JP5621638B2 - 内燃機関の排気再循環システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気再循環システムに関し、特に、低圧ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備える内燃機関の排気再循環システムにおいてＮＯｘ低減効果を安定確保するようＥＧＲ制御を行う制御装置、すなわちＥＧＲ制御装置の改善に関する。

車両用のエンジン（内燃機関）においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減に効果的でエンジンのポンピングロス（吸気負荷）も低減できる排気再循環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。

このような内燃機関の排気再循環システムでは、多量の排気再循環を行うと、吸気側に還流する排気ガス中の水分が冷やされることで酸性の凝縮水が多量に発生し易くなり、その凝縮水が溜まる冷却器や凝縮水が付着し易い吸気系の金属部品、ターボ過給機のコンプレッサ等が腐食し易くなる。したがって、凝縮水の発生を抑制しつつＮＯｘ低減効果を高めることが重要である。

従来のこのような排気再循環システムとしては、例えば吸排気通路あるいはＥＧＲ回路における詰まりやガス漏れに起因するＥＧＲ量の変化を、ＥＧＲ量が多量となるＬＰＬ−ＥＧＲ回路側の排気還流通路（以下、低圧ＥＧＲ通路ともいう）の両端の差圧に基づいて検出し、ＥＧＲ量が目標値となるように低圧ＥＧＲ通路を通過する低圧側の排気ガスの流量を（以下、低圧ＥＧＲ流量ともいう）補正するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、高圧ＥＧＲ通路および低圧ＥＧＲ通路の双方を通して排気再循環させる併用領域の運転状態では、Ａ／Ｆセンサの検出値(リーン領域の排気ガス中の酸素濃度)が一定になるように高圧ＥＧＲ量調量手段をフィードバック制御するとともに、低圧ＥＧＲ量調量手段をオープン制御し、高圧ＥＧＲ通路を閉じ低圧ＥＧＲ通路のみを通して排気再循環させる低圧ＥＧＲ領域では、Ａ／Ｆセンサの検出値が一定になるように低圧ＥＧＲ量調量手段をフィードバック制御するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

低圧ＥＧＲ通路又は高圧ＥＧＲ通路のいずれか一方のＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス量を、吸入新気量測定手段が測定した新気量に応じてフィードバック制御し、他方のＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス量を、内燃機関の運転状態に基づきオープンループ制御することで、他方のＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス量のオープンループ制御によるばらつきを一方のＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス流量に対する新気量に応じたフィードバック制御によって補正可能にしたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。

さらに、ＬＰＬ−ＥＧＲ回路における低圧側排気還流通路の前後差圧が所定値を超えるほど大量の排気再循環を行うと、エンジンのトータルのポンピングロスが増加してしまい、燃費の悪化を招いてしまうという観点で、その前後差圧を検出する差圧センサの検出値が所定差圧より大きいときには、低圧側排気還流通路の流量を所定差圧相当の流量に抑えつつ、残りの要求流量分をＨＰＬ−ＥＧＲ回路の高圧排気還流通路を通した排気還流量で補うようにしたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。

また、ＥＧＲガスの流れ方向に対して傾斜する複数の傾斜面およびこれらを接続する略水平面を有するようにジグザグに折られた異物捕集フィルタを、ＬＰＬ−ＥＧＲ回路の低圧側排気還流通路中に配置し、還流排気ガスを通す異物捕集フィルタの傾斜面に凝縮水が付着し易くても、その傾斜面上から凝縮水が容易に流下し得るようにしたものも知られている（例えば、特許文献５参照）。

特開２００８−０３８６２７号公報 特開２００７−３１５３７１号公報 特開２００８−００２３４７号公報 特開２００７−２１１７６７号公報 特開２０１０−１５１０９１号公報

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、排気還流通路の上流側に異物捕集フィルタやその機能を併有するＥＧＲフィルタが配置される場合に、次のような問題が発生する可能性があった。

すなわち、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ため、異物捕集フィルタに凝縮水が付着して水膜が形成され易い。そのため、異物捕集フィルタによって排気還流通路が閉塞されたりその圧力損失が大きくなったりするような状態が生じ易くなる。

この場合、低圧ＥＧＲ通路の両端の差圧を検出する差圧センサの検出値は大きくなることから、大量の排気還流状態であると誤検知されてしまうことになる。

したがって、前述のように異物捕集フィルタに水膜が形成されると、低圧ＥＧＲ流量が大きく低下しているにもかかわらず低圧ＥＧＲ流量がさらに減量される制御が実行されてしまい、低圧ＥＧＲ流量と高圧ＥＧＲ流量の適切な比率（ＥＧＲ比）が得られなくなる。

そのため、従来のいずれの内燃機関の排気再循環システムにあっても、差圧センサを用いたフィードバック制御が可能な構成を採ると、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じるようなときにシステム全体のＥＧＲ流量が不足することになり、ＮＯｘ低減効果が十分に得られなくなってしまう可能性があった。

そこで、本発明は、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じるようなときでも所要のＮＯｘ低減効果を確保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。

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る低圧側排気還流管部および該低圧側排気還流管部を通る前記低圧側の排気ガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有する低圧ＥＧＲ装置と、前記低圧側排気還流管部内の排気還流方向の上流端側と下流端側との間における差圧を検出する差圧検出部を有し、該差圧検出部によって検出される検出差圧に基づいて前記低圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック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、前記低圧側排気還流管部内に前記低圧側の排気ガスの還流を妨げる詰まりが生じたか否かを判定する詰まり判定部と、前記詰まり判定部によって前記低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていないと判定されたときには前記低圧ＥＧＲ弁の前記検出差圧に基づくフィードバック制御を実行し、前記詰まり判定部によって前記低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていると判定されたときには前記検出差圧に基づく低圧ＥＧＲ弁のフィードバック制御以外の他の制御に変更する制御条件設定部と、を有していることを特徴とする。

この排気再循環システムでは、詰まり判定部によって低圧側排気還流管部内に詰まりが生じていると判定されなければ、制御条件設定部によって低圧ＥＧＲ弁の検出差圧に基づくフィードバック制御が選択され、詰まり判定部によって低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていると判定されると、制御条件設定部によって検出差圧に基づく低圧ＥＧＲ弁のフィードバック制御以外の他の制御に変更される。したがって、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じ、差圧センサの検出差圧が急に大きくなっても、検出差圧に基づくフィードバック制御は禁止されることから、低圧ＥＧＲ流量が低下した状態でさらに低圧ＥＧＲ流量を減量させてしまうことはない。しかも、検出差圧に基づくものではない他の制御が実行されることで、通常のＥＧＲ制御に準じたＮＯｘ低減効果が得られることになるから、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じるようなときでも所要のＮＯｘ低減効果を確保できる内燃機関の排気再循環システムとなる。

本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（２）前記詰まり判定部は、前記低圧側排気還流管部内の還流排気ガスから生じる凝縮水の量を推定し、該推定した凝縮水の量が所定値より大きいときに前記詰まりが生じていると判定するのが好ましい。これにより、凝縮水の水膜によって低圧側排気還流管部内の通路が閉塞され易い場合に、その詰まりが的確に判定可能となる。なお、検出差圧が所定値より大きく、凝縮水による排気還流通路の詰まりが生じる蓋然性があるか可能性が高いときにのみ凝縮水の量を推定する処理を実行するようにして、制御装置の処理負荷を軽減しつつ精度良く詰まり判定を行うこともできる。

本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（３）前記詰まり判定部は、前記内燃機関の冷却水温を検出し、該冷却水温が予め設定した低水温値より低いときに前記詰まりが生じていると判定するものであってもよい。この場合も、凝縮水の水膜によって低圧側排気還流管部内の通路が閉塞されても、その詰まりが的確に判定可能となる。

上記（２）または（３）の構成を採用する場合、本発明の内燃機関の排気再循環システムは、（４）前記低圧ＥＧＲ弁より前記低圧側排気還流管部の排気還流方向の上流側に配置され、前記低圧側排気還流管部に侵入する異物を捕集する異物捕集部材をさらに備え、前記詰まり判定部は、前記異物捕集部材に水膜による詰まりが生じていることを判定するのが好ましい。この構成により、異物捕集部材に凝縮水の水膜が形成されて低圧側排気還流管部内に急に詰まりが生じたとしても、低圧ＥＧＲ流量の制御が検出差圧に基づくフィードバック制御でなく他の制御に切り替えられるので、所要のＮＯｘ低減効果が確保されることになる。

上記（１）〜（４）のいずれかの構成を採用する本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（５）前記制御条件設定部によって前記低圧ＥＧＲ弁の制御が前記検出差圧に基づくフィードバック制御から前記他の制御に変更されたとき、前記制御装置は、前記低圧ＥＧＲ弁をオープンループ制御することが好ましい。この構成により、例えば内燃機関の運転状態、例えば機関回転数やアクセル開度（要求負荷）に応じた低圧ＥＧＲ量を目標ＥＧＲ量として、通常の検出差圧に基づくフィードバック制御ほどきめ細かい制御ではないものの、所要のＮＯｘ低減効果が確保可能となる。

また、上記（１）〜（４）のいずれかの構成を採用する本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（６）前記制御条件設定部によって前記低圧ＥＧＲ弁の制御が前記検出差圧に基づくフィードバック制御から前記他の制御に変更されたとき、前記制御装置は、前記検出差圧以外の検出情報に基づいて前記低圧ＥＧＲ弁の開度を制御する他のフィードバック制御を実行するものであってもよい。この構成により、例えば過給圧および吸入空気温度の検出値から得られるシリンダ吸入空気量と新気の吸入量の検出値との差であるＬＰＬ流量に基づいて低圧ＥＧＲ流量をフィードバック制御する等して、所要のＮＯｘ低減効果を確保することが可能となる。

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。なお、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、ターボ過給機以外の過給機が使用されるものであってもよい。

本発明に係る内燃機関のＥＧＲ制御装置は、上記目的達成のため、（８）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る低圧側排気還流管部と該低圧側排気還流管部を通る前記低圧側の排気ガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁とを有する低圧ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気再循環システムに装備されるとともに、前記低圧側排気還流管部内の排気還流方向の上流端側と下流端側との間における差圧を検出する差圧検出部を有し、該差圧検出部によって検出される検出差圧に基づいて前記低圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御することができる内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、前記低圧側排気還流管部内に前記低圧側の排気ガスの還流を妨げる詰まりが生じたか否かを判定する詰まり判定部と、前記詰まり判定部によって前記低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていないと判定されたときには前記低圧ＥＧＲ弁の前記検出差圧に基づくフィードバック制御を選択し、前記詰まり判定部によって前記低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていると判定されたときには前記低圧ＥＧＲ弁の制御を前記低圧ＥＧＲ弁の前記検出差圧に基づくフィードバック制御から他の制御に変更する制御条件設定部と、を有していることを特徴とする。

このＥＧＲ制御装置では、詰まり判定部によって低圧側排気還流管部内に詰まりが生じていると判定されなければ、制御条件設定部によって低圧ＥＧＲ弁の検出差圧に基づくフィードバック制御が選択され、一方、詰まり判定部によって低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていると判定されると、制御条件設定部によって検出差圧に基づく低圧ＥＧＲ弁のフィードバック制御以外の他の制御に変更される。したがって、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じ、差圧センサの検出差圧が急に大きくなっても、その検出差圧に基づくフィードバック制御は禁止されることから、低圧ＥＧＲ流量が低下した状態でさらに低圧ＥＧＲ流量を減量させてしまうことはない。しかも、検出差圧に基づくものではない他の制御が実行されることで、通常のＥＧＲ制御に準じたＮＯｘ低減効果が得られることになるから、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じるようなときでも所要のＮＯｘ低減効果を確保できる。

本発明によれば、低圧側排気還流管部内に詰まりが生じていなければ、低圧ＥＧＲ弁の検出差圧に基づくフィードバック制御が選択され、低圧側排気還流管部内に詰まりが生じていれば、検出差圧に基づく低圧ＥＧＲ弁のフィードバック制御以外の他の制御が実行されるようにしているので、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じ、差圧センサの検出差圧が急に大きくなっても、低圧ＥＧＲ流量が低下した状態でさらに低圧ＥＧＲ流量を減量させてしまうことがなく、かつ、検出差圧に基づくものではない他の制御が実行されることで、通常のＥＧＲ制御に準じたＮＯｘ低減効果を得ることができる。その結果、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じるようなときであっても所要のＮＯｘ低減効果を確保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。

本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムでのＬＰ詰まり発生時における低圧ＥＧＲ流量の低減操作の説明図である。 本発明の第１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低圧ＥＧＲ流量制御中の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。 本発明の第１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低圧ＥＧＲ流量制御のための制御プログラムのフローチャートである。 本発明の第１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低圧ＥＧＲ流量制御中のシステムの状態変化の説明図である。 本発明の第２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低圧ＥＧＲ流量制御のための制御プログラムのフローチャートである。

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。

（第１実施形態）
図１〜図７は、本発明に係る内燃機関の排気再循環システムの第１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。

図１および図２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ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６（高圧ＥＧＲ装置）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ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７（低圧ＥＧＲ装置）とが装備されている。

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。

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（中間冷却器）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弁３６と、吸気マニホールド３１の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。

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、排気浄化ユニット４４を通過した排気ガス中の空燃比（リーン領域の排気ガス中の酸素濃度およびリッチ領域の排気ガス中の未燃ガス濃度）を検出することができるＡ／Ｆセンサ４８と、を含んで構成されている。

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。

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（高圧側排気還流管部）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と、を有している。

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。

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（低圧側排気還流管部）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ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３（排気冷却器）と、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の低圧側排気還流通路７１ｗの排気還流方向においてＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２およびＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３（排気冷却器）よりも上流側に配置された異物捕集フィルタ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。

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。

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。

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。

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。

異物捕集フィルタ７４は、ＦＯＤ（Foreign Object Damage）フィルタと呼ばれる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ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２やターボ過給機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弁７２および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。

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。

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。

ＥＣＵ５０は、詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えば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、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、スロットル弁３６の開度制御、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２および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。

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、排気温度センサ４７およびＡ／Ｆセンサ４８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、スロットル弁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（差圧検出部）、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３５，３７，４７，４８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、スロットル弁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。

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を通る低圧側の排気ガスをＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３により冷却するようにしている。したがって、特に、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において、酸性の凝縮水が発生し易くなる。

そこで、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６およびＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７を制御するＥＣＵ５０は、次に述べるように、詰まり判定部５１、制御条件設定部５２およびＥＧＲ制御部５３の機能のそれぞれを発揮できるように、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。

詰まり判定部５１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中の凝縮水の量を推定する凝縮水量推定手段の機能を併有しており、低圧側排気再循環経路Ｌ２のうち少なくとも特定通路区間における凝縮水の発生量を推定するようになっている。

また、詰まり判定部５１は、低圧側排気再循環経路Ｌ２内の特定通路区間において還流排気ガスから生じる凝縮水の量を推定して、その推定した凝縮水の量が所定値より大きい（所定値を超える、または所定値以上である）ときに、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の低圧側排気還流通路７１ｗに低圧側の排気ガスの還流を妨げる詰まりが生じたと判定し、その推定した凝縮水の量が所定値より大きくない（所定以下である、または所定値未満である）ときに、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内に低圧側の排気ガスの還流を妨げる詰まりが生じていないと判定するようになっている。

ここにいう特定通路区間とは、低圧側排気再循環経路Ｌ２のうち凝縮水の発生量が増加し異物捕集フィルタ７４に水膜が形成されるときに、その凝縮水の発生量が急増する通路区間、例えばＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の低圧側排気還流通路７１ｗのうち異物捕集フィルタ７４の近傍であって還流排気ガスを冷却するＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３の近傍の通路区間であるが、低圧側排気再循環経路Ｌ２の複数個所（複数の通路区間）における凝縮水量の総和であってもよい。

また、ここにいう所定値とは、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中の凝縮水の量が多くなり、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２より上流側に配置された異物捕集フィルタ７４に付着した凝縮水によって水膜が形成され、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の低圧側排気還流通路７１ｗに予め設定された許容圧力損失レベルを超える圧力損失が生じるような詰まりが発生するときの凝縮水量の値（後述する閾値水量αに相当する）である。

具体的には、詰まり判定部５１における凝縮水量の推定は、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、例えば凝縮水の発生量が異物捕集フィルタ７４に水膜が形成される程度の水量に達する蓋然性が高いエンジン１０の運転状態をその冷却水温度から判別するもの（後述する）や、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）、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、本実施形態では、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となっている。

すなわち、詰まり判定部５１は、例えば凝縮水量算出の対象区間となる前記特定通路区間内で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、その対象区間内で単位時間毎に発生する凝縮水量Ｑｗ１（推定発生量；図３参照）のうち下流側に持ち去られる持ち去られ凝縮水量Ｑｗ２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Ｑｗ１の推定値から持ち去られ凝縮水量Ｑｗ２の推定値を差し引いて実際に発生したことになる凝縮水量（以下、凝縮水量Ｑｗａという）を算出・推定するようになっている。

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Ｑｗ２を、特定通路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る。ここで、単位時間毎の低圧側の排気ガスの還流量（以下、ＬＰ流量という）は、例えばＬＰ差圧センサ１０７の検出値から算出可能である。あるいは、気筒１１内に入る直前の過給空気の温度および圧力から得られる単位時間毎の全シリンダ吸入空気量から単位時間毎の高圧側の排気ガスの還流量（以下、ＨＰ流量という）および新気の吸入流量（エアフローメータ３５の検出吸気量）を差し引いた値としても算出可能である。

また、詰まり判定部５１での算出モデルによる凝縮水の発生量Ｑｗ１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(Ｎ_２ ，Ｏ_２ ，Ａｒ）および水（Ｈ_２Ｏ）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き、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、詰まり判定部５１は、その既燃ガス中の水分量と、特定通路区間（ここではＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３および異物捕集フィルタ７４の近傍区間）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、異物捕集フィルタ７４のガス出口の近傍における凝縮水の発生量Ｑｗ１を算出する。

そして、詰まり判定部５１は、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発生の凝縮水量Ｑｗａ［ｇ／ｓ］が算出されると、その凝縮水量Ｑｗａを、予めの実験結果に基づいて設定された閾値水量αと比較するようになっており、その凝縮水量Ｑｗａが閾値水量αを超えるか否かにより、低圧側排気還流通路７１ｗが異物捕集フィルタ７４に付着した凝縮水の水膜によって閉塞される前記詰まりが発生し得る凝縮水の発生量か否かを判定するようになっている。

ここでの閾値水量αは、低圧側排気還流通路７１ｗに異物捕集フィルタ７４を通して還流排気ガスが流入するときに凝縮水が付着し、その表面張力により異物捕集フィルタ７４の異物捕集面上に一定面積以上の水膜が形成され得る凝縮水量であり、前記所定値に相当する。この閾値水量αは、予めの実験結果に基づく固定値であってもよいし、エンジン１０の回転負荷に応じたマップ値であってもよい。また、凝縮水量Ｑｗａが閾値水量αを超えるとき、エンジン１０のＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７は専らＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開度が大きいか排気絞り弁４３の開度が小さい状態である。

なお、詰まり判定部５１は、上述のように算出・推定された今回の凝縮水量Ｑｗａが閾値水量αを超えるとき、さらに、予め設定された単位時間当りの閾値増加率β(例えば、０．４ｋＰａ／６０ｓｅｃ)より大きい増加率で急速に増加したか否かや、その急増時間が一定時間（例えば、６０秒）以上継続したか否かを判定することにより、低圧側排気還流通路７１ｗが異物捕集フィルタ７４上に形成された水膜等によって閉塞され前記詰まりを生じたことをより精度良く判定するものであってもよい。

制御条件設定部５２は、詰まり判定部５１によってＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の低圧側排気還流通路７１ｗに前記詰まりが生じていないと判定されたとき、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧を予め設定された目標差圧に保持するようＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御を実行して、低圧側排気還流通路７１ｗを通る還流排気ガスの流量、すなわち、ＬＰ流量を最適値に設定するようになっている。ここにいう目標差圧は、ＬＰ流量の最適値に対応するものであり、例えば少なくともＨＰ流量およびＬＰ流量が共にゼロでない併用領域において一定のＬＰ流量に対応する固定された差圧値であるが、ＨＰ流量がゼロとなる低圧ＥＧＲ領域か、ＨＰ流量およびＬＰ流量が共にゼロでない併用領域か、あるいは、ＬＰ流量がゼロとなる高圧ＥＧＲ領域かによって、異なる複数の値から選択される差圧値であってもよい。

一方、制御条件設定部５２は、詰まり判定部５１によってＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の低圧側排気還流通路７１ｗに前記詰まりが生じていると判定されたときには、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御を禁止して、そのＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくフィードバック制御以外の、他の制御に変更するようになっている。ここで、他の制御とは、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２をエンジン１０の運転状態に基づくオープンループ制御であり、例えば低圧ＥＧＲのＥＧＲ量が略一定になるように、エンジン１０の運転状態に応じたＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の目標開度を予めの実験により設定したマップＭ２に基づいて算出し、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の目標開度を制御するものである。ここでのマップＭ２は、例えば機関回転数やアクセル開度（要求負荷）に応じた最適なＬＰ流量またはバルブ開度をその目標値として予め設定したもので、クランク角センサ１０３やアクセル開度センサ１０１の検出情報を基にその目標値を算出可能な記憶データである。

制御条件設定部５２は、また、エンジン１０の運転状態に基づくオープンループ制御を実行するとき、高圧側排気還流通路６１ｗ内のＨＰ流量に対する低圧側排気還流通路７１ｗ内のＬＰ流量の比率（ＥＧＲ比：以下、ＬＰ流量比率という)を低下させるように、凝縮水量Ｑｗａに応じてＬＰ流量を減少させるとともに（図４参照）、Ａ／Ｆセンサ４８の検出情報に基づいて、ＬＰ流量の減少分を補うようにＨＰ流量を増加させるようになっている。

すなわち、制御条件設定部５２は、凝縮水量Ｑｗａが閾値水量αを上回るＬＰ詰まり状態になったときには、凝縮水量Ｑｗａを閾値水量αまでに抑えるべく、その閾値水量αに対応する閾値ＬＰ流量Ｘ（図４参照）を算出するとともに、その閾値ＬＰ流量Ｘまでの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、閾値ＬＰ流量ＸまでのＬＰ流量の減少量に応じてＨＰ流量の増加量を変化させるようになっている。なお、ＬＰ流量を閾値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。また、閾値ＬＰ流量Ｘは、例えば定常走行時の適合値であるＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のベース開度に固定されるか、全閉位置に固定される。ここにいうベース開度は、例えば、過給圧センサである吸気管内圧力センサ１０５の検出圧および推定吸気温度から算出されるシリンダ吸入ガス量と、エアフローメータ３５の検出値から得られる吸入空気量（新気量）とを用いて、両者の差であるＬＰ流量値を算出することで推定できるし、凝縮水量Ｑｗａに対応するＬＰ流量の減少値として予めマップ化されたデータによって推定されてもよい。

また、制御条件設定部５２は、少なくともＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のオープンループ制御を選択するときには、Ａ／Ｆセンサ４３で検出される空燃比に基づいて、あるいはエアフローメータ３５で検出される吸入空気量に基づいて、エンジン１０の負荷が大きくなるほど全ＥＧＲ量が低下するように、高圧ＥＧＲ弁６２をフィードバック制御する制御条件を設定するようになっている。

制御条件設定部５２は、さらに、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、ＨＰ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。

すなわち、制御条件設定部５２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に示すマップＭ３（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。

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双方を含むもの（複数種類の排出成分）であってもよい。なお、以下の説明においては、制御条件設定部５２は、特定排出成分としてスモークおよびＨＣの双方の濃度値がそれぞれ許容範囲内に入るようにするという制約条件を設定し、その制約条件に従って高圧側の排気ガスの還流量を選択的に減少させるものとする。

ＥＧＲ制御部５３は、制御条件設定部５２で設定された制御条件に従って、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２、スロットル弁３６および排気絞り弁４３を操作することにより、ＨＰ流量とＬＰ流量の比であるＬＰ流量比率（ＥＧＲ比）と、ＨＰ流量およびＬＰ流量に対応する全還流排気ガス量（全ＥＧＲ量）およびＥＧＲ率とをそれぞれ制御することができるようになっており、そのためのバルブ毎の設定値や制御量算出のための制御プログラム、マップＭ４、設定値情報等を有している。

なお、凝縮水の付着や水膜形成によって低圧側排気還流通路７１ｗにおける圧力損失を増大させるものは、異物捕集フィルタ７４に限定されるものではなく、低圧側排気還流通路７１ｗ中に配される目の細かい（個々のガス通路孔径が小さい）他の部材である可能性もあり、その場合には、詰まり判定部５１は、他の部材に水膜が形成されて低圧側排気還流通路７１ｗにおける圧力損失が増大したか否かを判定するものとなる。

次に、作用について説明する。

図６は、ＥＣＵ５０でＥＧＲ制御のために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。なお、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に詰まり判定部５１、制御条件設定部５２およびＥＧＲ制御部５３の機能を発揮させるべく、所定時間毎にあるいはエンジン１０の冷却水温度が所定温度以下となっている期間中の所定時間毎に繰り返し実行される。

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３５，３７，４７，４８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）。

次いで、詰まり判定部５１によって単位期間毎の凝縮水発生量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の凝縮水量Ｑｗａが予め設定され計算周期で算出される（ステップＳ１２）。

次いで、この凝縮水量Ｑｗａが予めの実験結果に基づいて設定された閾値水量αと比較され、その結果に応じて、異物捕集フィルタ７４に凝縮水の水膜が形成される詰まり状態が発生し得るか否かが判定される（ステップＳ１３）。

このとき、算出された凝縮水量Ｑｗａが閾値水量αを超えていなければ（ステップＳ１３でＮＯの場合）、低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが生じていないと判定され、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧を予め設定された目標差圧に保持するようＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御が実行されることで、ＬＰ流量が最適値に制御される（ステップＳ１４）。

一方、算出された凝縮水量Ｑｗａが閾値水量αを超えていれば（ステップＳ１３でＹＥＳの場合）、低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが生じていると判定され、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御が禁止されるとともに、他の制御であるオープンループ制御が開始される（ステップＳ１５）。そして、このとき、低圧ＥＧＲのＥＧＲ量が略一定になるように、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２がエンジン１０の機関回転数やアクセル開度に応じた目標開度に制御される。

なお、算出された凝縮水量Ｑｗａが閾値水量αを超えているときに、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧が単位時間当りの閾値増加率βより大きい増加率で急速に増加したか、その急増が継続された時間が一定時間を超えたか否かによって詰まり判定を実行する場合には、その最終判定結果に応じて、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の差圧フィードバック制御とオープンループ制御が切り替えられる。

一方、この間、少なくともＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２がオープンループ制御されるときには、高圧ＥＧＲ弁６２が、Ａ／Ｆセンサ４８で検出される空燃比に基づいて、あるいはエアフローメータ３５で検出される吸入空気量に基づいて、エンジン１０の負荷が大きくなるほど全ＥＧＲ量が低下するようにフィードバック制御され、さらに、排気ガス中のスモーク成分やＨＣの濃度値が制約値を超えないように適宜制限される。

ここで、低圧側排気還流通路７１ｗに凝縮水による詰まり状態が発生するときのシステムの作動状態の一例について、図７を用いて説明する。

まず、図７（ｂ）に実線で示すように、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２がある開度まで所定時間ｔ（例えば、２０秒程度）毎に段階的に開かれ、ＬＰ流量が大きくなると、低圧側のＥＧＲ量が増大し、低圧側排気還流通路７１ｗ中に発生する凝縮水量Ｑｗａが増加する。そして、異物捕集フィルタ７４に付着する凝縮水量が増加し、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開放によるＬＰ流量の増大から比較的短時間（例えば１〜２分程度）のうちに、凝縮水の表面張力によって異物捕集フィルタ７４に水膜が張り始める。このとき、図７（ｃ）に実線で示すように、低圧側排気還流通路７１ｗ内の排気ガスの温度は、ＨＰ流量の低下によってあるいはエンジン１０の暖機の進行に伴って上昇していたガス温度Ｔ１（排気浄化ユニット４４を通過した後のガス温度）から水膜の張った異物捕集フィルタ７４を通過した後のガス温度Ｔ２に急落する。

このような状態においては、異物捕集フィルタ７４の異物捕集面に徐々に水膜が張ることで、図７（ｄ）中に矢印Ａ１で示すように異物捕集フィルタ７４の前後差圧（図中ではＦＯＤ差圧）が増加し始め、異物捕集フィルタ７４の異物捕集面のほぼ全域に水膜が形成される段階で、同図中に矢印Ａ２，Ａ３で示すように、異物捕集フィルタ７４の前後差圧が急上昇する詰まりの発生状態となる。

本実施形態では、このような詰まりの発生が上述のような処理により判定され、低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが発生したときにはＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御が禁止されて、他の制御であるオープンループ制御に切り替えられる。また、このオープンループ制御によって、凝縮水量Ｑｗａを閾値水量αまでの値に抑えるＬＰ流量が減量されるとともに、閾値ＬＰ流量ＸまでのＬＰ流量の低下によってＮＯｘ低減効果が低下するのを抑えるよう、ＨＰ流量が増量されることになる。したがって、この場合、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁６２およびＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開度は、例えば図７（ａ）および図７（ｂ）中に太い点線で示す開度Ｖｂ，Ｖａに変更される。

この状態においては、異物捕集フィルタ７４は熱容量の大きい排気浄化ユニット４４のケースからの受熱等によって加熱され、異物捕集フィルタ７４の近傍のガス温度は、図７（ｃ）に示すように、それまでのガス温度Ｔ２から徐々に上昇するガス温度Ｔ３のような上昇傾向を示す。

そして、このような排気ガス温度の上昇、異物捕集フィルタ７４の温度上昇、低圧側排気還流通路７１ｗ内における発生凝縮水量の減少等によって、図７（ｄ）に太い点線で示すように、異物捕集フィルタ７４の前後差圧が低下し始め、低圧側排気還流通路７１ｗの詰まり状態が解消され始める。

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、詰まり判定部５１によってＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の低圧側排気還流通路７１ｗ内に詰まりが生じていると判定されなければ、制御条件設定部５２によってＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の検出差圧に基づくフィードバック制御が選択され、詰まり判定部５１によってＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内に詰まりが生じていると判定されると、制御条件設定部５２によって検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御以外の他の制御が選択される。

したがって、異物捕集フィルタ７４に水膜が形成されて低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが生じても、検出差圧に基づくフィードバック制御が禁止されることによって、ＬＰ流量（低圧ＥＧＲ流量）が低下した状態でさらにＬＰ流量を減量させてしまうことがなくなり、しかも、検出差圧に基づかないオープンループ制御が実行されることによって、通常のＥＧＲ制御に準じたＮＯｘ低減効果が得られることになる。その結果、凝縮水の発生量が多くなって低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが生じるようなときでも所要のＮＯｘ低減効果を確保できる内燃機関の排気再循環システムとなる。

また、本実施形態では、特定通路区間に発生する凝縮水量を精度良く算出できるので、凝縮水の水膜によってＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の通路が閉塞され易い場合に、その詰まりが的確に判定可能となる。しかも、異物捕集フィルタ７４に水膜による詰まりが生じているか否かを精度良く判定できるので、異物捕集フィルタ７４に凝縮水の水膜が形成されてＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内に急に詰まりが生じても、ＬＰ流量の制御が的確に上述したオープループ制御に切り替えられ、所要のＮＯｘ低減効果が確保される。

また、そのオープループ制御では、エンジン１０の機関回転数や要求負荷に応じたＬＰ流量を目標値ＥＧＲ量とするので、通常の検出差圧に基づくフィードバック制御ほどきめ細かい制御ではないものの、比較的良好なＮＯｘ低減効果が確保できる。

本実施形態においては、さらに、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。

このように、本実施形態の排気再循環システムおよびそのＥＧＲ制御装置においては、凝縮水の発生量が多くなって低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが生じ、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧が急に大きくなっても、低圧ＥＧＲ流量が低下した状態でさらに低圧ＥＧＲ流量を減量させてしまうことがなく、かつ、検出差圧に基づくものではないオープンループ制御が実行されることで、通常のＥＧＲ制御に準じたＮＯｘ低減効果を得ることができる。その結果、凝縮水の発生量が多くなって低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが生じるようなときであっても所要のＮＯｘ低減効果を確保することができる。
（第２実施形態）
図８は、本発明に係る内燃機関の排気再循環システムの第２実施形態を示す図であり、その制御装置で実行されるＥＧＲ制御プログラムの概略処理手順を示している。

なお、この第２実施形態の排気再循環システムは、制御装置であるＥＣＵ５０のうち制御条件設定部５２の処理の一部が第１実施形態と相違する以外は、第１実施形態と同様なものであるので、図１〜図７に示した第１実施形態の構成要素や処理ステップの符号を用いつつ、相違点である制御条件設定部５２の処理の一部についてのみ、以下に説明する。

本実施形態においては、ＥＣＵ５０の詰まり判定部５１が、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ１０４の検出水温に基づいて、その検出水温（冷却水温）が予め設定した低水温値β（例えば、３０°Ｃ程度）より低いときに、異物捕集フィルタ７４に水膜が形成されて低圧側排気還流通路７１ｗに許容圧力損失レベルを超える圧力損失が生じるような詰まりが発生していると判定するようになっている。

また、詰まり判定部５１によって低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが次発生したと判定され、制御条件設定部５２によってＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の制御が検出差圧に基づくフィードバック制御から他の制御に変更されるとき、制御条件設定部５２は、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくフィードバック制御以外の他の制御として、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧以外のセンサ情報に基づいてＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開度を制御する他のフィードバック制御を実行するようになっている。

具体的には、制御条件設定部５２は、ＬＰ流量を、エンジン１０の気筒１１内に入る直前の過給空気の温度および圧力から得られる単位時間毎の全シリンダ吸入空気量から単位時間毎のＨＰ流量およびエアフローメータ３５の検出吸気量（新気の吸入空気量）を差し引いた値としても算出し、そのＬＰ流量の算出値が上述したＬＰ流量の最適値になるようにＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の開度を制御するものであり、少なくともＨＰ流量およびＬＰ流量が共にゼロでない併用領域において一定のＬＰ流量値に制御される。また、ＨＰ流量がゼロとなる低圧ＥＧＲ領域か、ＨＰ流量およびＬＰ流量が共にゼロでない併用領域か、あるいは、ＬＰ流量がゼロとなる高圧ＥＧＲ領域かによって、異なる複数の値から選択される目標値ＬＰ流量であってもよい。

図８に示すように、本実施形態では、まず、各種センサ３５，３７，４７，４８および１０１〜１０８からのセンサ情報によってエンジン１０の運転状態が取得されると（ステップＳ１１）、次いで、詰まり判定部５１によって、水温センサ１０４の検出水温が予め設定した低水温値βより低いか否かが判定される（ステップＳ１２）。

このとき、水温センサ１０４の検出水温が低水温値βより低ければ（ステップＳ１２でＹＥＳの場合）、低圧側排気還流通路７１ｗに凝縮水による詰まりが発生していると判定されて、次いで、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御が禁止されるとともに、他の制御であるオープンループ制御が開始される（ステップＳ１５）。そして、このとき、ＬＰ流量が略一定になるように、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２がエンジン１０の機関回転数やアクセル開度に応じた目標開度に制御される。

一方、水温センサ１０４の検出水温が低水温値β以上であるとき（ステップＳ１２でＮＯの場合）には、低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが発生していないと判定され、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧を予め設定された目標差圧に保持するようＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御が実行され、ＬＰ流量が最適値に制御される（ステップＳ１４）。

本実施形態の排気再循環システムにおいても、詰まり判定部５１によってＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の低圧側排気還流通路７１ｗ内に詰まりが生じていると判定されなければ、制御条件設定部５２によってＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２の検出差圧に基づくフィードバック制御が選択され、詰まり判定部５１によってＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内に詰まりが生じていると判定されると、制御条件設定部５２によって検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御以外の他の制御が選択される。したがって、異物捕集フィルタ７４に水膜が形成されて低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが生じても、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧に基づくＬＰＬ−ＥＧＲ弁７２のフィードバック制御が禁止されることによって、ＬＰ流量（低圧ＥＧＲ流量）が低下した状態でさらにＬＰ流量を減量させてしまうことがなくなり、しかも、検出差圧に基づかない他の制御としてＬＰ流量値を目標値ＬＰ流量に追従させるフィードバック制御が実行されるので、通常のＥＧＲ制御に準じたＮＯｘ低減効果が得られることになる。その結果、凝縮水の発生量が多くなって低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが生じるようなときでも所要のＮＯｘ低減効果を確保できる内燃機関の排気再循環システムとなる。

また、本実施形態では、水温センサ１０４の検出水温に基づいて詰まり判定を実行するので、ＥＣＵ５０の詰まり判定のための処理負荷を軽減させることができる。

なお、上述の各実施形態においては、ＬＰＬーＥＧＲ弁７２のオープンループ制御と差圧センサ１０７の検出差圧に基づくフィードバック制御のうちいずれかに選択的に設定する制御プログラムを、所定時間毎にあるいはエンジン１０の冷却水温が低いときの所定時間毎に実行するものとしたが、ＬＰ差圧センサ１０７の検出差圧が低圧側排気還流通路７１ｗの詰まりが発生し得ないほど低いときには、低圧側排気還流通路７１ｗに詰まりが生じたか否かの判定やそのつまり判定の結果に応じたＥＧＲ制御条件の切替えを実行しないようにして、ＥＣＵ５０の処理負荷を抑えつつ良好な精度での本発明によるＥＧＲ制御を実行することもできる。すなわち、検出差圧が所定値より大きく、凝縮水による低圧側排気還流通路７１ｗの詰まりが生じる蓋然性があるか可能性が高いときにのみ凝縮水の量を推定する処理を実行するようにして、制御装置の処理負荷を軽減しつつ精度良く詰まり判定を行うこともできる。

また、上述の実施形態では、詰まり判定部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。

さらに、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。

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、低圧側排気還流管部内に詰まりが生じていなければ、低圧ＥＧＲ弁の検出差圧に基づくフィードバック制御を選択し、低圧側排気還流管部内に詰まりが生じていれば、検出差圧に基づく低圧ＥＧＲ弁のフィードバック制御以外の他の制御を実行するようにしているので、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じ、差圧センサの検出差圧が急に大きくなっても、低圧ＥＧＲ流量が低下した状態でさらに低圧ＥＧＲ流量を減量させてしまうことがなく、かつ、検出差圧に基づくものではない他の制御が実行されることで、通常のＥＧＲ制御に準じたＮＯｘ低減効果を得ることができ、その結果、凝縮水の発生量が多くなって排気還流通路に詰まりが生じるようなときであっても所要のＮＯｘ低減効果を確保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、低圧ＥＧＲ装置を備える内燃機関の排気再循環システム、特にそのＮＯｘ低減効果を安定確保するようＥＧＲ制御を行うＥＧＲ制御装置全般に有用である。

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
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
３５ エアフローメータ
３７ 吸気温度センサ
４２ 排気管
４３ 排気絞り弁
４４ 排気浄化ユニット（抵抗要素）
４７ 排気温度センサ
５０ ＥＣＵ（電子制御ユニット、制御装置、ＥＧＲ制御装置）
５１ 詰まり判定部（凝縮水量推定手段）
５２ 制御条件設定部
５３ ＥＧＲ制御部
６１ ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ（高圧側の排気還流管部）
６１ｗ 高圧側排気還流通路
６２ ＨＰＬ−ＥＧＲ弁（高圧ＥＧＲ弁）
７１ ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ（低圧側の排気還流管部）
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）
７４ 異物捕集フィルタ（フィルタ）
１０４ 水温センサ（冷却水温検出手段）
１０５ 吸気管内圧力センサ
１０７ ＬＰ差圧センサ（差圧検出部）
Ｌ１ 高圧側排気再循環経路
Ｌ２ 低圧側排気再循環経路
Ｑｗａ 実発生凝縮水量（凝縮水量）
α 閾値水量（所定値）
β 低水温値

Claims (8)

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る低圧側排気還流管部および該低圧側排気還流管部を通る前記低圧側の排気ガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有する低圧ＥＧＲ装置と、
   前記低圧側排気還流管部内の排気還流方向の上流端側と下流端側との間における差圧を検出する差圧検出部を有し、該差圧検出部によって検出される検出差圧に基づいて前記低圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック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、
   前記低圧側排気還流管部内に前記低圧側の排気ガスの還流を妨げる詰まりが生じたか否かを判定する詰まり判定部と、
   前記詰まり判定部によって前記低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていないと判定されたときには前記低圧ＥＧＲ弁の前記検出差圧に基づくフィードバック制御を実行し、前記詰まり判定部によって前記低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていると判定されたときには前記検出差圧に基づく低圧ＥＧＲ弁のフィードバック制御以外の他の制御に変更する制御条件設定部と、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。
2. 前記詰まり判定部は、前記低圧側排気還流管部内の還流排気ガスから生じる凝縮水の量を推定し、該推定した凝縮水の量が所定値より大きいときに前記詰まりが生じていると判定す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。
3. 前記詰まり判定部は、前記内燃機関の冷却水温を検出し、該冷却水温が予め設定した低水温値より低いときに前記詰まりが生じていると判定す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。
4. 前記低圧ＥＧＲ弁より前記低圧側排気還流管部の排気還流方向の上流側に配置され、前記低圧側排気還流管部に侵入する異物を捕集する異物捕集部材をさらに備え、
   前記詰まり判定部は、前記異物捕集部材に水膜による詰まりが生じていることを判定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の排気再循環システム。
5. 前記制御条件設定部によって前記低圧ＥＧＲ弁の制御が前記検出差圧に基づくフィードバック制御から前記他の制御に変更されたとき、前記制御装置は、前記低圧ＥＧＲ弁をオープンループ制御することを特徴とする請求項１ないし請求項４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。
6. 前記制御条件設定部によって前記低圧ＥＧＲ弁の制御が前記検出差圧に基づくフィードバック制御から前記他の制御に変更されたとき、前記制御装置は、前記検出差圧以外の検出情報に基づいて前記低圧ＥＧＲ弁の開度を制御する他のフィードバック制御を実行することを特徴とする請求項１ないし請求項４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。
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。
8. 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る低圧側排気還流管部と該低圧側排気還流管部を通る前記低圧側の排気ガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁とを有する低圧ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気再循環システムに装備されるとともに、前記低圧側排気還流管部内の排気還流方向の上流端側と下流端側との間における差圧を検出する差圧検出部を有し、該差圧検出部によって検出される検出差圧に基づいて前記低圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御することができる内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
   前記低圧側排気還流管部内に前記低圧側の排気ガスの還流を妨げる詰まりが生じたか否かを判定する詰まり判定部と、
   前記詰まり判定部によって前記低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていないと判定されたときには前記低圧ＥＧＲ弁の前記検出差圧に基づくフィードバック制御を選択し、前記詰まり判定部によって前記低圧側排気還流管部内に前記詰まりが生じていると判定されたときには前記低圧ＥＧＲ弁の制御を前記低圧ＥＧＲ弁の前記検出差圧に基づくフィードバック制御から他の制御に変更する制御条件設定部と、を有していることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。

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