JP2008261256A - 内燃機関のｅｇｒシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＰＬ装置及びＬＰＬ装置を併用するＥＧＲシステムにおいて、ＰＭ再生処理の実行時等に排気絞り弁を絞る場合においてもＥＧＲ制御精度を確保し好適にＥＧＲを実行可能にする技術を提供する。
【解決手段】ターボチャージャのタービンより下流の排気通路に設けられた排気絞り弁と、タービンより上流の排気通路とターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路とを接続するＨＰＬ通路及びＨＰＬ通路に設けられたＨＰＬ弁を有するＨＰＬ装置と、排気絞り弁より下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＬＰＬ通路及びＬＰＬ通路に設けられたＬＰＬ弁を有するＬＰＬ装置と、ＨＰＬ弁及びＬＰＬ弁の開度を制御してＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御手段とを備え、排気絞り弁の開度が所定開度より閉じ側の開度に絞られる場合はＨＰＬ弁を閉弁しＬＰＬ弁の開度制御によってＥＧＲガス量を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲシステムに関する。

内燃機関からのＮＯｘの排出量を低減する技術として、排気の一部を吸気系に流入させて内燃機関の燃焼室に戻すＥＧＲが知られている。この技術に関して、ターボチャージャを備えた内燃機関において、ターボチャージャのタービンより上流の排気通路とターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路とを接続するＨＰＬ通路を介して排気の一部を内燃機関に戻すＨＰＬ手段と、タービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＬＰＬ通路を介して排気の一部を内燃機関に戻すＬＰＬ手段と、を備え、内燃機関の運転状態に応じてＨＰＬ手段とＬＰＬ手段とを併用又は切り替えてＥＧＲを行う技術も知られている（例えば特許文献１を参照）。ＨＰＬ手段によって内燃機関に戻される排気（ＨＰＬガス）の量は、ＨＰＬ通路に設けられＨＰＬ通路の流路面積を変更するＨＰＬ弁の開度を制御することによって調節することができる。同様に、ＬＰＬ手段によって内燃機関に戻される排気（ＬＰＬガス）の量は、ＬＰＬ通路に設けられＬＰＬ通路の流路面積を変更するＬＰＬ弁の開度を制御することによって調節することができる。

また、排気中のＰＭを捕集する能力を有するフィルタを排気通路の途中に設けて大気中に放出されるＰＭの量を低減する技術が知られている。フィルタを備えた内燃機関では、フィルタのＰＭ捕集能力を好適に維持するために、フィルタにおけるＰＭの堆積量が所定の許容量を越えた時にフィルタの温度を上昇させることによって堆積したＰＭを酸化させる処理（以下ＰＭ再生処理という）を実行することがある。ＰＭ再生処理の技術に関して、ＰＭ再生処理を実行する際に、フィルタより下流に設けられた排気絞り弁を絞ることが検討されている。こうすることで背圧が上昇し排気温度が上昇するので、ＰＭの酸化反応を促進させることができる。
特開２００５−０７６４５６号公報 特開２００６−１８３４８５号公報 特開２００６−２２６２０５号公報

ところで、ＨＰＬ手段及びＬＰＬ手段を併設するＥＧＲシステムにフィルタ及びＰＭ再生処理システムを組み込む場合、タービンより下流且つＬＰＬ通路の接続箇所より上流の排気通路にフィルタ及び排気絞り弁を配置する構成が考えられる。

しかしながら、このように構成されたＥＧＲシステムにおいて、ＰＭ再生処理を実行する際に上述のように排気絞り弁を絞った場合、背圧が上昇することによってＨＰＬ通路の上流と下流との圧力差が大きくなるため、ＨＰＬ弁を精度良く制御することが困難になり、従ってＨＰＬガス量の制御精度が十分に得られなくなる虞があった。

また、背圧が上昇すると、排気行程において気筒内から排気通路に排出される既燃ガスの量が減少し、内部ＥＧＲ量が増加する傾向がある。そのため、排気絞り弁を絞らない場合と同様のＨＰＬ弁及び／又はＬＰＬ弁の開度制御を行うと、内部ＥＧＲ量と、ＨＰＬ手段及びＬＰＬ手段によって内燃機関に戻される排気である外部ＥＧＲガスの量と、を合計した全ＥＧＲ量が想定より多くなり、失火等の燃焼不良を招く虞があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ＨＰＬ手段及びＬＰＬ手段を併用するＥＧＲシステムにおいて、ＰＭ再生処理の実行時等に排気絞り弁を絞る場合においても十分なＥＧＲ制御精度を確保し、好適にＥＧＲを実行可能にする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関のＥＧＲシステムは、内燃機関の排気通路に設けられたタービンと内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャと、前記タービンより下流の排気通路に設けられ排気通路の流路面積を変更する排気絞り弁と、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接続するＨＰＬ通路及び該ＨＰＬ通路に設けられ該ＨＰＬ通路の流路面積を変更するＨＰＬ弁を有し該ＨＰＬ通路を介して排気の一部を内燃機関に導くＨＰＬ手段と、前記排気絞り弁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接続するＬＰＬ通路及び該ＬＰＬ通路に設けられ該ＬＰＬ通路の流路面積を変更するＬＰＬ弁を有し該ＬＰＬ通路を介して排気の一部を内燃機関に導くＬＰＬ手段と、前記ＨＰＬ弁及び前記ＬＰＬ弁の開度を制御することによって内燃機関に戻される排気の量を制御するＥＧＲ制御手段と、を備え、前記ＥＧＲ制御手段は、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合は、前記ＨＰＬ弁を所定開度（Ｈ）に略固定するとともに、前記ＬＰＬ弁の開度を制御することによって内燃機関に戻される排気の量を制御することを特徴とする。

ここで、「所定開度（Ｓ）」とは、排気絞り弁を絞った場合の排気通路の背圧が、ＨＰＬ弁によるＨＰＬガス量の制御に関して十分な制御精度を確保することが可能な圧力より低くなるような排気絞り弁の開度の下限値である。つまり、排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）以上の開度（開き側の開度）であるならば、排気絞り弁より上流の排気通路における背圧が過剰に高くなることはなく、従ってＨＰＬ通路の上流及び下流の圧力差が過剰に大きくなることはなく、ＨＰＬ弁の開度制御によって十分精度良くＨＰＬガス量を制御することが可能である。逆に、排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より小さい開度（閉じ側の開度）になると、排気絞り弁より上流の排気通路における背圧が過剰に高くなり、ＨＰＬ通路の上流及び下流の圧力差が過剰に大きくなり、ＨＰＬ弁の開度制御によってＨＰＬガス量を精度良く制御することが困難になる。

また、「所定開度（Ｈ）」とは、予め定められるＨＰＬ弁の開度である。

上記構成によれば、排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度にまで絞られる場合には、ＨＰＬ弁開度が略固定される。つまり、ＨＰＬガス量は略一定値となる。そして、ＬＰＬ弁の開度を制御することによって内燃機関に戻される排気の量が制御される。排気絞り弁が所定開度（Ｓ）より更に絞られている場合においても、ＬＰＬ通路は排気絞り弁より下流の排気通路から排気を取り出すように設けられているので、ＬＰＬ通路の上流及び下流の圧力差は過剰に大きくなることはなく、従って、ＬＰＬ弁の開度制御によるＬＰＬガス量の制御精度は十分確保することができる。よって、略一定量のＨＰＬガスと、十分な精度で制御されたＬＰＬガスとの総量として、要求される全ＥＧＲガス量を精度良く内燃機関に供給することが可能になる。

上記構成において、特に所定開度（Ｈ）を全閉としても良い。この場合、排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られている場合には、要求される全ＥＧＲガス量をＬＰＬ手段のみを用いて内燃機関に供給することになる。つまり、精度良く制御可能なＬＰＬ弁の開度のみを調節することによって、全ＥＧＲガス量を制御することができるので、排気絞り弁が絞られている時の全ＥＧＲガス量をより精度良く制御することが可能になる。

排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合、上述のように排気絞り弁より上流の排気通路における背圧が上昇するので、排気行程から吸気行程にかけて気筒内から排気通路に排出される既燃ガスの量が減少する傾向がある。つまり、気筒内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量が増加する傾向がある。従って、前記ＨＰＬ手段及び前記ＬＰＬ手段によって前記内燃機関に戻される排気である外部ＥＧＲガスの量が、排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られない場合と同じ量であると、内燃機関に供給される全ＥＧＲガス量は過多になる可能性がある。その場合、失火等の燃焼不良を招く虞がある。

そこで、本発明においては、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合は、外部ＥＧＲガスの量が、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られない通常時の外部ＥＧＲガス量より少なくなるように、前記ＬＰＬ弁の開度を制御しても良い。

こうすることで、排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合においても、内燃機関に過剰な量のＥＧＲガスが供給されることを抑制できる。

本発明は、前記タービンより下流且つ前記排気絞り弁より上流の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、前記フィルタのＰＭ捕集能力を維持すべく前記フィルタに堆積したＰＭを酸化させるＰＭ再生手段と、を更に備えた内燃機関に適用することができる。

この場合、前記ＰＭ再生手段によるＰＭの酸化を促進させるべく排気絞り弁が絞られる場合に、上述のようにＨＰＬ弁を所定開度（Ｈ）に略固定又は全閉するとともに、ＬＰＬ弁の開度を制御することによって内燃機関に戻される排気の量を制御すればよい。

こうすることで、ＰＭ再生手段によってフィルタに堆積したＰＭを酸化させる処理が行われている最中においても、精度良くＥＧＲを実行することができる。

ＰＭ再生手段によってＰＭを酸化する処理（ＰＭ再生処理）が行われている時は、フィルタにおいてＰＭが酸化反応することによって排気中の酸素が消費されるとともに、二酸化炭素が生成され、排気中の二酸化炭素濃度が上昇する傾向がある。そのため、ＰＭ再生処理が行われていない時と同じ量の全ＥＧＲガスが内燃機関に供給されると、気筒内の不活性ガス量が過剰になり、失火等の燃焼不良を招く虞がある。

そこで、本発明においては、前記ＰＭ再生手段によるＰＭの酸化を促進させるべく排気絞り弁が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合、内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量とを合計した全ＥＧＲガス量が、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られない通常時の全ＥＧＲガス量より少なくなるように、前記ＬＰＬ弁の開度を制御しても良い。

こうすることで、ＰＭ再生処理が行われている時であっても気筒内の不活性ガス量が過剰になることを抑制することができる。

上記構成においは、前記ＰＭ再生手段によるＰＭの酸化を促進させるべく排気絞り弁が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合、内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量とを合計した全ＥＧＲガス量から算出されるＥＧＲ率が、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られない通常時のＥＧＲ率より小さくなるように、前記ＬＰＬ弁の開度を制御しても良い。

ここで、全ＥＧＲガス量は、外部ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量とを別々に算出し、それらを合計して求めることができる。外部ＥＧＲガス量は、例えば、ＨＰＬ通路の上流と下流との差圧と、ＨＰＬ弁の開度と、に基づいてＨＰＬガス量を算出し、ＬＰＬ通路の上流と下流との差圧と、ＬＰＬ弁の開度と、に基づいてＬＰＬガス量を算出し、各算出されたＨＰＬガス量及びＬＰＬガス量の総量として求めることができる。また、内部ＥＧＲガス量は、例えば、背圧と内部ＥＧＲガス量との関係を予め実験等により求めてマップ化又は関数化し、それに基づいて背圧の測定値から内部ＥＧＲガス量を求めることができる。

全ＥＧＲガス量は、前記排気絞り弁の開度が全開とされ且つ前記ＨＰＬ手段及び前記ＬＰＬ手段によってＥＧＲが行われない場合の吸入空気量と、実際の吸入空気量と、の差に基づいて算出することもできる。

吸気圧力が等しくても、排気絞り弁を絞らず且つＥＧＲを行わない無ＥＧＲ状態における吸入空気量に対して、ＥＧＲを行ったり排気絞り弁を絞ったりした状態での吸入空気量は、内燃機関に供給されている全ＥＧＲガス量の分だけ少なくなる。従って、実際の吸入空気量と無ＥＧＲ状態での吸入空気量との差に基づいて、全ＥＧＲガス量を推定することができる。例えば、吸気圧力と無ＥＧＲ状態での吸入空気量との関係は予め実験等により求めてマップ化又は関数化し、それに基づいて吸気圧力の測定値から無ＥＧＲ状態での吸入空気量（無ＥＧＲ吸入空気量）を算出するとともに、実際の吸入空気量（実吸入空気量）を測定し、無ＥＧＲ吸入空気量と実吸入空気量との差として全ＥＧＲガス量を求めることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

本発明により、ＨＰＬ手段及びＬＰＬ手段を併用するＥＧＲシステムにおいて、ＰＭ再生処理の実行時等に排気絞り弁を絞る場合においても十分なＥＧＲ制御精度を確保し、好適にＥＧＲを実行することが可能になる。

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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係るＥＧＲシステムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する水冷式４サイクルディーゼルエンジンである。

各気筒２の吸気ポート（不図示）は吸気マニホールド１７において集合し、吸気通路３と連通している。吸気マニホールド１７には吸気の圧力を測定する吸気圧センサ２２が設けられている。吸気マニホールド１７と吸気通路３との接続部近傍には、後述するＨＰＬ通路４１が接続されている。ＨＰＬ通路４１の接続箇所より上流の吸気通路３には、吸気通路３を流通する吸気の量を調節する第２スロットル弁９が配置されている。第２スロットル弁９より上流の吸気通路３には、吸気を冷却するインタークーラ８が配置されている。インタークーラ８より上流の吸気通路３には、ターボチャージャ１３のコンプレッサ１１が配置されている。コンプレッサ１１より上流の吸気通路３には、後述するＬＰＬ通路
３１が接続されている。ＬＰＬ通路３１の接続箇所より上流の吸気管３には、吸気通路３に流入する新気の量を調節する第１スロットル弁６が配置されている。第１スロットル弁６より上流の吸気通路３には、吸気通路３に流入する新気の量を測定するエアフローメータ７が設けられている。吸気通路３には、さらに上流においてエアクリーナ（図示略）が接続されている。以下、吸気通路３、吸気マニホールド１７、及びこれらに配置されたインタークーラ８やコンプレッサ１１等を総称して「吸気系」と呼ぶことがある。

このように構成された吸気系では、エアクリーナを通過して塵や埃等が除去された空気が吸気通路３に流入する。吸気通路３に流入した空気は、コンプレッサ１１を通過して加圧された後インタークーラ８を通過して冷却されるとともに、後述するＬＰＬ装置３０及びＨＰＬ装置４０によって吸気通路３に導かれたＥＧＲガスと混合しつつ吸気マニホールド１７に流入し、吸気マニホールド１７の各枝管を介して各気筒２の吸気ポートへ分配される。吸気ポートへ分配された吸気は、吸気バルブ（不図示）が開弁した際に各気筒２の燃焼室内へ吸入される。

各気筒２の排気ポート（不図示）は排気マニホールド１８において集合し、排気通路４と連通している。排気マニホールド１８には排気中に還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁２１が設けられている。排気マニホールド１８と排気通路４との接続部近傍には、ＨＰＬ通路４１が接続されている。ＨＰＬ通路４１の接続箇所より下流の排気通路４には、ターボチャージャ１３のタービン１２が配置されている。ターボチャージャ１３はタービン１２を通過する排気の流路面積を可変にするノズルベーン５を備えた可変容量型のターボチャージャである。タービン１２より下流の排気通路４には、排気浄化装置１０が配置されている。排気浄化装置１０は、酸化触媒と、当該酸化触媒の後段に配置され排気中のＰＭを捕集し内部に堆積させるたパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）とを有して構成される。排気浄化装置１０の構成はこの例に限られず、例えば更に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等を備えていても良い。排気浄化装置１０より下流の排気通路４には、排気通路４を流通する排気の量を調節する排気絞り弁１９が配置されている。排気絞り弁１９より下流の排気通路４には、ＬＰＬ通路３１が接続されている。以下、排気通路４、排気マニホールド１８、及びこれらに配置されたタービン１２や排気浄化装置１０等を総称して「排気系」と呼ぶことがある。

このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼した既燃ガスが排気ポートを介して排気マニホールド１８に排出され、排気通路４に流入する。排気通路４に流入した排気はタービン１３を回転駆動した後排気浄化装置１０において含有するＰＭ等の有害物質が浄化されるとともに、その一部が後述するＬＰＬ装置３０及びＨＰＬ装置４０によってＥＧＲガスとして吸気通路３に導かれる。排気浄化装置１０において浄化された後に排気は大気中に放出される。

内燃機関１には、タービン１２より上流の排気通路４を流れる排気の一部をコンプレッサ１１より下流の吸気通路３に導き、該排気を内燃機関１の燃焼室に戻すＨＰＬ装置４０が備えられている。ＨＰＬ装置４０は、タービン１２より上流の排気通路４と第２スロットル弁９より下流の吸気通路３とを接続するＨＰＬ通路４１を有し、該ＨＰＬ通路４１を介して前記排気の一部を吸気通路３に流入させる。ＨＰＬ装置４０によって燃焼室に戻される排気を以下「ＨＰＬガス」という。ＨＰＬ通路４１には、ＨＰＬ通路４１の流路面積を変更するＨＰＬ弁４２が配置されている。ＨＰＬ弁４２の開度を調節することによってＨＰＬ通路４１を流れるＨＰＬガスの量が調節される。

内燃機関１には、タービン１２より下流の排気通路４を流れる排気の一部をコンプレッサ１１より上流の吸気通路３に導き、該排気を内燃機関１の燃焼室に戻すＬＰＬ装置３０が備えられている。ＬＰＬ装置３０は、排気絞り弁１９より下流の排気通路４とコンプレ
ッサ１１より上流の吸気通路３とを接続するＬＰＬ通路３１を有し、該ＬＰＬ通路３１を介して前記排気の一部を吸気通路３に流入させる。ＬＰＬ装置３０によって燃焼室に戻される排気を以下「ＬＰＬガス」という。ＬＰＬ通路３１の途中にはＬＰＬガスを冷却するＬＰＬクーラ３３が配置されている。ＬＰＬクーラ３３より下流側（吸気通路３側）のＬＰＬ通路３１には、ＬＰＬ通路３１の流路面積を変更するＬＰＬ弁３２が配置されている。ＬＰＬ弁３２の開度を調節することによってＬＰＬ通路３１を流れるＬＰＬガスの量が調節される。

このように構成されたＨＰＬ装置４０及びＬＰＬ装置３０によってＥＧＲが行われると、水や二酸化炭素等の不燃性且つ吸熱性を有する不活性ガス成分が吸気中に混入されるので、燃焼室における燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生量が減少する。

内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を備えたマイクロコンピュータである。ＥＣＵ２０には、上述したエアフローメータ７、吸気圧センサ２２の他、内燃機関１のウォータージャケットを循環する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ１４、アクセルペダルの操作量に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ１５、内燃機関１のクランクシャフトが所定角度（例えば１０°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ１６等のセンサが電気的に接続され、各センサからの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。また、ＥＣＵ２０には、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、ノズルベーン５、排気絞り弁１９、ＬＰＬ弁３２、ＨＰＬ弁４２、燃料添加弁２１等の機器が電気的に接続され、ＥＣＵ２０から出力される制御信号によってこれらの機器が制御される。

ＥＣＵ２０は、上記各センサから入力される信号に基づいて内燃機関１の運転状態や運転者の要求を取得する。例えば、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ１６から入力される信号に基づいて機関回転数を算出し、アクセル開度センサ１５から入力される信号に基づいて要求されている機関負荷を算出する。そして、算出した機関負荷や機関回転数に応じて上記各機器を制御することで、燃料噴射やＥＧＲの制御を行う。

ここで、本実施例のＥＧＲシステムにおいて行われるＥＧＲ制御について説明する。

図２に示すように、本実施例のＥＧＲシステムでは、内燃機関１の運転状態に応じてＨＰＬ装置４０及びＬＰＬ装置３０を併用又は切り替えてＥＧＲを行う。図２において、横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表す。図２に示すように、本実施例のＥＧＲ制御では、内燃機関１の運転状態が低負荷且つ低回転の時には主にＨＰＬ装置４０によってＥＧＲを行い、機関負荷又は機関回転数が高くなるほどＨＰＬ装置４０によって行われるＥＧＲ量（ＨＰＬガス量）を減少させるとともにＬＰＬ装置３０によって行われるＥＧＲ量（ＬＰＬガス量）を増加させ、内燃機関１の運転状態が高負荷乃至高回転側の時には主にＬＰＬ装置３０によってＥＧＲを行う。

図２において、「ＨＰＬ」で示された領域が、主にＨＰＬ装置４０によってＥＧＲが行われる運転状態の領域を表す。この領域を以下ＨＰＬ領域と呼ぶ。また、「ＬＰＬ」で示された領域が、主にＬＰＬ装置３０によってＥＧＲが行われる運転状態の領域を表す。この領域を以下ＬＰＬ領域と呼ぶ。ＨＰＬ領域とＬＰＬ領域との間の「ＭＩＸ」で表された中負荷乃至中回転の領域が、ＨＰＬ装置４０及びＬＰＬ装置３０が併用されてＥＧＲが行われる領域を表す。この領域を以下ＭＩＸ領域と呼ぶ。上述のように、ＭＩＸ領域では高負荷乃至高回転側の運転状態になるほどＨＰＬガス量を減少させるとともにＬＰＬガス量を増加させる制御が行われる。換言すれば、高負荷乃至高回転側になるほど全ＥＧＲガス中のＨＰＬガスの比率を低くするとともに、ＬＰＬガスの比率を高くする。

各運転状態に対応するＨＰＬガス量やＬＰＬガス量の制御目標値は、内燃機関１が当該運転状態で定常運転している時のＮＯｘ発生量、スモーク発生量、ＨＣ発生量、燃料消費率等の機関性能や排気性能に関する諸特性が所定の規制値や所望の目標値を達成するように適合作業によって予め定められ、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶される。ＥＣＵ２０は取得した機関運転状態に基づいて、当該運転状態に対応するＨＰＬガス量やＬＰＬガス量の制御目標値をＲＯＭから読み込み、ＨＰＬ装置４０やＬＰＬ装置３０によって燃焼室に戻される排気の量がそれぞれ当該制御目標値になるように、ＨＰＬ弁４２、ＬＰＬ弁３２、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、排気絞り弁１９、ノズルベーン５等の開度を制御する。

ＥＣＵ２０は、フィルタに堆積したＰＭの量が所定の許容値を超えたと判定すると、排気絞り弁１９を絞るとともに燃料添加弁２１から排気中に燃料を添加させる。燃料添加弁２１から排気中に燃料が添加されると、添加された燃料はフィルタ前段の酸化触媒において酸化反応し、その際の反応熱によって後段のフィルタに堆積したＰＭの酸化反応が促進され、フィルタに堆積したＰＭが除去される。また、排気絞り弁１９を絞ることで、排気絞り弁１９より上流の排気通路４における背圧が上昇し、内燃機関１から排出される排気の温度が上昇し、酸化触媒やフィルタが昇温されるので、フィルタに堆積したＰＭの酸化反応が促進される。

このように、適宜フィルタに堆積したＰＭを酸化除去することで、フィルタのＰＭ捕集能力が維持される。排気絞り弁１９を絞るとともに燃料添加弁２１から排気中に燃料を添加することによってフィルタに堆積したＰＭを酸化し除去する処理を、以下ＰＭ再生処理という。本実施例においては、ＰＭ再生処理を行うＥＣＵ２０が、本発明におけるＰＭ再生手段に相当する。

フィルタに堆積したＰＭの量を推定する方法としては、既知のＰＭ堆積量推定方法を採用できる。例えば、前回ＰＭ再生処理が実行されてからの吸入空気量及び燃料消費量や、車両の走行距離、フィルタの前後差圧等に基づいて推定することができる。また、「所定の許容量」とは、フィルタにおける圧損が内燃機関の正常な運転に支障を来さない大きさになるようなＰＭ堆積量の上限値又は当該上限値に所定のマージンを見込んで定められる量である。

ところで、本実施例のように排気絞り弁１９より上流の排気通路４にＨＰＬ通路４１が接続されているＥＧＲシステムにおいて、ＰＭ再生処理を実行する際に排気絞り弁１９を絞った場合、背圧が上昇することによってＨＰＬ通路４１の上流側（すなわち排気通路４との接続部近傍）の圧力と、ＨＰＬ通路４１の下流側（すなわち吸気通路３との接続箇所近傍）の圧力との差が大きくなる。ＨＰＬ通路４１の上流と下流との圧力差が過剰に大きくなると、ＨＰＬ弁４２を精度良く制御することが困難になり、ＨＰＬガス量の制御精度が十分に得られなくなる虞があった。

また、背圧が上昇すると、排気行程において気筒２から排気通路４に排出される既燃ガスの量が減少し、排気行程から吸気行程にかけて気筒内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量が増加する傾向がある。そのため、ＨＰＬ装置４０及びＬＰＬ装置３０によって内燃機関１に戻される排気（外部ＥＧＲガス）の量を、排気絞り弁１９を絞らない通常時と同じ量にすると、内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量とを合計した全ＥＧＲガス量が内燃機関１の運転状態に対応する規定値より多くなる可能性がある。その場合、失火等の燃焼不良を招く虞がある。

それに対し、本実施例のＥＧＲシステムでは、ＰＭ再生処理に伴って排気絞り弁１９が
絞られる場合には、外部ＥＧＲガス量の制御をＬＰＬ弁３２の制御のみによって行うようにした。つまり、ＰＭ再生処理を行っていない通常時には上述のように内燃機関１の運転状態に応じてＨＰＬ装置４０及びＬＰＬ装置３０を適宜併用又は切り替えて外部ＥＧＲガスを内燃機関１に供給するのに対し、排気絞り弁１９を絞ってＰＭ再生処理を行っている時には、一時的にＨＰＬ弁４２を全閉にするとともにＬＰＬ装置３０のみを用いて外部ＥＧＲガスを内燃機関１に供給する。

ＬＰＬ通路３１は排気絞り弁１９より下流の排気通路４から排気を取り出すように接続されているため、排気絞り弁１９が絞られている場合においても、ＬＰＬ通路３１の上流と下流との圧力差は過剰に大きくはならない。よって、ＰＭ再生処理中であって排気絞り弁１９が絞られている場合においても、ＬＰＬ弁３２の開度制御によるＬＰＬガス量の制御精度を十分に確保することができ、内燃機関１に供給される外部ＥＧＲガスの量を精度良く制御することができる。

この時、ＬＰＬガス量が、排気絞り弁１９が絞られていない通常時における外部ＥＧＲガス量の規定値（内燃機関１の運転状態に応じたＨＰＬガス量の規定値とＬＰＬガス量の規定値との合計）と比較して少なくなるように、ＬＰＬ弁３２を制御するようにした。これにより、排気絞り弁１９が絞られて内部ＥＧＲガス量が通常時よりも増加している場合においても、内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量とを合計した全ＥＧＲガス量が規定値より多くなることが抑制される。よって、ＰＭ再生処理中において排気絞り弁１９が絞られている場合であっても、失火等の燃焼不良が発生することを抑制できる。

さらに、本実施例では、この時、内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量（本実施例の場合ＬＰＬガス量と等しい）とを合計した全ＥＧＲガス量が、排気絞り弁１９が絞られていない通常時における全ＥＧＲガス量の規定値（内燃機関１の運転状態に応じたＨＰＬガス量の規定値、ＬＰＬガス量の規定値、及び内部ＥＧＲガス量の規定値の合計）と比較して少なくなるように、ＬＰＬ弁３２を制御するようにした。

ＰＭ再生処理中は還元剤として供給される燃料やＰＭの酸化反応によって排気中の酸素が消費されるため、排気中の酸素濃度が低下するとともに、当該酸化反応によって二酸化炭素が生成されるため、排気中の二酸化炭素濃度が増加する。すなわち、ＰＭ再生処理中は、ＰＭ再生処理が行われていない通常時よりも不活性成分濃度の濃い排気がＥＧＲガスとして内燃機関１に供給される。従って、ＰＭ再生処理中の全ＥＧＲガス量を通常時における全ＥＧＲガス量の規定値と等しい値に制御してしまうと、想定よりも過剰な量の不活性成分が内燃機関１に供給されることになり、失火等の燃焼不良を招く虞がある。

これに対し、上記のように構成された本実施例によれば、ＰＭ再生処理中の全ＥＧＲガス量が通常時の全ＥＧＲガス量より少なくなるようにＬＰＬ弁３２が制御されるので、内燃機関１に供給される不活性成分の量が過剰に多くなることが抑制され、失火等の燃焼不良を抑制できる。

ここで、全ＥＧＲガス量は、外部ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量とを別々に算出してそれらを合計して求めることができる。外部ＥＧＲガス量（すなわちＬＰＬガス量）は、例えば、ＬＰＬ通路３１の上流と下流との差圧と、ＬＰＬ弁３２の開度と、に基づいて算出することができる。また、内部ＥＧＲガス量は、例えば、背圧と内部ＥＧＲガス量との関係を予め実験等により求めてマップ化又は関数化し、それに基づいて背圧の測定値から内部ＥＧＲガス量を求めることができる。

また、全ＥＧＲガス量は、排気絞り弁１９が絞られておらず且つＥＧＲが行われていない場合の吸入空気量と吸気圧力との関係に基づいて算出することもできる。図３は、吸気
圧力と吸入空気量との関係を示す図である。図３の実線は排気絞り弁１９が絞られておらず且つＥＧＲが行われていない場合の吸気圧力と吸入空気量との関係を示している。この関係は予め実験等により求めておくことができる。また、図３の一点鎖線はＥＧＲが行われている場合の吸気圧力と吸入空気量との関係を示している。

ＥＧＲが行われている場合、吸気圧力が等しくても、ＥＧＲが行われていない場合と比較して、導入されているＥＧＲガス量の分だけ吸入空気量が少なくなる。よって、吸気圧センサ２２で測定して得られた吸気圧力に対応するＥＧＲ無しの場合の吸入空気量Ｇｂと、エアフローメータ７で測定して得られた実際の吸入空気量Ｇａと、の差を算出すれば、それが内燃機関１に導入されている全ＥＧＲガス量と略等しいと考えることができる。

以下、ＥＣＵ２０によって行われる排気絞り弁１９が絞られている時のＥＧＲ制御について、図４に基づいて説明する。図４は、排気絞り弁１９が絞られている時のＥＧＲ制御を行うためのルーチンを示すフローチャートである。このルーチンはＥＣＵ２０によって内燃機関１の稼働中所定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップ１０１において、ＥＣＵ２０は排気絞り弁１９が絞られているか否かを判定する。具体的には、排気絞り弁１９の開度が所定開度Ｓより閉じ側の開度であるか否かを判定する。ここで所定開度Ｓとは、排気絞り弁１９を絞った場合の排気通路４の背圧が、ＨＰＬ弁４２によるＨＰＬガス量の制御に関して十分な制御精度を確保することが可能な圧力より低くなるような排気絞り弁１９の開度の下限値である。つまり、排気絞り弁１９の開度が所定開度Ｓ以上の開度（開き側の開度）であれば、排気絞り弁１９より上流の排気通路４の背圧が過剰に高くなることはなく、従って、ＨＰＬ通路４１の上流と下流との圧力差が過剰に大きくなることはなく、ＨＰＬ弁４２の開度制御によって十分精度良くＨＰＬガス量を制御することが可能である。逆に、排気絞り弁１９の開度が所定開度Ｓより小さい開度（閉じ側の開度）になると、排気絞り弁１９より上流の排気通路４における背圧が過剰に高くなり、ＨＰＬ通路４１の上流及び下流の圧力差が過剰に大きくなり、ＨＰＬ弁４２の開度制御によってＨＰＬガス量を精度良く制御することが困難になる。本実施例の場合、ＰＭ再生処理中は排気絞り弁１９が絞られるので、ステップＳ１０１ではＰＭ再生処理中であるか否かを判定するようにしても良い。ステップＳ１０１で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０１で否定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０はエアフローメータ７によって実吸入空気量Ｇａを取得する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は吸気圧センサ２２によって吸気圧力Ｐｉｍを取得する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は排気絞り弁１９を絞っておらず且つＥＧＲを行っていない状態で吸気圧力がＰｉｍである場合に想定される吸入空気量Ｇｂを、図３に示した吸気圧力と吸入空気量との関係（実線で表示）に基づいて算出する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は実ＥＧＲ率ＥＧＲａを算出する。具体的には、ステップＳ１０４で算出したＥＧＲ無し時の吸入空気量ＧｂとステップＳ１０２で取得した実吸入空気量との差（Ｇｂ−Ｇａ）によって実ＥＧＲガス量を算出し、算出した実ＥＧＲガス量に基づいて実ＥＧＲ率を（Ｇｂ−Ｇａ）／Ｇａによって算出する。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は目標ＥＧＲ率ＥＧＲｔｒｇを算出する。目標ＥＧＲ率ＥＧＲｔｒｇは、上述したように、排気絞り弁１９が絞られていない場合に内燃
機関１の運転状態に応じて定められるＥＧＲ率の目標値と比較して小さい値に設定される。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０は実ＥＧＲ率ＥＧＲａと目標ＥＧＲ率ＥＧＲｔｒｇとの大小関係を判定する。実ＥＧＲ率ＥＧＲａが目標ＥＧＲ率ＥＧＲｔｒｇと一致した場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。実ＥＧＲ率ＥＧＲａ＞目標ＥＧＲ率ＥＧＲｔｒｇの場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０８に進み、ＬＰＬ弁３２の開度を閉じ側に補正する。一方、実ＥＧＲ率ＥＧＲａ＜目標ＥＧＲ率ＥＧＲｔｒｇの場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０９に進み、ＬＰＬ弁３２の開度を開き側に補正する。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ２０は排気絞り弁１９が絞られていない場合の通常時のＥＧＲ制御（すなわち、図２に示したＥＧＲ制御マップに従った制御）を行う。

なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、本実施例では、排気絞り弁１９が所定開度Ｓより閉じ側の開度に絞られる場合としてＰＭ再生処理が実行される場合を例示したが、冷間時に内燃機関１を暖機する場合にも排気絞り弁１９の開度が絞られる場合がある。この場合にも、排気絞り弁１９が所定開度Ｓより閉じ側の開度に絞られる時に本実施例と同様にＨＰＬ弁４２を閉弁してＬＰＬ弁３２のみを制御して外部ＥＧＲガス量を制御することによって、精度良くＥＧＲを制御することが可能になる。

また、本実施例では排気絞り弁１９が所定開度Ｓより閉じ側の開度に絞られる場合、ＨＰＬ弁４２を全閉する構成について説明したが、ＨＰＬ弁４２の開度をある一定の開度に固定するようにしても良い。この場合、開度が固定されたＨＰＬ弁４２を通過して内燃機関１に一定量のＨＰＬガスが供給されることになるが、ＨＰＬガス量は一定となるので、やはり外部ＥＧＲガス量の制御はＬＰＬ弁３２の開度制御によってなされることになる。従って、排気絞り弁１９が絞られている場合においても精度良くＥＧＲ制御を行うことができる。

実施例１におけるＥＧＲシステムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。 実施例１におけるＥＧＲ制御マップを示す図である。 実施例１における吸気圧力と吸入空気量との関係を示す図である。 実施例１における排気絞り弁が絞られている時のＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ノズルベーン
６ 第１スロットル弁
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ 第２スロットル弁
１０ 排気浄化装置
１１ コンプレッサ
１２ タービン
１３ ターボチャージャ
１４ 水温センサ
１５ アクセル開度センサ
１６ クランクポジションセンサ
１７ 吸気マニホールド
１８ 排気マニホールド
１９ 排気絞り弁
２０ ＥＣＵ
２１ 燃料添加弁
２２ 吸気圧センサ
３０ ＬＰＬ装置
３１ ＬＰＬ通路
３２ ＬＰＬ弁
３３ ＬＰＬクーラ
４０ ＨＰＬ装置
４１ ＨＰＬ通路
４２ ＨＰＬ弁

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンと内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
   前記タービンより下流の排気通路に設けられ排気通路の流路面積を変更する排気絞り弁と、
   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接続するＨＰＬ通路及び該ＨＰＬ通路に設けられ該ＨＰＬ通路の流路面積を変更するＨＰＬ弁を有し該ＨＰＬ通路を介して排気の一部を内燃機関に導くＨＰＬ手段と、
   前記排気絞り弁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接続するＬＰＬ通路及び該ＬＰＬ通路に設けられ該ＬＰＬ通路の流路面積を変更するＬＰＬ弁を有し該ＬＰＬ通路を介して排気の一部を内燃機関に導くＬＰＬ手段と、
   前記ＨＰＬ弁及び前記ＬＰＬ弁の開度を制御することによって内燃機関に戻される排気の量を制御するＥＧＲ制御手段と、
   を備え、
   前記ＥＧＲ制御手段は、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合は、前記ＨＰＬ弁を所定開度（Ｈ）に略固定するとともに、前記ＬＰＬ弁の開度を制御することによって内燃機関に戻される排気の量を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
2. 請求項１において、
   前記所定開度（Ｈ）は、全閉である内燃機関のＥＧＲシステム。
3. 請求項１又は２において、
   前記ＥＧＲ制御手段は、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合は、前記ＨＰＬ手段及び前記ＬＰＬ手段によって前記内燃機関に戻される排気である外部ＥＧＲガスの量が、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られない通常時の外部ＥＧＲガスの量より少なくなるように、前記ＬＰＬ弁の開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステム。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記タービンより下流且つ前記排気絞り弁より上流の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
   前記フィルタに堆積したＰＭを酸化させるＰＭ再生手段と、
   を更に備え、
   前記排気絞り弁の開度が前記所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合とは、前記ＰＭ再生手段によるＰＭの酸化を促進させるべく排気絞り弁が絞られる場合である内燃機関のＥＧＲシステム。
5. 請求項４において、
   前記ＰＭ再生手段によるＰＭの酸化を促進させるべく排気絞り弁が前記所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合、前記内燃機関の排気行程から吸気行程にかけて気筒内に残留する既燃ガスである内部ＥＧＲガスの量と前記外部ＥＧＲガスの量とを合計した全ＥＧＲガス量が、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られない通常時の全ＥＧＲガス量より少なくなるように、前記ＬＰＬ弁の開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステム。
6. 請求項４において、
   前記ＰＭ再生手段によるＰＭの酸化を促進させるべく排気絞り弁が前記所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られる場合、前記内燃機関の排気行程から吸気行程にかけて気筒内
   に残留する既燃ガスである内部ＥＧＲガスの量と前記外部ＥＧＲガスの量とを合計した全ＥＧＲガス量から算出されるＥＧＲ率が、前記排気絞り弁の開度が所定開度（Ｓ）より閉じ側の開度に絞られない通常時のＥＧＲ率より小さくなるように、前記ＬＰＬ弁の開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステム。
7. 請求項５又は６において、
   前記排気絞り弁の開度が全開とされ且つ前記ＨＰＬ手段及び前記ＬＰＬ手段によってＥＧＲが行われない場合の吸入空気量と実際の吸入空気量との差に基づいて前記全ＥＧＲガス量を算出する内燃機関のＥＧＲシステム。

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