JP2007297990A - エンジンの排気ガス還流制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気ガスを燃焼室に還流するエンジンにおいて、還流される排気ガスの通路上に設けられた構成要素の機能が高温の排気ガスによって劣化することを抑制しつつ、排気ガスを燃焼室に還流することができるようにする。
【解決手段】 吸気通路５に排気通路１１から排気ガスを還流するための第１の排気還流通路１５と、第１の排気還流通路１５を介して吸気通路５に還流される排気ガスの量を調整するための第１のバルブ１７と、第１の排気還流通路１５を介して吸気通路１５に還流される排気ガスの温度に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段３０と、パラメータ値検出手段３０によって検出されるパラメータ値が示す排気ガスの温度が高いときは、低いときに比べて第１の排気還流通路１５を介して吸気通路５に還流される排気ガスの量が小さくなるように第１のバルブ１７を制御する第１のバルブ制御手段とが備えられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの排気ガス還流制御装置、特に燃焼室から排出される微粒子を捕集するフィルタが備えられたエンジンの排気ガス還流制御装置に関し、エンジンの排気ガス対策技術の分野に属する。

従来、ディーゼルエンジン等においては、燃焼室から排出されるカーボン等の微粒子が大気中へ放出されるのを防止するために、排気通路にパティキュレートフィルタと称されるフィルタを備えて微粒子を捕集することが行われている。そして、このパティキュレートフィルタの微粒子捕集量が所定量を超え、その捕集機能が低下し始める際には、該フィルタを加熱して捕集されている微粒子を燃焼除去し、その微粒子捕集機能を再生させることが行われる。

フィルタの微粒子捕集機能を再生させる方法として、電気ヒータやオイルバーナ等でフィルタを加熱する方法がある。

また、別の方法として、燃料噴射弁により圧縮行程の所定の時期に燃料を噴射するトルク発生のための主噴射とは別に、膨張行程ないし排気行程で燃焼室に燃料を噴射する後噴射を行い、この後噴射された燃料によりフィルタを加熱する方法が知られている。つまり、この方法では、後噴射された燃料を燃焼室で燃焼させることなく、未燃燃料として排気通路に排出させて、該排気通路のパティキュレートフィルタより上流側に備えられた酸化触媒で燃焼させることにより、該フィルタに導入される排気ガスの温度を上昇させ、この高温の排気ガスにより該フィルタに捕集されている微粒子を燃焼除去するのである。

一方、エンジンの排気ガス対策の一環として、不活性ガスである排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流させて燃焼室に導入させることにより、燃焼を抑制して排気ガス中の有害成分である窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と記す）を低減させる技術がある。前記のような微粒子捕集用のフィルタを備えたエンジンにおいては、例えば特許文献１に記載するように、フィルタを通過した排気ガスの一部を燃料室に還流している。
特開２００５−０６９２０７公報

しかしながら、フィルタの再生、またはそれ以外の理由でフィルタを通過する排気ガスの温度が非常に高温になる場合、その高温の排気ガスが燃焼室に還流されると、還流される高温の排気ガスの通路上に設けられたエンジンの構成要素、例えば燃焼室に還流する排気ガスの量を調整するバルブ（以下、「ＥＧＲバルブ」と記す）や還流排気ガスを冷却するクーラ（以下、「ＥＧＲクーラ」と記す）の機能が劣化することがあった。

そこで、本発明は、燃焼室に還流される排気ガスの通路上に設けられた構成要素の機能が高温の排気ガスによって劣化することを抑制しつつ、排気ガスを燃焼室に還流することができるエンジンの排気ガス還流制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明は、
排気通路から排気ガスの一部を吸気通路を介して燃焼室に還流させるエンジンの排気ガス還流制御装置であって、
燃焼室から排出される微粒子を捕集するフィルタと、
捕集した微粒子を燃焼してフィルタを再生するフィルタ再生手段と、
フィルタの下流側から吸気通路に排気ガスを還流するための第１の排気還流通路と、
前記第１の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量を調整するための第１のバルブと、
前記第１の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの温度に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、
前記パラメータ値検出手段によって検出されるパラメータ値が示す排気ガスの温度が高いときは、低いときに比べて前記第１の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量が小さくなるように前記第１のバルブを制御する第１のバルブ制御手段と、
が備えられていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、
前記請求項１に記載の排気ガス還流制御装置において、
前記フィルタ再生手段は、排気通路におけるフィルタの上流側に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒に未燃燃料を供給する未燃燃料供給手段とで構成され、、
前記酸化触媒の上流側から排気ガスの一部を吸気通路に還流する第２の排気還流通路と、
前記第２の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量を調整するための第２のバルブと、
前記パラメータ値検出手段によって検出されるパラメータ値が示す排気ガスの温度が高いときは、低いときに比べて前記第２の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量が大きくなるように前記第２のバルブを制御する第２のバルブ制御手段と、
が備えられていることを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、
排気通路から排気ガスの一部を吸気通路を介して燃焼室に還流させるエンジンの排気ガス還流制御装置であって、
燃焼室から排出される微粒子を捕集するフィルタと、
捕集した微粒子を燃焼してフィルタを再生するフィルタ再生手段と、
フィルタの下流側から吸気通路に排気ガスを還流するための排気還流通路と、
前記排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量を調整するためのバルブと、
前記排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの温度に関するパラメータ値を検出する第１のパラメータ値検出手段と、
前記第１のパラメータ値検出手段によって検出されるパラメータ値が示す排気ガスの温度が高いときは、低いときに比べて前記排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量が小さくなるように前記バルブを制御するバルブ制御手段と、
前記フィルタに捕集された微粒子の量に関連するパラメータ値を検出する第２パラメータ値検出手段と、
微粒子量に基づいて前記フィルタ再生手段が実行されているか否かを判定する判定手段と、
前記フィルタ再生手段によるフィルタの再生が終了した時からの時間を計時する計時手段が備えられ、
前記バルブ制御手段は、前記計時手段によって計時されている時間が所定時間未満のときは、所定時間以上のときに比べて前記排気還流通路を介して還流される排気ガスの量を小さくすることを特徴とする。

以上のように構成したことにより、本発明によれば、フィルタに捕集された微粒子を燃焼することによりまたはそれ以外の理由で排気ガスの温度が高温になったとしても、第１のバルブと第１のバルブ制御手段とによって第１の排気還流通路を介する排気ガスの還流量が温度に基いて減少されるため、還流される排気ガスの通路上に設けられたエンジンの構成要素が高温の排気ガスによって機能劣化することが抑制される。

また、請求項１に従属する請求項２の発明によれば、酸化触媒を介するフィルタの再生により排気ガスの温度が高くなると、第１のバルブと第１のバルブ制御手段とによって第１の排気還流通路を介して還流される排気ガスの量は小さくされるが、第２のバルブと第２のバルブ制御手段とによって第２の排気還流通路を介して還流される排気ガスの量が大きくされるため、燃焼室に供給される吸入空気と排気ガスの混合比は、排気ガスが高温になる前と概ね変わらず維持される。

さらに、請求項３の発明によれば、フィルタ再生中の該フィルタが捕集している微粒子の量に基いてフィルタの再生終了を知り、フィルタ再生終了時から計時することにより、フィルタ再生中に排気ガス温度の上昇に伴って減少された排気ガスの還流量を、フィルタ再生終了時に例えばエンジン運転状態に応じた還流量に復帰させるときに、計時されている時間が所定時間未満の間は、その後のエンジン運転状態等に応じた還流量より少なくされるから、通常運転時時の温度に低下するまでの未だ高温状態の排気ガスが大量に還流されることがなく、その結果、還流される排気ガスの通路上に設けられたエンジンの構成要素が高温の排気ガスによって機能劣化することが抑制される。

以下、本発明に係るエンジンの排気ガス還流制御装置について説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１により本実施の形態のエンジンの全体構成を説明する。

このエンジン１は、燃焼室２に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が備えられた直噴式のディーゼルエンジンであって、各気筒の燃焼室２に吸気弁４を介して連通された吸気通路５には、上流側からエアクリーナ６、スロットルバルブ７、インタークーラ８、及びサージタンク９が設けられている。また、各気筒の燃焼室２に排気弁１０を介して連通された排気通路１１には、上流側から酸化触媒１２、及びパティキュレートフィルタ１３が設置されている。

また、前記吸気通路５におけるスロットルバルブ７とインタークーラ８との間の部位と、排気通路１１における酸化触媒１２の上流側との間に排気ターボ過給機１４が設置され、排気通路１１を流れる排気ガスのエネルギによってタービン１４ａが駆動されることにより、吸気通路５上のブロワ１４ｂが吸気を加圧して燃焼室２に供給するようになっている。

さらに、排気通路１１におけるパティキュレートフィルタ１３の下流側から、排気ガスの一部を燃焼室２に還流させる第１の排気還流通路（以下、「第１のＥＧＲ通路」と記す）１５が分岐され、吸気通路５におけるスロットルバルブ７と過給機１４（ブロワ１４ｂ）との間に合流されていると共に、該第１のＥＧＲ通路１５上に、還流排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１６と、排気ガスの還流量を制御する第１のＥＧＲバルブ１７とが設置されている。

さらにまた、排気通路１１における燃焼室２と酸化触媒１２との間の部位から、排気ガスの一部を燃焼室２に還流させる第２の排気還流通路（以下、「第２のＥＧＲ通路」と記す）１８が分岐され、吸気通路５におけるインタークーラ８とサージタンク９との間に合流されていると共に、該第２のＥＧＲ通路１８上に、排気ガスの還流量を制御する第２のＥＧＲバルブ１９が設置されている。

すなわち、本実施形態のエンジン１は、２つのＥＧＲ通路１５、１８によって排気ガスを吸気通路５を介して燃焼室２に還流し、その還流量を２つのＥＧＲバルブ１７、１９それぞれのＥＧＲ率を制御することによりエンジン１全体のＥＧＲ率を調整するように構成されている。

加えて、このエンジン１には、燃料制御や排気還流制御などを行うコントロールユニット２０が備えられ、図２に示すように、このコントロールユニット２０に、吸気通路５におけるエアクリーナ６の直下流に設けられて吸入空気量を検出する吸気量センサ２１からの信号と、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ２２からの信号と、スロットルバルブ７の開度を検出するスロットル開度センサ２３からの信号と、サージタンク９に設けられて吸気温度を検出する吸気温センサ２４からの信号と、同じくサージタンク９に設けられて吸気圧を検出する吸気圧センサ２５からの信号と、エンジン１のシリンダブロックに設けられたウォータジャケット１ａ内の冷却水の温度を検出する水温センサ２６からの信号と、クーランク軸１ｂの回転速度を検出するエンジン回転センサ２７からの信号と、排気通路１１における過給機１４（タービン１４ａ）と酸化触媒１２との間に設けられて触媒上流側排気温度を検出する第１排気温センサ２８からの信号と、パティキュレートフィルタ１３の直上流及び直下流に設けられてフィルタ上流側排気温度及びフィルタ下流側排気温度をそれぞれ検出する第２排気温センサ２９、第３排気温センサ３０からの信号と、同じくパティキュレートフィルタ１３の直上流及び直下流に設けられてフィルタ上流側排気圧及びフィルタ下流側排気圧をそれぞれ検出する第１排気圧センサ３１、第２排気圧センサ３２からの信号とが入力されるようになっている。

そして、コントロールユニット２０は、これらの信号に基づき、エンジン１の状態に応じて燃料噴射量と噴射時期とを制御するように、また、エンジン１の状態に応じて排気ガスの還流量を制御するように、燃料噴射弁３、第１のＥＧＲバルブ１７、第２のＥＧＲバルブ１９それぞれに制御信号を出力するようになっている。

次に、このコントロールユニット２０による排気還流制御の動作を図３のフローチャートに従って説明する。

まず、ステップＳ１で、上記各センサ２１〜３１からの信号のうち、以下の制御に必要な信号から、エンジン回転速度Ｎ、アクセル開度θ、並びにフィルタ下流側排気温度Ｔ３を読み込み、次いでステップＳ２で、読み込んだエンジン回転速度Ｎ及びアクセル開度θなどに基づいて要求燃料噴射量Ｑを算出する。

続いて、ステップＳ３で、この要求燃料噴射量Ｑとエンジン回転速度Ｎとをパラメータとし、これらのパラメータと図４に示すマップとから、エンジンの運転状態に応じた基本ＥＧＲ率εを読み取る。

続くステップＳ４で、フィルタ下流側排気温度Ｔ３が所定温度Ｔｃ以上であるか否かが判定される。これは、所定温度以上の排気ガスが還流されると第１のＥＧＲバルブ１７やＥＧＲクーラ１６を熱により機能劣化させる可能性があるため、それを防止するためにフィルタ１３の下流側排気温度Ｔ３が所定温度以上であるか否かを確認している。

フィルタ１３の下流側温度Ｔ３を確認する理由は、排気ガスにおいてフィルタ１３の下流側が最も温度が高くなるためで、それは、フィルタ１３が捕集した微粒子が燃焼除去されて該フィルタ１３が再生されるときの該フィルタ１３を通過する排気ガスの温度が高いためである。

フィルタ１３の下流側排気温度Ｔ３が所定温度以下の温度である場合、ステップＳ５で、第２のＥＧＲバルブ１９を閉じ、続くステップＳ６で第１のＥＧＲバルブ１７のみで基本ＥＧＲ率εの排気還流制御を行う。

一方、フィルタ１３の下流側排気温度Ｔ３が所定温度以上の温度である場合、ステップＳ７で、下流側排気温度Ｔ３と図５に示すマップから、第１のＥＧＲバルブ１７に対するＥＧＲ率補正係数γ１を読み取り、ステップＳ８で、第１のＥＧＲバルブ１７のＥＧＲ率がエンジン運転状態に応じた基本ＥＧＲ率εにこの補正係数γ１を掛けた値（ε×γ１）になるように該第１のＥＧＲバルブ１７に制御信号を出力する。

その場合に、図５のマップに示すように、第１のＥＧＲバルブに対するＥＧＲ率補正係数γ１は、フィルタ下流側排気温度Ｔ３、即ち排気ガスを吸気側に還流させる第１のＥＧＲ通路１５の入口温度をパラメータとして設定されており、該温度Ｔ３が所定温度より低い範囲では、例えば１とされ、該温度Ｔ３が所定温度より高くなると、その上昇に従って値が小さくなるように設定されている。

したがって、フィルタ下流側排気温度Ｔ３が所定温度以上になると第１のＥＧＲ通路１５に還流される排気ガスの量がＥＧＲ率（ε×γ１）に基く量に減少されるため、大量の所定温度Ｔｃ以上の排気ガスが第１のＥＧＲ通路１５に流れて第１のＥＧＲバルブ１７やＥＧＲクーラ１６の機能が劣化されることが抑制される。

続くステップＳ９で、下流側排気温度Ｔ３と図５に示すマップから、第２のＥＧＲバルブ１９に対するＥＧＲ率補正係数γ２を読み取り、ステップＳ１０で、第２のＥＧＲバルブ１９のＥＧＲ率がエンジン運転状態に応じた基本ＥＧＲ率εにこの補正係数γ２を掛けた値（ε×γ２）になるように該第２のＥＧＲバルブ１９に制御信号を出力する。

その場合に、図５のマップに示すように、第２のＥＧＲバルブに対するＥＧＲ率補正係数γ２は、フィルタ下流側排気温度Ｔ３、即ち排気ガスを吸気側に還流させる第１のＥＧＲ通路１５の入口温度をパラメータとして設定されており、該温度Ｔ３が所定温度より低い範囲では、例えばゼロまたは略ゼロとされ、該温度Ｔ３が所定温度より高くなると、その上昇に従ってγ１との和が１になるように維持されつつ値が大きくなるように設定されている。

したがって、フィルタ下流側排気温度Ｔ３が所定温度以上になると第２のＥＧＲ通路１５に還流される排気ガスの量がＥＧＲ（ε×γ２）に基く量に増加されるため、エンジン運転状態に応じた基本ＥＧＲ率εにされる。

以上のような排気還流制御を行うことにより、フィルタに捕集された微粒子を燃焼することによりまたはそれ以外の理由で排気ガスの温度が高温になったとしても、第１のＥＧＲバルブによって第１のＥＧＲ通路を介する排気ガスの還流量が排気ガスの温度に基いて小さくされるため、第１のＥＧＲ通路上に設けられた第１のＥＧＲバルブやＥＧＲクーラが高温の排気ガスによって機能劣化することが抑制される。

また、排気ガスが高温になると、第１のＥＧＲバルブによって第１のＥＧＲ通路を介して還流される排気ガスの量は小さくされるが、第２のＥＧＲバルブによって第２のＥＧＲ通路を介して還流される排気ガスの量が大きくされるため、ＥＧＲ率は、排気ガスが高温になる前と概ね変わらず維持される

（第２の実施形態）
第１の実施形態は排気ガスがフィルタの再生によってまたはそれ以外の理由で高温なる可能性がある場合に対応したものであるが、本実施形態は、排気ガスが高温になる理由がフィルタの再生であると明らかな場合に有効な形態である。

まず、図６により本実施の形態が適用されたエンジンの全体構成を説明する。図６に符号１０１で示されるエンジンは、第１の実施形態のエンジン１の第２のＥＧＲ通路１７と第２のＥＧＲ弁１９がない構成であって、複数の構成要素は第１の構成要素と同一である。本実施の形態において、第１の実施の形態の構成要素と同一の機能を有する構成要素には、第１の実施形態の構成要素に付した符号の数字に１００を加えた数字の符号を示している。

また、エンジン１０１は、第１の実施形態のエンジン１においては、２つのＥＧＲ通路１５、１８と、２つのＥＧＲバルブ１７と１９によってＥＧＲ率を調整したが、本実施の形態においては１つのＥＧＲ通路１１５と１つのＥＧＲバルブ１１７でＥＧＲ率を調整する。

また、エンジン１０１は、図示はしないが、図２に示す第１の実施形態のコントロールユニット２０と略同一のコントロールユニットを備える。異なるのは、本実施の形態のコントロールユニットが第２のＥＧＲバルブを制御しないことと、行う排気還流制御の内容である。

ここからは、本実施の形態のコントロールユニットによるパティキュレートフィルタ１１３の再生制御を含む排気還流制御の動作を図７のフローチャートに従って説明する。

まず、ステップＳ２０１で、エンジン回転速度Ｎ、アクセル開度θ、フィルタ上流側排気温度Ｔ２及び下流側排気温度Ｔ３、並びにフィルタ上流側排気圧Ｐ１及び下流側排気圧Ｐ２などを対応するセンサなどから読み込み、次いでステップＳ２０２で、読み込んだエンジン回転速度Ｎ及びアクセル開度θなどに基づいて要求燃料噴射量Ｑを算出する。

そして、ステップＳ２０３で、この要求燃料噴射量Ｑとエンジン回転速度Ｎとをパラメータとし、これらのパラメータと図４に示すマップとから、エンジンの運転状態に応じた基本ＥＧＲ率εを読み取り、また、ステップＳ２０４で、前記フィルタ上流側排気圧Ｐ１及び下流側排気圧Ｐ２からフィルタ前後の差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を求め、この差圧ΔＰと図８に示すマップとから、パティキュレートフィルタ１１３に堆積している微粒子捕集量Ｍを読み取る。そして、ステップＳ２０５で、この微粒子捕集量Ｍが、フィルタ再生開始閾値Ｘ以上か否かを判定する。

微粒子捕集量Ｍが前記閾値Ｘ未満の場合、即ちパティキュレートフィルタ１１３の再生が不要であると判断されたときは、ステップＳ２０６で、フィルタ再生フラグｆの値を判定する。このフラグｆの値は、フィルタ再生中は「１」、非再生中は「０」に設定されるもので、当初は、ｆ＝０であるから、次にステップＳ２０７を実行し、再生終了タイマのカウント値ｔが「０」であるか否か、即ち該タイマが計時中であるか否かを判定する。

そして、当初は該タイマによる計時は行われておらず、ｔ＝０であるから、次にステップＳ２０８を実行し、ＥＧＲ率が前記ステップＳ２０３で読み取った基本ＥＧＲ率εとなるようにＥＧＲバルブ１１７に制御信号を出力する。これにより、パティキュレートフィルタ１１３の再生が行われないときは、エンジンの運転状態に応じた通常時の排気還流制御が行われることになる。

一方、上記ステップＳ２０５で、微粒子捕集量Ｍがフィルタ再生開始閾値Ｘ以上と判定された場合は、次にステップＳ２０９で、前記フィルタ再生フラグｆの値を「１」とすると共に、ステップＳ２１０で、フィルタ再生開始時におけるフィルタ１１３内の微粒子の量を示す微粒子初期値Ｍ１に、前記ステップＳ２０４で図８のマップから読み取った再生開始直前の微粒子捕集量Ｍを代入する。そして、ステップＳ２１１で、フィルタ再生のための後噴射を実行する。

この後噴射は、図９に示すように、ピストンの圧縮上死点ないしその直前に行われるトルク発生のための主噴射とは別に、膨張行程または排気工程いずれかの所定の時期に行われるもので、この後噴射として燃料噴射弁１０３から燃焼室１０２内に噴射された燃料は燃焼することなく、排気行程で未燃燃料として排気通路１１１に排出され、酸化触媒１１２に供給される。そして、この未燃燃料は酸化触媒１１２で燃焼して排気ガスの温度を上昇させ、この高温となった排気ガスがパティキュレートフィルタ１１３に導入されることにより、該フィルタ１１３に堆積している微粒子が燃焼され、該フィルタ１１３の微粒子捕集機能が再生されることになる。

そして、本実施の形態のコントロールユニットは、この後噴射によるフィルタ再生制御を実行しながら、フィルタ再生中の排気還流制御を次のように行う。

即ち、ステップＳ２１２で、エンジン回転速度Ｎとアクセル開度θとから、燃焼室１０２から排出される微粒子の量Ｍ２を算出する。つまり、微粒子の排出量Ｍ２はエンジン回転速度Ｎとアクセル開度θとに依存するので、これらをパラメータとして、予め設定された特性に従って微粒子排出量Ｍ２が求められるのである。

また、ステップＳ２１３で、フィルタ上流側排気温度Ｔ２に基づき、パティキュレートフィルタ１１３内における微粒子の燃焼量Ｍ３を求める。この燃焼量Ｍ３は、フィルタ上流側排気温度Ｔ２、即ちパティキュレートフィルタ１１３に導入される排気ガスの温度に依存し、該温度Ｔ２が高いほど多くなる。

そして、ステップＳ２１４で、前記の再生開始時におけるパティキュレートフィルタ１１３内の微粒子初期値Ｍ１に、燃焼室１０２からの微粒子排出量Ｍ２を加え、かつ排気ガス温度Ｔ２に応じた微粒子燃焼量Ｍ３を減算して、フィルタ再生中における該フィルタ１１３内の微粒子の量を算出し、この量（Ｍ１＋Ｍ２−Ｍ３）がフィルタ再生終了閾値Ｙ以下か否かを判定する。ここで、フィルタ内の微粒子量を前記差圧ΔＰに基づいて決定しないのは、再生中は該差圧ΔＰとフィルタ内微粒子量とが対応しないからである。

そして、このフィルタ内微粒子量（Ｍ１＋Ｍ２−Ｍ３）が再生終了閾値Ｙ以下のとき、即ち後噴射によるパティキュレートフィルタ１１３内の微粒子の燃焼除去が完了しておらず、再生制御の実行中であるときは、ステップＳ２１５、Ｓ２１６によるフィルタ再生中の排気還流制御を実行する。

つまり、ステップＳ２１５で、図１０に示すマップからＥＧＲ率補正係数αを読み取り、ステップＳ２１６で、ＥＧＲ率をエンジン運転状態に応じた前記基本ＥＧＲε率にこの補正係数αを掛けた値（ε×α）に設定する。そして、図１１に符合ａで示すように、このＥＧＲ率（ε×α）となるようにＥＧＲバルブ１１７に制御信号を出力する。

その場合に、図１０のマップに示すように、ＥＧＲ率補正係数αは、フィルタ下流側排気温度Ｔ３、即ち排気ガスを吸気側に還流させるＥＧＲ通路１１５の入口温度をパラメータとして設定されており、該温度Ｔ３が比較的低い範囲では、例えば０．５とされ、該温度Ｔ３が高くなると排気ガスがＥＧＲバルブ１１７やＥＧＲクーラ１１６を機能劣化させる可能性が生じるため、その上昇に従って値が小さくなるように設定されている。

したがって、フィルタ再生制御が開始されたとき、酸化触媒１１２における未燃燃料の燃焼がまだ十分でなく、パティキュレートフィルタ１１３の上、下流側排気温度Ｔ２、Ｔ３がそれほど高くなっていない間は、フィルタ再生を行っていない通常時の例えば５０％の還元率で排気ガスが排気通路１１１から吸気側に還流されることになり、これにより燃焼が抑制されてＮＯｘ排出量が効果的に低減されることになる。

そして、その後、酸化触媒１１２における未燃燃料の燃焼が活発となり、該燃料の燃焼により高温となった排気ガスがパティキュレートフィルタ１１３に導入されて該フィルタ１１３の再生が積極的に行われるようになると、該フィルタ下流側排気温度Ｔ３も上昇することになるが、この温度Ｔ３が所定温度を超えれば、所定温度以上の排気ガスが大量にＥＧＲ通路１１５に流れることによるＥＧＲバルブ１１７やＥＧＲクーラ１１６の機能劣化を抑えるために、ＥＧＲ通路１１５を流れる排気ガスの量がＥＧＲバルブ１１７を介して減少される。

副次的な効果として、高温の排気ガスがＥＧＲ通路１１５から吸気側に大量に還流されて吸気温度ないし燃焼温度が次第に上昇し、フィルタ再生のための後噴射による燃料の全部或いは一部が燃焼室１０２内で燃焼して酸化触媒１１２への供給量が減少し、その結果、パティキュレートフィルタ１１３に導入される排気ガス温度が次第に低下するといった事態が防止されることにもなる。したがって、フィルタ１１３の再生が、その開始時から時間が経過しても、高温の排気ガスにより効率よく行われることになる。また、その間、フィルタ下流側排気温度Ｔ３に応じて排気ガスの還流制御が継続されるので、ＮＯｘ排出量の抑制作用も持続されることになる。

そして、以上のようにパティキュレートフィルタ１１３の再生制御が行われことにより、該フィルタ１１３の前後の差圧ΔＰに基づいて図８のマップから求められる微粒子捕集量Ｍが前記フィルタ再生開始閾値Ｘよりも小さくなるので、以後の制御サイクルでは、ステップＳ２０５からステップＳ２０６が実行されると共に、今度は、フィルタ再生フラグｆは「１」とされているので、前述のステップＳ２１１〜Ｓ２１６の制御が継続して実行され、後噴射によるフィルタの再生と、フィルタ下流側排気温度Ｔ３に応じた還流量での排気還流制御が行われる。

その後、このフィルタ再生制御によりパティキュレートフィルタ１１３に堆積している微粒子の量が減少し、フローチャートのステップＳ２１４で、再生開始時における微粒子初期値Ｍ１に、燃焼室１０２からの微粒子排出量Ｍ２を加え、かつ排気ガス温度Ｔ２に応じた微粒子燃焼量Ｍ３を減算した値（Ｍ１＋Ｍ２−Ｍ３）がフィルタ再生終了閾値Ｙ以下になったことが判定されれば、次に、ステップＳ２１７以下のフィルタ再生終了後の排気還流制御が行われる。

つまり、まずステップＳ２１７で、フィルタ再生フラグｆの値を「０」とし、ステップＳ２１８で再生終了タイマのカウント値ｔに１を加算する。ここで、ｆ＝０とされることにより、次の制御サイクル以降は、ステップＳ２０５、Ｓ２０６からステップＳ２０７が実行されて、後噴射を行うためのステップＳ２１１が実行されないことになり、フィルタ再生制御が終了することになる。

そして、この再生終了後の排気還流制御の開始直後は、前記タイマのカウント値ｔは、この再生終了後の排気還流制御を行う時間に対応させて設定された所定値ｔ０以下であるから、次にステップＳ２１９からステップＳ２２０を実行して、第２ＥＧＲ率補正係数βを読み込み、さらにステップＳ２２１で、ＥＧＲ率をエンジン運転状態に応じた基本ＥＧＲε率にこの補正係数βを掛けた値（ε×β）に設定する。そして、図１１に符合ｂで示すように、このＥＧＲ率（ε×β）となるようにＥＧＲバルブ１１７に制御信号を出力する。その場合に、この補正係数βは例えば前記第１ＥＧＲ補正係数αの最大値に等しい０．５に設定される。

この再生終了後の排気還流制御は、前記ステップＳ２１９で、再生終了タイマのカウント値ｔが所定値ｔ０となったことが判定されるまで行われる。そして、ｔ＝ｔ０となれば、ステップＳ２２２で、このカウント値ｔを「０」にリセットした上で、ステップＳ２０８で、図１１に符合ｃで示すように、基本ＥＧＲ率εによる通常時の排気還流制御に復帰する。

したがって、フィルタ再生終了時に、排気ガスの還流量が排気温度Ｔ３に応じて減少された量から通常時の量に段階的に戻されることになり、通常時の温度に低下するまでの未だ高温の状態の排気ガスが大量にＥＧＲ通路に流れず、ＥＧＲバルブやＥＧＲクーラの機能劣化が抑制される。

以上のような排気還流制御を行うことにより、フィルタ再生中に排気ガスの温度が高温になったとしてもまたフィルタ再生後しばらくの間排気ガスの温度が高温であったとしても、ＥＧＲバルブによってＥＧＲ通路を介する排気ガスの還流量が該排気ガスの温度に基いて減少されるため、ＥＧＲ通路上に設けられたＥＧＲバルブやＥＧＲクーラが高温の排気ガスによって機能劣化することが抑制される。

以上、２つの実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されない。

例えば、第２の実施の形態は排気通路の上流側に酸化触媒を、その下流側にパティキュレートフィルタを別体で設けているが、図１２に示すように、排気通路３１１に酸化触媒と一体化されたパテキュレートフィルタ３１３を設置し、その下流側からＥＧＲ通路３１５を分岐させてもよい。

また、第１の実施形態においては、図１に示すように、第１および第２のＥＧＲ通路と第１および第２のＥＧＲバルブをエンジンは有するが、排気ガスが高温になって第１のＥＧＲ通路を介する排気ガスの還流量を減少してもエンジンから外部に排出されるＮＯ_Ｘ量が、排気ガスが高温になる前のＮＯ_Ｘの量とほとんど変わらないのであれば、第２のＥＧＲバルブと第２のＥＧＲ通路を設けなくてもよい。

さらに、第２の実施形態において、フィルタ再生中、ＥＧＲ率は図１１に示すように基本ＥＧＲ率から減少することになるが、第１の実施形態の第２のＥＧＲ通路と第２のＥＧＲバルブのように、触媒を通過する前の排気ガスの一部を燃焼室に還流する新たなＥＧＲ通路と該ＥＧＲ通路を介する排気ガスの還流量を調整する新たなＥＧＲバルブとを設け、これらによってＥＧＲ率を基本ＥＧＲ率にしてもよい。

以上のように、本発明によれば、排気通路に微粒子捕集用のフィルタが備えられたエンジンにおいて、排気還流制御を行いながら、該フィルタの再生制御を効率よく行うことが可能となり、車両用エンジンの排気ガス対策技術として有効に利用されることになる。

本発明の第１の実施の形態に係るエンジンの全体構成図である。 第１の実施形態のエンジンの制御システムを示すブロック図である。 第１の実施形態のエンジンの排気還流制御の動作を示すフローチャートである。 基本ＥＧＲ率のマップである。 第１および第２のＥＧＲバルブのＥＧＲ率補正係数のマップである。 本発明の第２の実施の形態に係るエンジンの全体構成図である。 第２の実施形態のエンジンの制御システムを示すブロック図である。 微粒子捕集量のマップである。 フィルタ再生のための後噴射の説明図である。 前記排気ガス還流制御で用いられるＥＧＲ率補正係数のマップである。 同制御の動作を示すタイムチャートである。 本発明の他の実施の形態に係る排気通路の説明図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃焼室
５ 吸気通路
１１ 排気通路
１３ フィルタ
１５ 第１の排気還流手段（第１のＥＧＲ通路）
１７ 第１のバルブ（第１のＥＧＲ弁）
２０ 第１のバルブ制御手段（コントロールユニット）
３０ パラメータ値検出手段（排気温センサ）

Claims (3)

1. 排気通路から排気ガスの一部を吸気通路を介して燃焼室に還流させるエンジンの排気ガス還流制御装置であって、
   燃焼室から排出される微粒子を捕集するフィルタと、
   捕集した微粒子を燃焼してフィルタを再生するフィルタ再生手段と、
   フィルタの下流側から吸気通路に排気ガスを還流するための第１の排気還流通路と、
   前記第１の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量を調整するための第１のバルブと、
   前記第１の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの温度に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、
   前記パラメータ値検出手段によって検出されるパラメータ値が示す排気ガスの温度が高いときは、低いときに比べて前記第１の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量が小さくなるように前記第１のバルブを制御する第１のバルブ制御手段と、
   が備えられていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流制御装置。
2. 前記請求項１に記載の排気ガス還流制御装置において、
   前記フィルタ再生手段は、排気通路におけるフィルタの上流側に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒に未燃燃料を供給する未燃燃料供給手段とで構成され、
   前記酸化触媒の上流側から排気ガスの一部を吸気通路に還流する第２の排気還流通路と、
   前記第２の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量を調整するための第２のバルブと、
   前記パラメータ値検出手段によって検出されるパラメータ値が示す排気ガスの温度が高いときは、低いときに比べて前記第２の排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量が大きくなるように前記第２のバルブを制御する第２のバルブ制御手段と、
   が備えられていることを特徴とする排気ガス還流制御装置。
3. 排気通路から排気ガスの一部を吸気通路を介して燃焼室に還流させるエンジンの排気ガス還流制御装置であって、
   燃焼室から排出される微粒子を捕集するフィルタと、
   捕集した微粒子を燃焼してフィルタを再生するフィルタ再生手段と、
   フィルタの下流側から吸気通路に排気ガスを還流するための排気還流通路と、
   前記排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量を調整するためのバルブと、
   前記排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの温度に関するパラメータ値を検出する第１のパラメータ値検出手段と、
   前記第１のパラメータ値検出手段によって検出されるパラメータ値が示す排気ガスの温度が高いときは、低いときに比べて前記排気還流通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの量が小さくなるように前記バルブを制御するバルブ制御手段と、
   前記フィルタに捕集された微粒子の量に関連するパラメータ値を検出する第２パラメータ値検出手段と、
   微粒子量に基づいて前記フィルタ再生手段が実行されているか否かを判定する判定手段と、
   前記フィルタ再生手段によるフィルタの再生が終了した時からの時間を計時する計時手段が備えられ、
   前記バルブ制御手段は、前記計時手段によって計時されている時間が所定時間未満のときは、所定時間以上のときに比べて前記排気還流通路を介して還流される排気ガスの量を小さくすることを特徴とするエンジンの排気ガス還流制御装置。

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