JP2008150978A

JP2008150978A - 内燃機関の排気還流装置

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Publication number: JP2008150978A
Application number: JP2006337950A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nagae; 正浩長江
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】内燃機関の排気還流装置において、内燃機関に適切な温度の吸気を供給する技術を提供する。
【解決手段】低圧ＥＧＲ手段３０と高圧ＥＧＲ手段４０とを備える内燃機関１の排気還流装置であって、内燃機関１の燃焼に適する目標吸気温度を決定し、吸気通路３と高圧ＥＧＲ手段３０との接続部よりも下流側の吸気通路３を流れる吸気の温度である実吸気温度を測定し、実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合に、低圧ＥＧＲ手段３０が流す低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲ手段４０が流す高圧ＥＧＲガスの量の割合が増加するように補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャを備え、タービンよりも下流の排気通路とコンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し、内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させる低圧ＥＧＲ通路を備える内燃機関の排気還流装置が知られている。また、タービンよりも上流の排気通路とコンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し、内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させる高圧ＥＧＲ通路を備える内燃機関の排気還流装置が知られている。

そして、これらの低圧ＥＧＲ通路と高圧ＥＧＲ通路とを備え、内燃機関の高負荷運転時には低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス（以下、低圧ＥＧＲガスという。）を供給し、低負荷運転時には高圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス（以下、高圧ＥＧＲガスという。）を供給する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、ターボチャージャ付きエンジンの排気還流装置において、運転状態に応じて高圧ＥＧＲ通路を開通させたり低圧ＥＧＲ通路を開通させたりすることにより、排気エミッションを改善する技術が記載されている。また、特許文献２には、排気通路に設けた温度センサで検出される排気ガス温度に基づいて高圧ＥＧＲ通路と低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整し、高負荷時においても高いＥＧＲ率を確保しながらＮＯｘを効果的に低減する技術が記載されている。また、特許文献３には、運転状態に応じて高圧ＥＧＲガスの量と低圧ＥＧＲガスの量とを切り替えることにより、ＥＧＲクーラの大型化することなく冷えたＥＧＲガスをエンジンに還流し、エンジン自体の冷却系への負担を低減する技術が記載されている。また、特許文献４には、主燃料噴射手段と副燃料噴射手段とを備え、内燃機関の運転に必要な主燃料の噴射とは別に、内燃機関の運転状態に応じて副燃料の噴射を行う技術が記載されている。
特開平７−２３３７６１号公報特開２００４−１６２６７４号公報特開２００４−１５６５７２号公報特開２０００−３２０３６０号公報

内燃機関に供給するＥＧＲガスの量を適正な値にするため、内燃機関の負荷と回転数に応じて予め定めたマップに基づいて低圧ＥＧＲガスの量および高圧ＥＧＲガスの量を制御する方法がある。内燃機関から排出されるＮＯｘを低減する際は、内燃機関が失火しない程度にＥＧＲガスを供給し、内燃機関の燃焼温度の上昇を防ぐ。しかし、内燃機関に供給されるＥＧＲガスの温度は、外気温の変化等によって変動する。内燃機関の筒内の燃焼に影響を与える要素として、外気温度、ＥＧＲ率、水温等の計測可能な要素の他、触媒の圧力損失や吸気系の各部品の温度等の計測不能な要素がある。よって、予め定めたマップに基づいて低圧ＥＧＲガスの量および高圧ＥＧＲガスの量の制御を行っていると、内燃機関に供給される吸気の温度がこれら要素に影響されて変動する。ＥＧＲガスが供給された状態にある内燃機関の吸気の温度が変動すると、炭化水素等の排出が避けられない。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気還流装置において、内燃機関に適切な温度の吸気を供給する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、内燃機関の吸気の温度が燃焼に適する吸気の温度よりも低い場合に、低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる。高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させることで吸気の温度が高まり、吸気を内燃機関の燃焼に適する温度にすることが可能となる。

詳細には、本発明は内燃機関の排気還流装置であって、内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し、前記内燃機関からの排気の一部である低圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す低圧ＥＧＲ手段と、前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し、前記内燃機関からの排気の一部である高圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す高圧ＥＧＲ手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて該運転状態における該内燃機関の燃焼に適する吸気の温度である目標吸気温度を決定する目標吸気温度決定手段と、前記吸気通路と前記高圧ＥＧＲ手段との接続部よりも下流側の吸気通路を流れる吸気の温度である実吸気温度を測定する実吸気温度測定手段と、前記実吸気温度測定手段によって測定された前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも低い場合に、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合が増加するように補正するＥＧＲ補正手段と、を備える。

低圧ＥＧＲ手段は、タービンよりも下流の排気通路とコンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し、内燃機関からの排気の一部である低圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す。

高圧ＥＧＲ手段は、タービンよりも上流の排気通路とコンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し、内燃機関からの排気の一部である高圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す。

目標吸気温度決定手段は、例えば負荷、回転数、外気温度といった内燃機関の運転状態に基づいて目標吸気温度を決定する。ここで、目標吸気温度とは、内燃機関の燃焼に適する吸気の温度であり、例えば、内燃機関での粒子状汚染物質の生成や炭化水素の排出を抑制しうる温度である。

実吸気温度測定手段は、内燃機関の実際の吸気温度を測定するものであり、例えば、高圧ＥＧＲ手段が高圧ＥＧＲガスを流し、低圧ＥＧＲ手段が低圧ＥＧＲガスを流している状態であれば、実吸気温度測定手段が測定する内燃機関の実吸気温度は、高圧ＥＧＲガスや低圧ＥＧＲガスが混合された吸気の温度となる。

内燃機関の構成上、高圧ＥＧＲガスが流れる通路の長さは、低圧ＥＧＲガスが流れる通路の長さよりも短い。このため、低圧ＥＧＲガスよりも高圧ＥＧＲガスの方が、通路を流れている間の放熱量が小さい。また、低圧ＥＧＲガスは内燃機関からタービンを経由して吸気通路に流れるのに対し、高圧ＥＧＲガスは内燃機関からタービンを経由しないで吸気通路に流れる。よって、低圧ＥＧＲガスの熱エネルギの一部はタービンを駆動させるのに使われるのに対し、高圧ＥＧＲガスの熱エネルギはタービンを駆動させるのに使われることがない。これらの理由により、高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの量の割合が多いと、吸気の温度が低くなる。

そこで、本発明に係る排気還流装置において、ＥＧＲ補正手段は、低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの割合を増加させる。これにより、内燃機関の実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合に実吸気温度と目標吸気温度とのずれが解消され、内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

また、本発明に係る排気還流装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて予め定めた該内燃機関の燃焼に適する低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量とを示す、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いるマップを更に備え、前記ＥＧＲ補正手段は、前記実吸気温度測定手段によって測定される前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも低い場合に、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いている前記マップを前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲガスの量の割合が高いマップにすることにより、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させるようにしてもよい。

マップは、内燃機関の燃焼に適するＥＧＲガスの量を示しており、これらは実験等によって予め求められたものである。

ＥＧＲ補正手段は、実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の制御に用いているマップを、低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の割合が高いものにする。低圧ＥＧＲ手段や高圧ＥＧＲ手段はマップに基づいてＥＧＲガスの量を制御しているため、マップを替えることにより低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させて実吸気温度と目標吸気温度とのずれを解消し、内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

また、本発明に係る排気還流装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて予め定めた該内燃機関の燃焼に適する低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量とを示す、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いるマップを更に備え、前記ＥＧＲ補正手段は、前記実吸気温度測定手段によって測定される前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも低い場合に、前記マップが示す前記低圧ＥＧＲガスの量と前記高圧ＥＧＲガスの量を前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲガスの量の割合が高くなるように補正することにより、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させるようにしてもよい。

マップは、前述と同様、内燃機関の燃焼に適するＥＧＲガスの量を示しており、これらは実験等によって予め求められたものである。

ＥＧＲ補正手段は、実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合、マップが示している低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量とをそれぞれ補正する。すなわち、ＥＧＲ補正手段は、実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合、マップが示す値を修正したり乗数を掛けたりすることにより、マップが示す低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の比率を高くする。低圧ＥＧＲ手段や高圧ＥＧＲ手段はマップに基づいてＥＧＲガスの量を制御しているため、マップから取得される値を補正することにより低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させて実吸気温度と目標吸気温度とのずれを解消し、内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

また、本発明に係る排気還流装置は、前記吸気通路と前記高圧ＥＧＲ手段との接続部よりも上流側の吸気通路に配置され、該吸気通路を流れる吸気の流量を調節する第一の調整弁を更に備え、前記ＥＧＲ補正手段は、前記第一の調整弁の開度を閉方向に動作させることにより、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させるようにしてもよい。

第一の調整弁は、吸気通路と高圧ＥＧＲ手段との接続部よりも上流側の吸気通路、換言
すると、コンプレッサ側の吸気通路に配置されているため、弁の開度を閉方向に動作させることによりコンプレッサ側から流れる吸気の量が減少する。これによって吸気の圧力のバランスが変化し、高圧ＥＧＲ手段の下流側の圧力が低下するので高圧ＥＧＲ手段から流れる高圧ＥＧＲガスの量が増加する。

ＥＧＲ補正手段は、実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合に、第一の調整弁の開度を閉方向に動作させることで低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの割合を増加させ、実吸気温度と目標吸気温度とのずれを解消して内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

また、前記ＥＧＲ補正手段は、前記吸気通路を流れる前記高圧ＥＧＲガスの流量が前記高圧ＥＧＲ手段が流すことが可能な最大の高圧ＥＧＲガスの流量に達したら前記第一の調整弁の開度を閉方向に動作させることにより、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させてもよい。

吸気通路を流れる高圧ＥＧＲガスの流量が高圧ＥＧＲ手段が流すことが可能な最大の高圧ＥＧＲガスの流量に達すると、実吸気温度を目標吸気温度にすることができなくなる。そこで、吸気通路を流れる高圧ＥＧＲガスの流量が高圧ＥＧＲ手段が流すことが可能な最大の高圧ＥＧＲガスの流量に達したら、第一の調整弁を閉方向に動作させる。第一の調整弁を閉方向に動作させることにより、高圧ＥＧＲ手段の下流側の圧力が低下し、高圧ＥＧＲ手段から流れる高圧ＥＧＲガスの量が増加する。これにより、低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の割合が増加し、実吸気温度と目標吸気温度とのずれを解消して内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

また、本発明は、内燃機関の排気還流装置であって、内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し、前記内燃機関からの排気の一部である低圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す低圧ＥＧＲ手段と、前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し、前記内燃機関からの排気の一部である高圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す高圧ＥＧＲ手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて該運転状態における該内燃機関の燃焼に適する吸気の温度である目標吸気温度を決定する目標吸気温度決定手段と、前記吸気通路と前記高圧ＥＧＲ手段との接続部よりも下流側の吸気通路を流れる吸気の温度である実吸気温度を測定する実吸気温度測定手段と、前記実吸気温度測定手段によって測定された前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも高い場合に、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合が増加するように補正するＥＧＲ補正手段と、を備える。

ターボチャージャ、低圧ＥＧＲ手段、高圧ＥＧＲ手段、目標吸気温度決定手段、実吸気温度測定手段については、前述と同様である。また、高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの量の割合が多いと吸気の温度が低くなることは、前述した通りである。

そこで、本発明に係る排気還流装置において、ＥＧＲ補正手段は、高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの割合を増加させる。これにより、内燃機関の実吸気温度が目標吸気温度よりも高い場合に実吸気温度と目標吸気温度とのずれが解消され、内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

また、本発明に係る排気還流装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて予め定めた該内燃機関の燃焼に適する低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量とを示す、前記低圧ＥＧ
Ｒ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いるマップを更に備え、前記ＥＧＲ補正手段は、前記実吸気温度測定手段によって測定される前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも高い場合に、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いている前記マップを前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲガスの量の割合が高いマップにすることにより、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させるようにしてもよい。

前述したように、低圧ＥＧＲ手段や高圧ＥＧＲ手段はマップに基づいてＥＧＲガスの量を制御しているため、マップを差し替えれば高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させて実吸気温度と目標吸気温度とのずれを解消し、内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

また、本発明に係る排気還流装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて予め定めた該内燃機関の燃焼に適する低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量とを示す、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いるマップを更に備え、前記ＥＧＲ補正手段は、前記実吸気温度測定手段によって測定される前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも高い場合に、前記マップが示す前記低圧ＥＧＲガスの量と前記高圧ＥＧＲガスの量を前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲガスの量の割合が高くなるように補正することにより、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させるようにしてもよい。

前述したように、低圧ＥＧＲ手段や高圧ＥＧＲ手段は、マップに基づいてＥＧＲガスの量を制御している。よって、マップから取得される値を補正することにより高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させて実吸気温度と目標吸気温度とのずれを解消し、内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

また、本発明に係る排気還流装置は、前記吸気通路と前記低圧ＥＧＲ手段との接続部よりも上流側の吸気通路に配置され、該吸気通路を流れる吸気の流量を調節する第二の調整弁を更に備え、前記ＥＧＲ補正手段は、前記第二の調整弁の開度を閉方向に動作させることにより、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させるようにしてもよい。

第二の調整弁は、吸気通路と低圧ＥＧＲ手段との接続部よりも上流側の吸気通路、換言すると、外気を取り入れる側の吸気通路に配置されているため、弁の開度を閉方向に動作させることにより取り入れる外気の量が減少する。これによって吸気の圧力のバランスが変化し、低圧ＥＧＲ手段の下流側の圧力が低下するので低圧ＥＧＲ手段から流れる低圧ＥＧＲガスの量が増加する。

ＥＧＲ補正手段は、実吸気温度が目標吸気温度よりも高い場合に、第二の調整弁の開度を閉方向に動作させることで高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの割合を増加させ、実吸気温度と目標吸気温度とのずれを解消して内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

また、前記ＥＧＲ補正手段は、前記吸気通路を流れる前記低圧ＥＧＲガスの流量が前記低圧ＥＧＲ手段が流すことが可能な最大の低圧ＥＧＲガスの流量に達したら前記第二の調整弁の開度を閉方向に動作させることにより、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させてもよい。

ＥＧＲ補正手段は、吸気通路を流れる低圧ＥＧＲガスの流量が低圧ＥＧＲ手段が流すことが可能な最大の低圧ＥＧＲガスの流量に達したら、第二の調整弁を閉方向に動作させる。第二の調整弁を閉方向に動作させることにより、低圧ＥＧＲ手段の下流側の圧力が低下し、低圧ＥＧＲ手段から流れる低圧ＥＧＲガスの量が増加する。これにより、高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させ、実吸気温度と目標吸気温度とのずれを解消して内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

内燃機関の排気還流装置において、内燃機関に適切な温度の吸気を供給することが可能になる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気還流装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸・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を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気管３および排気管４が接続されている。この吸気管３の途中には、排気のエネルギ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５ａが設けられている。また、コンプレッサ５ａよりも上流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量を調節する第１スロットル６（本発明でいう、「第二の調整弁」に相当。）が設けられている。この第１スロットル６は、電動アクチュエータにより開閉される。第１スロットル６よりも上流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の吸入新気量が測定される。

コンプレッサ５ａよりも下流の吸気管３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が設けられている。そして、インタークーラ８よりも下流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量を調整する第２スロットル９（本発明でいう、「第一の調節弁」に相当。）が設けられている。この第２スロットル９は、電動アクチュエータにより開閉される。なお、第２スロットル９の下流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の温度を測定する温度センサ１１（本発明でいう、「実吸気温度測定手段」に相当。）が設けられている。

一方、排気管４の途中には、前記ターボチャージャ５のタービン５ｂが設けられている。また、タービン５ｂよりも下流の排気管４には、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１０が設けられている。このフィルタ１０には、吸蔵還元型ＮＯx
触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）が担持されている。このパティキュレートフィル
タは、排気中の粒子状物質を捕集する。また、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、一方、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯxを放出する。その際、排気中
に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯx触媒
から放出されたＮＯxが還元される。

そして、内燃機関１には、排気管４内を流通する排気の一部を低圧で吸気管３へ再循環させる低圧ＥＧＲ装置３０（本発明でいう、「低圧ＥＧＲ手段」に相当。）が備えられて
いる。この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、およびＥＧＲクーラ３３を備える。

低圧ＥＧＲ通路３１は、フィルタ１０よりも下流側の排気管４と、コンプレッサ５ａよりも上流且つ第１スロットル６よりも下流の吸気管３と、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で再循環される。そして、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を通って再循環される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。

また、低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調整する。さらに、ＥＧＲクーラ３３は、該ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水との間で熱交換を行い、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

また、内燃機関１には、排気管４内を流通する排気の一部を高圧で吸気管３へ再循環させる高圧ＥＧＲ装置４０（本発明でいう、「高圧ＥＧＲ手段」に相当。）が備えられている。この高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１、および高圧ＥＧＲ弁４２を備える。

高圧ＥＧＲ通路４１は、タービン５ｂよりも上流側の排気管４と、第２スロットル９よりも下流の吸気管３と、を接続している。この高圧ＥＧＲ通路４１を通って、排気が高圧で再循環される。そして、本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を通って再循環される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。

また、高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１の通路断面積を調整することにより、該高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの量を調整する。

以上述べたように構成された内燃機関１およびＥＧＲ装置等の補機類には、これらを制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０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やその補機類を制御する。また、ＥＣＵ２０には、上記の温度センサ１１の他、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機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６等が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、第１スロットル６、第２スロットル９、低圧ＥＧＲ弁３２、及び高圧ＥＧＲ弁４２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ２０によりこれらの機器が制御される。

次に、本実施例による吸気温度の制御について説明する。図２は、本実施例による吸気温度の制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１が運転している間、繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、高圧ＥＧＲ弁４２や低圧ＥＧＲ弁３２の開度が決定される。図３は、内燃機関１の燃焼に適する運転状態とＥＧＲ弁の開度との関係を示すマップである。図３に示すマップにおいて、縦軸（Ｑ）は機関負荷であり、横軸（Ｎｅ）は機関回転数を示している。マップは、機関負荷や機関回転数毎に内燃機関１の燃焼に適する高圧ＥＧＲ弁４２と低圧ＥＧＲ弁３２の開度を示している。本マップでは、機関負荷や機関回転数が増加するにつれて、高圧ＥＧＲ弁４２のみの制御（図において、「ＨＰＬ」と示す領域。）から高圧ＥＧＲ弁４２と低圧ＥＧＲ弁３２の両方の制御（図において、「ＭＰＬ」と示されている領域。）、低圧ＥＧＲ弁３２のみの制御（図において、「ＬＰＬ」と示す領域。）に移行していくように、ＥＧＲ弁の開度が示されている。このマップは、実験等によって予め定められたものである。

ＥＣＵ２０は、開度センサ１５によって検出された機関負荷およびクランクポジションセンサ１６によって検出された機関回転数と、図３に示すマップと、に基づいて高圧ＥＧＲ弁４２と低圧ＥＧＲ弁３２の開度を制御する。

ステップＳ１０２では、内燃機関１の燃焼に適する吸気温度（本発明でいう、「目標吸気温度」に相当する。）が決定される。図４は、内燃機関１の燃焼に適する運転状態と目標吸気温度との関係を示すマップである。図４に示すマップにおいて、縦軸（Ｑ）は機関負荷であり、横軸（Ｎｅ）は機関回転数を示している。マップは、機関負荷や機関回転数毎に内燃機関１の燃焼に適する吸気温度である目標吸気温度を示している。本マップでは、機関負荷や機関回転数が増加するにつれて、吸気温度が低下するように移行していく。このマップは、実験等によって予め定められたものである。本発明でいう「目標吸気温度決定手段」に相当する機能は、ＥＣＵ２０が行うこれら一連の処理によって実現されている。

ステップＳ１０３では、実吸気温度が取得される。ＥＣＵ２０は、温度センサ１１から実吸気温度を取得する。

ステップＳ１０４では、実吸気温度と目標吸気温度の比較が行われる。ＥＣＵ２０は、取得した実吸気温度と目標吸気温度とを比較する。ＥＣＵ２０は、実吸気温度が目標吸気温度よりも低ければ、実吸気温度を上昇する制御（ステップＳ１０５）に移行する。また、ＥＣＵ２０は、実吸気温度が目標吸気温度よりも高ければ、実吸気温度を低減する制御（ステップＳ１０６）に移行する。

ステップＳ１０５では、実吸気温度の上昇操作が行われる。実吸気温度の上昇操作は、低圧ＥＧＲ装置３０が流す低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲ装置４０が流す高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させることにより、実現される。詳細には、ＥＣＵ２０が低圧ＥＧＲ弁３２と高圧ＥＧＲ弁４２の制御に用いているマップ（ステップＳ１０１において参照した、図３に示すマップ。）を、低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の割合が高いものに変更する。図５において、低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の割合が高いマップを示す。同一の機関負荷（Ｑ）で同一の機関回転数（Ｎｅ）の場合、図３に示すマップよりも図５に示すマップの方が、高圧ＥＧＲガスの量の割合が高くなるようにマッピングされている。低圧ＥＧＲ弁３２と高圧ＥＧＲ弁４２の制御に用いているマップを図５に示すような高圧ＥＧＲガスの比率の高いマップに変更することにより、低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の割合が増加し、実吸気温度が上昇する。本発明でいう「ＥＧＲ補正手段」に相当する機能は、ＥＣＵ２０が行うこれら一連の処理によって実現されている。

なお、図５のマップにおいても示されているが、高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる際、高圧ＥＧＲ弁４２の開度を増加させるのみでなく、第２スロットル９の開度を減少させてもよい。第２スロットル９は、高圧ＥＧＲ弁４２の開度の増加に応じてその開度を徐々に減少するように制御してもよいし、高圧ＥＧＲ弁４２の開度が全開になってからその開度の減少を開始するように制御してもよい。第２スロットル９の開度を減少させれば、吸気通路の圧力が低下するので高圧ＥＧＲ装置４０を流れるガスの前後差圧が大きくなり、高圧ＥＧＲガスの流量が増加する。

ステップＳ１０６では、実吸気温度の低減操作が行われる。実吸気温度の低減操作は、高圧ＥＧＲ装置４０が流す高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲ装置３０が流す低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させることにより、実現される。詳細には、ＥＣＵ２０が低圧ＥＧＲ弁３２と高圧ＥＧＲ弁４２の制御に用いているマップ（ステップＳ１０１において
参照した、図３に示すマップ。）を、高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの量の割合が高いものに変更する。図６において、高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの量の割合が高いマップを示す。同一の機関負荷（Ｑ）で同一の機関回転数（Ｎｅ）の場合、図３に示すマップよりも図６に示すマップの方が、低圧ＥＧＲガスの量の割合が高くなるようにマッピングされている。低圧ＥＧＲ弁３２と高圧ＥＧＲ弁４２の制御に用いているマップを図６に示すような低圧ＥＧＲガスの比率の高いマップに変更することにより、高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの量の割合が増加し、実吸気温度が上昇する。本発明でいう「ＥＧＲ補正手段」に相当する機能は、ステップＳ１０５と同様、ＥＣＵ２０が行うこれら一連の処理によって実現されている。

なお、図６のマップにおいても示されているが、低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる際、低圧ＥＧＲ弁３２の開度を増加させるのみでなく、第１スロットル６の開度を減少させてもよい。第１スロットル６は、低圧ＥＧＲ弁３２の開度の増加に応じてその開度を徐々に減少するように制御してもよいし、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が全開になってからその開度の減少を開始するように制御してもよい。第１スロットル６の開度を減少させれば、吸気通路の圧力が低下するので低圧ＥＧＲ装置３０を流れるガスの前後差圧が大きくなり、低圧ＥＧＲガスの流量が増加する。

実吸気温度が上昇あるいは下降して目標吸気温度に到達したら（ステップＳ１０７）、ＥＧＲガスの量の補正を終了する。これら一連の制御（ステップＳ１０１からステップＳ１０７）は、内燃機関１が停止するまで繰り返し継続される。

以上により、本実施例によれば、実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合に、実吸気温度を上昇する操作が施されるため、内燃機関１の燃焼温度が低温化することに伴うＨＣ（炭化水素）の排出が抑制される。また、実吸気温度が目標吸気温度よりも高い場合に、実吸気温度を低減する操作が施されるため、内燃機関１の燃焼温度が高温化することに伴うＰＭ（粒子状汚染物質）の排出が抑制される。

なお、ステップＳ１０５やステップＳ１０６で参照した低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量との比率が異なるマップは、図５に示すような一つのマップに限られず、比率の異なる複数種類のマップを多数用意しておいても良い。このようなマップを複数用意しておくことにより、実吸気温度と目標吸気温度との偏差に応じて適切なマップを選択し、制御することが可能になる。

また、本実施例においては、低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量との比率が異なるマップを複数用意し、実吸気温度と目標吸気温度との偏差に応じてこれらマップを切り替えていたが、本発明はこれらに限定されるものではない。すなわち、ステップＳ１０５やステップＳ１０６においてＥＧＲガスの量を変更する際、ステップＳ１０１で用いるマップ（図３に示すマップ。）が示す低圧ＥＧＲ弁３２や高圧ＥＧＲ弁４２の開度にゲインを掛け、低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量との割合を変化させてもよい。

また、本実施例においては、実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合は実吸気温度を上昇操作（ステップＳ１０５）し、実吸気温度が目標吸気温度よりも高い場合は実吸気温度を低減操作（ステップＳ１０６）していたが、本発明はこれらに限定されるものではない。すなわち、実吸気温度の上昇操作と低減操作の両方が行えるように構成するのではなく、何れかの操作のみが行われるように構成しても良い。

また、本実施例において、実吸気温度が目標吸気温度とずれている場合、高圧ＥＧＲガスの量と低圧ＥＧＲガスの量の比率を変更することにより、実吸気温度が目標吸気温度になるように制御していたが、本発明はこれに限られない。

すなわち、高圧ＥＧＲガスが流れる経路に高圧ＥＧＲガスクーラと、該高圧ＥＧＲガスクーラをバイパスさせるバイパス弁と、を設ける。そして、高圧ＥＧＲガスクーラを流れる高圧ＥＧＲガスの量をバイパス弁で制御し、高圧ＥＧＲガスの温度を調整することにより、実吸気温度が目標吸気温度になるように制御してもよい。

詳細には、実吸気温度が目標吸気温度よりも高い場合、バイパス弁の開度を減少させて高圧ＥＧＲガスクーラを流れる高圧ＥＧＲガスの量を増加させ、高圧ＥＧＲガスを冷却することにより、実吸気温度を低減する。また、実吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合、バイパス弁の開度を増加させて高圧ＥＧＲガスクーラを流れる高圧ＥＧＲガスの量を減少させ、高圧ＥＧＲガスを冷却しないようにすることにより、実吸気温度を上昇させる。このような構成を採用しても、実吸気温度が目標吸気温度になるように制御することが可能となる。なお、このような構成は、低圧ＥＧＲ装置３０にも適用することが可能である。

実施例１に係る内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。実施例１に係る内燃機関とその吸・排気系の吸気温度の制御のフローを示したフローチャートである。内燃機関の燃焼に適する運転状態とＥＧＲ弁の開度との関係を示すマップである。内燃機関の燃焼に適する運転状態と目標吸気温度との関係を示すマップである。低圧ＥＧＲガスの量に対する高圧ＥＧＲガスの量の割合が高いマップである。高圧ＥＧＲガスの量に対する低圧ＥＧＲガスの量の割合が高いマップである。

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
５ｂタービン
６第１スロットル
７エアフローメータ
８インタークーラ
９第２スロットル
１０パティキュレートフィルタ
１１温度センサ
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
２０ＥＣＵ
３０低圧ＥＧＲ装置
３１低圧ＥＧＲ通路
３２低圧ＥＧＲ弁
３３ＥＧＲクーラ
４０高圧ＥＧＲ装置
４１高圧ＥＧＲ通路
４２高圧ＥＧＲ弁

Claims

内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し、前記内燃機関からの排気の一部である低圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す低圧ＥＧＲ手段と、
前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し、前記内燃機関からの排気の一部である高圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す高圧ＥＧＲ手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて該運転状態における該内燃機関の燃焼に適する吸気の温度である目標吸気温度を決定する目標吸気温度決定手段と、
前記吸気通路と前記高圧ＥＧＲ手段との接続部よりも下流側の吸気通路を流れる吸気の温度である実吸気温度を測定する実吸気温度測定手段と、
前記実吸気温度測定手段によって測定された前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも低い場合に、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合が増加するように補正するＥＧＲ補正手段と、
を備える内燃機関の排気還流装置。
前記内燃機関の運転状態に応じて予め定めた該内燃機関の燃焼に適する低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量とを示す、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いるマップを更に備え、
前記ＥＧＲ補正手段は、前記実吸気温度測定手段によって測定される前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも低い場合に、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いている前記マップを前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲガスの量の割合が高いマップにすることにより、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる、
請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
前記内燃機関の運転状態に応じて予め定めた該内燃機関の燃焼に適する低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量とを示す、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いるマップを更に備え、
前記ＥＧＲ補正手段は、前記実吸気温度測定手段によって測定される前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも低い場合に、前記マップが示す前記低圧ＥＧＲガスの量と前記高圧ＥＧＲガスの量を前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲガスの量の割合が高くなるように補正することにより、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる、
請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
前記吸気通路と前記高圧ＥＧＲ手段との接続部よりも上流側の吸気通路に配置され、該吸気通路を流れる吸気の流量を調節する第一の調整弁を更に備え、
前記ＥＧＲ補正手段は、前記第一の調整弁の開度を閉方向に動作させることにより、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる、
請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気還流装置。
前記ＥＧＲ補正手段は、前記吸気通路を流れる前記高圧ＥＧＲガスの流量が前記高圧Ｅ
ＧＲ手段が流すことが可能な最大の高圧ＥＧＲガスの流量に達したら前記第一の調整弁の開度を閉方向に動作させることにより、前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量に対する前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる、
請求項４に記載の内燃機関の排気還流装置。
内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し、前記内燃機関からの排気の一部である低圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す低圧ＥＧＲ手段と、
前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し、前記内燃機関からの排気の一部である高圧ＥＧＲガスを吸気通路に流す高圧ＥＧＲ手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて該運転状態における該内燃機関の燃焼に適する吸気の温度である目標吸気温度を決定する目標吸気温度決定手段と、
前記吸気通路と前記高圧ＥＧＲ手段との接続部よりも下流側の吸気通路を流れる吸気の温度である実吸気温度を測定する実吸気温度測定手段と、
前記実吸気温度測定手段によって測定された前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも高い場合に、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合が増加するように補正するＥＧＲ補正手段と、
を備える内燃機関の排気還流装置。
前記内燃機関の運転状態に応じて予め定めた該内燃機関の燃焼に適する低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量とを示す、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いるマップを更に備え、
前記ＥＧＲ補正手段は、前記実吸気温度測定手段によって測定される前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも高い場合に、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いている前記マップを前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲガスの量の割合が高いマップにすることにより、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる、
請求項６に記載の内燃機関の排気還流装置。
前記内燃機関の運転状態に応じて予め定めた該内燃機関の燃焼に適する低圧ＥＧＲガスの量と高圧ＥＧＲガスの量とを示す、前記低圧ＥＧＲ手段と前記高圧ＥＧＲ手段の制御に用いるマップを更に備え、
前記ＥＧＲ補正手段は、前記実吸気温度測定手段によって測定される前記実吸気温度が前記目標吸気温度決定手段によって決定される前記目標吸気温度よりも高い場合に、前記マップが示す前記低圧ＥＧＲガスの量と前記高圧ＥＧＲガスの量を前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲガスの量の割合が高くなるように補正することにより、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる、
請求項６に記載の内燃機関の排気還流装置。
前記吸気通路と前記低圧ＥＧＲ手段との接続部よりも上流側の吸気通路に配置され、該吸気通路を流れる吸気の流量を調節する第二の調整弁を更に備え、
前記ＥＧＲ補正手段は、前記第二の調整弁の開度を閉方向に動作させることにより、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる、
請求項６から８の何れかに記載の内燃機関の排気還流装置。
前記ＥＧＲ補正手段は、前記吸気通路を流れる前記低圧ＥＧＲガスの流量が前記低圧ＥＧＲ手段が流すことが可能な最大の低圧ＥＧＲガスの流量に達したら前記第二の調整弁の開度を閉方向に動作させることにより、前記高圧ＥＧＲ手段が流す前記高圧ＥＧＲガスの量に対する前記低圧ＥＧＲ手段が流す前記低圧ＥＧＲガスの量の割合を増加させる、
請求項９に記載の内燃機関の排気還流装置。