JP2008138598A - 内燃機関のｅｇｒシステム - Google Patents

Abstract

【課題】低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用又は切り替えてＥＧＲを行うＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、低外気温時や低水温時においても燃焼不良や排気エミッションの悪化を抑制しつつＥＧＲを行うことを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上流の排気通路を流れる排気の一部をコンプレッサより下流の吸気通路に流入させて内燃機関に戻す高圧ＥＧＲ装置と、タービンより下流の排気通路を流れる排気の一部をコンプレッサより上流の吸気通路に流入させて内燃機関に戻す低圧ＥＧＲ装置と、を備え、内燃機関の冷却水温が基準冷却水温未満の低水温時には、内燃機関に戻される全排気中に占める高圧ＥＧＲ装置によって内燃機関に戻される排気の比率を、冷却水温が基準冷却水温以上の常温時と比較して高くする。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲシステムに関する。

内燃機関において燃料の燃焼過程で発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減する技術として、排気の一部を内燃機関に流入させるＥＧＲが知られている。

このＥＧＲの技術に関しては、ターボチャージャのタービンより上流の排気通路と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流入させる高圧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通路を介して排気の一部を内燃機関に流入させる低圧ＥＧＲ装置と、を備え、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを併用又は切り替えてしてＥＧＲを行うことによって、内燃機関のより広い運転状態の領域においてＥＧＲを実施可能にすることを図る技術も提案されている。

例えば、低負荷運転時などの排気温度が低い時には高圧ＥＧＲ装置を用いてＥＧＲを行い、高負荷運転時などの排気温度が高い時には低圧ＥＧＲ装置を用いてＥＧＲを行うことによって、ＥＧＲ実施中に吸気温が過剰に高温になることを抑制する技術が提案されている（特許文献１を参照）。
特開平０７−２３３７６１号公報 特開２００４−１６２６７４号公報 特開２００４−１９７６３４号公報

ところで、高圧ＥＧＲ通路はその経路長が比較的短いため、高圧ＥＧＲ装置を介して内燃機関に流入する排気（以下、高圧ＥＧＲガス）の温度は比較的高温となる傾向がある。一方、低圧ＥＧＲ装置を介して内燃機関に流入する排気（以下、低圧ＥＧＲガス）については、低圧ＥＧＲ通路の経路長が長く、また低圧ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲクーラや吸気通路に設けられるインタークーラにおいて低圧ＥＧＲガスが冷却されるため、低圧ＥＧＲガスの温度は比較的低温となる傾向がある。

低温の低圧ＥＧＲガスを内燃機関に流入させることによってＮＯｘ低減効果や燃費性能の点で有利となるが、内燃機関の周囲環境温度が低い時（例えば気温の低い冬季）や内燃機関自体の温度が低い時（例えば始動直後）等、吸気温が低下し易い状況において低温の低圧ＥＧＲガスを内燃機関に流入させると、吸気温が過剰に低下して失火等の燃焼不良を招く虞がある。

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、低圧ＥＧＲ装置と高圧ＥＧＲ装置とを併用してＥＧＲを行うＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、特に低外気温時や低水温時における燃焼の不安定化や排気エミッションの悪化を抑制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、内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有し且つ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流入させる高圧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流入させる低圧ＥＧＲ手段と、内燃機関の運転状態に応じて前記高圧ＥＧＲ手段及び前記低圧ＥＧＲ手段を併用又は切り替えてＥＧＲを行うＥＧＲ制御手段と、内燃機関において燃焼不良が発生する可能性があるか否かを判定する判定手段と、を備え、前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の運転状態が少なくとも前記低圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲが行われる所定の運転領域に属する時に、前記判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定される場合、前記判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定されない場合と比較して、内燃機関に流入させる全排気（以下、全ＥＧＲガス）に占める高圧ＥＧＲガスの比率を高くすることを特徴とする。

ここで、「少なくとも低圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲが行われる所定の運転領域」とは、ＥＧＲ制御手段によって低圧ＥＧＲ手段のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲（以下、ＬＰＬ領域）及び低圧ＥＧＲ手段及び高圧ＥＧＲ手段を併用してＥＧＲが行われる運転状態の範囲（以下、ＭＩＸ領域）を含む運転領域であり、予め定められる。

また、「内燃機関において燃焼不良が発生する可能性がある」と判定手段によって判定される場合としては、例えば内燃機関の周囲環境の温度が低い場合（例えば外気温が低下する冬季等）や内燃機関自体の温度が低い場合（例えば暖機が十分行われていない機関始動直後等）のように、吸気温が低下し易い状況にある場合を例示できる。

上記構成によれば、内燃機関の運転状態がＬＰＬ領域に属している場合に、判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定されると、全ＥＧＲガス中の高圧ＥＧＲガスの比率が０％から０％より大きい値に変更されてＥＧＲが行われる。換言すると、判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定されない常温時においてＬＰＬ領域として規定される運転状態の範囲の一部又は全部が、一時的にＭＩＸ領域として規定し直されてＥＧＲが行われる。

この場合の高圧ＥＧＲガスの比率の変更は、高圧ＥＧＲガスの比率を０％から１００％に増加させる場合を含んでもよい。換言すると、判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定されない常温時においてＬＰＬ領域として規定される運転状態の範囲の一部又は全部が、一時的にＨＰＬ領域として規定し直されてＥＧＲが行われる場合を含んでも良い。ここで、「ＨＰＬ領域」とは、高圧ＥＧＲ手段のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲を意味する。

また、内燃機関の運転状態がＭＩＸ領域に属している場合に、判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定されると、全ＥＧＲガス中の高圧ＥＧＲガスの比率が、判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定されない常温時の高圧ＥＧＲガスの比率より高い比率に変更されてＥＧＲが行われる。

この場合の高圧ＥＧＲガスの比率の変更は、高圧ＥＧＲガスの比率を常温時におけるある比率から１００％に増加させる場合を含んでもよい。換言すると、判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定されない常温時においてＭＩＸ領域として規定される運転状態の範囲の一部又は全部が、一時的にＨＰＬ領域として規定し直されてＥＧＲが行われる場合を含んでも良い。

このように、本発明によれば、低外気温時や低水温時等の吸気温が低下し易い状況においては、高温の高圧ＥＧＲガスが常温時よりも多く内燃機関に流入することになるので、吸気温が過剰に低下することが抑制される。その結果、低外気温時や低水温時においても、失火等の燃焼不良が発生したり大量の未燃燃料成分が排出されたりすることを好適に抑
制できる。

なお、本発明において、判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定される場合であっても、内燃機関の運転状態が、上述した少なくとも低圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲが行われる所定の運転領域のうち所定の高負荷領域に属している場合には、全ＥＧＲガス中の高圧ＥＧＲガスの比率を変更せず常温時の高圧ＥＧＲガスの比率のままＥＧＲを行うようにしても良い。

ここで、「所定の高負荷領域」とは、高圧ＥＧＲガスの比率を高くしてＥＧＲを行うと燃費が増大したり排気エミッションが悪化したりする可能性のある運転状態の範囲であって、予め定められる。

本発明において、内燃機関の周囲環境温度を代表するパラメータとして、外気温を採用することができる。また、内燃機関自体の温度を代表するパラメータとして、内燃機関の冷却水温を採用することができる。すなわち、判定手段は、外気温や冷却水温に基づいて燃焼不良が発生する可能性があるか否かを判定することができる。

例えば、外気温が所定の基準外気温より低い場合や、冷却水温が所定の基準冷却水温より低い場合に、燃焼不良が発生する可能性があると判定することができる。ここで、所定の基準外気温は、常温時のＥＧＲ制御を行っても吸気温が過剰に低下する虞がない外気温の下限値である。また、所定の基準冷却水温は、常温時のＥＧＲ制御を行っても吸気温が過剰に低下する虞がない冷却水温の下限値である。

上述した課題を解決するために、本発明は、内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有し且つ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前記内燃機関に流入させる高圧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前記内燃機関に流入させる低圧ＥＧＲ手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記高圧ＥＧＲ手段及び前記低圧ＥＧＲ手段を併用又は切り替えてＥＧＲを行うＥＧＲ制御手段と、内燃機関の冷却水温を測定する水温測定手段と、を備え、前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関に流入させる排気に占める前記低圧ＥＧＲ手段によって内燃機関に流入させる排気の比率を、前記水温測定手段によって測定される冷却水温に応じて可変制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステムであってもよい。

上述のように、高圧ＥＧＲガスの温度は比較的高く、低圧ＥＧＲガスの温度は比較的低い。従って、全ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほど（高圧ＥＧＲガスの比率が低くなるほど）、ＥＧＲを行った場合の吸気温は低くなる。逆に、全ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの比率が低くなるほど（高圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほど）、ＥＧＲを行った場合の吸気温は高くなる。

上記構成によれば、内燃機関の冷却水温に応じて全ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの比率が可変制御されるので、ＥＧＲを行った場合の吸気温を内燃機関の温度によらず最適にすることができ、また、燃費特性や排気エミッションを向上させることができる。

例えば、冷却水温が低い場合は、内燃機関の温度が低く、内燃機関に低温の低圧ＥＧＲガスを流入させると吸気温が過剰に低下してしまう可能性がある。そこで、全ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの比率を低くし、全ＥＧＲガスの大部分又は全部を高圧ＥＧＲガスとすることによって、ＥＧＲを行った場合の吸気温の低下を抑制することができ、失火等の燃焼不良が発生したり大量の未燃炭化水素が排出されたりする不具合を抑制できる。

一方、冷却水温が高い場合は、内燃機関に低圧ＥＧＲガスを流入させても吸気温が過剰に低下する虞はないので、全ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの比率を高くし、高圧ＥＧＲ手段及び低圧ＥＧＲ手段の両方を用いてＥＧＲを行うことが好ましい。これにより、低圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲが行われるためターボチャージャの過給効率が高くなる。また、全ＥＧＲガスを高圧ＥＧＲ手段を用いて内燃機関に流入させる場合と比較してポンプ損失が低減する。従って、ＥＧＲの実施に起因する燃料特性を向上させることができる。

このように、冷却水温が低くなるほど、全ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの比率が低くなる（高圧ＥＧＲガスの比率が高くなる）ようにすれば、内燃機関の温度に応じて最適な燃焼状態や燃費特性、排気エミッションを実現できる。全ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの比率は、冷却水温に応じて連続的に可変制御しても良いし、段階的に変化させても良い。上述した本発明の第１の形態において、判定手段が、冷却水温に基づいて、内燃機関において燃焼不良が発生する可能性があるか否かを判定するような構成とした場合は、上記本発明の第２の形態において、冷却水温に応じて全ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの比率を２段階に変化させるような構成とした場合に相当するとも言える。

なお、内燃機関の温度は、冷却水温の他に、吸気通路壁面温度、エンジンオイル温度等に基づいて推定することもできる。

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、低圧ＥＧＲ装置と高圧ＥＧＲ装置とを併用してＥＧＲを行うＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、低外気温時や低水温時においても燃焼不良や排気エミッションの悪化を抑制しつつＥＧＲを行うことが可能になる。

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、本実施例に係る内燃機関のＥＧＲ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模式的に示す図である。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、図示しない吸気ポートを介して吸気マニホールド１７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の上流の吸気管３には、吸気管３を流れる吸気の量を調節可能な第２スロットル９が配置されている。第２スロットル９より上流の吸気管３には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より上流の吸気管３には、吸気管３に流入する新気の量を調節可能な第１スロットル６が配置されている。

内燃機関１の気筒２には、図示しない排気ポートを介して排気マニホールド１８が接続されている。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。このターボチャージャ１３はタービン
１２の排気流量特性を変更可能なノズルベーン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、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタ）と、該フィルタ上に担持され、排気が酸化雰囲気の時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気が還元雰囲気の時には吸蔵していたＮＯｘを放出・還元することによって排気中のＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、を有して構成される。排気浄化装置１０より下流の排気管４には、排気管４を流れる排気の量を調節可能な排気絞り弁１９が配置されている。なお、排気絞り弁１９は後述する低圧ＥＧＲ通路３１の接続部より下流の排気管４に配置しても良い。

内燃機関１には、排気管４を流れる排気の一部を高圧で吸気管３へ導き、気筒２に流入させる高圧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及び高圧ＥＧＲ弁４２を有して構成される。高圧ＥＧＲ通路４１は、タービン１２より上流の排気管４と第２スロットル９より下流の吸気管３とを接続する。高圧ＥＧＲ通路４１を通過して排気の一部が吸気管３に導かれる。本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を経由して気筒２に流入する排気を高圧ＥＧＲガスと称する。

高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１を流れる排気の量を調節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の開度を変更することによって行われる。なお、高圧ＥＧＲガスの調量は、第２スロットル９の開度を変更して高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させることによっても行うことができる。また、ノズルベーン５の開度を変更することによっても高圧ＥＧＲガスを調量することができる。

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に流入させる低圧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１１より上流且つ第１スロットル６より下流の吸気管３とを接続する。低圧ＥＧＲ通路３１を通過して排気の一部が吸気管３に導かれる。本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を経由して気筒２に流入する排気を低圧ＥＧＲガスと称する。

低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１を流れる排気の量を調節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の開度を変更することによって行われる。なお、低圧ＥＧＲガスの調量は、第１スロットル６の開度を変更して低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させることによっても行うことができる。低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲ通路３１を通過する低圧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、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、内燃機関１の冷却水温を測定する水温センサ１４、運転者によるアクセルペダル（図示省略）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、内燃機関１のクランクシャフト（図示省略）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、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スロットル６、第２スロットル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。

図２は、内燃機関１の運転状態の領域毎に定められた、ＥＧＲ実施時に使用される高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０の組み合わせを表すＥＧＲ制御マップの概念図である。図２の横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。

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の運転状態が低負荷の時には、高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われる。高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＨＰＬ領域」と称する。また、内燃機関１の運転状態が中負荷の時には、高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われる。高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＭＩＸ領域」と称する。また、内燃機関１の運転状態が高負荷の時には、低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる。低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＬＰＬ領域」と称する。

なお、図２に示したＥＧＲ制御マップでは、内燃機関の運転状態をＨＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＬＰＬ領域の３つの領域に分割した場合を例示したが、内燃機関の運転状態の分割の仕方はこれに限られない。例えば、図３に示すように、低負荷領域をＨＰＬ領域として規定し、それ以外の高負荷側の領域をＬＰＬ領域として規定するＥＧＲ制御マップも考えられる。或いは、図４に示すように、低負荷領域をＭＩＸ領域として規定し、それ以外の高負荷側の領域をＬＰＬ領域として規定するＥＧＲ制御マップも考えられる。

ＬＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＨＰＬ領域を規定する具体的な運転状態の範囲や、各領域における高圧ＥＧＲガス量、低圧ＥＧＲガス量、ＥＧＲシステムによって内燃機関に流入する全排気（以下、全ＥＧＲガス）に対する排気高圧ＥＧＲガスや低圧ＥＧＲガスの比率等の、ＥＧＲ制御に係る諸パラメータの目標値は、各運転状態において吸気のＥＧＲ率が所定の目標ＥＧＲ率に一致し、且つ、内燃機関における燃焼特性、排気エミッション、ＥＧＲの実施に伴う燃費特性等が所望の要求性能を満たすように、予め実験等により定められる。このようにして定められる高圧ＥＧＲガス量の目標値を以下「基本高圧ＥＧＲガス量」、低圧ＥＧＲガス量の目標値を以下「基本低圧ＥＧＲガス量」、基本高圧ＥＧＲガス量及び基本低圧ＥＧＲガス量によって定まる、全ＥＧＲガス中の高圧ＥＧＲガスの比率を以下「基本高圧ＥＧＲ比率」、全ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの比率を以下「基本低圧ＥＧＲ比率」と称する。また、運転状態毎に定まる基本高圧ＥＧＲガス量及び基本低圧ＥＧＲガス量によって規定されるＥＧＲ制御マップを以下「基本ＥＧＲ制御マップ」と称する。

内燃機関１の定常運転時において低圧ＥＧＲガス量を基本低圧ＥＧＲガス量とするような低圧ＥＧＲ弁３２の開度として基本低圧ＥＧＲ弁開度が求められ、また、高圧ＥＧＲガス量を基本高圧ＥＧＲガス量とするような高圧ＥＧＲ弁４２の開度として基本高圧ＥＧＲ弁開度が求められ、それぞれＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶される。

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。

ところで、高圧ＥＧＲ通路４１はその経路長が比較的短く、流通過程で高圧ＥＧＲガスは冷却されにくいため、高圧ＥＧＲ装置４０を用いてＥＧＲを行うことによって、比較的高温の排気が内燃機関１に流入する。一方、低圧ＥＧＲ通路３１はその経路長が比較的長く、さらに低圧ＥＧＲガスの流通経路上には低圧ＥＧＲクーラ３３やインタークーラ８等が配置されているので、流通過程で低圧ＥＧＲガスは冷却される。そのため、低圧ＥＧＲ装置３０を用いてＥＧＲを行うことによって、比較的低温の排気が内燃機関１に流入する。

低圧ＥＧＲ装置３０を用いてＥＧＲを行った場合、ターボチャージャ１３によって低温の低圧ＥＧＲガスが内燃機関１に過給されるため、ＮＯｘ低減効果や燃費性能の点で有利となるが、内燃機関１の周囲環境温度が低い時（例えば外気温の低い冬季）や内燃機関自体の温度が低い時（例えば機関始動直後）等、吸気温が低下し易い状況において低温の低圧ＥＧＲガスが内燃機関１に流入すると、吸気温が過剰に低下して失火等の燃焼不良を招く虞があった。

そこで、本実施例では、吸気温が過剰に低下して燃焼不良が発生する可能性がある状況の時には、低圧ＥＧＲ装置３０を用いてＥＧＲが行われる運転状態の領域、すなわちＭＩＸ領域又はＬＰＬ領域の一部又は全部の領域において、全ＥＧＲガス中の高圧ＥＧＲガスの比率を高めるようにＥＧＲ制御マップを補正してＥＧＲを行うようにした。

これにより、吸気温が低下し易い場合であっても、高温の高圧ＥＧＲガスが常温時の基本高圧ＥＧＲガス量より多く内燃機関１に流入することになるため、ＥＧＲを行った場合に吸気温が過剰に低下して失火等の燃焼不良が発生することを好適に抑制できる。

本実施例では、水温センサ１４によって測定される冷却水温及び／又は外気温に基づいて、上記の「吸気温が過剰に低下して燃焼不良が発生する可能性がある状況」であるか否かを判定する。具体的には、冷却水温Ｔｗが所定の基準冷却水温Ｔｗｔｈ未満である場合、及び／又は、外気温Ｔａが所定の基準外気温Ｔａｔｈ未満である場合に、燃焼不良が発生する可能性がある状況であると判定する。以下、燃焼不良が発生する可能性があると判定される状況であることを「低水温時」であると称する。逆に、冷却水温が基準冷却水温以上且つ外気温が基準外気温以上である場合は、燃焼不良が発生する可能性があると判定しない。燃焼不良が発生する可能性があると判定されない状況であることを「常温時」であると称する。

以下、ＥＧＲ制御マップの補正のいくつかの具体例を説明する。

図５は、図２のように内燃機関の運転状態をＨＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＬＰＬ領域に分割した基本ＥＧＲ制御マップに対する補正例を示す図である。この例では、ＬＰＬ領域における低負荷側（すなわちＭＩＸ領域側）の一部の領域において、低水温時には、高
圧ＥＧＲガスの比率を０％から０％より大きい所定の比率に増大させる。さらに、ＭＩＸ領域における高圧ＥＧＲ比率を、低水温時には、基本高圧ＥＧＲ比率と比較して増大させ、特に低負荷側（すなわちＨＰＬ領域側）の一部の領域において、高圧ＥＧＲ比率を１００％より小さい所定の比率から１００％に増大させる。

すなわち、常温時においてはＬＰＬ領域に属する運転状態として規定されていた斜線部Ａに属する運転状態をＭＩＸ領域に属する運転状態として規定し直し、ＬＰＬ領域を縮小する。さらに、常温時においてはＭＩＸ領域に属する運転状態として規定されていた斜線部Ｂに属する運転状態をＨＰＬ領域に属する運転状態として規定し直し、ＨＰＬ領域を拡大する。

このように基本ＥＧＲ制御マップを補正することによって、常温時には低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる斜線部Ａに属する運転状態においても、低水温時には高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われるため、高温の高圧ＥＧＲガスが内燃機関１に流入することになり、吸気温が過剰に低下することを抑制できる。また、ＭＩＸ領域に属する運転状態においても、常温時と比較してより多くの高圧ＥＧＲガスが内燃機関１に流入することになるので、同様に吸気温の過剰な低下を抑制できる。

図６は、図３のように内燃機関の運転状態をＨＰＬ領域及びＬＰＬ領域に分割した基本ＥＧＲ制御マップに対する補正例を示す図である。この例では、ＬＰＬ領域における低負荷側（すなわちＨＰＬ領域側）の一部の領域において、低水温時には、高圧ＥＧＲガスの比率を０％から１００％に増大させる。すなわち、常温時においてはＬＰＬ領域に属する運転状態として規定されていた斜線部Ｃに属する運転状態をＨＰＬ領域に属する運転状態として規定し直し、ＬＰＬ領域を縮小する。

このように基本ＥＧＲ制御マップを補正することによって、常温時には低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる斜線部Ｃに属する運転状態においても、低水温時には高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われるため、高温の高圧ＥＧＲガスが内燃機関１に流入することになり、吸気温が過剰に低下することを抑制できる。

図７は、図３に示す基本ＥＧＲ制御マップに対する異なる補正例を示す図である。この例では、ＬＰＬ領域における低負荷側（すなわちＨＰＬ領域側）の一部の領域において、低水温時には、高圧ＥＧＲガスの比率を０％から０％より大きい所定の比率に増大させる。すなわち、常温時においてはＬＰＬ領域に属する運転状態として規定されていた斜線部Ｄに属する運転状態をＭＩＸ領域に属する運転状態として規定し直し、ＬＰＬ領域を縮小する。

このように基本ＥＧＲ制御マップを補正することによって、常温時には低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる斜線部Ｄに属する運転状態においても、低水温時には高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われるため、高温の高圧ＥＧＲガスが内燃機関１に流入することになり、吸気温が過剰に低下することを抑制できる。

図８は、図４のように内燃機関の運転状態をＭＩＸ領域及びＬＰＬ領域に分割した基本ＥＧＲ制御マップに対する補正例を示す図である。この例では、ＬＰＬ領域における低負荷側（すなわちＭＩＸ領域側）の一部の領域において、低水温時には、高圧ＥＧＲガスの比率を０％から０％より大きい所定の比率に増大させる。すなわち、常温時においてはＬＰＬ領域に属する運転状態として規定されていた斜線部Ｅに属する運転状態をＭＩＸ領域に属する運転状態として規定し直し、ＬＰＬ領域を縮小する。

このように基本ＥＧＲ制御マップを補正することによって、常温時には低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる斜線部Ｅに属する運転状態においても、低水温時には高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われるため、高温の高圧ＥＧＲガスが内燃機関１に流入することになり、吸気温が過剰に低下することを抑制できる。

図９は、図４に示す基本ＥＧＲ制御マップに対する異なる補正例を示す図である。この例では、ＭＩＸ領域における高圧ＥＧＲ比率を、低水温時には、基本高圧ＥＧＲ比率と比較して増大させる。このように基本ＥＧＲ制御マップを補正することによって、ＭＩＸ領域に属する運転状態において、常温時と比較して多くの高圧ＥＧＲガスが内燃機関１に流入することになるので、吸気温が過剰に低下することを抑制できる。

図１０は、図９に示した補正例において、特にＭＩＸ領域における低負荷側の一部の領域において、高圧ＥＧＲ比率を１００％より小さい所定の比率から１００％に増大させる例を示した図である。この例では、常温時においてはＭＩＸ領域に属する運転状態として規定されていた斜線部Ｆに属する運転状態をＨＰＬ領域に属する運転状態として規定し直し、ＨＰＬ領域を拡大する。

このように基本ＥＧＲ制御マップを補正することによって、常温時には高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われる斜線部Ｆに属する運転状態において、低水温時には高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われるため、高温の高圧ＥＧＲガスが内燃機関１に流入することになり、吸気温が過剰に低下することを抑制できる。

以下、低水温時に行われる本実施例のＥＧＲ制御マップ補正制御の具体的な実行手順について、図１１に基づいて説明する。図１１は、ＥＧＲ制御マップ補正制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１の稼働中所定時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態を取得する。具体的には、アクセル開度センサ１５によって測定されるアクセル開度に基づいて機関負荷を計算するとともに、クランクポジションセンサ１６によって測定されるクランク角度に基づいて機関回転数を計算する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の冷却水温Ｔｗを取得する。具体的には、水温センサ１４によって冷却水温を直接測定する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１において燃焼不良が発生する可能性があるか否か、すなわち吸気温が低下し易い状況であるか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１０２で取得した冷却水温Ｔｗが基準冷却水温Ｔｗｔｈ未満であるか否かを判定する。ステップＳ１０３において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０４に進む。一方、ステップＳ１０３において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、上述したように基本ＥＧＲ制御マップを補正する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０４で補正したＥＧＲ制御マップに従ってＥＧＲを行う。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２０は、基本ＥＧＲ制御マップに従ってＥＧＲを行う。

ステップＳ１０５又はステップＳ１０６を実行後、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。

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、上記実施例では低水温時に用いられる補正ＥＧＲ制御マップと常温時に用いられる基本ＥＧＲ制御マップとの２つの異なるＥＧＲ制御マップを、冷却水温に応じて切り替えてＥＧＲを行っているが、低圧ＥＧＲ比率を冷却水温の関数として連続値又は複数の段階的な値に可変制御するようにしてもよい。この場合、図１２に示すように、冷却水温が低くなるほど、低圧ＥＧＲ比率が小さくなるように低圧ＥＧＲ比率を可変制御することが好適である。こうすることで、冷却水温が低い場合には主に高圧ＥＧＲ装置４０を用いてＥＧＲが行われるので、高温の高圧ＥＧＲガスが内燃機関１により多く流入することになり、吸気温の過剰な低下を抑制して燃焼不良や未燃燃料成分の大量発生を抑制できる。また、冷却水温が高い場合には低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を併用してＥＧＲが行われるので、低圧ＥＧＲ装置３０使用によってターボチャージャ１３の過給効率が高まり、また、高圧ＥＧＲ比率が低くなることによってポンプ損失が低減され、燃費を向上させることができる。

また、内燃機関の温度は、冷却水温の他に、吸気通路壁面温度、エンジンオイル温度等に基づいて推定することもできる。

実施例１のＥＧＲ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。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて内燃機関の運転状態の領域をＨＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＬＰＬ領域に分割する基本ＥＧＲ制御マップの一例を示す図である。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて内燃機関の運転状態の領域をＨＰＬ領域及びＬＰＬ領域に分割する基本ＥＧＲ制御マップの一例を示す図である。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて内燃機関の運転状態の領域をＭＩＸ領域及びＬＰＬ領域に分割する基本ＥＧＲ制御マップの一例を示す図である。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて内燃機関の運転状態の領域をＨＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＬＰＬ領域に分割する基本ＥＧＲ制御マップに対して低水温時になされる補正の一例を示す図である。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて内燃機関の運転状態の領域をＨＰＬ領域及びＬＰＬ領域に分割する基本ＥＧＲ制御マップに対して低水温時になされる補正の一例を示す図である。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて内燃機関の運転状態の領域をＨＰＬ領域及びＬＰＬ領域に分割する基本ＥＧＲ制御マップに対して低水温時になされる補正の一例を示す図である。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて内燃機関の運転状態の領域をＭＩＸ領域及びＬＰＬ領域に分割する基本ＥＧＲ制御マップに対して低水温時になされる補正の一例を示す図である。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて内燃機関の運転状態の領域をＭＩＸ領域及びＬＰＬ領域に分割する基本ＥＧＲ制御マップに対して低水温時になされる補正の一例を示す図である。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて内燃機関の運転状態の領域をＭＩＸ領域及びＬＰＬ領域に分割する基本ＥＧＲ制御マップに対して低水温時になされる補正の一例を示す図である。 実施例１のＥＧＲシステムにおけるＥＧＲ制御マップ補正制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例１のＥＧＲシステムにおいて冷却水温に応じて低圧ＥＧＲ比率を変化させる場合の冷却水温と低圧ＥＧＲ比率との関係を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気管
４ 排気管
５ ノズルベーン
６ 第１スロットル
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
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
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 (7)

1. 内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有し且つ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流入させる高圧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流入させる低圧ＥＧＲ手段と、
   内燃機関の運転状態に応じて前記高圧ＥＧＲ手段及び前記低圧ＥＧＲ手段を併用又は切り替えてＥＧＲを行うＥＧＲ制御手段と、
   内燃機関において燃焼不良が発生する可能性があるか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の運転状態が少なくとも前記低圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲが行われる所定の運転領域に属する時に、前記判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定される場合には、燃焼不良が発生する可能性があると判定されない通常時と比較して、内燃機関に流入させる全排気に占める前記高圧ＥＧＲ手段を用いて内燃機関に流入させる排気の比率を高く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ＥＧＲ制御手段は、前記通常時には前記低圧ＥＧＲ手段のみを用いてＥＧＲが行われる運転領域の一部を、前記判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定される場合には、前記高圧ＥＧＲ手段及び前記低圧ＥＧＲ手段を併用してＥＧＲを行う運転領域又は前記高圧ＥＧＲ手段のみを用いてＥＧＲを行う運転領域に変更することを特徴とする内燃機関の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、前記通常時には前記高圧ＥＧＲ手段及び前記低圧ＥＧＲ手段を併用してＥＧＲを行う運転領域の一部を、前記判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定される場合には、前記高圧ＥＧＲ手段のみを用いてＥＧＲを行う運転領域に変更することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の運転状態が前記所定の運転領域内の所定の高負荷領域に属している場合には、前記判定手段によって燃焼不良が発生する可能性があると判定されても、内燃機関に流入させる全排気に占める前記高圧ＥＧＲ手段を用いて内燃機関に流入させる排気の比率を高くしないことを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   前記判定手段は、外気温及び／又は内燃機関の冷却水温に基づいて燃焼不良が発生する可能性があるか否かを判定することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
6. 内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有し且つ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前記内燃機関に流入させる高圧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前記内燃機関に流入させる低圧ＥＧＲ手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記高圧ＥＧＲ手段及び前記低圧ＥＧＲ手段を併用又は切り替えてＥＧＲを行うＥＧＲ制御手段と、
   内燃機関の冷却水温を測定する水温測定手段と、
   を備え、
   前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関に流入させる排気に占める前記低圧ＥＧＲ手段によって内燃機関に流入させる排気の比率を、前記水温測定手段によって測定される冷却水温に応じて可変にすることを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
7. 請求項６において、
   前記ＥＧＲ制御手段は、前記冷却水温が低くなるほど、内燃機関に流入させる排気に占める前記低圧ＥＧＲ手段によって内燃機関に流入させる排気の比率を小さくすることを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
   

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