内燃機関の排気再循環装置
【課題】構造の複雑化を抑えつつも、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットの洗浄を的確に行うことのできる排気再循環装置を提供する。
【解決手段】ＥＧＲクーラー１４に流される再循環排気中に燃料を添加するデポジット洗浄用燃料添加弁１６を設け、再循環排気中に添加した燃料でＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットを洗い流すようにした。
【解決手段】ＥＧＲクーラー１４に流される再循環排気中に燃料を添加するデポジット洗浄用燃料添加弁１６を設け、再循環排気中に添加した燃料でＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットを洗い流すようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気を吸気中に再循環させるとともに、その再循環させる排気を冷却するＥＧＲクーラーの設けられた内燃機関の排気再循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載等の内燃機関に採用される装置として、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が知られている。こうしたＥＧＲ装置には、再循環させる排気を冷却するためのＥＧＲクーラーが設置されることがある。ＥＧＲクーラーの内部は、放熱面積を増やすために入り組んだラビリンス構造とされており、排気に含まれるデポジットが各所に堆積することがある。
【０００３】
そこで従来、特許文献１に見られるような、ＥＧＲクーラーに新気を逆流させることで、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットを洗浄するＥＧＲ装置が提案されている。
図４に示すように、この従来のＥＧＲ装置の適用される内燃機関の吸気通路５０には、その上流から順に、吸入した新気を浄化するエアクリーナー５１、ターボチャージャー５２のコンプレッサー５３、過給に伴う断熱圧縮で昇温した新気を冷やすインタークーラー５４、スロットルバルブ５５が配設されている。そして吸気通路５０は、スロットルバルブ５５の下流において、燃焼室７０に接続されている。なお、この内燃機関では、吸気通路５０には、インタークーラー５４を迂回して新気を流すためのバイパス通路５６と、インタークーラー５４、バイパス通路５６のいずれに新気を流すかを切り換える切換バルブ５７が設けられている。
【０００４】
またこの内燃機関の排気通路５８には、その上流から順に、ターボチャージャー５２のタービン５９が設けられ、その下流には排気を浄化する触媒６０が配設されている。
また、この内燃機関には、排気通路５８のタービン５９の上流側と、吸気通路５０のスロットルバルブ５５の下流側とを繋ぐ高圧ＥＧＲ通路６１が設けられている。そして高圧ＥＧＲ通路６１には、その排気通路５８側から順に、再循環排気を冷却する第１ＥＧＲクーラー６２、再循環排気の流量を調整する第１ＥＧＲバルブ６３が配設されている。更にこの排気再循環装置では、高圧ＥＧＲ通路６１には、同高圧ＥＧＲ通路６１を通じて逆流される新気中に燃料を添加する燃料添加弁６４と、逆流した新気を、タービン５９を迂回してその下流側へと導くバイパス通路６５とが設けられている。そして高圧ＥＧＲ通路６１のバイパス通路６５の分岐部分には、高圧ＥＧＲ通路６１の排気通路５８側を、タービン５９の上流側に接続するか、バイパス通路６５を通ってタービン５９の下流側に接続するかを切り換える切換バルブ６６が設置されている。
【０００５】
更に、この内燃機関には、吸気通路５０のコンプレッサー５３の上流側と排気通路５８の触媒６０の下流側とを繋ぐ低圧ＥＧＲ通路６７が設けられている。この低圧ＥＧＲ通路６７には、その排気通路５８側から順に、同低圧ＥＧＲ通路６７を通じて吸気中に再循環される排気を冷却するための第２ＥＧＲクーラー６８と、同低圧ＥＧＲ通路６７を通じて再循環される排気の流量を調節する第２ＥＧＲバルブ６９とが設けられている。
【０００６】
続いて、以上の如く構成された従来のＥＧＲ装置のデポジット洗浄時の動作を説明する。
デポジット洗浄は、排気圧が低くなり、吸気の過給圧が高くなって吸気側の圧力が排気側の圧力よりも高くなる減速減圧時に行われる。そしてデポジット洗浄時には、切換バルブ６６によって、高圧ＥＧＲ通路６１を、バイパス通路６５を通ってタービン５９の下流側に接続し、そのタービン５９の上流側への接続を遮断することで、第１ＥＧＲクーラー６２の設けられた高圧ＥＧＲ通路６１に新気を逆流させる。
【０００７】
更にデポッジット洗浄時には、第２ＥＧＲバルブ６９の開度を最大にして低圧ＥＧＲ通路６７を通じて再循環される排気の量を増大させることで、高圧ＥＧＲ通路６１を逆流する新気の温度を上昇させるようにしている。また切換バルブ５７により、インタークーラー５４を迂回する新気の量を増大させることで、新気の温度低下を抑えるようにしている。更に第１ＥＧＲクーラー６２への冷媒の流入を止めることによっても、高圧ＥＧＲ通路６１を逆流する新気の温度を上昇させるようにしている。加えて燃料添加弁６４によって高圧ＥＧＲ通路６１内に燃料を添加して触媒６０上で酸化反応を起すことでも、高圧ＥＧＲ通路６１を逆流する新気の温度を上昇させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−９６１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
こうした従来のＥＧＲ装置によれば、高圧ＥＧＲ通路６１を逆流する新気によって、第１ＥＧＲクーラー６２に堆積したデポジットを洗浄することが確かに可能ではある。しかしながら、新気をそのまま第１ＥＧＲクーラー６２に流すと、デポジットが冷却されてその粘着力が増してしまい、洗浄し難くなってしまう。そのため、従来のＥＧＲ装置では、上述したように、逆流させる新気の温度を上昇させており、そのために装置の構造が複雑となってしまっている。そしてその結果、部品点数やコストの大幅な増加を招いてしまうものとなっている。
【００１０】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、構造の複雑化を抑えつつも、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットの洗浄を的確に行うことのできる排気再循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、排気を吸気中に再循環させるとともに、その再循環させる排気を冷却するＥＧＲクーラーの設けられた内燃機関の排気再循環装置としての請求項１に記載の発明は、ＥＧＲクーラーにデポジットが堆積したときに、同ＥＧＲクーラーに流される排気に燃料を添加する燃料添加手段を備えている。
【００１２】
上記構成では、ＥＧＲクーラーにデポジットが堆積すると、燃料添加手段により、ＥＧＲクーラーに流される排気中に燃料が添加されるようになる。そしてその排気に添加された燃料によって、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットが洗い流されるようになる。こうした本発明の再循環排気装置では、再循環される排気中に燃料を添加するための手段を設けるだけで、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットを的確に洗浄することが可能となる。したがって、上記構成によれば、構造の複雑化を抑えつつも、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットの洗浄を的確に行うことができるようになる。
【００１３】
なお、請求項２によるように、ＥＧＲクーラーを通過した燃料を、微粒子物質捕集フィルターの上流に設置された酸化触媒の上流側の排気通路に送るための燃料排出通路を備えるようにしても良い。この場合、添加燃料による洗浄によりＥＧＲクーラーから排出されたデポジットは、微粒子物質捕集フィルターにて捕集されるようになる。そしてその捕集されたデポジットは、捕集された微粒子物質を燃焼して除去するための上記フィルターの燃焼再生制御時に焼却されるようになる。
【００１４】
更に、請求項３によるように、燃料添加手段による再循環排気への燃料の添加を、微粒子物質捕集フィルターに捕集された微粒子物質を燃焼させて除去するための燃焼再生制御に同期して行うようにしても良い。この場合、ＥＧＲクーラーの洗浄のために添加された燃料は、酸化触媒で酸化されて、フィルター燃焼再生制御のための排気の温度上昇に使用されるようになる。したがって、ＥＧＲクーラーの洗浄を無駄無く効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気再循環装置の一実施の形態についてその全体構成を模式的に示す略図。
【図２】同実施の形態に適用されるデポジット洗浄制御ルーチンのフローチャート。
【図３】本実施の形態とデポジット洗浄のための燃料添加を行わなかったときとのそれぞれにおける運転時間とクーラーフィンの目詰まり率との関係を対比して示すグラフ。
【図４】従来の内燃機関の排気再循環装置の構成を模式的に示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の内燃機関の排気再循環装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
まず本実施の形態の排気再循環（ＥＧＲ）装置の構成を、図１を参照して説明する。このＥＧＲ装置は、排気のエネルギーで過給を行うターボチャージャーと、排気中の微粒子物質を捕集するフィルター（ＤＰＦ）を備えるディーゼル機関に適用されている。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態のＥＧＲ装置の適用されるディーゼル機関の吸気通路１には、その上流から順に、吸気を浄化するエアクリーナー２、ターボチャージャー３のコンプレッサー４が配設されている。そして吸気通路１は、吸気を各気筒に分配する吸気マニホールド５を介してシリンダーヘッド６に接続されている。
【００１８】
一方、ディーゼル機関の排気通路７には、各気筒から排出された排気を合流させる排気マニホールド９が設けられ、その排気マニホールド９には、排気中に燃料を添加する燃焼再生制御用燃料添加弁８が配設されている。また排気通路７の排気マニホールド９の下流には、上流側から順に、ターボチャージャー３のタービン１０、排気を浄化するディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）１１、排気中の微粒子物質を捕集する微粒子物質捕集フィルター（ＤＰＦ）１２が配設されている。
【００１９】
また、このディーゼル機関には、排気マニホールド９と吸気マニホールド５とを繋ぐＥＧＲ通路１３が設けられている。ＥＧＲ通路１３には、同ＥＧＲ通路１３を通って再循環される排気を冷却するＥＧＲクーラー１４と、排気の再循環量を調節するＥＧＲバルブ１５とが設けられている。また本実施の形態のＥＧＲ装置では、ＥＧＲ通路１３のＥＧＲクーラー１４の上流に、再循環される排気中に燃料を添加するデポジット洗浄用燃料添加弁１６が設けられている。更にＥＧＲ通路１３には、ＥＧＲクーラー１４の前後の差圧を検出するため、そのＥＧＲクーラー１４の上流及び下流に圧力センサー１７、１８がそれぞれ配設されている。
【００２０】
更に、このディーゼル機関には、ＥＧＲ通路１３のＥＧＲクーラー１４の下流側と、排気通路７のＤＯＣ１１の上流側とを繋ぐ燃料排出通路１９が設けられている。そしてこの燃料排出通路１９には、その開閉に応じて燃料排出通路１９を開放、閉鎖する燃料排出バルブ２０が配設されている。なお、燃料排出通路１９のＥＧＲ通路１３側の端は、ＥＧＲ通路１３の重力方向下方に開口されている。
【００２１】
こうしたディーゼル機関は、電子制御ユニット２１により制御されている。電子制御ユニット２１は、機関制御に係る各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータの記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果を一時的に記憶するランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）を備えている。
【００２２】
こうした電子制御ユニット２１には、上記圧力センサー１７、１８を始め、機関各部に設けられたセンサーの検出信号が入力されている。また電子制御ユニット２１からは、燃焼再生制御用燃料添加弁８、ＥＧＲバルブ１５、デポジット洗浄用燃料添加弁１６、燃料排出バルブ２０などへの指令信号が出力されている。
【００２３】
電子制御ユニット２１は、機関制御の一環として、ＤＰＦ１２の燃焼再生制御を行う。この燃焼再生制御は、燃焼再生制御用燃料添加弁８によって排気中に燃料を添加し、その添加した燃料のＤＯＣ１１での酸化反応により排気温度を上昇させることで行われる。
【００２４】
また電子制御ユニット２１は、機関運転中に、必要に応じてＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットの洗浄制御を行っている。
デポジットの洗浄に際しては、デポジット洗浄用燃料添加弁１６による再循環排気への燃料添加が行われるとともに、燃料排出バルブ２０が開かれる。デポジット洗浄用燃料添加弁１６により添加された燃料は、ＥＧＲクーラー１４を通り、その際に堆積したデポジットを押し流す。ＥＧＲクーラー１４を通過したデポジットを含む燃料は、ＥＧＲ通路１３を伝って流れ、その重力方向下方に開口した燃料排出通路１９に流れ落ちる。そして、デポジットを含んだ燃料は、燃料排出通路１９を通じて排気通路７のＤＯＣ１１の上流に送られ、ＤＰＦ１２にて捕集される。こうした燃料は、デポジットと共に、ＤＰＦ１２の燃焼再生制御時に燃焼される。
【００２５】
こうしたデポジットの洗浄制御は、図２に示されるデポジット洗浄制御ルーチンを通じて行われる。本ルーチンの処理は、ディーゼル機関でのＥＧＲの開始とともに電子制御ユニット２１により実行される。
【００２６】
本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、排気の再循環が開始され、ＥＧＲ通路１３を通じて排気通路７から吸気通路１へと排気を再循環させる。そして続くステップＳ１０１において、必要量の排気が吸気中に再循環されるようにＥＧＲバルブ１５が制御される。
【００２７】
続くステップＳ１０２では、圧力センサー１７、１８によるＥＧＲクーラー１４前後の差圧の計測が行われる。そして続くステップＳ１０３でその差圧が規定の目詰まり判定値α以上であるか否かが判定される。ここで差圧が目詰まり判定値α未満であれば（Ｓ１０３：ＮＯ）、処理がステップＳ１０１に戻される。一方、差圧が目詰まり判定値α以上であれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に処理が移行される。
【００２８】
ステップＳ１０４の処理に移ると、そのステップＳ１０４において、デポジット洗浄用燃料添加弁１６による再循環排気への燃料添加が行われ、その添加された燃料でＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットの洗浄が行われる。またステップＳ１０５において、燃料排出バルブ２０が開かれ、ＥＧＲクーラー１４から洗い流されたデポジットを含んだ燃料が、燃料排出通路１９を通じて排気通路７のＤＯＣ１１の上流側に流される。なお、このときには、ステップＳ１０６において、燃料排出通路１９を通じで排気通路７に戻される排気の量を考慮して、必要量の排気が吸気中に再循環されるようにＥＧＲバルブ１５が制御される。
【００２９】
その後、ステップＳ１０７において、ＥＧＲクーラー１４前後の差圧が十分に低下したと判定されるまで（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、上述したＥＧＲクーラー１４の洗浄を行いつつ、ステップＳ１０６における洗浄時のＥＧＲバルブ１５の制御が継続される。そしてＥＧＲクーラー１４前後の差圧が十分に低下すると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、ステップＳ１０８において、デポジット洗浄用燃料添加弁１６による再循環排気への燃料添加が終了され、またステップＳ１０９において、燃料排出バルブ２０が閉じられる。そしてステップＳ１１０において、ＥＧＲバルブ１５の制御が、ステップＳ１０１と同様の通常の制御に戻される。
【００３０】
図３は、本実施の形態と、デポジット洗浄のための燃料添加を行なかったときとのそれぞれにおける、ＥＧＲクーラー１４内のクーラーフィンの目詰まり率の推移を示している。同図から明らかなように、デポジットの洗浄を行なければ、ディーゼル機関の運転時間と共に、クーラーフィンの目詰まり率は増大するが、本実施の形態では、その目詰まりが効果的に抑制されている。
【００３１】
以上説明した本実施の形態の内燃機関の排気再循環装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４にデポジットが堆積したときに、同ＥＧＲクーラー１４に流される排気中に燃料を添加するデポジット洗浄用燃料添加弁１６を備えている。こうした本実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４にデポジットが堆積すると、デポジット洗浄用燃料添加弁１６により、ＥＧＲクーラー１４に流される再循環排気中に燃料が添加されるようになる。そしてその再循環排気に添加された燃料によって、ＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットが洗い流されるようになる。こうした本実施の形態の再循環排気装置では、再循環排気中に燃料を添加するデポジット洗浄用燃料添加弁１６を設けるだけで、ＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットを的確に洗浄することが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、構造の複雑化を抑えつつも、ＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットの洗浄を的確に行うことができるようになる。
【００３２】
（２）本実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４を通過した燃料を、ＤＰＦ１２の上流に設置されたＤＯＣ１１の上流側の排気通路７に送るための燃料排出通路１９を備えるようにしている。こうした本実施の形態では、添加燃料による洗浄によりＥＧＲクーラー１４から排出されたデポジットは、ＤＰＦ１２にて捕集されるようになる。そしてそのデポジットは、燃料と共に、ＤＰＦ１２の再生制御時に焼却される。したがって、本実施の形態によれば、ＥＧＲクーラー１４から洗い流したデポジットを好適に処理することができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４の差圧が目詰まり判定値α以上となると、その時点で、デポジット洗浄を行うようにしていたが、デポジット洗浄を、ＤＰＦの燃焼再生制御に同期して行うようにしても良い。この場合、デポジットの洗浄に使用した燃料は、ＤＯＣ１１にて酸化され、ＤＰＦ１２の燃焼再生制御のための排気温度の上昇に使用される。そのため、ＥＧＲクーラー１４の洗浄を無駄無く効率的に行うことができる。なお、こうした場合のデポジットの洗浄は、ＤＰＦ１２の燃焼再生制御が５、６回行われる毎に１回程度の頻度で行うようにすれば良い。
【００３４】
・上記実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４を通過した燃料の添加された排気を、燃料排出通路１９を通じて、排気通路７のＤＯＣ１１の上流側に送るようにしていたが、そうした燃料を吸気中に送り、燃焼室での燃焼により処理するようにしても良い。その場合には、燃料排出通路１９及び燃料排出バルブ２０は省略することができる。
【００３５】
・上記実施の形態では、デポジットによるＥＧＲクーラー１４の目詰まりを、その前後の差圧により検出するようにしていたが、その検出を他の方法で行うようにしても良い。例えばディーゼル機関の運転時間が一定時間に達する毎に、目詰まりが発生したとしてデポジットの洗浄を行うようにすることなどが考えられる。
【００３６】
・上記実施の形態では、ターボチャージャー３及びＤＰＦ１２を備えるディーゼル機関に本発明の排気再循環装置を適用した場合を説明したが、本発明は、それ以外の内燃機関にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…吸気通路、２…エアクリーナー、３…ターボチャージャー、４…コンプレッサー、５…吸気マニホールド、６…シリンダーヘッド、７…排気通路、８…燃焼再生制御用燃料添加弁、９…排気マニホールド、１０…タービン、１１…ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）、１２…微粒子物質捕集フィルター（ＤＰＦ）、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラー、１５…ＥＧＲバルブ、１６…デポジット洗浄用燃料添加弁（燃料添加手段）、１７、１８…圧力センサ、１９…燃料排出通路、２０…燃料排出バルブ、２１…電子制御ユニット、５０…吸気通路、５１…エアクリーナー、５２…ターボチャージャー、５３…コンプレッサー、５４…インタークーラー、５５…スロットルバルブ、５６…バイパス通路、５７…切換バルブ、５８…排気通路、５９…タービン、６０…触媒、６１…高圧ＥＧＲ通路、６２…第１ＥＧＲクーラー、６３…第１ＥＧＲバルブ、６４…燃料添加弁、６５…バイパス通路、６６…切換バルブ、６７…低圧ＥＧＲ通路、６８…第２ＥＧＲクーラー、６９…第２ＥＧＲバルブ、７０…燃焼室。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気を吸気中に再循環させるとともに、その再循環させる排気を冷却するＥＧＲクーラーの設けられた内燃機関の排気再循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載等の内燃機関に採用される装置として、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が知られている。こうしたＥＧＲ装置には、再循環させる排気を冷却するためのＥＧＲクーラーが設置されることがある。ＥＧＲクーラーの内部は、放熱面積を増やすために入り組んだラビリンス構造とされており、排気に含まれるデポジットが各所に堆積することがある。
【０００３】
そこで従来、特許文献１に見られるような、ＥＧＲクーラーに新気を逆流させることで、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットを洗浄するＥＧＲ装置が提案されている。
図４に示すように、この従来のＥＧＲ装置の適用される内燃機関の吸気通路５０には、その上流から順に、吸入した新気を浄化するエアクリーナー５１、ターボチャージャー５２のコンプレッサー５３、過給に伴う断熱圧縮で昇温した新気を冷やすインタークーラー５４、スロットルバルブ５５が配設されている。そして吸気通路５０は、スロットルバルブ５５の下流において、燃焼室７０に接続されている。なお、この内燃機関では、吸気通路５０には、インタークーラー５４を迂回して新気を流すためのバイパス通路５６と、インタークーラー５４、バイパス通路５６のいずれに新気を流すかを切り換える切換バルブ５７が設けられている。
【０００４】
またこの内燃機関の排気通路５８には、その上流から順に、ターボチャージャー５２のタービン５９が設けられ、その下流には排気を浄化する触媒６０が配設されている。
また、この内燃機関には、排気通路５８のタービン５９の上流側と、吸気通路５０のスロットルバルブ５５の下流側とを繋ぐ高圧ＥＧＲ通路６１が設けられている。そして高圧ＥＧＲ通路６１には、その排気通路５８側から順に、再循環排気を冷却する第１ＥＧＲクーラー６２、再循環排気の流量を調整する第１ＥＧＲバルブ６３が配設されている。更にこの排気再循環装置では、高圧ＥＧＲ通路６１には、同高圧ＥＧＲ通路６１を通じて逆流される新気中に燃料を添加する燃料添加弁６４と、逆流した新気を、タービン５９を迂回してその下流側へと導くバイパス通路６５とが設けられている。そして高圧ＥＧＲ通路６１のバイパス通路６５の分岐部分には、高圧ＥＧＲ通路６１の排気通路５８側を、タービン５９の上流側に接続するか、バイパス通路６５を通ってタービン５９の下流側に接続するかを切り換える切換バルブ６６が設置されている。
【０００５】
更に、この内燃機関には、吸気通路５０のコンプレッサー５３の上流側と排気通路５８の触媒６０の下流側とを繋ぐ低圧ＥＧＲ通路６７が設けられている。この低圧ＥＧＲ通路６７には、その排気通路５８側から順に、同低圧ＥＧＲ通路６７を通じて吸気中に再循環される排気を冷却するための第２ＥＧＲクーラー６８と、同低圧ＥＧＲ通路６７を通じて再循環される排気の流量を調節する第２ＥＧＲバルブ６９とが設けられている。
【０００６】
続いて、以上の如く構成された従来のＥＧＲ装置のデポジット洗浄時の動作を説明する。
デポジット洗浄は、排気圧が低くなり、吸気の過給圧が高くなって吸気側の圧力が排気側の圧力よりも高くなる減速減圧時に行われる。そしてデポジット洗浄時には、切換バルブ６６によって、高圧ＥＧＲ通路６１を、バイパス通路６５を通ってタービン５９の下流側に接続し、そのタービン５９の上流側への接続を遮断することで、第１ＥＧＲクーラー６２の設けられた高圧ＥＧＲ通路６１に新気を逆流させる。
【０００７】
更にデポッジット洗浄時には、第２ＥＧＲバルブ６９の開度を最大にして低圧ＥＧＲ通路６７を通じて再循環される排気の量を増大させることで、高圧ＥＧＲ通路６１を逆流する新気の温度を上昇させるようにしている。また切換バルブ５７により、インタークーラー５４を迂回する新気の量を増大させることで、新気の温度低下を抑えるようにしている。更に第１ＥＧＲクーラー６２への冷媒の流入を止めることによっても、高圧ＥＧＲ通路６１を逆流する新気の温度を上昇させるようにしている。加えて燃料添加弁６４によって高圧ＥＧＲ通路６１内に燃料を添加して触媒６０上で酸化反応を起すことでも、高圧ＥＧＲ通路６１を逆流する新気の温度を上昇させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−９６１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
こうした従来のＥＧＲ装置によれば、高圧ＥＧＲ通路６１を逆流する新気によって、第１ＥＧＲクーラー６２に堆積したデポジットを洗浄することが確かに可能ではある。しかしながら、新気をそのまま第１ＥＧＲクーラー６２に流すと、デポジットが冷却されてその粘着力が増してしまい、洗浄し難くなってしまう。そのため、従来のＥＧＲ装置では、上述したように、逆流させる新気の温度を上昇させており、そのために装置の構造が複雑となってしまっている。そしてその結果、部品点数やコストの大幅な増加を招いてしまうものとなっている。
【００１０】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、構造の複雑化を抑えつつも、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットの洗浄を的確に行うことのできる排気再循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、排気を吸気中に再循環させるとともに、その再循環させる排気を冷却するＥＧＲクーラーの設けられた内燃機関の排気再循環装置としての請求項１に記載の発明は、ＥＧＲクーラーにデポジットが堆積したときに、同ＥＧＲクーラーに流される排気に燃料を添加する燃料添加手段を備えている。
【００１２】
上記構成では、ＥＧＲクーラーにデポジットが堆積すると、燃料添加手段により、ＥＧＲクーラーに流される排気中に燃料が添加されるようになる。そしてその排気に添加された燃料によって、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットが洗い流されるようになる。こうした本発明の再循環排気装置では、再循環される排気中に燃料を添加するための手段を設けるだけで、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットを的確に洗浄することが可能となる。したがって、上記構成によれば、構造の複雑化を抑えつつも、ＥＧＲクーラーに堆積したデポジットの洗浄を的確に行うことができるようになる。
【００１３】
なお、請求項２によるように、ＥＧＲクーラーを通過した燃料を、微粒子物質捕集フィルターの上流に設置された酸化触媒の上流側の排気通路に送るための燃料排出通路を備えるようにしても良い。この場合、添加燃料による洗浄によりＥＧＲクーラーから排出されたデポジットは、微粒子物質捕集フィルターにて捕集されるようになる。そしてその捕集されたデポジットは、捕集された微粒子物質を燃焼して除去するための上記フィルターの燃焼再生制御時に焼却されるようになる。
【００１４】
更に、請求項３によるように、燃料添加手段による再循環排気への燃料の添加を、微粒子物質捕集フィルターに捕集された微粒子物質を燃焼させて除去するための燃焼再生制御に同期して行うようにしても良い。この場合、ＥＧＲクーラーの洗浄のために添加された燃料は、酸化触媒で酸化されて、フィルター燃焼再生制御のための排気の温度上昇に使用されるようになる。したがって、ＥＧＲクーラーの洗浄を無駄無く効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気再循環装置の一実施の形態についてその全体構成を模式的に示す略図。
【図２】同実施の形態に適用されるデポジット洗浄制御ルーチンのフローチャート。
【図３】本実施の形態とデポジット洗浄のための燃料添加を行わなかったときとのそれぞれにおける運転時間とクーラーフィンの目詰まり率との関係を対比して示すグラフ。
【図４】従来の内燃機関の排気再循環装置の構成を模式的に示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の内燃機関の排気再循環装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
まず本実施の形態の排気再循環（ＥＧＲ）装置の構成を、図１を参照して説明する。このＥＧＲ装置は、排気のエネルギーで過給を行うターボチャージャーと、排気中の微粒子物質を捕集するフィルター（ＤＰＦ）を備えるディーゼル機関に適用されている。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態のＥＧＲ装置の適用されるディーゼル機関の吸気通路１には、その上流から順に、吸気を浄化するエアクリーナー２、ターボチャージャー３のコンプレッサー４が配設されている。そして吸気通路１は、吸気を各気筒に分配する吸気マニホールド５を介してシリンダーヘッド６に接続されている。
【００１８】
一方、ディーゼル機関の排気通路７には、各気筒から排出された排気を合流させる排気マニホールド９が設けられ、その排気マニホールド９には、排気中に燃料を添加する燃焼再生制御用燃料添加弁８が配設されている。また排気通路７の排気マニホールド９の下流には、上流側から順に、ターボチャージャー３のタービン１０、排気を浄化するディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）１１、排気中の微粒子物質を捕集する微粒子物質捕集フィルター（ＤＰＦ）１２が配設されている。
【００１９】
また、このディーゼル機関には、排気マニホールド９と吸気マニホールド５とを繋ぐＥＧＲ通路１３が設けられている。ＥＧＲ通路１３には、同ＥＧＲ通路１３を通って再循環される排気を冷却するＥＧＲクーラー１４と、排気の再循環量を調節するＥＧＲバルブ１５とが設けられている。また本実施の形態のＥＧＲ装置では、ＥＧＲ通路１３のＥＧＲクーラー１４の上流に、再循環される排気中に燃料を添加するデポジット洗浄用燃料添加弁１６が設けられている。更にＥＧＲ通路１３には、ＥＧＲクーラー１４の前後の差圧を検出するため、そのＥＧＲクーラー１４の上流及び下流に圧力センサー１７、１８がそれぞれ配設されている。
【００２０】
更に、このディーゼル機関には、ＥＧＲ通路１３のＥＧＲクーラー１４の下流側と、排気通路７のＤＯＣ１１の上流側とを繋ぐ燃料排出通路１９が設けられている。そしてこの燃料排出通路１９には、その開閉に応じて燃料排出通路１９を開放、閉鎖する燃料排出バルブ２０が配設されている。なお、燃料排出通路１９のＥＧＲ通路１３側の端は、ＥＧＲ通路１３の重力方向下方に開口されている。
【００２１】
こうしたディーゼル機関は、電子制御ユニット２１により制御されている。電子制御ユニット２１は、機関制御に係る各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータの記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果を一時的に記憶するランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）を備えている。
【００２２】
こうした電子制御ユニット２１には、上記圧力センサー１７、１８を始め、機関各部に設けられたセンサーの検出信号が入力されている。また電子制御ユニット２１からは、燃焼再生制御用燃料添加弁８、ＥＧＲバルブ１５、デポジット洗浄用燃料添加弁１６、燃料排出バルブ２０などへの指令信号が出力されている。
【００２３】
電子制御ユニット２１は、機関制御の一環として、ＤＰＦ１２の燃焼再生制御を行う。この燃焼再生制御は、燃焼再生制御用燃料添加弁８によって排気中に燃料を添加し、その添加した燃料のＤＯＣ１１での酸化反応により排気温度を上昇させることで行われる。
【００２４】
また電子制御ユニット２１は、機関運転中に、必要に応じてＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットの洗浄制御を行っている。
デポジットの洗浄に際しては、デポジット洗浄用燃料添加弁１６による再循環排気への燃料添加が行われるとともに、燃料排出バルブ２０が開かれる。デポジット洗浄用燃料添加弁１６により添加された燃料は、ＥＧＲクーラー１４を通り、その際に堆積したデポジットを押し流す。ＥＧＲクーラー１４を通過したデポジットを含む燃料は、ＥＧＲ通路１３を伝って流れ、その重力方向下方に開口した燃料排出通路１９に流れ落ちる。そして、デポジットを含んだ燃料は、燃料排出通路１９を通じて排気通路７のＤＯＣ１１の上流に送られ、ＤＰＦ１２にて捕集される。こうした燃料は、デポジットと共に、ＤＰＦ１２の燃焼再生制御時に燃焼される。
【００２５】
こうしたデポジットの洗浄制御は、図２に示されるデポジット洗浄制御ルーチンを通じて行われる。本ルーチンの処理は、ディーゼル機関でのＥＧＲの開始とともに電子制御ユニット２１により実行される。
【００２６】
本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、排気の再循環が開始され、ＥＧＲ通路１３を通じて排気通路７から吸気通路１へと排気を再循環させる。そして続くステップＳ１０１において、必要量の排気が吸気中に再循環されるようにＥＧＲバルブ１５が制御される。
【００２７】
続くステップＳ１０２では、圧力センサー１７、１８によるＥＧＲクーラー１４前後の差圧の計測が行われる。そして続くステップＳ１０３でその差圧が規定の目詰まり判定値α以上であるか否かが判定される。ここで差圧が目詰まり判定値α未満であれば（Ｓ１０３：ＮＯ）、処理がステップＳ１０１に戻される。一方、差圧が目詰まり判定値α以上であれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に処理が移行される。
【００２８】
ステップＳ１０４の処理に移ると、そのステップＳ１０４において、デポジット洗浄用燃料添加弁１６による再循環排気への燃料添加が行われ、その添加された燃料でＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットの洗浄が行われる。またステップＳ１０５において、燃料排出バルブ２０が開かれ、ＥＧＲクーラー１４から洗い流されたデポジットを含んだ燃料が、燃料排出通路１９を通じて排気通路７のＤＯＣ１１の上流側に流される。なお、このときには、ステップＳ１０６において、燃料排出通路１９を通じで排気通路７に戻される排気の量を考慮して、必要量の排気が吸気中に再循環されるようにＥＧＲバルブ１５が制御される。
【００２９】
その後、ステップＳ１０７において、ＥＧＲクーラー１４前後の差圧が十分に低下したと判定されるまで（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、上述したＥＧＲクーラー１４の洗浄を行いつつ、ステップＳ１０６における洗浄時のＥＧＲバルブ１５の制御が継続される。そしてＥＧＲクーラー１４前後の差圧が十分に低下すると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、ステップＳ１０８において、デポジット洗浄用燃料添加弁１６による再循環排気への燃料添加が終了され、またステップＳ１０９において、燃料排出バルブ２０が閉じられる。そしてステップＳ１１０において、ＥＧＲバルブ１５の制御が、ステップＳ１０１と同様の通常の制御に戻される。
【００３０】
図３は、本実施の形態と、デポジット洗浄のための燃料添加を行なかったときとのそれぞれにおける、ＥＧＲクーラー１４内のクーラーフィンの目詰まり率の推移を示している。同図から明らかなように、デポジットの洗浄を行なければ、ディーゼル機関の運転時間と共に、クーラーフィンの目詰まり率は増大するが、本実施の形態では、その目詰まりが効果的に抑制されている。
【００３１】
以上説明した本実施の形態の内燃機関の排気再循環装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４にデポジットが堆積したときに、同ＥＧＲクーラー１４に流される排気中に燃料を添加するデポジット洗浄用燃料添加弁１６を備えている。こうした本実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４にデポジットが堆積すると、デポジット洗浄用燃料添加弁１６により、ＥＧＲクーラー１４に流される再循環排気中に燃料が添加されるようになる。そしてその再循環排気に添加された燃料によって、ＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットが洗い流されるようになる。こうした本実施の形態の再循環排気装置では、再循環排気中に燃料を添加するデポジット洗浄用燃料添加弁１６を設けるだけで、ＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットを的確に洗浄することが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、構造の複雑化を抑えつつも、ＥＧＲクーラー１４に堆積したデポジットの洗浄を的確に行うことができるようになる。
【００３２】
（２）本実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４を通過した燃料を、ＤＰＦ１２の上流に設置されたＤＯＣ１１の上流側の排気通路７に送るための燃料排出通路１９を備えるようにしている。こうした本実施の形態では、添加燃料による洗浄によりＥＧＲクーラー１４から排出されたデポジットは、ＤＰＦ１２にて捕集されるようになる。そしてそのデポジットは、燃料と共に、ＤＰＦ１２の再生制御時に焼却される。したがって、本実施の形態によれば、ＥＧＲクーラー１４から洗い流したデポジットを好適に処理することができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４の差圧が目詰まり判定値α以上となると、その時点で、デポジット洗浄を行うようにしていたが、デポジット洗浄を、ＤＰＦの燃焼再生制御に同期して行うようにしても良い。この場合、デポジットの洗浄に使用した燃料は、ＤＯＣ１１にて酸化され、ＤＰＦ１２の燃焼再生制御のための排気温度の上昇に使用される。そのため、ＥＧＲクーラー１４の洗浄を無駄無く効率的に行うことができる。なお、こうした場合のデポジットの洗浄は、ＤＰＦ１２の燃焼再生制御が５、６回行われる毎に１回程度の頻度で行うようにすれば良い。
【００３４】
・上記実施の形態では、ＥＧＲクーラー１４を通過した燃料の添加された排気を、燃料排出通路１９を通じて、排気通路７のＤＯＣ１１の上流側に送るようにしていたが、そうした燃料を吸気中に送り、燃焼室での燃焼により処理するようにしても良い。その場合には、燃料排出通路１９及び燃料排出バルブ２０は省略することができる。
【００３５】
・上記実施の形態では、デポジットによるＥＧＲクーラー１４の目詰まりを、その前後の差圧により検出するようにしていたが、その検出を他の方法で行うようにしても良い。例えばディーゼル機関の運転時間が一定時間に達する毎に、目詰まりが発生したとしてデポジットの洗浄を行うようにすることなどが考えられる。
【００３６】
・上記実施の形態では、ターボチャージャー３及びＤＰＦ１２を備えるディーゼル機関に本発明の排気再循環装置を適用した場合を説明したが、本発明は、それ以外の内燃機関にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…吸気通路、２…エアクリーナー、３…ターボチャージャー、４…コンプレッサー、５…吸気マニホールド、６…シリンダーヘッド、７…排気通路、８…燃焼再生制御用燃料添加弁、９…排気マニホールド、１０…タービン、１１…ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）、１２…微粒子物質捕集フィルター（ＤＰＦ）、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラー、１５…ＥＧＲバルブ、１６…デポジット洗浄用燃料添加弁（燃料添加手段）、１７、１８…圧力センサ、１９…燃料排出通路、２０…燃料排出バルブ、２１…電子制御ユニット、５０…吸気通路、５１…エアクリーナー、５２…ターボチャージャー、５３…コンプレッサー、５４…インタークーラー、５５…スロットルバルブ、５６…バイパス通路、５７…切換バルブ、５８…排気通路、５９…タービン、６０…触媒、６１…高圧ＥＧＲ通路、６２…第１ＥＧＲクーラー、６３…第１ＥＧＲバルブ、６４…燃料添加弁、６５…バイパス通路、６６…切換バルブ、６７…低圧ＥＧＲ通路、６８…第２ＥＧＲクーラー、６９…第２ＥＧＲバルブ、７０…燃焼室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気を吸気中に再循環させるとともに、その再循環させる排気を冷却するＥＧＲクーラーの設けられた内燃機関の排気再循環装置において、
前記ＥＧＲクーラーにデポジットが堆積したときに、同ＥＧＲクーラーに流される排気に燃料を添加する燃料添加手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲクーラーを通過した燃料を、微粒子物質捕集フィルターの上流に設置された酸化触媒の上流側の排気通路に送るための燃料排出通路を備える
請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
【請求項３】
前記燃料添加手段による排気への燃料の添加は、前記微粒子物質捕集フィルターに捕集された微粒子物質を燃焼させて除去するための燃焼再生制御に同期して行われる
請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置。
【請求項１】
排気を吸気中に再循環させるとともに、その再循環させる排気を冷却するＥＧＲクーラーの設けられた内燃機関の排気再循環装置において、
前記ＥＧＲクーラーにデポジットが堆積したときに、同ＥＧＲクーラーに流される排気に燃料を添加する燃料添加手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲクーラーを通過した燃料を、微粒子物質捕集フィルターの上流に設置された酸化触媒の上流側の排気通路に送るための燃料排出通路を備える
請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
【請求項３】
前記燃料添加手段による排気への燃料の添加は、前記微粒子物質捕集フィルターに捕集された微粒子物質を燃焼させて除去するための燃焼再生制御に同期して行われる
請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１９７７７（Ｐ２０１２−２１９７７７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９２８３（Ｐ２０１１−８９２８３）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【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１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【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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