JP4735519B2 - 内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気の一部を吸気系に再循環させる内燃機関の排気再循環装置に関する。

内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」ともいう）の量を低減する技術として、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」ともいう）装置が知られている。

また、より広い運転領域でＥＧＲを実施可能にする技術として、ターボチャージャのタービン上流の排気をコンプレッサ下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、タービン下流の排気をコンプレッサ上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ手段とを併設し、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段を切換えまたは併用してＥＧＲを行う技術が知られている。

このような技術を採用した排気再循環装置としては、低中速・低中負荷域では高圧ＥＧＲ手段を主にまた低圧ＥＧＲ手段を補助的に用いてＥＧＲと予混合燃焼を行い、低中速・高負荷域では低圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲと通常燃焼を行い、機関高速・低〜高負荷域では高圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲと通常燃焼を行う排気再循環装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

しかし、上記の技術では、フューエルカット状態からの加速時などの過渡状態においてＥＧＲガスの量が不足することにより、一時的にＮＯx発生量が増加する場合があった。
特開２００４−１５０３１９号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段とを併用しまたは切換えてＥＧＲを行う内燃機関の排気再循環装置を対象としている。そして、その目的は、フューエルカット状態からの加速時において、ＥＧＲガスの量が不足することを抑制し、過渡状態におけるＮＯxの発生量を抑制できる技術を提供することであ
る。

上記目的を達成するための本発明は、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の２系統のＥＧＲ手段を備え、内燃機関の運転状態によって、高圧ＥＧＲ手段のみを用いてＥＧＲを行うか、低圧ＥＧＲ手段のみを用いてＥＧＲを行うか、高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段を併用してＥＧＲを行うかが選択される内燃機関の排気再循環装置であって、フューエルカット状態からの加速時においては、目標となる運転状態が、高圧ＥＧＲ手段のみを用いてＥＧＲを行う領域または、高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段とを併用してＥＧＲを行う領域に属する場合に、低圧ＥＧＲ手段における低圧ＥＧＲ弁の開度を、目標となる運転状態においてＮＯx低減のために要求される開度より開弁側に制御することを最大の特徴とする
。

より詳しくは、内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有する過給機と、
前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを連通する
低圧ＥＧＲ通路及び該低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有するとともに、前記タービンより下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、
前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路及び該高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する高圧ＥＧＲ弁を有するとともに、前記タービンより上流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記低圧ＥＧＲ弁の開度を目標低圧ＥＧＲ開度とするとともに前記高圧ＥＧＲ弁の開度を目標高圧ＥＧＲ開度に変更することにより、前記内燃機関の運転状態が比較的低負荷または低回転数の所定のＨＰＬ領域に属する場合には、高圧ＥＧＲ手段のみを用いて前記排気の再循環を行い、前記内燃機関の運転状態が中負荷または中回転数の所定のＭＰＬ領域に属する場合には、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の両方を用いて前記排気の再循環を行い、前記内燃機関の運転状態が比較的高負荷または高回転数の所定のＬＰＬ領域に属する場合には、低圧ＥＧＲ手段のみを用いて前記排気の再循環を行う、内燃機関の排気再循環装置であって、
前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時において、目標の運転状態が前記ＨＰＬ領域または前記ＭＰＬ領域に属する場合に、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を前記目標低圧ＥＧＲ開度よりさらに開弁側に制御することを特徴とする。

ここで、前述のように、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の２系統のＥＧＲ手段を備えた内燃機関の排気再循環装置においては、内燃機関の運転状態が比較的低負荷または低回転数の所定のＨＰＬ領域に属する場合には、高圧ＥＧＲ手段のみを用いて前記排気の再循環を行い、前記内燃機関の運転状態が中負荷または中回転数の所定のＭＰＬ領域に属する場合には、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の両方を用いて前記排気の再循環を行い、前記内燃機関の運転状態が比較的高負荷または高回転数の所定のＬＰＬ領域に属する場合には、低圧ＥＧＲ手段のみを用いて前記排気の再循環を行うよう制御される。

これにより、内燃機関の運転状態が低負荷または低回転数の領域に属する場合には、応答性に優れる低圧ＥＧＲ手段を優先して用いることによりＥＧＲ全体の応答性を確保している。また、内燃機関の運転状態が高負荷または高回転数の領域に属する場合には、低圧ＥＧＲ手段からの低温のＥＧＲガスの再循環を促進するとともに高圧ＥＧＲ手段からの高温のＥＧＲガスの再循環を抑制し、ＥＧＲガスの温度が過剰に高温になることを抑制している。その結果、より広い運転状態の範囲において排気の再循環を可能としている。

ここで、内燃機関がフューエルカット状態から加速要求によってＨＰＬ領域またはＭＰＬ領域の運転状態に移行する場合（フューエルカット状態からの加速時）について考える。この場合には、高圧ＥＧＲ手段による排気の再循環が行なわれるが、高圧ＥＧＲ通路中の燃焼ガスの量自体がフューエルカットによって少なくなっているため、高圧ＥＧＲ手段により再循環できる排気（ＥＧＲガス）の量は少なくなっている。また、本来、高圧ＥＧＲ通路の容量は低圧ＥＧＲ通路の容量より小さいため、高圧ＥＧＲ手段により再循環できるＥＧＲガスの量は低圧ＥＧＲ手段により再循環できるＥＧＲガスの量より少なくなっている。従って、内燃機関のフューエルカット状態からのＨＰＬ領域またはＭＰＬ領域への加速中または加速直後においては、再循環されるＥＧＲガスの量が一時的に不足し、ＮＯx発生量が増大してしまうおそれがあった。

そこで、本発明においては、内燃機関のフューエルカット状態からＨＰＬ領域またはＭＰＬ領域への加速状態においては、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を、加速後の運転状態において前記低圧ＥＧＲ弁に要求される開度である目標低圧ＥＧＲ開度より大きい開度にすることとした。これにより、加速中または加速直後に低圧ＥＧＲ手段によって再循環されるＥＧＲガスの量を増加させ、過渡状態におけるＥＧＲガスの不足を補うこととした。

これによれば、内燃機関のフューエルカット状態から、ＨＰＬ領域またはＭＰＬ領域への加速中または加速直後において、低圧ＥＧＲ手段により再循環されるＥＧＲガスの量を増加させることができ、充分な量のＥＧＲガスを再循環させＮＯx発生量を抑制すること
ができる。

また、本発明においては、前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時において、目標の運転状態が前記ＨＰＬ領域に属する場合には、前記内燃機関に再循環されるＥＧＲガスの量が前記目標の運転状態に応じた要求ＥＧＲガス量となるまでの期間に亘り、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を前記目標低圧ＥＧＲ開度よりさらに開弁側に制御してもよい。

ここで、内燃機関の運転状態が加速要求によってフューエルカット状態から低負荷または低回転数のＨＰＬ領域まで移行する場合は、燃料噴射量の変動も小さくて済むので、加速中または加速直後にＥＧＲガスの量が大幅に不足するということは起こりづらい。しかし、それでも充分なＥＧＲガスの供給が困難となる場合があるため、本発明においてはこの場合には、加速時において低圧ＥＧＲ弁をパルス的に、目標低圧ＥＧＲ開度よりさらに開弁側に制御することとした。

例えば、内燃機関の運転状態がＨＰＬ領域に属する定常状態において、低圧ＥＧＲ弁を閉弁する制御、すなわち、目標低圧ＥＧＲ開度が零となる制御では、フューエルカット状態からＨＰＬ領域への加速時には、低圧ＥＧＲ弁をパルス的に開弁するようにしてもよい。

また、本発明においては、上記のパルス幅は、加速開始時点から、現実のＥＧＲガスの量が要求の（加速後の）運転状態に応じた要求ＥＧＲガス量となるまでの期間としてもよい。そうすれば、加速後の運転状態において要求されるＥＧＲガスの量が充足されるまでの間、低圧ＥＧＲ弁を開弁することができ、より確実にＥＧＲガスの不足を抑制することができる。

また、本発明においては、前記吸気通路における前記高圧ＥＧＲ通路との接続部より上流側で前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より下流側に設けられ、該吸気通路を通過する吸気の量を制御するスロットル弁を更に備え、
前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時において、目標の運転状態が前記ＭＰＬ領域に属する場合には、前記高圧ＥＧＲ弁を全開とするとともに、前記スロットル弁を閉弁側に制御するようにしてもよい。

ここで、前記内燃機関に要求されている加速後の運転状態がＭＰＬ領域に属する場合には、要求されている加速後の運転状態がＨＰＬ領域に属する場合と比較して燃料噴射量の変動も大きく、加速中または加速直後におけるＥＧＲガスの不足量も多くなる。

そこで、本発明では、前記内燃機関の運転状態が加速要求によってフューエルカット状態からＭＰＬ領域まで移行する場合には、高圧ＥＧＲ弁を全開し、高圧ＥＧＲ手段からのＥＧＲガスの導入を促進する。これによりＥＧＲガスの再循環の応答性を可及的に高めることができる。また、本発明では、併せてスロットル弁を閉弁側に制御し、吸入される新気の量を抑制して高圧ＥＧＲ手段によって再循環されるＥＧＲガスの量をさらに増加させる。これによりＥＧＲガスの再循環の応答性をさらに高めることができ、過渡状態におけるＥＧＲガスの導入をさらに促進することができる。

また、本発明においては、高圧ＥＧＲ弁を全開し、スロットル弁を閉弁側に制御した後に、その時点におけるＥＧＲガスの量と前述の要求ＥＧＲガス量との差に応じて高圧ＥＧ
Ｒ弁を閉弁側に制御するとともに低圧ＥＧＲ弁を開弁側に制御してもよい。そして、高圧ＥＧＲ手段によって再循環されるＥＧＲガスの量を減少させてゆき、低圧ＥＧＲ手段によって再循環されるＥＧＲガス量を増加させていく。そして、最終的に、低圧ＥＧＲ弁の開度を目標低圧ＥＧＲ開度とするとともに高圧ＥＧＲ弁の開度を目標高圧ＥＧＲ開度としてもよい。

そうすれば、最初に応答性の高い高圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲガスを再循環させ、その後徐々に低圧ＥＧＲ手段によって再循環するＥＧＲガスの量を増加させて最終的に、低圧ＥＧＲ弁の開度を目標低圧ＥＧＲ開度とするとともに高圧ＥＧＲ弁の開度を目標高圧ＥＧＲ開度とできるので、過渡状態におけるＥＧＲガスの不足をより確実に抑制することができる。

また、本発明においては、前記排気通路における前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より下流側に設けられ、前記排気通路を通過する排気の量を制御する第２スロットル弁を更に備え、前記内燃機関の運転状態が加速要求によってフューエルカット状態から移行する場合に、目標の（加速後の）運転状態がＭＰＬ領域に属する場合には、前記低圧ＥＧＲ弁も全開とするとともに、前記第２スロットル弁を閉弁側に制御するようにしてもよい。

すなわち、内燃機関がフューエルカット状態からＭＰＬ領域への加速状態である場合には、高圧ＥＧＲ弁を全開し、スロットル弁を閉弁側に制御するともに、さらに第２スロットル弁を閉弁側に制御するとともに、低圧ＥＧＲ弁を全開にしてもよい。こうすれば、比較的応答性の高い高圧ＥＧＲ手段と、容量の大きい低圧ＥＧＲ手段の両方を用いて可及的に多くのＥＧＲガスを再循環することができ、内燃機関の過渡状態におけるＥＧＲガスの不足をより確実に抑制できる。

また、本発明においては、前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時における、前記低圧ＥＧＲ弁の開度および／または前記高圧ＥＧＲ弁の開度は、前記目標の運転状態に応じた要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量に基づいて決定され、該要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量は、アクセル開度に応じたガバナ燃料噴射量に基づいて導出されるようにしてもよい。

すなわち、運転者によって踏み込まれたアクセルのアクセル開度に対応したガバナ燃料噴射量に基づいてＥＧＲガスの量の不足量を導出する。そして、内燃機関のフューエルカット状態からの加速時における、低圧ＥＧＲ弁の開度および／または高圧ＥＧＲ弁の開度は、要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの不足量に基づいて決定される。

ここで、加速要求によって内燃機関の運転状態が移行する過程における燃料噴射量は、元の運転状態における燃料噴射量が、移行先の運転状態で要求される燃料噴射量まで円滑に変化するように、アクセル開度に直接対応しているガバナ燃料噴射量に対して、所謂「なまし」を加味した燃料噴射量となっている。従って、このなましを含んだ燃料噴射量に基づいて、要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの不足量が導出された場合には、ＥＧＲガスの不足量が実際の値に対して少なめに導出されてしまうおそれがある。

それに対し、本発明のように、加速要求時に運転者によって踏み込まれたアクセルのアクセル開度に対応したガバナ燃料噴射量に基づいて、ＥＧＲガスの量の不足量を導出した場合には、なましを含まない、目標の運転状態における燃料噴射量に基づいてＥＧＲガスの不足量を導出することができる。よって、前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時における、前記低圧ＥＧＲ弁の開度および／または前記高圧ＥＧＲ弁の開度を、より大きめに導出されたＥＧＲガスの不足量に基づいて決定することができ、より確実に過渡状態におけるＮＯx発生量を抑制することができる。

また、本発明においては、前記内燃機関の吸気通路の前記高圧ＥＧＲ通路との接続部の下流側に設けられ、吸気における酸素濃度を検出する酸素濃度センサをさらに備え、
前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時における、前記低圧ＥＧＲ弁の開度および／または前記高圧ＥＧＲ弁の開度は、前記目標の運転状態に応じた要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量に基づいて決定され、
該要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量は、前記酸素濃度センサによって検出される、前記内燃機関に導入される吸気の酸素濃度に基づいて導出されるようにしてもよい。

すなわち、従来の排気再循環装置においては、エアフローメータなどで新気の量を検出し、この新気の量の他、燃料噴射量、過給圧、機関回転数などの付加的なパラメータに基づいて、要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量を導出することが多い。しかし、各パラメータの誤差が累積して、ＥＧＲガスの量の不足量の導出の精度が低下する場合があった。これに対し、内燃機関の吸気系に酸素濃度センサを備え、新気とＥＧＲガスとが合流した後の吸気のＡ／Ｆを直接検出し、このＡ／Ｆの値に基づいて、要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量を導出するようにすれば、導出に係る精度をより向上させることができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段とを併用してＥＧＲを行う内燃機関の排気再循環装置において、フューエルカット状態からの加速時に、ＥＧＲガスの不足を抑制し、過渡状態におけるＮＯx発生を抑制することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は本発明を適用する内燃機関及び吸排気系、制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼル機関である。

内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。この吸気マニホールド８には、吸気マニホールド８を通過する吸気の酸素濃度を検出するＡ/Ｆセンサ２６が備えられ
ている。吸気マニホールド８と吸気管９との接続部近傍には、吸気管９の流路断面積を変更可能なスロットル弁１２が設けられている。スロットル弁１２は電気配線を介して後述するＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、吸気管９を流れる吸気の流量を調節する事ができる。スロットル弁１２より上流には、吸気管９を流れるガスを冷却するインタークーラ１３が設けられている。インタークーラ１３より上流には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機１０のコンプレッサが格納されたコンプレッサハウジング６が設けられている。コンプレッサハウジング６のさらに上流側には吸気管９の流路断面積を変更可能な第２スロットル弁１７が設けられている。第２スロットル弁１７もＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいて吸気管９を流れる吸気の流量を調節する。吸気管９における第２スロットル弁１７のさらに上流側には、吸気管９を通過する吸気の量を検出するエアフローメータ２４と、新気に浮遊するゴミを除去するエアクリーナ２５が備えられている。

一方、内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。排気マニホールド１８には集合管１６を介して遠心過給機１０のタービンが格納されたタービンハウジング７が接続されている。タービンハウジング７の排気が流出する開口部には排気管１９が接続されている。排気管１９には排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ２０が設けられている。フィルタ２０より下流には排気管１９の流路断面積を変更可能な排気絞り弁１１が設けられている。排気絞り弁１１より下流において排気管１９は大気に開放されている。排気絞り弁１１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、排気管１９を流れる排気の流量を調節する事ができる。

排気管１９のフィルタ２０より下流かつ排気絞り弁１１より上流の箇所と、吸気管９のコンプレッサハウジング６より上流の箇所とは、低圧ＥＧＲ通路２３によって連通されている。低圧ＥＧＲ通路２３には、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気を冷却する低圧ＥＧＲクーラ１４、低圧ＥＧＲ通路２３の流路断面積を変更可能な低圧ＥＧＲ弁５が設けられている。低圧ＥＧＲ弁５は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気の量を調節する事ができる（以下、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気を「低圧ＥＧＲガス」といい、その量を「低圧ＥＧＲガス量」という。）。

一方、排気マニホールド１８と吸気マニホールド８とは高圧ＥＧＲ通路１５によって連通されている。高圧ＥＧＲ通路１５には、高圧ＥＧＲ通路１５の流路断面積を変更可能な高圧ＥＧＲ弁２１が設けられている。高圧ＥＧＲ弁２１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、高圧ＥＧＲ通路１５を流れる排気の量を調節する事ができる（以下、高圧ＥＧＲ通路１５を流れる排気を「高圧ＥＧＲガス」といい、その量を「高圧ＥＧＲガス量」という。）。

また、内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御コンピュータであるＥＣＵ２２が併設されている。ＥＣＵ２２は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、前記各種センサによって検出される内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射等の既知の制御を行うとともに、高圧ＥＧＲ弁２１、低圧ＥＧＲ弁５、スロットル弁１２、第２スロットル弁１７、排気絞り弁１１に対して開度指令信号を出力する。

上記の構成において、吸気管９に導入された空気は、エアクリーナ２５でゴミが除去された後エアフローメータ２４を通過し、コンプレッサハウジング６内のコンプレッサによって過給されるとともに、インタークーラ１３、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の各気筒２に導入される。

各気筒２から排出された排気は排気マニホールド１８、集合管１６を経由し、タービンハウジング７に流入してタービンを駆動する。その後排気管１９を通過し、フィルタ２０において排気中の微粒子物質が捕集され、最終的に大気中に排出される。

ここで、低圧ＥＧＲ弁５が開弁されると、低圧ＥＧＲ通路２３が導通状態となり、排気管１９を通過する排気の一部が低圧ＥＧＲ通路２３を経由して吸気管９に流入する。吸気管９に流入した低圧ＥＧＲガスはコンプレッサハウジング６内のコンプレッサによって過給され、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の気筒２に導入される。ここで、第２スロットル弁１７の開度を調節して吸気マニホールド８における低圧ＥＧＲ通路２３との接続部の圧力を増減することでも、低圧ＥＧＲガス量を調節することができる（低圧ＥＧ
Ｒ通路２３を経由して行われるＥＧＲを、以下、「低圧ＥＧＲ」という。）。

高圧ＥＧＲ弁２１が開弁されると、高圧ＥＧＲ通路１５が導通状態となり、排気マニホールド１８を流れる排気の一部が高圧ＥＧＲ通路１５を経由して吸気マニホールド８に流入し、内燃機関１の気筒２に再循環する。ここで、スロットル弁１２の開度を調節して吸気マニホールド８における高圧ＥＧＲ通路１５との接続部の圧力を増減することで、高圧ＥＧＲガス量を調節することができる（高圧ＥＧＲ通路１５を経由して行われるＥＧＲを、以下、「高圧ＥＧＲ」という。）。

低圧ＥＧＲおよび／または高圧ＥＧＲによって排気の一部を内燃機関１の気筒２に再循環させることによって、燃焼室内における燃焼温度が低下し、燃焼過程で発生するＮＯｘの量を低下させることができる。

なお、本実施例において、低圧ＥＧＲ手段は、低圧ＥＧＲ通路２３、低圧ＥＧＲ弁５を含んで構成される。また、高圧ＥＧＲ手段は、高圧ＥＧＲ通路１５、高圧ＥＧＲ弁２１を含んで構成される。

図２には、内燃機関１における運転状態に対応した、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとの使い分けのパターンを説明したグラフを示す。図２に示すように、理想的な低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段との使い分けのパターンでは、高負荷または高回転数の運転状態においては低圧ＥＧＲのみを用いることとしている。これが本実施例におけるＬＰＬ（Low Pressure Loop）領域に相当する。また、中負荷または中回転数の運転状態においてはと高圧Ｅ
ＧＲと低圧ＥＧＲとを併用している。これが本実施例におけるＭＰＬ（Middle Pressure Loop）領域に相当する。さらに、低負荷及び低回転数の運転状態においては高圧ＥＧＲのみを用いることとしている。これが本実施例におけるＨＰＬ（High Pressure Loop）領域に相当する。

これにより、内燃機関の運転状態が低負荷または低回転数の場合には、応答性に優れる低圧ＥＧＲを優先して用いることによりＥＧＲ全体の応答性を確保している。また、内燃機関の運転状態が高負荷または高回転数の場合には、低圧ＥＧＲによる低温のＥＧＲガスの再循環を促進するとともに高圧ＥＧＲによる高温のＥＧＲガスの再循環を抑制し、ＥＧＲガスの温度が過剰に高温になることを抑制している。その結果、より広い運転状態の範囲において排気の再循環を可能としている。

ここで、内燃機関１が加速要求によってフューエルカット状態から他の運転状態に移行する際の排気再循環の状態について考える。フューエルカット状態においては、内燃機関１への燃料の噴射が停止されているために、内燃機関１に導入された新気がそのまま排出され、燃焼ガスは排出されない。従って、高圧ＥＧＲ通路１５及び、低圧ＥＧＲ通路２３内には燃焼ガスとしてのＥＧＲガスが殆ど存在しない状態となっている。

従って、フューエルカット状態からの加速状態においては、内燃機関１に再循環されるＥＧＲガスが一時的に不足し、内燃機関１におけるＮＯxの発生量が増加する場合があっ
た。また、加速によって移行する先の運転状態の機関負荷、機関回転数によって、不足するＥＧＲガス量の程度も異なっていた。

そこで、本実施例においては、内燃機関１がフューエルカット状態から加速要求によって新しい運転状態に移行する際に、目標とする運転状態に応じて、過渡状態におけるＥＧＲガスの不足を抑制するための制御を行うこととした。

<フューエルカット状態からＨＰＬ領域への移行時の制御>
まず、内燃機関１の運転状態が加速要求によってフューエルカット状態からＨＰＬ領域まで移行する場合の制御について説明する。ＨＰＬ領域においては前述のように、基本的には高圧ＥＧＲのみによって排気が再循環されるので、高圧ＥＧＲ弁２１のみが開弁されて、高圧ＥＧＲ通路１５を通じてＥＧＲガスが再循環される。しかし、フューエルカット状態からの加速状態においては、高圧ＥＧＲ通路１５にＥＧＲガスが存在しないため、再循環されるＥＧＲガスの量が要求値に対して一時的に不足する場合がある。

但し、この場合は、要求されている運転状態が低負荷または低回転数の領域であるため移行時における燃料噴射量の変動は小さく、不足するＥＧＲガスの量もそれほど多くはない。そして、ＥＧＲの応答性よりもむしろＥＧＲガスの量の不足が顕著な問題となる。これらの状況を鑑み、本実施例では、この場合には、高圧ＥＧＲ弁２１を開弁することに加えて、低圧ＥＧＲ弁５をパルス的に開弁することとした。

こうすることにより、内燃機関１の運転状態がフューエルカット状態からＨＰＬ領域へと移行する加速時においては、パルス的に開弁された低圧ＥＧＲ弁１７を用いた低温ＥＧＲによってＥＧＲガスの量の不足を抑制することができ、ＮＯx発生量の増大を抑制する
ことができる。なお、このパルス幅としては、内燃機関１に加速要求が出されてから、加速後の（目標の）運転状態において要求される量のＥＧＲガスが再循環されるようになるまでの間の期間としてもよい。従って、低圧ＥＧＲによりＥＧＲガスが再循環される期間が限られるために、ＥＧＲガス全体の温度が過剰に低温になることを抑制することができる。

なお、この制御における高圧ＥＧＲ弁２１及び低圧ＥＧＲ弁５の開度は、全開または全開に近い開度であってもよい。

<フューエルカット状態からＭＰＬ領域への移行時の制御>
次に、フューエルカット状態からＭＰＬ領域への移行時の制御について説明する。ＭＰＬ領域においては、前述のように高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとの両方を用いて排気の再循環を行う。具体的には、ＭＰＬ領域の運転状態に応じて要求される量のＥＧＲガスを再循環できるように、高圧ＥＧＲ弁２１及び低圧ＥＧＲ弁５の開度が適宜調整される。また、この場合は、要求されている運転状態が中負荷または中回転数の領域であるため、移行時における燃料噴射量の変動はＨＰＬ領域への移行の場合と比較して大きく、不足するＥＧＲガスの量も多くなる。従って、この場合には、まず、先行として高圧ＥＧＲ弁２１を全開とする。また、同時にスロットル弁１２を閉弁側に制御して新気の量を抑制する。この２つの制御により、高圧ＥＧＲによるＥＧＲガスの再循環が促進される。

上記の制御によって、本来応答性の高い高圧ＥＧＲによって再循環されるＥＧＲガスの量を可及的に増加させることができ、過渡状態におけるＮＯx発生量の増加を抑制するこ
とができる。

また、本制御においては、上述のように、高圧ＥＧＲ弁２１を全開とするとともにスロットル弁１２を閉弁側に制御した後に、加速後の運転状態において要求されるＥＧＲガスの量に対する現実のＥＧＲガスの量との差（ＥＧＲガスの不足量）に応じて、低圧ＥＧＲ弁５の開度を増加させるとともに、高圧ＥＧＲ弁２１の開度を減少させる。すなわち、全体のＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの比率を徐々に増加させて、定常状態においてＭＰＬ領域で要求される低圧ＥＧＲ弁５の開度と、高圧ＥＧＲ弁２１の開度とに制御する。なお、この際にＭＰＬ領域で要求される低圧ＥＧＲ弁５の開度と、高圧ＥＧＲ弁２１の開度とは、この場合における目標低圧ＥＧＲ開度と、目標高圧ＥＧＲ開度に相当する。このことは、本説明中の、フューエルカット状態から他の運転状態への移行についても同様である。

こうすれば、まずは高圧ＥＧＲ弁２１とスロットル弁１２の制御によって過渡状態のＥＧＲガスの量を確保し、その後に、移行先の運転状態における低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスの量を得ることができる。

なお、この制御において、低圧ＥＧＲ弁５の開度を増加させるとともに、高圧ＥＧＲ弁２１の開度を減少させる際には、加速後の運転状態において要求されるＥＧＲガスの量に対する現実のＥＧＲガスの量との差（ＥＧＲガスの不足量）の他に、図示しない温度センサによって検出した吸気マニホールド８内の吸気温度に応じて、低圧ＥＧＲ弁５の開度を増加させるとともに、高圧ＥＧＲ弁２１の開度を減少させてもよい。

すなわち、高圧ＥＧＲガスの温度は高温であるため、適量の低圧ＥＧＲガスを混合して再循環させないと、ＮＯxの発生量が増加するおそれがある。従って、本実施例において
は、吸気温度が過度に高温にならないように、高圧ＥＧＲガスの量と低圧ＥＧＲガスの量を決定し、ＮＯx発生量を抑制する制御としてもよい。

そうすれば、より確実にフューエルカット状態からＭＰＬ領域への移行時の過渡状態におけるＮＯx発生量を抑制することができる。

<フューエルカット状態からＭＰＬ領域への移行時の制御２>
次に、フューエルカット状態からＭＰＬ領域への移行時の制御の別の態様について説明する。この態様においては、先行として高圧ＥＧＲ弁２１と低圧ＥＧＲ弁５の両方を全開とする。また、同時にスロットル弁１２を閉弁側に制御して吸気の量を制御するとともに第２スロットル弁１７も閉弁側に制御して新気の量を抑制する。これらの制御により、高圧ＥＧＲガスの再循環と、低圧ＥＧＲガスの再循環の両方が促進される。

上記の制御によって、本来応答性の高い高圧ＥＧＲによって再循環される高圧ＥＧＲガスの量を可及的に増加させることができるとともに、ＥＧＲガス量の容量の大きい高圧ＥＧＲによって再循環される低圧ＥＧＲガスの量を可及的に増加させることができ、過渡状態におけるＮＯx発生量の増加を抑制することができる。

そして、その後、加速後の運転状態において要求されるＥＧＲガスの量に対する現実のＥＧＲガスの量との差（ＥＧＲガスの不足量）に応じて、低圧ＥＧＲ弁５の開度と高圧ＥＧＲ弁２１の開度の両方を徐々に減少させる。そして、定常状態においてＭＰＬ領域で要求される低圧ＥＧＲ弁５の開度と、高圧ＥＧＲ弁２１の開度とに制御する。

こうすれば、まずは高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとから再循環できるＥＧＲガス全体の量を最大とし、その後に、移行先の運転状態における低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスの量を得ることができる。その結果、より確実に、過渡状態におけるＥＧＲガスの量を確保することができ、ＮＯx発生量を抑制することができる。

<ＥＧＲガスの不足量の決定方法>
ここで、内燃機関１への加速要求によって内燃機関の運転状態がフューエルカット状態から他の運転状態へ移行する際には、前述のように加速後の運転状態において要求されるＥＧＲガスの量に対する現実のＥＧＲガスの量との差（ＥＧＲガスの不足量）に応じて、低圧ＥＧＲ弁５の開度と高圧ＥＧＲ弁２１の開度が決定される。この場合に、加速後の運転状態において要求されるＥＧＲガスの量に対する現実のＥＧＲガスの量との差（ＥＧＲガスの不足量）は、図示しないアクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度から直接決定されるガバナ噴射量から導出される。

通常は、内燃機関１の運転状態の変化が生じた場合に、過渡状態においては、内燃機関１における燃料噴射量が直接、目標の運転状態に応じた燃料噴射量に制御されるのではなく、現行の燃料噴射量から円滑に変化するために所謂なましを加味した制御が行なわれる。このなましが加味されたままの燃料噴射量に基づいてＥＧＲガスの不足量を算出した場合には、ＥＧＲガスの不足量が小さく現れてしまう場合がある。それに対し、本実施例においては、アクセル開度から決定される、目標の運転状態におけるガバナ燃料噴射量から直接ＥＧＲガスの不足量を導出しているので、最終的なＥＧＲガスの量に対するＥＧＲガスの不足量を得ることができる。結果として、より迅速に再循環するＥＧＲガスの量を増加させることができ、ＮＯx発生量をより確実に抑制することができる。

<ＥＧＲガスの不足量の決定方法２>
従来の排気再循環装置においては、吸入空気量Ｇｎをエアフローメータ２４で検出し、検出された吸入空気量で求まる新気の量と、目標の運転状態における燃料噴射量、過給圧、機関回転数などに基づいて、要求されるＥＧＲガスの量が決定され、この要求されるＥＧＲガスの量と現実のＥＧＲガスの量とから、ＥＧＲガスの不足量を導出することが多かった。しかし、この場合には、要求されるＥＧＲガスの量を決定する際に、新気の量からＥＧＲガスと新気の両方を含めた吸気の酸素濃度を推定しているため、導出された、要求されるＥＧＲガスの量が必ずしも最適値ではないおそれがあった。また、パラメータの誤差の累積によって、導出された、要求されるＥＧＲガスの量の精度が悪化する場合があった。

これに対し、本実施例においては、吸気マニホールド８にＡ／Ｆセンサ２６を設け、このＡ／Ｆセンサで検出される内燃機関１に導入される吸気のＡ／Ｆに基づいて要求されるＥＧＲガスの量を決定し、この要求されるＥＧＲガスの量と現実のＥＧＲガスの量とから、ＥＧＲガスの不足量を導出するようにした。そうすれば、新気とＥＧＲガスとが合流した後の実際の酸素濃度を元に、要求されるＥＧＲガスの量を決定することができるので、より正確に、ＥＧＲガスの不足量を算出することができる。

本発明の実施例における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の運転状態と、低圧ＥＧＲ及び、高圧ＥＧＲの使い分けの態様との関係を示すグラフである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
５・・・低圧ＥＧＲ弁
６・・・コンプレッサ
７・・・タービン
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気管
１０・・・遠心過給機
１１・・・排気絞り弁
１２・・・スロットル弁
１３・・・インタークーラ
１４・・・ＥＧＲクーラ
１５・・・高圧ＥＧＲ通路
１６・・・集合管
１７・・・第２スロットル弁
１８・・・排気マニホールド
１９・・・排気管
２０・・・フィルタ
２１・・・高圧ＥＧＲ弁
２２・・・ＥＣＵ
２３・・・低圧ＥＧＲ通路
２４・・・エアフローメータ
２５・・・エアクリーナ

Claims (7)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有する過給機と、
   前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路及び該低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有するとともに、前記タービンより下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、
   前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路及び該高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する高圧ＥＧＲ弁を有するとともに、前記タービンより上流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記低圧ＥＧＲ弁の開度を目標低圧ＥＧＲ開度とするとともに前記高圧ＥＧＲ弁の開度を目標高圧ＥＧＲ開度に変更することにより、前記内燃機関の運転状態が比較的低負荷または低回転数の所定のＨＰＬ領域に属する場合には、高圧ＥＧＲ手段のみを用いて前記排気の再循環を行い、前記内燃機関の運転状態が中負荷または中回転数の所定のＭＰＬ領域に属する場合には、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の両方を用いて前記排気の再循環を行い、前記内燃機関の運転状態が比較的高負荷または高回転数の所定のＬＰＬ領域に属する場合には、低圧ＥＧＲ手段のみを用いて前記排気の再循環を行う、内燃機関の排気再循環装置であって、
   前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時において、目標の運転状態が前記ＨＰＬ領域または前記ＭＰＬ領域に属する場合に、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を前記目標低圧ＥＧＲ開度よりさらに開弁側に制御することを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
2. 前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時において、目標の運転状態が前記ＨＰＬ領域に属する場合には、前記内燃機関に再循環されるＥＧＲガスの量が前記目標の運転状態に応じた要求ＥＧＲガス量となるまでの期間に亘り、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を前記目標低圧ＥＧＲ開度よりさらに開弁側に制御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装置。
3. 前記吸気通路における前記高圧ＥＧＲ通路との接続部より上流側で前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より下流側に設けられ、該吸気通路を通過する吸気の量を制御するスロットル弁を更に備え、
   前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時において、目標の運転状態が前記ＭＰＬ領域に属する場合には、前記高圧ＥＧＲ弁を全開とするとともに、前記スロットル弁を閉弁側に制御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装置。
4. 前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時において、目標の運転状態が前記ＭＰＬ領域に属する場合には、前記高圧ＥＧＲ弁を全開とするとともに、前記スロットル弁を閉弁側に制御した後、高圧ＥＧＲ弁を閉弁側に制御するとともに前記低圧ＥＧＲ弁を開弁側に制御することにより、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を目標低圧ＥＧＲ開度に変更するとともに前記高圧ＥＧＲ弁の開度を目標高圧ＥＧＲ開度に変更することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気再循環装置。
5. 前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より上流側に設けられ、前記吸気通路を通過する新気量を制御する第２スロットル弁を更に備え、
   前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時において、目標の運転状態が前記ＭＰＬ領域に属する場合には、前記低圧ＥＧＲ弁も全開とするとともに、前記第２スロットル弁を閉弁側に制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気再循環装置。
6. 前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時における、前記低圧ＥＧＲ弁の開度および／または前記高圧ＥＧＲ弁の開度は、前記目標の運転状態に応じた要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量に基づいて決定され、
   該要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量は、アクセル開度に応じたガバナ燃料噴射量に基づいて導出されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の排気再循環装置。
7. 前記内燃機関の吸気通路の前記高圧ＥＧＲ通路との接続部の下流側に設けられ、吸気における酸素濃度を検出する酸素濃度センサをさらに備え、
   前記内燃機関のフューエルカット状態からの加速時における、前記低圧ＥＧＲ弁の開度および／または前記高圧ＥＧＲ弁の開度は、前記目標の運転状態に応じた要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量に基づいて決定され、
   該要求ＥＧＲガス量に対する現実のＥＧＲガスの量の不足量は、前記酸素濃度センサによって検出される、前記内燃機関に導入される吸気の酸素濃度に基づいて導出されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関の排気再循環装置。
   

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