合には、第１開閉弁を閉弁すると共に第２開閉弁を開弁する。これによって、低圧ＥＧＲガスは第２上流側低圧ＥＧＲ通路を流通して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は、流入する低圧ＥＧＲガスに対し重力原理による異物捕集を行うことができる。低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速よりも低流速の場合には、サイクロン式捕集装置において重力原理による異物捕集能力がサイクロン原理による異物捕集能力よりも高いので、サイクロン式捕集装置は高い異物捕集能力を発揮するこ
とができる。

このように、本発明によると、低圧ＥＧＲガスの流速に応じてサイクロン式捕集装置での異物捕集の仕方をサイクロン原理によるか重力原理によるか切り替える。このため、サイクロン式捕集装置は低圧ＥＧＲガスの流速に合わせてより高い異物捕集能力を発揮する異物捕集の仕方を選択できる。したがって、低圧ＥＧＲガスを還流させている内燃機関の全運転領域でサイクロン式捕集装置の異物捕集能力を向上できる。

前記第１上流側低圧ＥＧＲ通路との接続部位及び前記第２上流側低圧ＥＧＲ通路との接続部位よりも上流の前記排気通路に配置され、前記排気通路を流通する排気を浄化する排気浄化装置をさらに備えるとよい。

本発明によると、サイクロン式捕集装置は、内燃機関の排気通路から低圧ＥＧＲ通路へ低圧ＥＧＲガスに含まれて流入する異物として、内燃機関から排出されるスパッタだけでなく、排気浄化装置が破損して生じる排気浄化装置の破片も捕集することができる。

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、内燃機関の全運転領域でサイクロン式捕集装置の異物捕集能力を向上することができる。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。本実施例では、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。

低圧ＥＧＲ装置３０は、第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａ、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂ、下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃ、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。

ここで、低圧ＥＧＲ装置３０内の低圧ＥＧＲガスが流通する経路途中、すなわち第１、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａ，３１ｂと下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃとの間に、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が配置されている。なお、サイクロン式捕集装置１１が捕集可能な異物としては、内燃機関から排出されるスパッタや、排気浄化装置９が破損して生じる排気浄化装置９のフィルタ破片や触媒破片などが挙げられる。

第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａ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、サイクロン式捕集装置１１とを接続している。第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂ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であって第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａとの接続部よりも下流の排気通路４と、サイクロン式捕集装置１１とを接続している。下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃは、サイクロン式捕集装置１１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。これらの低圧ＥＧＲ通路３１ａ〜３１ｃを通って、排気が低圧ＥＧＲガスとして低圧で内燃機関１へ送り込まれる。

低圧ＥＧＲ弁３２は、下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃに配置され、下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃの通路断面積を調整することにより、該下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃを流れる低圧ＥＧＲガスの流量を調節する。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ガス流量の調節は、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装置３０内を流通する低圧ＥＧＲガスの経路の上流と下流との差圧を変化させ、これにより低圧ＥＧＲガスの流量を調節することができる。

低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲ弁３２よりも上流の下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃに配置され、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。

次に、第１、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａ，３１ｂと下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃとの間に配置されたサイクロン式捕集装置１１について説明する。本実施例に係るサイクロン式捕集装置１１は、サイクロン原理による異物捕集と重力原理による異物捕集とが選択的に切り替えられる装置である。なお、サイクロン式捕集装置１１は、両原理による異物捕集が可能なように、図２、図３に示すように、本体上部１１ａが等径の円筒かつ本体下部１１ｂが下方に行くにつれより小径となる円筒をした本体を有する。

ここで、図２に示すように、サイクロン式捕集装置１１におけるサイクロン原理による異物捕集では、異物を含む低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置１１の本体上部１１ａ
の横方向からサイクロン式捕集装置１１内に流入させ、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、サイクロン式捕集装置１１内で低圧ＥＧＲガスの旋回流を発生させる。そして、この低圧ＥＧＲガスが旋回している間に異物に遠心力が働いて異物が内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１１ｅへ捕集される。このように異物を捕集することをサイクロン原理による異物捕集という。

また、図３に示すように、サイクロン式捕集装置１１における重力原理による異物捕集では、異物を含む低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置１１の下方向からサイクロン式捕集装置１１内に流入させ、低圧ＥＧＲガスはサイクロン式捕集装置１１の下側から上方向へ向かって噴出し、サイクロン式捕集装置１１内で低圧ＥＧＲガスの上昇流を発生させる。そして、この低圧ＥＧＲガスが上昇している間に異物は異物自身の自重に重力が働いて落下して低圧ＥＧＲガスから分離する。異物が分離した低圧ＥＧＲガスは、そのまま上昇し続け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１１ｅへ捕集される。このように異物を捕集することを重力原理による異物捕集という。

このように、サイクロン式捕集装置１１でサイクロン原理及び重力原理の両原理による異物捕集を行えるようにするため、サイクロン式捕集装置１１に低圧ＥＧＲガスを流入させる第１、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａ，３１ｂは、夫々サイクロン式捕集装置１１への接続箇所が異なる。

第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａは、サイクロン式捕集装置１１に流入した低圧ＥＧＲガスからサイクロン原理により異物を捕集可能にサイクロン式捕集装置１１内に旋回流を発生させるように接続される。すなわち、第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａは、サイクロン式捕集装置１１の本体上部１１ａの円筒側面の上端部に、サイクロン式捕集装置１１の中心からずれて円筒内壁に沿った方向に向けて低圧ＥＧＲガスが流入するように接続されている。このため、第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａから流入した低圧ＥＧＲガスは、サイクロン式捕集装置１１内に流入すると、円筒内壁にガイドされる。

一方、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂは、サイクロン式捕集装置１１に流入した低圧ＥＧＲガスから重力原理により異物を捕集可能にサイクロン式捕集装置１１内に上昇流を発生させるように接続される。すなわち、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂは、サイクロン式捕集装置１１の最小径となった下端部に、サイクロン式捕集装置１１の中心から真上方向に向けて低圧ＥＧＲガスが流入するように接続されている。このため、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂから流入した低圧ＥＧＲガスは、サイクロン式捕集装置１１内に流入すると、真上に噴出する。

なお、サイクロン式捕集装置１１下部の異物捕集部１１ｅは、サイクロン式捕集装置１１下部と第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂとの接続部分において第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂの外径側に環状隙間１１ｃを形成し、その環状隙間１１ｃに入り込んだ異物が、異物捕集部１１ｅ側が下方に傾斜した環状隙間１１ｃの底１１ｄを転がって異物捕集部１１ｅに集められるようになっている。

また、下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃは、サイクロン原理及び重力原理の両原理により異物を分離された後の低圧ＥＧＲガスをサイクロン式捕集装置１１内から流出させるように
接続される。すなわち、下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃは、サイクロン式捕集装置１１の本体上端部に、サイクロン式捕集装置１１の中心部から異物が分離された低圧ＥＧＲガスが流出するように接続されている。つまり、サイクロン式捕集装置１１と下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃとの接続部分がサイクロン式捕集装置１１の低圧ＥＧＲガスを排出させる排出口となっている。

そして、サイクロン式捕集装置１１ではサイクロン原理及び重力原理の両原理による異物捕集は選択的に行うため、サイクロン式捕集装置１１に低圧ＥＧＲガスを流入させる第１、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａ，３１ｂは、どちらか一方に低圧ＥＧＲガスが流通している場合には、他方に低圧ＥＧＲガスが流通することを阻止する必要がある。

このため、第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａには、当該第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａに低圧ＥＧＲガスが流通する場合に開弁し、低圧ＥＧＲガスの流通を阻止する場合に閉弁する第１開閉弁１２が配置されている。一方、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂには、当該第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂに低圧ＥＧＲガスが流通する場合に開弁し、低圧ＥＧＲガスの流通を阻止する場合に閉弁する第２開閉弁１３が配置されている。これら第１、第２開閉弁１２，１３は、電動アクチュエータにより開閉される。

また、下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃには、下流側低圧ＥＧＲ通路３１ｃ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１４が配置されている。

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。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、低圧ＥＧＲガス温度センサ１４、及び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、スロットル弁６、排気絞り弁１０、低圧ＥＧＲ弁３２、第１開閉弁１２、及び第２開閉弁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ＥＣＵ１５によりこれらの機器が制御される。

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。

ところで、本実施例では、低圧ＥＧＲ装置３０内の低圧ＥＧＲガスの流通経路途中にサイクロン式捕集装置１１が配置されている。低圧ＥＧＲ装置３０内に設けられたサイクロン式捕集装置１１は、先述したように、流入する低圧ＥＧＲガスに対しサイクロン原理による異物捕集と重力原理による異物捕集とを行うことができる。

図４は、サイクロン式捕集装置１１における低圧ＥＧＲガス流速に応じたサイクロン原理による異物捕集能力と重力原理による異物捕集能力とを示している。図４の横軸は低圧ＥＧＲガス流速を示し、上側縦軸がサイクロン式捕集装置１１での異物の捕集可能な最大粒子径を示し、下側縦軸がサイクロン式捕集装置１１での異物の捕集率を示している。上側縦軸は下に行く程小さい粒子径となり、小さい粒径の異物が捕集できる程異物捕集能力が高いといえる。下側縦軸は上に行く程異物の捕集率が上昇し異物捕集能力が高いといえ
る。図４中の実線がサイクロン原理の場合の特性曲線であり、破線が重力原理の場合の特性曲線である。

図４に示すように、サイクロン原理による異物捕集では、低圧ＥＧＲガス流速が高流速になると、作用する遠心力が大きくなるので、粒子径のより小さい異物も捕集できると共に異物の捕集率も向上し、サイクロン式捕集装置１１の異物捕集能力が向上する。しかし、サイクロン原理による異物捕集では、低圧ＥＧＲガス流速が低流速になると、作用する遠心力が小さくなるので、粒子径の大きな異物しか捕集できず、また異物の捕集率も低下してしまい、サイクロン式捕集装置１１の異物捕集能力が低下してしまう。これに対し、重力原理による異物捕集では、低圧ＥＧＲガス流速が低流速になると、異物に働く重力が流体力に勝るので、粒子径のより小さい異物も捕集できると共に異物の捕集率も向上し、サイクロン式捕集装置１１の異物捕集能力が向上する。しかし、重力原理による異物捕集では、低圧ＥＧＲガス流速が高流速になると、異物に働く重力が流体力に劣るので、粒子径の大きな異物しか捕集できず、また異物の捕集率も低下してしまい、サイクロン式捕集装置１１の異物捕集能力が低下してしまう。

そして、図４に示すように、低圧ＥＧＲガスの流速として、サイクロン式捕集装置１１においてサイクロン原理による異物捕集能力と重力原理による異物捕集能力とがほぼ一致する臨界流速が存在している。低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速以上の高流速ではサイクロン式捕集装置１１においてサイクロン原理による異物捕集能力が重力原理による異物捕集能力よりも高くなる。一方、低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速よりも低流速ではサイクロン式捕集装置１１において重力原理による異物捕集能力がサイクロン原理による異物捕集能力よりも高くなる。

そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速以上の高流速の場合には、サイクロン原理による異物捕集を行うために、第１開閉弁１２を開弁すると共に第２開閉弁１３を閉弁するようにした。一方、低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速よりも低流速の場合には、重力原理による異物捕集を行うために、第１開閉弁１２を閉弁すると共に第２開閉弁１３を開弁するようにした。

本実施例によると、低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速以上の高流速の場合には、第１開閉弁１２を開弁すると共に第２開閉弁１３を閉弁するので、低圧ＥＧＲガスは第１上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａを流通してサイクロン式捕集装置１１に流入する。このため、サイクロン式捕集装置１１は、流入する低圧ＥＧＲガスに対しサイクロン原理による異物捕集を行うことができる。低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速以上の高流速の場合には、サイクロン式捕集装置１１においてサイクロン原理による異物捕集能力が重力原理による異物捕集能力よりも高いので、サイクロン式捕集装置１１は高い異物捕集能力を発揮することができる。

一方、本実施例によると、低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速よりも低流速の場合には、第１開閉弁１２を閉弁すると共に第２開閉弁１３を開弁するので、低圧ＥＧＲガスは第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ｂを流通してサイクロン式捕集装置１１に流入する。このため、サイクロン式捕集装置１１は、流入する低圧ＥＧＲガスに対し重力原理による異物捕集を行うことができる。低圧ＥＧＲガスの流速が臨界流速よりも低流速の場合には、サイクロン式捕集装置１１において重力原理による異物捕集能力がサイクロン原理による異物捕集能力よりも高いので、サイクロン式捕集装置１１は高い異物捕集能力を発揮することができる。

このように、本実施例によると、低圧ＥＧＲガスの流速に応じてサイクロン式捕集装置１１での異物捕集の仕方をサイクロン原理によるか重力原理によるか切り替える。このた
め、サイクロン式捕集装置１１は低圧ＥＧＲガスの流速に合わせてより高い異物捕集能力を発揮する異物捕集の仕方を選択できる。したがって、低圧ＥＧＲガスを還流させている内燃機関１の全運転領域でサイクロン式捕集装置１１の異物捕集能力を向上できる。

次に、本実施例による低圧ＥＧＲガスの流路選択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ガスの流路選択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。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１５は、低圧ＥＧＲ質量流量Ｇｅｇｒを算出する。具体的には、クランクポジションセンサ１６から読み取った内燃機関１の機関回転数ＮＥと、燃料噴射量Ｑと、を予め実験などにより求められたマップに取り込むことで低圧ＥＧＲ質量流量Ｇｅｇｒを算出する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１５は、低圧ＥＧＲガス流速Ｖｅｇｒを算出する。具体的には、ステップＳ１０１で算出した低圧ＥＧＲ質量流量Ｇｅｇｒと、低圧ＥＧＲガス温度センサ１４から読み取った低圧ＥＧＲガス温度と、に基づいて低圧ＥＧＲガス流速Ｖｅｇｒを算出する。

なお、本実施例におけるステップＳ１０１及びＳ１０２を実行するＥＣＵ１５が本発明の低圧ＥＧＲガス流速導出手段に相当する。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１５は、ステップＳ１０２で算出した低圧ＥＧＲガス流速Ｖｅｇｒが臨界流速以上の高流速か否か判別する（Ｖｅｇｒ≧臨界流速？）。

ステップＳ１０３において低圧ＥＧＲガス流速Ｖｅｇｒが臨界流速以上の高流速であると肯定判定された（Ｖｅｇｒ≧臨界流速）場合には、ステップＳ１０４へ移行する。ステップＳ１０３において低圧ＥＧＲガス流速Ｖｅｇｒが臨界流速よりも低流速であると否定判定された（Ｖｅｇｒ＜臨界流速）場合には、ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１５は、第１開閉弁１２を開弁すると共に第２開閉弁１３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。

一方、ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１５は、第１開閉弁１２を閉弁すると共に第２開閉弁１３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。

なお、本実施例におけるステップＳ１０３〜Ｓ１０５を実行するＥＣＵ１５が本発明の制御手段に相当する。

以上の制御ルーチンを実行することにより、第１、第２上流側低圧ＥＧＲ通路３１ａ，３１ｂのどちらに低圧ＥＧＲガスを流通させるか流路選択ができる。そしてこれによって、低圧ＥＧＲガスの流速に応じてサイクロン式捕集装置１１での異物捕集の仕方をサイクロン原理によるか重力原理によるか切り替えることができる。したがって、低圧ＥＧＲガスを還流させている内燃機関１の全運転領域でサイクロン式捕集装置１１の異物捕集能力を向上できる。

なお、本実施例では、第１開閉弁１２や第２開閉弁１３を開弁する際には全開を想定している。しかし、第１開閉弁１２や第２開閉弁１３を開弁する際の弁開度を調整することによって低圧ＥＧＲガス流量を調節してもよい。この場合には、低圧ＥＧＲ弁３２を必要としなくなり、部品点数削減ができる。

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、及びその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係るサイクロン式捕集装置におけるサイクロン原理による異物捕集を示す図である。 実施例１に係るサイクロン式捕集装置における重力原理による異物捕集を示す図である。 実施例１に係るサイクロン式捕集装置における低圧ＥＧＲガス流速に応じたサイクロン原理による異物捕集能力と重力原理による異物捕集能力とを示す図である。 実施例１に係る低圧ＥＧＲガスの流路選択の制御ルーチンを示した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
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 第１開閉弁
１３ 第２開閉弁
１４ 低圧ＥＧＲガス温度センサ
１５ ＥＣＵ
１６ クランクポジションセンサ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ａ 第１上流側低圧ＥＧＲ通路
３１ｂ 第２上流側低圧ＥＧＲ通路
３１ｃ 下流側低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３３ 低圧ＥＧＲクーラ

Claims (2)

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装置と、
   前記低圧ＥＧＲ装置内の前記低圧ＥＧＲガスが流通する経路途中に配置され、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、
   前記排気通路から前記サイクロン式捕集装置に前記低圧ＥＧＲガスを流入させる第１上流側低圧ＥＧＲ通路であって、前記サイクロン式捕集装置に流入した前記低圧ＥＧＲガスからサイクロン原理により異物を捕集可能に前記サイクロン式捕集装置内に旋回流を発生させるように前記サイクロン式捕集装置に接続された第１上流側低圧ＥＧＲ通路と、
   前記排気通路から前記サイクロン式捕集装置に前記低圧ＥＧＲガスを流入させる第２上流側低圧ＥＧＲ通路であって、前記サイクロン式捕集装置に流入した前記低圧ＥＧＲガスから重力原理により異物を捕集可能に前記サイクロン式捕集装置内で上昇流を発生させるように前記サイクロン式捕集装置に接続された第２上流側低圧ＥＧＲ通路と、
   前記第１上流側低圧ＥＧＲ通路を開閉する第１開閉弁と、
   前記第２上流側低圧ＥＧＲ通路を開閉する第２開閉弁と、
   前記低圧ＥＧＲ装置内を流通する前記低圧ＥＧＲガスの流速を導出する低圧ＥＧＲガス流速導出手段と、
   前記低圧ＥＧＲガス流速導出手段が導出する前記低圧ＥＧＲガスの流速が、前記サイクロン式捕集装置においてサイクロン原理による異物捕集能力と重力原理による異物捕集能力とがほぼ一致する臨界流速以上の高流速の場合には、前記第１開閉弁を開弁すると共に前記第２開閉弁を閉弁し、前記低圧ＥＧＲガスの流速が前記臨界流速よりも低流速の場合には、前記第１開閉弁を閉弁すると共に前記第２開閉弁を開弁する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記第１上流側低圧ＥＧＲ通路との接続部位及び前記第２上流側低圧ＥＧＲ通路との接続部位よりも上流の前記排気通路に配置され、前記排気通路を流通する排気を浄化する排気浄化装置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。

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