JP2009156090A - 可変気筒内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変気筒内燃機関の排気還流装置において、減筒運転により燃費を向上しつつ、減筒運転時の作動気筒に対して適切な燃焼状態を実現させると共に作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量を低減する技術を提供する。
【解決手段】複数の気筒を有し、減筒条件下で一部の気筒への燃料噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能であり、低圧ＥＧＲ装置と高圧ＥＧＲ装置とを備え、減筒運転時には、内燃機関へ供給される、低圧ＥＧＲ装置から還流される低圧ＥＧＲガス量及び高圧ＥＧＲ装置から還流される高圧ＥＧＲガス量を合わせたＥＧＲガス量における低圧ＥＧＲガス量の比率を高める。
【選択図】図４

Description

本発明は、可変気筒内燃機関の排気還流装置に関する。

ターボチャージャのタービンより下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込みターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置と、タービンより上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込みコンプレッサより下流の吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置とを備え、低温燃焼が行われるときに、機関要求負荷に基づいて低圧ＥＧＲガス量及び高圧ＥＧＲガス量を制御する技術が知られている（特許文献１参照）。
特開２００５−７６４５６号公報 特開２００５−５４７７１号公報 特許第３１７５４９１号公報

ところで、複数の気筒を有し、減筒条件下で一部の気筒への燃料噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を行う可変気筒内燃機関がある。減筒運転を行うと、作動気筒の機関負荷を上昇させることで燃費を向上することができる。この可変気筒内燃機関にも低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を用いることができる。しかし、可変気筒内燃機関の減筒運転時には、作動気筒と休止気筒のそれぞれから排出される排気成分が異なるため、内燃機関に還流されるＥＧＲガス成分がサイクルごとに変化してしまう。この変化はＥＧＲガスが供給される作動気筒のＥＧＲ率に影響が及び作動気筒のＥＧＲ率が不安定になり、作動気筒の燃焼状態が不安定になる。また、減筒運転時には作動気筒の機関負荷が上昇しているため、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量が増加してしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可変気筒内燃機関の排気還流装置において、減筒運転により燃費を向上しつつ、減筒運転時の作動気筒に対して適切な燃焼状態を実現させると共に作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量を低減する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
複数の気筒を有し、減筒条件下で一部の気筒への燃料噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒内燃機関の排気還流装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンより上流の前記排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより下流の前記吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置と、
を備え、
前記減筒運転時には、前記内燃機関へ供給される前記低圧ＥＧＲガス量及び前記高圧ＥＧＲガス量を合わせたＥＧＲガス量における前記低圧ＥＧＲガス量の比率を高めることを特徴とする可変気筒内燃機関の排気還流装置である。

可変気筒内燃機関の減筒運転時には、作動気筒と休止気筒のそれぞれから排出される排気成分が異なるため、可変気筒内燃機関に還流されるＥＧＲガス成分がサイクルごとに変化してしまう。この変化はＥＧＲガスが供給される作動気筒のＥＧＲ率に影響が及び作動気筒のＥＧＲ率が不安定になり、作動気筒の燃焼状態が不安定になる。これは作動気筒と休止気筒のそれぞれから排出される排気の二酸化炭素濃度が異なることに起因して高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの二酸化炭素濃度が変化し、作動気筒の吸気酸素濃度が安定しないことに因る。高圧ＥＧＲガスはタービンより上流の排気通路からコンプレッサより下流の吸気通路へ還流される。よって高圧ＥＧＲガスは作動気筒と休止気筒のそれぞれから排出される排気の二酸化炭素濃度が異なっていると、排気の二酸化炭素濃度のサイクルごとの変化に応じて二酸化炭素濃度が変化してしまうからである。また、減筒運転時には作動気筒の負荷が上昇しているため、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量が増加してしまう。

そこで、本発明では、減筒運転時には、内燃機関へ供給される低圧ＥＧＲガス量及び高圧ＥＧＲガス量を合わせたＥＧＲガス量における低圧ＥＧＲガス量の比率を高めるようにした。

本発明によると、減筒運転時には低圧ＥＧＲガス量の比率を増加し、高圧ＥＧＲガス量の比率を減少させる。低圧ＥＧＲガスはタービンより下流の排気通路からコンプレッサより上流の吸気通路へ還流される。よって低圧ＥＧＲガスは作動気筒と休止気筒のそれぞれから排出される排気の二酸化炭素濃度が異なっていても、コンプレッサより上流の吸気通路へ還流された際にその長い経路を流通する間に新気と混ざりさらにはコンプレッサで攪拌される。このため低圧ＥＧＲガスと新気は一様に混ざり、吸気の酸素濃度が安定する。これにより作動気筒のＥＧＲ率が安定し、作動気筒に対して適切な燃焼状態を実現できる。

また、減筒運転時には作動気筒では負荷が上昇しているため排気量が増加し、休止気筒では排気量が少なくなるので、排気脈動が大きな変位量且つ大きなスパンで生じる。このような排気脈動であると、排気エネルギを駆動源とするターボチャージャは過給能力が落ちる。加えて高圧ＥＧＲガスを還流させるためにタービンより上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲ装置に取り込むと、タービンを通過する排気量が減少し、これによってもターボチャージャの過給能力が落ちてしまう。しかしながら本発明によると、高圧ＥＧＲガス量の比率を減少させるのでタービンより上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲ装置に取り込む量が減少し、タービンを通過する排気量が増加するので、ターボチャージャの過給能力が落ちることを抑制できる。このように過給能力が維持されているので、休止気筒も作動を再開させる通常運転にスムーズに復帰できる。

さらに、減筒運転時には作動気筒の負荷が上昇しているため、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量が増加してしまう。しかし本発明によると、低圧ＥＧＲガスはタービンより下流の排気通路からコンプレッサより上流の吸気通路へ還流される際に、その還流経路が長いことから冷えるので、吸気を冷却できる。この吸気を冷却できる低圧ＥＧＲガス量の比率を増加するので、吸気が強力に冷却でき作動気筒では燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下すると燃焼時に発生するＮＯｘ量が低下するので、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量を低減できる。

以上により減筒運転により燃費を向上しつつ、減筒運転時の作動気筒に対して適切な燃焼状態を実現でき、過給能力が落ちることを抑制でき、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘを低減できる。

前記低圧ＥＧＲ装置に、前記低圧ＥＧＲ装置内を流通する前記低圧ＥＧＲガスを冷却する冷却手段を備えるとよい。

本発明によると、低圧ＥＧＲガスをより強力に冷却できるので、より強力に吸気を冷却できる。このため作動気筒では燃焼温度がより低下する。燃焼温度が低下すると燃焼時に発生するＮＯｘ量が低下するので、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量をより低減できる。

本発明によると、可変気筒内燃機関の排気還流装置において、減筒運転により燃費を向上しつつ、減筒運転時の作動気筒に対して適切な燃焼状態を実現できると共に作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量を低減できる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関、及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。各気筒２には、燃料としての軽油が供給され気筒２内へ軽油を適宜の量且つ適宜のタイミングで噴射する燃料噴射弁３が設けられている。内燃機関１には、吸気通路４及び排気通路５が接続されている。

内燃機関１に接続された吸気通路４の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャのコンプレッサ６ａが配置されている。コンプレッサ６ａよりも上流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の流量を調節する第１スロットル弁７が配置されている。この第１スロットル弁７は、電動アクチュエータにより開閉される。第１スロットル弁７よりも上流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する新気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ８が配置されている。このエアフローメータ８により、内燃機関１に吸入される吸入空気量（新気量）が測定される。エアフローメータ８よりも上流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する新気の温度に応じた信号を出力する吸気温度センサ９が配置されている。この吸気温度センサ９により、内燃機関１に吸入される吸入空気温度（新気温度）が測定される。

コンプレッサ６ａよりも下流の吸気通路４には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ１０が配置されている。インタークーラ１０よりも下流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の流量を調節する第２スロットル弁１１が配置されている。この第２スロットル弁１１は、電動アクチュエータにより開閉される。これら吸気通路４及びそれに配置された機器が内燃機関１に吸気を取り入れるための吸気系を構成している。

一方、内燃機関１に接続された排気通路５の途中には、ターボチャージャのタービン６ｂが配置されている。タービン６ｂよりも下流の排気通路５には、排気浄化装置１２が配置されている。排気浄化装置１２は、酸化触媒と当該酸化触媒の後段に配置されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下単にフィルタという）とを有して構成される。フィルタには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下単にＮＯｘ触媒という）が担持されている。これら排気通路５及びそれに配置された機器が内燃機関１から排気を排出させるための排気系を構成している。

そして、内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路４へ還
流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。本実施例では、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。

低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲガスが流通する低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスの流量を調節する低圧ＥＧＲ弁３２と、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ３３と、を有する。

低圧ＥＧＲ通路３１は、排気浄化装置１２よりも下流側の排気通路５と、コンプレッサ６ａよりも上流且つ第１スロットル弁７よりも下流側の吸気通路４とを接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧ＥＧＲガスとして低圧で内燃機関１へ送り込まれる。

低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲクーラ３３よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１に配置され、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの流量を調節する。この低圧ＥＧＲ弁３２は、電動アクチュエータにより開閉される。なお、低圧ＥＧＲガス流量の調節は、低圧ＥＧＲ弁３２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第１スロットル弁７の開度を調整することにより、或いは不図示の排気絞り弁の開度を調節することにより、低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより低圧ＥＧＲガスの流量を調節することができる。

低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲ通路３１の途中に配置される。低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲクーラ３３内を通過する低圧ＥＧＲガスと機関冷却水とで熱交換をして、低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。本実施例における低圧ＥＧＲクーラ３３が本発明の冷却手段に相当する。

一方、内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路４へ還流（再循環）させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。本実施例では、高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。

高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲガスが流通する高圧ＥＧＲ通路４１と、高圧ＥＧＲ通路４１を流通する高圧ＥＧＲガスの流量を調節する高圧ＥＧＲ弁４２と、を有する。

高圧ＥＧＲ通路４１は、タービン６ｂよりも上流側の排気通路５と、第２スロットル弁１１よりも下流側の吸気通路４とを接続している。この高圧ＥＧＲ通路４１を通って、排気が高圧ＥＧＲガスとして高圧で内燃機関１へ送り込まれる。

高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１に配置され、高圧ＥＧＲ通路４１の通路断面積を調整することにより、該高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの流量を調節する。この高圧ＥＧＲ弁４２は、電動アクチュエータにより開閉される。なお、高圧ＥＧＲガス流量の調節は、高圧ＥＧＲ弁４２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第２スロットル弁１１の開度を調整することにより、高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより高圧ＥＧＲガスの流量を調節することができる。また、ターボチャージャのタービン６ｂが可変容量型の場合には、タービン６ｂの流量特性を変更するノズルベーンの開度を調整することによっても高圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１３が併設されている。ＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１３には、エアフローメータ８、吸気温度センサ９、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１４、運転者がアクセルペダル１５を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し燃料噴射量を検出可能なアクセル開度センサ１６、機関冷却水の温度を検出する水温センサ１７、大気圧を検出する大気圧センサ１８、及び車両の車速を検出する車速センサ１９が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１３に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１３には、燃料噴射弁３、第１スロットル弁７、第２スロットル弁１１、低圧ＥＧＲ弁３２、及び高圧ＥＧＲ弁４２の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１３によりこれらの機器が制御される。

そして、本実施例における内燃機関１は、１番〜４番の４気筒の内、減筒条件下で例えば１番及び４番の２気筒への燃料噴射を休止して残りの２番及び３番の２気筒で運転を継続する減筒運転を行うことのできる可変気筒内燃機関である。以下では減筒運転に対し、全気筒で燃料噴射を行い運転する場合を通常運転という。減筒運転を行う目的は、図２に示すように横軸に機関負荷をとり縦軸に燃費をとると、通常運転Ａでは各気筒において燃費がかさむのに対し、減筒運転Ｂでは作動する気筒（以下、作動気筒という。ここでは２番及び３番気筒）を減らしつつ、当該作動気筒の機関負荷を上昇させることで燃費を向上するためである。減筒運転では、燃料噴射を休止した気筒（以下、休止気筒という。ここでは１番及び４番気筒）は燃料噴射だけが停止されており、吸排気は行われている。

次に、本実施例における通常運転と減筒運転の切り替え制御について説明する。図３は、本実施例における内燃機関１の運転状態に応じた通常運転と減筒運転の使用領域を例示した概略図である。図３の横軸は内燃機関１の機関回転数Ｎｅを表し、縦軸は内燃機関の要求トルクＴを表している。

図３において、減筒運転領域は、内燃機関１の運転状態が低トルク・高回転の領域であり、減筒運転が行われる。すなわち、内燃機関１の運転状態が減筒運転領域に含まれる場合が減筒条件下となる。減筒運転は、例えば本実施例のような４気筒内燃機関であると、２速などの低いギアで車速を３０ｋｍとして機関回転数が１６００回転となるような場合に行われる。また８気筒内燃機関であると、低トルク・低回転のアイドル状態まで含めて減筒運転を行うことができる。このため図３における減筒運転領域はあくまで例示したものであり、内燃機関の種別などによってその領域は変化するものである。一方、通常運転領域は、減筒運転領域以外の部分の領域であり、通常運転が行われる。このように通常運転と減筒運転とを切り替えることによって、できるだけ減筒運転を行い燃費を向上するようにしている。

ところで、減筒運転時には、作動気筒と休止気筒のそれぞれから排出される排気成分が異なるため、内燃機関１に還流される低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを合わせたＥＧＲガスの成分がサイクルごとに変化してしまう。このＥＧＲガス成分の変化はＥＧＲガスが供給される作動気筒の、吸気におけるＥＧＲガスの割合を示すＥＧＲ率に影響が及び作動気筒のＥＧＲ率が不安定になり、作動気筒の燃焼状態が不安定になる。これは作動気筒と休止気筒のそれぞれから排出される排気の二酸化炭素濃度が異なることに起因して高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される高圧ＥＧＲガスの二酸化炭素濃度が変化し、作動気筒の吸気酸素濃度が安定しないことに因る。高圧ＥＧＲガスはタービン６ｂより上流の排気通路５からコンプレッサ６ａより下流の吸気通路４へ還流される。よって高圧ＥＧＲガスの還流経路が短く、高圧ＥＧＲガスは作動気筒と休止気筒のそれぞれから排出される排気の二酸化炭素濃度が異なっていると、排気の二酸化炭素濃度のサイクルごとの変化に応じて二酸化炭素濃度がサイクリックに変化してしまうからである。また、減筒運転時には作
動気筒の機関負荷が上昇しているため、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量が増加してしまう。

そこで本実施例では、減筒運転時には、内燃機関１へ供給される低圧ＥＧＲガス量及び高圧ＥＧＲガス量を合わせたＥＧＲガス量における低圧ＥＧＲガス量の比率を高めるようにした。

具体的には、通常運転時に比して減筒運転時の高圧ＥＧＲ弁４２の最大開度を小さくすると共に低圧ＥＧＲ弁３２の最大開度を大きくし、低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量を合わせたＥＧＲガス量における低圧ＥＧＲガス量の比率を高める。

本実施例によると、減筒運転時には通常運転時に比して低圧ＥＧＲガス量の比率を増加し、高圧ＥＧＲガス量の比率を減少させる。低圧ＥＧＲガスはタービン６ｂより下流の排気通路５からコンプレッサ６ａより上流の吸気通路４へ還流される。よって低圧ＥＧＲガスは作動気筒と休止気筒のそれぞれから排出される排気の二酸化炭素濃度が異なっていても、コンプレッサ６ａより上流の吸気通路４へ還流された際に吸気通路４における低圧ＥＧＲ通路３１との接続部位から吸気弁までの長い経路を流通する間に新気と混ざりさらにはコンプレッサ６ａで攪拌される。このため低圧ＥＧＲガスと新気は一様に混ざり、吸気の酸素濃度が安定する。これにより作動気筒のＥＧＲ率が安定し、作動気筒に対して適切な燃焼状態を実現できる。

また、減筒運転時には２番及び３番の作動気筒では機関負荷が上昇しているため排気量が増加し、１番及び４番の休止気筒では燃焼せず単に吸排気が行われる。このため、排気脈動が２番及び３番の作動気筒が燃焼した時の大きな変位量且つ１番〜４番の全気筒が燃焼する通常運転時では１８０°ＣＡのスパンであったのに対して２番及び３番の作動気筒が燃焼する間が３６０°ＣＡと広がり燃焼間隔が大きなスパンで生じる。このような大きな変位量且つ大きなスパンを有する排気脈動であると、排気エネルギを駆動源とするターボチャージャは過給能力が落ちる。加えて高圧ＥＧＲガスを還流させるためにタービン６ｂより上流の排気通路５から排気の一部を高圧ＥＧＲ装置４０に取り込むと、タービン６ｂを通過する排気量が減少し、これによってもターボチャージャの過給能力が落ちてしまう。しかしながら本実施例によると、減筒運転時には高圧ＥＧＲガス量の比率を減少させるのでタービン６ｂより上流の排気通路５から排気の一部を高圧ＥＧＲ装置４０に取り込む量が減少し、タービン６ｂを通過する排気量が増加するので、ターボチャージャの過給能力が落ちることを抑制できる。このように過給能力が維持されており過給圧がかかり易いので、例えば減筒運転時から車両が加速して休止気筒も作動を再開させて通常運転となる場合に通常運転にスムーズに復帰できる。

さらに、減筒運転時には作動気筒の機関負荷が上昇しているため、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量が増加してしまう。しかし本実施例によると、低圧ＥＧＲガスはタービン６ｂより下流の排気通路５からコンプレッサ６ａより上流の吸気通路４へ還流される際に、その還流経路が長いことから冷え、加えて低圧ＥＧＲクーラ３３によって強力に冷却されるので、吸気を強力に冷却できる。減筒運転時にはこの吸気を強力に冷却できる低圧ＥＧＲガス量の比率を増加するので、吸気が強力に冷却でき作動気筒では燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下すると燃焼時に発生するＮＯｘ量が低下するので、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量を低減できる。

以上のように本実施例によると、減筒運転により燃費を向上しつつ、減筒運転時の作動気筒に対して適切な燃焼状態を実現でき、過給能力が落ちることを抑制でき、作動気筒が燃焼時に発生させるＮＯｘ量を低減できる。

本実施例による減筒運転を実施する制御ルーチンについて説明する。図４は、本実施例による減筒運転を実施する制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１３は、クランクポジションセンサ１４からの出力信号に基づき機関回転数Ｎｅを検出する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１３は、アクセル開度センサ１６からの出力信号に基づき燃料噴射量ｑｆｉｎを検出する。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１３は、水温センサ１７、吸気温度センサ９、及び大気圧センサ１８からの出力信号に基づき環境補正量を算出する。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１３は、車速センサ１９からの出力信号に基づき車速を検出する。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１３は、要求トルクＴを算出する。具体的には、要求トルクＴは、ステップＳ１０１で検出した機関回転数Ｎｅ、ステップＳ１０２で検出した燃料噴射量ｑｆｉｎ、ステップＳ１０３で算出した環境補正量、及びステップＳ１０４で検出した車速に基づいて算出される。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１３は、減筒運転可能か否か判別する。ここでの判別は、ステップＳ１０１で検出した機関回転数ＮｅとステップＳ１０５で算出した要求トルクＴとを予め実験などにより求められた図３に示すマップに取り込み、減筒運転領域内に含まれるか否かで判断する。

ステップＳ１０６において減筒運転が可能であると肯定判定された場合には、ステップＳ１０７へ移行する。ステップＳ１０６において減筒運転が不可能であると否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１３は、気筒休止設定を行う。具体的には、１番及び４番気筒に対する燃料噴射弁３からの燃料噴射を停止する設定を行う。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１３は、減筒運転時の２番及び３番気筒に対する燃料噴射弁３からの燃料噴射量を算出する。具体的には、「減筒運転時燃料噴射量ｑｔｍｐ＝２×燃料噴射量ｑｆｉｎ＋トルク段差補正項ｑｄｍ」で算出される。ここで、燃料噴射量ｑｆｉｎはステップＳ１０２で検出したものである。また、トルク段差補正項ｑｄｍは減筒運転時のトルク段差を補正するものであり、「減筒運転時燃料噴射量ｑｔｍｐ」を「２×燃料噴射量ｑｆｉｎ」よりも低減させるマイナスの補正項である。すなわち、トルク段差補正項ｑｄｍ分だけ減筒運転時に燃費が向上することになる。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１３は、減筒運転時燃料噴射量ｑｔｍｐに基づく各種制御量を算出する。具体的には、減筒運転時燃料噴射量ｑｔｍｐに基づいて、コモンレール圧、過給圧、燃料噴射時期、及び燃料噴射パターンの各種制御量を算出する。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１３は、減筒運転時の目標ＥＧＲ率を算出する。減筒運転時に燃費を向上させるため、通常運転時と減筒運転時とでは燃料噴射量が異なる。このため燃焼後の排気成分も異なる。したがってこの排気成分の差異分を埋めるため、減筒運転時の目標ＥＧＲ率は通常運転時の目標ＥＧＲ率よりもＥＧＲガス量が増加する傾向（全吸気の内ＥＧＲガスの割合を示すＥＧＲ率が大きくなる傾向）に算出される。

ステップＳ１１１では、ＥＣＵ１３は、減筒運転時の高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度（両ＥＧＲ弁開度）を算出する。具体的には、減筒運転時の高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度は、ステップＳ１０１で検出した機関回転数Ｎｅ、ステップＳ１０８で算出した燃料噴射量ｑｔｍｐ、及びステップＳ１１０で算出した目標ＥＧＲ率に基づく３次元マップにから算出されるが、この際に通常運転時に比して高圧ＥＧＲ弁４２の最大開度を小さくすると共に低圧ＥＧＲ弁３２の最大開度を大きくし、減筒運転時のＥＧＲガス量における低圧ＥＧＲガス量の比率を高める。

図５（ａ）は機関回転数Ｎｅに対する高圧ＥＧＲ弁４２の最大開度を示し、図５（ｂ）は機関回転数Ｎｅに対する低圧ＥＧＲ弁３２の最大開度を示す。図５（ａ）及び（ｂ）における実線が減筒運転時の最大開度であり、破線が通常運転時の最大開度である。図５に示すように機関回転数Ｎｅに対して通常運転時に比して減筒運転時の高圧ＥＧＲ弁４２の最大開度を小さくすると共に低圧ＥＧＲ弁３２の最大開度を大きくする。なお、このようなことは燃料噴射量ｑｔｍｐに対しても成立し、図示しないが燃料噴射量ｑｔｍｐに対しても通常運転時に比して減筒運転時の高圧ＥＧＲ弁４２の最大開度を小さくすると共に低圧ＥＧＲ弁３２の最大開度を大きくする。

これにより、減筒運転時は、通常運転時に比して高圧ＥＧＲ弁開度が閉じ側に設定されると共に低圧ＥＧＲ弁開度が開き側に設定される。よって減筒運転時には通常運転時に比して低圧ＥＧＲガス量の比率を増加し、高圧ＥＧＲガス量の比率を減少させることになる。

なお、本実施例では、減筒運転時に通常運転時に比して高圧ＥＧＲ弁開度が閉じ側に設定されると共に低圧ＥＧＲ弁開度が開き側に設定されることで、ＥＧＲガス量における低圧ＥＧＲガス量の比率を高めるようにしているが、本発明はこれに限られない。例えば高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度は減筒運転時においても通常運転時と変わらないまま、減筒運転時では他の機器（例えば第１、第２スロットル弁７，１１、排気絞り弁、可変容量型のタービン６ｂなど）によってＥＧＲガス量における低圧ＥＧＲガス量の比率を高めるようにしてもよい。

ステップＳ１１２では、ＥＣＵ１３は、制御を実行する。具体的には、ステップＳ１０７で設定した気筒休止設定に応じて１番及び４番の気筒休止を実行し、ステップＳ１０９で算出した各種制御量に応じて各種制御を実行し、ステップＳ１１１で設定した開度となるように高圧ＥＧＲ弁４２及び低圧ＥＧＲ弁３２の制御を実行する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

以上の制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１に還流するＥＧＲガス量における低圧ＥＧＲガス量の比率を高めた減筒運転ができる。

本発明に係る可変気筒内燃機関の排気還流装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関、及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図。 実施例１に係る通常運転及び減筒運転における機関負荷と燃費との関係を示す図。 実施例１に係る内燃機関の運転状態に応じた通常運転と減筒運転の使用領域を示す図。 実施例１に係る減筒運転を実施する制御ルーチンを示したフローチャート。 実施例１に係る通常運転及び減筒運転における内燃機関の機関回転数とＥＧＲ弁の最大開度との関係を示す図であり、（ａ）が高圧ＥＧＲ弁の場合であり、（ｂ）が低圧ＥＧＲ弁の場合である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ａ コンプレッサ
６ｂ タービン
７ 第１スロットル弁
８ エアフローメータ
９ 吸気温度センサ
１０ インタークーラ
１１ 第２スロットル弁
１２ 排気浄化装置
１３ ＥＣＵ
１４ クランクポジションセンサ
１５ アクセルペダル
１６ アクセル開度センサ
１７ 水温センサ
１８ 大気圧センサ
１９ 車速センサ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３３ 低圧ＥＧＲクーラ
４０ 高圧ＥＧＲ装置
４１ 高圧ＥＧＲ通路
４２ 高圧ＥＧＲ弁

Claims (2)

1. 複数の気筒を有し、減筒条件下で一部の気筒への燃料噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒内燃機関の排気還流装置であって、
   前記内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
   前記タービンより下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置と、
   前記タービンより上流の前記排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより下流の前記吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置と、
   を備え、
   前記減筒運転時には、前記内燃機関へ供給される前記低圧ＥＧＲガス量及び前記高圧ＥＧＲガス量を合わせたＥＧＲガス量における前記低圧ＥＧＲガス量の比率を高めることを特徴とする可変気筒内燃機関の排気還流装置。
2. 前記低圧ＥＧＲ装置に、前記低圧ＥＧＲ装置内を流通する前記低圧ＥＧＲガスを冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の可変気筒内燃機関の排気還流装置。

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