内燃機関の排気再循環システム
【課題】凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることのできる内燃機関の排気再循環システムを提供する。
【解決手段】ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６と、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７と、両ＥＧＲ装置１６、１７を制御して高圧側および低圧側の排気ガスの還流量をそれぞれに制御するＥＣＵ５０とを備えた内燃機関の排気再循環システムであって、ＥＣＵ５０は、低圧側排気再循環経路Ｌ２中の凝縮水量を推定する凝縮水量推定部５１と、凝縮水量が予め設定された基準水量を超えるときには、高圧側排気ガスの還流量に対する低圧側排気ガスの還流量の比率を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて低下させるよう、両還流量の比率を可変制御する還流比率制御部５２とを有している。
【解決手段】ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６と、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７と、両ＥＧＲ装置１６、１７を制御して高圧側および低圧側の排気ガスの還流量をそれぞれに制御するＥＣＵ５０とを備えた内燃機関の排気再循環システムであって、ＥＣＵ５０は、低圧側排気再循環経路Ｌ２中の凝縮水量を推定する凝縮水量推定部５１と、凝縮水量が予め設定された基準水量を超えるときには、高圧側排気ガスの還流量に対する低圧側排気ガスの還流量の比率を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて低下させるよう、両還流量の比率を可変制御する還流比率制御部５２とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧側および高圧側の排気再循環回路を併有する内燃機関の排気再循環システムに関し、特に排気再循環経路中における凝縮水の発生を抑制するようにした内燃機関の排気再循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のエンジン（内燃機関）においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減に効果的な排気再循環を行うＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムを装着したものが多くなっており、希薄燃焼が可能でＥＧＲ流量が多くなるエンジンにおいては、排気再循環される排気ガス、すなわちＥＧＲガスの温度を下げるためにＥＧＲクーラ（排気冷却器）が多用されている。また、高温の排気ガスの一部を吸気側に還流させるＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ回路とは別に、排気後処理装置を通過した後の排気ガスをターボ過給機のコンプレッサより上流側に還流させることで低温かつ大量の排気再循環を可能にしたＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ回路を装備するものも普及し始めている。
【０００３】
このようなＥＧＲクーラを用いるＥＧＲシステムやＬＰＬ−ＥＧＲシステムでは、排気ガス中の水分が冷やされることで硝酸や硫酸等を含む酸性の凝縮水が発生し、その凝縮水が吸気管内に入ることにより吸気弁のバルブシートや燃料噴射弁等の金属部品が腐食し易くなり、ＬＰＬ−ＥＧＲ回路ではさらにターボ過給機のコンプレッサも腐食し易くなる。そこで、従来、このような腐食を防止する対策が施されている。
【０００４】
例えば、エンジンの燃料噴射量および吸入空気量を基に燃焼により発生する水蒸気量を算出するとともに、排気ガス温度および排気管温度を推定または検出し、これら水蒸気量、排気ガス温度および排気管温度に基づいて排気管内で生じる凝縮水量を推定して、その凝縮水量が所定値を超えたときにはＥＧＲ弁（排気還流弁）の被水とその氷結によるＥＧＲ弁の固着の可能性があるもの判定として、ＥＧＲ弁の開弁制御や故障診断を中止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、低圧ＥＧＲ回路のＥＧＲクーラおよびＥＧＲ弁の間の排気還流通路から排気絞り弁により下流側の排気通路に低圧ＥＧＲガスを排出可能な連通路を設け、排気絞り弁の閉弁により排気還流通路内の圧力を高めることで、排気還流通路から排気絞り弁より下流側の排気通路内に凝縮水を排出させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、排気冷却器の下流側の排気ガスの温度が所定温度以下となる状態が継続した時間に基づいて凝縮水量を推定するとともに、その凝縮水量の推定値が一定量を超えたときにはＥＧＲ弁の開度を全閉位置よりは開き側の小開度に制御して、凝縮水がせき止められたりＥＧＲ弁の弁軸取付け穴等から漏れたりすることを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、低圧ＥＧＲ回路で還流される低圧ＥＧＲガス中の不活性ガス中の所定成分の還流遅れによってＮＯｘやスモークの発生量が増加するのを抑制すべく、その不活性ガス中の所定成分の変化量を算出し、その変化量に応じて吸気ガスの所定成分の濃度変化を抑制するように高圧ＥＧＲ回路で還流される高圧ＥＧＲガス量を制御するようにしたものも知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２２００２６号公報
【特許文献２】特開２００８−００２３５１号公報
【特許文献３】特開２００７−２０５３０３号公報
【特許文献４】特開２００９−０４７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のような従来の内燃機関の排気再循環システムにあっては、排気還流通路内に生じる凝縮水の量が所定値を超えたときには、吸気系主要部品の腐食を防止するためにＥＧＲ弁の開度を絞って排気再循環を禁止したり大幅に制限したりしていたために、排気再循環システム本来のＮＯｘ低減効果が十分に得られなくなってしまうという問題があった。
【００１０】
特に、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置を装備する排気再循環システムにおいては、低温かつ大量の排気再循環によって厳しいＮＯｘ低減要求に応えることが可能になるものの、凝縮水の発生量が多くなる。そのため、凝縮水量の増加時に排気再循環を単に禁止したり制限したりするのではＮＯｘ低減効果が大きく損なわれてしまうことになり、凝縮水の発生量を腐食防止に有効な範囲内に抑制しつつ所要のＮＯｘ低減効果を維持することが困難になっていた。
【００１１】
一方、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置の排気還流通路に流れる排気ガスの流量をその排気還流通路の両端の差圧としてセンサで検知しながら低圧ＥＧＲ流量をフィードバック制御するような場合、その排気還流通路の上流部分に配置される異物捕集フィルタに凝縮水が付着して水膜が形成される際の差圧の増加を検出することにより、凝縮水量が許容限界量に達したことを把握するといったことも考えられるが、水膜による排気還流経路の閉塞によって本来流れるべき還流排気ガスが流れなくなる状態を許容することになり、やはりＮＯｘ低減効果が損なわれてしまう。
【００１２】
また、低圧ＥＧＲ流量のフィードバック制御の異常（ここでは、水膜形成による前後差圧の増加を低圧ＥＧＲ流量の増加と誤検知してしまうことによる異常）を回避するために制御装置に排気還流経路の詰まりを判定する診断機能を設け、その診断機能を吸気系金属部品の腐食防止のために制限されるべき凝縮水量の判定にも利用するといったことが考えられるが、詰まり判定が可能な凝縮水量と吸気系金属部品の腐食防止のために制限されるべき凝縮水量には差があるため、ＮＯｘ低減効果と十分な腐食防止効果を両立させることは容易ではない。
【００１３】
本発明は、上述のような従来技術の不具合に鑑みてなされたものであり、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることのできる内燃機関の排気再循環システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気再循環システムは、上記課題解決のため、（１）過給用のコンプレッサが装着された吸気管および排気抵抗となる抵抗要素が設けられた排気管を有する内燃機関の前記コンプレッサより下流側の吸気管に前記抵抗要素より上流側の排気管から高圧側の排気ガスを還流させ、該還流させた高圧側の排気ガスを前記下流側の吸気管内の空気と共に前記内燃機関に吸入させる高圧側排気再循環経路を形成する高圧ＥＧＲ装置と、前記内燃機関の前記抵抗要素より下流側の排気管から前記コンプレッサより上流側の吸気管に前記抵抗要素を通過した後の低圧側の排気ガスを還流させ、該還流させた低圧側の排気ガスを前記上流側の吸気管内の空気と共に前記コンプレッサにより圧縮させた後に前記内燃機関に吸入させる低圧側排気再循環経路を形成する低圧ＥＧＲ装置と、前記高圧ＥＧＲ装置および低圧ＥＧＲ装置を制御し、前記コンプレッサより下流側の吸気管への前記高圧側の排気ガスの還流量と前記コンプレッサより上流側の吸気管への前記低圧側の排気ガスの還流量とをそれぞれに制御する制御装置と、を備えた内燃機関の排気再循環システムであって、前記制御装置は、前記低圧側排気再循環経路中の凝縮水の量を推定する凝縮水量推定手段と、前記凝縮水の量が予め設定された基準水量を超えるとき、前記高圧側の排気ガスの還流量に対する前記低圧側の排気ガスの還流量の比率を前記凝縮水の量が前記基準水量を超えないときに比べて低下させるよう、前記低圧側の排気ガスの還流量を減少させるとともに前記高圧側の排気ガスの還流量を増加させる還流比率制御手段と、を有していることを特徴とする。
【００１５】
この排気再循環システムでは、凝縮水量が基準水量を超えると、高圧ＥＧＲ装置に対し相対的に凝縮水発生量が多くなる低圧ＥＧＲ装置の排気還流量は、凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少し、一方、高圧ＥＧＲ装置の排気還流量は、凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて増加することになる。したがって、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させることができ、しかも、高圧ＥＧＲ装置における排気還流量の増加により総排気還流量の不足を補うことで、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴うＮＯｘ低減効果の低下を抑えることができる。その結果、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることが可能となる。
【００１６】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（２）前記還流比率制御手段は、前記低圧側の排気ガスの還流量の減少量に応じて前記高圧側の排気ガスの還流量の増加量を変化させるのが好ましい。これにより、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少によるＮＯｘ低減効果の低下を抑えるのに適した分だけ、高圧側の排気ガスの還流量を増加させることができ、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを確実に両立させることができる。
【００１７】
また、本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（３）前記制御装置は、前記高圧側の排気ガスの還流量が増加するのに伴って増加する前記内燃機関の排気ガス中の特定排出成分の濃度が許容範囲内に入るよう、前記特定排出成分の濃度に基づいて前記高圧側の排気ガスの還流量を選択的に制限する制約条件判定手段をさらに有しているのが好ましい。この構成により、高圧側の排気ガスの還流量が増加しても、それに伴う特定排出成分の排出量が許容範囲内に抑えられ、ＮＯｘ低減効果の確保のために他の排気エミッションが悪化することが防止される。
【００１８】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（４）前記低圧ＥＧＲ装置は、前記低圧側の排気ガスが前記抵抗要素より下流側の排気管から前記コンプレッサより上流側の吸気管に還流するときに該還流中の低圧側の排気ガスを冷却する排気冷却器を有しており、前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記排気冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定することが好ましい。この構成により、凝縮水が発生し易い排気冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水量を基に凝縮水の発生量の制御がなされることになり、有効な腐食対策が可能となる。
【００１９】
上記（４）の構成をとる場合、（５）前記低圧ＥＧＲ装置は、前記排気冷却器と前記上流側の吸気管との間に前記低圧側の排気ガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有し、前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記排気冷却器から前記低圧ＥＧＲ弁までの第１区間内における凝縮水の量と、前記低圧ＥＧＲ弁から前記上流側の吸気管までの第２区間内における凝縮水の量とを、それぞれ推定することが好ましい。この場合、低圧ＥＧＲ弁やコンプレッサ等の付近に溜まる凝縮水量がそれぞれ的確に把握でき、それぞれの腐食防止に有効な各区間についての凝縮水の抑制制御を行うことができる。
【００２０】
上記（４）または（５）の構成をとる場合、（６）前記低圧ＥＧＲ装置は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記コンプレッサより下流側の第３区間内に前記コンプレッサからの過給空気を冷却する中間冷却器を有し、前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記中間冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定することを特徴とする。この場合、中間冷却器から排気還流方向の下流側、すなわち吸気マニホールドに到達する直前の通路区間における凝縮水量をも考慮した凝縮水の発生量の制御がなされることになり、より有効な腐食対策が可能となる。
【００２１】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（７）前記内燃機関に吸入空気コンプレッサおよび排気タービンを有するターボ過給機が装着されており、前記コンプレッサが、前記ターボ過給機の前記吸入空気コンプレッサで構成され、前記抵抗要素が、前記ターボ過給機の前記排気タービンで構成されていることが望ましい。この構成により、厳しいＮＯｘ低減要求に対し大量の排気再循環を実行する場合であっても、低圧側排気再循環経路を通る排気ガスのエネルギによって排気タービンの回転数が十分に確保され、車両走行時の良好な加速応答性が得られる。
【００２２】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（８）前記抵抗要素が、前記排気管内を通る排気ガスを浄化する排気浄化ユニットで構成されているものであってもよい。この構成により、ターボ過給機以外の過給機を用いる場合であっても、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、凝縮水量が基準水量を超えると、高圧ＥＧＲ装置に対し相対的に凝縮水発生量が多くなる低圧ＥＧＲ装置の排気還流量を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少させる一方、高圧ＥＧＲ装置の排気還流量を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて増加させるようにしているので、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させることができるとともに、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴うＮＯｘ低減効果の低下を高圧ＥＧＲ装置における排気還流量の増加によって抑えることができ、その結果、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることのできる内燃機関の排気再循環システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御系のブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける制御装置で実行される持ち去られ凝縮水量の算出に使用されるマップの説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける制御装置で実行される凝縮水量の抑制のためのＬＰ流量（低圧側排気還流量）比率制御の概念図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける制御装置で実行されるＬＰ流量比率制御中のＨＰ流量（高圧側排気還流量）の増量に制約を加える条件の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける制御装置で実行されるＬＰ流量比率制御のための制御プログラムを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
（一実施形態）
図１〜図６は、本発明に係る内燃機関の排気再循環システムの一実施形態を示しており、この実施形態は、本発明を多気筒内燃機関である直列４気筒のディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という）に適用したものである。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態のエンジン１０は、その本体ブロック１０Ｍに複数の気筒１１を有しており、このエンジン１０には、各気筒１１内の燃焼室（詳細を図示していない）に燃料を噴射するコモンレール型の燃料噴射装置１２と、燃焼室に空気を吸入させる吸気装置１３と、燃焼室からの排気ガスを排気させる排気装置１４と、排気装置１４内の排気エネルギを利用して吸気装置１３内で吸入空気を圧縮し燃焼室に空気を過給するターボ過給機１５と、このターボ過給機１５より上流側の高圧側の排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる高圧ＥＧＲ装置であるＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６と、このターボ過給機１５より下流側の低圧側の排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる低圧ＥＧＲ装置であるＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７とが装備されている。
【００２８】
燃料噴射装置１２は、図外の燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧の燃圧（燃料圧力）に加圧し吐出するサプライポンプ２１と、そのサプライポンプ２１からの燃料が導入されるコモンレール２２と、このコモンレール２２を通して供給される燃料を後述するＥＣＵ（電子制御ユニット）５０からの噴射指令信号に対応するタイミングおよび開度（デューティー比）で燃焼室内に噴射する燃料噴射弁２３とを含んで構成されている。なお、サプライポンプ２１は、例えばエンジン１０の回転動力を利用して駆動され、コモンレール２２はサプライポンプ２１から供給された高圧燃料を均等な圧力に保ちながら複数の燃料噴射弁２３に分配・供給する。燃料噴射弁２３は、電磁駆動される公知のニードル弁で構成され、噴射指令信号に応じてその開弁時間を制御されることにより噴射指令信号に応じた噴射量の燃料（例えば軽油）を燃焼室内に噴射・供給することができる。
【００２９】
吸気装置１３には、吸気マニホールド３１と、それより上流側の吸気管３２と、吸気管３２の最上流部でフィルタにより吸入空気を清浄化するエアクリーナ３３と、ターボ過給機１５より下流側の吸気管部３２ｂ内で吸入空気コンプレッサ１５ａによる圧縮により昇温した過給空気を冷却するインタークーラ３４（冷却器）と、新気の吸入流量を検出するエアフローメータ３５と、エンジン１０内への吸気量を調整するスロットルバルブ３６と、吸気マニホールド３１より上流側で吸気温度を検出する吸気温度センサ３７（図２参照）とが、それぞれ装着されている。
【００３０】
排気装置１４は、排気マニホールド４１と、それより下流側の排気管４２と、アイドル時に排気温度を上げることができるとともにＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７の背圧を制御することができる排気絞り弁４３と、ターボ過給機１５より下流側の排気管４２に装着された公知の酸化触媒コンバータおよびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）からなる排気浄化ユニット４４と、排気浄化ユニット４４を通過した排気ガスの温度を検出する排気温度センサ４７と、を含んで構成されている。
【００３１】
ターボ過給機１５は、互いに回転方向一体に結合された吸入空気コンプレッサ１５ａおよび排気タービン１５ｂを有し、排気エネルギにより排気タービン１５ｂを回転させるとともに吸入空気コンプレッサ１５ａを回転させることで、この吸入空気コンプレッサ１５ａにより吸入空気を圧縮してエンジン１０内に正圧の空気を供給することができる。
【００３２】
ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６は、排気マニホールド４１および吸気管３２の間に介装されたＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１と、このＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１の途中に装着されて排気ガスの還流量を調整することができるＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２（高圧ＥＧＲ弁）と、を有している。
【００３３】
ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１は、排気管４２内の排気通路のうち排気タービン１５ｂより上流側の上流側排気管部４２ａまたは排気マニホールド４１の内部と、吸気管３２のうち吸入空気コンプレッサ１５ａより下流側の下流側吸気管部３２ｂまたは吸気マニホールド３１の内部とを連通させ、排気タービン１５ｂを抵抗要素としてそれより上流側で高圧となる高圧側の排気ガスをエンジン１０の吸気マニホールド３１の直前または内部に還流させることができるようになっており、還流させた排気ガスを吸入空気コンプレッサ１５ａ側から過給される空気と共にエンジン１０に吸入させることができるようになっている。このＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１は、吸気マニホールド３１および排気マニホールド４１と共にエンジン１０に高圧側の排気ガスを再循環させる高圧側排気再循環経路Ｌ１を形成するとともに、その内部に高圧側排気再循環経路Ｌ１の主要部をなす高圧側排気還流通路６１ｗを形成している。また、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２は、ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１内の高圧側排気還流通路６１ｗを開通させる開弁状態と、この高圧側排気還流通路６１ｗの開通を制限（例えば遮断）する閉弁状態とに切替え可能になっている。
【００３４】
ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７は、排気管４２および吸気管３２の間に介装されたＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１（低圧側の排気還流管）と、このＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の途中に装着されて排気ガスの還流量を調整することができるＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２（低圧ＥＧＲ弁）と、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内を通る排気ガスをその途中で冷却することができる排気冷却器としてのＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３と、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３より排気還流方向の上流側に位置する異物捕集フィルタ７４と、下流側の排気管４２内の排気通路４２ｗのうち排気浄化ユニット４４より下流側の排気通路部分でその通路断面積を絞るように開度を縮小させることができる前述の排気絞り弁４３と、を有している。
【００３５】
ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１は、排気管４２のうち排気タービン１５ｂより下流側の下流側排気管部４２ｂと吸気管３２のうち吸入空気コンプレッサ１５ａより上流側の上流側吸気管部３２ａとを連通させ、排気タービン１５ｂを抵抗要素としてそれより下流側で低圧となる低圧側の排気ガスを上流側吸気管部３２ａ内に還流させることができるようになっており、還流させた排気ガスを上流側吸気管部３２ａ内に導入された吸入空気と共に吸入空気コンプレッサ１５ａにより圧縮させた後にエンジン１０に再度吸入させることができるようになっている。
【００３６】
また、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１は、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１が吸気管３２に接続される位置Ｊ１より下流側の吸気管３２およびＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１が排気管４２に接続される位置Ｊ２より上流側の排気管４２と共に、エンジン１０に低圧側の排気ガスを再循環させる低圧側排気再循環経路Ｌ２を形成するとともに、その内部に低圧側排気再循環経路Ｌ２の主要部をなす低圧側排気還流通路７１ｗを形成している。
【００３７】
ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２は、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３と吸気管３２の上流側吸気管部３２ａとの間に配置されて低圧側の排気ガスの還流量を制御する、開閉および開度制御可能な弁であり、低圧側排気還流通路７１ｗを開通させる開弁状態と、この低圧側排気還流通路７１ｗの開通を制限（例えば遮断）する閉弁状態とに切替え可能になっている。
【００３８】
ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３は、詳細を図示しないが、低圧側排気還流通路７１ｗの一部を形成するガス管部と、そのガス管部の周囲に冷却用流体通路を形成するハウジング部とを有しており、ハウジング部に導入される冷却用流体（例えば、エンジン冷却水）とガス管部内の低圧側排気還流通路７１ｗの一部を通る還流排気ガスとの間における熱交換によって、低圧側の還流排気ガスを冷却できるようになっている。
【００３９】
異物捕集フィルタ７４は、網目の細かいメッシュ状のもので、排気浄化ユニット４４を通過した還流排気ガス中の混入異物、例えばスパッタ（溶接時の飛散物）や排気浄化ユニット４４からの脱落片等の異物がターボ過給機１５の吸入空気コンプレッサ１５ａに入ってダメージを与えたりすることがないよう、そのような異物をＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３より排気還流方向の上流側で捕集して還流排気ガス中から除去するようになっている。
【００４０】
インタークーラ３４は、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７によって形成される低圧側排気再循環経路Ｌ２のうち吸入空気コンプレッサ１５ａより下流側の第３区間内において、吸入空気コンプレッサ１５ａからの過給空気（圧縮により昇温した空気）を冷却するようになっている。このインタークーラ３４は、詳細を図示しないが、低圧側排気還流通路Ｌ２の一部となる吸気通路３２ｗの第３区間の一部を形成するガス管部と、そのガス管部の周囲に冷却用流体通路を形成するハウジング部とを有しており、ハウジング部に導入される冷却用流体（例えば、エンジン冷却水）とガス管部内を通る低圧側の還流排気ガスとの間における熱交換によって、低圧側の還流排気ガスを冷却できるようになっている。
【００４１】
ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６およびＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７は、電子制御ユニットであるＥＣＵ５０（制御装置）によってＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２およびＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開閉動作および開度を制御され、吸気管３２の下流側吸気管部３２ｂへの高圧側排気ガスの還流量（以下、ＨＰ流量ともいう）と、吸気管３２の上流側吸気管部３２ａへの低圧側排気ガスの還流量（以下、ＬＰ流量ともいう）とをそれぞれに制御されるようになっている。
【００４２】
ＥＣＵ５０は、詳細なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等の不揮発性メモリ、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を有する入力インターフェース回路、および、駆動回路等を有する出力インターフェース回路を含んで構成されている。そして、図２に示すように、このＥＣＵ５０が、エンジン１０の運転制御、例えばサプライポンプ２１の吐出制御（例えば、その電磁スピル弁の制御）、燃料噴射弁２３による燃料噴射量制御、スロットルバルブ３６の開度制御、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２やＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開度（ＥＧＲ率）制御、排気絞り弁４３の開度制御等を実行するようになっている。
【００４３】
図２に示すように、ＥＣＵ５０には、エアフローメータ３５、吸気温度センサ３７および排気温度センサ４７の他に、図外のアクセルペダルの踏み込みを検出するアクセル開度センサ１０１、スロットルバルブ３６の開度を検出するスロットル開度センサ１０２、所定角度単位のクランク軸回転信号を出力するクランク角センサ１０３、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ１０４、吸気マニホールド３１の入口付近でエンジン１０の過給圧を検出する吸気管内圧力センサ１０５、外気温度を検出する外気温度センサ１０６、低圧側排気還流通路７１ｗの両端（図１中の位置ｊ１、ｊ２）の間の差圧を検出するＬＰ差圧センサ１０７、エンジン１０が搭載された車両の走行速度または車輪回転速度を検出する車速センサ１０８等がそれぞれ接続されており、これらのセンサ群３５，３７，４７および１０１〜１０８からのセンサ情報がＥＣＵ５０に取り込まれるようになっている。一方、ＥＣＵ５０には、図示しないそれぞれの駆動回路を介してサプライポンプ２１（例えば、その電磁スピル弁）、複数の燃料噴射弁２３、スロットルバルブ３６、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２（具体的には、これらの電磁駆動部（符号無し））がそれぞれ接続されている。また、ＥＣＵ５０のＲＯＭには、入力インターフェース回路に取り込まれるアクセル開度センサ１０１からの加速要求やクランク角センサ１０３からのエンジン回転数等を所定時間毎に取り込んでエンジン１０の燃焼室内への燃料噴射量等を算出するための演算処理プログラムやマップ等が格納されている。
【００４４】
ところで、本実施形態のエンジン１０においては、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６およびＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７により排気管４２側から吸気管３２側に排気ガスを還流させてエンジン１０に再度吸入させる高圧側排気再循環経路Ｌ１および低圧側排気再循環経路Ｌ２を形成し、かつ、低圧側排気再循環経路Ｌ２中の排気ガスをＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３により冷却するとともに、吸気管３２内の吸気通路のうち吸入空気コンプレッサ１５ａより下流側の過給空気をインタークーラ３４により冷却するようにしている。したがって、特に、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３やインタークーラ３４により還流排気ガスやそれが混じった吸入空気（以下、双方を指してＥＧＲガスという）が冷却され、ＥＧＲガス中の水分が冷やされることで、酸性の凝縮水が発生し易くなる。
【００４５】
そこで、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６およびＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７を制御するＥＣＵ５０は、次に述べる凝縮水量推定部５１（凝縮水量推定手段）および還流比率制御部５２（還流比率制御手段）の機能を発揮するように、ＲＯＭ内にこれらの機能部に対応する制御プログラムを内蔵している。
【００４６】
凝縮水量推定部５１は、低圧側排気再循環経路Ｌ２のうちＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定するようになっている。また、凝縮水量推定部５１は、低圧側排気再循環経路Ｌ２のうちＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３からＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２までの第１区間内における凝縮水の量と、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２から上流側吸気管部３２ａまでの第２区間内における凝縮水の量と、インタークーラ３４から排気還流方向の下流側の第３区間における凝縮水の量とを、それぞれ推定するようになっている。
【００４７】
この凝縮水量推定部５１は、低圧側排気再循環経路Ｌ２中に生じる凝縮水量の概略値を公知の方法により推定するもの、例えば排気管温度が所定値より低い時間が継続した低温継続時間に応じて推定するもの（例えば、特開２００７−２０５３０３号公報参照）や、管壁温度等を考慮して凝縮水量を算出・推定するもの（例えば、特開２００９−２２８５６４号公報参照）であってもよいが、ＥＣＵ５０の処理負荷や装置コストを抑えつつ凝縮水量を精度良くかつ安定して推定できるものであるのが好ましい。
【００４８】
具体的には、凝縮水量推定部５１は、例えば発生する凝縮水量を予めＲＯＭ内に格納された算出モデルによって算出・推定するとともに、第１〜第３区間のうち対象区間内で単位時間毎に発生する凝縮水量のうち下流側に持ち去られる持ち去られ凝縮水量を予めの実験結果を基に作成したマップＭ１とその引数となるセンサ情報とにより推定し、凝縮水の発生量の推定値から持ち去られ量の推定値を差し引いて実際の凝縮水量を算出・推定するようになっている。
【００４９】
より具体的には、マップＭ１は、図３に示すように、例えば専ら対象区間内を単位時間毎に通る低圧側排気ガスの還流量の増加に対応して増加する傾向となる持ち去られ凝縮水量を、第１〜第３区間の各区間について予めの実験によって求めたものであるか、さらに低圧ＥＧＲガス温度を引数に含めて凝縮水量をより精度良く推定可能にしたマップで構成され、あるいは、特定区間についての実験結果から作成したマップとそれを基に他の区間での持ち去られ凝縮水量を算出するための計算式の組合せで構成される。ここで、単位時間毎の低圧側排気ガス還流量（ＬＰ流量）は、例えばＬＰ差圧センサ１０７の検出値から算出可能である。
【００５０】
また、凝縮水量推定部５１での算出モデルによる凝縮水の発生量の算出においては、まず、外気温度や大気圧、吸気マニホールド３１の入口付近の吸入空気の温度および圧力等を基に、吸入空気中の水分量（蒸気／空気（ｍｏｌ％）＝水蒸気圧／大気圧）および露点温度を算出するとともに、吸入空気の組成（各気体分子（Ｎ２ ，Ｏ２ ，Ａｒ）および水（Ｈ２Ｏ）のモル比）を求め、さらに、既知の燃料および吸入空気組成成分の質量と、センサ情報として得られる吸入空気量および制御値として把握している燃料噴射量から求まる空燃比とに基づいて、燃焼前後のガスの分子量をガス中の各成分のモル比と質量（次に述べる式中では括弧付の値と各成分の記号で示す）の積の和で表したモデル、例えば燃焼前のガスの分子量＝（１）・ＣＨｘ＋（１＋ｘ／４＋ａ）・Ｏ２＋（ｂ）・Ｎ２＋（ｃ）・Ａｒ＋（ｄ）・Ｈ２Ｏ に対して、既燃ガスすなわち燃焼後のガスの分子量＝（１）・ＣＯ２＋（ｘ／２＋ｄ）・Ｈ２Ｏ＋（ａ）・Ｏ２＋（ｂ）・Ｎ２＋（ｃ）・Ａｒによって算出し、その算出結果と既燃ガスの温度および圧力の検出値とから求まる既燃ガスの蒸気圧、分子量および密度等に基づいて、既燃ガス中の水分量（既燃ガスの絶対湿度）を算出する。そして、凝縮水量推定部５１は、その既燃ガス中の水分量と、前記第１区間、第２区間または第３区間内での冷却条件下における相対湿度１００％の既燃ガス中の水分量との差として、凝縮水の発生量を算出する。
【００５１】
なお、第２区間においては、吸気管３２の上流側から吸入される新気と低圧側排気還流通路７１ｗを通過した還流排気ガスとが合流する位置ｊ１から吸入空気コンプレッサ１５ａに入るまでのミキシング区間ではなく、低圧側排気還流通路７１ｗのうちＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２より排気還流方向下流側の部分（位置ｊ１までの区間）とすることで、凝縮水量推定部５１の算出精度を確保できる。
【００５２】
図４に示すように、還流比率制御部５２は、凝縮水量推定部５１によって予め設定され計算周期で単位期間毎に凝縮水の発生量算出値Ｑｗ１から持ち去られ凝縮水量Ｑｗ２を差し引いた今回の実凝縮水量の算出値Ｑｗａ［ｇ／ｓ］が算出されるとき、その算出値Ｑｗａを、吸気系部品の腐食防止等のために対象区間に要求される凝縮水の基準水量として予め設定されたクライテリアＱｗｂ（基準水量）から対象区間における凝縮水量の現在の蓄積量Ｑｗｃを差し引いた値である許容水量Ｑｗｄと比較することにより、凝縮水量推定部５１により算出された今回の凝縮水量Ｑｗａと現在までの凝縮水の蓄積量Ｑｗｃとの和である最新の凝縮水量がクライテリアＱｗｂを超えるか否かを判定するようになっている。
【００５３】
また、還流比率制御部５２は、図４中の(ii)部分に示す発生量Ｑｗａで示す今回の実凝縮水量の算出値（以下、凝縮水量Ｑｗａともいう）が許容水量Ｑｗｄを上回るとき、すなわち、今回の凝縮水量Ｑｗａと現在の運転期間における凝縮水の蓄積量Ｑｗｃ（例えば、エンジン１０の冷却水温度や排気管温度が所定値より低く凝縮水が生じ得るようになってから現在までの累積運転時間またはエンジン１０の始動時から冷却水温度や排気管温度が所定値より低い現在までの運転期間における凝縮水量Ｑｗａの積算値）との和である最新の凝縮水量がクライテリアＱｗｂを超えるときには、最新の凝縮水量が基準水量Ｑｗｂを超えないときに比べて高圧側排気ガスの還流量（ＨＰ流量）に対する低圧側排気ガス還流量（ＬＰ流量）の比率を低下させるように、その比率を可変制御するようになっている。なお、図４および図５中では、低圧側排気ガス還流量をＬＰ流量と、高圧側排気ガス還流量をＨＰ流量と記している。
【００５４】
すなわち、還流比率制御部５２は、図４中の(ii)部分に示すように今回の実凝縮水量の算出値Ｑｗａが許容水量Ｑｗｄを上回るときには、今回の実凝縮水量の算出値Ｑｗａを許容水量Ｑｗｄに抑えるべく、その凝縮水量Ｑｗｄに対応する許容ＬＰ流量Ｘを算出するとともに、その許容ＬＰ流量Ｘまでの低圧側排気ガス還流量（ＬＰ流量）の低下によってＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７およびＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６におけるＮＯｘ低減効果が低下するのを抑えるよう、許容ＬＰ流量ＸまでのＬＰ流量の減少量に応じ高圧側排気ガス還流量（ＨＰ流量）の増加量を変化させて、ＬＰ流量のＨＰ流量に対する比率（以下、ＬＰ流量比率ともいう）を可変制御するようになっている。なお、ＬＰ流量を許容ＬＰ流量Ｘまで減少させるときには、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開度を縮小させるか、排気絞り弁４３を開く、あるいは、その双方を実行することになる。
【００５５】
またＥＣＵ５０は、さらに、次の制約条件判定部５３（制約条件判定手段）の機能を発揮するように、ＲＯＭ内にこの機能部に対応する制御プログラムを内蔵している。
【００５６】
制約条件判定部５３は、例えば高圧側の排気ガスの還流量が増加するのに伴って増加傾向を示すエンジン１０の排気ガス中の特定排出成分の濃度値が許容範囲内に入るようにするという制約条件に従って、その特定排出成分の濃度が予め設定した制約値に達するときのエンジン１０の運転条件に基づいて、高圧側の排気ガスの還流量を選択的に減少させることができるようになっている。
【００５７】
より具体的には、制約条件判定部５３は、例えば図５に示すように、エンジン回転数、燃料噴射量および吸気中の酸素濃度が一定となる運転条件下において吸気マニホールド３１内の吸気温度が高くなるほど増加する傾向を示すスモーク成分の濃度値（ＦＳＮ：Filter Smoke Number）が許容範囲内に入るように、図２中に示すマップＭ２（公知の簡易Ｓｏｏｔモデルでもよい）によりスモーク成分の濃度値を所定時間毎に算出し、その算出値が制約値（例えば、スモークＦＳＮ＝１）に達するときの吸気温度を超えないようにするという制約条件の下で、吸気マニホールド３１内の吸気温度を高圧側の排気ガスの還流量を適宜制限するようになっている。
【００５８】
勿論、ここにいう特定排出成分は、スモークでなくＨＣ（炭化水素）であってもよいしこれらの両者を含むもの（複数種類の排出成分）であってもよい。
【００５９】
次に、作用について説明する。
【００６０】
図６は、ＥＣＵ５０で所定時間毎に実行される制御プログラムの概略の処理手順を示すフローチャートである。この制御プログラムは、ＥＣＵ５０により上述した燃料噴射量の制御等を実行させるための制御プログラムと並行して、ＥＣＵ５０に凝縮水量推定部５１、還流比率制御部５２および制約条件判定部５３の機能を発揮させるべく、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００６１】
図６に示すように、この制御においては、まず、各種センサ群３５，３７，４７および１０１〜１０８からのセンサ情報がＥＣＵ５０に取り込まれて、エンジン１０の運転状態が取得される（ステップＳ１１）。
【００６２】
次いで、凝縮水量推定部５１によって予め設定され計算周期で単位期間毎に凝縮水の発生量Ｑｗ１から持ち去られ凝縮水量Ｑｗ２を差し引いた今回の実発生凝縮水量Ｑｗａが算出される（ステップＳ１２）。
【００６３】
次いで、吸気系部品の腐食防止等のために対象区間毎に設定されたクライテリアＱｗｂからその対象区間内における凝縮水量の現在の蓄積量Ｑｗｃを差し引いて、許容水量Ｑｗｄが算出される（ステップＳ１３）。
【００６４】
次いで、今回の実発生凝縮水量Ｑｗａと許容水量Ｑｗｄとが比較され、今回の凝縮水量Ｑｗａと現在までの凝縮水の蓄積量Ｑｗｃとの和である最新の凝縮水量がクライテリアＱｗｂを超えるか否かが判定される（ステップＳ１４）。
【００６５】
このとき、今回の実発生凝縮水量Ｑｗａが許容水量Ｑｗｄを超えていれば（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、次いで、実発生凝縮水量Ｑｗａを許容水量Ｑｗｄまでの値に抑えるべく、還流比率制御部５２が低圧側排気ガス還流量の高圧側排気ガス還流量に対する比率であるＬＰ流量比率を低減させる（ステップＳ１５）。そして、そのＬＰ流量比率になるように、凝縮水量Ｑｗｄに対応する許容ＬＰ流量Ｘが算出されるとともに（ステップＳ１６）、許容ＬＰ流量Ｘまでの低圧側排気ガス還流量（ＬＰ流量）の低下によってＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７およびＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６におけるＮＯｘ低減効果が低下するのを抑えるように、高圧側排気ガス還流量（ＨＰ流量）を低圧側排気ガス還流量の低下量に応じて増加させた要求ＨＰ流量Ｙが算出される（ステップＳ１７）。
【００６６】
この間、制約条件判定部５３によって排気ガス中のスモーク成分やＨＣの濃度値が所定時間毎に算出され、その算出値が制約値を超えない（制約値以下）か判定される（ステップＳ１８）。そして、排気ガス中のスモーク成分やＨＣの濃度値がその制約値を超えなければ（ステップＳ１８のＹＥＳの場合）、今回の処理を終了する。
【００６７】
一方、排気ガス中のスモーク成分やＨＣの濃度値がその制約値を超えると判定されたときには（ステップＳ１８のＮＯの場合）、次いで、排気ガス中のスモーク成分やＨＣの濃度値がその制約値以下になるように、要求ＨＰ流量Ｙが小さい値に補正される。このとき、低圧側排気ガス還流量および高圧側排気ガス還流量の和である全ＥＧＲ流量が減少し、ＮＯｘ低減効果は多少低下するが、排気ガス中のスモーク成分やＨＣの増加によって排気浄化性能が損なわれることが回避できることになる。
【００６８】
このように、本実施形態の排気再循環システムにおいては、低圧側排気再循環経路Ｌ２中の凝縮水の量（今回の実発生凝縮水量Ｑｗａと蓄積量Ｑｗｃの和）が基準水量であるクライテリアＱｗｂを超えると、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６に対し相対的に凝縮水発生量が多くなるＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量は、凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少し、一方、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６における排気還流量は、凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて増加するような制御が実行される。
【００６９】
したがって、低圧側排気再循環経路Ｌ２中の凝縮水量が増加したときに、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させることができ、しかも、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少に伴うＮＯｘ低減効果の低下を、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６における排気還流量の増加によって抑えることができる。その結果、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることが可能となる。
【００７０】
また、本実施形態では、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少によるＮＯｘ低減効果の低下を抑えるのに適した分だけ、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６によって高圧側の排気ガスの還流量を増加させることができるので、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを確実に両立させることができる。
【００７１】
さらに、高圧側の排気ガスの還流量が増加しても、それに伴う特定排出成分の排出量が許容範囲内に抑えられ、ＮＯｘ低減効果の確保のために他の排気エミッションが悪化してしまうようなことが未然に防止される。
【００７２】
加えて、本実施形態においては、凝縮水が発生し易いＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３から排気還流方向の下流側における凝縮水量を基に凝縮水の発生量の制御がなされることから、吸入空気コンプレッサ１５ａやバルブ類等の有効な腐食対策が可能となる。
【００７３】
また、凝縮水量推定部５１は、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３からＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２までの第１区間とＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２から吸気管３２までの第２区間とについてそれぞれ凝縮水量を推定して、各区間について設定した基準水量を基に凝縮水量の判定を行うので、凝縮水量を的確に抑制してＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２や吸入空気コンプレッサ１５ａ等の的確な腐食防止を図ることができる。さらに、インタークーラ３４から排気還流方向の下流側で、吸気マニホールド３１に到達する直前の通路区間における凝縮水量をも考慮した凝縮水量の抑制制御がなされることになり、吸気弁やその弁座等に対する有効な腐食対策が可能となる。
【００７４】
また、本実施形態においては、厳しいＮＯｘ低減要求に対し大量の排気再循環を実行する場合であっても、低圧側排気再循環経路Ｌ２を通る排気ガスのエネルギによって排気タービン１５ｂの回転数［ｒｐｍ］が十分に確保されるので、車両走行時の良好な加速応答性が得られることになる。
【００７５】
このように、本実施形態の排気再循環システムにおいては、凝縮水量が基準水量を超えると、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６に対し相対的に凝縮水発生量が多くなるＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７の排気還流量（ＬＰ流量）を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少させる一方、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６の排気還流量（ＨＰ流量）を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて増加させるようにしているので、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させることができるとともに、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少に伴うＮＯｘ低減効果の低下をＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６における排気還流量の増加によって抑えることができる。
【００７６】
なお、上述の各実施形態においては、凝縮水量推定部５１によって一定時間毎の実凝縮水量Ｑｗａを算出していたが、低圧側排気再循環経路Ｌ２中に生じた実際の凝縮水の部分的な蓄積量や貯留液面レベルをセンサで検知して対象区間内の凝縮水量を算出・推定するようなものであってもよい。
【００７７】
また、上述の各実施形態においては、エンジン１０にターボ過給機１５が装着されるとともに、排気管４２内の排気通路を高圧側と低圧側に区画する抵抗要素がターボ過給機１５の排気タービン１５ｂで構成されていたが、本発明は、ターボ過給機を有しない内燃機関についても適用可能である。例えば、排気管４２内を通る排気ガスを浄化する排気浄化ユニット４４によって本発明にいう抵抗要素が構成され、エンジン１０が排気タービン１５ｂを有しないような場合にも本発明は適用可能である。そして、そのような構成を採用する場合においても、凝縮水量が多くなったときに的確にＬＰ流量比率が低減され、凝縮水の発生量が抑えられるので、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることができる。
【００７８】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気再循環システムは、凝縮水量が基準水量を超えると、高圧ＥＧＲ装置に対し相対的に凝縮水発生量が多くなる低圧ＥＧＲ装置の排気還流量を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少させるよう、その高圧側の排気還流量に対する流量比率を制御するようにしているので、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させるとともに、低圧ＥＧＲ装置によるＮＯｘ低減効果の低下を高圧ＥＧＲ装置における排気還流量の増加によって補うことができ、その結果、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることのできる内燃機関の排気再循環システムを提供することができるという効果を奏するものであり、排気ガスから生じる凝縮水による吸気系金属部品の腐食防止を図った内燃機関の排気再循環システム全般に有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１０ エンジン（内燃機関、ディーゼルエンジン）
１１ 気筒
１５ ターボ過給機
１５ａ 吸入空気コンプレッサ（コンプレッサ）
１５ｂ 排気タービン（抵抗要素）
１６ ＨＰＬ−ＥＧＲ装置（高圧ＥＧＲ装置）
１７ ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（低圧ＥＧＲ装置）
３２ 吸気管
３４ インタークーラ（中間冷却器）
４２ 排気管
４３ 排気絞り弁
４４ 排気浄化ユニット
５０ ＥＣＵ（電子制御ユニット、制御装置）
５１ 凝縮水量推定部（凝縮水量推定手段）
５２ 還流比率制御部（還流比率制御手段）
５３ 制約条件判定部（制約条件判定手段）
６１ｗ 高圧側排気還流通路
６２ ＨＰＬ−ＥＧＲ弁（高圧ＥＧＲ弁）
７１ｗ 低圧側排気還流通路
７２ ＬＰＬ−ＥＧＲ弁（低圧ＥＧＲ弁）
７３ ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ（排気冷却器、低圧ＥＧＲクーラ）
１０４ 水温センサ
１０５ 吸気管内圧力センサ
１０６ 外気温度センサ
１０７ ＬＰ差圧センサ
Ｌ１ 高圧側排気再循環経路
Ｌ２ 低圧側排気再循環経路
Ｑｗ１ 発生量（発生量算出値）
Ｑｗ２ 持ち去られ凝縮水量
Ｑｗａ 実発生凝縮水量（凝縮水量）
Ｑｗｂ クライテリア（基準水量）
Ｑｗｃ 蓄積凝縮量（蓄積量）
Ｑｗｄ 許容水量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧側および高圧側の排気再循環回路を併有する内燃機関の排気再循環システムに関し、特に排気再循環経路中における凝縮水の発生を抑制するようにした内燃機関の排気再循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のエンジン（内燃機関）においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減に効果的な排気再循環を行うＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムを装着したものが多くなっており、希薄燃焼が可能でＥＧＲ流量が多くなるエンジンにおいては、排気再循環される排気ガス、すなわちＥＧＲガスの温度を下げるためにＥＧＲクーラ（排気冷却器）が多用されている。また、高温の排気ガスの一部を吸気側に還流させるＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ回路とは別に、排気後処理装置を通過した後の排気ガスをターボ過給機のコンプレッサより上流側に還流させることで低温かつ大量の排気再循環を可能にしたＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ回路を装備するものも普及し始めている。
【０００３】
このようなＥＧＲクーラを用いるＥＧＲシステムやＬＰＬ−ＥＧＲシステムでは、排気ガス中の水分が冷やされることで硝酸や硫酸等を含む酸性の凝縮水が発生し、その凝縮水が吸気管内に入ることにより吸気弁のバルブシートや燃料噴射弁等の金属部品が腐食し易くなり、ＬＰＬ−ＥＧＲ回路ではさらにターボ過給機のコンプレッサも腐食し易くなる。そこで、従来、このような腐食を防止する対策が施されている。
【０００４】
例えば、エンジンの燃料噴射量および吸入空気量を基に燃焼により発生する水蒸気量を算出するとともに、排気ガス温度および排気管温度を推定または検出し、これら水蒸気量、排気ガス温度および排気管温度に基づいて排気管内で生じる凝縮水量を推定して、その凝縮水量が所定値を超えたときにはＥＧＲ弁（排気還流弁）の被水とその氷結によるＥＧＲ弁の固着の可能性があるもの判定として、ＥＧＲ弁の開弁制御や故障診断を中止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、低圧ＥＧＲ回路のＥＧＲクーラおよびＥＧＲ弁の間の排気還流通路から排気絞り弁により下流側の排気通路に低圧ＥＧＲガスを排出可能な連通路を設け、排気絞り弁の閉弁により排気還流通路内の圧力を高めることで、排気還流通路から排気絞り弁より下流側の排気通路内に凝縮水を排出させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、排気冷却器の下流側の排気ガスの温度が所定温度以下となる状態が継続した時間に基づいて凝縮水量を推定するとともに、その凝縮水量の推定値が一定量を超えたときにはＥＧＲ弁の開度を全閉位置よりは開き側の小開度に制御して、凝縮水がせき止められたりＥＧＲ弁の弁軸取付け穴等から漏れたりすることを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、低圧ＥＧＲ回路で還流される低圧ＥＧＲガス中の不活性ガス中の所定成分の還流遅れによってＮＯｘやスモークの発生量が増加するのを抑制すべく、その不活性ガス中の所定成分の変化量を算出し、その変化量に応じて吸気ガスの所定成分の濃度変化を抑制するように高圧ＥＧＲ回路で還流される高圧ＥＧＲガス量を制御するようにしたものも知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２２００２６号公報
【特許文献２】特開２００８−００２３５１号公報
【特許文献３】特開２００７−２０５３０３号公報
【特許文献４】特開２００９−０４７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のような従来の内燃機関の排気再循環システムにあっては、排気還流通路内に生じる凝縮水の量が所定値を超えたときには、吸気系主要部品の腐食を防止するためにＥＧＲ弁の開度を絞って排気再循環を禁止したり大幅に制限したりしていたために、排気再循環システム本来のＮＯｘ低減効果が十分に得られなくなってしまうという問題があった。
【００１０】
特に、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置を装備する排気再循環システムにおいては、低温かつ大量の排気再循環によって厳しいＮＯｘ低減要求に応えることが可能になるものの、凝縮水の発生量が多くなる。そのため、凝縮水量の増加時に排気再循環を単に禁止したり制限したりするのではＮＯｘ低減効果が大きく損なわれてしまうことになり、凝縮水の発生量を腐食防止に有効な範囲内に抑制しつつ所要のＮＯｘ低減効果を維持することが困難になっていた。
【００１１】
一方、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置の排気還流通路に流れる排気ガスの流量をその排気還流通路の両端の差圧としてセンサで検知しながら低圧ＥＧＲ流量をフィードバック制御するような場合、その排気還流通路の上流部分に配置される異物捕集フィルタに凝縮水が付着して水膜が形成される際の差圧の増加を検出することにより、凝縮水量が許容限界量に達したことを把握するといったことも考えられるが、水膜による排気還流経路の閉塞によって本来流れるべき還流排気ガスが流れなくなる状態を許容することになり、やはりＮＯｘ低減効果が損なわれてしまう。
【００１２】
また、低圧ＥＧＲ流量のフィードバック制御の異常（ここでは、水膜形成による前後差圧の増加を低圧ＥＧＲ流量の増加と誤検知してしまうことによる異常）を回避するために制御装置に排気還流経路の詰まりを判定する診断機能を設け、その診断機能を吸気系金属部品の腐食防止のために制限されるべき凝縮水量の判定にも利用するといったことが考えられるが、詰まり判定が可能な凝縮水量と吸気系金属部品の腐食防止のために制限されるべき凝縮水量には差があるため、ＮＯｘ低減効果と十分な腐食防止効果を両立させることは容易ではない。
【００１３】
本発明は、上述のような従来技術の不具合に鑑みてなされたものであり、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることのできる内燃機関の排気再循環システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気再循環システムは、上記課題解決のため、（１）過給用のコンプレッサが装着された吸気管および排気抵抗となる抵抗要素が設けられた排気管を有する内燃機関の前記コンプレッサより下流側の吸気管に前記抵抗要素より上流側の排気管から高圧側の排気ガスを還流させ、該還流させた高圧側の排気ガスを前記下流側の吸気管内の空気と共に前記内燃機関に吸入させる高圧側排気再循環経路を形成する高圧ＥＧＲ装置と、前記内燃機関の前記抵抗要素より下流側の排気管から前記コンプレッサより上流側の吸気管に前記抵抗要素を通過した後の低圧側の排気ガスを還流させ、該還流させた低圧側の排気ガスを前記上流側の吸気管内の空気と共に前記コンプレッサにより圧縮させた後に前記内燃機関に吸入させる低圧側排気再循環経路を形成する低圧ＥＧＲ装置と、前記高圧ＥＧＲ装置および低圧ＥＧＲ装置を制御し、前記コンプレッサより下流側の吸気管への前記高圧側の排気ガスの還流量と前記コンプレッサより上流側の吸気管への前記低圧側の排気ガスの還流量とをそれぞれに制御する制御装置と、を備えた内燃機関の排気再循環システムであって、前記制御装置は、前記低圧側排気再循環経路中の凝縮水の量を推定する凝縮水量推定手段と、前記凝縮水の量が予め設定された基準水量を超えるとき、前記高圧側の排気ガスの還流量に対する前記低圧側の排気ガスの還流量の比率を前記凝縮水の量が前記基準水量を超えないときに比べて低下させるよう、前記低圧側の排気ガスの還流量を減少させるとともに前記高圧側の排気ガスの還流量を増加させる還流比率制御手段と、を有していることを特徴とする。
【００１５】
この排気再循環システムでは、凝縮水量が基準水量を超えると、高圧ＥＧＲ装置に対し相対的に凝縮水発生量が多くなる低圧ＥＧＲ装置の排気還流量は、凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少し、一方、高圧ＥＧＲ装置の排気還流量は、凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて増加することになる。したがって、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させることができ、しかも、高圧ＥＧＲ装置における排気還流量の増加により総排気還流量の不足を補うことで、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴うＮＯｘ低減効果の低下を抑えることができる。その結果、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることが可能となる。
【００１６】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（２）前記還流比率制御手段は、前記低圧側の排気ガスの還流量の減少量に応じて前記高圧側の排気ガスの還流量の増加量を変化させるのが好ましい。これにより、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少によるＮＯｘ低減効果の低下を抑えるのに適した分だけ、高圧側の排気ガスの還流量を増加させることができ、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを確実に両立させることができる。
【００１７】
また、本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（３）前記制御装置は、前記高圧側の排気ガスの還流量が増加するのに伴って増加する前記内燃機関の排気ガス中の特定排出成分の濃度が許容範囲内に入るよう、前記特定排出成分の濃度に基づいて前記高圧側の排気ガスの還流量を選択的に制限する制約条件判定手段をさらに有しているのが好ましい。この構成により、高圧側の排気ガスの還流量が増加しても、それに伴う特定排出成分の排出量が許容範囲内に抑えられ、ＮＯｘ低減効果の確保のために他の排気エミッションが悪化することが防止される。
【００１８】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（４）前記低圧ＥＧＲ装置は、前記低圧側の排気ガスが前記抵抗要素より下流側の排気管から前記コンプレッサより上流側の吸気管に還流するときに該還流中の低圧側の排気ガスを冷却する排気冷却器を有しており、前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記排気冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定することが好ましい。この構成により、凝縮水が発生し易い排気冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水量を基に凝縮水の発生量の制御がなされることになり、有効な腐食対策が可能となる。
【００１９】
上記（４）の構成をとる場合、（５）前記低圧ＥＧＲ装置は、前記排気冷却器と前記上流側の吸気管との間に前記低圧側の排気ガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有し、前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記排気冷却器から前記低圧ＥＧＲ弁までの第１区間内における凝縮水の量と、前記低圧ＥＧＲ弁から前記上流側の吸気管までの第２区間内における凝縮水の量とを、それぞれ推定することが好ましい。この場合、低圧ＥＧＲ弁やコンプレッサ等の付近に溜まる凝縮水量がそれぞれ的確に把握でき、それぞれの腐食防止に有効な各区間についての凝縮水の抑制制御を行うことができる。
【００２０】
上記（４）または（５）の構成をとる場合、（６）前記低圧ＥＧＲ装置は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記コンプレッサより下流側の第３区間内に前記コンプレッサからの過給空気を冷却する中間冷却器を有し、前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記中間冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定することを特徴とする。この場合、中間冷却器から排気還流方向の下流側、すなわち吸気マニホールドに到達する直前の通路区間における凝縮水量をも考慮した凝縮水の発生量の制御がなされることになり、より有効な腐食対策が可能となる。
【００２１】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（７）前記内燃機関に吸入空気コンプレッサおよび排気タービンを有するターボ過給機が装着されており、前記コンプレッサが、前記ターボ過給機の前記吸入空気コンプレッサで構成され、前記抵抗要素が、前記ターボ過給機の前記排気タービンで構成されていることが望ましい。この構成により、厳しいＮＯｘ低減要求に対し大量の排気再循環を実行する場合であっても、低圧側排気再循環経路を通る排気ガスのエネルギによって排気タービンの回転数が十分に確保され、車両走行時の良好な加速応答性が得られる。
【００２２】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（８）前記抵抗要素が、前記排気管内を通る排気ガスを浄化する排気浄化ユニットで構成されているものであってもよい。この構成により、ターボ過給機以外の過給機を用いる場合であっても、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、凝縮水量が基準水量を超えると、高圧ＥＧＲ装置に対し相対的に凝縮水発生量が多くなる低圧ＥＧＲ装置の排気還流量を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少させる一方、高圧ＥＧＲ装置の排気還流量を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて増加させるようにしているので、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させることができるとともに、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴うＮＯｘ低減効果の低下を高圧ＥＧＲ装置における排気還流量の増加によって抑えることができ、その結果、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることのできる内燃機関の排気再循環システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御系のブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける制御装置で実行される持ち去られ凝縮水量の算出に使用されるマップの説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける制御装置で実行される凝縮水量の抑制のためのＬＰ流量（低圧側排気還流量）比率制御の概念図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける制御装置で実行されるＬＰ流量比率制御中のＨＰ流量（高圧側排気還流量）の増量に制約を加える条件の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける制御装置で実行されるＬＰ流量比率制御のための制御プログラムを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
（一実施形態）
図１〜図６は、本発明に係る内燃機関の排気再循環システムの一実施形態を示しており、この実施形態は、本発明を多気筒内燃機関である直列４気筒のディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という）に適用したものである。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態のエンジン１０は、その本体ブロック１０Ｍに複数の気筒１１を有しており、このエンジン１０には、各気筒１１内の燃焼室（詳細を図示していない）に燃料を噴射するコモンレール型の燃料噴射装置１２と、燃焼室に空気を吸入させる吸気装置１３と、燃焼室からの排気ガスを排気させる排気装置１４と、排気装置１４内の排気エネルギを利用して吸気装置１３内で吸入空気を圧縮し燃焼室に空気を過給するターボ過給機１５と、このターボ過給機１５より上流側の高圧側の排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる高圧ＥＧＲ装置であるＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６と、このターボ過給機１５より下流側の低圧側の排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる低圧ＥＧＲ装置であるＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７とが装備されている。
【００２８】
燃料噴射装置１２は、図外の燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧の燃圧（燃料圧力）に加圧し吐出するサプライポンプ２１と、そのサプライポンプ２１からの燃料が導入されるコモンレール２２と、このコモンレール２２を通して供給される燃料を後述するＥＣＵ（電子制御ユニット）５０からの噴射指令信号に対応するタイミングおよび開度（デューティー比）で燃焼室内に噴射する燃料噴射弁２３とを含んで構成されている。なお、サプライポンプ２１は、例えばエンジン１０の回転動力を利用して駆動され、コモンレール２２はサプライポンプ２１から供給された高圧燃料を均等な圧力に保ちながら複数の燃料噴射弁２３に分配・供給する。燃料噴射弁２３は、電磁駆動される公知のニードル弁で構成され、噴射指令信号に応じてその開弁時間を制御されることにより噴射指令信号に応じた噴射量の燃料（例えば軽油）を燃焼室内に噴射・供給することができる。
【００２９】
吸気装置１３には、吸気マニホールド３１と、それより上流側の吸気管３２と、吸気管３２の最上流部でフィルタにより吸入空気を清浄化するエアクリーナ３３と、ターボ過給機１５より下流側の吸気管部３２ｂ内で吸入空気コンプレッサ１５ａによる圧縮により昇温した過給空気を冷却するインタークーラ３４（冷却器）と、新気の吸入流量を検出するエアフローメータ３５と、エンジン１０内への吸気量を調整するスロットルバルブ３６と、吸気マニホールド３１より上流側で吸気温度を検出する吸気温度センサ３７（図２参照）とが、それぞれ装着されている。
【００３０】
排気装置１４は、排気マニホールド４１と、それより下流側の排気管４２と、アイドル時に排気温度を上げることができるとともにＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７の背圧を制御することができる排気絞り弁４３と、ターボ過給機１５より下流側の排気管４２に装着された公知の酸化触媒コンバータおよびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）からなる排気浄化ユニット４４と、排気浄化ユニット４４を通過した排気ガスの温度を検出する排気温度センサ４７と、を含んで構成されている。
【００３１】
ターボ過給機１５は、互いに回転方向一体に結合された吸入空気コンプレッサ１５ａおよび排気タービン１５ｂを有し、排気エネルギにより排気タービン１５ｂを回転させるとともに吸入空気コンプレッサ１５ａを回転させることで、この吸入空気コンプレッサ１５ａにより吸入空気を圧縮してエンジン１０内に正圧の空気を供給することができる。
【００３２】
ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６は、排気マニホールド４１および吸気管３２の間に介装されたＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１と、このＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１の途中に装着されて排気ガスの還流量を調整することができるＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２（高圧ＥＧＲ弁）と、を有している。
【００３３】
ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１は、排気管４２内の排気通路のうち排気タービン１５ｂより上流側の上流側排気管部４２ａまたは排気マニホールド４１の内部と、吸気管３２のうち吸入空気コンプレッサ１５ａより下流側の下流側吸気管部３２ｂまたは吸気マニホールド３１の内部とを連通させ、排気タービン１５ｂを抵抗要素としてそれより上流側で高圧となる高圧側の排気ガスをエンジン１０の吸気マニホールド３１の直前または内部に還流させることができるようになっており、還流させた排気ガスを吸入空気コンプレッサ１５ａ側から過給される空気と共にエンジン１０に吸入させることができるようになっている。このＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１は、吸気マニホールド３１および排気マニホールド４１と共にエンジン１０に高圧側の排気ガスを再循環させる高圧側排気再循環経路Ｌ１を形成するとともに、その内部に高圧側排気再循環経路Ｌ１の主要部をなす高圧側排気還流通路６１ｗを形成している。また、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２は、ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１内の高圧側排気還流通路６１ｗを開通させる開弁状態と、この高圧側排気還流通路６１ｗの開通を制限（例えば遮断）する閉弁状態とに切替え可能になっている。
【００３４】
ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７は、排気管４２および吸気管３２の間に介装されたＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１（低圧側の排気還流管）と、このＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の途中に装着されて排気ガスの還流量を調整することができるＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２（低圧ＥＧＲ弁）と、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内を通る排気ガスをその途中で冷却することができる排気冷却器としてのＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３と、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３より排気還流方向の上流側に位置する異物捕集フィルタ７４と、下流側の排気管４２内の排気通路４２ｗのうち排気浄化ユニット４４より下流側の排気通路部分でその通路断面積を絞るように開度を縮小させることができる前述の排気絞り弁４３と、を有している。
【００３５】
ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１は、排気管４２のうち排気タービン１５ｂより下流側の下流側排気管部４２ｂと吸気管３２のうち吸入空気コンプレッサ１５ａより上流側の上流側吸気管部３２ａとを連通させ、排気タービン１５ｂを抵抗要素としてそれより下流側で低圧となる低圧側の排気ガスを上流側吸気管部３２ａ内に還流させることができるようになっており、還流させた排気ガスを上流側吸気管部３２ａ内に導入された吸入空気と共に吸入空気コンプレッサ１５ａにより圧縮させた後にエンジン１０に再度吸入させることができるようになっている。
【００３６】
また、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１は、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１が吸気管３２に接続される位置Ｊ１より下流側の吸気管３２およびＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１が排気管４２に接続される位置Ｊ２より上流側の排気管４２と共に、エンジン１０に低圧側の排気ガスを再循環させる低圧側排気再循環経路Ｌ２を形成するとともに、その内部に低圧側排気再循環経路Ｌ２の主要部をなす低圧側排気還流通路７１ｗを形成している。
【００３７】
ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２は、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３と吸気管３２の上流側吸気管部３２ａとの間に配置されて低圧側の排気ガスの還流量を制御する、開閉および開度制御可能な弁であり、低圧側排気還流通路７１ｗを開通させる開弁状態と、この低圧側排気還流通路７１ｗの開通を制限（例えば遮断）する閉弁状態とに切替え可能になっている。
【００３８】
ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３は、詳細を図示しないが、低圧側排気還流通路７１ｗの一部を形成するガス管部と、そのガス管部の周囲に冷却用流体通路を形成するハウジング部とを有しており、ハウジング部に導入される冷却用流体（例えば、エンジン冷却水）とガス管部内の低圧側排気還流通路７１ｗの一部を通る還流排気ガスとの間における熱交換によって、低圧側の還流排気ガスを冷却できるようになっている。
【００３９】
異物捕集フィルタ７４は、網目の細かいメッシュ状のもので、排気浄化ユニット４４を通過した還流排気ガス中の混入異物、例えばスパッタ（溶接時の飛散物）や排気浄化ユニット４４からの脱落片等の異物がターボ過給機１５の吸入空気コンプレッサ１５ａに入ってダメージを与えたりすることがないよう、そのような異物をＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３より排気還流方向の上流側で捕集して還流排気ガス中から除去するようになっている。
【００４０】
インタークーラ３４は、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７によって形成される低圧側排気再循環経路Ｌ２のうち吸入空気コンプレッサ１５ａより下流側の第３区間内において、吸入空気コンプレッサ１５ａからの過給空気（圧縮により昇温した空気）を冷却するようになっている。このインタークーラ３４は、詳細を図示しないが、低圧側排気還流通路Ｌ２の一部となる吸気通路３２ｗの第３区間の一部を形成するガス管部と、そのガス管部の周囲に冷却用流体通路を形成するハウジング部とを有しており、ハウジング部に導入される冷却用流体（例えば、エンジン冷却水）とガス管部内を通る低圧側の還流排気ガスとの間における熱交換によって、低圧側の還流排気ガスを冷却できるようになっている。
【００４１】
ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６およびＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７は、電子制御ユニットであるＥＣＵ５０（制御装置）によってＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２およびＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開閉動作および開度を制御され、吸気管３２の下流側吸気管部３２ｂへの高圧側排気ガスの還流量（以下、ＨＰ流量ともいう）と、吸気管３２の上流側吸気管部３２ａへの低圧側排気ガスの還流量（以下、ＬＰ流量ともいう）とをそれぞれに制御されるようになっている。
【００４２】
ＥＣＵ５０は、詳細なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等の不揮発性メモリ、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を有する入力インターフェース回路、および、駆動回路等を有する出力インターフェース回路を含んで構成されている。そして、図２に示すように、このＥＣＵ５０が、エンジン１０の運転制御、例えばサプライポンプ２１の吐出制御（例えば、その電磁スピル弁の制御）、燃料噴射弁２３による燃料噴射量制御、スロットルバルブ３６の開度制御、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２やＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開度（ＥＧＲ率）制御、排気絞り弁４３の開度制御等を実行するようになっている。
【００４３】
図２に示すように、ＥＣＵ５０には、エアフローメータ３５、吸気温度センサ３７および排気温度センサ４７の他に、図外のアクセルペダルの踏み込みを検出するアクセル開度センサ１０１、スロットルバルブ３６の開度を検出するスロットル開度センサ１０２、所定角度単位のクランク軸回転信号を出力するクランク角センサ１０３、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ１０４、吸気マニホールド３１の入口付近でエンジン１０の過給圧を検出する吸気管内圧力センサ１０５、外気温度を検出する外気温度センサ１０６、低圧側排気還流通路７１ｗの両端（図１中の位置ｊ１、ｊ２）の間の差圧を検出するＬＰ差圧センサ１０７、エンジン１０が搭載された車両の走行速度または車輪回転速度を検出する車速センサ１０８等がそれぞれ接続されており、これらのセンサ群３５，３７，４７および１０１〜１０８からのセンサ情報がＥＣＵ５０に取り込まれるようになっている。一方、ＥＣＵ５０には、図示しないそれぞれの駆動回路を介してサプライポンプ２１（例えば、その電磁スピル弁）、複数の燃料噴射弁２３、スロットルバルブ３６、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２（具体的には、これらの電磁駆動部（符号無し））がそれぞれ接続されている。また、ＥＣＵ５０のＲＯＭには、入力インターフェース回路に取り込まれるアクセル開度センサ１０１からの加速要求やクランク角センサ１０３からのエンジン回転数等を所定時間毎に取り込んでエンジン１０の燃焼室内への燃料噴射量等を算出するための演算処理プログラムやマップ等が格納されている。
【００４４】
ところで、本実施形態のエンジン１０においては、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６およびＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７により排気管４２側から吸気管３２側に排気ガスを還流させてエンジン１０に再度吸入させる高圧側排気再循環経路Ｌ１および低圧側排気再循環経路Ｌ２を形成し、かつ、低圧側排気再循環経路Ｌ２中の排気ガスをＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３により冷却するとともに、吸気管３２内の吸気通路のうち吸入空気コンプレッサ１５ａより下流側の過給空気をインタークーラ３４により冷却するようにしている。したがって、特に、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３やインタークーラ３４により還流排気ガスやそれが混じった吸入空気（以下、双方を指してＥＧＲガスという）が冷却され、ＥＧＲガス中の水分が冷やされることで、酸性の凝縮水が発生し易くなる。
【００４５】
そこで、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６およびＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７を制御するＥＣＵ５０は、次に述べる凝縮水量推定部５１（凝縮水量推定手段）および還流比率制御部５２（還流比率制御手段）の機能を発揮するように、ＲＯＭ内にこれらの機能部に対応する制御プログラムを内蔵している。
【００４６】
凝縮水量推定部５１は、低圧側排気再循環経路Ｌ２のうちＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定するようになっている。また、凝縮水量推定部５１は、低圧側排気再循環経路Ｌ２のうちＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３からＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２までの第１区間内における凝縮水の量と、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２から上流側吸気管部３２ａまでの第２区間内における凝縮水の量と、インタークーラ３４から排気還流方向の下流側の第３区間における凝縮水の量とを、それぞれ推定するようになっている。
【００４７】
この凝縮水量推定部５１は、低圧側排気再循環経路Ｌ２中に生じる凝縮水量の概略値を公知の方法により推定するもの、例えば排気管温度が所定値より低い時間が継続した低温継続時間に応じて推定するもの（例えば、特開２００７−２０５３０３号公報参照）や、管壁温度等を考慮して凝縮水量を算出・推定するもの（例えば、特開２００９−２２８５６４号公報参照）であってもよいが、ＥＣＵ５０の処理負荷や装置コストを抑えつつ凝縮水量を精度良くかつ安定して推定できるものであるのが好ましい。
【００４８】
具体的には、凝縮水量推定部５１は、例えば発生する凝縮水量を予めＲＯＭ内に格納された算出モデルによって算出・推定するとともに、第１〜第３区間のうち対象区間内で単位時間毎に発生する凝縮水量のうち下流側に持ち去られる持ち去られ凝縮水量を予めの実験結果を基に作成したマップＭ１とその引数となるセンサ情報とにより推定し、凝縮水の発生量の推定値から持ち去られ量の推定値を差し引いて実際の凝縮水量を算出・推定するようになっている。
【００４９】
より具体的には、マップＭ１は、図３に示すように、例えば専ら対象区間内を単位時間毎に通る低圧側排気ガスの還流量の増加に対応して増加する傾向となる持ち去られ凝縮水量を、第１〜第３区間の各区間について予めの実験によって求めたものであるか、さらに低圧ＥＧＲガス温度を引数に含めて凝縮水量をより精度良く推定可能にしたマップで構成され、あるいは、特定区間についての実験結果から作成したマップとそれを基に他の区間での持ち去られ凝縮水量を算出するための計算式の組合せで構成される。ここで、単位時間毎の低圧側排気ガス還流量（ＬＰ流量）は、例えばＬＰ差圧センサ１０７の検出値から算出可能である。
【００５０】
また、凝縮水量推定部５１での算出モデルによる凝縮水の発生量の算出においては、まず、外気温度や大気圧、吸気マニホールド３１の入口付近の吸入空気の温度および圧力等を基に、吸入空気中の水分量（蒸気／空気（ｍｏｌ％）＝水蒸気圧／大気圧）および露点温度を算出するとともに、吸入空気の組成（各気体分子（Ｎ２ ，Ｏ２ ，Ａｒ）および水（Ｈ２Ｏ）のモル比）を求め、さらに、既知の燃料および吸入空気組成成分の質量と、センサ情報として得られる吸入空気量および制御値として把握している燃料噴射量から求まる空燃比とに基づいて、燃焼前後のガスの分子量をガス中の各成分のモル比と質量（次に述べる式中では括弧付の値と各成分の記号で示す）の積の和で表したモデル、例えば燃焼前のガスの分子量＝（１）・ＣＨｘ＋（１＋ｘ／４＋ａ）・Ｏ２＋（ｂ）・Ｎ２＋（ｃ）・Ａｒ＋（ｄ）・Ｈ２Ｏ に対して、既燃ガスすなわち燃焼後のガスの分子量＝（１）・ＣＯ２＋（ｘ／２＋ｄ）・Ｈ２Ｏ＋（ａ）・Ｏ２＋（ｂ）・Ｎ２＋（ｃ）・Ａｒによって算出し、その算出結果と既燃ガスの温度および圧力の検出値とから求まる既燃ガスの蒸気圧、分子量および密度等に基づいて、既燃ガス中の水分量（既燃ガスの絶対湿度）を算出する。そして、凝縮水量推定部５１は、その既燃ガス中の水分量と、前記第１区間、第２区間または第３区間内での冷却条件下における相対湿度１００％の既燃ガス中の水分量との差として、凝縮水の発生量を算出する。
【００５１】
なお、第２区間においては、吸気管３２の上流側から吸入される新気と低圧側排気還流通路７１ｗを通過した還流排気ガスとが合流する位置ｊ１から吸入空気コンプレッサ１５ａに入るまでのミキシング区間ではなく、低圧側排気還流通路７１ｗのうちＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２より排気還流方向下流側の部分（位置ｊ１までの区間）とすることで、凝縮水量推定部５１の算出精度を確保できる。
【００５２】
図４に示すように、還流比率制御部５２は、凝縮水量推定部５１によって予め設定され計算周期で単位期間毎に凝縮水の発生量算出値Ｑｗ１から持ち去られ凝縮水量Ｑｗ２を差し引いた今回の実凝縮水量の算出値Ｑｗａ［ｇ／ｓ］が算出されるとき、その算出値Ｑｗａを、吸気系部品の腐食防止等のために対象区間に要求される凝縮水の基準水量として予め設定されたクライテリアＱｗｂ（基準水量）から対象区間における凝縮水量の現在の蓄積量Ｑｗｃを差し引いた値である許容水量Ｑｗｄと比較することにより、凝縮水量推定部５１により算出された今回の凝縮水量Ｑｗａと現在までの凝縮水の蓄積量Ｑｗｃとの和である最新の凝縮水量がクライテリアＱｗｂを超えるか否かを判定するようになっている。
【００５３】
また、還流比率制御部５２は、図４中の(ii)部分に示す発生量Ｑｗａで示す今回の実凝縮水量の算出値（以下、凝縮水量Ｑｗａともいう）が許容水量Ｑｗｄを上回るとき、すなわち、今回の凝縮水量Ｑｗａと現在の運転期間における凝縮水の蓄積量Ｑｗｃ（例えば、エンジン１０の冷却水温度や排気管温度が所定値より低く凝縮水が生じ得るようになってから現在までの累積運転時間またはエンジン１０の始動時から冷却水温度や排気管温度が所定値より低い現在までの運転期間における凝縮水量Ｑｗａの積算値）との和である最新の凝縮水量がクライテリアＱｗｂを超えるときには、最新の凝縮水量が基準水量Ｑｗｂを超えないときに比べて高圧側排気ガスの還流量（ＨＰ流量）に対する低圧側排気ガス還流量（ＬＰ流量）の比率を低下させるように、その比率を可変制御するようになっている。なお、図４および図５中では、低圧側排気ガス還流量をＬＰ流量と、高圧側排気ガス還流量をＨＰ流量と記している。
【００５４】
すなわち、還流比率制御部５２は、図４中の(ii)部分に示すように今回の実凝縮水量の算出値Ｑｗａが許容水量Ｑｗｄを上回るときには、今回の実凝縮水量の算出値Ｑｗａを許容水量Ｑｗｄに抑えるべく、その凝縮水量Ｑｗｄに対応する許容ＬＰ流量Ｘを算出するとともに、その許容ＬＰ流量Ｘまでの低圧側排気ガス還流量（ＬＰ流量）の低下によってＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７およびＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６におけるＮＯｘ低減効果が低下するのを抑えるよう、許容ＬＰ流量ＸまでのＬＰ流量の減少量に応じ高圧側排気ガス還流量（ＨＰ流量）の増加量を変化させて、ＬＰ流量のＨＰ流量に対する比率（以下、ＬＰ流量比率ともいう）を可変制御するようになっている。なお、ＬＰ流量を許容ＬＰ流量Ｘまで減少させるときには、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開度を縮小させるか、排気絞り弁４３を開く、あるいは、その双方を実行することになる。
【００５５】
またＥＣＵ５０は、さらに、次の制約条件判定部５３（制約条件判定手段）の機能を発揮するように、ＲＯＭ内にこの機能部に対応する制御プログラムを内蔵している。
【００５６】
制約条件判定部５３は、例えば高圧側の排気ガスの還流量が増加するのに伴って増加傾向を示すエンジン１０の排気ガス中の特定排出成分の濃度値が許容範囲内に入るようにするという制約条件に従って、その特定排出成分の濃度が予め設定した制約値に達するときのエンジン１０の運転条件に基づいて、高圧側の排気ガスの還流量を選択的に減少させることができるようになっている。
【００５７】
より具体的には、制約条件判定部５３は、例えば図５に示すように、エンジン回転数、燃料噴射量および吸気中の酸素濃度が一定となる運転条件下において吸気マニホールド３１内の吸気温度が高くなるほど増加する傾向を示すスモーク成分の濃度値（ＦＳＮ：Filter Smoke Number）が許容範囲内に入るように、図２中に示すマップＭ２（公知の簡易Ｓｏｏｔモデルでもよい）によりスモーク成分の濃度値を所定時間毎に算出し、その算出値が制約値（例えば、スモークＦＳＮ＝１）に達するときの吸気温度を超えないようにするという制約条件の下で、吸気マニホールド３１内の吸気温度を高圧側の排気ガスの還流量を適宜制限するようになっている。
【００５８】
勿論、ここにいう特定排出成分は、スモークでなくＨＣ（炭化水素）であってもよいしこれらの両者を含むもの（複数種類の排出成分）であってもよい。
【００５９】
次に、作用について説明する。
【００６０】
図６は、ＥＣＵ５０で所定時間毎に実行される制御プログラムの概略の処理手順を示すフローチャートである。この制御プログラムは、ＥＣＵ５０により上述した燃料噴射量の制御等を実行させるための制御プログラムと並行して、ＥＣＵ５０に凝縮水量推定部５１、還流比率制御部５２および制約条件判定部５３の機能を発揮させるべく、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００６１】
図６に示すように、この制御においては、まず、各種センサ群３５，３７，４７および１０１〜１０８からのセンサ情報がＥＣＵ５０に取り込まれて、エンジン１０の運転状態が取得される（ステップＳ１１）。
【００６２】
次いで、凝縮水量推定部５１によって予め設定され計算周期で単位期間毎に凝縮水の発生量Ｑｗ１から持ち去られ凝縮水量Ｑｗ２を差し引いた今回の実発生凝縮水量Ｑｗａが算出される（ステップＳ１２）。
【００６３】
次いで、吸気系部品の腐食防止等のために対象区間毎に設定されたクライテリアＱｗｂからその対象区間内における凝縮水量の現在の蓄積量Ｑｗｃを差し引いて、許容水量Ｑｗｄが算出される（ステップＳ１３）。
【００６４】
次いで、今回の実発生凝縮水量Ｑｗａと許容水量Ｑｗｄとが比較され、今回の凝縮水量Ｑｗａと現在までの凝縮水の蓄積量Ｑｗｃとの和である最新の凝縮水量がクライテリアＱｗｂを超えるか否かが判定される（ステップＳ１４）。
【００６５】
このとき、今回の実発生凝縮水量Ｑｗａが許容水量Ｑｗｄを超えていれば（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、次いで、実発生凝縮水量Ｑｗａを許容水量Ｑｗｄまでの値に抑えるべく、還流比率制御部５２が低圧側排気ガス還流量の高圧側排気ガス還流量に対する比率であるＬＰ流量比率を低減させる（ステップＳ１５）。そして、そのＬＰ流量比率になるように、凝縮水量Ｑｗｄに対応する許容ＬＰ流量Ｘが算出されるとともに（ステップＳ１６）、許容ＬＰ流量Ｘまでの低圧側排気ガス還流量（ＬＰ流量）の低下によってＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７およびＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６におけるＮＯｘ低減効果が低下するのを抑えるように、高圧側排気ガス還流量（ＨＰ流量）を低圧側排気ガス還流量の低下量に応じて増加させた要求ＨＰ流量Ｙが算出される（ステップＳ１７）。
【００６６】
この間、制約条件判定部５３によって排気ガス中のスモーク成分やＨＣの濃度値が所定時間毎に算出され、その算出値が制約値を超えない（制約値以下）か判定される（ステップＳ１８）。そして、排気ガス中のスモーク成分やＨＣの濃度値がその制約値を超えなければ（ステップＳ１８のＹＥＳの場合）、今回の処理を終了する。
【００６７】
一方、排気ガス中のスモーク成分やＨＣの濃度値がその制約値を超えると判定されたときには（ステップＳ１８のＮＯの場合）、次いで、排気ガス中のスモーク成分やＨＣの濃度値がその制約値以下になるように、要求ＨＰ流量Ｙが小さい値に補正される。このとき、低圧側排気ガス還流量および高圧側排気ガス還流量の和である全ＥＧＲ流量が減少し、ＮＯｘ低減効果は多少低下するが、排気ガス中のスモーク成分やＨＣの増加によって排気浄化性能が損なわれることが回避できることになる。
【００６８】
このように、本実施形態の排気再循環システムにおいては、低圧側排気再循環経路Ｌ２中の凝縮水の量（今回の実発生凝縮水量Ｑｗａと蓄積量Ｑｗｃの和）が基準水量であるクライテリアＱｗｂを超えると、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６に対し相対的に凝縮水発生量が多くなるＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量は、凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少し、一方、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６における排気還流量は、凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて増加するような制御が実行される。
【００６９】
したがって、低圧側排気再循環経路Ｌ２中の凝縮水量が増加したときに、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させることができ、しかも、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少に伴うＮＯｘ低減効果の低下を、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６における排気還流量の増加によって抑えることができる。その結果、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることが可能となる。
【００７０】
また、本実施形態では、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少によるＮＯｘ低減効果の低下を抑えるのに適した分だけ、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６によって高圧側の排気ガスの還流量を増加させることができるので、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを確実に両立させることができる。
【００７１】
さらに、高圧側の排気ガスの還流量が増加しても、それに伴う特定排出成分の排出量が許容範囲内に抑えられ、ＮＯｘ低減効果の確保のために他の排気エミッションが悪化してしまうようなことが未然に防止される。
【００７２】
加えて、本実施形態においては、凝縮水が発生し易いＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３から排気還流方向の下流側における凝縮水量を基に凝縮水の発生量の制御がなされることから、吸入空気コンプレッサ１５ａやバルブ類等の有効な腐食対策が可能となる。
【００７３】
また、凝縮水量推定部５１は、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３からＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２までの第１区間とＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２から吸気管３２までの第２区間とについてそれぞれ凝縮水量を推定して、各区間について設定した基準水量を基に凝縮水量の判定を行うので、凝縮水量を的確に抑制してＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２や吸入空気コンプレッサ１５ａ等の的確な腐食防止を図ることができる。さらに、インタークーラ３４から排気還流方向の下流側で、吸気マニホールド３１に到達する直前の通路区間における凝縮水量をも考慮した凝縮水量の抑制制御がなされることになり、吸気弁やその弁座等に対する有効な腐食対策が可能となる。
【００７４】
また、本実施形態においては、厳しいＮＯｘ低減要求に対し大量の排気再循環を実行する場合であっても、低圧側排気再循環経路Ｌ２を通る排気ガスのエネルギによって排気タービン１５ｂの回転数［ｒｐｍ］が十分に確保されるので、車両走行時の良好な加速応答性が得られることになる。
【００７５】
このように、本実施形態の排気再循環システムにおいては、凝縮水量が基準水量を超えると、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６に対し相対的に凝縮水発生量が多くなるＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７の排気還流量（ＬＰ流量）を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少させる一方、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６の排気還流量（ＨＰ流量）を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて増加させるようにしているので、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させることができるとともに、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における排気還流量の減少に伴うＮＯｘ低減効果の低下をＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６における排気還流量の増加によって抑えることができる。
【００７６】
なお、上述の各実施形態においては、凝縮水量推定部５１によって一定時間毎の実凝縮水量Ｑｗａを算出していたが、低圧側排気再循環経路Ｌ２中に生じた実際の凝縮水の部分的な蓄積量や貯留液面レベルをセンサで検知して対象区間内の凝縮水量を算出・推定するようなものであってもよい。
【００７７】
また、上述の各実施形態においては、エンジン１０にターボ過給機１５が装着されるとともに、排気管４２内の排気通路を高圧側と低圧側に区画する抵抗要素がターボ過給機１５の排気タービン１５ｂで構成されていたが、本発明は、ターボ過給機を有しない内燃機関についても適用可能である。例えば、排気管４２内を通る排気ガスを浄化する排気浄化ユニット４４によって本発明にいう抵抗要素が構成され、エンジン１０が排気タービン１５ｂを有しないような場合にも本発明は適用可能である。そして、そのような構成を採用する場合においても、凝縮水量が多くなったときに的確にＬＰ流量比率が低減され、凝縮水の発生量が抑えられるので、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることができる。
【００７８】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気再循環システムは、凝縮水量が基準水量を超えると、高圧ＥＧＲ装置に対し相対的に凝縮水発生量が多くなる低圧ＥＧＲ装置の排気還流量を凝縮水量が基準水量を超えないときに比べて減少させるよう、その高圧側の排気還流量に対する流量比率を制御するようにしているので、低圧ＥＧＲ装置における排気還流量の減少に伴って凝縮水の発生量を減少させるとともに、低圧ＥＧＲ装置によるＮＯｘ低減効果の低下を高圧ＥＧＲ装置における排気還流量の増加によって補うことができ、その結果、凝縮水の発生の抑制とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることのできる内燃機関の排気再循環システムを提供することができるという効果を奏するものであり、排気ガスから生じる凝縮水による吸気系金属部品の腐食防止を図った内燃機関の排気再循環システム全般に有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１０ エンジン（内燃機関、ディーゼルエンジン）
１１ 気筒
１５ ターボ過給機
１５ａ 吸入空気コンプレッサ（コンプレッサ）
１５ｂ 排気タービン（抵抗要素）
１６ ＨＰＬ−ＥＧＲ装置（高圧ＥＧＲ装置）
１７ ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（低圧ＥＧＲ装置）
３２ 吸気管
３４ インタークーラ（中間冷却器）
４２ 排気管
４３ 排気絞り弁
４４ 排気浄化ユニット
５０ ＥＣＵ（電子制御ユニット、制御装置）
５１ 凝縮水量推定部（凝縮水量推定手段）
５２ 還流比率制御部（還流比率制御手段）
５３ 制約条件判定部（制約条件判定手段）
６１ｗ 高圧側排気還流通路
６２ ＨＰＬ−ＥＧＲ弁（高圧ＥＧＲ弁）
７１ｗ 低圧側排気還流通路
７２ ＬＰＬ−ＥＧＲ弁（低圧ＥＧＲ弁）
７３ ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ（排気冷却器、低圧ＥＧＲクーラ）
１０４ 水温センサ
１０５ 吸気管内圧力センサ
１０６ 外気温度センサ
１０７ ＬＰ差圧センサ
Ｌ１ 高圧側排気再循環経路
Ｌ２ 低圧側排気再循環経路
Ｑｗ１ 発生量（発生量算出値）
Ｑｗ２ 持ち去られ凝縮水量
Ｑｗａ 実発生凝縮水量（凝縮水量）
Ｑｗｂ クライテリア（基準水量）
Ｑｗｃ 蓄積凝縮量（蓄積量）
Ｑｗｄ 許容水量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給用のコンプレッサが装着された吸気管および排気抵抗となる抵抗要素が設けられた排気管を有する内燃機関の前記コンプレッサより下流側の吸気管に前記抵抗要素より上流側の排気管から高圧側の排気ガスを還流させ、該還流させた高圧側の排気ガスを前記下流側の吸気管内の空気と共に前記内燃機関に吸入させる高圧側排気再循環経路を形成する高圧ＥＧＲ装置と、前記内燃機関の前記抵抗要素より下流側の排気管から前記コンプレッサより上流側の吸気管に前記抵抗要素を通過した後の低圧側の排気ガスを還流させ、該還流させた低圧側の排気ガスを前記上流側の吸気管内の空気と共に前記コンプレッサにより圧縮させた後に前記内燃機関に吸入させる低圧側排気再循環経路を形成する低圧ＥＧＲ装置と、前記高圧ＥＧＲ装置および低圧ＥＧＲ装置を制御し、前記コンプレッサより下流側の吸気管への前記高圧側の排気ガスの還流量と前記コンプレッサより上流側の吸気管への前記低圧側の排気ガスの還流量とをそれぞれに制御する制御装置と、を備えた内燃機関の排気再循環システムであって、
前記制御装置は、
前記低圧側排気再循環経路中の凝縮水の量を推定する凝縮水量推定手段と、
前記凝縮水の量が予め設定された基準水量を超えるとき、前記高圧側の排気ガスの還流量に対する前記低圧側の排気ガスの還流量の比率を前記凝縮水の量が前記基準水量を超えないときに比べて低下させるよう、前記低圧側の排気ガスの還流量を減少させるとともに前記高圧側の排気ガスの還流量を増加させる還流比率制御手段と、を有していることを特徴とする内燃機関の排気再循環システム。
【請求項２】
前記還流比率制御手段は、前記低圧側の排気ガスの還流量の減少量に応じて前記高圧側の排気ガスの還流量の増加量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記高圧側の排気ガスの還流量が増加するのに伴って増加する前記内燃機関の排気ガス中の特定排出成分の濃度が許容範囲内に入るよう、前記特定排出成分の濃度に基づいて前記高圧側の排気ガスの還流量を選択的に制限する制約条件判定手段をさらに有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項４】
前記低圧ＥＧＲ装置は、前記低圧側の排気ガスが前記抵抗要素より下流側の排気管から前記コンプレッサより上流側の吸気管に還流するときに該還流中の低圧側の排気ガスを冷却する排気冷却器を有しており、
前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記排気冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項５】
前記低圧ＥＧＲ装置は、前記排気冷却器と前記上流側の吸気管との間に前記低圧側の排気ガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有し、
前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記排気冷却器から前記低圧ＥＧＲ弁までの第１区間内における凝縮水の量と、前記低圧ＥＧＲ弁から前記上流側の吸気管までの第２区間内における凝縮水の量とを、それぞれ推定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再循環システム。
【請求項６】
前記低圧ＥＧＲ装置は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記コンプレッサより下流側の第３区間内に前記コンプレッサからの過給空気を冷却する中間冷却器を有し、
前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記中間冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項７】
前記内燃機関に吸入空気コンプレッサおよび排気タービンを有するターボ過給機が装着されており、
前記コンプレッサが、前記ターボ過給機の前記吸入空気コンプレッサで構成され、
前記抵抗要素が、前記ターボ過給機の前記排気タービンで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項８】
前記抵抗要素が、前記排気管内を通る排気ガスを浄化する排気浄化ユニットで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項１】
過給用のコンプレッサが装着された吸気管および排気抵抗となる抵抗要素が設けられた排気管を有する内燃機関の前記コンプレッサより下流側の吸気管に前記抵抗要素より上流側の排気管から高圧側の排気ガスを還流させ、該還流させた高圧側の排気ガスを前記下流側の吸気管内の空気と共に前記内燃機関に吸入させる高圧側排気再循環経路を形成する高圧ＥＧＲ装置と、前記内燃機関の前記抵抗要素より下流側の排気管から前記コンプレッサより上流側の吸気管に前記抵抗要素を通過した後の低圧側の排気ガスを還流させ、該還流させた低圧側の排気ガスを前記上流側の吸気管内の空気と共に前記コンプレッサにより圧縮させた後に前記内燃機関に吸入させる低圧側排気再循環経路を形成する低圧ＥＧＲ装置と、前記高圧ＥＧＲ装置および低圧ＥＧＲ装置を制御し、前記コンプレッサより下流側の吸気管への前記高圧側の排気ガスの還流量と前記コンプレッサより上流側の吸気管への前記低圧側の排気ガスの還流量とをそれぞれに制御する制御装置と、を備えた内燃機関の排気再循環システムであって、
前記制御装置は、
前記低圧側排気再循環経路中の凝縮水の量を推定する凝縮水量推定手段と、
前記凝縮水の量が予め設定された基準水量を超えるとき、前記高圧側の排気ガスの還流量に対する前記低圧側の排気ガスの還流量の比率を前記凝縮水の量が前記基準水量を超えないときに比べて低下させるよう、前記低圧側の排気ガスの還流量を減少させるとともに前記高圧側の排気ガスの還流量を増加させる還流比率制御手段と、を有していることを特徴とする内燃機関の排気再循環システム。
【請求項２】
前記還流比率制御手段は、前記低圧側の排気ガスの還流量の減少量に応じて前記高圧側の排気ガスの還流量の増加量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記高圧側の排気ガスの還流量が増加するのに伴って増加する前記内燃機関の排気ガス中の特定排出成分の濃度が許容範囲内に入るよう、前記特定排出成分の濃度に基づいて前記高圧側の排気ガスの還流量を選択的に制限する制約条件判定手段をさらに有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項４】
前記低圧ＥＧＲ装置は、前記低圧側の排気ガスが前記抵抗要素より下流側の排気管から前記コンプレッサより上流側の吸気管に還流するときに該還流中の低圧側の排気ガスを冷却する排気冷却器を有しており、
前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記排気冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項５】
前記低圧ＥＧＲ装置は、前記排気冷却器と前記上流側の吸気管との間に前記低圧側の排気ガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有し、
前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記排気冷却器から前記低圧ＥＧＲ弁までの第１区間内における凝縮水の量と、前記低圧ＥＧＲ弁から前記上流側の吸気管までの第２区間内における凝縮水の量とを、それぞれ推定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再循環システム。
【請求項６】
前記低圧ＥＧＲ装置は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記コンプレッサより下流側の第３区間内に前記コンプレッサからの過給空気を冷却する中間冷却器を有し、
前記凝縮水量推定手段は、前記低圧側排気再循環経路のうち前記中間冷却器から排気還流方向の下流側における凝縮水の量を推定することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項７】
前記内燃機関に吸入空気コンプレッサおよび排気タービンを有するターボ過給機が装着されており、
前記コンプレッサが、前記ターボ過給機の前記吸入空気コンプレッサで構成され、
前記抵抗要素が、前記ターボ過給機の前記排気タービンで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項８】
前記抵抗要素が、前記排気管内を通る排気ガスを浄化する排気浄化ユニットで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６３０６１（Ｐ２０１２−１６３０６１Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９０８（Ｐ２０１１−２４９０８）
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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