JP2008157135A - エンジンのｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気還流に伴うＥＧＲ通路や吸気系部材などへのパティキュレートの堆積を良好に抑制できるようにしたエンジンのＥＧＲ制御装置を提供する。
【解決手段】第１ＥＧＲ通路２６と、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタ３４が介装された第２ＥＧＲ通路３２とを備え、エンジン１の空気過剰率λが所定の切換判定値λrcより小さいときには、第１ＥＧＲ弁３０を全閉とすると共に第２ＥＧＲ弁３６を全開として第２ＥＧＲ通路３２を介した排気還流を選択する一方、空気過剰率λが切換判定値λrc以上のときには第２ＥＧＲ弁３６を全閉とすると共に第１ＥＧＲ弁３０を制御して第１ＥＧＲ通路２６を介した排気還流を選択する。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンのＥＧＲ制御装置に関し、特にエンジンの排気中に含まれるパティキュレートが吸気側に還流されるのを抑制するようにしたＥＧＲ制御装置に関する。

従来より、エンジンの吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路を設け、エンジンの排気の一部をＥＧＲ通路から吸気側に還流することにより、燃焼室内の燃焼温度を低下させると共にエンジンの空気過剰率を低下させてエンジンのＮＯｘ（窒素酸化物）の排出を抑制するようにしたＥＧＲ装置が用いられている。
特にディーゼルエンジンの場合には、このようなＮＯｘ排出量の低減のため、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを介装して、還流される排気の温度を低下させながら大量の排気還流を行っており、例えば特許文献１にはＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ通路を有するエンジンが示されている。

ディーゼルエンジンの排気中にはパティキュレートが含まれるため、排気通路にパティキュレートフィルタが設けられる。特許文献１のＥＧＲ装置は、このパティキュレートフィルタの強制再生を目的としてポスト噴射を行う際の問題を解消するものとして提案されたものである。
即ち、ポスト噴射で排気中に添加された燃料の一部がＥＧＲ通路内に流入した場合、ＥＧＲクーラで急冷されて結露した燃料に、ＥＧＲ通路を介して還流される排気中のパティキュレートが付着してＥＧＲクーラの冷却効率が低下するという問題が生じる。

特許文献１に示されたＥＧＲ装置は、このような問題の解消を目的とするものであり、ＥＧＲクーラを迂回するバイパス通路に酸化触媒を介装し、ポスト噴射を行う際にはバイパス通路を介した排気還流を行って、還流される排気中の燃料を酸化触媒で酸化処理することにより、パティキュレートの付着を防止するようにしている。
特開２００６−２３３９４７号公報

特許文献１のＥＧＲ装置はパティキュレートフィルタの強制再生時にＥＧＲ通路をバイパス通路に切り換えるものであるが、パティキュレートフィルタの強制再生時に限らず、ＮＯｘ排出量低減のために大量の排気還流を行った場合には、還流される排気中に含まれたパティキュレートがＥＧＲ通路内やＥＧＲクーラ内に堆積していく。
この結果、堆積したパティキュレートによって、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁の作動不良を招いたり、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下したりするといった問題が発生するほか、吸気通路内に流入したパティキュレートが堆積して、エンジンの体積効率が低下したり吸気バルブやバルブシートが摩耗したりするといった問題が発生する。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気還流に伴うＥＧＲ通路や吸気系部材などへのパティキュレートの堆積を良好に抑制できるようにしたエンジンのＥＧＲ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のエンジンのＥＧＲ制御装置は、エンジンの排気を上記エンジンの吸気側に還流可能に設けられた第１ＥＧＲ通路と、上記第１ＥＧＲ通路とは独立して上記エンジンの排気を上記エンジンの吸気側に還流可能に設けられた第２ＥＧＲ通路と、上記第２ＥＧＲ通路に介装され、上記第２ＥＧＲ通路内を流動する上記エンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するＥＧＲ用パティキュレートフィルタと、上記第１ＥＧＲ通路を介した排気還流と上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流とを選択的に切り換え可能な通路切換手段と、上記エンジンの空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段と、上記空気過剰率検出手段によって検出された空気過剰率が所定の切換判定値より小さいときには上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流を選択するように上記通路切換手段を制御する一方、上記空気過剰率が上記切換判定値以上のときには上記第１ＥＧＲ通路を介した排気還流を選択するように上記通路切換手段を制御する通路切換制御を行う通路切換制御手段とを備えることを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたエンジンのＥＧＲ制御装置によれば、通路切換制御手段が通路切換制御を行って通路切換手段を制御することにより、エンジンの空気過剰率が所定の切換判定値より小さいときには、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタが介装された第２ＥＧＲ通路を介した排気還流が選択される一方、エンジンの空気過剰率が所定の切換判定値以上のときには、第１ＥＧＲ通路を介した排気還流が選択される。

また、上記ＥＧＲ制御装置において、上記ＥＧＲ用パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積量を検出する堆積量検出手段と、上記堆積量検出手段によって検出された上記パティキュレートの堆積量が所定の基準堆積量を上回ったと判定したときに上記第２ＥＧＲ通路内に流入する排気の温度を、上記パティキュレートが燃焼可能な温度まで昇温する排気昇温手段とを更に備え、上記通路切換制御手段は、上記堆積量検出手段によって検出された上記パティキュレートの堆積量が所定の基準堆積量を上回ったと判定したときに、上記通路切換制御に代えて上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流を選択するように上記通路切換手段を制御する再生制御を行うことを特徴とする（請求項２）。

このように構成されたエンジンのＥＧＲ制御装置によれば、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積量が所定の基準堆積量を上回ったと排気昇温手段が判定すると、第２ＥＧＲ通路内に流入する排気の温度を昇温する。このとき、通路切換制御手段が上記通路切換制御に代えて再生制御を行うことにより、第２ＥＧＲ通路を介した排気還流が選択され、排気昇温手段によって昇温された排気がＥＧＲ用パティキュレートフィルタに導入されることにより、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートが焼却除去される。

より具体的には、上記ＥＧＲ制御装置において、上記堆積量検出手段は、上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流の排気流量と上記空気過剰率検出手段によって検出された空気過剰率とに基づき、上記パティキュレートの堆積量を演算して検出することを特徴とする（請求項３）。
更に、上記ＥＧＲ制御装置において、上記第２ＥＧＲ通路内に流入する排気の温度を検出する排気温検出手段を更に備え、上記堆積量検出手段は、上記再生制御が行われているときに、上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流の排気流量と上記空気過剰率検出手段によって検出された空気過剰率と上記排気温検出手段によって検出された上記排気の温度とに基づき、上記ＥＧＲ用パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートの燃焼量を求め、上記排気昇温手段は、上記堆積量検出手段によって求められた上記パティキュレートの燃焼量が所定の基準燃焼量を上回ったと判定したときに、上記第２ＥＧＲ通路内に流入する排気の昇温を終了し、上記通路切換制御手段は、上記堆積量検出手段によって求められた上記パティキュレートの燃焼量が所定の基準燃焼量を上回ったと判定したときに、上記通路切換手段の制御を上記再生制御から上記通路切換制御に切り換えることを特徴とする（請求項４）。

このように構成されたエンジンのＥＧＲ制御装置によれば、通路切換制御手段が再生制御を行って、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートの焼却除去が行われているときに、第２ＥＧＲ通路を介した排気還流の排気流量と空気過剰率と第２ＥＧＲ通路に流入する排気の温度とに基づいて、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートの燃焼量が求められる。そして、この燃焼量が所定の基準燃焼量を上回ったと判定したときに、通路切換制御手段は通路切換手段の制御を再生制御から通路切換制御に切り換える。

本発明のエンジンのＥＧＲ制御装置によれば、エンジンの空気過剰率が所定の切換判定値より小さいときには、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタが介装された第２ＥＧＲ通路を介した排気還流が選択される。従って、空気過剰率が低く排気中のパティキュレートの濃度が高い場合に、還流される排気中に含まれるパティキュレートを第２ＥＧＲ通路に介装されたＥＧＲ用パティキュレートフィルタによって除去することが可能となり、パティキュレートの堆積による不具合を防止することができる。

また、空気過剰率が高く排気中のパティキュレートの濃度が低い場合には、第１ＥＧＲ通路を介して排気還流を行うので、パティキュレートの堆積に伴う問題の発生を懸念することなく第１ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設けることが可能となる。従って、第１ＥＧＲ通路によって還流される排気の温度をＥＧＲクーラにより低下させ、大量の排気還流によって一層良好にＮＯｘの抑制を行うことが可能となる。

また、請求項２のエンジンのＥＧＲ制御装置によれば、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積量が所定の基準堆積量を上回ったと判定すると、排気昇温手段が第２ＥＧＲ通路内に流入する排気の温度を昇温すると共に、排気昇温手段によって昇温された排気がＥＧＲ用パティキュレートフィルタに導入されることにより、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートが焼却除去される。

従って、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタの目詰まりを防止しながら、第２ＥＧＲ通路を介して還流される排気中に含まれたパティキュレートをＥＧＲ用パティキュレートフィルタで継続的に除去することが可能となる。
更に、請求項３のエンジンのＥＧＲ制御装置によれば、第２ＥＧＲ通路を介した排気還流の排気流量と空気過剰率とに基づき、パティキュレートの堆積量を演算して検出するようにしたので、パティキュレートの堆積量を精度よく求め、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを適切な時期に焼却除去することが可能となる。

また、請求項４のエンジンのＥＧＲ制御装置によれば、第２ＥＧＲ通路を介した排気還流の排気流量と空気過剰率と第２ＥＧＲ通路に流入する排気の温度とに基づいて、排気の昇温によるパティキュレートの燃焼量が求められる。そして、この燃焼量が所定の基準燃焼量を上回ったと判定したときに、通路切換制御手段は通路切換手段の制御を再生制御から通路切換制御に切り換える。

従って、排気の昇温によるパティキュレートの燃焼量を精度よく求めることが可能となり、ＥＧＲ用パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの焼却除去完了を適正に判定することができる。この結果、排気の昇温によるパティキュレートの焼却除去を過不足なく行ってから通路切換制御手段による通路切換制御に移行することが可能となる。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態に係るエンジンのＥＧＲ制御装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置が適用された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係るＥＧＲ制御装置の構成を説明する。

エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料である軽油を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
吸気管６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気管６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。

吸気管６のコンプレッサ８ａより上流側には、大気からエンジン１に吸入される空気、即ち新気の量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。また、吸気マニホールド１４には、エンジン１の吸気に関し、吸気圧力を検出する吸気圧センサ１８と吸気温度を検出する吸気温センサ２０とが設けられている。
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド２２を介して排気管２４に接続されている。

排気マニホールド２２と吸気マニホールド１４との間には、排気マニホールド２２と吸気マニホールド１４とを連通することによりエンジン１の排気の一部を吸気側に還流可能な第１ＥＧＲ通路２６が設けられており、この第１ＥＧＲ通路２６には第１ＥＧＲ通路によって還流される排気の冷却を行うＥＧＲクーラ２８が介装されている。そして、ＥＧＲクーラ２８下流側の第１ＥＧＲ通路２６には、開度が変更されることにより第１ＥＧＲ通路２６を介して吸気側に還流される排気の量を調整可能な第１ＥＧＲ弁（通路切換手段）３０が設けられている。

更に、排気マニホールド２２と吸気マニホールド１４との間には、第１ＥＧＲ通路２６とは別に、排気マニホールド２２と吸気マニホールド１４とを連通することによりエンジン１の排気の一部を吸気側に還流可能な第２ＥＧＲ通路３２が設けられている。この第２ＥＧＲ通路３２には、第２ＥＧＲ通路３２によって還流される排気に含まれたパティキュレートを捕集するＥＧＲ用パティキュレートフィルタ（以下ＥＧＲ用フィルタという）３４が介装されている。そして、ＥＧＲ用フィルタ３４下流側の第２ＥＧＲ通路３２には、第２ＥＧＲ通路３２を介した吸気側への排気還流を許容する全開位置と、第２ＥＧＲ通路３２を介した吸気側への排気還流を遮断する全閉位置とに選択的に切り換え可能な第２ＥＧＲ弁（通路切換手段）３６が設けられている。

また、排気マニホールド２２には、排気マニホールド２２内の排気の温度を、第１ＥＧＲ通路２６や第２ＥＧＲ通路３２によって還流される排気の温度として検出する排気温センサ（排気温検出手段）３８が設けられている。
排気管２４はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気後処理装置４０に接続されている。

ターボチャージャ８は、タービン８ｂの回転軸がコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２４内に流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動することにより過給が行われる。
また、ターボチャージャ８には、タービン８ｂ側の排気導入部分に開度が変更可能なベーンが設けられており、このベーンの開度を調整してタービン８ｂへの排気流路面積を変更することにより、タービン８ｂに供給される排気の流速を変更し、過給圧を変更することができるようになっている。なお、このベーンについては既に広く知られている機構であるので、ここでは図示及び詳細な説明を省略するが、ベーンの開度が全閉側に近付くほど過給圧が上昇するようになっている。

更に、ターボチャージャ８にはベーンに連結されたベーンアクチュエータ４２が設けられており、ベーンアクチュエータ４２を作動させることによりベーンの開度を変更可能となっている。
排気後処理装置４０には、ＮＯｘ吸蔵触媒４４が収容されると共に、このＮＯｘ吸蔵触媒４４の下流側に、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）４６が収容されている。

このＮＯｘ吸蔵触媒４４は、流入する排気中の酸素濃度が高い酸化雰囲気にあるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低くＨＣやＣＯ等の還元成分が排気中に含まれる還元雰囲気にあるときに、吸蔵しているＮＯｘを放出して還元する機能を有している。
フィルタ４６はハニカム型のセラミック体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。

フィルタ４６の上流側には、フィルタ４６に流入する排気の温度を検出するフィルタ入口温度センサ４８、及びフィルタ４６に流入する排気の圧力を検出する上流圧力センサ５０が設けられている。また、フィルタ４６の下流側には、フィルタ４６から流出する排気の圧力を検出する下流圧力センサ５２が設けられている。
ＥＣＵ５４は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。

ＥＣＵ５４の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気量センサ１６、吸気圧センサ１８、吸気温センサ２０、排気温センサ３８、フィルタ入口温度センサ４８、上流圧力センサ５０及び下流圧力センサ５２のほか、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ５６、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ５８などの各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ５４の出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、第１ＥＧＲ弁３０、第２ＥＧＲ弁３６、及びベーンアクチュエータ４２などの各種デバイス類が接続されている。

エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ５４によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ５６によって検出されたエンジン１の回転数とアクセル開度センサ５８によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。

ＥＣＵ５４は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ入口温度センサ４８、上流圧力センサ５０及び下流圧力センサ５２など各種センサの検出値や、回転数センサ５６によって検出されたエンジン１の回転数及びエンジン１への燃料供給量などに基づき、ＮＯｘ吸蔵触媒４４におけるＮＯｘの吸蔵及び放出還元の制御や、フィルタ４６に堆積したパティキュレートを焼却除去する強制再生の制御を実施して、エンジン１の排気性能を良好に維持するようにしている。

また、ＥＣＵ５４は、エンジン１の空気過剰率に応じ、第１ＥＧＲ弁３０及び第２ＥＧＲ弁３６を制御することにより、第１ＥＧＲ通路２６を介した排気還流と第２ＥＧＲ通路３２を介した排気還流とを選択に切り換える通路切換制御を行う。
即ち、空気過剰率が所定の切換判定値以上であるときには、第２ＥＧＲ弁３６を全閉とすると共に第１ＥＧＲ弁３０の開度を調整し、第１ＥＧＲ通路２６を介して排気マニホールド２２から吸気マニホールド１４に還流される排気の量を制御することにより、燃焼室内の燃焼温度を低下させると共にエンジン１の空気過剰率を低下させ、エンジン１からのＮＯｘの排出を抑制する。なお、このときに第１ＥＧＲ通路２６内を流動する排気は、ＥＧＲクーラ２８によって温度が低減され、効率良くＮＯｘ排出を抑制できるようになっている。

一方、空気過剰率が切換判定値より小さいときには、第１ＥＧＲ弁２６を全閉とすると共に第２ＥＧＲ弁３６を全開とし、第２ＥＧＲ通路３２を介して排気マニホールド２２から吸気マニホールド１４に排気を還流させることにより、空気過剰率が低下してパティキュレートの増大した排気をＥＧＲ用フィルタ３４に供給する。この結果、吸気マニホールド１４に還流される排気に含まれたパティキュレートはＥＧＲ用フィルタ３４に捕集されるので、吸気マニホールド１４へのパティキュレートの流入が防止される。

このようにして通路切換制御が実行され、ＥＧＲ用フィルタ３４にパティキュレートが堆積し、パティキュレートの堆積量が過大になるとＥＧＲ用フィルタ３４に目詰まりを起こす可能性があるため、ＥＣＵ５４は必要に応じてＥＧＲ用フィルタ３４に堆積したパティキュレートを焼却除去してＥＧＲ用フィルタ３４を再生するための再生制御を行う。
即ち、ＥＣＵ５４は、ＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの堆積量が所定の基準堆積量を上回ったと判定すると、ＥＧＲ用フィルタ３４に堆積したパティキュレートが燃焼可能な温度までエンジン１の排気を昇温させ、第１ＥＧＲ弁２６を全閉とすると共に第２ＥＧＲ弁３６を全開とし、第２ＥＧＲ通路３２を介して排気マニホールド２２から吸気マニホールド１４に排気を還流させる。この結果、温度の上昇した排気がＥＧＲ用フィルタ３４に流入することにより、ＥＧＲ用フィルタ３４に堆積したパティキュレートが焼却除去される。

このようなＥＣＵ５４による通路切換制御及び再生制御の詳細について、図面に基づき以下に説明する。
図２は、ＥＣＵ５４が行う通路切換制御及び再生制御に対応したＥＣＵ５４の機能構成図であり、図３は通路切換制御及び再生制御のフローチャートである。ＥＣＵ５４は、エンジン１が始動されてから停止されるまでの間、図３のフローチャートに従って所定の制御周期で通路切換制御及び再生制御を実行する。

図２に示すように、ＥＣＵ５４は、エンジン１から排出される排気の空気過剰率を検出する空気過剰率検出部（空気過剰率検出手段）６０と、第１ＥＧＲ弁３０及び第２ＥＧＲ弁３６を制御して第１ＥＧＲ通路２６を介した排気還流又は第２ＥＧＲ通路３２を介した排気還流に選択的に切り換える通路切換制御部（通路切換制御手段）６２と、ＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの堆積量を演算により検出する堆積量演算部（堆積量検出手段）６４と、上述したようにＥＧＲ用フィルタ３４に堆積したパティキュレートが燃焼可能な温度までエンジン１の排気を昇温させる排気昇温部（排気昇温手段）６６とを備えている。

なお、空気過剰率検出部６０は、ＥＣＵ５４内で演算されたインジェクタ４からの燃料噴射量や吸気量センサ１６で検出されたエンジン１の吸入新気量に基づき演算を行って空気過剰率λを検出する。
また、堆積量演算部６４は、第２ＥＧＲ通路３２を介した排気還流による単位時間あたりの排気流量Ｍegと空気過剰率検出部６０によって求められた空気過剰率λとに基づき、下式（１）に従ってＥＧＲ用フィルタ３４における単位時間あたりのパティキュレートの堆積量ΔＭacを求める。

ΔＭac＝Ｃ１・λ^Ｃ２・Ｍeg …（１）
なお、式（１）におけるＣ１，Ｃ２は予め実験等において求められる係数である。
そして堆積量演算部６４は、このようにして求められた単位時間あたりの堆積量ΔＭacを第２ＥＧＲ通路３２による排気還流が行われた時間に対して積算し、こうして得られた積算値ΣΔＭacをＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの堆積量Ｍacとして検出する。

ここで、式（１）で用いられる単位時間あたりの排気流量Ｍegは次のようにして求められる。即ち、吸気圧センサ１８によって検出された吸気圧力と、吸気温センサ２０によって検出された吸気温度と、エンジン１の体積効率とからエンジン１の気筒内に供給される単位時間あたりの給気量を求め、この給気量から吸気量センサ１６によって検出されたエンジン１に吸入される単位時間あたりの新気量を減じることにより、単位時間あたりの排気流量Ｍegが求められる。

更に、ＥＧＲ用フィルタ３４の再生が行われているときには、再生制御における第２ＥＧＲ通路３２の排気流量Ｍegと、空気過剰率検出部６０によって求められた空気過剰率λと、排気温センサ３８によって検出された第２ＥＧＲ通路３２から還流される排気の温度Ｔegとに基づき、堆積量演算部６４が下式(２)に従ってＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの単位時間あたりの燃焼量ΔＭrgを求める。

ΔＭrg＝Ｃ３・λ^Ｃ４・Ｍeg・ｅｘｐ（Ｃ５／Ｔeg）−Ｃ６ …（２）
なお、式（２）におけるＣ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６は予め実験等において求められる係数である。
そして堆積量演算部６４は、このようにして求められた単位時間あたりの燃焼量ΔＭrgをＥＧＲ用フィルタ３４の再生が行われた時間に対して積算し、こうして求められた積算値ΣΔＭrgをＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの燃焼量Ｍrgとして検出する。

このように構成されたＥＣＵ５４が図３のフローチャートに従って通路切換制御及び再生制御を開始すると、まずステップＳ１で、フラグＦの値が１であるか否かを判定する。
フラグＦは、その値が１であることによってＥＧＲ用フィルタ３４の再生が必要であることを示すものであり、初期値は０となっている。
従って、ここではフラグＦの値が１ではないと判定して処理がステップＳ２に進み、堆積量演算部６４が上述のようにして検出したＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの堆積量Ｍacを取り込む。

次のステップＳ３では、ステップＳ２で取り込んだパティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍstを上回るか否かの判定が通路切換制御部６２によって行わる。この基準堆積量Ｍstは、ＥＧＲ用フィルタ３４が目詰まりを生じる直前の堆積量としてＥＧＲ用フィルタ３４の仕様に応じて予め実験等により求められたものである。
そして、堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍst以下である場合には、目詰まりを生じるほどＥＧＲ用フィルタ３４にパティキュレートが堆積していないものとしてステップＳ４に進む。

通路切換制御部６２は、処理がステップＳ４に進むと、上述のようにして空気過剰率検出部６０で求められた空気過剰率λを取り込み、更に次のステップＳ５ではステップＳ４で取り込んだ空気過剰率λが切換判定値λrc（例えば１．５）より小さいか否かを判定する。
この切換判定値λrcは、これより低下すると排気中のパティキュレートが増大し始める空気過剰率として実験等により予め求められたものであり、空気過剰率検出部６０で求められた空気過剰率λが切換判定値λrc以上であるとステップＳ５で判定した場合には、排気中のパティキュレートが増大する空気過剰率ではないものとしてステップＳ６に進み、通路切換制御部６２が第２ＥＧＲ弁３６を全閉とすると共に、第１ＥＧＲ弁３０の開度を制御する。

この結果、比較的パティキュレートの少ない排気が第１ＥＧＲ通路２６を介して吸気マニホールド１４に還流される。このときの排気還流量は第１ＥＧＲ弁３０の開度によって調整され、吸気量センサ１６が検出したエンジン１の吸入新気量、回転数センサ５６によって検出されたエンジン１の回転数、インジェクタ４から燃焼室に供給された燃料噴射量などに応じて適正な排気還流量が得られるよう、通路切換制御部６２によって第１ＥＧＲ弁３０の開度が制御される。

この結果、ＥＧＲクーラ２８で温度の低減された排気が吸気マニホールド１４に還流され、エンジン１からのＮＯｘの排出が良好に抑制される。そして、ＥＧＲクーラ２８には比較的パティキュレートの少ない排気が供給されるため、パティキュレートの堆積に伴う冷却効率の低下という問題が発生することもない。
このようにしてステップＳ６の処理を行い、その制御周期を終了すると、次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始する。

次の制御周期においてもフラグＦの値は依然として０のままであるため、処理はステップＳ１からステップＳ２を介してステップＳ３に進む。ステップＳ３では、ステップＳ２で取り込んだＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍstを上回るか否かが判定されるので、ステップＳ３でパティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍstを上回ったと判定されない限り、処理がステップＳ１乃至Ｓ４を経てステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、上述のようにして、ステップＳ４で取り込んだ空気過剰率λが切換判定値λrcより小さいか否かが判定される。従って、ステップＳ３でパティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍstを上回ったと判定されず、ステップＳ５で空気過剰率λが切換判定値λrc以上であると判定される限り、制御周期毎にステップＳ６の処理が繰り返される。この結果、比較的パティキュレートの少ない排気が、ＥＧＲクーラ２８によって冷却されると共に第１ＥＧＲ弁３０によって流量を制御されながら第１ＥＧＲ通路２６を介して吸気マニホールド１４に還流される。

一方、ステップＳ５で空気過剰率λが切換判定値λrcより小さいと判定された場合は、排気中のパティキュレートが増大する空気過剰率であるとしてステップＳ７に進み、通路切換制御部６２が第１ＥＧＲ弁３０を全閉とすると共に第２ＥＧＲ弁３６を全開にする。
この結果、空気過剰率の低下によりパティキュレートの増大した排気が第２ＥＧＲ通路３２に導入されると共に、第１ＥＧＲ通路２６を介した排気還流が遮断される。従って、排気中のパティキュレートは第２ＥＧＲ通路３２に介装されたＥＧＲ用フィルタ３４に捕集され排気中から除去される。

このようにしてステップＳ７の処理を行い、その制御周期を終了すると、次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始する。
次の制御周期においてもフラグＦの値は依然として０のままであるため、前述したようにステップＳ３でパティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍstを上回ったと判定されない限り、処理はステップＳ１乃至Ｓ４を経てステップＳ５に進む。

そして、ステップＳ５で空気過剰率λが切換判定値λrcより小さいと判定される限り、制御周期毎にステップＳ７の処理が繰り返される。この結果、空気過剰率の低下によりパティキュレートの増大した排気が第２ＥＧＲ通路３２に導入されると共に、第１ＥＧＲ通路２６を介した排気還流が遮断される。
従って、ステップＳ３でパティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍstを上回ったと判定されない状態で、ステップＳ５で空気過剰率λが切換判定値λrcより小さいと判定される限り、排気中のパティキュレートは第２ＥＧＲ通路３２に介装されたＥＧＲ用フィルタ３４に捕集され排気中から除去される。即ち、ステップＳ４乃至Ｓ７の処理が通路切換制御に相当するものとなる。

このように、空気過剰率が低下して排気中のパティキュレートが増大するような場合には第１ＥＧＲ通路２６を介した排気還流が遮断されると共に、ＥＧＲ用フィルタ３４でパティキュレートが除去された排気が第２ＥＧＲ通路３２によって吸気マニホールド１４に還流されるので、ＥＧＲ用フィルタ３４の下流に設けた第２ＥＧＲ弁３６や、吸気マニホールド１４及びエンジン１の吸気バルブなどの吸気側部材へのパティキュレートの堆積が抑制される。

この結果、堆積したパティキュレートによって生じる第１ＥＧＲ弁３０及び第２ＥＧＲ弁３６の作動不良や、ＥＧＲクーラ２８の冷却効率低下、エンジン１の体積効率低下、或いは吸気バルブやバルブシートの摩耗といった問題の発生を防止することができる。
このようにして、空気過剰率が低下した場合にＥＧＲ用フィルタ３４によって排気中のパティキュレートが捕集されると、ＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの堆積量が増大していく。そして、ステップＳ２で取り込んだパティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍstを上回ったと、通路切換制御部６２がステップＳ３で判定すると、ステップＳ８に進んでフラグＦの値を１とした後、次のステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、通路切換制御部６２が第１ＥＧＲ弁３０を全閉とすると共に、第２ＥＧＲ弁３６を全開とする。
次に処理がステップＳ１０に進むと、パティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍstを上回ったとの通路切換制御部６２による判定結果を受け、排気昇温部６６がエンジン１の排気を昇温する。

排気昇温部６６による排気の昇温は、吸気制御弁１２を閉弁方向に制御すると共にベーンアクチュエータ４２を制御してターボチャージャ８のベーン開度を閉方向に変更し、更にインジェクタ４からの燃料噴射時期を遅角することによって行われる。排気昇温部６６は、排気温センサ３８によって検出された排気温度に基づき、ＥＧＲ用フィルタ３４に堆積したパティキュレートを燃焼可能な温度まで排気温度が上昇するように、吸気制御弁１２、ベーンアクチュエータ４２及びインジェクタ４を制御する。

こうして昇温された排気は、第１ＥＧＲ弁３０が全閉となると共に第２ＥＧＲ弁３６が全開となっていることから、第２ＥＧＲ通路３２内に導入され、ＥＧＲ用フィルタ３４に供給される。この結果、ＥＧＲ用フィルタ３４に堆積したパティキュレートが燃焼し、ＥＧＲ用フィルタ３４から除去され、ＥＧＲ用フィルタ３４の再生が行われる。
処理が次のステップＳ１１に進むと、通路切換制御部６２は堆積量演算部６４で求められたＥＧＲ用フィルタ３４の再生時におけるパティキュレートの燃焼量Ｍrgを取り込み、次のステップＳ１２で、この燃焼量ＭrgがステップＳ３で用いた基準堆積量Ｍstを上回ったか否かを判定する。即ち、ＥＧＲ用フィルタ３４に堆積したパティキュレートが基準堆積量Ｍstより多く燃焼すれば、このパティキュレートをほぼ完全に除去することができたと見なすことができるため、基準堆積量Ｍstをパティキュレートの焼却除去が十分行われたか否かの判断のための基準燃焼量として用いている。

そして、パティキュレートの燃焼量Ｍrgが基準堆積量Ｍst以下である場合には、ＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの焼却除去が不十分であるとしてその制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始する。
次の制御周期では、フラグＦの値が既に１となっているため、処理がステップＳ１から直接ステップＳ９に進み、引き続き第１ＥＧＲ弁３０を全閉とすると共に、第２ＥＧＲ弁３６を全開とした状態で、ステップＳ１０による排気昇温が行われる。

従って、ステップＳ１１で取り込んだパティキュレートの燃焼量Ｍrgが基準堆積量Ｍstを上回らない限りは、制御周期毎にステップＳ１からステップＳ９乃至Ｓ１２の処理が繰り返され、ステップＳ１０における排気昇温によってＥＧＲ用フィルタ３４の再生が継続される。即ち、ステップＳ９及びＳ１０の処理が再生制御に相当する。
こうしてＥＧＲ用フィルタ３４の再生が行われ、ステップＳ１１で取り込んだパティキュレートの燃焼量Ｍrgが基準堆積量Ｍstを上回ったとステップＳ１２で判定すると、ステップＳ１３に進んでフラグＦの値を０にリセットした後、その制御周期を終了する。

次の制御周期では、再びステップＳ１でフラグＦの値が１であるか否かを判定するが、フラグＦの値は０にリセットされているため、処理はステップＳ１からステップＳ２に進むようになり、ステップＳ２で堆積量演算部６４で求められたＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの堆積量Ｍacを取り込む。
ＥＧＲ用フィルタ３４のパティキュレートは、ステップＳ９及びＳ１０の再生制御によって焼却除去されているので、次のステップＳ３ではパティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍst以下であると判定され、再び前述したようにして通路切換制御が行われる。

以上のようにして通路切換制御及び再生制御が行われることにより、ＥＧＲ用フィルタ３４の目詰まりを防止しながら、吸気マニホールド１４に還流される排気中に含まれた比較的高い濃度のパティキュレートをＥＧＲ用フィルタ３４で継続的に除去して、パティキュレートの堆積に起因する第１ＥＧＲ弁３０及び第２ＥＧＲ弁３６の作動不良や、ＥＧＲクーラ２８の冷却効率低下、エンジン１の体積効率低下、或いは吸気バルブやバルブシートの摩耗といった問題の発生を防止することができる。

また、空気過剰率が高く排気中のパティキュレートの濃度が低い場合には、第１ＥＧＲ通路２６を介して排気還流を行うことにより、パティキュレートの堆積に伴う冷却効率の低下という問題を生じることなくＥＧＲクーラ２８で温度が低減された排気を還流することが可能となる。この結果、温度の低減された排気を大量に吸気側に還流し、エンジン１からのＮＯｘの排出を効率良く良好に抑制することができる。

また、第２ＥＧＲ通路３２を介した排気還流による排気流量Ｍegと、インジェクタ４からの燃料噴射量や吸気量センサ１６で検出されたエンジン１の吸入空気量に基づき空気過剰率検出部６０で求められた空気過剰率λとを用いてパティキュレートの堆積量Ｍacを求めるようにしたので、パティキュレートの堆積量Ｍacを精度よく求め、ＥＧＲ用フィルタ３４に堆積したパティキュレートを適切な時期に焼却除去することが可能となる。

更に、ＥＧＲフィルタ３４の再生中には、第２ＥＧＲ通路３２を介した排気還流の排気流量Ｍegと空気過剰率λと第２ＥＧＲ通路に流入する排気の温度Ｔegとに基づき、排気の昇温によるパティキュレートの燃焼量Ｍrgを求めるようにしたので、排気の昇温によるパティキュレートの燃焼量Ｍrgを精度よく求めることが可能となる。
そして、このようにして求められたパティキュレートの燃焼量Ｍrgが基準堆積量Ｍstを上回ったことをもって、ＥＧＲ用フィルタ３４の再生が完了したことを判定するようにしたので、ＥＧＲ用フィルタ３４に堆積したパティキュレートが確実に焼却除去されたときにＥＧＲ用フィルタ３４の再生完了を判定することができる。

従って、パティキュレートの堆積量Ｍacに基づくＥＧＲ用フィルタ３４の再生開始の判定と、パティキュレートの燃焼量Ｍrgに基づく再生終了の判定とを行うことにより、排気の昇温によるパティキュレートの焼却除去を過不足なく行ってから、通路切換制御に移行することが可能となる。
以上で本発明の一実施形態に係るエンジン１のＥＧＲ制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では通路切換制御において、空気過剰率λが切換判定値λrcより小さいときに、第１ＥＧＲ弁３０を全閉とすると共に第２ＥＧＲ弁３６を全開とするように制御したが、第２ＥＧＲ弁３６については、第１ＥＧＲ弁３０を介して排気還流を行う場合と同様にして開度を制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、第２ＥＧＲ通路３２の排気流量Ｍegと、空気過剰率検出部６０で求められた空気過剰率λとに基づいて求めたパティキュレートの堆積量Ｍacが基準堆積量Ｍstを上回ったときに、ＥＧＲ用フィルタ３４の再生を行うようにしたが、パティキュレートの堆積量Ｍacの求め方はこれに限られるものではなく、例えばＥＧＲ用フィルタ３４の上流側と下流側との差圧に基づいて求めるようにしてもよい。更に、例えばＥＧＲ用フィルタ３４の上流側と下流側との差圧が所定圧力を上回ったときに、パティキュレートの堆積量が基準堆積量を上回ったと判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ＥＧＲフィルタ３４の再生中に、第２ＥＧＲ通路３２の排気流量Ｍegと空気過剰率λと第２ＥＧＲ通路に流入する排気の温度Ｔegとに基づき求めたパティキュレートの燃焼量Ｍrgが基準燃焼量に相当する基準堆積量Ｍstを上回ったと判定したときに、ＥＧＲ用フィルタ３４の再生が完了したと判定するようにしたが、パティキュレートの燃焼量Ｍrgの求め方はこれに限られるものではなく、例えばＥＧＲ用フィルタ３４の上流側と下流側との差圧に基づいて求めるようにしてもよい。更に、例えばＥＧＲ用フィルタ３４の上流側と下流側との差圧の変化が所定値以上となったことをもって、パティキュレートの燃焼量が基準堆積量を上回ったと判定するというように、ＥＧＲ用フィルタ３４におけるパティキュレートの堆積量を推定し、この堆積量が所定量を下回ったことをもってパティキュレートの燃焼量Ｍrgが基準燃焼量を上回ったと判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ＥＧＲ用フィルタ３４の再生が必要となったときに、吸気制御弁１２及びターボチャージャ８のベーンの閉弁方向への制御と、インジェクタ４の燃料噴射時期の遅角によって排気を昇温するようにしたが、排気の昇温方法はこれに限られるものではない。即ち、例えばこれらのいずれか１つ又は２つを実施するようにしてもよいし、排気管２４に排気絞り弁を設け、この排気絞り弁を閉弁方向に制御するなどというように種々知られている別の方法を採用するようにしてもよい。

更に、上記実施形態では、インジェクタ４からの燃料噴射量や吸気量センサ１６で検出されたエンジン１の吸入空気量に基づき空気過剰率λを求めるようにしたが、空気過剰率λの検出はこれに限られるものではなく、種々知られている方法により検出するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジンの形式についてはこれに限られるものではない。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置が適用されたエンジンの全体構成図である。 図１のＥＧＲ制御装置で行われる通路切換制御及び再生制御に対応したＥＣＵの機能構成図である。 図１のＥＧＲ制御装置で行われる通路切換制御及び再生制御のフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２６ 第１ＥＧＲ通路
３０ 第１ＥＧＲ弁（通路切換手段）
３２ 第２ＥＧＲ通路
３４ ＥＧＲ用パティキュレートフィルタ
３６ 第２ＥＧＲ弁（通路切換手段）
３８ 排気温センサ（排気温検出手段）
６０ 空気過剰率検出部（空気過剰率検出手段）
６２ 通路切換制御部（通路切換制御手段）
６４ 堆積量演算部（堆積量検出手段）
６６ 排気昇温部（排気昇温手段）

Claims (4)

1. エンジンの排気を上記エンジンの吸気側に還流可能に設けられた第１ＥＧＲ通路と、
   上記第１ＥＧＲ通路とは独立して上記エンジンの排気を上記エンジンの吸気側に還流可能に設けられた第２ＥＧＲ通路と、
   上記第２ＥＧＲ通路に介装され、上記第２ＥＧＲ通路内を流動する上記エンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するＥＧＲ用パティキュレートフィルタと、
   上記第１ＥＧＲ通路を介した排気還流と上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流とを選択的に切り換え可能な通路切換手段と、
   上記エンジンの空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段と、
   上記空気過剰率検出手段によって検出された空気過剰率が所定の切換判定値より小さいときには上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流を選択するように上記通路切換手段を制御する一方、上記空気過剰率が上記切換判定値以上のときには上記第１ＥＧＲ通路を介した排気還流を選択するように上記通路切換手段を制御する通路切換制御を行う通路切換制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジンのＥＧＲ制御装置。
2. 上記ＥＧＲ用パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積量を検出する堆積量検出手段と、
   上記堆積量検出手段によって検出された上記パティキュレートの堆積量が所定の基準堆積量を上回ったと判定したときに上記第２ＥＧＲ通路内に流入する排気の温度を、上記パティキュレートが燃焼可能な温度まで昇温する排気昇温手段とを更に備え、
   上記通路切換制御手段は、上記堆積量検出手段によって検出された上記パティキュレートの堆積量が所定の基準堆積量を上回ったと判定したときに、上記通路切換制御に代えて上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流を選択するように上記通路切換手段を制御する再生制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。
3. 上記堆積量検出手段は、上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流の排気流量と上記空気過剰率検出手段によって検出された空気過剰率とに基づき、上記パティキュレートの堆積量を演算して検出することを特徴とする請求項２に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。
4. 上記第２ＥＧＲ通路内に流入する排気の温度を検出する排気温検出手段を更に備え、
   上記堆積量検出手段は、上記再生制御が行われているときに、上記第２ＥＧＲ通路を介した排気還流の排気流量と上記空気過剰率検出手段によって検出された空気過剰率と上記排気温検出手段によって検出された上記排気の温度とに基づき、上記ＥＧＲ用パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートの燃焼量を求め、
   上記排気昇温手段は、上記堆積量検出手段によって求められた上記パティキュレートの燃焼量が所定の基準燃焼量を上回ったと判定したときに、上記第２ＥＧＲ通路内に流入する排気の昇温を終了し、
   上記通路切換制御手段は、上記堆積量検出手段によって求められた上記パティキュレートの燃焼量が所定の基準燃焼量を上回ったと判定したときに、上記通路切換手段の制御を上記再生制御から上記通路切換制御に切り換えることを特徴とする請求項２又は３に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。

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