JP4301296B2 - 内燃機関の排気再循環システム - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の排気再循環システムに関する。
内燃機関において燃料が燃焼する際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）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（ＥＧＲ）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高圧ＥＧＲ通路を介してＥＧＲを行う高圧ＥＧＲ装置と、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低圧ＥＧＲ通路を介してＥＧＲを行う低圧ＥＧＲ装置とを、内燃機関の運転状態に応じて併用又は切り替えてＥＧＲを行う技術が知られている（特許文献１を参照）。
特開２００４−１５０３１９号公報 特開２００２−２１６２５号公報 特開２００５−７６４５６号公報
高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を併用するＥＧＲシステムでは、高圧ＥＧＲ通路を通過する高圧ＥＧＲガスの量を調節する高圧ＥＧＲ弁及び低圧ＥＧＲ通路を通過する低圧ＥＧＲガスの量を調節する低圧ＥＧＲ弁の開度を、機関運転状態毎に予め定められた規定値に従って制御することによって、内燃機関に再循環するＥＧＲガスの量を制御する。
一般に内燃機関の運転状態が高負荷側に移行すると燃料噴射量が増量されるのに対応して、内燃機関に再循環するＥＧＲガス量を減少させるように高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度の規定値が定められる。しかし、内燃機関の運転状態が高負荷側に遷移する加速過渡時において高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度を該規定値に制御（すなわちオープンループ制御）した場合、特に低圧ＥＧＲ弁開度制御に対する低圧ＥＧＲガス量の変化の応答性が低いことに起因して内燃機関に再循環するＥＧＲガス量が過剰になり、内燃機関の吸入空気量が燃料噴射量に対して適正でなくなり、スモークが増大する可能性があった。
これは、低圧ＥＧＲ通路の経路長が長いため、低圧ＥＧＲ弁から内燃機関の気筒までの流路に存在する低圧ＥＧＲガスの量が比較的多く、低圧ＥＧＲ弁開度が変更されてもこの残存低圧ＥＧＲガスが気筒に吸入され切るまでの期間中は、実際に気筒に吸入される低圧ＥＧＲガス量と変更後の低圧ＥＧＲ弁開度に対応する低圧ＥＧＲガス量とが合致しないからである。
これに対し、内燃機関の加速過渡時には高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御することも考えられる。しかし、この場合も、高圧ＥＧＲガス量は高圧ＥＧＲ弁開度の変更に対して応答性良く変化するため好適に制御可能だが、低圧ＥＧＲガス量は低圧ＥＧＲ弁開度の変更に対して応答性良く変化しないため、結局内燃機関に再循環するＥＧＲガス量、従って内燃機関の吸入空気量の制御にハンチングを生じ、スモークの増大やドライバビリティの悪化を招く虞があった。これは同時にフィードバック制御される２つのパラメータの制御応答性が大きく異なるからである。
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、その目的とするところは、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を併用するＥＧＲシステムにおいて、内燃機関の過渡運転時においても好適に内燃機関に再循環するＥＧＲガス量、従って内燃機関の吸入空気量を制御することを可能にする技術を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気再循環システムは、内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有し且つ内燃機関の排気通路にタービンを有するターボチャージャと、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高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、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接続する低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ高圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、前記低圧ＥＧＲ通路に設けられ低圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する低圧ＥＧＲ弁と、内燃機関の定常運転時において前記高圧ＥＧＲ弁の開度を運転状態に応じて予め定められる基本高圧ＥＧＲ弁開度に制御するとともに前記低圧ＥＧＲ弁の開度を運転状態に応じて予め定められる基本低圧ＥＧＲ弁開度に制御することによって内燃機関に再循環するＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御手段と、を備えている。
ここで、「基本高圧ＥＧＲ弁開度」とは、内燃機関の定常運転時の高圧ＥＧＲガス量が所定の基本高圧ＥＧＲガス量となるように予め求められる高圧ＥＧＲ弁の開度の規定値であり、内燃機関の運転状態に応じて定まる。また、「基本低圧ＥＧＲ弁開度」とは、内燃機関の定常運転時の低圧ＥＧＲガス量が所定の基本低圧ＥＧＲガス量となるように予め求められる低圧ＥＧＲ弁の開度の規定値であり、内燃機関の運転状態に応じて定まる。
なお、「基本高圧ＥＧＲガス量」及び「基本低圧ＥＧＲガス量」は、排気エミッションや燃費特性等の機関特性を最適化にするように予め求められる高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量の規定値であり、内燃機関の運転状態に応じて定まる。
内燃機関の定常運転時において高圧ＥＧＲ弁の開度が基本高圧ＥＧＲ弁開度に制御され、且つ、低圧ＥＧＲ弁の開度が基本低圧ＥＧＲ弁開度に制御されることで、高圧ＥＧＲガス量が基本高圧ＥＧＲガス量に制御され、且つ、低圧ＥＧＲガス量が基本低圧ＥＧＲガス量に制御される。これにより、上述したような各種機関特性に関して最適化された条件下で内燃機関の定常運転が行われることになる。
そして、本発明の内燃機関の排気再循環システムは、前記ＥＧＲ制御手段が、内燃機関の過渡運転時において、内燃機関の吸入空気量が所定の目標吸入空気量になるように、まず初めに前記高圧ＥＧＲ弁の開度のみを制御し、所定の条件が成立した後、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を制御することを特徴とする。
ここで、「内燃機関の過渡運転時」とは、内燃機関の運転状態がある運転状態から該運転状態より高負荷側の運転状態に移行する加速運転（加速過渡）状態と、内燃機関の運転状態がある運転状態から該運転状態より低負荷側の運転状態に移行する減速運転（減速過渡）状態とを含む。
また、「目標吸入空気量」とは、噴射燃料が好適に燃焼し、失火等の燃焼不良やスモークの発生を招来しないように予め求められる吸入空気量の目標値であり、内燃機関の運転状態に応じて定まる。
また、「所定の条件」とは、それ以上の高圧ＥＧＲ弁開度の制御によっては吸入空気量を目標吸入空気量に近付けることが困難であると判定される条件である。
内燃機関の加速過渡運転時には、内燃機関の負荷の増大に伴う燃料噴射量の増量に対応して目標吸入空気量が増大するので、内燃機関に再循環するＥＧＲガス量を減少させる制御が行われる。
本発明によれば、この場合、まず初めに高圧ＥＧＲ弁開度のみが減少させられ、前記所定の条件が成立した後、低圧ＥＧＲ弁開度が減少させられる。
この場合、所定の条件が成立する場合としては、高圧ＥＧＲ弁の開度が全閉にまで減少させられて、なお吸入空気量が目標吸入空気量に満たない場合を例示できる。これは、これ以上の吸入空気量の制御を高圧ＥＧＲ弁開度の制御によって行うことは不可能だからである。
また、高圧ＥＧＲ弁開度の単位時間当たりの減少量が所定の上限値を超える場合に、前記条件が成立するとしてもよい。これは、内燃機関の負荷が急激に増大し、加速過渡時初期における実際の吸入空気量と目標吸入空気量との差が非常に大きくなる場合に、高圧ＥＧＲ弁開度が急激に減少させられる状況を想定している。このような場合も、前記の例と同様に高圧ＥＧＲ弁開度の減量制御だけでは吸入空気量を目標吸入空気量に制御することが困難であると判断されるので、前記条件が成立する。
また、高圧ＥＧＲ弁の開度が所定の不感領域に属する開度である場合に前記条件が成立するとしてもよい。ここで「不感領域」とは、高圧ＥＧＲ弁の開度を変更しても所望の高圧ＥＧＲガス量の変化が得られにくい高圧ＥＧＲ弁開度の範囲である。高圧ＥＧＲ弁開度が不感領域に属する開度の場合、高圧ＥＧＲ弁開度を変更しても高圧ＥＧＲガス量が好適に変化しないので、やはり高圧ＥＧＲ弁開度の減量制御だけではこれ以上の吸入空気量の制御は困難であると判断され、前記条件が成立する。
このように、本発明では、弁開度の変更に対するガス量の変化の応答性に優れる高圧ＥＧＲ弁がまず初めに制御されるので、内燃機関の加速過渡時において実際の吸入空気量を速やかに目標吸入空気量に近付けることができる。これにより、加速過渡時におけるスモークの発生を好適に抑制できる。また、まず初めに高圧ＥＧＲガス量が減量されるので、ターボチャージャのタービンを駆動するための排気が増加することになり、加速時の過給効率を早期に高めることも可能になる。
内燃機関の減速過渡時には、内燃機関の負荷の減少と減速要求に対応して早期に吸入空気量を減少させる必要がある。本発明によれば、この場合も、まず初めに高圧ＥＧＲ弁開度が増量制御されるので、高圧ＥＧＲガス量が応答性良く増大し、吸入空気量を速やかに減少させることができる。さらに、内燃機関からの排気のうちタービンを回転させる駆動力となる排気の量が高圧ＥＧＲガス量の分だけ速やかに減少させられることになるため、過給効率を応答性良く低下させることができる。これにより、より好適に吸入空気量を目標吸入空気量に制御することができる。
減速過渡時においても、加速過渡時と同様に、高圧ＥＧＲ弁開度が全開とされてもなお吸入空気量が目標吸入空気量に合致しない場合や、高圧ＥＧＲ弁開度の増加速度が所定の上限値を超える場合や、高圧ＥＧＲ弁開度が不感領域に属する開度の場合等に、高圧ＥＧＲ弁開度の制御から低圧ＥＧＲ弁開度の制御に切り替えるようにするとよい。
本発明においては、内燃機関の前記過渡運転時において、内燃機関の吸入空気量が前記
目標吸入空気量になるように、まず初めに高圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するとともに低圧ＥＧＲ弁の開度をオープンループ制御し、前記所定の条件が成立した後、低圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するようにしても良い。
これにより、内燃機関の過渡運転時初期段階において、高圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御により応答性良く速やかに吸入空気量を目標吸入空気量に近付けることができる。さらに、高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度の、弁開度の変更に対するガス量の変化の応答性が大きく異なる２つのパラメータの両方が同時にフィードバック制御されることが回避されるので、吸入空気量の制御にハンチングを生じることが抑制される。
なお、前記条件成立後低圧ＥＧＲ弁のフィードバック制御中は、高圧ＥＧＲ弁開度に関してはフィードバック制御或いはオープンループ制御のいずれであっても良い。これは、上述のように、前記条件成立後は、高圧ＥＧＲ弁開度は全閉（又は略全閉）、全開（又は略全開）、或いは不感領域に属する開度等であるので、たとえ高圧ＥＧＲ弁開度がフィードバック制御される場合であっても、吸入空気量がハンチングを生じる虞は少ないからである。
本発明においては、低圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御中に吸入空気量が目標吸入空気量に合致した場合には、低圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御からオープンループ制御に戻すとともに、高圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御を開始するようにしてもよい。
これにより、本発明の排気再循環システムでは、基本的に、高圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御によって吸入空気量を目標吸入空気量に制御することが試みられるとともに、この間は低圧ＥＧＲ弁開度の変更が極力抑えられる（すなわちオープンループ制御される）ので、内燃機関の過渡運転時においても、フィードバック制御に起因するハンチングの発生を抑制しつつ、応答性良く吸入空気量を目標吸入空気量に近付けることができる。
本発明により、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を併用するＥＧＲシステムにおいて、内燃機関の過渡運転時においても好適に内燃機関に再循環するＥＧＲガス量、従って内燃機関の吸入空気量を制御することが可能になり、過渡運転時におけるスモークの増大やドライバビリティの悪化を抑制できる。
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。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、本実施例の内燃機関の排気再循環システムを適用する内燃機関の吸気系、排気系、及び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を有する水冷式４サイクルディーゼルエンジンである。
内燃機関１の気筒２には、吸気マニホールド１７及び排気マニホールド１８が接続されている。吸気マニホールド１７には吸気管３が接続されている。吸気マニホールド１７と吸気管３との接続部近傍には、吸気管３を流れる吸気の流量を調節する第２吸気絞り弁９が設けられている。第２吸気絞り弁９は、電動アクチュエータによって開閉される。第２吸気絞り弁９より上流の吸気管３には、吸気と外気との間で熱交換を行うことで吸気を冷
却するインタークーラ８が設けられている。インタークーラ８より上流の吸気管３には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。コンプレッサハウジング５ａより上流の吸気管３には、吸気管３を流れる吸気の流量を調節する第１吸気絞り弁６が設けられている。第１吸気絞り弁６は、電動アクチュエータによって開閉される。
一方、排気マニホールド１８には排気管４が接続されている。排気管４の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。タービンハウジング５ｂより下流の排気管４には、排気浄化装置１０が設けられている。排気浄化装置１０は、酸化触媒と該酸化触媒の後段に配置された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ている。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。排気浄化装置１０より下流の排気管４には、排気管４を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁１９が設けられている。排気絞り弁１９は、電動アクチュエータによって開閉される。なお、本実施例では排気絞り弁は排気浄化装置１０の直下流の排気管４に設けられているが、後述の低圧ＥＧＲ通路３１の接続部より下流の排気管４に設けても良い。
内燃機関１には、排気管４を流れる排気の一部を低圧で吸気管３へ導き気筒２に再循環させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及び低圧ＥＧＲクーラ３３を有して構成されている。
低圧ＥＧＲ通路３１は、排気絞り弁１９より下流の排気管４と、コンプレッサハウジング５ａより上流且つ第１吸気絞り弁６より下流の吸気管３と、を接続している。低圧ＥＧＲ通路３１を通って排気が低圧で吸気管３へ導かれる。本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を経由して気筒２に再循環する排気を低圧ＥＧＲガスと称している。
低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の流路断面積を変更することにより低圧ＥＧＲ通路３１を流れる排気の量を変更可能な流量調節弁である。低圧ＥＧＲガスの調量は低圧ＥＧＲ弁３２の開度を調節することによって行われる。なお、低圧ＥＧＲガスの調量は低圧ＥＧＲ弁３２の開度調節以外の方法によって行うこともできる。例えば、第１吸気絞り弁６の開度を調節することによって低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させ、もって低圧ＥＧＲガス量を調節することができる。
低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと内燃機関１を冷却する冷却水との間で熱交換をすることで低圧ＥＧＲガスを冷却する。
また、内燃機関１には、排気管４を流れる排気の一部を高圧で吸気管３へ導き気筒２に再循環させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１、高圧ＥＧＲ弁４２、及び高圧ＥＧＲクーラ４３を有して構成されている。
高圧ＥＧＲ通路４１は、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１７とを接続している。高圧ＥＧＲ通路４１を通って排気が高圧で吸気管３へ導かれる。本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を経由して気筒２に再循環する排気を高圧ＥＧＲガスと称している。
高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１の流路断面積を変更することにより高圧ＥＧＲ通路４１を流れる排気の量を変更可能な流量調節弁である。高圧ＥＧＲガスの調量は高圧ＥＧＲ弁４２の開度を調節することによって行われる。なお、高圧ＥＧＲガスの調量は高圧ＥＧＲ弁４２の開度調節以外の方法によって行うこともできる。例えば、第２吸気絞り弁９の開度を調節することによって高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させ、もって高圧ＥＧＲガス量を調節することができる。また、ターボチャージャ５が可変
容量型の場合には、タービンの流量特性を変更するノズルベーンの開度を調節することによっても高圧ＥＧＲガス量を調節することができる。
高圧ＥＧＲクーラ４３は、高圧ＥＧＲクーラ４３を通過する高圧ＥＧＲガスと内燃機関１を冷却する冷却水との間で熱交換をすることで高圧ＥＧＲガスを冷却する。
内燃機関１には、機関の制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、中央演算装置（ＣＰＵ）、入出力ポート、デジタルアナログコンバータ（ＤＡコンバータ）、アナログデジタルコンバータ（ＡＤコンバータ）等を双方向バスで接続した公知の構成を有するマイクロコンピュータとして構成されている。
ＥＣＵ２０は、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制御等のディーゼルエンジンにおいて既知の諸基本制御を行う。そのために、本実施例における内燃機関１には、タービンハウジング５ｂと排気浄化装置１０との間の排気管４に設けられ排気の空燃比を検出する排気Ａ／Ｆセンサ１１、内燃機関１のクランクシャフトの回転位相（クランク角度）を検出するクランクポジションセンサ１６、運転者によるアクセルペダル１４の踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１５、吸気管３に流入する新気の流量を検出するエアフローメータ７の他、ディーゼルエンジンが一般的に備えているセンサ類（図示省略）が設けられている。
これらのセンサは電気配線を介してＥＣＵ２０に接続され、各センサからの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０には、第１吸気絞り弁６、第２吸気絞り弁９、排気絞り弁１９、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２を駆動するための駆動装置等の機器が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０から出力される制御信号に従ってこれらの機器が制御される。
ＥＣＵ２０は、各センサによる検出値に基づいて内燃機関１の運転状態や運転者の要求を把握する。例えば、ＥＣＵ２０はクランクポジションセンサ１６から入力されるクランク角度から算出する機関回転数と、アクセル開度センサ１５から入力されるアクセル開度から算出する機関負荷とに基づいて内燃機関１の運転状態を検出する。そして、検出した機関運転状態や運転者の要求に基づいて低圧ＥＧＲ弁３２や高圧ＥＧＲ弁４２等を制御し、ＥＧＲガス量や吸入空気量の制御を行う。
次に、ＥＣＵ２０によって行われるＥＧＲ制御について説明する。
本実施例の排気再循環システムでは、ＮＯｘ排出量等の排気エミッション、ＥＧＲの実施に起因する燃料消費率、吸入空気量等の機関特性に関する要求を満たすように、内燃機関の運転状態毎に、低圧ＥＧＲガス量の規定値（以下「基本低圧ＥＧＲガス量」という）及び高圧ＥＧＲガス量の規定値（以下「基本高圧ＥＧＲガス量」という）が予め求められ、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている。
そして、内燃機関１の定常運転時における低圧ＥＧＲガス量が基本低圧ＥＧＲガス量となるような低圧ＥＧＲ弁３２の開度（以下「基本低圧ＥＧＲ弁開度」という）及び内燃機関１の定常運転時における高圧ＥＧＲガス量が基本高圧ＥＧＲガス量となるような高圧ＥＧＲ弁４２の開度（以下「基本高圧ＥＧＲ弁開度」という）が予め求められ、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている。
ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態に応じてＲＯＭから基本低圧ＥＧＲ弁開度及び基本高圧ＥＧＲ弁開度を読み込み、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が基本低圧ＥＧＲ弁開度となる
ように低圧ＥＧＲ弁３２を制御するとともに、高圧ＥＧＲ弁４２の開度が基本高圧ＥＧＲ弁開度となるように高圧ＥＧＲ弁４２を制御する。
内燃機関１の定常運転時においては、高圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するとともに、低圧ＥＧＲ弁開度を基本低圧ＥＧＲ弁開度にオープンループ制御することによって、規定値通りのＥＧＲガス量を内燃機関１に再循環させることができる。しかし、内燃機関１の運転状態が時間的に変化する過渡運転時においては、低圧ＥＧＲ弁開度制御に対する低圧ＥＧＲガス量の変化の応答性が低いことに起因して、内燃機関１に再循環するＥＧＲガス量が規定値から外れる可能性がある。この場合、吸入空気量（従って筒内酸素濃度）が燃料噴射量に対して適正でなくなり、スモークが増大する虞があった。
また、内燃機関の過渡運転時においては高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御することも考えられるが、この場合も、高圧ＥＧＲガス量が高圧ＥＧＲ弁開度の変更に対して応答性良く変化するのに対して、低圧ＥＧＲ弁開度の変更に対する低圧ＥＧＲガス量の変化の応答性が低いため、これらを同時にフィードバック制御すると吸入空気量の制御にハンチングを生じ、スモークの増大やドライバビリティの悪化を招く虞があった。
そこで、本実施例の排気再循環システムでは、内燃機関１の過渡運転時においては、内燃機関１が過渡運転状態に移行した初期段階においてまず高圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するとともに低圧ＥＧＲ弁開度を基本低圧ＥＧＲ弁開度でオープンループ制御することで吸入空気量の制御を行うようにした。そして、高圧ＥＧＲ弁開度が全閉になった時点でなお吸入空気量が目標吸入空気量に達しなかった場合には、低圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御を開始しするようにした。そして、吸入空気量が目標吸入空気量に一致した時点で、高圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するとともに低圧ＥＧＲ弁開度を基本低圧ＥＧＲ弁開度でオープンループ制御するようにした。
ここで、目標吸入空気量とは、噴射燃料が好適に燃焼し、失火等の燃焼不良やスモークの発生を招来しないように予め求められる吸入空気量の目標値である。目標吸入空気量は予め求められ、内燃機関１の運転状態に応じたマップとしてＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶される。
このように、過渡状態初期において、弁開度の変更に対するガス量の変化の応答性に優れる高圧ＥＧＲ弁の開度のみがまずフィードバック制御されるので、吸入空気量を速やかに目標吸入空気量に近付けることができる。また、弁開度の変更に対するガス量の変化の応答性が大きく異なる２つのパラメータである高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度の両方が同時にフィードバック制御されることが回避されるので、吸入空気量の制御にハンチングが生じることを抑制できる。
以下、本実施例のＥＧＲ制御（吸入空気量制御）の具体的な実行手順について、図２を参照して説明する。図２は本実施例の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の運転中所定間隔毎に定期的に実行される。
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態を検出する。具体的には、クランクポジションセンサ１６によって検出されるクランク角度から機関回転数を算出するとともに、アクセル開度センサ１５によって検出されるアクセル開度から機関負荷を算出する。
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ１０１において検出した内
燃機関１の運転状態に応じた目標吸入空気量を読み込む。
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ１０１において検出した内燃機関１の運転状態に応じた基本高圧ＥＧＲ弁開度及び基本低圧ＥＧＲ弁開度を読み込む。
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ１０１において検出した内燃機関１の運転状態及び全開までの運転履歴に基づいて、現時点において内燃機関１が定常運転状態か否かを判定する。ステップＳ１０４において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１１０を実行する。ステップＳ１０４において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０５を実行する。
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、実際の吸入空気量（以下「実吸入空気量」という）を検出する。具体的には、排気Ａ／Ｆセンサ１１による計測値、エアフローメータ７による計測値、及び実燃料噴射料から実吸入空気量を算出する。
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ１０５において検出した実吸入空気量が前記ステップＳ１０２において読み込んだ目標吸入空気量と一致しているか否かを判定する。本実施例では、実吸入空気量と目標吸入空気量との差の絶対値が所定値未満の場合に実吸入空気量と目標吸入空気量とが一致したと判定する。ステップＳ１０６において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１１０を実行する。一方、ステップＳ１０６において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１０７を実行する。
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁開度が全閉か否かを判定する。ステップＳ１０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１０９を実行する。一方、ステップＳ１０７において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１０８を実行する。
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するとともに低圧ＥＧＲ弁開度を基本低圧ＥＧＲ弁開度にオープンループ制御する。
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁開度をオープンループ制御するとともに低圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御する。
ステップＳ１０８又はステップＳ１０９を実行後、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ１０６を再度実行する。そしてステップＳ１０６において肯定判定された場合は、ステップＳ１１０において、定常運転時の制御を実行する。すなわち、高圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するとともに、低圧ＥＧＲ弁開度を基本低圧ＥＧＲ弁開度にオープンループ制御する。
ステップＳ１１０に示すように、通常時において常に高圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御することによって、例えば加速と停止を繰り返す都市走行時のように、内燃機関の運転状態がほぼ常時過渡運転状態となる状況においても、吸入空気量を運転状態の変動に応答性良く追随させることができる。
図３は、以上説明したルーチンを内燃機関１の加速過渡時に実行した場合の燃料噴射量、高圧ＥＧＲ弁開度、高圧ＥＧＲガス量、低圧ＥＧＲ弁開度、低圧ＥＧＲガス量、吸入空気量、スモーク発生量の時間推移を示すタイムチャートである。
図３（Ａ）に示すように、内燃機関１の運転状態が第１運転状態から第１運転状態より高負荷側の第２運転状態に移行した時点（ｔ＝ｔ１）において、燃料噴射量がＱ１からＱ２（＞Ｑ１）に増量される。そして、内燃機関１の運転状態は加速過渡状態となる。
この時、図３（Ｆ）に示されるように、実吸入空気量（Ｇｎ１）が第２運転状態に対応する目標吸入空気量Ｇｎ２から大きく離れた値となっているため、まず高圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御が開始される。
これにより、図３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１において、高圧ＥＧＲ弁開度が、第１運転状態から第２運転状態に移行する直前の高圧ＥＧＲ弁開度ＯｅｇｒＨＰＬ１から過渡時高圧ＥＧＲ弁開度ＯｅｇｒＨＰＬｔに変化する。過渡時高圧ＥＧＲ弁開度ＯｅｇｒＨＰＬｔは略零、すなわち略全閉である。これは、時刻ｔ１における実吸入空気量Ｇｎ１と第２運転状態に対応する目標吸入空気量Ｇｎ２との差が大きいため、フィードバック制御により急激に高圧ＥＧＲ弁開度が減少させられることによる。
この時、低圧ＥＧＲ弁開度は第２運転状態に対応する基本低圧ＥＧＲ弁開度ＯｅｇｒＬＰＬ２にオープンループ制御されるが、上記のように高圧ＥＧＲ弁開度が時刻ｔ１直後に略全閉となるため、時刻ｔ１直後において低圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御が開始されることになる。
これにより、図３（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１直後において低圧ＥＧＲ弁開度が第１運転状態に対応する基本低圧ＥＧＲ弁開度ＯｅｇｒＬＰＬ１から過渡時低圧ＥＧＲ弁開度ＯｅｇｒＬＰＬｔに変化する。この時点でも吸入空気量は目標吸入空気量Ｇｎ２に満たないので、過渡時低圧ＥＧＲ弁開度ＯｅｇｒＬＰＬｔは第２運転状態に対応する基本低圧ＥＧＲ弁開度ＯｅｇｒＬＰＬ２より閉じ側の開度とされる。
これにより、高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量がともに減少し、図３（Ｆ）に示すように実吸入空気量が徐々に上昇し始める（ｔ＝ｔ２〜ｔ３）。これに伴い、実吸入空気量と目標吸入空気量Ｇｎ２との差が徐々に縮まるので、図３（Ｄ）に示すように、フィードバック制御中の低圧ＥＧＲ弁開度も徐々に大きくされる。
そして、実吸入空気量が目標吸入空気量Ｇｎ２に一致した時点（ｔ＝ｔ３）で、低圧ＥＧＲ弁開度は第２運転状態に対応する基本低圧ＥＧＲ弁開度ＯｅｇｒＬＰＬ２となり、この時点で低圧ＥＧＲ弁開度がオープンループ制御に戻されるとともに、高圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御が開始される。
これにより、図３（Ｂ）に示すように、高圧ＥＧＲ弁開度が略全閉状態から徐々に増加していく。
以上のようにしてＥＧＲ制御が行われることにより、図３（Ｇ）の実線のグラフＳｉに示すように、本実施例のＥＧＲ制御を行わない場合のスモーク発生量（点線のグラフＳｃ参照）と比較してスモークの発生量が低減される。
なお、本実施例では、高圧ＥＧＲ弁開度は通常運転時には基本的にフィードバック制御されるが、図３のグラフでは、時刻ｔ１より前及び時刻ｔ３より後における高圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御による諸物理量の時間変動については簡単のために図示を省略している。
なお、以上述べた実施の形態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形態には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施
例では、内燃機関１の加速過渡時の場合を説明したが、減速過渡時においても同様に、過渡状態初期においてまず高圧ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するとともに低圧ＥＧＲ弁開度をオープンループ制御し、高圧ＥＧＲ弁開度が全開になってもなお吸入空気量が目標吸入空気量に一致しない場合に、低圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御を開始するようにＥＧＲ制御を行うことができる。これにより、減速過渡時においてもより速やかに且つハンチングを生じることなく吸入空気量を目標吸入空気量に一致させることができ、スモークの発生やドライバビリティの悪化を抑制することができる。
また、上記実施例では、加速過渡時において高圧ＥＧＲ弁開度が全閉となったことを条件に低圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御を開始するようにしているが、高圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御から低圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御に移行する条件はこれに限らず、例えば、高圧ＥＧＲ弁開度の減少速度が所定の上限値を超えた場合や、高圧ＥＧＲ弁開度が所定の不感領域に属する開度となった場合に、低圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御に移行するようにしても良い。ここで、所定の不感領域とは、高圧ＥＧＲ弁の開度を変更しても所望の高圧ＥＧＲガス量の変化が得られにくい高圧ＥＧＲ弁開度の範囲であって、予め実験等により求められる。不感領域は機関構成部材の大きさや高圧ＥＧＲ弁の構造などにより異なる範囲となり得る。
また、上記実施例において、低圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御中は、高圧ＥＧＲ弁開度はフィードバック制御であってもオープンループ制御であっても良い。これは、低圧ＥＧＲ弁開度のフィードバック制御中は、上記のような条件が成立していることが前提となるので、高圧ＥＧＲ弁開度は全閉又は略全閉、或いは不感領域の属する開度であって、たとえフィードバック制御が行われてもハンチングが生じる可能性は低いからである。
以上説明した実施例やその変形例は可能な限り組み合わせることができる。
実施例１における内燃機関の吸気系、排気系、及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例１におけるＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例１におけるＥＧＲ制御が実行された場合の燃料噴射量、高圧ＥＧＲ弁開度、高圧ＥＧＲガス量、低圧ＥＧＲ弁開度、低圧ＥＧＲガス量、吸入空気量、スモーク発生量の時間推移を示すタイムチャートである。
符号の説明
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気管
４ 排気管
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
６ 第１吸気絞り弁
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ 第２吸気絞り弁
１０ 排気浄化装置
１１ 排気Ａ／Ｆセンサ
１４ アクセルペダル
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
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
４３ 高圧ＥＧＲクーラ

Claims (5)

  1. 内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有し且つ内燃機関の排気通路にタービンを有するターボチャージャと、
    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高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、
    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接続する低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、
    前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ高圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、前記低圧ＥＧＲ通路に設けられ低圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する低圧ＥＧＲ弁と、内燃機関の定常運転時において前記高圧ＥＧＲ弁の開度を運転状態に応じて予め定められる基本高圧ＥＧＲ弁開度に制御するとともに前記低圧ＥＧＲ弁の開度を運転状態に応じて予め定められる基本低圧ＥＧＲ弁開度に制御することによって内燃機関に再循環するＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御手段と、
    を備え、
    前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の過渡運転時において、内燃機関の吸入空気量が所定の目標吸入空気量になるように、まず初めに前記高圧ＥＧＲ弁の開度のみを減少させ、前記高圧ＥＧＲ弁の開度の単位時間当たりの減少量が所定の上限値を超える場合に、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を制御することを特徴とする内燃機関の排気再循環システム。
  2. 請求項１において、
    前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の前記過渡運転時において、内燃機関の吸入空気量が前記目標吸入空気量になるように、まず初めに前記高圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するとともに前記低圧ＥＧＲ弁の開度をオープンループ制御し、前記高圧ＥＧＲ弁の開度の単位時間当たりの減少量が所定の上限値を超える場合に、前記低圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御する内燃機関の排気再循環システム。
  3. 内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有し且つ内燃機関の排気通路にタービンを有するターボチャージャと、
    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高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、
    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接続する低
    圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、
    前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ高圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、前記低圧ＥＧＲ通路に設けられ低圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する低圧ＥＧＲ弁と、内燃機関の定常運転時において前記高圧ＥＧＲ弁の開度を運転状態に応じて予め定められる基本高圧ＥＧＲ弁開度に制御するとともに前記低圧ＥＧＲ弁の開度を運転状態に応じて予め定められる基本低圧ＥＧＲ弁開度に制御することによって内燃機関に再循環するＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御手段と、
    を備え、
    前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の過渡運転時において、内燃機関の吸入空気量が所定の目標吸入空気量になるように、まず初めに前記高圧ＥＧＲ弁の開度のみを減少させ、前記高圧ＥＧＲ弁の開度が、高圧ＥＧＲ弁開度の変更に対して所望の高圧ＥＧＲガス量の変化が得られにくい所定の不感領域に属する開度であって、且つ、内燃機関の吸入空気量が前記目標吸入空気量に満たない場合に、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を制御することを特徴とする内燃機関の排気再循環システム。
  4. 請求項３において、
    前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の前記過渡運転時において、内燃機関の吸入空気量が前記目標吸入空気量になるように、まず初めに前記高圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するとともに前記低圧ＥＧＲ弁の開度をオープンループ制御し、前記高圧ＥＧＲ弁の開度が、高圧ＥＧＲ弁開度の変更に対して所望の高圧ＥＧＲガス量の変化が得られにくい所定の不感領域に属する開度であって、且つ、内燃機関の吸入空気量が前記目標吸入空気量に満たない場合に、前記低圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御する内燃機関の排気再循環システム。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
    前記低圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御中に吸入空気量が前記目標吸入空気量に一致した後、前記低圧ＥＧＲ弁の開度をオープンループ制御するとともに前記高圧ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御する内燃機関の排気再循環システム。
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