JP2005320940A - 内燃機関の排気還流システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＧＲ通路、及び、該ＥＧＲ通路と排気通路とをつなぐバイパス通路が設けられた内燃機関において、吸入空気の一部を排気通路に流入させることができる技術を提供する。
【解決手段】 ＥＧＲ通路６０内を還流する排気の量を調整するＥＧＲ弁６２を、ＥＧＲ通路６０とバイパス通路７０とが接続する接続部７１よりも排気系４０側のＥＧＲ通路６０に設ける。そして、吸入空気の一部を排気通路４２に流入させる必要がある場合には、ＥＣＵ８０により、ＥＧＲ弁６２を絞るとともに、バイパス弁７３を開弁さる弁制御が実行される。
【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）。

また、吸入空気の一部を排気管の最上流部にバイパスすることにより、排気管内を流れる排気の温度を低減させる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−８２１８４号公報 特開２００２−１８８４５０号公報 特開平９−８８５６３号公報 特開２００３−２０１８２８号公報

ところで、上述したような排気還流装置において、バイパス通路を用いることにより吸入空気の一部を排気通路に流入させるためには、ＥＧＲ弁及び制御弁を開弁させる必要がある。しかしながら、ＥＧＲ弁及び制御弁を開弁させた場合に、排気の圧力、すなわち、背圧が過給圧よりも高い状況では、吸入空気を排気通路へ流入させることが困難となってしまう。

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、ＥＧＲ通路、及び、該ＥＧＲ通路と排気通路とをつなぐバイパス通路が設けられた内燃機関において、吸入空気の一部を排気通路に流入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通路内を還流する排気の量を調整するＥＧＲ弁の配置について着目したもので、背圧が高くなるような状態においても、吸入空気の一部を排気通路に流入させることができる位置にＥＧＲ弁を配置したことを要旨とする。

本発明は、具体的には、内燃機関の排気系及び吸気系に接続し、排気系から吸気系に排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、
排気系と前記ＥＧＲ通路とが接続する接続部よりも下流の排気系、及び、前記ＥＧＲ通路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排気系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、
前記ＥＧＲ通路内を還流する排気の量を調整するＥＧＲ弁を、前記ＥＧＲ通路と前記バイパス通路とが接続する接続部よりも排気系側の該ＥＧＲ通路に設けたことを特徴とする。

このように構成することにより、背圧が高くなるような状態においては、ＥＧＲ弁を閉弁することによって、背圧の影響を受けることなく、吸入空気の一部を排気通路に流入させることができるようになる。

ここで、ＥＧＲ弁を閉弁させるタイミングとしては、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させる必要がある場合に閉弁させるとよく、これは、機関運転状態に基づいて判定されるとよい。

すなわち、上記の構成において、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内燃機関の運転状態に基づいて、吸気系から前記ＥＧＲ通路及び前記バイパス通路を通して排気系へ吸入空気を流入させる必要があるか否かを判定するバイパス判定手段と、
前記バイパス判定手段により吸気系から排気系へ吸入空気を流入させる必要があると判定された場合に、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに、前記バイパス弁を開弁する制御を行う制御手段と、
をさらに備えるとよい。

また、排気系において、排気の流量を絞るような手段、例えば、排気絞り弁や、排気ブレーキなどが設けられているような場合や、排気浄化手段として適用されたパティキュレートフィルタが詰まってしまった（いわゆる、ＰＭ詰まりが生じた）場合などにおいては、排気系の圧力の方が吸気系の圧力よりも高くなってしまう場合がある。このような場合に、ＥＧＲ弁を閉弁するとともに、バイパス弁を開弁する制御を行うと、排気系の排気が吸気系に流入してしまうことが懸念される。

そこで、上記の構成において、吸気系と前記ＥＧＲ通路との接続部より上流の吸気系の吸入空気の圧力を検出する吸気圧検出手段と、
排気系と前記バイパス通路との接続部近傍の排気の圧力を検出する排気圧検出手段と、
前記吸気圧検出手段により検出された吸入空気の圧力が、前記排気圧検出手段により検出された排気の圧力よりも高いか否かを判定する圧力判定手段と、
をさらに備え、
前記圧力判定手段により、前記吸気圧検出手段により検出された吸入空気の圧力の方が、前記排気圧検出手段により検出された排気の圧力よりも高いと判定された場合であって、前記バイパス判定手段により吸気系から吸入空気を排気系へ流入させる必要があると判定された場合に、前記制御手段は、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに、前記バイパス弁を開弁する制御を行うとよい。

これにより、吸気系の圧力の方が排気系の圧力よりも高い場合に、ＥＧＲ弁を閉弁しバイパス弁を開弁する制御が行われることとなり、排気系の排気が吸気系に流入してしまうことを抑制することができる。

ここで、排気を浄化するための排気浄化手段においては、排気浄化手段の温度が上昇し過ぎると、排気浄化率が低下してしまい、排気エミッションの悪化を招いてしまうことが懸念される。また、排気浄化手段の温度が過剰に上昇し過ぎると、熱劣化を生じさせてしまうおそれがある。このような場合には、排気浄化手段の温度を低下させることが必要となる。そこで、排気浄化手段の温度を低下させる必要がある場合には、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させることによって、排気浄化手段の温度を低下させるとよい。

すなわち、上記の構成において、排気系と前記バイパス通路とが接続する接続部よりも下流の排気系に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、
前記機関運転状態検出手段により検出された内燃機関の運転状態に基づいて、前記排気浄化手段の温度を低下させる必要があるか否かを判定する温度判定手段と、
をさらに備え、
前記バイパス判定手段は、前記温度判定手段により前記排気浄化手段の温度を低下させる必要があると判定された場合に、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させる必要があると判定するとよい。

これにより、排気浄化手段の温度が上昇し過ぎることを抑制することができるので、排気浄化率が低下して排気エミッションの悪化してしまうことを抑制することができ、また、排気浄化手段の熱劣化の発生を抑制することが可能となる。

また、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させた場合においては、排気系の酸素量が増量する（酸素濃度が濃くなる）こととなる。この場合には、増量した酸素が、未燃燃料（例えば、ＨＣやＣＯ）などと排気浄化手段上で反応することにより、その反応熱で排気浄化手段の温度が上昇することとなる。したがって、排気浄化手段の温度を上昇させたいような状況において、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させるとよい。

すなわち、上記の構成において、排気系と前記バイパス通路とが接続する接続部よりも下流の排気系に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、
前記機関運転状態検出手段により検出された内燃機関の運転状態に基づいて、前記排気浄化手段に酸素を供給する必要があるか否かを判定する酸素供給判定手段と、
をさらに備え、
前記バイパス判定手段は、前記酸素供給判定手段により前記排気浄化手段に酸素を供給する必要があると判定された場合に、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させる必要があると判定するとよい。

これにより、排気浄化手段に酸素を供給する必要がある場合には、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させることにより、より確実に、より早く排気浄化手段に酸素を供給することができる。したがって、排気浄化手段の温度を上昇させる昇温制御を実行したいような場合においても、より確実に、より早く昇温制御を実行することができる。ここで、昇温制御とは、排気浄化手段としてパティキュレートフィルタが適用される場合における当該パティキュレートフィルタに捕集されている煤等の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を除去するＰＭ再生処理制御や、排気浄化手段として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が適用される場合における当該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復制御における昇温制御時等を例示することができる。

また、上記の構成において、排気系と前記ＥＧＲ通路との接続部よりも下流の排気系であって、かつ、排気系と前記バイパス通路との接続部よりも上流の排気系に設けられ、ノズルベーンを有して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可変容量型過給機をさらに備え、
前記制御手段は、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに、前記バイパス弁を開弁する制御を行う場合に、さらに、前記ノズルベーンの開度をより閉じ側に調整するとよい。

ＥＧＲ弁を閉弁するとともに、バイパス弁を開弁する制御を行うことにより、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させた場合には、内燃機関の気筒内に流入する吸気量が減少することとなってしまい、過給圧の低下を招くことが懸念される。そこで、ＥＧＲ弁を閉弁するとともに、バイパス弁を開弁する制御を行う場合に、さらに、ノズルベーンの開度をより閉じ側に調整することにより、過給圧の低下を抑制することが可能となる。

また、上記の構成において、前記ＥＧＲ通路を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラを、前記ＥＧＲ弁よりも排気系側の前記ＥＧＲ通路に設けてもよい。

ＥＧＲクーラは、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
るもので、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を上昇させることができる。すなわち、内燃機関の早期暖機化を図ることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

本発明によれば、ＥＧＲ通路、及び、該ＥＧＲ通路と排気通路とをつなぐバイパス通路が設けられた内燃機関において、吸入空気の一部を排気通路に流入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Ａ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。機関冷間時などＥＧＲクーラ６１の温度が低下している場合においては、内燃機関１から排出された排気がＥＧＲクーラ６１に流入することにより、ＥＧＲクーラ６１の温度が上昇することとなる。これにより、熱交換によって機関の冷却水の温度を上昇させることができるので、内燃機関の暖機性の向上、燃料消費率の向上を図ることが可能となる。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との接続部（排気の一部がＥＧＲ通路６０に分流する分流部）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とＥＧＲ通路６０とが接続する接続部（ＥＧＲ通路６０を流れるＥＧＲガスの一部がバイパス通路７０に分流する分流部）７１は、ＥＧＲ通路６０においてＥＧＲクーラ６１及びＥＧＲ弁６２よりも下流（吸気系３０側）に設けられている。

また、バイパス通路７０と排気通路４２とが接続する接続部（バイパス通路７０を流れるＥＧＲガスが排気通路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、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ガスの流量を調整するバイパス弁７３が設けられている。このバイパス弁７３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ＥＧＲガスの流路面積を変更し、ＥＧＲガスの流量を調整する機能を有する。

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（排気浄化手段、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と排気通路４２とが接続する接続部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，ＥＧＲ弁６２，バイパス弁７３，ターボチャージャ５０（ノズルベーン）などを制御する。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バイパス判定手段や圧力判定手段や温度判定手段や酸素供給判定手段を構成している。

次に、本実施の形態の特徴について説明する。

本実施の形態において、ＥＧＲ弁６２は、上述したように、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、バイパス通路７０との接続部７１よりも上流（排気系４０側）に設けられている。

このようにＥＧＲ弁６２を配設することにより、ＥＧＲ弁６２を絞る（閉弁する）ことで、ＥＧＲ通路６０においてバイパス通路７０とＥＧＲ通路６０との接続部７１よりも排気系４０側で、ＥＧＲ通路６０を塞ぐことができる。すなわち、ＥＧＲ通路６０において、エキゾーストマニホールド４１から吸気通路３１側に向かうＥＧＲガスの流れを、接続部７１よりも排気系４０側でとめることができる。

このような状態で、さらに、バイパス弁７３を開弁することによって、吸気通路３１を流れる吸入空気の一部を、図１に示す矢印Ｂのように、ＥＧＲ通路６０→接続部７１→バイパス通路７０の順に通して排気通路４２に流入させることができる。

そして、ＥＣＵ８０により吸入空気を排気通路４２に流入させる必要があるかどうかを判定させて、吸入空気を排気通路４２に流入させたい場合には、内燃機関１から排出される排気の圧力、いわゆる背圧が大きくなるような場合があっても、ＥＧＲ弁６２を絞ることで接続部７１よりも排気系４０側でＥＧＲ通路６０を塞ぐことができるので、吸入空気が背圧の影響によって吸気通路３１側に戻されることなく吸入空気を排気通路４２に流入させることができる。

このようにして、吸気通路３１を流れる吸入空気の一部を排気通路４２に流入させることできるようになると、これにより、触媒４３の温度を低下させたり、触媒４３の温度を上昇させたりすることが可能となる。

以下に、触媒４３の温度を低下させたり、触媒４３の温度を上昇させたりする場合について説明する。

まず、触媒４３の温度を低下させる場合について説明する。触媒４３の温度を低下させる場合とは、例えば、排気温度が高く、触媒４３の浄化ウィンドウを外れてしまうような場合である。

図２は、触媒４３の浄化ウィンドウを示す図である。排気温度が高くなり、排気の温度が図に示すａ（所定温度）以上となった場合には、触媒の排気浄化率が低下してしまい、排気エミッションの悪化を招くおそれがある。

したがって、排気温度が図２に示すａ以上となった場合には、ＥＣＵ８０により、ＥＧＲ弁６２を閉弁するとともにバイパス弁７３を開弁する弁制御を実行させる。これには、例えば、ＥＣＵ８０は、触媒４３に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ４４の検出値が図２に示すａ以上であるかどうかを判定する。そして、ＥＣＵ８０が排気温度センサ４４の検出値がａ以上であるかと判定した場合、ＥＣＵ８０は、触媒４３の温度を低下させる必要がある（吸入空気を排気通路４２に流入させる必要がある）と判定し、ＥＧＲ弁６２を絞るとともに、バイパス弁７３を開弁させる。この場合、ＥＣＵ８０は、本発明に係る制御手段や機関運転状態検出手段やバイパス判定手段や温度判定手段を構成している。

このようにＥＣＵ８０により弁制御が実行されることにより、吸気通路３１を流れる吸入空気の一部を排気通路４２に流入させることできるので、排気通路４２に流入した吸入空気が触媒４３に流入することによる冷却効果によって、触媒４３の温度を低下させることが可能となる。したがって、触媒４３の温度が上昇し過ぎることを抑制することができるので、触媒４３の排気浄化率が低下してしまうことを抑制する（高温側での排気浄化性能を確保する）ことができ、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。

なお、図２に示す関係は、図１に示すように接続部７２と触媒４３との間の排気通路４２に設けられた排気温度センサ４４により検出された排気温度、及び、触媒４３の排気浄化率の関係を示すものであるが、触媒４３の下流に設けた排気温度センサや、触媒４３の温度を検出または推定するために設けた床温センサの検出値や、水温センサ８１の検出値に対する、触媒４３の排気浄化率の関係を示す図（マップ）を用いてもよい。

次に、触媒４３の温度を上昇させる場合について説明する。触媒４３の温度を上昇させる場合とは、例えば、ＰＭ再生処理制御（いわゆるＰＭ強制再生）や、硫黄被毒回復制御（いわゆるＳ被毒再生）において、強制的に触媒温度を所定温度（例えば、６００℃）以上に上昇させる場合である。

ここで、ＰＭ再生処理制御について説明する。排気中に含まれる煤等のＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという場合もある）を触媒４３が有する場合においては、フィルタが捕集可能なＰＭ量には限りがあるため、フィルタに捕集されているＰＭを該フィルタから適宜除去させる必要がある。そこで、フィルタに捕集されているＰＭを除去する方法（ＰＭ再生処理）として、フィルタ内が酸化雰囲気（すなわち、酸素過剰な雰囲気）の状態で、ＰＭが酸化可能な温度域までフィルタを昇温させる（昇温制御）ことにより、ＰＭを酸化・除去している。

また、硫黄被毒回復制御について説明する。内燃機関１の燃料には硫黄成分が含まれているのが通常であり、排気中にはＮＯｘの他、このような燃料中の硫黄成分を起源とする硫黄成分（ＳＯｘ（硫黄酸化物）やＳなど）も存在する。排気中に存在する硫黄成分は、ＮＯｘに比べてより高い効率で触媒４３（この場合には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であると好ましい）に吸収され、しかも、同触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出するために十分な
条件下（排気中の酸素濃度が所定値を下回る条件下）にあっても当該触媒から容易には放出されない。このため、機関運転の継続に伴い、排気中の硫黄成分が徐々にＮＯｘ触媒に堆積していく、いわゆる硫黄被毒が生じることとなる。

そこで、硫黄被毒を防止或いは抑制するための方策として、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させ（昇温制御）、排気の空燃比（排気空燃比）を理論空燃比（ストイキ）若しくはストイキより少し濃いリッチと、リーンとを交互に繰り返す制御（硫黄被毒回復制御）が行われる。

また、昇温制御について説明する。昇温制御としては、燃料噴射弁１３により行われる、内燃機関１の圧縮上死点近傍で気筒２０内に燃料を噴射する通常の主燃料噴射（主噴射）に加えて、排気行程中又は膨張行程中に気筒２０内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程もしくは排気行程の上死点近傍で気筒２０内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を行うことが有効である。

ポスト噴射においては、排気行程中又は膨張行程中に噴射された燃料が未燃燃料として触媒４３に流入し、触媒４３との反応熱により該触媒の温度が上昇する。一方、ビゴム噴射においては、吸気行程又は排気行程の上死点近傍で噴射された燃料がその後の行程で蒸発して着火し易いものとなり燃焼を安定させるので、主噴射時期を遅延させることによりピストン運動に消費されるエネルギ量が減少し、それに伴い温度上昇した排気が触媒４３に到達することにより該触媒の温度が上昇する。更に噴射された燃料の未燃分が触媒４３に供給され、それが触媒上で酸化反応を起こし、以って該触媒の温度が上昇する。

副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予め導き出してマップ化しておきＲＯＭに記憶させておけば、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから算出することができる。

また、燃料を排気系４０に直接添加供給する燃料添加弁を設けることによっても、上述した副噴射と同様、未燃燃料を触媒４３に流入させることができるので、未燃燃料と触媒４３との反応熱により該触媒の温度を上昇させることができる。燃料添加弁による燃料添加では、一度に添加することのできる燃料量や添加タイミングの自由度が、副噴射による場合よりも大きい。

ここで、ＰＭ再生処理制御や硫黄被毒回復制御が実行される条件について説明する。

ＰＭ再生処理制御が実行される条件としては、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭ量が、所定量以上であるという条件を例示することができる。当該所定量は、ＰＭがパティキュレートフィルタに捕集されることによりパティキュレートフィルタの目詰まりを起こし、この目詰まりが排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関の出力低下を生じさせてしまう量である。パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭ量が所定量以上であるか否かを判定する方法としては、内燃機関の運転状態、例えば、機関回転数と負荷とＰＭ量との関係を予め導き出しマップ化しておき、そのマップと機関回転数と負荷とからＰＭ量を算出し、前回のＰＭ再生処理制御実行終了時から内燃機関の運転状態に基づいて算出されるＰＭ量を積算していくことによって推定する方法、パティキュレートフィルタの前後差圧（フィルタより上流の排気圧力とフィルタより下流の排気圧力との差圧）が所定圧以上であるときにパティキュレートフィルタに捕集されているＰＭ量が所定量以上であると判定する方法、あるいは、前回のＰＭ再生処理制御実行終了時からの燃料噴射量（吸入空気量等でもよい）の積算値が所定量以上であるときにパティキュレートフィルタに捕集されているＰＭ量が所定量以上であると判定する方法等を例示することができる。

また、硫黄被毒回復制御が実行される条件としては、硫黄被毒が解消されていない期間が所定期間に達しているか、あるいは硫黄被毒が解消されていない間に車輌が走行した距離が所定距離に達しているか等の条件を例示することができる。

そして、本実施の形態において、ＥＣＵ８０は、所定時間毎に上記のような昇温制御が実行されているか（実行されるか）どうかを判定している。昇温制御が実行されている（実行される）と判定された場合には、酸素を供給する必要があると判定して、ＥＧＲ弁６２を絞るとともに、バイパス弁７３を開弁させる弁制御を実行する。この場合、ＥＣＵ８０は、本発明に係る制御手段や機関運転状態検出手段やバイパス判定手段や酸素供給判定手段を構成している。

このようにＥＣＵ８０により弁制御が実行されることにより、吸気通路３１を流れる吸入空気の一部を排気通路４２に流入させることできる。これにより、ＰＭ再生処理制御や硫黄被毒回復制御における昇温制御時等のような、未燃燃料が増加した状況において、触媒４３に流入する酸素量を増量させることができる。そして、増量した酸素が、未燃燃料と触媒４３上で反応することにより、その反応熱で触媒４３の温度が上昇することとなる。

したがって、ＰＭ再生処理制御や硫黄被毒回復制御における昇温制御をより確実に、より早く実行することが可能となる。

次に、ＥＣＵ８０により、ＥＧＲ弁６２、及び、バイパス弁７３に加えてさらに、ターボチャージャ５０のノズルベーンの開度が制御される場合について説明する。

ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ弁６２を絞るとともにバイパス弁７３を開弁させる場合には、さらに、ターボチャージャ５０のノズルベーンの開度をより絞る制御を行なうとよい。

これにより、ＥＧＲ弁６２を絞るとともにバイパス弁７３を開弁させることにより、吸気通路３１を流れる吸入空気の一部を排気通路４２に流入させた場合に懸念される、気筒２０に流入する吸気量の減少を抑制することができるので、過給圧の低下を抑制することが可能となる。

さらに、このような場合には、バイパス弁７３の開度を調整することによって、過給圧が目標値となるように制御することも可能である。

また、ＥＣＵ８０は、燃焼の悪化やＰＭの増大が生じない範囲でＮＯｘやスモーク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制御している。しかしながら、機関運転状態によっては、気筒２０に流入する吸気量が減少したときに、ＥＣＵ８０により上述した弁制御が実行されている場合には、ＥＧＲ率を制御することが困難となり、スモークなどの発生による排気エミッションの悪化を招くことが懸念される。このような場合には、ＥＧＲ弁６２を開弁することによってＥＧＲ量を増量させ、気筒２０に流入する吸気量を増量させる必要が生じる。

したがって、機関運転状態や、排気エミッションに悪影響を与えない範囲において、ＥＧＲ率（ＥＧＲ量）の制御や、吸入空気を排気通路４２に流入させるための弁制御が実行されるとよい。

これには、例えば、ＥＧＲ率が機関運転状態に応じて最適な値となるよう予め実験等に
基づいて設定しておき、さらに、弁制御を実行すべき機関運転状態の領域（機関運転領域）を予め実験等に基づいて求めておくことにより、機関運転状態を表すパラメータ（例えば、機関回転数、負荷、排気温度など）の関係をマップ化しておくとよい。このようなマップを用いることにより、機関運転状態に基づいて、弁制御を実行して排気通路４２に吸入空気を流入させる方を優先させるか、弁制御を実行せずにＥＧＲ量の確保を優先させるかを、機関運転状態や排気エミッションに悪影響を与えない範囲で設定することができる。

また、このようなマップは、さらに触媒４３の状態も考慮して、より効果的な制御となるように予め実験等により設定しておくとよい。例えば、ＥＧＲ量を増量させたいと同時に触媒の温度も低下させたい場合において、ＥＧＲ量の制御によりＥＧＲ量を増量させた場合の効果（例えば、ＮＯｘの低減）と、弁制御により触媒の温度を低下させた場合の効果（排気浄化率の向上）とを比較して、より効果が得られる制御が実行されるように設定するとよい。

なお、上述したパティキュレートフィルタにおいてＰＭ詰まりが生じた場合や、内燃機関１の排気系４０において、排気絞り弁や、排気ブレーキなどが設けられているような場合には、吸気系３０の圧力よりも排気系４０の圧力の方が高くなってしまう場合が生じる可能性がある。

このような場合には、吸気通路３１とＥＧＲ通路６０との接続部６４より上流の吸気通路３１の吸入空気の圧力を検出するセンサ（吸気圧検出手段）と、排気通路４２とバイパス通路７０との接続部７２近傍の排気の圧力を検出するセンサ（排気圧検出手段）とを設けるとよい。そして、これらセンサの検出値から、ＥＣＵ８０が、吸入空気の圧力が、排気の圧力よりも高いか否かを判定し（圧力判定手段）、吸入空気の方が高いと判定した場合であって、吸気系３０から吸入空気を排気系４０へ流入させる必要がある場合に、上述した弁制御を行うとよい。

これにより、排気通路４２の排気が吸気通路３１に流入してしまうことを抑制することができる。

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。 触媒の浄化ウィンドウを示す図。

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
４４ 排気温度センサ
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
６３，６４，７１，７２ 接続部
７０ バイパス通路
７３ バイパス弁
８０ ＥＣＵ
８１ 水温センサ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気系及び吸気系に接続し、排気系から吸気系に排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、
   排気系と前記ＥＧＲ通路とが接続する接続部よりも下流の排気系、及び、前記ＥＧＲ通路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排気系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、
   前記ＥＧＲ通路内を還流する排気の量を調整するＥＧＲ弁を、前記ＥＧＲ通路と前記バイパス通路とが接続する接続部よりも排気系側の該ＥＧＲ通路に設けたことを特徴とする内燃機関の排気還流システム。
2. 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内燃機関の運転状態に基づいて、吸気系から前記ＥＧＲ通路及び前記バイパス通路を通して排気系へ吸入空気を流入させる必要があるか否かを判定するバイパス判定手段と、
   前記バイパス判定手段により吸気系から排気系へ吸入空気を流入させる必要があると判定された場合に、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに、前記バイパス弁を開弁する制御を行う制御手段と、
   をさらに備え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. 吸気系と前記ＥＧＲ通路との接続部より上流の吸気系の吸入空気の圧力を検出する吸気圧検出手段と、
   排気系と前記バイパス通路との接続部近傍の排気の圧力を検出する排気圧検出手段と、
   前記吸気圧検出手段により検出された吸入空気の圧力が、前記排気圧検出手段により検出された排気の圧力よりも高いか否かを判定する圧力判定手段と、
   をさらに備え、
   前記圧力判定手段により、前記吸気圧検出手段により検出された吸入空気の圧力の方が、前記排気圧検出手段により検出された排気の圧力よりも高いと判定された場合であって、前記バイパス判定手段により吸気系から吸入空気を排気系へ流入させる必要があると判定された場合に、前記制御手段は、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに、前記バイパス弁を開弁する制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流システム。
4. 排気系と前記バイパス通路とが接続する接続部よりも下流の排気系に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、
   前記機関運転状態検出手段により検出された内燃機関の運転状態に基づいて、前記排気浄化手段の温度を低下させる必要があるか否かを判定する温度判定手段と、
   をさらに備え、
   前記バイパス判定手段は、前記温度判定手段により前記排気浄化手段の温度を低下させる必要があると判定された場合に、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させる必要があると判定することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排気還流システム。
5. 排気系と前記バイパス通路とが接続する接続部よりも下流の排気系に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、
   前記機関運転状態検出手段により検出された内燃機関の運転状態に基づいて、前記排気浄化手段に酸素を供給する必要があるか否かを判定する酸素供給判定手段と、
   をさらに備え、
   前記バイパス判定手段は、前記酸素供給判定手段により前記排気浄化手段に酸素を供給する必要があると判定された場合に、吸気系から排気系へ吸入空気を流入させる必要があ
   ると判定することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排気還流システム。
6. 排気系と前記ＥＧＲ通路との接続部よりも下流の排気系であって、かつ、排気系と前記バイパス通路との接続部よりも上流の排気系に設けられ、ノズルベーンを有して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可変容量型過給機をさらに備え、
   前記制御手段は、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに、前記バイパス弁を開弁する制御を行う場合に、さらに、前記ノズルベーンの開度をより閉じ側に調整することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気還流システム。
7. 前記ＥＧＲ通路を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラを、前記ＥＧＲ弁よりも排気系側の前記ＥＧＲ通路に設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気還流システム。

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