JP2007126995A - 内燃機関の排気再循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】必要に応じてより大きな増加率でＥＧＲガス量を増大させることが出来るとともに、ターボ出力の低下を可及的に抑制することが出来、その結果、より好適にＥＧＲを行うことが可能な排気再循環システムを提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気マニホールド３と吸気マニホールド２とを短い経路長で連通する高圧ＥＧＲ通路１２と、排気管１４におけるターボチャージャ５のタービン５ｂの下流側と吸気管１３におけるターボチャージャ５のコンプレッサ５ａの上流側とを連通する低圧ＥＧＲ通路１１と、の２つの排気再循環通路を備え、通常時は低圧ＥＧＲ通路１１を用いた排気再循環を行うとともに、急速に大量の排気を再循環させる必要がある状況においては一時的に高圧ＥＧＲ通路１２を用いた排気再循環を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気再循環システムに関するものである。

内燃機関から排出される排気の中に含まれるＮＯｘを低減させるために、排気の一部を内燃機関に再循環させる排気再循環（以下「ＥＧＲ」）が行われる場合がある。これは、排気を内燃機関に流入させて燃焼温度を低下させることにより内燃機関におけるＮＯｘの生成量を低減する技術である。

また、燃焼温度を下げるために予混合圧縮着火燃焼を併用することもある。予混合圧縮着火燃焼においては、燃料が空気とより混合した状態で燃焼するため、燃焼温度が低下してＮＯｘの発生が抑制される。

通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを運転状態に応じて切り替える内燃機関において、内燃機関の排気マニホールドと吸気マニホールドとを連通する高圧ＥＧＲ通路及びターボチャージャのタービンの下流とコンプレッサの上流とを連通する低圧ＥＧＲ通路との２つのＥＧＲ通路を内燃機関の運転状態や燃焼方式に応じて使い分けてＥＧＲを行う技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−１５０３１９号公報 特開２００２−２１６２５号公報

内燃機関の排気管におけるターボチャージャのタービンより下流側と内燃機関の吸気管におけるターボチャージャのコンプレッサより上流側とを連通するように設けられた低圧ＥＧＲ通路と、排気管のタービンより上流側と吸気管のコンプレッサより下流側とを連通するように設けられた高圧ＥＧＲ通路と、の２つのＥＧＲ通路を備えた内燃機関の排気再循環システムにおいては、高圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行った場合、タービンより上流側の排気管を流れる排気の一部が高圧ＥＧＲ通路を経由して吸気管に流入することになる。そのため、タービンに供給される排気の量が低圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行った場合より減少する虞がある。

一方、低圧ＥＧＲ通路は高圧ＥＧＲ通路よりもその経路が長くなり易い。そのため、低圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行った場合、高圧ＥＧＲ通路を用いた場合よりも排気が吸気管に流入するまでにかかる時間が長くなる虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、低圧ＥＧＲ通路と高圧ＥＧＲ通路とを備えた内燃機関の排気再循環システムにおいて、より好適にＥＧＲを行うことが可能な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の本発明は、内燃機関に再循環する排気の量を急速に増大させる必要がある場合は、一時的に高圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行い、それ以外の場合においては低圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行うことを特徴とする。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気再循環システムは、
ターボチャージャと、
内燃機関の排気管における前記ターボチャージャのタービンより下流側と前記内燃機関の吸気管における前記ターボチャージャのコンプレッサより上流側とを連通する低圧ＥＧＲ通路と、
前記排気管における前記タービンより上流側と前記吸気管における前記コンプレッサより下流側とを連通する高圧ＥＧＲ通路と、
を備え、前記内燃機関から排出された排気を前記低圧ＥＧＲ通路及び／又は前記高圧ＥＧＲ通路を経由して前記内燃機関へ再循環させる内燃機関の排気再循環システムであって、
前記内燃機関に再循環する排気の量を所定増加率より大きい増加率で増加させる必要がある場合には、所定期間前記高圧ＥＧＲ通路を用いて排気を再循環させることを特徴とする。

このように構成された内燃機関の排気再循環システムにおいては、低圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行う場合、ターボチャージャのタービンを通過した後の排気が再循環することになる。そのため、再循環する排気（以下、「ＥＧＲガス」）の量が増加してもターボ出力が低下しにくい。

一方、高圧ＥＧＲ通路は低圧ＥＧＲ通路に比べてその経路が短い。そのため、高圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行う場合、低圧ＥＧＲ通路を用いる場合に比べてより速やかに排気を吸気管に流入させることが出来る。すなわち、ＥＧＲガス量をより速やかに増加させることが出来る。

そこで、本発明では、ＥＧＲガス量を所定増加率より大きい増加率で増加させる必要がある場合には、所定期間高圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行う。

ここで、ＥＧＲガス量の増加率とは、単位時間当たりのＥＧＲガス量の増加量である。また、所定増加率は、例えば低圧ＥＧＲ通路のみを用いてＥＧＲガス量を増加させた場合に実現可能なＥＧＲガス量の増加率の上限値以下の値である。この所定増加率は予め定められている。

また、所定期間とは予め定められた期間である。この所定期間は、ＥＧＲガスの増加要求があった時点から、低圧ＥＧＲ通路のみでも十分な量のＥＧＲガスを吸気管に供給することが可能となった時点までの期間であっても良い。

上記の構成によれば、所定の増加率より大きい増加率でＥＧＲガスを増加させることが出来る。

また、所定期間以外では、高圧ＥＧＲ通路を用いたＥＧＲを停止し、低圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行う。これにより、ターボ出力の低下を可及的に抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、必要に応じてより大きな増加率でＥＧＲガス量を増大させることが出来るとともに、ターボ出力の低下を可及的に抑制することが出来る。従って、より好適にＥＧＲを行うことが可能となる。

また、本発明では、前記所定期間において、前記低圧ＥＧＲ通路を併用して排気を再循環させるようにしてもよい。

所定期間においては高圧ＥＧＲ通路と低圧ＥＧＲ通路との両方を用いてＥＧＲを行うことでＥＧＲガスをより速やかに増加させることが出来る。

また、本発明においては、
前記排気管における前記低圧ＥＧＲ通路の接続部と前記タービンとの間に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化させることによって前記フィルタの粒子状物質を捕集する能力を再生する再生処理を行うフィルタ再生手段と、
を更に備えてもよい。

この場合前記フィルタ再生手段による前記再生処理の実施中は前記高圧ＥＧＲ通路を用いて排気を再循環させるようにしてもよい。

上記の構成によれば、フィルタによって浄化された排気が低圧ＥＧＲ通路に流入するようになるため、低圧ＥＧＲ通路を経由して粒子状物質（以下「ＰＭ」）が吸気に混入することを抑制できる。また、ＰＭが低圧ＥＧＲ通路に付着することを抑制することも可能となる。

ところで、フィルタの再生処理の実施中は高温の排気がフィルタから排出される。そこで、フィルタの再生処理中は高圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行うようにする。これにより、高温の排気が低圧ＥＧＲ通路を経由して吸気管に流入することを抑制することが出来る。

また、フィルタの再生処理が行われている間もＥＧＲを継続することができる。その結果、低圧ＥＧＲ通路の劣化や吸気温の過剰な上昇を抑制しつつ、ＥＧＲによるＮＯｘ生成量の低減効果を継続的に得ることが可能となる。

また、フィルタの再生処理が終了した時点で高圧ＥＧＲ通路を用いたＥＧＲから低圧ＥＧＲ通路を用いたＥＧＲに切り替えるようにすれば、ターボ出力の低下を可及的に抑制することも可能となる。

また、本発明においては、
前記排気管における前記タービンと前記低圧ＥＧＲ通路の接続部との間に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温することによって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を硫黄被毒から回復させる回復処理を行う触媒回復手段と、
を更に備えてもよい。

この場合、前記触媒回復手段による前記回復処理の実施中は前記高圧ＥＧＲ通路を用いて排気を再循環させるようにしてもよい。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の回復処理の実施中は、前記フィルタの再生処理の場合と同様に高温の排気が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から排出される。そこで、回復処理を実施中は高圧ＥＧＲ通路を用いてＥＧＲを行うようにする。これにより、高温の排気が低圧ＥＧＲ通路を経由して吸気管に流入することを抑制することが出来る。また、ＮＯｘ触媒の回復処理が行われている間もＥＧＲを継続することができる。その結果、低圧ＥＧＲ通路の劣化や吸気温の過剰な上昇を抑制しつつ、ＥＧＲによるＮＯｘ生成量の低減効果を継続的に得ることが可能となる。

また、回復処理が終了した時点で高圧ＥＧＲ通路を用いたＥＧＲから低圧ＥＧＲ通路を用いたＥＧＲに切り替えるようにすれば、ターボ出力の低下を可及的に抑制することもできる。

本発明の内燃機関の排気再循環システムにより、必要に応じてより大きな増加率でＥＧＲガス量を増大させることが出来るとともに、ターボ出力の低下を可及的に抑制することが可能となる。その結果、より好適にＥＧＲを行うことが可能となる。

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説明する。

図１は本実施の形態にかかる内燃機関の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能な内燃機関である。

内燃機関１には吸気マニホールド２が接続され、吸気マニホールド２には吸気管１３が接続されている。吸気管１３にはスロットル弁７が設けられている。吸気管１３におけるスロットル弁７の上流側にはインタークーラー１６が設けられている。さらにインタークーラー１６の上流側にはターボチャージャ５のコンプレッサ５ａが設けられている。

一方、内燃機関１には排気マニホールド３が接続され、排気マニホールド３には排気管１４が接続されている。排気管１４には、ターボチャージャ５のタービン５ｂが設けられている。さらにタービン５ｂの下流側には排気中のＰＭを捕集するフィルタ９が設けられている。フィルタ９より上流側且つタービン５ｂの下流側の排気管１４には酸化触媒２１が設けられている。また、排気管１４には、フィルタ９より上流側における圧力とフィルタ９より下流側における圧力との差に対応した電気信号を出力する差圧センサ２２が設けられている。さらに排気管１４におけるフィルタ９より下流側には排気絞り弁８が設けられている。排気絞り弁８の下流側で排気管１４は大気へと通じている。

排気管１４におけるフィルタ９より下流側且つ排気絞り弁８より上流側の部分と、吸気管１３におけるコンプレッサ５ａより上流側の部分とは、低圧ＥＧＲ通路１１によって連通されている。低圧ＥＧＲ通路１１には、低圧ＥＧＲ通路１１を流通する排気を冷却する低圧ＥＧＲクーラー１１ａと、低圧ＥＧＲ通路１１を流通する排気の量を調節可能な低圧ＥＧＲバルブ１１ｂが備えられている。排気絞り弁８の開度を調整することで排気管１４内の圧力を制御し、これによって低圧ＥＧＲ通路１１に流入する排気の量を調節することが出来る。

なお、排気絞り弁８の代わりに、吸気管１３における低圧ＥＧＲ通路１１の接続箇所の上流に吸気絞り弁を設け、これの開度を調節することにより低圧ＥＧＲ通路１１に流入する排気の量を調節するようにしてもよい。また、排気絞り弁と吸気絞り弁の両方を備え、これらの２つの弁の開度を調節することにより低圧ＥＧＲ通路１１に流入する排気の量を調節してもよい。

一方、排気マニホールド３と吸気マニホールド２とは高圧ＥＧＲ通路１２によって連通されている。高圧ＥＧＲ通路１２には、高圧ＥＧＲ通路１２を流通する排気を冷却する高圧ＥＧＲクーラー１２ａと、高圧ＥＧＲ通路１２を流通する排気の流量を調節可能な高圧ＥＧＲバルブ１２ｂが備えられている。

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（ＥＣＵ）２５が併設されている。ＥＣＵ２５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コンピュータである。

ＥＣＵ２５には、差圧センサ２２、内燃機関１のクランクシャフトの回転角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ２３、および、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ２４が電気的に接続されている。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ２５に入力される。

ＥＣＵ２５は、差圧センサ２２の検出値に基づいてフィルタ９におけるＰＭの捕集量（以下「ＰＭ捕集量」）を推定する。また、ＥＣＵ２５は、クランクポジションセンサ２３の検出値に基づいて内燃機関１の回転数を算出する。さらに、アクセル開度センサ２４の検出値に基づいて内燃機関１の負荷を算出する。

また、ＥＣＵ２５には、スロットル弁７、排気絞り弁８、低圧ＥＧＲバルブ１１ｂ、高圧ＥＧＲバルブ１２ｂ、内燃機関１における各気筒の燃料噴射弁（図示省略）が電気的に接続されている。ＥＣＵ２５からこれらの機器類に制御信号が発せられ、該機器類が制御される。

本実施例において、低圧ＥＧＲ通路１１を用いたＥＧＲを行う場合は、ＥＣＵ２５によって排気絞り弁８を閉弁方向に制御すると共に低圧ＥＧＲバルブ１１ｂを開弁する。低圧ＥＧＲバルブ１１ｂの開度を調節することによって、低圧ＥＧＲ通路を経由して内燃機関に再循環する排気の量を調節する。

一方、高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを行う場合は、ＥＣＵ２５によって高圧ＥＧＲバルブ１２ｂを開弁する。高圧ＥＧＲバルブ１２ｂの開度を調節することによって、高圧ＥＧＲ通路を経由して内燃機関に再循環する排気の量を調節する。

本実施例に係る内燃機関１では、内燃機関１の運転状態に応じて燃焼方式が切り換えられる。図２は、内燃機関１の運転状態と燃焼方式との関係を示すマップである。

図２のグラフの横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表す。全負荷として示されている曲線は、機関回転数ごとに定まる機関負荷の上限を示している。

本実施例では、図２に示すように、中負荷且つ低回転および中負荷且つ中回転の領域を予混合圧縮着火燃焼領域としている。また、予混合圧縮着火燃焼領域よりも機関回転数の低い領域を燃料カット領域としている。そして、予混合圧縮着火燃焼領域及び燃料カット領域以外の領域を通常燃焼領域としている。

予混合圧縮着火燃焼領域では、吸気行程または圧縮行程における予混合気が形成されるタイミングで燃料を噴射することで予混合圧縮着火燃焼が行われる。燃料カット領域では、内燃機関１における燃料噴射が停止される。また、通常燃焼領域では、圧縮行程上死点近傍で燃料を噴射することで通常燃焼が行われる。

図２に示すマップはＥＣＵ３０に予め記憶されている。そして、内燃機関１の運転状態が変化して異なる領域に移行した場合、それに応じて内燃機関１の燃焼方式が切り替えられる。

ところで、予混合圧縮着火燃焼時は圧縮上死点より進角したタイミングで燃料が噴射されるため、過早着火が発生し易い。そこで、本実施例では、過早着火を抑制するために、予混合圧縮着火燃焼時には通常燃焼時よりもＥＧＲガス量を増大させる。これにより予混合気の着火性が低下し、着火タイミングを圧縮上死点近傍まで遅らせることができる。

次に、ＥＧＲを行う際に、低圧ＥＧＲ通路１１を用いた場合と高圧ＥＧＲ通路１２を用いた場合の相違点について説明する。

まず、低圧ＥＧＲ通路１１を用いてＥＧＲを行う場合は、タービン５ｂを通過した後の排気が低圧ＥＧＲ通路１１に流入するため、ＥＧＲが行われている間もターボ出力が低下しにくい。一方、高圧ＥＧＲ通路１２を用いてＥＧＲを行う場合、タービン５ｂに供給される前の排気が高圧ＥＧＲ通路に流入するため、ＥＧＲ率が増加するとターボ出力が低下する場合がある。

また、低圧ＥＧＲ通路１１は高圧ＥＧＲ通路１２に比べて経路長が長い。さらに、低圧ＥＧＲ通路１１を用いてＥＧＲを行う場合、ターボチャージャ５のタービン５ｂ及びコンプレッサ５ａやフィルタ９などを排気が通過することになる。そのため、高圧ＥＧＲ通路１２を用いてＥＧＲを行う場合に比べて排気が通過する通路の容量が大きい。従って、低圧ＥＧＲ通路１１を用いてＥＧＲを行う場合、高圧ＥＧＲ通路１２を用いる場合と比べてＥＧＲガス量を大きな増加率で増大させることは困難な場合がある。すなわち、内燃機関１に再循環する排気の量を急速に増加させることは難しい場合がある。

このような相違に対応して、本実施例では、必要に応じて低圧ＥＧＲ通路１１と高圧ＥＧＲ通路１２を適宜使い分けてＥＧＲを行う。

例えば、内燃機関１の運転状態が燃料カット領域または通常燃焼領域から予混合圧縮着火燃焼領域に移行する過渡状態にある場合、上述のような予混合圧縮着火燃焼の性質から、内燃機関に再循環する排気の量を短時間で増加させる必要がある。すなわち、大きな増加率で内燃機関に再循環するＥＧＲガス量を増加させる必要がある。

この時、要求されるＥＧＲガス量の増加率は、低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いてＥＧＲ量を増加させた場合に実現可能なＥＧＲガス量の増加率の上限値より高い値となる。

そこで、内燃機関１の運転状態が燃料カット領域または通常燃焼領域から予混合圧縮着火燃焼領域に移行する過渡状態となった場合は、一時的に低圧ＥＧＲ通路１１と高圧ＥＧＲ通路１２との両方を用いてＥＧＲを行う。つまり、本実施例においては、低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いてＥＧＲガス量を増加させた場合に実現可能なＥＧＲガス量の増加率の上限値が本発明に係る所定増加率に相当する。

そして、内燃機関１の運転状態が燃料カット領域または通常燃焼領域から予混合圧縮着火燃焼領域に移行する過渡状態となった場合が、ＥＧＲガスを所定増加率より大きい増加率で増加させる必要がある場合となる。

上記のように一時的に低圧ＥＧＲ通路１１と高圧ＥＧＲ通路１２との両方を用いてＥＧＲを行うことで、予混合圧縮着火燃焼時の過早着火に対する抑制効果を発揮するのに十分な量のＥＧＲガスを可及的に短時間で内燃機関１に再循環させることが可能となる。

そして、上記の場合、低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いて過早着火に対する抑制効果を発揮するのに十分な流量の排気を内燃機関１に再循環させることが可能な状態になった時点で、高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを停止する。これにより、ターボ出力の低下を可及的に抑制することが可能となる。

また、このような高圧ＥＧＲ通路１２を用いてＥＧＲを行う必要性が存在しない通常の状況においては、低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いてＥＧＲを行う。これにより、ターボ出力の低下を可及的に抑制しつつＥＧＲを行うことができる。

ここで、本実施例における低圧ＥＧＲ通路１１及び高圧ＥＧＲ通路１２の切り替え制御の制御ルーチンについて、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、本ルーチンは、ＥＣＵ２５に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定時間おきに実行されるルーチンである。

本ルーチンではまず、Ｓ３０１において、現在の内燃機関１の運転状態が図２における通常燃焼領域又は燃料カット領域から予混合圧縮着火領域に移行したか否かを判定する。Ｓ３０１において否定判定された場合、すなわち内燃機関１の運転状態が予混合圧縮着火燃焼領域に移行していない場合は、本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ３０１において肯定判定された場合、すなわち内燃機関１の運転状態が予混合圧縮着火燃焼領域に移行した場合は、Ｓ３０２に進む。

Ｓ３０２において、高圧ＥＧＲバルブ１２ｂを開弁して高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを開始する。本実施例では、これにより、低圧ＥＧＲ通路１１と高圧ＥＧＲ通路１２との両方を用いたＥＧＲが行われることになる。次に、Ｓ３０３に進む。

Ｓ３０３において、高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを開始してからの経過時間Ｔが所定時間Ｔ_０に達したか否かを判定する。ここで、所定時間Ｔ_０とは、高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを開始してから、低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いたＥＧＲを開始するための準備が完了するまでに要する時間である。すなわち、予混合圧縮着火燃焼を行っている内燃機関１において過早着火を抑制するのに十分な流量の排気を低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いて再循環させることが可能な状態になるまでに要する時間を意味する。この所定時間Ｔ_０は本発明に係る所定期間に相当する。

Ｓ３０３において否定判定された場合、再びＳ３０３を実行する。Ｓ３０３において肯定判定された場合、次のＳ３０４に進む。

Ｓ３０４において、高圧ＥＧＲバルブ１２ｂを閉弁して高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを停止する。これにより、低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いてＥＧＲが行われることになる。その後、本ルーチンの実行を終了する。

以上説明したルーチンによれば、内燃機関１の運転状態が予混合圧縮着火燃焼領域に移行した場合、一時的に低圧ＥＧＲ通路１１と高圧ＥＧＲ通路１２との両方を用いてＥＧＲが行われることになることになる。これにより、予混合圧縮着火燃焼へ移行した時に、内燃機関１に再循環するＥＧＲガス量を急速に増加させることが出来る。そのため、予混合圧縮着火燃焼時の過早着火を抑制することが出来る。この場合、所定時間経過後は低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いたＥＧＲに切り替わるのでターボ出力の低下を抑制することができる。

また、上記ルーチンによれば、内燃機関１の運転状態が予混合圧縮着火燃焼領域に移行したとき以外の場合においては低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いてＥＧＲが行われる。従って、ターボ出力の低下を可及的に抑制しつつＥＧＲを行うことができる。

このように、本実施例によれば、より好適にＥＧＲを実施することが可能となる。

尚、本実施例において、高圧ＥＧＲ通路１２を用いてＥＧＲを行う場合、低圧ＥＧＲバルブ１１ｂを閉弁し低圧ＥＧＲ通路１１によるＥＧＲを停止しても良い。このうような場合であっても、内燃機関１の運転状態が予混合圧縮着火燃焼領域に移行したときに、低圧ＥＧＲ通路１１のみを用いてＥＧＲを行う場合よりも内燃機関１に再循環するＥＧＲガス
量を急速に増加させることが出来る。

本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。

本実施例においてはフィルタ再生処理の実行状況に応じたＥＧＲ通路の切り替え制御が行われる。

本実施例では、フィルタ９におけるＰＭ堆積量Ｍが所定量Ｍ_０以上になった場合、ＰＭを酸化除去すべくフィルタ再生処理が開始される。

ここで、所定量Ｍ_０はフィルタ９に堆積可能なＰＭの量の上限を表す。すなわち、所定量Ｍ_０を超える量のＰＭがフィルタ９に堆積すると内燃機関１の運転状態への影響が過剰になる虞がある。また、所定量Ｍ_０を超える量のＰＭがフィルタ９内で酸化するとフィルタ９が過剰に昇温される虞がある。

フィルタ再生処理においては、まず内燃機関１において主燃料噴射より後の適切なタイミングで副燃料噴射を行うことでフィルタ９の上流に設けられた酸化触媒２１に燃料を供給する。そして該燃料が酸化触媒２１上で酸化する際に発生する反応熱によって昇温され高温になった排気がフィルタ９に流入する。この高温の排気によってフィルタ９が昇温され、それによってフィルタ９に堆積したＰＭが酸化除去される。

フィルタ再生処理の実施中は、ＰＭの酸化反応に伴う反応熱で昇温されて高温になった排気がフィルタ９から排出される。

また、本実施例では、フィルタ再生処理の進行に伴い、フィルタ９におけるＰＭ堆積量Ｍが減少して所定量Ｍ_１以下になった時に、フィルタ再生処理が完了したと判定してフィルタ再生処理を停止する。

ここで、所定量Ｍ_１は内燃機関１の運転状態に対して与える影響が少ないＰＭの量であって、ＰＭ堆積量が再度所定量Ｍ_０に増加するまでにはある程度時間がかかると判断出来る量である。

本実施例においては、排気管１４における低圧ＥＧＲ通路１１への分岐箇所がフィルタ９より下流側に設けられている。そのため、低圧ＥＧＲ通路１１を用いたＥＧＲが行われている時にフィルタ再生処理が実施されると、フィルタ９から排出された高温の排気が低圧ＥＧＲ通路１１を経由して吸気管１３に還流することになる。その場合、低圧ＥＧＲ通路１１を構成する部品の劣化や吸気温度の過剰な上昇を招く虞がある。

そこで、本実施例においては、フィルタ再生処理が実施されている間は、低圧ＥＧＲ通路１１を用いたＥＧＲを停止するとともに、高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを実施する。

これにより、フィルタ再生処理中にフィルタ９から排出される高温の排気が低圧ＥＧＲ通路１１に流入することを抑制することができる。その結果、低圧ＥＧＲ通路１１を構成する部品の劣化や吸気温度の過剰な上昇を抑制することが出来る。

また、フィルタ再生処理中も高圧ＥＧＲ通路１２を用いてＥＧＲを継続することが可能となるため、内燃機関１におけるＮＯｘ生成量の低減効果が中断されなくなる。

尚、フィルタ再生処理が終了した後は再び低圧ＥＧＲ通路１１を用いたＥＧＲに切り替える。これにより、ターボ出力の低下を可及的に抑制することが可能となる。

本実施例における上述のＥＧＲ通路の切り替え制御の制御ルーチンについて、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、本ルーチンは、ＥＣＵ２５に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定時間おきに実行されるルーチンである。

本ルーチンではまず、Ｓ４０１において、フィルタ９におけるＰＭ堆積量Ｍが所定量Ｍ_０以上であるか否かを判定する。Ｓ４０１において否定判定された場合、本ルーチンの実行を終了する。Ｓ４０１において肯定判定された場合、Ｓ４０２に進む。

Ｓ４０２において、高圧ＥＧＲバルブ１２ｂを開弁して高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを開始するとともに、低圧ＥＧＲバルブ１１ｂを閉弁することにより低圧ＥＧＲ通路１１を用いたＥＧＲを停止する。次にＳ４０３に進む。

Ｓ４０３において、フィルタ再生処理を開始する。次にＳ４０４に進む。

Ｓ４０４において、フィルタ９におけるＰＭ堆積量Ｍが所定量Ｍ_１以下であるか否かを判定する。Ｓ４０４において否定判定された場合、再びＳ４０４を実行する。Ｓ４０４において肯定判定された場合、Ｓ４０５に進む。

Ｓ４０５において、フィルタ再生処理を停止する。次にＳ４０６に進む。

Ｓ４０６において、低圧ＥＧＲバルブ１１ｂを開弁して低圧ＥＧＲ通路１１を用いたＥＧＲを開始するとともに、高圧ＥＧＲバルブ１２ｂを閉弁して高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲを停止する。その後、本ルーチンの実行を終了する。

尚、本実施例においては、フィルタ９の代わりに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下ＮＯｘ触媒）を設けてもよい。ここで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とは、周囲雰囲気が酸化雰囲気のときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、周囲雰囲気が還元雰囲気のときは吸蔵されたＮＯｘを還元する触媒である。

この場合、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元するためにＳＯｘ被毒回復処理（以下「回復処理」）を行う。

ＮＯｘ触媒の回復処理では、フィルタ再生処理の場合と同様、ＮＯｘ触媒を昇温する。そのため、ＮＯｘ触媒の回復処理の実施中はＮＯｘ触媒から排出される排気が高温になる。

そこで、ＮＯｘ触媒の回復処理が実施されている間は、低圧ＥＧＲ通路１１を用いたＥＧＲを停止し、高圧ＥＧＲ通路１２を用いたＥＧＲに切り替える。

これにより、回復処理中のＮＯｘ触媒から排出される高温の排気が低圧ＥＧＲ通路１１に流入することを抑制することができる。その結果、低圧ＥＧＲ通路１１を構成する部品の劣化や吸気温度の過剰な上昇を抑制することが出来る。

また、ＮＯｘ触媒の回復処理中も高圧ＥＧＲ通路１２を用いてＥＧＲを継続することが可能となるため、内燃機関１におけるＮＯｘ生成量の低減効果が中断されなくなる。

さらに、ＮＯｘ触媒の回復処理が終了した後は再び低圧ＥＧＲ通路１１を用いたＥＧＲ
に切り替える。これにより、ターボ出力の低下を可及的に抑制することが可能となる。

ところで、上記の各実施例においては、図５に示すように、排気管１４における低圧ＥＧＲ通路１１の接続箇所より下流側に設けられた可変ノズル付の低圧側タービン６ｂと、吸気管１３における低圧ＥＧＲ通路１１の接続箇所より上流側に設けられた低圧側コンプレッサ６ａとを有する可変容量タイプの低圧側ターボチャージャ６を更に備えて、ターボチャージャを２段構成とすることもできる。この場合、上記実施例における排気絞り弁８の代わりに低圧側タービン６ｂが配置されることになる。

このような構成においては、低圧側タービン６ｂの可変ノズルの開度を調節することにより、排気管１４における低圧側タービン６ｂの上流側の背圧を調節し、低圧ＥＧＲ通路１１に流入する排気の量を調節することができる。この場合の可変ノズルは上記実施例における排気絞り弁８に相当する役割を果たすことができる。

なお、本発明に係るＥＧＲ装置は、上述の実施形態にのみ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。例えば、本実施例においては予混合圧縮着火燃焼システムに対して本発明に係るＥＧＲ装置を適用したが、予混合圧縮着火燃焼システムに限らず、急速なＥＧＲ量の増大を要求するその他の内燃機関システム或いは運転状態などに対して適用することもできる。それによって上述したような本発明に特有の諸効果を得ることができる。

本発明の実施例１及び２に係る内燃機関の概略図である。 本発明の実施例１に係る内燃機関における予混合圧縮着火燃焼可能領域を示すグラフである。 本発明の実施例１に係るＥＧＲ通路の切り替え制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係るＥＧＲ通路の切り替え制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例１及び２とは異なる実施態様を示す図である。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・吸気マニホールド
３・・・・・排気マニホールド
５・・・・・ターボチャージャ
５ａ・・・・コンプレッサ
５ｂ・・・・タービン
６・・・・・低圧側ターボチャージャ
６ａ・・・・低圧側コンプレッサ
６ｂ・・・・低圧側タービン
７・・・・・スロットル弁
８・・・・・排気絞り弁
９・・・・・フィルタ
１１・・・・低圧ＥＧＲ通路
１１ａ・・・低圧ＥＧＲクーラー
１１ｂ・・・低圧ＥＧＲバルブ
１２・・・・高圧ＥＧＲ通路
１２ａ・・・高圧ＥＧＲクーラー
１２ｂ・・・高圧ＥＧＲバルブ
１３・・・・吸気管
１４・・・・排気管
１６・・・・インタークーラー
１７・・・・吸気管における吸気の流れを示す矢印
１８・・・・排気管における排気の流れを示す矢印
１９・・・・低圧ＥＧＲ通路における排気の流れを示す矢印
２０・・・・高圧ＥＧＲ通路における排気の流れを示す矢印
２１・・・・酸化触媒
２２・・・・差圧センサ
２３・・・・クランクポジションセンサ
２４・・・・アクセル開度センサ
２５・・・・ＥＣＵ

Claims (4)

1. ターボチャージャと、
   内燃機関の排気管における前記ターボチャージャのタービンより下流側と前記内燃機関の吸気管における前記ターボチャージャのコンプレッサより上流側とを連通する低圧ＥＧＲ通路と、
   前記排気管における前記タービンより上流側と前記吸気管における前記コンプレッサより下流側とを連通する高圧ＥＧＲ通路と、
   を備え、前記内燃機関から排出された排気を前記低圧ＥＧＲ通路及び／又は前記高圧ＥＧＲ通路を経由して前記内燃機関へ再循環させる内燃機関の排気再循環システムであって、
   前記内燃機関に再循環する排気の量を所定増加率より大きい増加率で増加させる必要がある場合には、所定期間前記高圧ＥＧＲ通路を用いて排気を再循環させることを特徴とする内燃機関の排気再循環システム。
2. 前記所定期間において、前記低圧ＥＧＲ通路を併用して排気を再循環させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環システム。
3. 前記排気管における前記低圧ＥＧＲ通路の接続部と前記タービンとの間に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化することによって前記フィルタの粒子状物質捕集能力を再生させる再生処理を行うフィルタ再生手段と、
   を更に備え、
   前記フィルタ再生手段による前記再生処理の実施中は前記高圧ＥＧＲ通路を用いて排気を再循環させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気再循環システム。
4. 前記排気管における前記タービンと前記低圧ＥＧＲ通路の接続部との間に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温することによって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を回復させる回復処理を行う触媒回復手段と、
   を更に備え、
   前記触媒回復手段による前記回復処理の実施中は前記高圧ＥＧＲ通路を用いて排気を再循環させ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再循環システム。
   

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