JP2008309030A - 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、吸気温度の目標温度からのずれを最小限に抑制すると共にＥＧＲ率を目標値に好適に追従させる技術を提供する。
【解決手段】ターボチャージャと、タービンより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コンプレッサより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、内部ＥＧＲガスを調整可能なバルブタイミング変更手段と、を備え、高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量が第１所定量以下の場合には、バルブタイミング変更手段を用いた内部ＥＧＲガス量の調整によって吸気におけるＥＧＲガスの割合を示すＥＧＲ率のフィードバック制御を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガス量を調整すると共に、高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量を調整し、これら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開示されている（特許文献１参照）。
特開２００４−１５０３１９号公報 特開２００４−１５６５７２号公報

ところで、低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを同時に流通させている場合には、応答性や制御性を考慮して、高圧ＥＧＲガス量を調整してＥＧＲ率のフィードバック制御を行っていた。しかしながら、高圧ＥＧＲガス量が減少していると、高圧ＥＧＲガス量を調整してのＥＧＲ率のフィードバック制御は制御性が悪い。

これに対し、高圧ＥＧＲガス量が減少している場合には、低圧ＥＧＲガス量を調整してのＥＧＲ率のフィードバック制御を行うことが考えられるが、低圧ＥＧＲガス量を調整してのＥＧＲ率のフィードバック制御を行うと、低圧ＥＧＲガスが低温のため吸気温度の目標温度からのずれが大きくなってしまう。また、高圧ＥＧＲガス量が減少しているため、低圧ＥＧＲガス量を調節するための低圧ＥＧＲ弁の開度は全開に近く、制御幅が少ないものであり、ＥＧＲ率を目標値に追従させられない場合があった。

本発明は上記課題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、吸気温度の目標温度からのずれを最小限に抑制すると共にＥＧＲ率を目標値に好適に追従させ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前記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、
前記タービンより下流の前記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上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンより上流の前記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下流の前記吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
内部ＥＧＲガス量を調整可能なバルブタイミング変更手段と、
を備え、
前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量が第１所定量以下の場合には、前記バルブタイミング変更手段を用いた内部ＥＧＲガス量の調整によって吸気におけるＥＧＲガスの割合を示すＥＧＲ率のフィードバック制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。

タービンより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、コンプ
レッサより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、及びタービンより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通路を備える内燃機関においては、運転状態が低負荷・低回転では高圧ＥＧＲ通路だけを用いて高圧ＥＧＲガスのみを流通させる。運転状態が中負荷・中回転では低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路を用いて低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを流通させる。運転状態が高負荷・高回転では低圧ＥＧＲ通路だけを用いて低圧ＥＧＲガスのみを流通させる。

そして、吸気におけるＥＧＲガスの割合を示すＥＧＲ率のフィードバック制御は、流通している低圧ＥＧＲガス量又は高圧ＥＧＲガス量を調整することによって行われる。運転状態が中負荷・中回転のように低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを同時に流通させている場合には、応答性や制御性を考慮して、高圧ＥＧＲガス量を調整してＥＧＲ率のフィードバック制御を行っていた。

しかしながら、高圧ＥＧＲガス量が減少して高圧ＥＧＲ弁の開度が小さくなると、高圧ＥＧＲ弁の開度に対するＥＧＲ率の変化量が大きくなる。このため、フィードバックゲインが大きいと、高圧ＥＧＲ弁が開閉を繰り返すことになって、トルク変動を生じさせてしまう。また、フィードバックゲインが小さいと、ＥＧＲ率が目標値に収束するまでに時間がかかってしまう。このように、高圧ＥＧＲガス量が減少した場合には、高圧ＥＧＲガス量を調整してのＥＧＲ率のフィードバック制御は制御性が悪い。

これに対し、高圧ＥＧＲガス量が減少している場合には、低圧ＥＧＲガス量を調整してのＥＧＲ率のフィードバック制御を行うことが考えられるが、低圧ＥＧＲガス量を調整してのＥＧＲ率のフィードバック制御を行うと、低圧ＥＧＲガスが低温のため低圧ＥＧＲガス量が増加すると吸気温度の目標温度からのずれが大きくなってしまう。また、高圧ＥＧＲガス量が減少しているため、低圧ＥＧＲガス量を調節するための低圧ＥＧＲ弁の開度は全開に近く、低圧ＥＧＲ弁の開閉により調整可能な制御幅が少ないものであり、ＥＧＲ率を目標値に追従させられない場合があった。すなわち、低圧ＥＧＲ弁の開度は全開に近く、低圧ＥＧＲ弁の開弁側の制御幅が少ないため、低圧ＥＧＲ弁の開度が全開となる範囲までしかＥＧＲガスを増加させることができず、それ以上のＥＧＲガスが要求されると、ＥＧＲガスが不足する場合があった。

そこで、高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量が第１所定量以下の場合には、バルブタイミング変更手段を用いた内部ＥＧＲガス量の調整によって吸気におけるＥＧＲガスの割合を示すＥＧＲ率のフィードバック制御を行うようにした。

ここで、第１所定量とは、それ以下の高圧ＥＧＲガス量となると、高圧ＥＧＲガス量の調整ではＥＧＲ率のフィードバックができなくなる閾値の量である。

これによると、バルブタイミング変更手段が、例えば少なくとも排気弁の閉弁時期を遅角させる。この結果、内燃機関の燃焼室において燃焼した既燃ガスの一部が気筒内に残留し、或いは一旦排気通路に排出された既燃ガスの一部が再び気筒内へ逆流する。これにより、内部ＥＧＲガスを供給することができる。そして、バルブタイミング変更手段を用いてこの内部ＥＧＲガス量を調整し、内部ＥＧＲガス量の調整によってＥＧＲ率のフィードバック制御を行うので、内部ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの温度が近いため、内部ＥＧＲガス量が増加した場合であっても吸気温度の目標温度からのずれが最小限に抑制できる。また、内部ＥＧＲガス量の全量をフィードバック制御において調整可能であるため制御幅が大きくとれ、加えて内部ＥＧＲガスは内燃機関の外部の循環経路を流通する必要が無く内部ＥＧＲガス量の増減の応答性に優れているため、ＥＧＲ率を目標値に好適に追従させることができる。

前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量が第１所定量以下となる場合とは、前記低圧ＥＧＲ通路及び前記高圧ＥＧＲ通路を用いて前記低圧ＥＧＲガス及び前記高圧ＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ制御状態と、前記低圧ＥＧＲ通路だけを用いて前記低圧ＥＧＲガスのみを流通させるＥＧＲ制御状態と、の間を移行する過渡時であるとよい。

この場合に、高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量が第１所定量以下となるため、バルブタイミング変更手段を用いた内部ＥＧＲガス量の調整によってＥＧＲ率のフィードバック制御を行う。

前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量が第１所定量以下となる場合を含む高圧ＥＧＲガス量減少領域では、前記バルブタイミング変更手段を用いて内部ＥＧＲガス量を、前記ＥＧＲ率のフィードバック制御のための基準量として第２所定量確保しておくとよい。

ここで、第２所定量とは、内部ＥＧＲガス量の調整によってＥＧＲ率のフィードバック制御を行うに際し、内部ＥＧＲガス量を減量させる側の最大制御幅以上の量である。

ＥＧＲ率のフィードバック制御においてＥＧＲ率を減らす際、すなわちＥＧＲガス量が多すぎる場合にはＥＧＲガスを減量する方向に調整する必要がある。このとき、基準量として第２所定量の内部ＥＧＲガス量が確保できていれば、ＥＧＲガスの減量を内部ＥＧＲガスの減量で調整することができ、全てのＥＧＲ率のフィードバック制御を内部ＥＧＲガスの調整で行うことができる。

前記バルブタイミング変更手段を用いた内部ＥＧＲガス量の調整によって前記ＥＧＲ率のフィードバック制御を行うと、所定の調整範囲内で調整できない場合には、前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量を調整し、その後、再度、前記バルブタイミング変更手段を用いた内部ＥＧＲガス量の調整によって前記ＥＧＲ率のフィードバック制御を行うとよい。

ここで、所定の調整範囲とは、例えば、前回のバルブタイミングから今回のバルブタイミングへの時期の変更量が予め定められた所定量以内となる範囲であり、それを超えるとバルブタイミングの変更ではＥＧＲ率が目標値に追従できなくなる範囲である。

これによると、高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量を調整して再調整するので、吸気温度を目標温度へ近づけることができると共に、ＥＧＲ率を目標値にさらに好適に追従させることができる。

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、吸気温度の目標温度からのずれを最小限に抑制することができると共にＥＧＲ率を目標値に好適に追従させることができる。

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のコンプレッサ５ａが配置されている。また、コンプレッサ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、ターボチャージャのタービン５ｂが配置されている。また、タービン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。

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が配置されている。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、排気絞り弁よりも下流側の排気通路４と、コンプレッサ５ａよりも上流かつ第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内に配置され、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、低圧ＥＧＲ通路３１内に配置され、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５ｂよりも上流側の排気通路４と、コンプレッサ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に配置され、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、ターボチャージャのタービン５ｂが可変容量型の場合には、タービン５ｂ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。

また、図２に示すように、内燃機関１の各気筒２内にはピストン１２が摺動自在に配置されている。気筒２内上部の燃焼室には、吸気通路３へつながる吸気ポート１３と排気通路４へつながる排気ポート１４とが接続されている。吸気ポート１３及び排気ポート１４の燃焼室への開口部は、それぞれ吸気弁１５及び排気弁１６によって開閉される。吸気弁１５には、該吸気弁１５のバルブタイミングを制御する吸気側ＶＶＴ１７が設けられている。排気弁１６には、該排気弁１６のバルブタイミングを制御する排気側ＶＶＴ１８が設けられている。気筒２内上面部には燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１９が設けられている。

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の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ２０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、並びに吸気側ＶＶＴ１７、排気側ＶＶＴ１８、及び燃料噴射弁１９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、本実施例におけるＥＧＲ制御について説明する。図３は、本実施例における内燃機関１の運転状態に応じた低圧ＥＧＲ装置３０と高圧ＥＧＲ装置４０の使用領域を例示した概略図である。図３の横軸は内燃機関の機関回転数ＮＥを表し、縦軸は内燃機関の燃料噴射量Ｑｆを表している。燃料噴射量Ｑｆは内燃機関の機関負荷を代表するパラメータである。

図３において、領域ＨＰＬは、内燃機関１の運転状態が低負荷・低回転の領域であり、高圧ＥＧＲ装置４０だけによってＥＧＲが行われ、高圧ＥＧＲガスのみが流通するＥＧＲ制御状態である。領域ＭＩＸは、内燃機関１の運転状態が中負荷・中回転の領域であり、高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０が併用されてＥＧＲが行われ、低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスの両方が流通するＥＧＲ制御状態である。領域ＬＰＬは、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転の領域であり、低圧ＥＧＲ装置３０だけによってＥＧＲが行われ、低圧ＥＧＲガスのみが流通するＥＧＲ制御状態である。

このように、低圧ＥＧＲ装置３０と高圧ＥＧＲ装置４０とを切り替え、或いは併用することによって、広範な運転領域においてＥＧＲを行うことが可能になり、内燃機関１から排出されるＮＯｘの生成量を低減することが可能になっている。

そして、吸気におけるＥＧＲガスの割合を示すＥＧＲ率のフィードバック制御は、流通している低圧ＥＧＲガス量又は高圧ＥＧＲガス量を調整することによって行われる。ここで、内燃機関１の運転状態が中負荷・中回転の領域ＭＩＸのように低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスを同時に流通させている場合には、応答性や制御性を考慮して、高圧ＥＧＲガス量を調整してＥＧＲ率のフィードバック制御を行っている。

しかしながら、高圧ＥＧＲガス量が減少して高圧ＥＧＲ弁４２の開度が小さくなると、高圧ＥＧＲ弁４２の開度に対するＥＧＲ率の変化量が大きくなる。このため、フィードバックゲインが大きいと、高圧ＥＧＲ弁４２が開閉を繰り返すことになって、トルク変動を生じさせてしまう。また、フィードバックゲインが小さいと、ＥＧＲ率が目標のＥＧＲ率に収束するまでに時間がかかってしまう。このように、高圧ＥＧＲガス量が減少した場合には、高圧ＥＧＲガス量を調整してのＥＧＲ率のフィードバック制御は制御性が悪い。

これに対し、高圧ＥＧＲガス量が減少している場合には、低圧ＥＧＲガス量を調整してのＥＧＲ率のフィードバック制御を行うことが考えられるが、低圧ＥＧＲガス量を調整してのＥＧＲ率のフィードバック制御を行うと、低圧ＥＧＲガスが低温のため低圧ＥＧＲガス量が増加すると吸気温度の目標温度からのずれが大きくなってしまう。また、高圧ＥＧＲガス量が減少しているため、低圧ＥＧＲガス量を調節するための低圧ＥＧＲ弁３２の開度は全開に近く、低圧ＥＧＲ弁３２の開閉により調整可能な制御幅が少ないものであり、ＥＧＲ率を目標値に追従させられない場合があった。すなわち、低圧ＥＧＲ弁３２の開度は全開に近く、低圧ＥＧＲ弁３２の開弁側の制御幅が少ないため、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が全開となる範囲までしかＥＧＲガスを増加させることができず、それ以上のＥＧＲガスが要求されると、ＥＧＲガスが不足する場合があった。

そこで、領域ＭＩＸにおけるＥＧＲ制御状態と、ＬＰＬ領域におけるＥＧＲ制御状態と、の間を移行する過渡時において、領域ＭＩＸにおいて高圧ＥＧＲ弁４２の開度が所定開度以下となる場合には、吸気側ＶＶＴ１７及び排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、吸気弁１５の開弁時期及び排気弁１６の閉弁時期を制御して内部ＥＧＲガス量を調整し、図４に示すように当該内部ＥＧＲガス量の調整によってＥＧＲ率のフィードバック制御を行うようにした。

ここで、高圧ＥＧＲ弁４２の所定開度とは、それ以下の高圧ＥＧＲ弁開度となると、高圧ＥＧＲ通路４１を流通する高圧ＥＧＲガス量を第１所定量以下とする開度である。この第１所定量以下の高圧ＥＧＲガス量となると、高圧ＥＧＲガス量の調整ではＥＧＲ率のフィードバックができなくなる閾値の量である。

なお、吸気側ＶＶＴ１７及び排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、吸気弁１５の開弁時期及び排気弁１６の閉弁時期を制御するＥＣＵ２０が、本発明におけるバルブタイミング変更手段に相当する。また、バルブタイミング変更手段は、例えば少なくとも排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、排気弁１６の閉弁時期を制御し、内部ＥＧＲガスを供給できるもの等、内部ＥＧＲガス量を調整できればよい。

これによると、吸気側ＶＶＴ１７及び排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、吸気弁１５の開弁時期を遅角させると共に排気弁１６の閉弁時期を遅角させる。この結果、内燃機関１の燃焼室において燃焼した既燃ガスの一部が気筒２内に残留し、或いは一旦排気通路４に排
出された既燃ガスの一部が再び気筒２内へ逆流する。これにより、内部ＥＧＲガスを供給することができる。そして、吸気側ＶＶＴ１７及び排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、吸気弁１５の開弁時期を制御すると共に排気弁１６の閉弁時期を制御することによる、内部ＥＧＲガス量の調整によってＥＧＲ率のフィードバック制御を行う。よって、内部ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの温度が近いため、内部ＥＧＲガス量が増加した場合であっても吸気温度の目標温度からのずれが最小限に抑制できる。また、内部ＥＧＲガス量の全量をフィードバック制御において調整可能であるため制御幅が大きくとれ、加えて内部ＥＧＲガスは内燃機関１の外部の循環経路を流通する必要が無く内部ＥＧＲガス量の増減の応答性に優れているため、ＥＧＲ率を目標値に好適に追従させることができる。

ここで、上記内部ＥＧＲガスの調整によってＥＧＲ率のフィードバック制御を行う周辺の高圧ＥＧＲガス量減少領域では、内部ＥＧＲガス量を、ＥＧＲ率のフィードバック制御のための基準量として第２所定量確保しておくようにしている。

高圧ＥＧＲガス量減少領域とは、図４に示すように、領域ＭＩＸにおいて、高圧ＥＧＲ弁開度が所定開度以下となる場合を含む、高圧ＥＧＲガス量が減少している領域である。また、第２所定量とは、内部ＥＧＲガス量の調整によってＥＧＲ率のフィードバック制御を行うに際し、内部ＥＧＲガス量を減量させる側の最大制御幅以上の量である。

ＥＧＲ率のフィードバック制御においてＥＧＲ率を減らす際、すなわちＥＧＲガス量が多すぎる場合にはＥＧＲガスを減量する方向に調整する必要がある。このとき、基準量として第２所定量の内部ＥＧＲガス量が確保できていれば、ＥＧＲガスの減量を内部ＥＧＲガスの減量で調整することができ、全てのＥＧＲ率のフィードバック制御を内部ＥＧＲガスの調整で行うことができる。

なお、本実施例では、第２所定量の内部ＥＧＲガスを高圧ＥＧＲガス量減少領域においてだけ確保するようにしているが、これに限られず、第２所定量の内部ＥＧＲガスを例えば領域ＭＩＸにおいて全領域に確保するようなものでもよい。

次に、本実施例による領域ＭＩＸにおけるＥＧＲ率のフィードバック制御ルーチンについて説明する。図５は、本実施例による領域ＭＩＸにおけるＥＧＲ率のフィードバック制御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、ＥＣＵ２０は、運転状態が中負荷・中回転であり、ＥＧＲ制御状態が領域ＭＩＸに属するか否かを判別する。

ステップＳ１０１において、ＥＧＲ制御状態が領域ＭＩＸに属さない場合には、本ルーチンを一旦終了する。また、ＥＧＲ制御状態が領域ＭＩＸに属する場合には、ステップＳ１０２へ移行する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁開度が所定開度より大きいか否かを判別する。

ステップＳ１０２において、高圧ＥＧＲ弁開度が所定開度より大きいと判定された場合には、ステップＳ１０３へ移行する。また、高圧ＥＧＲ弁開度が所定開度以下かと判定された場合には、ステップＳ１０７へ移行する。

なお、他の処理により高圧ＥＧＲガス量減少領域であると判定されている場合には、吸気側ＶＶＴ１７及び排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、吸気弁１５の開弁時期を遅角させる
と共に排気弁１６の閉弁時期を遅角させ、第２所定量の内部ＥＧＲガスを供給し、その際、内部ＥＧＲガスを供給することでＥＧＲガスが増加する分、高圧ＥＧＲガスはその分減少させる制御がなされている。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、実際のＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を差し引き、このＥＧＲ率の差が正となるか否かを判別する。

ステップＳ１０３において、ＥＧＲ率の差が正（差＞０）と判定された場合には、ステップＳ１０４へ移行する。また、ＥＧＲ率の差が負（差＜０）と判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁開度を減少させる。これにより、高圧ＥＧＲガス量を減少させて実際のＥＧＲ率を減少させ、実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近づける。本ステップの処理後、ステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁開度を増加させる。これにより、高圧ＥＧＲガス量を増加させて実際のＥＧＲ率を増加させ、実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近づける。本ステップの処理後、ステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２０は、実際のＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を差し引き、このＥＧＲ率の差の絶対値が所定値以内となるか否かを判別する。

ここでの所定値は、０に近いことが好ましいが、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に追従していると判断できる量であれば０でなくてもよい。

ステップＳ１０６において、ＥＧＲ率の差の絶対値が所定値より大きいと判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。また、ＥＧＲ率の差の絶対値が所定値以内と判定された場合には、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に追従したとして本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１０７では、ＥＣＵ２０は、実際のＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を差し引き、このＥＧＲ率の差が正となるか否かを判別する。

ステップＳ１０７において、ＥＧＲ率の差が正（差＞０）と判定された場合には、ステップＳ１０８へ移行する。また、ＥＧＲ率の差が負（差＜０）と判定された場合には、ステップＳ１０９へ移行する。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２０は、吸気側ＶＶＴ１７及び排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、吸気弁１５の開弁時期を進角させると共に排気弁１６の閉弁時期を進角させる。これにより、内部ＥＧＲガス量を減少させて実際のＥＧＲ率を減少させ、実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近づける。本ステップの処理後、ステップＳ１１０へ移行する。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ２０は、吸気側ＶＶＴ１７及び排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、吸気弁１５の開弁時期を遅角させると共に排気弁１６の閉弁時期を遅角させる。これにより、内部ＥＧＲガス量を増加させて実際のＥＧＲ率を増加させ、実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近づける。本ステップの処理後、ステップＳ１１０へ移行する。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ２０は、実際のＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を差し引き、このＥＧＲ率の差の絶対値が所定値以内となるか否かを判別する。

ステップＳ１１０において、ＥＧＲ率の差の絶対値が所定値より大きいと判定された場合には、ステップＳ１０７へ移行する。また、ＥＧＲ率の差の絶対値が所定値以内と判定された場合には、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に追従したとして本ルーチンを終了する。

以上説明したルーチンを実行することにより、ＥＧＲ制御状態が領域ＭＩＸである場合において、高圧ＥＧＲガスや内部ＥＧＲガスを調整してＥＧＲ率のフィードバック制御ができる。

＜実施例２＞
図６、図７は、本実施例による領域ＭＩＸにおけるＥＧＲ率のフィードバック制御ルーチンを示したフローチャートである。図６、図７に示すルーチンは、実施例１の図５に示すルーチンをほぼ同じであるが、吸気弁１５の開弁時期を制御すると共に排気弁１６の閉弁時期を制御した際の変更量が所定量を超えると、高圧ＥＧＲ弁開度を再調整する点が異なる。その他は同構成のため、同符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２０は、吸気側ＶＶＴ１７及び排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、吸気弁１５の開弁時期を進角させると共に排気弁１６の閉弁時期を進角させる。これにより、内部ＥＧＲガス量を減少させて実際のＥＧＲ率を減少させ、実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近づける。本ステップの処理後、ステップＳ２０１へ移行する。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ２０は、吸気側ＶＶＴ１７及び排気側ＶＶＴ１８に指令を出し、吸気弁１５の開弁時期を遅角させると共に排気弁１６の閉弁時期を遅角させる。これにより、内部ＥＧＲガス量を増加させて実際のＥＧＲ率を増加させ、実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近づける。本ステップの処理後、ステップＳ２０１へ移行する。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ２０は、吸気弁１５の開弁時期と排気弁１６の閉弁時期が前回からの変更量が所定量以内か否かを判別する。

所定量は、それを超えると吸気弁１５の開弁時期と排気弁１６の閉弁時期の変更ではＥＧＲ率が目標値に追従できなくなる閾値の量である。

ステップＳ２０１において、前回からの変更量が所定量以内と判定された場合には、ステップＳ１１０へ移行する。ステップＳ１１０へ移行後は、実施例１と同様に処理される。また、前回からの変更量が所定量を超えると判定された場合には、ステップＳ２０２へ移行する。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ２０は、実際のＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を差し引き、このＥＧＲ率の差が正となるか否かを判別する。

ステップＳ２０２において、ＥＧＲ率の差が正（差＞０）と判定された場合には、ステップＳ２０３へ移行する。また、ＥＧＲ率の差が負（差＜０）と判定された場合には、ステップＳ２０４へ移行する。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁開度を減少させる。これにより、高圧ＥＧＲガス量を減少させて実際のＥＧＲ率を減少させ、実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近づける。本ステップの処理後、ステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁開度を増加させる。これにより、高圧ＥＧＲガス量を増加させて実際のＥＧＲ率を増加させ、実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ
率に近づける。本ステップの処理後、ステップＳ１０７へ移行する。

以上説明したルーチンを実行することにより、吸気弁１５の開弁時期と排気弁１６の閉弁時期の変更ではＥＧＲ率が目標値に追従できなくなる場合に、高圧ＥＧＲ弁開度を調整して再調整するので、吸気温度を目標温度へ近づけることができると共に、ＥＧＲ率を目標値にさらに好適に追従させることができる。

なお、本実施例では、吸気弁１５の開弁時期と排気弁１６の閉弁時期の変更量が前回から今回変更されるにあたって所定量以内か否かの判別で、高圧ＥＧＲ弁開度を調整して再調整するかしないかを判別したが、これに限られず、例えば、内部ＥＧＲガス量の調整では最大制御幅を超えてしまうか否かの判別など種々の判別を用いることができる。

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・排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係る内燃機関の概略断面を示す図である。 実施例１に係る内燃機関の運転状態に応じたＥＧＲ制御状態を示す概念図である。 実施例１に係る領域ＭＩＸ及び領域ＬＰＬにおける低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量の変化を示す概念図である。 実施例１に係る領域ＭＩＸにおけるＥＧＲ率のフィードバック制御ルーチンを示したフローチャートである。 実施例２に係る領域ＭＩＸにおけるＥＧＲ率のフィードバック制御ルーチンを示したフローチャートである。 実施例２に係る領域ＭＩＸにおけるＥＧＲ率のフィードバック制御ルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
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 ピストン
１３ 吸気ポート
１４ 排気ポート
１５ 吸気弁
１６ 排気弁
１７ 吸気側ＶＶＴ
１８ 排気側ＶＶＴ
１９ 燃料噴射弁
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

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記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、
   前記タービンより下流の前記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上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
   前記タービンより上流の前記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下流の前記吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
   内部ＥＧＲガス量を調整可能なバルブタイミング変更手段と、
   を備え、
   前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量が第１所定量以下の場合には、前記バルブタイミング変更手段を用いた内部ＥＧＲガス量の調整によって吸気におけるＥＧＲガスの割合を示すＥＧＲ率のフィードバック制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量が第１所定量以下となる場合とは、前記低圧ＥＧＲ通路及び前記高圧ＥＧＲ通路を用いて前記低圧ＥＧＲガス及び前記高圧ＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ制御状態と、前記低圧ＥＧＲ通路だけを用いて前記低圧ＥＧＲガスのみを流通させるＥＧＲ制御状態と、の間を移行する過渡時であ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. 前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量が第１所定量以下となる場合を含む高圧ＥＧＲガス量減少領域では、前記バルブタイミング変更手段を用いて内部ＥＧＲガス量を、前記ＥＧＲ率のフィードバック制御のための基準量として第２所定量確保しておくことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。
4. 前記バルブタイミング変更手段を用いた内部ＥＧＲガス量の調整によって前記ＥＧＲ率のフィードバック制御を行うと、所定の調整範囲内で調整できない場合には、前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガス量を調整し、その後、再度、前記バルブタイミング変更手段を用いた内部ＥＧＲガス量の調整によって前記ＥＧＲ率のフィードバック制御を行う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。
   

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