JP2008088848A - 内燃機関のｅｇｒシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを併用する内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、内燃機関が低負荷状態から高負荷状態に移行する過渡状態において、燃焼不良の発生を抑制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上流の排気管とコンプレッサ下流の吸気管とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、タービン下流の排気管とコンプレッサ上流の吸気管とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流の排気管に設けられた排気浄化触媒と、を備え、内燃機関の運転状態が低負荷状態から高負荷状態に移行する過渡状態の時（Ｓ３０３）、内燃機関において燃料の燃焼不良が検出され（Ｓ３０４）、排気浄化触媒の触媒床温が基準温度より低い場合（Ｓ３０５）、高圧ＥＧＲガス量を、内燃機関の運転状態に応じて定められる高圧ＥＧＲガスの既定量より増量する（Ｓ３０６）。吸気が過剰に低温になることが抑制され燃焼不良が抑制される。
【選択図】図３

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が燃焼する際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減する技術として、排気通路と吸気通路とを連通させて排気の一部を内燃機関に戻す技術（排気再循環、以下「ＥＧＲ」という）が知られている。

近年では、ターボチャージャのタービンより上流の排気通路とターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路をと接続する高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる高圧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再循環させる低圧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装置とを切り替えて或いは併用してＥＧＲを行うことによって、より広範な運転領域においてＥＧＲを実施可能にすることを図る技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、内燃機関が零負荷乃至低負荷運転状態にある時には高圧ＥＧＲ装置によってＥＧＲを行い、内燃機関が中負荷乃至高負荷運転状態にある時には低圧ＥＧＲ装置によってＥＧＲを行うようにしたＥＧＲシステムが開示されている。
特開２００２−０２１６２５号公報 特開２０００−１３０２１８号公報

高圧ＥＧＲ通路は例えば排気マニホールドと吸気マニホールドとを直接連通する通路によって構成されるため、内燃機関から排出された排気が高圧ＥＧＲ通路を経由して内燃機関に再循環する場合の流通経路（高圧ＥＧＲ経路という）の長さは比較的短い。また、この高圧ＥＧＲ経路上には高圧ＥＧＲガスの流量調節弁やＥＧＲクーラ程度の機関部材が配置されるのみであるため、高圧ＥＧＲガスの温度は内燃機関からの排気の温度変化に対して比較的早く応答して変化する。

一方、内燃機関から排出された排気が低圧ＥＧＲ通路を経由して内燃機関に再循環する場合の流通経路（低圧ＥＧＲ経路という）上には、一般にタービン、排気浄化触媒、低圧ＥＧＲガス用のＥＧＲクーラ、低圧ＥＧＲガス用の流量調節弁、コンプレッサ、インタークーラ等の種々の機関部材が配置されており、その経路長も高圧ＥＧＲ経路と比較してかなり長い。そのため、内燃機関からの排気の温度が変化した場合においても、低圧ＥＧＲ経路を流通する過程で低圧ＥＧＲ経路上の機関部材の有する熱容量のため排気の温度変化が緩慢化され、排気の温度変化に対する低圧ＥＧＲガスの温度の応答速度は高圧ＥＧＲガスの場合と比較して遅くなる傾向がある。

例えば、アイドル運転等の低負荷運転状態や燃料カットを伴う減速時等の零負荷運転状態からの加速過渡時を考えた場合、内燃機関や機関部材の温度が低下している状態において内燃機関が高負荷運転状態に移行することになる。この場合、運転状態の変化による排気の高温化に伴って、高圧ＥＧＲガスの温度は比較的早く高温化する。一方、低圧ＥＧＲガスに関しては、内燃機関からの高温の排気が低圧ＥＧＲ経路を流通する過程で低圧ＥＧＲ経路上の低温の機関部材によって冷却されるため、加速過渡時の初期の暫くの期間は低圧ＥＧＲガスは低温の状態に維持される傾向がある。

ところが、特許文献１のＥＧＲシステムでは、中負荷乃至高負荷運転状態において低圧ＥＧＲ装置を用いてＥＧＲを行うように制御されるため、加速により内燃機関が高負荷運転状態に移行するのに伴って、中負荷乃至高負荷領域で定常運転した時の低圧ＥＧＲガスと比較して低温の低圧ＥＧＲガスが暫くの間内燃機関に再循環されることになる。そうすると、吸気温度が過剰に低下して失火などの燃焼不良を誘発する虞がある。

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、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを併用する内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、低温の低圧ＥＧＲガスが内燃機関に再循環されることに起因して失火等の燃焼不良が発生すること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内燃機関の排気通路にタービンを有するターボチャージャと、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再循環させる高圧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再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、高圧ＥＧＲ装置によって再循環される高圧ＥＧＲガスの量及び低圧ＥＧＲ装置によって再循環される低圧ＥＧＲガスの量が内燃機関の運転状態に応じたそれぞれの既定量となるように高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御手段と、を備え、ＥＧＲ制御手段は、内燃機関が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ移行する過渡状態である時に、高圧ＥＧＲガス量を前記高圧ＥＧＲガスの既定量（基本高圧ＥＧＲガス量という）より増加させることを特徴とする。

ここで、高圧ＥＧＲガス及び低圧ＥＧＲガスの既定量とは、ＮＯｘやスモーク等の排気特性や燃料の燃焼制御等の観点から適切なＥＧＲを実施可能なように、内燃機関の運転状態に応じてそれぞれ決定される高圧ＥＧＲガス及び低圧ＥＧＲガスの基本量であり、予め実験等により求められる。

また、低負荷運転状態とは、例えばアイドル運転状態や燃料カットを伴う減速時等の零負荷運転状態である。また、高負荷運転状態とは、トルク・回転数が低負荷運転状態より大きい領域であり、低圧ＥＧＲ装置によって再循環される低圧ＥＧＲガスの内燃機関の運転状態に応じた既定量（基本低圧ＥＧＲガス量という）が０ではないような運転状態である。具体的には、ＥＧＲ制御手段によって低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置の双方を用いてＥＧＲが行われる運転領域（ＭＩＸ領域という）に属する運転状態や、低圧ＥＧＲ装置を用いてＥＧＲが行われる運転領域（ＬＰＬ領域という）に属する運転状態を指すものとする。

上述したように、内燃機関が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ加速される過渡時には、高圧ＥＧＲガスの温度は、内燃機関が該高負荷状態で定常運転した場合に想定される高圧ＥＧＲガス温度に比較的短時間の間に変化する。一方、低圧ＥＧＲガスは過渡状態初期において暫くの期間低温状態を維持し、内燃機関が該高負荷状態で定常運転した場合に想定される低圧ＥＧＲガス温度に変化するために高圧ＥＧＲガスの場合より長い時間を要する。

従って、該高負荷状態に対応する基本低圧ＥＧＲガス量の低圧ＥＧＲガスが内燃機関に再循環されると、想定される温度より低温の低圧ＥＧＲガスが内燃機関に再循環されることになり、吸気の温度が過剰に低下して失火等の燃焼不良を発生させる虞があった。

それに対し、上記構成によれば、内燃機関が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ加速される過渡時においては、高圧ＥＧＲガス量が基本高圧ＥＧＲガス量より増加させられる。これにより、短時間でその温度が該高負荷状態から想定される温度にまで上昇している高圧ＥＧＲガスがより多く内燃機関に再循環されることになるため、吸気の温度が過剰に低下することが抑制され、失火等の燃焼不良が生じることを抑制することができる。

本発明においては、内燃機関における燃料の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を更に備え、内燃機関が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ移行する過渡状態において、燃焼状態検出手段によって燃料の燃焼不良が検出された場合に、上述した高圧ＥＧＲガス量の増量を行うようにしても良い。

ここで、燃料が燃焼不良の状態であるとは、燃料が燃焼せず失火している状態、或いは失火する兆候を示している状態である。例えば、筒内圧力を検出するセンサを設け、検出された筒内圧力に基づいて燃焼圧力を推定し、燃焼圧力の時間変化の仕方に基づいて燃料の燃焼状態を検出することができる。

上記構成によれば、内燃機関が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ移行する過渡状態にある場合であっても、実際に内燃機関において燃焼不良が発生又は燃焼不良が発生する兆候が検出されるまでは高圧ＥＧＲガスの増量は行われない。これにより、高圧ＥＧＲガスの増量によるＥＧＲ率の増大に起因してスモークの発生量が増大する等の排気特性の悪化を抑制することができる。

ところで、内燃機関における燃料の燃焼不良の発生原因としては、吸気の温度が過剰に低下すること以外にも様々な原因が考えられる（例えば酸素濃度が低い場合など）。上記構成では、燃焼不良が検出された場合に高圧ＥＧＲガス量を増量することで吸気温度を上昇させ、もって燃焼不良を解消するようにしているが、もし、検出された燃焼不良が吸気温度の過剰な低下以外の要因によるものであった場合、高圧ＥＧＲガス量を増量させることによっては燃焼不良を解消することができない可能性がある。

従って、上記構成において、燃焼不良が検出された場合に、その燃焼不良が吸気温度の過剰な低下に起因していると判定された場合にのみ、高圧ＥＧＲガス量の増量を行うようにしても良い。

吸気温度が過剰に低下する原因は、内燃機関の運転状態から想定される温度より低温の低圧ＥＧＲガスが内燃機関に再循環されることである。従って、低圧ＥＧＲガス温度が内燃機関の運転状態から想定される温度より低温であるか否かを判別することによって、燃焼不良の原因を判別することができる。

低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流に排気浄化触媒が配置されている構成の場合、低圧ＥＧＲガスは排気浄化触媒から流出する排気の一部であるので、排気浄化触媒の温度は低圧ＥＧＲガスの温度に強い相関を有していると考えられる。従って、排気浄化触媒の温度に基づいて低圧ＥＧＲガス温度が想定される温度より低いか否かを判定することができる。

以上の事項を考慮すると、本発明においては、排気通路における低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流に設けられた排気浄化触媒の温度を推定又は検出する（以下単に「検出する」と表記する）触媒温度検出手段を更に備え、内燃機関が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ移行する過渡状態において、燃焼状態検出手段によって燃料の燃焼不良が検出された場合に、触媒温度検出手段によって検出される排気浄化触媒の温度が所定温度を下回っていることを条件に、上述した高圧ＥＧＲガス量の増量を行うようにしても良い。

ここで、所定温度とは、低圧ＥＧＲガス温度が、内燃機関が該高負荷状態で定常運転した場合に想定される低圧ＥＧＲガス温度と比較して低くなっていると判定可能な排気浄化触媒の温度であって、予め実験等により求められる。

これにより、吸気温度の過剰な低下に起因して燃焼不良が発生している場合に限り高圧ＥＧＲガスの増量が行われるようになるため、より的確に、低温の低圧ＥＧＲガスが内燃機関に再循環されることに起因する失火等の燃焼不良の発生を抑制することが可能になる。

本発明により、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを併用する内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、内燃機関の運転状態から想定される温度より低温の低圧ＥＧＲガスが内燃機関に再循環されることに起因して失火等の燃焼不良が発生することを抑制することが可能になる。

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とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。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、吸気マニホールド１７及び排気マニホールド１８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と吸気管３との接続部近傍には、吸気管３を流れる吸気の流量を調節する第２吸気絞り弁９が設けられている。第２吸気絞り弁９は、電動アクチュエータによって開閉される。第２吸気絞り弁９より上流の吸気管３には、吸気と外気との間で熱交換を行うことで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５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。コンプレッサハウジング５ａより上流の吸気管３には、吸気管３を流れる吸気の流量を調節する第１吸気絞り弁６が設けられている。第１吸気絞り弁６は、電動アクチュエータによって開閉される。第１吸気絞り弁６より上流の吸気管３には、吸気管３に流入する新気の流量に応じた電気信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。エアフローメータ７により吸入空気量が検出される。

一方、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の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。タービンハウジング５ｂ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、酸化触媒と該酸化触媒の後段に配置されたパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）とを有して構成されている。フィルタには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下ＮＯｘ触媒という）が担持されている。排気浄化装置１０より下流の排気管４には、排気管４を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁１９が設けられている。排気絞り弁１９は、電動アクチュエータによって開閉される。

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に再循環
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を有して構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、排気絞り弁１９より下流の排気管４と、コンプレッサハウジング５ａより上流且つ第１吸気絞り弁６より下流の吸気管３と、を接続している。低圧ＥＧＲ通路３１を通って排気が低圧で吸気管３へ導かれる。本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を経由して気筒２に再循環する排気を低圧ＥＧＲガスと称している。

低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の流路断面積を変更することにより低圧ＥＧＲ通路３１を流れる排気の量を変更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の開度を調節することによって行われる。なお、低圧ＥＧＲガスの調量は低圧ＥＧＲ弁３２の開度調節以外の方法によって行うこともできる。例えば、第１吸気絞り弁６の開度を調節することによって低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させ、もって低圧ＥＧＲガス量を調節することができる。

低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと内燃機関１を冷却する冷却水との間で熱交換をすることで低圧ＥＧＲガスを冷却する。

また、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に再循環させる高圧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、高圧ＥＧＲ弁４２、及び高圧ＥＧＲクーラ４３を有して構成されている。

高圧ＥＧＲ通路４１は、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１７とを接続している。高圧ＥＧＲ通路４１を通って排気が高圧で吸気管３へ導かれる。本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を経由して気筒２に再循環する排気を高圧ＥＧＲガスと称している。

高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１の流路断面積を変更することにより高圧ＥＧＲ通路４１を流れる排気の量を変更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の開度を調節することによって行われる。なお、高圧ＥＧＲガスの調量は高圧ＥＧＲ弁４２の開度調節以外の方法によって行うこともできる。例えば、第２吸気絞り弁９の開度を調節することによって高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させ、もって高圧ＥＧＲガス量を調節することができる。また、ターボチャージャ５が可変容量型の場合には、タービンの流量特性を変更するノズルベーンの開度を調節することによっても高圧ＥＧＲガス量を調節することができる。

高圧ＥＧＲクーラ４３は、高圧ＥＧＲクーラ４３を通過する高圧ＥＧＲガスと内燃機関１を冷却する冷却水との間で熱交換をすることで高圧ＥＧＲガスを冷却する。

内燃機関１には、クランク角度を検出するとともに内燃機関１の機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し、内燃機関１の機関負荷を検出するアクセル開度センサ１５、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、排気浄化装置１０の温度を検出する温度センサ１２、気筒２内の圧力を検出する筒内圧センサ１３、が設けられている。その他、特に図示及び説明はしていないが、ディーゼルエンジンが一般的に備えている各種センサを備えている。

以上説明したように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するコンピュータであるＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、上記各種センサが電気配線を介して接続され、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、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２、第１吸気絞り弁６、第２吸気絞
り弁９、排気絞り弁１９を含む各種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指令信号に従ってこれらの機器が制御されるようになっている。

ここで、本実施例において低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を用いて行われる排気再循環（ＥＧＲ）について説明する。低圧ＥＧＲ装置３０によるＥＧＲと高圧ＥＧＲ装置４０によるＥＧＲとは、それぞれ好適にＥＧＲを行うことが可能な内燃機関の運転条件が予め実験により求められている。本実施例では、内燃機関１の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ装置３０と高圧ＥＧＲ装置４０とを切り替えて、或いは併用してＥＧＲを行うようにしている。

図２は、内燃機関１の運転状態の領域毎に定められた、低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０の切替パターンを示した図である。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の燃料噴射量を表している。なお、ここでは燃料噴射量を内燃機関１の機関負荷を代表するパラメータとして用いている。内燃機関１の機関負荷を代表するパラメータとしては、アクセル開度等他の物理量を採用することもできる。

図２のＨＰＬ領域は、内燃機関１の運転状態が低負荷低回転の領域であり、ここでは高圧ＥＧＲ装置４０を用いてＥＧＲが行われる。図２のＭＩＸ領域は、内燃機関１の運転状態が中負荷中回転の領域であり、ここでは低圧ＥＧＲ装置３０と高圧ＥＧＲ装置４０とが併用されてＥＧＲが行われる。図２のＬＰＬ領域は、内燃機関１の運転状態が高負荷高回転の領域であり、ここでは低圧ＥＧＲ装置３０を用いてＥＧＲが行われる。図２のＬＰＬ領域より高負荷又は高回転の領域ではＥＧＲは行われない。

また、上記各領域において、内燃機関１の運転状態に応じた最適なＥＧＲ率が実現されるように、低圧ＥＧＲガスの基本量（基本低圧ＥＧＲガス量という）及び高圧ＥＧＲガスの基本量（基本高圧ＥＧＲガス量という）が予め実験的に求められている。また、基本低圧ＥＧＲガス量に対応する低圧ＥＧＲ弁３２の開度（基本低圧ＥＧＲ弁開度という）及び基本高圧ＥＧＲガス量に対応する高圧ＥＧＲ弁４２の開度（基本高圧ＥＧＲ弁開度という）も予め求められ、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている。

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。

このように、内燃機関１の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ装置３０と高圧ＥＧＲ装置４０とを切り替えて、或いは併用してＥＧＲを行うことによって、広範な運転領域においてＥＧＲを行い、ＮＯｘの発生量を低減することを可能にしている。

ところで、高圧ＥＧＲ通路４１は吸気マニホールド１７と排気マニホールド１８とを直接連通する通路によって構成されているため、気筒２から排出された排気が高圧ＥＧＲ通路４１を経由して気筒２に再循環する場合の排気の流通経路（高圧ＥＧＲ経路という）の長さは比較的短い。さらに、この高圧ＥＧＲ経路上に配置される機関部材としては高圧ＥＧＲ弁４２や高圧ＥＧＲクーラ４３程度しかないため、高圧ＥＧＲガスの温度は気筒２から排出される排気の温度変化に対して比較的早く応答して変化する。

一方、気筒２から排出された排気が低圧ＥＧＲ通路３１を経由して気筒２に再循環する場合の排気の流通経路（低圧ＥＧＲ経路という）上には、タービンハウジング５ｂ、排気浄化装置１０、低圧ＥＧＲクーラ３３、低圧ＥＧＲ弁３２、コンプレッサハウジング５ａ、インタークーラ８等、数多くの機関部材が配置されており、その経路長も高圧ＥＧＲ経
路と比較してかなり長い。そのため、気筒２から排出される排気の温度が変化しても、低圧ＥＧＲ経路を流通する過程で低圧ＥＧＲ経路上に配置された諸機関部材の有する熱容量のために排気の温度変化が緩慢化され、排気の温度変化に対する低圧ＥＧＲガスの温度変化の応答性は高圧ＥＧＲガスの場合と比較して遅くなる傾向がある。

例えば、内燃機関１の運転状態が燃料カットを伴う減速時等の零負荷運転状態又は図２のＨＰＬ領域に属する低負荷運転状態（例えばアイドル運転状態）（以下低負荷状態と総称する）から、図２のＭＩＸ領域又はＬＰＬ領域に属する運転状態（以下高負荷状態と総称する）に移行する過渡時について考える。内燃機関１が低負荷状態にある場合には、内燃機関１や高圧ＥＧＲ経路及び低圧ＥＧＲ経路上の各種機関部材の温度は低下している。このような状況において内燃機関１の運転状態が高負荷状態に移行すると、運転状態の変化伴って燃料噴射量が増加し、気筒２から排出される排気の温度が高温化する。

この時、上述のように高圧ＥＧＲガスの温度は比較的短時間で排気の温度変化に応答して高温になる。それに対し、低圧ＥＧＲガスに関しては、高温の排気も低温のターボチャージャ５、排気浄化装置１０、低圧ＥＧＲクーラ３３、低圧ＥＧＲ弁３２、インタークーラ８等を通過する際に冷却されて温度が低下してしまうため、内燃機関１の運転状態が低負荷状態から高負荷状態に移行開始後の過渡状態の初期における暫くの期間において、低圧ＥＧＲガス温度が低温のまま維持されることになる。

そのため、内燃機関１の運転状態が高負荷状態に移行開始後の過渡状態において、高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量が該高負荷状態に応じて定められる基本高圧ＥＧＲガス量及び基本低圧ＥＧＲガス量に設定されると、内燃機関１が該高負荷状態で定常運転している場合に想定される低圧ＥＧＲガス温度（定常時低圧ＥＧＲガス温度という）より低温の低圧ＥＧＲガスが気筒２に再循環されることになる。この場合、吸気温度が過剰に低下して失火等の燃焼不良を誘発する虞がある。

そこで、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷状態から高負荷状態に移行する過渡状態においては、高圧ＥＧＲガス量を、該高負荷状態に応じて定められる基本高圧ＥＧＲガス量よりも増加させるようにした。これにより、内燃機関１の運転状態が低負荷状態から高負荷状態へ移行開始後比較的短時間で内燃機関１が該高負荷状態で定常運転している場合に想定される高圧ＥＧＲガス温度（定常時高圧ＥＧＲガス温度という）にまで上昇している高圧ＥＧＲガスを、より多く気筒２に再循環されることになる。これにより、吸気の温度が過剰に低下することが抑制されるため、失火等の燃焼不良が生じることを抑制できる。

ここで、高圧ＥＧＲガス量の増量分に相当する量を該高負荷状態に応じて定められる基本低圧ＥＧＲガス量から減量して低圧ＥＧＲガス量を設定するようにしても良い。すなわち、高圧ＥＧＲガス量の増量補正前のＥＧＲ率を維持しつつ、全ＥＧＲガス量に占める高圧ＥＧＲガスの比率を高めるように補正後の高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量を設定するようにしても良い。

なお、本実施例では、筒内圧センサ１３によって検出した筒内圧力に基づいて気筒２内における燃料の燃焼状態を推定し、実際に失火等の燃焼不良が発生していると推定される場合に、高圧ＥＧＲガス量の増量補正を行うようにしている。これにより、内燃機関１の運転状態が低負荷状態から高負荷状態へ移行開始してからある程度時間が経過して、低圧ＥＧＲ経路上の機関部材の温度が十分上昇し、低圧ＥＧＲガス温度が定常時低圧ＥＧＲガス温度にまで上昇した場合に、高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量を該高負荷状態に応じて定められる基本高圧ＥＧＲガス量及び基本低圧ＥＧＲガス量に戻すことができる。その結果、内燃機関１の運転状態に応じた最適なＥＧＲを実施することができる。

ここで、筒内圧力に基づいて実際の燃焼状態を推定する方法としては、例えば、燃料の燃焼に伴う筒内圧力の増分（燃焼圧力ともいう）の時間変化率のピーク値が所定の閾値を超えたか否かによって、燃料が失火しているか或いは失火の兆候があるか否かを判定する方法を例示できる。また、筒内圧力に基づいて燃焼状態を検出する方法でなくても、実際の燃料の燃焼状態を検出できるものであればどのような方法を採用することもできる。

ところで、内燃機関１において燃焼不良が発生する原因としては、吸気の温度が過剰に低下すること以外にも様々な原因が考えられる（例えば酸素濃度が低い場合など）。上述のようにして検出された燃焼不良が吸気温度の過剰な低下以外の要因によるものであった場合、高圧ＥＧＲガス量を増量補正することによっては燃焼不良を解消することができない可能性がある。

そこで、本実施例では、燃焼不良が検出された場合に、その燃焼不良が吸気温度の過剰な低下に起因していると判定された場合にのみ、高圧ＥＧＲガス量の増量補正を行うようにしている。具体的には、温度センサ１２によって検出される排気浄化装置１０の温度が所定の基準温度未満の場合に限り、高圧ＥＧＲガス量の増量補正を行うようにしている。

これは、内燃機関１の運転状態が低負荷状態から高負荷状態に移行する過渡状態における吸気温度の過剰低下の原因は、上述のように低圧ＥＧＲガス温度が定常時低圧ＥＧＲガス温度より低下するためであり、低圧ＥＧＲガスは排気浄化装置１０から流出する排気の一部であるので、排気浄化装置１０の温度は低圧ＥＧＲガス温度、従って吸気温度に強い相関を有していると考えられるからである。

なお、上記所定の基準温度は、低圧ＥＧＲガス温度が定常時低圧ＥＧＲガス温度よりも低くなっていると判定（又は推定）可能な排気浄化装置１０の温度であり、予め実験的に求められる。

ここで、以上説明した高圧ＥＧＲガス量の増量補正制御の具体的な実施手順について、図３に基づいて説明する。図３は高圧ＥＧＲガス量の増量補正制御を行うためのルーチンを示すフローチャートである。このルーチンはＥＣＵ２０によって所定期間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ３０１において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態を検出する。具体的には、アクセル開度センサ１５の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を検出するとともに、クランクポジションセンサ１６の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転数を検出する。

ステップＳ３０２では、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ３０１において検出した内燃機関１の運転状態に応じた基本高圧ＥＧＲ弁開度及び基本低圧ＥＧＲ弁開度を求める。基本高圧ＥＧＲ弁開度及び基本低圧ＥＧＲ弁開度は、それぞれ内燃機関１の機関負荷及び機関回転数に応じて定まる関数又はマップとして予め実験により求められている。

ステップＳ３０３では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態が低負荷状態から高負荷状態へ移行する過渡状態であるか否かを判定する。具体的には、前記ステップＳ３０１において検出した内燃機関１の運転状態と前回本ルーチンを実行した際の内燃機関１の運転状態とに基づいて、内燃機関１の運転状態が、低負荷状態から高負荷状態へ移行する過渡状態であるか否かを判定する。本ステップＳ３０３で肯定判定された場合はステップＳ３０４に進む。一方、本ステップＳ３０３で否定判定された場合は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ３０４では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１において燃料の燃焼不良が発生しているか否かを判定する。具体的には、筒内圧センサ１３による筒内圧力の検出値に基づいて、燃料の燃焼に伴う筒内圧力の変化量の時間変化率が所定の閾値を超えているか否かを判定する。本ステップＳ３０４で肯定判定された場合はステップＳ３０５に進む。一方、本ステップＳ３０４で否定判定された場合は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ３０５では、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ３０４で検出された燃焼不良が吸気温度の過剰低下に起因するものであるか否かを判定する。具体的には、温度センサ１２による排気浄化装置１０の温度の検出値が所定の基準温度未満であるか判定する。本ステップＳ３０５で肯定判定された場合はステップＳ３０６に進む。一方、本ステップＳ３０５で否定判定された場合は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ３０６では、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲガス量の増量補正を行う。具体的には、前記ステップＳ３０２において求められた基本高圧ＥＧＲ弁開度をより開き側の開度に補正する。或いは基本高圧ＥＧＲ弁開度を増量補正するとともに基本低圧ＥＧＲ弁開度を減量補正しても良い。

ステップＳ３０７では、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ３０６で求められた補正後の基本高圧ＥＧＲ弁開度及び補正後の基本低圧ＥＧＲ弁開度となるように高圧ＥＧＲ弁４２及び低圧ＥＧＲ弁３２を制御する。

以上説明したルーチンを実行することにより、内燃機関１の運転状態が低負荷状態から高負荷状態に移行する過渡状態において、定常時低圧ＥＧＲガス温度よりも低温の低圧ＥＧＲガスが大量に内燃機関１に再循環されることによって失火等の燃焼不良が発生することを抑制することができる。

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、上記実施例では内燃機関１の運転状態が低負荷状態から高負荷状態に移行する過渡状態において、実際に燃焼不良が検出され、且つ、排気浄化装置１０の温度が低下していることを条件に高圧ＥＧＲガス量の増量補正を実行するようにしているが、燃焼不良の検出や排気浄化装置１０の温度判定は必ずしも実行する必要はない。内燃機関１が過渡状態の時には高圧ＥＧＲガス量を増量補正するようにしても良い。

また、高圧ＥＧＲガス量の増量補正を実行後、所定時間経過後、或いは排気浄化装置１０の温度が所定温度を超えた時、等に高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量を基本高圧ＥＧＲガス量及び基本低圧ＥＧＲガス量に戻すようにしてもよい。

本発明の実施例１に係るＥＧＲシステムを適用する内燃機関及びその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例１に係るＥＧＲシステムの高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置の切替パターンを示す図である。 本発明の実施例１に係る高圧ＥＧＲガス量の増量補正を実行するためのルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気管
４ 排気管
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
６ 第１吸気絞り弁
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ 第２吸気絞り弁
１０ 排気浄化装置
１２ 温度センサ
１３ 筒内圧センサ
１４ アクセルペダル
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
４３ 高圧ＥＧＲクーラ

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気通路にコンプレッサを有し且つ内燃機関の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再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
   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再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
   前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環される高圧ＥＧＲガスの量及び前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環される低圧ＥＧＲガスの量が内燃機関の運転状態に応じたそれぞれの既定量となるように前記高圧ＥＧＲ装置及び前記低圧ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御手段と、
   を備え、
   前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ移行する過渡状態である時に、高圧ＥＧＲガス量を前記高圧ＥＧＲガスの既定量より増加させ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、
   前記内燃機関における燃料の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を更に備え、
   前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ移行する過渡状態である時に、前記燃焼状態検出手段によって燃料の燃焼不良が検出される場合に、高圧ＥＧＲガス量を前記高圧ＥＧＲガスの既定量より増加させることを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
3. 請求項２において、
   前記排気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流に設けられた排気浄化触媒の温度を推定又は検出する触媒温度検出手段を更に備え、
   前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ移行する過渡状態である時に、前記燃焼状態検出手段によって燃料の燃焼不良が検出され、且つ、前記触媒温度検出手段によって推定又検出される前記排気浄化触媒の温度が所定温度を下回っている場合に、高圧ＥＧＲガス量を前記高圧ＥＧＲガスの既定量より増加させることを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
   

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