JP2008248729A - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧ＥＧＲ装置により還流されるＥＧＲガスの量をより正確に制御することができるようにする。
【解決手段】内燃機関のＥＧＲ制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段（２２）と、該排気浄化手段の下流の排気通路から、排気を、内燃機関の吸気通路に還流する低圧ＥＧＲ通路（４１）と、該低圧ＥＧＲ通路に設けられ、還流する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ制御弁（４２）と、低圧ＥＧＲ通路が接続された排気通路または低圧ＥＧＲ通路が接続された吸気通路に設けられた絞り弁（４３）と、絞り弁および低圧ＥＧＲ制御弁の間の圧力を検出する圧力検出手段（４４）と、低圧ＥＧＲ制御弁の上流および下流の間に、所定範囲内の圧力差が形成されるように、前記検出された圧力に基づいて前記絞り弁を制御する制御手段（１）と、を備える。
【選択図】図５

Description

この発明は、内燃機関のＥＧＲを制御する装置に関する。

従来、内燃機関において、排気の一部を吸気側に戻し、該戻した排気（ＥＧＲガス）で燃焼を行うことにより、燃焼温度を下げてＮＯｘ（窒化酸化物）の発生を低減するＥＧＲ装置（高圧ＥＧＲ装置）が提案されている。さらに、下記の特許文献１および２のように、高圧ＥＧＲ装置と併用して、低圧ＥＧＲ装置を設けることが提案されている。これにより、吸気側に戻す排気の温度をさらに低下させることができるので、燃焼温度が低下し、よってＮＯｘの発生量をより低減することができる。

下記の特許文献３には、このような低圧ＥＧＲ装置において、過給機のタービン下流の排気管とコンプレッサ上流の吸気管との間を接続するＥＧＲ通路上に、該通路を通るＥＧＲガスの量を制御するためのＥＧＲバルブを設けると共に、排気管における該ＥＧＲ通路の分岐個所よりも下流に背圧バルブを設けることが記載されている。この背圧バルブにより、該分岐個所における圧力を増減し、これによってＥＧＲ率を調整する。
特開２００５−１２７２４７号公報 特開２００４−１５０３１９号公報 特開２００２−２１６２５号公報

低圧ＥＧＲ装置によって還流されるＥＧＲガスの量は、該ＥＧＲガスが通る通路に設けられて該ＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ制御弁の前後（上流および下流）の圧力差に従って変化する。したがって、所望の量のＥＧＲガスを還流させるために、該圧力差を制御するのが望ましい。

上記の従来技術では、ＥＧＲ通路が排気管に接続する個所よりも下流に背圧バルブを設けることが記載されているが、この背圧バルブの制御手法は何ら示唆されていない。

したがって、本願発明は、低圧ＥＧＲ装置により還流されるＥＧＲガスの量をより正確に制御することができるよう、ＥＧＲ制御弁の前後の圧力差を制御する手法を提案することを目的とする。

本願発明の一つの側面によると、内燃機関のＥＧＲ制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段（２２）と、該排気浄化手段の下流の排気通路から、排気を、内燃機関の吸気通路に還流する低圧ＥＧＲ通路（４１）と、該低圧ＥＧＲ通路に設けられ、還流する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ制御弁（４２）と、低圧ＥＧＲ通路が接続された排気通路または低圧ＥＧＲ通路が接続された吸気通路に設けられた絞り弁（４３）と、絞り弁および低圧ＥＧＲ制御弁の間の圧力を検出する圧力検出手段（４４）と、低圧ＥＧＲ制御弁の上流および下流の間に、所定範囲内の圧力差が形成されるように、前記検出された圧力に基づいて前記絞り弁を制御する制御手段（１）と、を備える。

この発明によれば、低圧ＥＧＲ制御弁の前後に所定範囲内の圧力差が形成されるように、検出された圧力に基づいて絞り弁を制御するので（フィードバック制御）、低圧ＥＧＲ制御弁の前後に所望の圧力差を形成することができ、これにより、所望の量の排気を安定的に還流させることができる。

この発明の一実施形態によれば、絞り弁が吸気通路に設けられる場合には（図１）、圧力検出手段（４４）は、低圧ＥＧＲ制御弁の下流の圧力（Ｐ１）を検出し、制御手段は、該下流の圧力が、低圧ＥＧＲ制御弁の上流の圧力（Ｐ０）に対して所定値以下の圧力差が形成されるよう、絞り弁を制御する。絞り弁が排気通路に設けられる場合には（図８）、圧力検出手段（４４）は、低圧ＥＧＲ制御弁の上流の圧力（Ｐ４）を検出し、制御手段は、該上流の圧力が、低圧ＥＧＲ制御弁の下流の圧力（Ｐ０）に対して所定値以上の圧力差が形成されるよう、絞り弁を制御する。こうして、絞り弁が吸気側に設けられる場合と排気側に設けられる形態のいずれにおいても、所望の圧力差が低圧ＥＧＲ制御弁の前後に形成されるようにする。

この発明の他の側面によれば、内燃機関のＥＧＲ制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段と、排気浄化手段の下流の排気通路から、排気を、内燃機関の吸気通路に還流する低圧ＥＧＲ通路（４１）と、低圧ＥＧＲ通路に設けられ、還流する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ制御弁（４２）と、低圧ＥＧＲ通路が接続された排気通路または該低圧ＥＧＲ通路が接続された吸気通路に設けられた絞り弁（４３）と、低圧ＥＧＲ制御弁の上流および下流の間に、所定範囲内の圧力差が形成されるように、現在の吸気量または排気量を表す運転状態パラメータの値に基づいて絞り弁を制御する制御手段（１）と、を備える。

この発明によれば、低圧ＥＧＲ制御弁の前後に所定範囲内の圧力差が形成されるように、現在の吸気量または排気量を表す運転状態パラメータの値に基づいて絞り弁を制御するので（フィードフォワード制御）、低圧ＥＧＲ制御弁の前後に所望の圧力差を形成することができ、これにより、所望の量の排気を還流させることができる。

本願発明の一実施形態によれば、運転状態パラメータの値が増加するに従って絞り弁の開度が大きくなるよう、絞り弁は制御される。これにより、吸気量または排気量が変動しても、低圧ＥＧＲ制御弁の前後に所望の圧力差を形成することができる。

本願発明の一実施形態によれば、上記所定範囲は、低圧ＥＧＲ制御弁の上流および下流のうち絞り弁が設けられた側の圧力の変化に対し、低圧ＥＧＲ制御弁を介して還流される排気の量の変化が少ない圧力差領域内（１２２）に設定される。

この発明によれば、圧力変化に対しＥＧＲ流量の変化が少ない圧力差領域内に所定範囲が設定されるので、ＥＧＲ流量が急変するのを防止しつつ、制御手段によって所望のＥＧＲ流量を維持することができる。

本願発明の一実施形態によれば、上記所定範囲は、絞り弁のポンプ損失が所定値以下になる圧力差領域内（１２７）に設定される。

この発明によれば、ポンプ損失が抑制されるような圧力差領域内に所定範囲が設定されるので、絞り弁を作動させることによりポンプ損失が増大するのを防止することができる。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。

［第１の実施形態］
図１は、この発明の第１の実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）およびその制御装置の概略的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびメモリを備えるコンピュータである。メモリには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータ（マップを含む）を格納することができる。ＥＣＵ１は、車両の各部から送られてくるデータを受け取って演算を行い、車両の各部を制御するための制御信号を生成する。

エンジン２は、この実施例では、ディーゼルエンジンである。エンジン２は、たとえば４気筒を備えており、図には、そのうちの１つの気筒のみが示されている。

エンジン２には、吸気バルブ３を介して吸気管４が連結されると共に、排気バルブ５を介して排気管６が連結されている。燃料噴射弁７が、ピストン８の上部に形成された燃焼室９に臨むように取り付けられている。燃料噴射弁７は、コモンレール（図示せず）を介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（図示せず）に接続されている。高圧ポンプは、燃料タンク内の燃料を昇圧した後、コモンレールを介して燃料噴射弁７に送り、燃料噴射弁７は、受取った燃料を燃焼室９内に噴射する。燃料噴射弁７の噴射時間および噴射時期は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って制御される。

過給装置１０が設けられており、過給装置１０は、吸気管４に連通する吸気通路１５に設けられた回転自在のコンプレッサ１１と、排気管６に連通する排気通路１６に設けられた回転自在のタービン１２と、これらを連結するシャフト１３を備えている。タービン１２は、排ガス（排気）の運動エネルギーにより回転駆動され、タービン１２の回転駆動により、コンプレッサ１１が回転駆動され、吸気の圧縮を行う。

タービン１２は、複数の回動自在な可変ベーン（２つのみ図示している）１４を有しており、ＥＣＵ１からの制御信号に従って可変ベーン１４の開度（ベーン開度と呼ばれる）を変更する。ベーン開度を変更することにより、タービン１２の回転数を変更することができる。可変ベーン開度を閉じるほど、タービンの回転数が上昇し、過給圧が増加する。

コンプレッサ１１の上流の吸気通路１５には、エアフローセンサ１７およびエアクリーナ１８が設けられ、コンプレッサ１１の下流には、水冷式のインタークーラ１９が設けられている。エアフローセンサ１７は、エアクリーナ１８でフィルタリングされて吸気通路１５に導入される空気の量（吸入空気量）を検出し、この検出信号はＥＣＵ１に送られる。インタークーラ１９は、過給装置１０の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却する。

インタークーラ１９の下流には、スロットル弁２０が設けられている。スロットル弁２０にはアクチュエータが接続されており、アクチュエータは、ＥＣＵ１からの制御信号に従ってスロットル弁２０の開度を制御する。

スロットル弁２０の下流には、吸気管４の圧力を検出する吸気管圧力センサ２１が設けられており、この検出値はＥＣＵ１に送られる。

タービン１２の下流の排気通路１６には、排ガス中の未燃ＨＣ（炭化水素）などの固形微粒子（パーティキュレート）を捕集するフィルタ（ＤＰＦと呼ばれる）２２および排ガス中のＮＯｘを吸着する触媒装置（ＬＮＣと呼ばれる）２３が設けられており、これらの装置で排ガスを浄化する。代替的に、排ガスを浄化する手段として、他の装置（触媒、フィルタ等）を設けてもよい。

コンプレッサ１１およびスロットル弁２０の下流の吸気管とタービン１２の上流の排気管との間には、高圧ＥＧＲ通路３１が接続されている。高圧ＥＧＲ通路３１を介して、エンジン２の排ガスの一部が吸気管３にＥＧＲガスとして還流される。

高圧ＥＧＲ通路３１には、高圧ＥＧＲ制御弁３２が設けられている。高圧ＥＧＲ制御弁３２の開度を、ＥＣＵ１からの制御信号によって制御することにより、高圧ＥＧＲ通路３１を介して吸気管４に還流されるＥＧＲガスの量を制御することができる。また、高圧ＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲクーラ３３が設けられており、排気管６からの高温のＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３３により冷却されて吸気管４に還流される。

コンプレッサ１１の上流の吸気通路とタービン１２およびＤＰＦ２２の下流の排気通路６との間には、低圧ＥＧＲ通路４１が接続されている。低圧ＥＧＲ通路４１を介して、エンジン２の排ガスの一部が吸気通路１５にＥＧＲガスとして還流される。代替的に、低圧ＥＧＲ通路４１の排気側は、触媒装置２３の下流に接続してもよい。

低圧ＥＧＲ通路４１には、低圧ＥＧＲ制御弁４２が設けられている。低圧ＥＧＲ制御弁３２の開度を、ＥＣＵ１からの制御信号によって制御することにより、低圧ＥＧＲ通路４１を介して吸気通路１５に還流されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）を制御することができる。

こうして、高圧ＥＧＲ通路３１だけでなく低圧ＥＧＲ通路４１を介したＥＧＲガスの還流をも行うことにより、燃焼室５内の燃焼温度をより低下させることができ、排ガス中のＮＯｘをより低減することができる。

低圧ＥＧＲ通路４１が、スロットル弁２０およびコンプレッサ１１の上流の吸気通路とタービン１２およびＤＰＦ２２の下流の排気通路との間に接続されているので、低圧ＥＧＲ通路４１上に設けられた低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後（上流と下流）の圧力差は非常に小さい。したがって、絞り弁を設けて圧力差を生じさせることで、低圧ＥＧＲ通路４１を流れるＥＧＲガスの吸気通路１５への還流を促進させる。

この第１の実施形態では、絞り弁４３は、低圧ＥＧＲ通路４１が吸気通路１５に接続する個所の上流に設けられる。絞り弁４３の開度を調整することにより、絞り弁４３の下流に所定の圧力を形成し、これにより、低圧ＥＧＲ制御弁４２の上流と下流との間に所望の圧力差を生じさせることができる。

絞り弁４３にはアクチュエータ（図示せず）が接続されており、ＥＣＵ１からの制御信号に従って、該アクチュエータにより絞り弁４３の開度が制御される。圧力センサ４４が、絞り弁４３と低圧ＥＧＲ制御弁４２の間に設けられており、低圧ＥＧＲ制御弁４２の下流（絞り弁４３の上流）の圧力を検出する。この検出信号はＥＣＵ１に送られる。

また、ＥＣＵ１には、大気圧を検出する大気圧（ＰＡ）センサ５１が接続されている。また、エンジン２のクランク軸（図示せず）の回転に従ってクランクパルスを送出するクランク角センサ５２がＥＣＵ１に接続されている。ＥＣＵ１は、クランクパルスに基づいて、エンジン２の回転数（ＮＥ）を算出することができる。

ＥＣＵ１は、各種センサからの検出信号に応じて、メモリに記憶されたプログラムおよびデータ（マップを含む）に従い、エンジン２の運転状態を検出すると共に、燃料噴射量、燃料噴射時期、ＥＧＲ量、吸入空気量、過給圧等を制御する。

ここで、図２〜図４を参照して、本願発明に従う絞り弁制御の技術的意義について説明する。図２を参照すると、エンジンの回転数および出力トルクが一定の条件下で、図１に示すような低圧ＥＧＲ制御弁４２の開度に対するＥＧＲ率（ＥＧＲ量／ＥＧＲ量＋新気の量）をシミュレーションした結果を示す。図１のような絞り弁４３による圧力調整は行われていない。符号１０１および１０２は、１回目と２回目のシミュレーション（ケース１、２）におけるＥＧＲ率を示す。領域１０３に示されているように、低圧ＥＧＲ制御弁を所定の開度に制御したときに、ＥＧＲ率がケース１と２とでばらついており、再現性が無い。

ここで、該シミュレーションにおける吸気量（図１のエアフローセンサ１７により検出することができる）について観察した。符号１０４はケース１における吸気量を示し、符号１０５はケース２における吸気量を示す。ケース１とケース２との吸気量の差に従い、ＥＧＲ率もケース１とケース２とで差が生じていることがわかる。これは、吸気量の変動により、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差が変動してしまうからである。したがって、このようなＥＧＲ率の再現性の無さを防止するため、絞り弁４３によって低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差を制御するのが望ましい。

ここで、図３を参照し、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差について考察する。図３は、一般的なＥＧＲ制御弁の前後の圧力比（Ｐｒ＝Ｐ／Ｐ０）に対するＥＧＲ流量のシミュレーション結果を表す。ここで、圧力Ｐは、ＥＧＲ制御弁の下流の圧力を示し、圧力Ｐ０は、該ＥＧＲ制御弁の上流の圧力を示す。なお、図１に示すような絞り弁４３による圧力調整は行われていないとする。

低圧ＥＧＲ通路４１は、図１からも明らかなように、その下流が大気に近い吸気通路１５に接続され、その上流が大気に近い排気通路１６に接続されている。したがって、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差は小さい。すなわち、圧力比Ｐｒは、ほぼ１に近い値をとる。低圧ＥＧＲ制御弁４２の圧力比Ｐｒは符号１１０に示される領域に存在し、この領域では、符号１１４に示されるように、圧力比Ｐｒの変化に対するＥＧＲ流量の変化が大きい。他方、比較のため高圧ＥＧＲ制御弁３２について述べると、高圧ＥＧＲ通路３１は、エンジンのシリンダに連結された吸気管４と排気管６との間に接続されているので、高圧ＥＧＲ制御弁３２の前後の圧力差は高い。圧力比Ｐｒは、約０．６付近の値をとり、符号１１１に示される領域に存在する。この領域では、符号１１３に示されるように、圧力比Ｐｒの変化に対するＥＧＲ流量の変化が小さい。このように、低圧ＥＧＲ制御弁４２については、その前後の圧力差の変化に対するＥＧＲ流量の変化が大きい。

図２を参照して述べたように、低圧ＥＧＲ制御弁４２の圧力差を絞り弁４３によって制御するのが望ましいが、符号１１０に示すような領域では、絞り弁４３による制御を行っても、所望のＥＧＲ流量を安定的に実現するのは困難なおそれがある。

そこで、本願発明の一実施形態では、絞り弁４３によって制御対象とする圧力差の領域として、圧力変化に対するＥＧＲ流量の変化が小さい領域を選択する。図４を参照すると、（ａ）は、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差Δｐに対するＥＧＲ流量の変化をシミュレーションした結果の一例を示す。ここで、“ＥＧＲ流量の変化”は、（低圧ＥＧＲ制御弁４２の下流の圧力Ｐ［ｋＰａ］が（Ｐ＋１）［ｋＰａ］に増えた時のＥＧＲ流量）／低圧ＥＧＲ制御弁４２の下流の圧力がＰ［ｋＰａ］である時のＥＧＲ流量）、で算出される。すなわち、圧力差Δｐのそれぞれについて、たとえば吸気量変動によって低圧ＥＧＲ制御弁４２の下流の圧力Ｐが１［ｋＰａ］増えた時に、どれくらいＥＧＲ流量が変化するか、を表している。

図から明らかなように、約５［ｋＰａ］より低い圧力差Δｐの領域１２０では、符号１２１に示されるように、圧力変化に対するＥＧＲ流量の変化が大きい。約６ｋＰａより大きい圧力差Δｐの領域１２２では、符号１２３に示されるように、圧力変化に対するＥＧＲ流量の変化が１０％より小さい。このように、絞り弁４３によって低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差を、例えば約６ｋＰａ以上の圧力差領域１２２内に収めるようにすれば、ＥＧＲ流量のばらつきを大きく低減することができる。たとえば、圧力差Δｐが１０ｋＰａで、ＥＧＲ流量の変化は約５％である。

したがって、本願発明の一実施形態では、領域１２２内に収まる圧力差が低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後に形成されるように、絞り弁４３を制御する。これにより、圧力変化によってＥＧＲ流量が大きくばらつくのを防止することができる。

より好ましい実施形態では、絞り弁４３のポンプ損失を減らすよう、絞り弁４３を制御する。ここで図４の（ｂ）を参照すると、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差Δｐに対する、ポンプ仕事の正味仕事に対する割合を示す。エンジン２は、ピストン（図１）に接続されたクランクシャフトを回転することにより出力（仕事）を生成している。絞り弁４３が空気を絞る際に生成されるポンプ仕事は、該エンジン出力に対する損失（いわゆる、ポンプ損失と呼ばれる）となる。正味仕事は、該エンジンが生成する出力から、該ポンプ仕事等の損失を差し引くことにより得られる。

図に示されるように、圧力差Δｐが大きくなるほど、絞り弁４３のポンプ仕事は大きくなる。これは、圧力差Δｐが大きいほど、絞り弁４３が作動するのに要する仕事が大きくなるからである。このポンプ仕事は、エンジンの負荷によっても異なる。符号１２５で示すように、エンジンが全負荷である時、圧力差Δｐが約１０ｋＰａにおいて、ポンプ仕事の割合は約１．５％である。符号１２６で示すように、エンジンが１／２負荷（中負荷であり、典型的には、通常の走行で平均した負荷を示す）である時、圧力差Δｐが約１０ｋＰａにおけるポンプ仕事の割合は約３％である。ポンプ仕事の割合は低い方が好ましく、例えば約３％以下に抑制するのが好ましい。

図４（ａ）を参照して説明した領域１２２のうち、図４（ｂ）に示されるポンプ仕事の割合が小さくなるように、圧力差領域を選択するのが好ましい。一例では、６〜１０ｋＰａの圧力差領域１２７が選択される。この領域１２７内に収まるように低圧ＥＧＲ制御弁４２の圧力差を絞り弁４３で制御すれば、ＥＧＲ流量を大きく変動させることなく、また、ポンプ仕事を抑制することができる。

以上のように、本願発明は、低圧ＥＧＲ制御弁の前後の圧力差が所定範囲内に収まるよう絞り弁４３を制御することを目的とする。より好ましくは、該所定範囲は、低圧ＥＧＲ制御弁の下流の圧力の変化に対するＥＧＲ流量の変化が小さいよう選択された圧力差領域１２２である。さらに好ましくは、該所定範囲は、絞り弁４３のポンプ損失が低減される圧力差領域１２７である。

以下、絞り弁４３の制御を介して低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後に所望の圧力差を形成するための具体的な手法を説明する。

［第１の実施形態に従う第１の例］
図１に示す、絞り弁４３が吸気側に設けられた第１の実施形態に従う、絞り弁４３および低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御する手法について説明する。

図５は、フィードバック制御による絞り弁４３の制御を介して、低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御するプロセスのフローチャートである。該プロセスは、ＥＣＵ１のＣＰＵによって、所定の時間間隔で実行される。

ステップＳ１において、圧力センサ４４（図１）の検出値に基づいて、低圧ＥＧＲ制御弁４２の下流の実圧力Ｐ１を、Ｐ１＿ａｃｔとして検出する。ステップＳ２において、低圧ＥＧＲ制御弁４２の下流の圧力の目標値Ｐ１＿ｃｍｄを決定する。目標値Ｐ１＿ｃｍｄは、所望の圧力差が生成されるように設定される。

低圧ＥＧＲ制御弁４２の上流が排気通路１６に接続されているので、低圧ＥＧＲ制御弁４２の上流の圧力は、ほぼ大気圧と考えることができる。したがって、低圧ＥＧＲ制御弁の下流の目標値Ｐ１＿ｃｍｄは、大気圧Ｐ０から所望の圧力差を減算した値（Ｐ０−所望の圧力差）に設定される。これにより、低圧ＥＧＲ制御弁４２の上流の圧力はＰ０であり、下流の圧力は（Ｐ０−所望の圧力差）となり、よって該所望の圧力差が、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後で生成される。ここで、大気圧Ｐ０は、大気圧センサ５１（図１）から検出されることができる。

代替的に、低圧制御弁４２の上流に第２の圧力センサを設け、上記Ｐ０として、該第２の圧力センサの検出値を用いてもよい。

上記の所望の圧力差は、図４の（ａ）を参照して説明したように、圧力変化に対するＥＧＲ流量の変化が小さい圧力差領域１２２内に収まるよう設定されるのが好ましい。さらに好ましくは、図４の（ｂ）を参照して説明したように、絞り弁４３のポンプ損失を抑制するような圧力差領域１２７内に設定されるのが好ましい。この実施例では、所望の圧力差は１０ｋＰａに設定される。これにより、ＥＧＲ流量の変化を約５％に抑制することができると共に、ポンプ損失を約３％に抑制することができる。

ステップＳ３において、実圧力Ｐ１＿ａｃｔと目標圧力Ｐ１＿ｃｍｄとの差ｅｒｒＰ１を算出する。ステップＳ４において、以下の式に示すように、差ｅｒｒＰ１をゼロに収束させるように所定のＰＩ制御を実行し、絞り弁４３の目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}を算出する。ここで、ＫＰ_ＴＨはＰ（比例）項ゲインであり、ＫＩ_ＴＨはＩ（積分）項ゲインであり、それぞれ、シミュレーション等を介して予め決められた値に設定される。

算出された目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}になるよう、絞り弁４３は制御信号を介して制御される。こうして、所望の圧力差が生成されるように、絞り弁４３の開度が制御される。なお、この実施例ではＰＩ制御を用いているが、他の制御手法を用いて差ｅｒｒＰ１を収束させてもよい。

ステップＳ５〜Ｓ８は、低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御するプロセスである。ステップＳ５において、エアフローセンサ１７（図１）の検出値から、新気の吸入空気量をＱａｉｒ＿ａｃｔとして検出する。ステップＳ６において、エンジン２の運転状態に基づいて、新気の吸入空気量の目標値を決定する。たとえば、検出されたエンジン回転数ＮＥ（クランク角センサ５２の出力から検出されることができる）およびエンジン負荷（たとえば、吸気管圧力センサ２１から検出されることができる）に基づいて所定のマップ（ＥＣＵ１のメモリに記憶することができる）を参照することにより、該目標値を決定することができる。

ステップＳ７において、新気の吸入空気量の実値Ｑａｉｒ＿ａｃｔと目標値Ｑａｉｒ＿ｃｍｄの差ｅｒｒを算出する。ステップＳ８において、以下の式に示すように、差ｅｒｒをゼロに収束させるよう所定のＰＩ制御を実行し、低圧ＥＧＲ制御弁４２の開度θ_{ＬＰＬ＿ＥＧＲ}を算出する。ここで、ＫＰ_ＥＧＲはＰ（比例）項ゲインであり、ＫＩ_ＥＧＲはＩ（積分）項ゲインであり、それぞれ、シミュレーション等を介して予め決められた値に設定される。

こうして、算出された開度θ_{ＬＰＬ＿ＥＧＲ}になるよう、低圧ＥＧＲ制御弁４２は制御信号を介して制御される。なお、この実施例ではＰＩ制御を用いているが、他の制御手法を用いて差ｅｒｒを収束させてもよい。

このように、絞り弁４３のフィードバック制御を介して低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差を制御することにより、低圧ＥＧＲ制御弁４２によるＥＧＲ率を制御することが可能となる。さらに、絞り弁４３のフィードバック制御を介して、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差が、圧力変化に対するＥＧＲ流量の変化が小さい圧力差領域内に収まるよう制御されるので、ＥＧＲ流量が大きくばらつくことを防止することができる。さらに、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差が、絞り弁４３のポンプ損失が抑制される圧力差領域内に収まるよう制御されるので、絞り弁４３を作動させることによるポンプ損失を抑制することができる。

［第１の実施形態に従う第２の例］
図６は、フィードフォワード制御による絞り弁４３の制御を介して、低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御するプロセスのフローチャートである。該プロセスは、ＥＣＵ１のＣＰＵによって、所定の時間間隔で実行される。

ステップＳ１１において、エンジンの吸気量または排気量を表す運転状態パラメータを、ｘとして検出する。たとえば、このような運転状態パラメータとして、エアフローセンサ１７（図１）の検出値Ｑａｉｒ＿ａｃｔを用いることができる。代替的に、エンジン回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＢ、エンジン回転数ＮＥと出力トルク、エンジン回転数ＮＥとエンジン負荷等を、吸気量または排気量を表す運転状態パラメータとして用いてもよい。

ステップＳ１２において、運転状態パラメータｘに基づいて所定のマップ（ＥＣＵ１のメモリに記憶されることができる）を参照し、絞り弁４３の目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}を求める。

ここで、図７を参照すると、マップの一例が示されている。該マップは、運転状態パラメータｘ（この例では、吸気量Ｑａｉｒ＿ａｃｔ）が大きくなるほど、絞り弁４３の開度が大きくなるよう設定されている。絞り弁４３の開度が一定であるとき、絞り弁４３の前後の圧力差は、吸気量Ｑａｉｒ＿ａｃｔが大きくなるほど、大きくなる。したがって、所望の圧力差を維持するために、吸気量Ｑａｉｒ＿ａｃｔが大きくなるほど、絞り弁４３の開度を大きくする。

好ましくは、該マップは、図４の（ａ）および（ｂ）を参照して説明した圧力差領域１２２または１２７内に収まるような圧力差を生成するよう、絞り弁４３の目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}は定義されている。たとえば、シミュレーション等を介して、圧力差１０ｋＰａを維持するための絞り弁４３の開度を吸気量に対して求め、これを、該マップに規定することができる。

排気量を上記の運転状態パラメータとして用いる場合も、同様のマップが定義される。すなわち、排気量は、吸気量が大きくなるほど大きくなるので、該マップは、排気量が大きくなるほど、絞り弁４３の開度が大きくなるように定義される。

こうして、求めた目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}になるよう、絞り弁４３は制御信号を介して制御され、これにより、所望の圧力差を低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後に生成する。

ステップＳ１５〜Ｓ１８は、低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御するプロセスであり、これは、図５のステップＳ５〜Ｓ８と同じであるので、説明を省略する。

［第２の実施形態］
図８は、この発明の第２の実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）およびその制御装置の概略的な構成図である。図１と異なる点のみを説明する。

この第２の実施形態では、絞り弁４３が、低圧ＥＧＲ通路４１が排気通路１６に接続する個所の下流に設けられる。絞り弁４３の開度を調整することにより、絞り弁４３の上流に所定の圧力を形成し、これにより、低圧ＥＧＲ制御弁４２の上流と下流との間に所望の圧力差を生じさせることができる。

絞り弁４３にはアクチュエータ（図示せず）が接続されており、ＥＣＵ１からの制御信号に従って、該アクチュエータにより絞り弁４３の開度が制御される。圧力センサ４４が、絞り弁４３と低圧ＥＧＲ制御弁４２の間に設けられており、低圧ＥＧＲ制御弁４２の上流（絞り弁４３の下流）の圧力を検出する。この検出信号はＥＣＵ１に送られる。

第２の実施形態にも、図４を参照して説明したことは基本的にあてはまる。すなわち、絞り弁４３は、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後の圧力差が所定範囲内に収まるよう制御される。より好ましくは、該所定範囲が、低圧ＥＧＲ制御弁４２の上流の圧力の変化に対するＥＧＲ流量の変化が小さい圧力差領域１２２である（図４の（ａ））。さらに好ましくは、該所定範囲は、絞り弁４３のポンプ損失が抑制される圧力差領域１２７である（図４の（ｂ））。

［第２の実施形態に従う第１の例］
図８に示す絞り弁４３が排気気側に設けられた第２の実施形態に従う、該絞り弁４３および低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御する手法について説明する。

図９は、フィードバック制御による絞り弁４３の制御を介して、低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御するプロセスのフローチャートである。該プロセスは、ＥＣＵ１のＣＰＵによって、所定の時間間隔で実行される。

ステップＳ２１において、圧力センサ４４（図８）の検出値に基づいて、低圧ＥＧＲ制御弁４２の上流の実圧力Ｐ４を、Ｐ４＿ａｃｔとして検出する。ステップＳ２２において、低圧ＥＧＲ制御弁４２の上流の圧力の目標値Ｐ４＿ｃｍｄを決定する。目標値Ｐ４＿ｃｍｄは、所望の圧力差が生成されるように設定される。

低圧ＥＧＲ制御弁４２の下流が吸気通路１５に接続されているので、低圧ＥＧＲ制御弁４２の下流の圧力は、ほぼ大気圧Ｐ０と考えることができる。したがって、低圧ＥＧＲ制御弁の上流の圧力の目標値Ｐ４＿ｃｍｄは、大気圧Ｐ０に所望の圧力差を加算した値（Ｐ０＋所望の圧力差）に設定される。これにより、低圧ＥＧＲ制御弁４２の下流の圧力はＰ０であり、上流の圧力は（Ｐ０＋所望の圧力差）となり、よって該所望の圧力差が、低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後で生成される。ここで、大気圧Ｐ０は、大気圧センサ５１（図８）から検出されることができる。

代替的に、低圧制御弁４２の下流に第２の圧力センサを設け、上記Ｐ０として、該第２の圧力センサの検出値を用いてもよい。

上記の所望の圧力差は、図４の（ａ）を参照して説明したように、圧力変化に対するＥＧＲ流量の変化が小さい圧力差領域１２２内に収まるよう設定されるのが好ましい。さらに好ましくは、図４の（ｂ）を参照して説明したように、絞り弁４３のポンプ損失を抑制するような圧力差領域１２７内に設定されるのが好ましい。この実施例では、所望の圧力差は１０ｋＰａに設定される。これにより、ＥＧＲ流量の変化を約５％に抑制することができると共に、ポンプ損失を約３％に抑制することができる。

ステップＳ２３において、実圧力Ｐ４＿ａｃｔと目標圧力Ｐ４＿ｃｍｄとの差ｅｒｒＰ４を算出する。ステップＳ２４において、以下の式に示すように、差ｅｒｒＰ４をゼロに収束させるよう所定のＰＩ制御を実行し、絞り弁４３の目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}を算出する。ここで、ＫＰ_ＴＨはＰ（比例）項ゲインであり、ＫＩ_ＴＨはＩ（積分）項ゲインであり、それぞれ、シミュレーション等を介して予め決められた値に設定される。

算出された目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}になるよう、絞り弁４３は制御信号を介して制御される。こうして、所望の圧力差が生成されるように、絞り弁４３の開度が制御される。なお、この実施例ではＰＩ制御を用いているが、他の制御手法を用いて差ｅｒｒＰ４を収束させてもよい。

ステップＳ２５〜Ｓ２８は、低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御するプロセスであり、図５のステップＳ５〜Ｓ８と同じであるので、説明を省略する。

［第２の実施形態に従う第２の例］
図１０は、フィードフォワード制御による絞り弁４３の制御を介して、低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御するプロセスのフローチャートである。該プロセスは、ＥＣＵ１のＣＰＵによって、所定の時間間隔で実行される。

ステップＳ３１において、エンジンの吸気量または排気量を表す運転状態パラメータを、ｘとして検出する。たとえば、このような運転状態パラメータとして、エアフローセンサ１７（図８）の検出値Ｑａｉｒ＿ａｃｔを用いることができる。代替的に、エンジン回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＢ、エンジン回転数ＮＥと出力トルク、エンジン回転数ＮＥとエンジン負荷等を、吸気量または排気量を表す運転状態パラメータとして用いてもよい。

ステップＳ３２において、運転状態パラメータｘに基づいて所定のマップ（ＥＣＵ１のメモリに記憶されることができる）を参照し、絞り弁４３の目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}を求める。この所定のマップは、図７に示されるマップと同じマップを用いることができ、図７を参照して説明したことが同様にあてはまる。すなわち、該マップでは、吸気量Ｑａｉｒ＿ａｃｔが大きくなるほど、絞り弁４３の目標開度は大きくされる。該マップは、図４の（ａ）および（ｂ）を参照して説明した圧力差領域１２２または１２７内に収まるような圧力差を生成するよう、絞り弁の目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}は定義されている。排気量を上記運転パラメータとして用いる場合も、同様のマップが定義される。

こうして、求めた目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}になるよう、絞り弁４３は制御信号を介して制御され、これにより、所望の圧力差を低圧ＥＧＲ制御弁４２の前後に生成する。

ステップＳ３５〜Ｓ３８は、低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御するプロセスであり、これは、図９のステップＳ２５〜Ｓ２８と同じであるので、説明を省略する。

［第１の実施形態に従う第３の例］
図１１は、図１に示す第１の実施形態に従う、フィードフォワード制御およびフィードバック制御の両方を用いて絞り弁４３の開度を制御し、この制御を介して低圧ＥＧＲ制御弁４２を制御するプロセスのフローチャートである。該プロセスは、ＥＣＵ１のＣＰＵによって、所定の時間間隔で実行される。両方の制御を用いると、フィードフォワード制御により、運転状態パラメータｘの変動（外乱）による影響を抑制するよう絞り弁４３の開度を修正できると共に、フィードバック制御によって、該外乱に対してロバストに絞り弁４３の開度を目標開度に収束させることができるので、絞り弁４３の制御精度を向上させることができる。

ステップＳ４１およびＳ４２は、フィードフォワード項を算出するプロセスであり、図６のステップＳ１１およびＳ１２と同様である。すなわち、吸気量または排気量に基づく運転状態パラメータ（この実施例では、エアフローセンサ１７により検出された吸気量Ｑａｉｒ＿ａｃｔ）をｘとして検出し、該吸気量Ｑａｉｒ＿ａｃｔに基づいて図７のようなマップを参照し、絞り弁４３の開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}を、フィードフォワード項θ_{ＬＰＬＰ＿ＴＨ＿ｆｆ}として算出する。

ステップＳ４３〜Ｓ４６は、フィードバック項を算出するプロセスであり、図５のステップＳ１〜Ｓ４と同様である。すなわち、圧力センサ４４の検出値Ｐ１＿ａｃｔと目標値Ｐ１＿ｃｍｄとの差ｅｒｒＰ１が収束するようＰＩ制御を実行して、絞り弁４３の開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}を、フィードバック項θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ＿ｆｂ}として算出する。ステップＳ４７において、フィードフォワード項およびフィードバック項を加算して、絞り弁４３の目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}を算出する。

算出された目標開度θ_{ＬＰＬ＿ＴＨ}になるよう、絞り弁４３は制御信号を介して制御される。こうして、所望の圧力差が生成されるように、絞り弁４３の開度が制御される。なお、この実施例ではＰＩ制御を用いているが、他の制御手法を用いて差ｅｒｒＰ１を収束させてもよい。

ステップＳ５５〜Ｓ５８は、図５のステップＳ５〜Ｓ８と同様であるので、説明を省略する。

なお、フィードフォワード制御およびフィードバック制御の併用は、排気側に絞り弁４３を設ける第２の実施形態（図８）にも同様に適用可能である。

上記実施形態は、ディーゼルエンジンを例に説明したが、本願発明は、他のエンジン（たとえば、通常のガソリンエンジン）にも適用可能である。

上記実施形態では、スロットル弁２０により、エンジン２に吸入される空気量を制御するが、代替的に、スロットル弁２０に代えて、吸気バルブ３のリフト量により、エンジン２に吸入される空気量を制御してもよい。また、本願発明は、過給装置１０を設けない形態にも適用可能である。スロットル弁２０および過給装置１０が設けられない場合には、低圧ＥＧＲ通路４１の吸気側は、高圧ＥＧＲ通路３１が吸気管に接続する箇所よりも上流に接続される。低圧ＥＧＲ通路４１の排気側は、排気浄化手段（上記実施形態では、ＤＰＦ２２または触媒装置２３）の下流に接続される。

上記実施形態は、汎用の（例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。

この発明の第１の実施形態に従う、低圧ＥＧＲ装置および高圧ＥＧＲ装置を備える内燃機関およびその制御装置を概略的に示す図。 低圧ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率の再現性の問題を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、ＥＧＲ制御弁の前後の圧力の比に対するＥＧＲ流量の変化を示す図。 この発明の一実施例に従う、（ａ）圧力差に対するＥＧＲ流量の変化、および（ｂ）圧力差に対するポンプ仕事の割合を示す図。 この発明の第１の実施形態に従う、絞り弁のフィードバック制御を介して低圧ＥＧＲ制御弁を制御するプロセスのフロー。 この発明の第１の実施形態に従う、絞り弁のフィードフォワード制御を介して低圧ＥＧＲ制御弁を制御するプロセスのフロー。 この発明の第１の実施形態に従う、運転状態パラメータに基づく絞り弁の目標開度を示すマップ。 この発明の第２の実施形態に従う、低圧ＥＧＲ装置および高圧ＥＧＲ装置を備える内燃機関およびその制御装置を概略的に示す図。 この発明の第２の実施形態に従う、絞り弁のフィードバック制御を介して低圧ＥＧＲ制御弁を制御するプロセスのフロー。 この発明の第２の実施形態に従う、絞り弁のフィードフォワード制御を介して低圧ＥＧＲ制御弁を制御するプロセスのフロー。 この発明の第１の実施形態に従う、絞り弁のフィードバック制御およびフィードフォワード制御を介して低圧ＥＧＲ制御弁を制御するプロセスのフロー。

符号の説明

１ ＥＣＵ
２ エンジン
４ 吸気管
６ 排気管
１５ 吸気通路
１６ 排気通路
２２ ＤＰＦ
３１ 高圧ＥＧＲ通路
３２ 高圧ＥＧＲ制御弁
４１ 低圧ＥＧＲ通路
４２ 低圧ＥＧＲ制御弁
４３ 絞り弁
４４ 圧力センサ

Claims (6)

1. 内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段と、
   前記排気浄化手段の下流の排気通路から、排気を、前記内燃機関の吸気通路に還流する低圧ＥＧＲ通路と、
   前記低圧ＥＧＲ通路に設けられ、前記還流する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ制御弁と、
   前記低圧ＥＧＲ通路が接続された排気通路または該低圧ＥＧＲ通路が接続された吸気通路に設けられた絞り弁と、
   前記絞り弁および前記低圧ＥＧＲ制御弁の間の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記低圧ＥＧＲ制御弁の上流および下流の間に、所定範囲内の圧力差が形成されるように、前記検出された圧力に基づいて前記絞り弁を制御する制御手段と、
   を備える、内燃機関のＥＧＲ制御装置。
2. 前記絞り弁が前記吸気通路に設けられる場合には、前記圧力検出手段は、前記低圧ＥＧＲ制御弁の下流の圧力を検出し、前記制御手段は、該下流の圧力が、該低圧ＥＧＲ制御弁の上流の圧力に対して所定値以下の圧力差が形成されるよう、前記絞り弁を制御し、
   前記絞り弁が排気通路に設けられる場合には、前記圧力検出手段は、前記低圧ＥＧＲ制御弁の上流の圧力を検出し、前記制御手段は、該上流の圧力が、該低圧ＥＧＲ制御弁の下流の圧力に対して所定値以上の圧力差が形成されるよう、前記絞り弁を制御する、
   請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
3. 内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段と、
   前記排気浄化手段の下流の排気通路から、排気を、前記内燃機関の吸気通路に還流する低圧ＥＧＲ通路と、
   前記低圧ＥＧＲ通路に設けられ、前記還流する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ制御弁と、
   前記低圧ＥＧＲ通路が接続された排気通路または該低圧ＥＧＲ通路が接続された吸気通路に設けられた絞り弁と、
   前記低圧ＥＧＲ制御弁の上流および下流の間に、所定範囲内の圧力差が形成されるように、現在の吸気量または排気量を表す運転状態パラメータの値に基づいて前記絞り弁を制御する制御手段と、を備える、
   内燃機関のＥＧＲ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記運転状態パラメータの値が増加するに従って前記絞り弁の開度が大きくなるよう、該絞り弁を制御する、
   請求項３に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
5. 前記所定範囲は、前記低圧ＥＧＲ制御弁の上流および下流のうち前記絞り弁が設けられた側の圧力の変化に対し、該低圧ＥＧＲ制御弁を介して還流される排気の量の変化が少ない圧力差領域内に設定される、
   請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
6. 前記所定範囲は、前記絞り弁のポンプ損失が所定値以下になる圧力差領域内に設定される、
   請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。

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