JP2008261300A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方を正確に算出し、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路の双方の流量制御を閉ループ制御とし、吸気温度や過給圧を安定させ、排気エミッションの悪化を抑制し、動力性能の悪化を抑制する技術を提供する。
【解決手段】低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度、高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度、及び内燃機関から排出されるＣＯ_２濃度を用いて、内燃機関が吸入する吸気量に対しての低圧ＥＧＲガス量の割合を示す低圧ＥＧＲ率及び吸気量に対しての高圧ＥＧＲガス量の割合を示す高圧ＥＧＲ率を算出し（Ｓ１０３）、算出する低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御する（Ｓ１０４）。
【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。

ターボチャージャのタービンよりも下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込みターボチャージャのコンプレッサよりも上流の吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、タービンよりも上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込みコンプレッサよりも下流の吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ通路とを備え、これら低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路を効果的に併用して、動力性能やＥＧＲ制御の制御性及び応答性を損なうことなく広い運転領域で排気エミッションの低減を図る技術が知られている（特許文献１参照）。
特開２００４−１５０３１９号公報

上記特許文献１に開示されたような低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路を併用する装置では、一方のＥＧＲ通路の流量制御を開ループ制御とする必要があった。このため、内燃機関の個体差等で一方のＥＧＲ通路のＥＧＲガス流量がばらつくと、吸気温度や過給圧が変化し、排気エミッションの悪化や動力性能の悪化を招いてしまう場合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方を正確に算出し、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路の双方の流量制御を閉ループ制御とし、吸気温度や過給圧を安定させ、排気エミッションの悪化を抑制し、動力性能の悪化を抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び内燃機関の吸気通路に配置された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から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンよりも上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込み前記コンプレッサよりも下流の吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度、前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度、及び内燃機関から排出されるＣＯ_２濃度を用いて、内燃機関が吸入する吸気量に対しての低圧ＥＧＲガス量の割合を示す低圧ＥＧＲ率及び前記吸気量に対しての高圧ＥＧＲガス量の割合を示す高圧ＥＧＲ率を算出する算出手段と、
前記算出手段が算出する前記低圧ＥＧＲ率及び前記高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御するＥＧＲ率制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。

本発明では、低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度、高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路
におけるＣＯ_２濃度、及び内燃機関から排出されるＣＯ_２濃度を用いて、内燃機関が吸入する吸気量に対しての低圧ＥＧＲガス量の割合を示す低圧ＥＧＲ率及び前記吸気量に対しての高圧ＥＧＲガス量の割合を示す高圧ＥＧＲ率を算出する。

本発明よると、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方が正確に算出できる。このため、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率に基づいて、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路の双方の流量制御を閉ループ制御することができる。よって、吸気温度や過給圧を安定させることができ、排気エミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

また、低圧ＥＧＲ率を求める際に低圧ＥＧＲガス量を正確に算出できるので、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路を併用する場合における、排気通路に配置された排気浄化装置を通過する排気流量を正確に算出でき、排気浄化装置の温度制御精度を向上できる。

前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を検出する第１のＣＯ_２濃度検出手段と、
前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を検出する第２のＣＯ_２濃度検出手段と、
内燃機関から排出されるＣＯ_２濃度を検出する第３のＣＯ_２濃度検出手段と、
を備えるとよい。

本発明によると、各部位のＣＯ_２濃度が正確に検出でき、各部位のＣＯ_２濃度を用いて低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方が正確に算出できる。

前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を検出する第１のＣＯ_２濃度検出手段と、
前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を、前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路における吸気圧、行程容積、容積効率及び吸気温度、並びに新気量及び燃料噴射量から算出する第１のＣＯ_２濃度算出手段と、
内燃機関から排出されるＣＯ_２濃度を、新気量及び燃料噴射量から算出する第２のＣＯ_２濃度算出手段と、
を備えるとよい。

本発明によると、高価なＣＯ_２濃度検出手段を１つだけ用いるようにしてコストダウンを図りつつ、各部位のＣＯ_２濃度が正確に導出でき、各部位のＣＯ_２濃度を用いて低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方が正確に算出できる。

前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路において、前記コンプレッサよりも下流の吸気通路の吸気を前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ戻すバイパス通路と、
前記バイパス通路において下流の圧力を一定に調圧する圧力調整手段と、
前記圧力調整手段よりも下流の前記バイパス通路において、前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を検出する第１のＣＯ_２濃度検出手段と、
を備えるとよい。

本発明によると、新気と低圧ＥＧＲガスが十分に混ざり合って一定の圧力となった後の混合ガスのＣＯ_２濃度を検出するため、当該混合ガスは混ざり合って均一となり一定の圧力となるために検出時の計測誤差が縮小でき、当該混合ガスのＣＯ_２濃度を正確に検出できる。

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方を正確に算出し、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路の双方の流量制御を閉ループ制御とし、吸気温度や過給圧を安定させ、排気エミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例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ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。

内燃機関１に接続された吸気通路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のコンプレッサハウジング５ａが配置されている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調節する第１スロットル弁６が配置されている。この第１スロットル弁６は、電動アクチュエータにより開閉される。第１スロットル弁６よりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する新気吸入空気（以下、新気という）の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が配置されている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の新気量が測定される。

コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が配置されている。そして、インタークーラ８よりも下流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調整する第２スロットル弁９が設けられている。この第２スロットル弁９は、電動アクチュエータにより開閉される。

一方、内燃機関１に接続された排気通路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が配置されている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気通路４には、排気浄化装置１０が配置されている。

排気浄化装置１０は、酸化触媒と当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（以下単にフィルタという）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（以下単にＮＯｘ触媒という）が担持されている。

また、排気浄化装置１０よりも下流の排気通路４には、該排気通路４内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１１が設けられている。この排気絞り弁１１は、電動アクチュエータにより開閉される。

そして、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路３へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０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、及び低圧ＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、排気浄化装置１０よりも下流且つ排気絞り弁１１よりも上流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流且つ第１スロットル弁６よりも下流側の吸気通路３と、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で内燃機関１へ送り込まれる。そして、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を流通して還
流される排気を低圧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ガスの量を調節する。なお、低圧ＥＧＲガス量の調節は、低圧ＥＧＲ弁３２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第１スロットル弁６の開度を調整することにより低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより低圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。

さらに、低圧ＥＧＲクーラ３３は、該低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の機関冷却水とで熱交換をして、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

一方、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路３へ還流させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。この高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１、及び高圧ＥＧＲ弁４２を備えて構成されている。

高圧ＥＧＲ通路４１は、タービンハウジング５ｂよりも上流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａよりも下流側の吸気通路３と、を接続している。この高圧ＥＧＲ通路４１を通って、排気が高圧で内燃機関１へ送り込まれる。そして、本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を流通して還流される排気を高圧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ガスの量を調節する。なお、高圧ＥＧＲガス量の調節は、高圧ＥＧＲ弁４２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第２スロットル弁９の開度を調整することにより高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより高圧ＥＧＲガスの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整することによっても高圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１２が併設されている。このＥＣＵ１２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の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１２には、エアフローメータ７などの各種センサ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ＥＣＵ１２に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１２には、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、排気絞り弁１１、低圧ＥＧＲ弁３２、及び高圧ＥＧＲ弁４２の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１２によりこれらの機器が制御される。

そして、低圧ＥＧＲ弁３２及び高圧ＥＧＲ弁４２を制御することにより、内燃機関１に吸入される吸気に対する低圧ＥＧＲガスの割合を示す低圧ＥＧＲ率、及び内燃機関１に吸入される吸気に対する高圧ＥＧＲガスの割合を示す高圧ＥＧＲ率を調節している。

ここで、従来、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路を併用する装置では、一方のＥＧＲ通路の流量制御を開ループ制御とする必要があった。このため、内燃機関の個体差等で一方のＥＧＲ通路のＥＧＲガス流量がばらつくと、吸気温度や過給圧が変化し、排気エミッションの悪化や動力性能の悪化を招いてしまう場合がある。

そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方を正確に算出し、これら低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御することで、低圧ＥＧＲ通路３
１及び高圧ＥＧＲ通路４１の双方の流量制御を閉ループ制御とするようにしている。これによって、吸気温度や過給圧を安定させることができ、排気エミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

また、低圧ＥＧＲ率を求める際に低圧ＥＧＲガス量を正確に算出できるので、低圧ＥＧＲ通路３１及び高圧ＥＧＲ通路４１を併用する場合における、排気通路４に配置された排気浄化装置１０を通過する排気流量を正確に算出でき、排気浄化装置１０の温度制御精度を向上できる。

ここで、本実施例における低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率は、低圧ＥＧＲ通路３１の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも上流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度、高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度、及び内燃機関１から排出されるＣＯ_２濃度の３箇所のＣＯ_２濃度を用いることで算出される。

このため、本実施例では、３箇所のＣＯ_２濃度をそれぞれＯ_２濃度センサ１３，１４，１５で検出する。すなわち、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも上流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度を検出するためのＯ_２濃度センサ１３、高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度を検出するためのＯ_２濃度センサ１４、及び内燃機関１から排出されるＣＯ_２濃度を検出するためのＯ_２濃度センサ１５を備える。これにより、各部位のＣＯ_２濃度が正確に検出でき、各部位のＣＯ_２濃度を用いて低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方が正確に算出できる。

なお、Ｏ_２濃度センサ１３，１４，１５でＣＯ_２濃度を検出するのは、内燃機関１においてはＯ_２濃度とＣＯ_２濃度とは１対１の関係にあるため、Ｏ_２濃度がＣＯ_２濃度に置換できるためである。このため、本実施例におけるＯ_２濃度センサ１３，１４，１５は、本発明の第１〜第３のＣＯ_２濃度検出手段に相当する。なお、本実施例では、ＣＯ_２濃度を検出するためにＯ_２濃度を測定するが、これのほかにＨ_２Ｏ濃度やＮ_２濃度を測定してＣＯ_２濃度を検出してもよい。

そして、上記３箇所のＣＯ_２濃度を用い、
エアフローメータ７で測定される新気量をＧｎとし、
新気（大気）のＣＯ_２濃度をＣＯ２Ｎとし（ＣＯ２Ｎは大気のＣＯ_２濃度のため既知）、Ｏ_２濃度センサ１３で検出される、新気と低圧ＥＧＲガスとの混合ガスのＣＯ_２濃度をＣＯ２ＮＬとし、
Ｏ_２濃度センサ１４で検出される、新気と低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの混合ガスのＣＯ_２濃度をＣＯ２ＮＬＨとし、
Ｏ_２濃度センサ１５で検出される、排気のＣＯ_２濃度をＣＯ２ＥＨとする。

すると、内燃機関１に吸入される、新気、低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを全て含む吸気量Ｇｃｙｌは、
Ｇｃｙｌ＝（（ＣＯ２ＥＨ−ＣＯ２Ｎ）／（ＣＯ２ＥＨ−ＣＯ２ＮＬＨ））・Ｇｎ・・・（式１）
と表すことができる。

低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガス量Ｇｌｐｌは、
Ｇｌｐｌ＝（（ＣＯ２ＮＬ−ＣＯ２Ｎ）／（ＣＯ２ＥＨ−ＣＯ２ＮＬ））・Ｇｎ・・・（式２）
と表すことができる。

高圧ＥＧＲ通路４１を流通する高圧ＥＧＲガス量Ｇｌｐｌは、
Ｇｈｐｌ＝（（（ＣＯ２ＥＨ−ＣＯ２Ｎ）／（ＣＯ２ＥＨ−ＣＯ２ＮＬＨ））−（（ＣＯ２ＮＬ−ＣＯ２Ｎ）／（ＣＯ２ＥＨ−ＣＯ２ＮＬ））−１）・Ｇｎ・・・（式３）
と表すことができる。

一方、内燃機関１に吸入される吸気に対する低圧ＥＧＲガスの割合を示す低圧ＥＧＲ率は、
低圧ＥＧＲ率＝Ｇｌｐｌ／Ｇｃｙｌ・・・（式４）
である。

内燃機関１に吸入される吸気に対する高圧ＥＧＲガスの割合を示す高圧ＥＧＲ率は、
高圧ＥＧＲ率＝Ｇｈｐｌ／Ｇｃｙｌ・・・（式５）
である。

したがって、上記（式１）、（式２）及び（式４）から低圧ＥＧＲ率を算出することができ、上記（式１）、（式３）及び（式５）から高圧ＥＧＲ率を算出することができる。そして、低圧ＥＧＲ弁３２及び高圧ＥＧＲ弁４２を制御することにより、算出する低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御する。

なお、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の目標値は、内燃機関１の運転状態や環境状況に応じて適宜設定される値である。

次に、本実施例によるＥＧＲ率制御のルーチンについて説明する。図２は、本実施例によるＥＧＲ率制御のルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１２は、低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを流通させているか否かを判別する。低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを流通させているか否かは、低圧ＥＧＲ弁３２の開度、及び高圧ＥＧＲ弁４２の開度を不図示の開度センサで検出し、それらの開閉状態により判断される。

ステップＳ１０１において、低圧ＥＧＲ弁３２及び／又は高圧ＥＧＲ弁４２が閉弁状態であり、低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを流通させていないと判定された場合には、ＥＣＵ１２は、本ルーチンを一旦終了する。また、低圧ＥＧＲ弁３２及び高圧ＥＧＲ弁４２が開弁状態であり、低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを流通させていると判定された場合には、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１１は、エアフローメータ７、及びＯ_２濃度センサ１３，１４，１５等からの入力信号を処理する。

ステップＳ１０２に引き続くステップＳ１０３では、ＥＣＵ１１は、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率を算出する。上記したように、エアフローメータ７が測定する新気量ＧｎやＯ_２濃度センサ１３，１４，１５が測定するＣＯ_２濃度を用い、上記（式１）、（式２）及び（式４）から低圧ＥＧＲ率を算出し、上記（式１）、（式３）及び（式５）から高圧ＥＧＲ率を算出する。

ここで、本ステップにおいて低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率を算出するＥＣＵ１２が本発明の算出手段に相当する。

ステップＳ１０３に引き続くステップＳ１０４では、ＥＣＵ１２は、ステップＳ１０３で算出する低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御するべく、低圧ＥＧＲ弁３２の開度及び高圧ＥＧＲ弁４２の開度を調節する。

すなわち、低圧ＥＧＲ率とそれの目標値との差に応じて低圧ＥＧＲ弁３２の開度を調節すると共に、高圧ＥＧＲ率とそれの目標値との差に応じて高圧ＥＧＲ弁４２の開度を調節する。

ここで、低圧ＥＧＲ弁３２及び高圧ＥＧＲ弁４２の調節開度量は、上記低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率とそれらの目標値との差をマップに当てはめることで取得することができる。当該開度量と当該差との相関関係を表すマップは、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ１２に記憶させておく。

本ステップにおいて低圧ＥＧＲ弁３２の開度及び高圧ＥＧＲ弁４２の開度を調節して低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御するＥＣＵ１２が本発明のＥＧＲ率制御手段に相当する。

以上説明したＥＧＲ率制御によると、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率を正確に算出し、これら低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御することで、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路の双方の流量制御を閉ループ制御とするようにしている。

なお、本実施例では、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の制御を低圧ＥＧＲ弁３２の開度及び高圧ＥＧＲ弁４２の開度の調節だけで行っていた。しかしこれに限られず、第１、第２スロットル弁６，９の開度や可変容量型ターボチャージャのノズルベーンの開度などを調節することと共に低圧ＥＧＲ弁３２の開度及び高圧ＥＧＲ弁４２の開度を調節して、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の制御を行うようにしてもよい。

＜実施例２＞
上記実施例では、３つの部位のＣＯ_２濃度をそれぞれＯ_２濃度センサで測定していた。しかし、Ｏ_２濃度センサは高価なため、１つの内燃機関につき３つ配置するのではコストアップを招いてしまう。そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を検出するＯ_２濃度センサ１３を１つだけ備え、その他の部位のＣＯ_２濃度は演算により算出するようにした。その他の構成は上記実施例と同様であるので、重複する説明は省略する。

図３は、本実施例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。高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３には、高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３の吸気圧を検出する吸気圧センサ１６が配置されている。また、同じく、高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３には、高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３の吸気温度を検出する吸気温度センサ１７が配置されている。

そして、本実施例においても、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方を正確に算出し、これら低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御することで、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路の双方の流量制御を閉ループ制御とするようにしている。これによって、吸気温度や過給圧を安定させることができ、排気エミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

また、低圧ＥＧＲ率を求める際に低圧ＥＧＲガス量を正確に算出できるので、低圧ＥＧＲ通路３１及び高圧ＥＧＲ通路４１を併用する場合における、排気通路４に配置された排
気浄化装置１０を通過する排気流量を正確に算出でき、排気浄化装置１０の温度制御精度を向上できる。

ここで、本実施例における低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率は、低圧ＥＧＲ通路３１の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも上流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度、高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度、及び内燃機関１から排出されるＣＯ_２濃度の３箇所のＣＯ_２濃度を用いることで算出される。

本実施例では、上記３箇所のうち１箇所のＣＯ_２濃度をＯ_２濃度センサ１３で検出すると共に、他の２箇所のＣＯ_２濃度を演算により算出する。すなわち、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも上流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度を検出するためのＯ_２濃度センサ１３を備える。なお、このＯ_２濃度センサ１３は、本発明の第１のＣＯ_２濃度検出手段に相当する。また、高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度と、内燃機関１から排出されるＣＯ_２濃度とを、演算により算出する。

ここで、高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度としての、新気と低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの混合ガスのＣＯ_２濃度ＣＯ２ＮＬＨは、
ＣＯ２ＮＬＨ＝（（Ｇｃｙｌ−Ｇｎ）・ＣＯ２ＥＨ）／Ｇｃｙｌ・・・（式６）
と表すことができる。

そして、（式６）で用いられる吸気量Ｇｃｙｌは、
Ｇｃｙｌ＝（Ｐｉｍ・Ｖｃｙｌ・ηｖ）／（Ｒ・Ｔｉｍ）・・・（式７）
ここで、Ｐｉｍ：吸気圧（吸気圧センサ１６により測定）
Ｖｃｙｌ：行程容積
ηｖ：容積効率
Ｒ：気体定数
Ｔｉｍ：吸気温度（吸気温度センサ１７により測定）
と表すことができる。

一方、内燃機関１から排出されるＣＯ_２濃度としての、排気のＣＯ_２濃度ＣＯ２ＥＨは、
ＣＯ２ＥＨ＝Ｆｕｎｃ（Ｇｎ，Ｑ）・・・（式８）
ここで、Ｇｎ：新気量（エアフローメータ７により測定）
Ｑ：燃料噴射量（内燃機関１で噴射される量であり、ＥＣＵ１２が指令する量）というような、（Ｇｎ，Ｑ）の関数として表すことができる。なお、（式８）の関数は、排気のＣＯ_２濃度ＣＯ２ＥＨをＧｎ，Ｑの値から導く所定の関数である。

したがって、（式６）、（式７）、（式８）から高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度を導出でき、（式８）から内燃機関１から排出されるＣＯ_２濃度を導出できる。なお、本実施例における（式６）、（式７）、（式８）から高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも下流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度を導出することが、本発明の第１のＣＯ_２濃度算出手段に相当する。また、本実施例における（式８）から内燃機関１から排出されるＣＯ_２濃度を導出することが、本発明の第２のＣＯ_２濃度算出手段に相当する。

本実施例によると、高価なＯ_２濃度センサを１つだけ用いるようにしてコストダウンを図りつつ、求める必要のある３箇所の部位のＣＯ_２濃度が正確に導出でき、各部位のＣＯ
_２濃度を用いて低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方が正確に算出できる。

＜実施例３＞
上記実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも上流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度を検出するＯ_２濃度センサ１３を、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３に配置していた。しかし、Ｏ_２濃度センサ１３が配置されたコンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３では、新気と低圧ＥＧＲガスとが十分に混ざり合っておらず、正確なＣＯ_２濃度が検出できていなかった。そこで、本実施例では、コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３の吸気をコンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３へ戻すバイパス通路１８を設け、そのバイパス通路１８でＯ_２濃度センサ１３によってＣＯ_２濃度を検出するようにした。その際、バイパス通路１８内を流れる新気と低圧ＥＧＲガスとが十分に混ざり合って一定の圧力となりＯ_２濃度センサ１３の測定誤差を縮小させるために、バイパス通路１８において下流の圧力を一定に調圧する圧力調整弁１９を配置している。その他の構成は上記実施例と同様であるので、重複する説明は省略する。

図４は、本実施例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。低圧ＥＧＲ通路３１の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも上流の吸気通路３において、コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３の吸気をコンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３へ戻すバイパス通路１８を設けている。

そして、バイパス通路１８において下流の圧力を一定に調圧する圧力調整弁１９を備えている。本実施例における圧力調整弁１９が、本発明の圧力調整手段に相当する。

また、圧力調整弁１９よりも下流のバイパス通路１８において、低圧ＥＧＲ通路３１の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路４１の接続部位よりも上流の吸気通路３におけるＣＯ_２濃度を検出するＯ_２濃度センサ１３を備えている。なお、このＯ_２濃度センサ１３は、本発明の第１のＣＯ_２濃度検出手段に相当する。

以上の構成を備える本実施例では、新気と低圧ＥＧＲガスが十分に混ざり合って一定の圧力となった後の混合ガスのＣＯ_２濃度を検出するため、当該混合ガスが混ざり合って均一となり一定の圧力となるために検出時の計測誤差が縮小でき、新気と低圧ＥＧＲガスとを混ぜた当該混合ガスのＣＯ_２濃度を正確に検出できる。

よって、上記実施例と同様にして低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方を正確に算出し、これら低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御することで、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路の双方の流量制御を閉ループ制御とするようにしている。これによって、吸気温度や過給圧を安定させることができ、排気エミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

また、低圧ＥＧＲ率を求める際に低圧ＥＧＲガス量を正確に算出できるので、低圧ＥＧＲ通路３１及び高圧ＥＧＲ通路４１を併用する場合における、排気通路４に配置された排気浄化装置１０を通過する排気流量を正確に算出でき、排気浄化装置１０の温度制御精度を向上できる。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関とその吸・排気系を示す図である。 実施例１に係るＥＧＲ率制御のルーチンを示すフローチャートである。 実施例２に係る内燃機関とその吸・排気系を示す図である。 実施例３に係る内燃機関とその吸・排気系を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
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スロットル弁
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ 第２スロットル弁
１０ 排気浄化装置
１１ 排気絞り弁
１２ ＥＣＵ
１３，１４，１５ Ｏ_２濃度センサ
１６ 吸気圧センサ
１７ 吸気温度センサ
１８ バイパス通路
１９ 圧力調整弁
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

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び内燃機関の吸気通路に配置された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から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
   前記タービンよりも上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込み前記コンプレッサよりも下流の吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
   前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度、前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度、及び内燃機関から排出されるＣＯ_２濃度を用いて、内燃機関が吸入する吸気量に対しての低圧ＥＧＲガス量の割合を示す低圧ＥＧＲ率及び前記吸気量に対しての高圧ＥＧＲガス量の割合を示す高圧ＥＧＲ率を算出する算出手段と、
   前記算出手段が算出する前記低圧ＥＧＲ率及び前記高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御するＥＧＲ率制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を検出する第１のＣＯ_２濃度検出手段と、
   前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を検出する第２のＣＯ_２濃度検出手段と、
   内燃機関から排出されるＣＯ_２濃度を検出する第３のＣＯ_２濃度検出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
3. 前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を検出する第１のＣＯ_２濃度検出手段と、
   前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を、前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路における吸気圧、行程容積、容積効率及び吸気温度、並びに新気量及び燃料噴射量から算出する第１のＣＯ_２濃度算出手段と、
   内燃機関から排出されるＣＯ_２濃度を、新気量及び燃料噴射量から算出する第２のＣＯ_２濃度算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
4. 前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路において、前記コンプレッサよりも下流の吸気通路の吸気を前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ戻すバイパス通路と、
   前記バイパス通路において下流の圧力を一定に調圧する圧力調整手段と、
   前記圧力調整手段よりも下流の前記バイパス通路において、前記低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度を検出する第１のＣＯ_２濃度検出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気還流装置。
   

Images