JP2005273594A - 内燃機関の排気還流システム - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気絞り弁を絞ることに起因する燃料消費率の悪化を招くことなく、ＥＧＲガスを吸気系に還流させることができる技術を提供する。
【解決手段】 ＥＧＲ通路６０と排気通路４２とをつなぐバイパス通路７０が設けられていない内燃機関では、吸気絞り弁３２を絞らないとＥＧＲガスを吸気通路３１に還流させることができいような機関運転状態において、バイパス通路７０に設けられたバイパス弁７３，ＥＧＲ弁６２，ターボチャージャ５０（ノズルベーン）のうち少なくともいずれかを制御することにより、吸気絞り弁３２を絞ることなくＥＧＲガスを吸気通路３１に還流させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気還流システムに関する。

従来の内燃機関において、過給機をバイパスしてＥＧＲ通路と排気通路とをつなぐバイパス通路と、該バイパス通路内を流れる排気ガス流量を調整する制御弁を備えた排気還流装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記の内燃機関においては、ＥＧＲガスを吸気通路へ戻すために、過給機にて過給された吸入空気の量を、吸気絞り弁を絞ることによって減量させているため、吸気絞り弁でエネルギーロス（ポンピングロスを含む）が発生してしまう。そして、このエネルギーロスによる機関出力の低下を抑制するためには燃料噴射量を増量しなければならず、エネルギーロスの発生によって燃料消費率の悪化を招くことが懸念される。
特開平１１−８２１８４号公報 特開平１１−１２５１４９号公報

本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、吸気絞り弁を絞ることに起因する燃料消費率の悪化を招くことなく、ＥＧＲガスを吸気系に還流させることができ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に、本発明にあっては、ＥＧＲ通路と排気通路とをつなぐバイパス通路が設けられていない内燃機関では、吸気絞り弁を絞らないとＥＧＲガスを吸気通路に還流させることができいような機関運転状態において、バイパス通路に設けられたバイパス弁，ＥＧＲ弁，過給機のうち少なくともいずれかを制御することにより、吸気絞り弁を絞ることなくＥＧＲガスを吸気通路に還流させることを要旨とするものである。

本発明は、具体的には、内燃機関の吸気通路に設けられ、内燃機関への吸入空気の量を調整する吸気絞り弁と、
内燃機関から排出される排気により駆動されて吸入空気を圧縮する過給機と、
前記吸気通路のうち前記吸気絞り弁よりも下流と、内燃機関の排気通路のうち前記過給機よりも上流とをつなぎ、該排気通路から該吸気通路に排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路内を還流する排気の量を調整するＥＧＲ弁と、
前記過給機を迂回させて、前記ＥＧＲ通路と前記排気通路とをつなぐバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路から前記排気通路へ流入する排気の量を調整するバイパス弁と、
を備えた内燃機関の排気還流システムにおいて、
内燃機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態が所定の機関運転状態の場合に、前記吸気絞り弁を絞ることなく、前記バイパス弁と前記ＥＧＲ弁と前記過給機とのうち少なくともいずれかを制御することにより、内燃機関に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの割合に相当するＥＧＲ率を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。

このように構成することにより、吸気絞り弁を絞ることなく、ＥＧＲガスを吸気通路に還流させることができるので、吸気絞り弁を絞ることにより生じていたエネルギーロスを抑制することができ、以て燃料消費率の悪化を抑制することが可能となる。

そして、上記の構成において、前記所定の機関運転状態とは、前記バイパス弁が閉弁状態にあるという条件下では、前記制御手段が少なくとも前記吸気絞り弁を絞る制御を実行することによりＥＧＲ率を制御している機関運転状態であるとよい。

バイパス弁が閉弁状態にあるという条件における内燃機関は、バイパス通路が設けられていない内燃機関に相当するものであり、このような内燃機関においては、ＥＧＲガスを吸気通路に還流させるべき機関運転状態では、吸気絞り弁を絞る必要があった。ここで、ＥＧＲガスを吸気通路に還流させるべき機関運転状態とは、例えば、内燃機関の低負荷運転時を例示することができる。このような、従来、吸気絞り弁を絞る必要があった機関運転状態において、本発明を適用することにより、吸気絞り弁を絞ることなくＥＧＲガスを吸気通路に還流させることができるものである。

また、上記の構成において、前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態が所定の機関運転状態の場合、前記制御手段は前記吸気絞り弁を全開にすることも好ましい。

このように、吸気絞り弁の開度を全開とすることにより、吸入空気が吸気絞り弁で絞られることはないので、吸入空気が吸気絞り弁で絞られることにより発生するエネルギーロスを抑制することができる。

また、上記の構成において、前記過給機が、可変容量型過給機からなることも好ましい。

過給機が可変容量型過給機からなることにより、吸入空気の量を過給機で制御することができるので、制御手段による制御の自由度を高めることができる。

また、上記の構成において、前記制御手段は、機関冷間時には、前記可変容量型過給機に設けられたノズルベーンの開度を閉じ側に調整することも好ましい。

ノズルベーンの開度を閉じ側にすることにより、内燃機関から排出された排気がＥＧＲ通路側に流れる割合を大きくすることができる。これにより、排気の熱エネルギーが過給機で使われる（仕事をする）ことを抑制することができ、温度低下が抑制された状態の排気がより多くＥＧＲ通路やバイパス通路を流れるので、機関冷間時の内燃機関を早期に暖機することができる。これにより、燃料消費率の向上を図ることが可能となる。ここで、ノズルベーンの開度は、全閉（可能な限り閉じ側）とすると、より効果的である。

さらに、温度低下が抑制された状態の排気が、排気通路に設けられた排気浄化装置に流入することにより、排気浄化装置を早期に活性状態にすることができるので、排気エミッションの向上を図ることも可能となる。

また、ＥＧＲガスを冷却するためのものであって、熱媒体を介して内燃機関と熱交換を行う熱交換器としての機能を有するＥＧＲクーラがＥＧＲ通路に設けられているとよい。機関冷間時には、内燃機関から排出された排気がＥＧＲクーラに流入することによってＥＧＲクーラの温度が上昇し、これにより、熱媒体を介して内燃機関の温度も上昇することとなる。すなわち、内燃機関の早期暖機化を図ることができる。

ここで、本発明に係る内燃機関の排気還流システムは次のようにいうこともできる。すなわち、内燃機関の吸気通路に設けられ、内燃機関への吸入空気の量を調整する吸気絞り弁と、
内燃機関から排出される排気により駆動されて吸入空気を圧縮する過給機と、
前記吸気通路のうち前記吸気絞り弁よりも下流と、内燃機関の排気通路のうち前記過給機よりも上流とをつなぎ、該排気通路から該吸気通路に排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路内を還流する排気の量を調整するＥＧＲ弁と、
前記過給機を迂回させて、前記ＥＧＲ通路と前記排気通路とをつなぐバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路から前記排気通路へ流入する排気の量を調整するバイパス弁と、
を備えた内燃機関の排気還流システムにおいて、
内燃機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態に基づいて、前記ＥＧＲ通路を還流するＥＧＲガスの目標量を算出する目標ＥＧＲ量算出手段と、
前記目標ＥＧＲ量算出手段により算出された目標量が、機関運転状態に基づいて設定される所定値を超えた場合に、前記吸気絞り弁を絞ることなく、前記バイパス弁と前記ＥＧＲ弁と前記過給機とのうち少なくともいずれかを制御することにより、前記ＥＧＲ通路を還流するＥＧＲガスの量を制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする。

また、上記の構成において、前記バイパス弁が閉弁状態にあるという条件下では、前記目標ＥＧＲ量算出手段により算出された目標量が、機関運転状態に基づいて設定される所定値を超えた場合、前記制御手段は少なくとも前記吸気絞り弁を絞る制御を実行することによりＥＧＲガスの量を制御しているとよい。このように、バイパス弁が閉弁状態にあるという条件下では、吸気絞り弁を絞らないと、吸気通路にＥＧＲガスを還流させることができないようなＥＧＲガスの量を所定値としている。そして、目標ＥＧＲ量算出手段により算出された目標量が、機関運転状態に基づいて設定される所定値を超えた場合とは、例えば、内燃機関の運転状態が低負荷運転時である場合を例示することができる。

また、上記の構成において、前記目標ＥＧＲ量算出手段により算出された目標量が、機関運転状態に基づいて設定される所定値を超えた場合、前記制御手段は前記吸気絞り弁を全開にすることも好ましい。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

本発明によれば、吸気絞り弁を絞ることに起因する燃料消費率の悪化を招くことなく、ＥＧＲガスを吸気系に還流させることができる技術を提供することが可能となる。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。内燃機関１は、燃料供給系１０、気筒（燃焼室）２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンである。まず、本実施の形態に係る内燃機関１の基本構造及び機能について説明する。

燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、機関燃料通路１４等を備えて構成される。

サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路１４を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して気筒２０内に燃料を噴射供給する。

吸気系３０は、各気筒２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路３１）を形成する。また、吸気通路３１には、該吸気通路３１内を流れる吸気の流量を調整する吸気絞り弁３２が設けられている。この吸気絞り弁３２は、その開度を無段階に調節することのできる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を変更し、同吸入空気の供給量（流量）を調整する機能を有する。

一方、排気系４０は、各気筒２０から排出される排気ガスの通路を形成する。排気ガスの通路としては、排気の流れ方向に沿って上流から下流にかけ、エキゾーストマニホールド４１、排気通路４２が順次配設されている。

また、この内燃機関１には、可変ノズルベーン式の可変容量型過給機（ターボチャージャ）５０が設けられている。ターボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された回転体５２，５３を備える。一方の回転体（タービンホイール）５２は排気系４０内の排気に晒され、他方の回転体（コンプレッサホイール）５３は、吸気系３０内の吸気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ５０は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。また、タービンホイール５２が設けられるタービンハウジング５４には、タービンハウジング５４内の排気通路（ノズル通路）の断面積を変更させるノズルベーンが内装されている。

また、内燃機関１には、吸気通路３１とエキゾーストマニホールド４１とを連通する排気還流通路（以下、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路という）６０が設けられている。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を適宜吸気通路３１に戻す機能を有する。

ＥＧＲ通路６０には、同通路６０内を流れるガス（以下、ＥＧＲガスという）の流れ方向（図１中において矢印で示す）に沿って上流（排気系４０側）から下流（吸気系３０側）にかけ、ＥＧＲクーラ６１、ＥＧＲ弁６２が、順次配設されている。

ＥＧＲクーラ６１は、ＥＧＲ通路６０の周囲を取り巻くように設けられ、ＥＧＲガスを冷却するための熱交換器である。ＥＧＲ弁６２は、無段階に開閉される電子制御弁（開閉弁）であり、ＥＧＲガスの流量（以下、ＥＧＲ量という場合もある）を自在に調整することができる。なお、排気系４０において、エキゾーストマニホールド４１とＥＧＲ通路６０との合流部６３よりも下流にターボチャージャ５０が設けられていることになる。

また、内燃機関１には、ＥＧＲ通路６０と排気通路４２とを連通するバイパス通路７０が設けられている。

バイパス通路７０がＥＧＲ通路６０に合流する合流部７１は、ＥＧＲ通路６０においてＥＧＲクーラ６１よりも下流（吸気系３０側）であって、かつ、ＥＧＲ弁６２よりも上流
（排気系４０側）に設けられている。

また、バイパス通路７０が排気通路４２に合流する合流部７２は、排気通路４２においてターボチャージャ５０よりも下流に設けられている。

そして、バイパス通路７０には、ＥＣＵ８０の指令信号に従って無段階に開閉される電子制御弁（開閉弁）であるバイパス弁７３が設けられている。バイパス弁７３は、ＥＧＲ通路６０からバイパス通路７０を介して排気通路４２に流入するＥＧＲガスの流量を自在に調整することができる。

また、排気通路４２においては、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）等を浄化する排気浄化装置（以下、触媒という）４３が設けられている。触媒４３は、バイパス通路７０が排気通路４２に合流する合流部７２よりも下流に設けられている。

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（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）８０が併設されている。このＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいて、例えば、内燃機関１の運転状態を検出し、内燃機関１の各種構成要素を統括制御する。

ＥＣＵ８０には、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサ（図示略）、内燃機関１内を循環する冷却水の温度（冷却水温）に応じた信号を出力する水温センサ８１、吸気系３０を通じて気筒２０に導入される空気の流量（吸入空気量）に応じた信号を出力するエアフロメータ（図示略）、運転者によるアクセルペダル（図示略）の踏込量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ（図示略）等、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ８０に入力されるようになっている。

また、ＥＣＵ８０は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、負荷の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ８０が入力した各種信号やＥＣＵ８０が演算して得られた各種制御値は、該ＥＣＵ８０のＲＡＭに一時的に記憶される。

更に、ＥＣＵ８０は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁１３，吸気絞り弁３２，ターボチャージャ５０（ノズルベーン），ＥＧＲ弁６２，バイパス弁７３などを制御し、また、定期的に後述するようなＥＧＲ制御などを実行する。ここで、ＥＣＵ８０や内燃機関１の運転状態に関する情報を提供する各種センサは、本発明に係る制御手段や機関運転状態検出手段や目標ＥＧＲ量算出手段を構成している。

次に、ＥＣＵ８０により実行されるＥＧＲ制御について説明する。

ＥＧＲにより排気中のＮＯｘを抑制する場合には、燃焼の悪化やＰＭの増大が生じない範囲でＮＯｘの抑制効果が最大になるようにＥＧＲ率（気筒２０に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの割合、すなわち、ＥＧＲ量／（吸入空気（新気）量＋ＥＧＲ量）をＥＧＲ率という）を内燃機関１の運転状態に応じて正確に制御する必要がある。

このため、ＥＧＲ率は、機関運転状態に応じて最適な値となるよう実験等に基づいて設定している。そして、このＥＧＲ率が機関運転状態に応じて所定の値となるように予め各運転状態に対して設定されたＥＧＲ量を目標ＥＧＲ量としている。すなわち、機関回転数と負荷とから定まる機関運転状態に対して最適なＥＧＲ率を得るための目標ＥＧＲ量を予め実験等により算出しており、この目標ＥＧＲ量の値は機関回転数と負荷とをパラメータとして用いたマップの形でＥＣＵ８０のＲＯＭに記憶させている。

そして、気筒２０に吸入されるＥＧＲ量（質量流量）を検出または推定し、このＥＧＲ量が機関運転状態に応じて定まる目標値になるように、吸気絞り弁３２，ターボチャージャ５０（ノズルベーン），ＥＧＲ弁６２，バイパス弁７３のうち少なくとも１つの弁開度をフィードバック制御することにより、内燃機関１には運転状態に応じた最適な量のＥＧＲガスを供給することができる。これにより、内燃機関１の吸気中のＥＧＲ量とＥＧＲ率が運転状態に応じた最適な値に制御されるようになり、排気中のＰＭ量の増大や排気スモークの発生を生じることなく排気中のＮＯｘを最大限に低減することが可能となる。

ここで、ＥＧＲ量を検出または推定する検出手段としては、例えば、吸気絞り弁３２の上流側および下流側の通路の圧力を検出する手段と、吸気絞り弁３２の開弁量を検出する手段とにより構成され、吸気絞り弁３２の上流側および下流側の通路の圧力と、吸気絞り弁３２の開弁量とから推定することができる。また、吸入空気量を検出するためのエアフロメータにより内燃機関１に吸入される実際の吸入空気量を検出することにより内燃機関１の運転状態に基づいてＥＧＲ量を推定するものであってもよい。

このように、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ率とＥＧＲ量とを機関運転状態に応じた最適な値に制御するために、吸気絞り弁３２，ターボチャージャ５０（ノズルベーン），ＥＧＲ弁６２，バイパス弁７３のうち少なくとも１つを制御する弁制御を実行している。以下に、ＥＣＵ８０により機関運転状態に基づいて実行される弁制御について説明する。

まず、内燃機関１が暖機中の弁制御について説明する。

内燃機関１の暖機中においては、ターボチャージャ５０のノズルベーンを全閉、バイパス弁７３を全開とし、ＥＧＲ弁６２の開度を調整することにより吸入空気量及びＥＧＲ量を調整することによりＥＧＲ率を制御することとしている。

ターボチャージャ５０のノズルベーンの開度を全閉とすることにより、ターボチャージャ５０を通って排気通路４２に流れる排気の量を低減させて、ＥＧＲ通路６０側へ流入する排気の量を増量することができる。これにより、ＥＧＲクーラ６１に流入するＥＧＲガスの流量を確保することができるので、ＥＧＲクーラ６１の温度を上昇させることができる。したがって、機関冷間時においては、ＥＧＲクーラ６１による熱交換によって内燃機関の暖機性を向上することができ、以て燃料消費率の向上を図ることが可能となる。

ここで、機関冷間時においては、ＥＧＲクーラ６１に流入するＥＧＲガスの量を確保するためにバイパス弁７３を全開とするものであるが、バイパス弁７３を全開とした状態で、過給が必要となる機関運転状態となった場合には、過給圧が不足してしまうことが懸念される。

このような場合には、バイパス弁７３の開度を制御することにより過給圧を調整し、ＥＧＲ弁６２を制御することにより吸入空気量を調整するとよい。バイパス弁７３の開度を閉じ側にする程、ターボチャージャ５０側への排気の量を増量させることができるので、これにより、過給圧を確保することができるようになる。さらに、ＥＧＲ弁６２を制御してＥＧＲ率を調整することにより、機関冷間時においてターボチャージャ５０のノズルベ
ーンを全閉に固定した場合でも、目標とする機関運転状態を容易に実現することができる。

なお、ターボチャージャ５０のノズルベーンの開度は、全閉とするのが好ましいが、ターボチャージャ５０を通って排気通路４２に流れる排気の量を低減させることができれば、閉じ側に調整されるものであってもよい。

また、ＥＣＵ８０は、内燃機関の温度を検出する温度検出手段を構成する水温センサ８１の検出結果が所定温度以下であると判定した場合に、機関冷間時であると判断するとよい。また、ＥＣＵ８０は、過給圧を検出または推定する過給圧検出手段の検出結果が所定値以下である場合に、過給圧が不足したと判定するとよい。

次に、内燃機関１の暖機終了後の高負荷運転領域における弁制御について説明する。

内燃機関１の暖機終了後の高負荷運転領域は、吸気系３０に還流させるＥＧＲガスが比較的少ない運転領域（低ＥＧＲ運転領域）である。

このような低ＥＧＲ運転領域では、バイパス弁７３を全閉とし、吸気絞り弁３２，ターボチャージャ５０（ノズルベーン），ＥＧＲ弁６２においては、通常作動時（バイパス通路７０が設けられていない場合）と同様の調整が行われる。

次に、内燃機関１の暖機終了後の低負荷運転領域における弁制御について説明する。

内燃機関１の暖機終了後の低負荷運転領域は、吸気系３０に還流させるＥＧＲガスが比較的多い運転領域（高ＥＧＲ運転領域）である。

このような高ＥＧＲ運転領域においては、吸気絞り弁３２を全開とし、ターボチャージャ５０（ノズルベーン），ＥＧＲ弁６２，バイパス弁７３のうち少なくともいずれかの開度を調整することによりＥＧＲ率を制御することとしている。

従来のような、バイパス通路７０及びバイパス弁７３を備えていない内燃機関において、内燃機関の暖機終了後の低負荷運転時等においてＥＧＲガスを吸気系に還流させたい場合には、ターボチャージャで過給が行われて圧縮された吸入空気の量を低減させるため、吸気絞り弁を絞る必要がある。また、本実施の形態に係る内燃機関１において、バイパス弁７３の開度を全閉とした場合にも、内燃機関１の暖機終了後の低負荷運転時等にＥＧＲガスを吸気系３０に還流させるには、ターボチャージャ５０で過給が行われて圧縮された吸入空気の量を低減させるため、吸気絞り弁３２を絞る必要がある。

しかしながら、ターボチャージャ５０によって圧縮された吸入空気が、吸気絞り弁３２により絞られて、気筒２０内に流入する量が低減される場合には、エネルギーロスが生じてしまうことが懸念される。

そこで、本実施の形態においては、バイパス通路７０及びバイパス弁７３を設け、内燃機関１の暖機終了後の低負荷運転時等の高ＥＧＲ運転領域においては、吸気絞り弁３２を全開とし、ターボチャージャ５０のノズルベーン，ＥＧＲ弁６２，バイパス弁７３のうち少なくともいずれかの開度を調整するものである。
ここで、ＥＣＵ８０は、バイパス弁７３の開度を全閉とした条件下において、吸気絞り弁３２を絞らないと、吸気通路３１にＥＧＲガスを還流させることができないようなＥＧＲガスの量を所定値として、機関回転数と負荷とをパラメータとして用いた（機関運転状態に基づいた）マップの形でＥＣＵ８０のＲＯＭに記憶させておくとよい。そして、機関
運転状態に基づいて算出される目標ＥＧＲ量が、当該機関運転状態に基づいた所定値を超えた場合に、高ＥＧＲ運転領域であると判定するとよい。

バイパス弁７３の開度を調整することにより、排気通路４２の合流部６３からＥＧＲ通路６０側に流れる排気の流量と、ターボチャージャ５０側に流れる排気の流量との割合を調整することができる。また、ＥＧＲ弁６２の開度調整とともにバイパス弁７３の開度を調整することによりＥＧＲガスが吸気通路３１に還流する量を調整することができる。また、ターボチャージャ５０のノズルベーンの開度を調整することにより、ターボチャージャ５０による過給圧を調整することができ、以て吸入空気の流量を調整することができる。

ここで、内燃機関１の暖機終了後の低負荷運転時等の高ＥＧＲ運転領域においては、バイパス弁７３の開度は、タービンホイール５２を回転させることができる程度の（最小限に近い）量の排気が合流部６３からターボチャージャ５０側に流れるように調整されるとよい。また、ターボチャージャ５０のノズルベーンの開度は、吸入空気が必要以上に圧縮されない程度の開度に調整されるとよい。吸入空気が必要以上に圧縮されない程度の開度とは、高ＥＧＲ運転領域においてＥＧＲガスを吸気通路３１に還流させたい場合に、吸気絞り弁３２を絞る必要がないような吸入空気の量とする開度である。

また、ＥＧＲ弁６２の開度は、吸気通路３１に還流するＥＧＲガスが、目標ＥＧＲ量となるように調整されるとよい。また、吸気通路３１に還流するＥＧＲガスの量が過剰に多くなってしまうような場合には、ＥＧＲ弁６２の開度を閉じ側に調整するとよく、これに加えてさらにバイパス弁７３の開度を開き側に調整してもよい。

このように、本実施の形態によれば、バイパス通路７０を設けることにより、ＥＧＲ通路６０を介してバイパス通路７０から排気通路４２へ排気を排出させることができるので、ターボチャージャ５０に流入する排気を低減させることができる。そして、ターボチャージャ５０に流入する排気が低減することによって、ターボチャージャ５０による過給圧が抑制されるので、ターボチャージャ５０により吸入空気が圧縮されることを抑制することができる。このように吸入空気の圧力が抑制されることによって、ＥＧＲガスを吸気系３０に還流させるために吸気絞り弁３２を絞る必要がなくなる。ＥＧＲガスを吸気系３０に還流させる場合には、主としてＥＧＲ弁６２の開度を調整すればよいことになる。

したがって、内燃機関１の暖機終了後の低負荷運転時等の高ＥＧＲ運転領域において、吸気絞り弁３２を絞ることなくＥＧＲガスが吸気系３０に還流する量を確保することが可能となる。これにより、吸気絞り弁３２を全開とすることができるので、ターボチャージャ５０により過給された後に吸気絞り弁３２を絞ることによって生じていたエネルギーロスを抑制することが可能となる。そして、このエネルギーロスが抑制されることによって、機関出力の低下が抑制されるので、燃料消費率の悪化を抑制することが可能となる。

また、機関出力の低下が抑制されることにより、内燃機関１から排出される排気の温度は、吸気絞り弁３２を絞った場合よりも高い状態となる。したがって、内燃機関１の暖機終了後の低負荷運転時等の高ＥＧＲ運転領域において、吸気絞り弁３２を絞っていた場合よりも、排気の温度を高く維持することができるようになる。これにより、温度の高い状態の排気が触媒４３に流入するようになり、触媒４３の保温性の向上を図ることができ、特に、低負荷運転時における触媒４３の温度低下を抑制することができる。

さらに、内燃機関１から排出された排気を、バイパス通路７０を介して排気通路４２に流入させた場合には、ターボチャージャ５０を迂回させることができるので、排気の熱エネルギーがターボチャージャ５０での回転エネルギーとなることはない。すなわち、内燃
機関１から排出された排気を、ターボチャージャ５０を迂回させバイパス通路７０を経由させて排気通路４２に流入させることにより、排気の熱エネルギーの低下は抑制されるので、排気はその温度の低下が抑制された状態で下流へと流れて触媒４３に流入することとなり、触媒４３の保温性の向上を図ることができ、特に、低負荷運転時における触媒４３の温度低下を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、吸気絞り弁の開度を全開としていたが、吸気絞り弁を調整することによって吸入空気の量が低減しない範囲や、エネルギーロスが発生しない範囲であれば、ＥＣＵ８０により調整されるものであってもよい。

また、本実施の形態において、機関運転状態に基づいてＥＣＵ８０がＥＧＲ率を調整することについて説明したが、ＥＣＵ８０は上述した弁制御を実行することにより、過給圧や吸気量についても調整することが可能である。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の概略構成を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
１０ 燃料供給系
１１ サプライポンプ
１２ コモンレール
１３ 燃料噴射弁
１４ 機関燃料通路
２０ 気筒
３０ 吸気系
３１ 吸気通路
３２ 吸気絞り弁
４０ 排気系
４１ エキゾーストマニホールド
４２ 排気通路
４３ 触媒
５０ ターボチャージャ
５１ シャフト
５２ タービンホイール
５３ コンプレッサホイール
５４ タービンハウジング
６０ ＥＧＲ通路
６１ ＥＧＲクーラ
６２ ＥＧＲ弁
６３，７１，７２ 合流部
７０ バイパス通路
７３ バイパス弁
８０ ＥＣＵ
８１ 水温センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられ、内燃機関への吸入空気の量を調整する吸気絞り弁と、
   内燃機関から排出される排気により駆動されて吸入空気を圧縮する過給機と、
   前記吸気通路のうち前記吸気絞り弁よりも下流と、内燃機関の排気通路のうち前記過給機よりも上流とをつなぎ、該排気通路から該吸気通路に排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路内を還流する排気の量を調整するＥＧＲ弁と、
   前記過給機を迂回させて、前記ＥＧＲ通路と前記排気通路とをつなぐバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路から前記排気通路へ流入する排気の量を調整するバイパス弁と、
   を備えた内燃機関の排気還流システムにおいて、
   内燃機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
   前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態が所定の機関運転状態の場合に、前記吸気絞り弁を絞ることなく、前記バイパス弁と前記ＥＧＲ弁と前記過給機とのうち少なくともいずれかを制御することにより、内燃機関に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの割合に相当するＥＧＲ率を制御する制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする内燃機関の排気還流システム。
2. 前記所定の機関運転状態とは、前記バイパス弁が閉弁状態にあるという条件下では、前記制御手段が少なくとも前記吸気絞り弁を絞る制御を実行することによりＥＧＲ率を制御している機関運転状態であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流システム。
3. 前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態が所定の機関運転状態の場合、前記制御手段は前記吸気絞り弁を全開にすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気還流システム。
4. 前記過給機が、可変容量型過給機からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気還流システム。
5. 前記制御手段は、機関冷間時には、前記可変容量型過給機に設けられたノズルベーンの開度を閉じ側に調整することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気還流システム。

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