JP2010222972A - 内燃機関のｅｇｒ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を備える内燃機関において、燃料添加前後での吸気の酸素濃度の変動をより確実に抑制する。
【解決手段】低圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側の排気に燃料添加が行われる場合に、当該燃料添加に伴って低圧ＥＧＲガスの空燃比に現れる変化を予測し、当該予測値に基づいて、当該空燃比の変化した低圧ＥＧＲガスが吸気通路に流入した場合の吸気の酸素濃度が目標酸素濃度よりリーンになるように、低圧ＥＧＲガス量を制御する。前記燃料添加に伴って変化した低圧ＥＧＲガスの空燃比の空燃比センサによる測定値が得られた後、前記目標酸素濃度よりリーンに制御された吸気と高圧ＥＧＲガスとが合流した場合の吸気の酸素濃度が前記目標酸素濃度に一致するように、当該測定値に基づいて、高圧ＥＧＲガス量を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ制御システムに関する。

ＰＭフィルタの再生処理や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の還元処理において、排気に燃料を添加することにより排気の空燃比をリッチに変化させる場合があるが、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関においてこのような排気への燃料添加が行われると、ＥＧＲ装置によって吸気通路に再循環する排気の空燃比がリッチに変化することになるので、吸気の酸素濃度に変動をもたらし、燃焼変動や排気悪化の原因となる場合がある。

この問題に対し、排気への燃料添加時のＥＧＲ装置によって吸気通路に再循環する排気中の二酸化炭素の増加を予測し、この予測に基づいて、排気への燃料添加前後で吸気の酸素濃度が変動しないようにＥＧＲガス量を減量するＥＧＲ制御を行う技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００８−２０８７２３号公報 特開２００８−１７５０７９号公報 特開２００８−１９６３７１号公報 特開２００８−２０８８０１号公報

上記の問題に対し、排気通路に空燃比センサを備えて燃料添加後の排気の空燃比の変動を測定し、その測定値に基づいて燃料添加前後で吸気の酸素濃度が変動しないようにＥＧＲ制御を行うことも考えられる。こうすれば予測に基づくＥＧＲ制御よりも確実に吸気の酸素濃度の変動を抑制できることが期待される。

しかしながら、ＥＧＲ弁と空燃比センサとの位置関係によっては、空燃比センサによる測定値が得られるよりも先に、当該空燃比の変動した排気がＥＧＲ弁に到達してしまう場合があり、この場合、空燃比センサによる測定値に基づくＥＧＲ制御を行うことは困難である。

また、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置の２系統のＥＧＲ装置を備えたＥＧＲシステムにおいては、燃料添加が行われる位置によって吸気の空燃比への影響の仕方が異なる場合があるので、これを考慮して高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を制御する必要がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を備える内燃機関において、燃料添加前後での吸気の酸素濃度の変動をより確実に抑制する技術を提供することを目的とする。

この目的を達成するための本発明に係る内燃機関のＥＧＲ制御システムは、
内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有する過給機と、
前記タービンより上流側の排気通路と前記コンプレッサより下流側の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンより下流側の排気通路と前記コンプレッサより上流側の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路と、
前記高圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気の流量を調節する高圧ＥＧＲガス量調節手段と、
前記低圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気の流量を調節する低圧ＥＧＲガス量調節手段と、
排気の所定の特性を測定する測定手段と、
前記排気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続部より上流且つ前記測定手段より上流の排気の前記特性を変化させる変化手段と、
前記低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる条件下で、前記変化手段により前記排気の特性に変化がもたらされた場合に、
（１）当該排気の特性の変化に起因して前記低圧ＥＧＲガス量調節手段を通過する排気の特性に生じる変化を推定し、当該推定値に基づいて、当該特性の変化した排気が前記低圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入して吸気に合流した場合の吸気の酸素濃度が、前記内燃機関に吸入される吸気の酸素濃度の目標値よりリーンになるように、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段を制御し、
（２）前記排気の特性の変化が前記測定手段によって測定された後、当該測定値に基づいて、前記目標値よりリーンの酸素濃度に制御された前記吸気が前記高圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気と合流した場合の吸気の酸素濃度が、前記目標値になるように、前記高圧ＥＧＲガス量調節手段を制御する
制御手段と、
を備えることを特徴とする。

低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる条件下で、変化手段によって排気の特性が変化させられると、低圧ＥＧＲ通路から吸気通路に流入する排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という）の特性が変化するので、吸気の酸素濃度に変動が生じる可能性がある。

本発明では、まず、当該低圧ＥＧＲガスの特性の変化を推定し、その推定値に基づいて、吸気の酸素濃度が目標値よりリーンになるように低圧ＥＧＲガス量を制御する。そして、当該低圧ＥＧＲガスの特性の変化が測定されてから、その測定値に基づいて、目標値よりリーンに制御された酸素濃度をリッチ側に調整して目標値に一致させるように高圧ＥＧＲガス量を制御する。

低圧ＥＧＲガス量の制御は推定値に基づいて行われるため、高精度で吸気の酸素濃度を制御することができない場合もあり得るが、高圧ＥＧＲガス量の制御は測定値に基づいて行われるため、高精度で吸気の酸素濃度を制御することができる。

本発明では、まず、吸気通路の上流側において、推定値に基づく低圧ＥＧＲガス量の制御が行われ、その後、吸気通路の下流側において、測定値に基づく高圧ＥＧＲガス量の制御が行われる。従って、低圧ＥＧＲガス量の制御による吸気の酸素濃度の制御精度にかかわらず、最終的に内燃機関に吸入される吸気の酸素濃度を精度良く目標値に一致させることができる。

また、高圧ＥＧＲガス量の制御による吸気の酸素濃度の調整については、高圧ＥＧＲガス量を増加させることによって吸気の酸素濃度をリッチ側へ調整することは可能である。しかしながら、高圧ＥＧＲガス量を減少させると、高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側の吸気通路から流入する新気及び低圧ＥＧＲガスの混合ガスの流量が増加するため、吸気の酸素濃度をリーン側へ調整することは難しい場合がある。

本発明では、まず、吸気の酸素濃度を目標値よりリーン側にする低圧ＥＧＲガス量の制御が行われ、その状態から吸気の酸素濃度を目標値に一致させるための高圧ＥＧＲガス量の制御が行われるので、高圧ＥＧＲガス量の制御による吸気の酸素濃度の調整方向は常にリッチ側への調整となる。従って、高圧ＥＧＲガス量の制御による吸気の酸素濃度の調整を確実に行うことができる。

このように、本発明のＥＧＲ制御システムによれば、低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる条件下で、変化手段によって排気の特性が変化させられた場合においても、低圧ＥＧＲガス量の制御及び高圧ＥＧＲガス量の制御によって吸気の酸素濃度を好適に目標値に一致させることができる。よって、変化手段による排気の特性の変化に起因して吸気の酸素濃度に変動が生じることを好適に抑制することが可能となる。

本発明において、前記制御手段は、前記排気の特性の変化が前記測定手段によって測定されてから、当該特性の変化した排気が前記低圧ＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの時間差（以下、「排気還流遅れ」という）が、負値又は所定の閾値より短い非負値である場合に、上述した前記低圧ＥＧＲガス量調節手段及び前記高圧ＥＧＲガス量調節手段の制御を行うようにしても良い。

ここで、排気還流遅れが負であるとは、排気の特性の変化が測定手段によって測定されるより先に、当該特性の変化した排気が低圧ＥＧＲガス量調節手段に到達することを意味する。排気還流遅れが負である場合には、測定手段による測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量の制御を行うことはできない。

また、排気還流遅れが非負であっても、排気の特性の変化が測定手段によって測定された後、当該測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量の制御を行うために必要な時間を確保することができない場合には、やはり測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量の制御を行うことはできない。

「低圧ＥＧＲガス量を制御するために必要な時間」とは、低圧ＥＧＲガス量を所定の目標値に一致させるべく低圧ＥＧＲガス量調節手段の制御を開始してから、実際に低圧ＥＧＲガス量がその目標値に一致するまでに要する応答遅れに基づく時間である。還流遅れが応答遅れより短い場合、測定手段による測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量の目標値を設定しても、実際の低圧ＥＧＲガス量が当該目標値に一致するより先に、当該特性の変化した排気が低圧ＥＧＲガス量調節手段を通過してしまう。そのため、測定手段による測定値に基づいた低圧ＥＧＲガス量の制御は成り立たない。排気還流遅れは、内燃機関の回転数が速くなるほど短くなる傾向がある。上記「所定の閾値」とは、還流遅れが応答遅れより短くなるか否かを判定するための内燃機関の回転数の基準値である。

このように、排気還流遅れが負又は閾値より短い非負値である場合においても、本発明によれば、まず、排気の特性の変化の推定値に基づく低圧ＥＧＲガス量の制御が行われるので、排気還流遅れの値に依らず低圧ＥＧＲガス量の制御を開始することができる。そして、測定手段による測定値が得られた後に、当該測定値に基づく高精度の高圧ＥＧＲガス量の制御により、前記推定値に基づく低圧ＥＧＲガス量の制御によって目標値よりリーン側に制御された酸素濃度をリッチ側に調整して目標値に一致させる制御が行われるので、推定値の推定精度が低い場合でも、吸気の酸素濃度の変動を確実に抑制することができる。

本発明において、前記制御手段は、前記排気の特性の変化が前記測定手段によって測定されてから、前記目標値よりリーンの酸素濃度に制御された前記吸気が前記吸気通路にお
ける前記高圧ＥＧＲ通路の接続部に到達するまでの時間差（以下、「吸気還流遅れ」という）が、所定値以上である場合に、上述した前記低圧ＥＧＲガス量調節手段及び前記高圧ＥＧＲガス量調節手段の制御を行うようにしても良い。

上述したように、本発明においては、測定手段による測定値が得られた後、当該測定値に基づいて高圧ＥＧＲガス量の制御が行われる。すなわち、測定値に基づいて高圧ＥＧＲガス量の目標値が設定され、高圧ＥＧＲガス量が当該目標値になるように高圧ＥＧＲガス量調節手段の制御が開始される。上記低圧ＥＧＲガス量の制御に係る応答遅れと同様に、高圧ＥＧＲガス量の制御にも応答遅れがある。つまり、高圧ＥＧＲガス量が目標値となるように高圧ＥＧＲガス量調節手段の制御が開始されてから、実際の高圧ＥＧＲガス量が当該目標値になるまでに遅れがある。

吸気還流遅れがこの高圧ＥＧＲガス量の制御に係る応答遅れより短い場合、実際の高圧ＥＧＲガスが、目標値よりリーンに制御された吸気の酸素濃度をリッチ側に調整して目標値に一致させることができるように設定される目標の高圧ＥＧＲガス量に一致する前に、当該目標値よりリーンの酸素濃度の吸気が高圧ＥＧＲ通路の接続部を通過することになる。そのため、当該目標値よりリーンの酸素濃度の吸気が内燃機関に吸入される。

上記「所定値」とは、吸気還流遅れが高圧ＥＧＲガス量の制御に係る応答遅れより短くなるか否かを判定するための基準値である。

吸気還流遅れが所定値以上の場合に限って本発明に係る高圧ＥＧＲガス量調節手段及び低圧ＥＧＲガス量調節手段の制御を行うようにすれば、目標値よりリーンの吸気が内燃機関に吸入されることを抑制できる。

パティキュレートフィルタの再生処理や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の還元処理等の排気浄化処理において、排気に燃料を添加したりリッチ空燃比で燃焼させたりすることによって、排気の空燃比をリッチ化させる制御が行われる場合があるが、本発明は、低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる条件下で、このような排気のリッチ化制御が行われる場合に好適に適用することができる。

具体的には、本発明において、
前記測定手段は、排気の空燃比を測定する空燃比測定手段を有し、
前記変化手段は、前記排気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続部より上流且つ前記空燃比測定手段より上流の排気に燃料を供給する燃料供給手段を有し、
前記制御手段は、前記低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる条件下で、前記燃料供給手段により前記排気に燃料が供給された場合に、
（１）当該排気への燃料供給に伴って生じる前記低圧ＥＧＲガス量調節手段を通過する排気の空燃比の変化を推定値、当該推定値に基づいて、当該空燃比の変化した排気が前記低圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入して吸気に合流した場合の吸気の酸素濃度が、前記内燃機関に吸入される吸気の酸素濃度の目標値よりリーンになるように、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段を制御し、
（２）前記空燃比の変化が前記空燃比測定手段により測定された後、当該測定値に基づいて、前記目標値よりリーンの酸素濃度に制御された前記吸気が前記高圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気と合流した場合の吸気の酸素濃度が、前記目標値になるように、前記高圧ＥＧＲガス量調節手段を制御する
ようにしても良い。

これにより、低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われている時に、排気への燃料供給が行われた場合においても、それに起因して吸気の酸素濃度が変動することを好適に
抑制することができる。また、上述したように、排気への燃料供給によりリッチ化した排気が空燃比測定手段に到達するよりも先に低圧ＥＧＲガス量調節手段に到達する場合や、リッチ化した排気が空燃比測定手段に到達してから低圧ＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの時間差が閾値より短い場合においても、空燃比測定手段による測定値に基づいて、精度良く吸気の酸素濃度の変動を抑制することができる。

上記構成において、前記制御手段は、前記燃料供給手段により燃料が供給される位置が、前記排気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側であるか下流側であるかに応じて、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段の制御に係る目標値を変更するようにしても良い。

高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側の排気通路に燃料が供給される場合としては、例えば、リッチ空燃比で燃焼が行われる場合や、ポスト噴射により気筒内に燃料が供給される場合を例示できる。一方、高圧ＥＧＲ通路の接続部より下流側の排気通路に燃料が供給される場合としては、例えば、高圧ＥＧＲ通路の接続部より下流側の排気通路に設けられた燃料添加弁から排気に燃料が添加される場合を例示できる。

高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側の排気通路に燃料が供給される場合、リッチ空燃比の排気は高圧ＥＧＲ通路及び低圧ＥＧＲ通路の両方を介して吸気通路に流入する。一方、高圧ＥＧＲ通路の接続部より下流側の排気通路に燃料が供給される場合、リッチ空燃比の排気は低圧ＥＧＲ通路のみを介して吸気通路に流入する。従って、リッチ空燃比の排気が吸気通路に流入した場合の吸気の酸素濃度の変動を抑制するための空気量の目標値は、高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側の排気通路に燃料が供給される場合の方が、高圧ＥＧＲ通路の接続部より下流側の排気通路に燃料が供給される場合よりも、多くなる。

この点を考慮して、燃料供給手段により排気に燃料が供給される位置に応じて低圧ＥＧＲガス量調節手段の制御に係る目標値を変更するようにすれば、排気への燃料供給に起因する吸気の酸素濃度の変動をより確実に抑制することが可能となる。

具体的には、前記制御手段は、前記燃料供給手段により前記排気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側の排気に燃料が供給される場合、該接続部より下流側の排気に燃料が供給される場合よりも、前記吸気通路に流入する空気量が多くなるように、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段の制御に係る目標値を定めると良い。

本発明により、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を備える内燃機関において、燃料添加前後での吸気の酸素濃度の変動をより確実に抑制することが可能になる。

実施例１に係るＥＧＲ制御システムを適用するエンジンとその吸気系及び排気系の概略構成を示した平面図である。 実施例１に係るＥＧＲ制御システムにおけるエンジンの運転条件に基づく高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲの切り替え制御マップを示す図である。 実施例１に係るＥＧＲ制御システムにおいて、低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる運転条件下で、燃料添加弁により排気に燃料添加を行う場合の、（Ａ）燃料添加指令値、（Ｂ）燃料添加弁付近の排気の空燃比、（Ｃ）空燃比センサ付近の排気の空燃比（空燃比センサによる排気の空燃比の測定値）、（Ｄ）低圧ＥＧＲ弁付近の排気の空燃比の推定値、（Ｅ）目標低圧ＥＧＲガス量の算出値、（Ｆ）低圧ＥＧＲガス量、（Ｇ）低圧ＥＧＲ通路の合流部付近の吸気の酸素濃度、（Ｈ）目標高圧ＥＧＲガス量の算出値、（Ｉ）高圧ＥＧＲガス量、（Ｊ）高圧ＥＧＲ通路の合流部付近の吸気の酸素濃度、それぞれの時間変化の一例を示すタイムチャートである。 実施例１に係るＥＧＲ制御システムにおけるリッチスパイク対応制御のフローチャートである。 実施例２に係るＥＧＲ制御システムにおけるリッチスパイク対応制御のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

実施例１に係る内燃機関のＥＧＲ制御システムを説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関のＥＧＲ制御システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。図１においてエンジン１は４つの気筒２を備え、各気筒２には気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２９が備えられている。エンジン１には、エンジン１のクランクシャフトの回転角度を測定するクランク角度センサ２２と、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を測定するアクセル開度センサ２７と、が備えられている。各気筒２は吸気マニホールド５及び排気マニホールド６に連通している。

吸気マニホールド５には吸気通路３が接続されている。吸気通路３には、排気マニホールド６内の排気の一部を高温高圧で吸気通路３に導く高圧ＥＧＲ通路９が接続されている。本実施例においては、高圧ＥＧＲ通路９が、本発明における「高圧ＥＧＲ通路」に相当する。高圧ＥＧＲ通路９の接続部より上流側の吸気通路３には、吸気通路３の流路面積を変更可能な第１スロットル弁２３が備えられている。第１スロットル弁２３より上流側の吸気通路３には、吸気を冷却するインタークーラ１１が備えられている。インタークーラ１１より上流側の吸気通路３には、過給機のコンプレッサ７が備えられている。コンプレッサ７より上流側の吸気通路３には、排気通路４内の排気の一部を低温低圧で吸気通路３に導く低圧ＥＧＲ通路１２が接続されている。本実施例においては、低圧ＥＧＲ通路１２が、本発明における「低圧ＥＧＲ通路」に相当する。低圧ＥＧＲ通路１２の接続部より上流側の吸気通路３には、吸気通路３の流路面積を変更可能な第２スロットル弁２４が備えられている。第２スロットル弁２４より上流側の吸気通路３には、吸気通路３に流入する空気量を測定するエアフローメータ２５が備えられている。エアフローメータ２５より上流側の吸気通路３には、空気中の異物を取り除くエアクリーナ２６が備えられている。

排気マニホールド６には上述した高圧ＥＧＲ通路９が接続されており、排気マニホールド６と吸気通路３とを連通している。排気マニホールド６には排気通路４が接続されている。排気通路４には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁２１が備えられている。燃料添加弁２１の設置位置より下流側の排気通路４には、過給機のタービン８が備えられている。タービン８より下流側の排気通路４には、排気浄化装置１７が備えられている。排気浄化装置１７は、排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ１８及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１９を有する。排気浄化装置１７より下流側の排気通路４における分岐部３０において、上述した低圧ＥＧＲ通路１２が排気通路４から分岐している。

高圧ＥＧＲ通路９には、高圧ＥＧＲ通路９の流路面積を変更する高圧ＥＧＲ弁１０が備えられている。高圧ＥＧＲ弁１０の開度を変更することによって、高圧ＥＧＲ通路９を介して吸気通路３に再循環する排気（以下、「高圧ＥＧＲガス」という）の流量を調節することができる。本実施例の高圧ＥＧＲ弁１０は、本発明の「高圧ＥＧＲガス量調節手段」に相当する。また、低圧ＥＧＲ通路１２には、低圧ＥＧＲ通路１２の流路面積を変更する低圧ＥＧＲ弁１４が備えられている。低圧ＥＧＲ弁１４の開度を変更することによって、
低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に再循環する排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という）の流量を調節することができる。本実施例の低圧ＥＧＲ弁１４は、本発明の「低圧ＥＧＲガス量調節手段」に相当する。低圧ＥＧＲ弁より上流側（すなわち、排気通路４側）の低圧ＥＧＲ通路１２には、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ１３が備えられている。

排気浄化装置１７について、排気浄化処理が行われる。すなわち、フィルタ１８に捕集されたＰＭの量が所定の基準量に達したと判定されたときに、燃料添加弁２１から排気中に燃料を添加することによって、フィルタ１８に捕集されたＰＭを酸化除去する処理を行う。また、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵されたＮＯｘの量が所定の基準量に達したと判定されたときに、燃料添加弁２１から排気中に燃料を添加することによって、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵されたＮＯｘをＮＯｘ触媒１９から放出させて還元浄化する処理を行う。また、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵された硫黄の量が所定の基準量に達したと判定されたときに、燃料添加弁２１から排気中に燃料を添加することによって、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵された硫黄を除去する処理を行う。

なお、排気浄化処理において排気浄化触媒１７より上流の排気に燃料を供給する手段としては、燃料添加弁２１による燃料添加の他に、燃料噴射弁２９によってポスト噴射を行ってもよい。ポスト噴射とは主たる燃料噴射の後に燃焼に関与しないタイミングで行う少量の副噴射である。或いは、燃料噴射弁２９からのメイン噴射の噴射量を増量して、リッチ空燃比での燃焼を行うようにしても良い。

排気浄化処理において排気に供給する燃料量を制御するために、本実施例のシステムでは排気通路４における低圧ＥＧＲ通路１２の分岐部３０より下流側に空燃比センサ２０を備えている。本実施例の空燃比センサ２０は、本発明の「測定手段」に相当する。すなわち、本実施例は、本発明の「排気の所定の特性」を特に「排気の空燃比」とした実施例である。空燃比センサ２０による排気の空燃比の測定値に基づいて、排気浄化処理を好適に実行するために必要な燃料が正確に排気に供給されるように、燃料添加弁２１による燃料添加や燃料噴射弁２９によるポスト噴射を制御する。

エンジン１にはエンジン１の運転を制御するコンピュータであるＥＣＵ２８が併設されている。ＥＣＵ２８には、上述したクランク角度センサ２２、エアフローメータ２５、空燃比センサ２０、アクセル開度センサ２７が接続されており、これら各センサによる測定データがＥＣＵ２８に入力される。また、ＥＣＵ２８には、上述した燃料噴射弁２９、高圧ＥＧＲ弁１０、第１スロットル弁２３、低圧ＥＧＲ弁１４、第２スロットル弁２４、燃料添加弁２１が接続されており、これら各機器の動作がＥＣＵ２８からの指令により制御される。ＥＣＵ２８はＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を備えた既知の構成を有し、接続された上記各センサから入力される測定データからエンジン１の運転状態や運転者の要求を取得し、それに基づいて上記各機器の制御目標値を算出し、各機器の動作を制御する。

本実施例のＥＧＲ制御システムでは、高圧ＥＧＲ通路９及び低圧ＥＧＲ通路１２の２系統のＥＧＲ通路を介した排気の再循環を行うことができる。高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環と、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環とは、エンジン１の運転条件に応じて切り替えられる。図２はエンジン１の運転条件（ここでは機関回転数及び機関負荷）に応じて定められる、高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環及び低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環の切り替え制御マップの概念図である。

図２に示すように、低負荷低回転の運転領域（図２で「ＨＰＬ」と表示された領域）では、高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環が行われ、それより負荷及び／又は回転数の
高い運転領域（図２で「ＨＰＬ＋ＬＰＬ」と表示された領域）では高圧ＥＧＲ通路９及び低圧ＥＧＲ通路１２を併用して排気の再循環が行われ、それよりさらに負荷及び／又は回転数の高い運転領域（図２で「ＬＰＬ」と表示された領域）では低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環が行われる。各領域において高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量の目標値が設定され、高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量が当該目標値となるように、高圧ＥＧＲ弁１０及び低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御が行われる。

本実施例では、エンジン１の運転状態が、図２のＨＰＬ＋ＬＰＬと表示された領域又はＬＰＬと表示された領域に属している場合が、本発明における「低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる条件下」である場合に相当する。

燃料添加弁２１から排気中に燃料が添加されると、添加された燃料と排気中の酸素との化学反応が進行し、排気中の酸素が消費されるため、排気の空燃比が変動する。低圧ＥＧＲ通路１２を介して排気の再循環が行われる運転条件下で燃料添加弁２１による排気への燃料添加が行われると、空燃比の変動した排気が低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に再循環することになるので、エンジン１の吸気の酸素濃度が変動し、燃焼変動や排気悪化を招く虞がある。すなわち、本実施例の燃料添加弁２１及び排気浄化処理の要請に応じて燃料添加弁２１から排気へ燃料添加を行わせるＥＣＵ２８は、本発明における「変化手段」に相当する。

この問題に対して、燃料添加に起因して吸気の酸素濃度が変動することを、ＥＧＲ制御によって抑制する技術が提案されている。このような制御を以下「リッチスパイク対応制御」と称する。例えば、燃料添加に伴って低圧ＥＧＲガスの空燃比に生じる変化を予測し、吸気の酸素濃度が変動しないように低圧ＥＧＲガス量を減量することにより、燃焼変動や排気悪化を抑制することを図る技術が知られている。しかしながら、添加燃料が排気浄化装置１７においてどのように反応をするかを正確に予測することは難しいため、予測に基づく低圧ＥＧＲガス量の制御によっては、吸気の酸素濃度の変動を確実に抑制できない虞がある。

これに対し、本実施例のシステムのように、排気浄化装置１７より下流側の排気通路４に空燃比センサ２０が備えられている場合には、燃料添加に伴って低圧ＥＧＲガスの空燃比に生じる変化を、空燃比センサ２０による排気の空燃比の測定値に基づいて正確に取得することができる。この空燃比センサ２０による測定値に基づいて、吸気の酸素濃度が変動しないように低圧ＥＧＲガス量を制御すれば、燃料添加前後で吸気の酸素濃度が変動することをより確実に抑制することができる。

しかしながら、燃料添加弁２１からの燃料添加に伴う排気の空燃比の変化が空燃比センサ２０によって測定されるより先に、当該燃料添加に伴う変化がその空燃比に生じている低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ弁１４を通過してしまう場合には、空燃比センサ２０による測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量を制御することはできない。空燃比センサ２０と低圧ＥＧＲ弁１４との搭載位置の関係や、排気通路４や低圧ＥＧＲ通路１２の通路容積等のハードウェア諸元によっては、このような状況が起こり得る。

この場合、燃料添加に起因する吸気の酸素濃度の変動を抑制するための低圧ＥＧＲガス量の制御を、空燃比センサ２０による測定値に基づいて行うことができないため、燃料添加に起因する吸気の酸素濃度の変動を確実に抑制することが困難になるという問題があった。

そこで、本実施例のリッチスパイク対応制御では、まず、燃料添加に伴って低圧ＥＧＲガスの空燃比に生じる変化を予測し、当該予測に基づく低圧ＥＧＲガス量の制御を行う。
そして、燃料添加に伴う排気の空燃比の変化が空燃比センサ２０によって測定された後、当該測定値に基づく高圧ＥＧＲガス量の制御を行う。この場合、低圧ＥＧＲガス量の制御は予測に基づく制御であるため、上記のように高精度の制御ができない場合もあり得るが、高圧ＥＧＲガス量の制御は測定値に基づく制御であるため、高精度の制御をすることができる。

この低圧ＥＧＲガス量の制御では、吸気の酸素濃度（低圧ＥＧＲ通路１２の合流部３１における吸気の酸素濃度）が本来の目標値よりリーン側になるように制御する。そして、高圧ＥＧＲガス量の制御において、当該目標値よりリーンの酸素濃度をリッチ側に調整し目標値に一致させるように制御する。上記のように、高圧ＥＧＲガス量の制御による吸気の酸素濃度の制御は高精度で行うことが可能なため、このような高圧ＥＧＲガス量の制御により、吸気の酸素濃度（高圧ＥＧＲ通路９の合流部３２における吸気の酸素濃度）を本来の目標値に精度良く制御することができる。従って、燃料添加に起因して吸気の酸素濃度が変動することを確実に抑制することが可能となる。

このように、本実施例のリッチスパイク対応制御は、低圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入するタイミングと高圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入するタイミングとの時間差を利用して、予測値に基づく低圧ＥＧＲガス量制御と測定値に基づく高圧ＥＧＲガス量制御との２段階の制御を行うことを特徴とする。このようなリッチスパイク対応制御を行うことにより、空燃比センサ２０による測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量の制御を行うことができないシステムにおいても、燃料添加に起因する吸気の酸素濃度の変動を確実に抑制することが可能となる。

本実施例のリッチスパイク対応制御について、図３に基づいて説明する。図３は、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環が行われる運転条件下で、燃料添加弁２１により排気に燃料添加を行う場合の、（Ａ）燃料添加指令値、（Ｂ）燃料添加弁２１付近の排気の空燃比、（Ｃ）空燃比センサ２０付近の排気の空燃比（空燃比センサ２０による排気の空燃比の測定値）、（Ｄ）低圧ＥＧＲ弁１４付近の排気の空燃比の推定値、（Ｅ）目標低圧ＥＧＲガス量の算出値、（Ｆ）低圧ＥＧＲガス量、（Ｇ）低圧ＥＧＲ通路１２の合流部３１付近の吸気の酸素濃度、（Ｈ）目標高圧ＥＧＲガス量の算出値、（Ｉ）高圧ＥＧＲガス量、（Ｊ）高圧ＥＧＲ通路９の合流部３２付近の吸気の酸素濃度、それぞれの時間変化の一例を示すタイムチャートである。

図３（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、燃料添加弁２１から排気に燃料添加が行われたとする。この燃料添加に伴って、図３（Ｂ）に示すように、燃料添加弁２１付近の排気の空燃比がリッチ空燃比Ａ／Ｆｖに変化する。このリッチ空燃比の排気は、排気通路４を流れ、排気浄化装置１７を通過し、分岐部３０から低圧ＥＧＲ通路１２に流入し、図３（Ｄ）に示すように、時刻ｔ２において低圧ＥＧＲ弁１４に到達する。一方、このリッチ空燃比の排気は、排気通路４を流れ、排気浄化装置１７及び分岐部３０を通過して、図３（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３において空燃比センサ２０に到達する。そして、空燃比センサ２０により、燃料添加に伴ってリッチ化した排気の排気浄化装置１７通過後の空燃比の測定値Ａ／Ｆｍが得られる。この排気浄化装置１７通過後の排気の空燃比Ａ／Ｆｍは、燃料添加に伴って空燃比の変化した低圧ＥＧＲガスの空燃比と略等しいと考えられる。従って、この測定値Ａ／Ｆｍに基づけば、吸気の酸素濃度の変動を抑制することが可能な低圧ＥＧＲガス量の目標値を精度良く求めることができる。

しかしながら、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、空燃比センサ２０による測定値が得られるタイミングｔ３よりも先のタイミングｔ２において、燃料添加に伴って空燃比の変化した低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ弁１４に到達してしまうため、空燃比センサ２０による測定値Ａ／Ｆｍに基づいて低圧ＥＧＲガス量の目標値を求めることはできない。

そこで、本実施例のリッチスパイク対応制御では、燃料添加の実施時に、当該燃料添加に伴う空燃比の変化が低圧ＥＧＲ弁１４付近の低圧ＥＧＲガスに現れるタイミングｔ２の予測値と、当該燃料添加に伴って変化する低圧ＥＧＲ弁１４付近の低圧ＥＧＲガスの空燃比の予測値Ａ／Ｆｅと、を燃料添加の実施時のエンジン１の運転状態と燃料添加弁２１による燃料添加の実施態様（添加量、添加時間、添加パターン等）と、に基づいて算出する。

そして、この予測値Ａ／Ｆｅの空燃比の低圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入し、合流部３１より上流の吸気通路３から流入する新気と合流した場合に、該合流部３１における吸気の酸素濃度が、エンジン１に吸入される吸気の酸素濃度（吸気マニホールド５における吸気の酸素濃度）の目標値Ｒｓよりもリーンの酸素濃度Ｒｌになるような、低圧ＥＧＲガス量の目標値ＧＬＰＬｌを算出する。図３（Ｅ）の実線の曲線ＧＬＰＬｌは、このようにして算出された低圧ＥＧＲガス量の目標値を表している。

なお、図３（Ｅ）において、破線で示した曲線ＧＬＰＬＳは、同じ条件で合流部３１における吸気の酸素濃度が目標値Ｒ０になるように算出した場合の低圧ＥＧＲガス量を表している。従来のリッチスパイク対応制御では、このように予測値に基づいて吸気の酸素濃度が目標値Ｒ０になるように低圧ＥＧＲガス量の目標値ＧＬＰＬｓを求め、この目標値に応じた低圧ＥＧＲガス量制御を行うことによって、吸気の酸素濃度の変動を抑制することを図っていた。しかしながら、この予測値を精度良く求めることは上述したように困難であり、低圧ＥＧＲガス量を目標値ＧＬＰＬｓに制御しても吸気の酸素濃度を精度良く目標値Ｒ０に制御することができない可能性があった。

次に、低圧ＥＧＲガス量が、前記予測したタイミングｔ２において目標値ＧＬＰＬｌに一致するように、低圧ＥＧＲ弁１４の制御を行う。具体的には、前記予測したタイミングｔ２よりも、低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御による低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れΔｔＬＰＬに相当する時間だけ早いタイミング（ｔ２−ΔｔＬＰＬ）において、図３（Ｆ）の破線ＶＬＰＬｌに示すような低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御を開始する。ここで、「応答遅れΔｔＬＰＬ」は、低圧ＥＧＲガス量を目標値ＧＬＰＬｌに変化させるべく低圧ＥＧＲ弁１４に対する開度制御を開始してから、実際に低圧ＥＧＲガス量が当該目標値ＧＬＰＬｌに一致するまでの遅れ時間である。なお、図３（Ｆ）は低圧ＥＧＲガス量を表すグラフであるが、タイムチャートが煩雑になることを避けるために低圧ＥＧＲ弁１４の開度変化ＶＬＰＬｌを重ねて示した。開度変化のグラフＶＬＰＬｌを見る場合には、図３（Ｆ）の縦軸の上側は開弁側を表し、下側は閉弁側を表すものとする。

低圧ＥＧＲ弁１４の開度を破線ＶＬＰＬｌのように変化させることにより、図３（Ｆ）の実線の曲線ＧＬＰＬｌに示すように、タイミングｔ２において低圧ＥＧＲガス量が目標値ＧＬＰＬｌに変化する。これにより、吸気通路３に流入する低圧ＥＧＲガス量が減少するので、図３（Ｇ）に示すように、時刻ｔ２において、低圧ＥＧＲ通路１２の合流部３１における吸気の酸素濃度が、エンジン１に吸入される吸気の酸素濃度の目標値Ｒｓよりもリーンの酸素濃度Ｒｌ’になる。

ここで、合流部３１において実現される吸気の酸素濃度は、上記のように低圧ＥＧＲガスの空燃比の予測値Ａ／Ｆｅに基づく低圧ＥＧＲガス量制御の結果として実現される酸素濃度であり、当該予測値Ａ／Ｆｅの誤差によっては、想定した目標の酸素濃度Ｒｌからずれている場合もある。その意味で、実際に合流部３１において実現された酸素濃度を想定した目標の酸素濃度と区別するために、符号をＲｌ’と表記した。

後述するように、本実施例のリッチスパイク対応制御では、この後、予測値ではなく測
定値に基づく高圧ＥＧＲガス量制御により、精密な吸気の酸素濃度の制御が行われるので、合流部３１において実際に実現される吸気の酸素濃度Ｒｌ’が想定した目標値Ｒｌから多少ずれていたとしても、エンジン１に吸入される吸気の酸素濃度の目標値Ｒｓよりリーンという条件さえ満たしていれば問題はない。合流部３１における酸素濃度Ｒｌ’が、目標値Ｒｓよりリーンという条件を満たす必要がある理由については後述する。低圧ＥＧＲガスの空燃比の予測値Ａ／Ｆｅに含まれる誤差によらず、合流部３１において実際に実現される吸気の酸素濃度Ｒｌ’が確実に目標酸素濃度Ｒｓよりリーンになるように、低圧ＥＧＲガス量制御に係る吸気の酸素濃度の目標値Ｒｌは、目標酸素濃度Ｒｓから一定以上離れたリーンの値とすることが好ましい。

なお、タイミングｔ２は、燃料添加に伴って空燃比がリッチ側に変化した低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングであって、当該リッチ空燃比の低圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入するタイミングは、低圧ＥＧＲ弁１４から合流部３１までの低圧ＥＧＲ通路１２の経路を低圧ＥＧＲガスが流通する時間だけ、ｔ２より後であるが、ここでは簡単のためこのずれを無視してタイミングチャートを描いている。

以上のような低圧ＥＧＲガス量制御の結果、燃料添加に伴って空燃比のリッチ化した低圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入する段階で、吸気の酸素濃度が本来の目標酸素濃度Ｒｓよりリーンの酸素濃度Ｒｌ’に制御された。

この後、時刻ｔ３において、図３（Ｃ）に示したように、燃料添加に伴ってリッチ化した排気が排気浄化装置１７を通過して空燃比センサ２０に到達し、燃料添加に伴ってリッチ化した排気の排気浄化装置１７通過後の空燃比の測定値Ａ／Ｆｍが得られる。

この測定値Ａ／Ｆｍに基づいて、上記低圧ＥＧＲガス量制御において、低圧ＥＧＲガス量を目標値ＧＬＰＬｌに減量することによって合流部３１において実現された実際の吸気の酸素濃度Ｒｌ’（或いは実際の酸素濃度Ｒｌ’と想定した酸素濃度Ｒｌとの誤差）を算出する。そして、当該目標値よりリーンの酸素濃度Ｒｌ’の吸気と、高圧ＥＧＲ通路９から吸気通路３に流入する高圧ＥＧＲガスと、が合流するタイミングｔ４の予測値と、当該酸素濃度Ｒｌ’の吸気と高圧ＥＧＲガスとが合流した場合に、合流部３２における吸気の酸素濃度が目標酸素濃度Ｒｓになるような、高圧ＥＧＲガス量の目標値ＧＨＰＬｓを算出する。図３（Ｈ）の曲線ＧＨＰＬｓは、このようにして測定値Ａ／Ｆｍの取得時に算出された高圧ＥＧＲガス量の目標値を表している。なお、目標高圧ＥＧＲガス量ＧＨＰＬｓの算出に当たって必要となる高圧ＥＧＲガスの空燃比は、エンジン１の運転状態等から算出する。

そして、高圧ＥＧＲガス量が、前記予測したタイミングｔ４において目標値ＧＨＰＬｓに一致するように、高圧ＥＧＲ弁１０の制御を行う。具体的には、前記予測したタイミングｔ４よりも、高圧ＥＧＲ弁１０の開度制御による高圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れΔｔＨＰＬに相当する時間だけ早いタイミング（ｔ４−ΔｔＨＰＬ）において、図３（Ｉ）の破線ＶＨＰＬｓに示すような高圧ＥＧＲ弁１０の開度制御を開始する。ここで、「応答遅れΔｔＨＰＬ」は、高圧ＥＧＲガス量を目標値ＧＨＰＬｓに変化させるべく高圧ＥＧＲ弁１０に対する開度制御を開始してから、実際に高圧ＥＧＲガス量が当該目標値ＧＨＰＬｓに一致するまでの遅れ時間である。なお、図３（Ｉ）は高圧ＥＧＲガス量を表すグラフであるが、タイムチャートが煩雑になることを避けるために高圧ＥＧＲ弁１０の開度変化ＶＨＰＬｓを重ねて示した。開度変化のグラフＶＨＰＬｓを見る場合には、図３（Ｉ）の縦軸の上側は開弁側を表し、下側は閉弁側を表すものとする。

高圧ＥＧＲ弁１０の開度を破線ＶＨＰＬｓのように変化させることにより、図３（Ｉ）の実線の曲線ＧＨＰＬｓに示すように、タイミングｔ４において高圧ＥＧＲガス量が目標
値ＧＨＰＬｓに変化する。これにより、吸気通路３に流入する高圧ＥＧＲガス量が増加するので、図３（Ｊ）に示すように、時刻ｔ４において、高圧ＥＧＲ通路９の合流部３２における吸気の酸素濃度が、上記低圧ＥＧＲガス量制御の結果実現された酸素濃度Ｒｌ’からリッチ側に調整され、目標酸素濃度Ｒｓに一致する。

ここで、合流部３２において実現される吸気の酸素濃度は、上記のように低圧ＥＧＲガスの空燃比の測定値Ａ／Ｆｍに基づく高圧ＥＧＲガス量制御の結果として実現される酸素濃度であり、目標酸素濃度Ｒｓに精度良く一致させることが可能である。この点、低圧ＥＧＲガスの空燃比の予測値Ａ／Ｆｅに基づく低圧ＥＧＲガス量制御の結果として実現される合流部３１における吸気の酸素濃度Ｒｌ’が、目標値Ｒｌに対して誤差を含む可能性があった場合と異なる。

以上のような高圧ＥＧＲガス量制御の結果、図３（Ｊ）に示すように、燃料添加に起因して吸気の酸素濃度に変動が生じることを確実に抑制することが可能となる。

上記高圧ＥＧＲガス量制御で説明したように、高圧ＥＧＲガス量を増量することによって、合流部３２における吸気の酸素濃度をリッチ側へ調整することができる。逆に、高圧ＥＧＲガス量を減量した場合、それに伴って低圧ＥＧＲガス量と空気量が増加するので、高圧ＥＧＲガス量の減量分がそのまま吸気の酸素濃度のリーン側への変化にはつながらない場合がある。つまり、高圧ＥＧＲガス量制御による吸気の酸素濃度の調整方向は、リッチ側への調整は可能であるが、リーン側への調整は難しい場合がある。

この点を考慮して、本実施例のリッチスパイク対応制御では、初めに行われる低圧ＥＧＲガス量制御において、合流部３１における吸気の酸素濃度が必ず目標酸素濃度Ｒｓよりリーンになるようにすることにより、その後に行われる高圧ＥＧＲガス量制御による吸気の酸素濃度の調整方向がリッチ側への調整に限定されるようにした。これにより、低圧ＥＧＲガス量制御及び高圧ＥＧＲガス量制御の２段階の制御による吸気の酸素濃度の制御を確実に実行できるようした。

本実施例のリッチスパイク対応制御について、図４のフローチャートに基づいて説明する。図４のフローチャートで表される処理は、エンジン１の稼働中、ＥＣＵ２８によって所定間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２８は、エンジン１の運転状態を取得する。ここでは、ＥＣＵ２８はクランク角度センサ２２によるクランク角度の測定値とアクセル開度センサ２７によるアクセルペダルの踏み込み量とに基づいて、エンジン１の回転数及び負荷を算出する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２８は、排気に燃料添加を行う条件が成立しているか否かを判定する。上述したように、フィルタ１８に捕集されたＰＭの量が上述した基準量に達したか否か、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵されたＮＯｘの量が上述した基準量に達したか否か、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵された硫黄の量が上述した基準量に達したか否か、フィルタ１８に担持される触媒やＮＯｘ触媒１９を活性化させるべき条件が成立しているか否か等を判定する。ステップＳ１０２において排気燃料添加の実行条件が成立していると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２８はステップＳ１０３の処理に進む。ステップＳ１０２において排気燃料添加の実行条件が成立していないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２８はこのフローチャートのルーチンを一旦抜ける。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２８は、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環が行われる条件が成立しているかを判定する。低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環
が行われる条件については、ステップＳ１０１で取得したエンジン１の運転状態と、図２に示したＥＧＲ制御マップとを参照して判定する。ステップＳ１０３において、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環の実行条件が成立していると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２８はステップＳ１０４の処理に進む。一方、ステップＳ１０３において、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環の実行条件が成立していないと判定された場合（Ｎｏ）、燃料添加に伴ってリッチ化した排気が低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に流入しないため、リッチスパイク対応制御を行う必要はない。よってこの場合ＥＣＵ２８はステップＳ１１０の処理に進み、リッチスパイク対応制御を行うことなく、通常の排気燃料添加を行う。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２８は、燃料添加に伴ってリッチ化した排気が低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングｔ２と、当該リッチ化した排気が低圧ＥＧＲ弁１４に到達した時の空燃比の予測値Ａ／Ｆｅを算出し、低圧ＥＧＲ通路１２の合流部３１における吸気の酸素濃度の目標値Ｒｌ（エンジン１に吸入される吸気の酸素濃度の目標値Ｒｓよりリーンの酸素濃度）を算出し、当該予測した空燃比Ａ／Ｆｅの低圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入した場合の合流部３１における酸素濃度が当該目標値Ｒｌになるための低圧ＥＧＲガス量の目標値ＧＬＰＬｌを算出する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２８は、燃料添加弁２１から排気への燃料添加を開始する（時刻ｔ１）。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２８は、ステップＳ１０４で予測したタイミングｔ２より低圧ＥＧＲガス量制御に係る応答遅れΔｔＬＰＬだけ早いタイミング（時刻ｔ２−ΔｔＬＰＬ）において、ステップＳ１０４で算出した目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬＰＬｌに対応する低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御を開始する。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２８は、空燃比センサ２０による排気の空燃比の測定値Ａ／Ｆｍを取得する（時刻ｔ３）。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２８は、ステップＳ１０７で取得した排気の空燃比の測定値Ａ／Ｆｍに基づいて、合流部３２における吸気の酸素濃度を目標酸素濃度Ｒｓに一致させるための高圧ＥＧＲガス量の目標値ＧＨＰＬｓを算出し、ステップＳ１０６の低圧ＥＧＲガス量制御の結果目標酸素濃度Ｒｓよりリーンの酸素濃度に制御された吸気が合流部３２に到達するタイミングｔ４を予測する。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ２８は、ステップＳ１０８で予測したタイミングｔ４より高圧ＥＧＲガス量制御に係る応答遅れΔｔＨＰＬだけ早いタイミング（時刻ｔ４−ΔｔＨＰＬ）において、ステップＳ１０８で算出した目標高圧ＥＧＲガス量ＧＨＰＬｓに対応する高圧ＥＧＲ弁１０の開度制御を開始する。

以上説明したフローチャートで表されるリッチスパイク対応制御を実行することにより、燃料添加に伴ってリッチ化した排気が空燃比センサ２０に到達するよりも先に低圧ＥＧＲ弁１４に到達してしまう構成を有するＥＧＲシステムにおいても、燃料添加に起因して吸気の酸素濃度が変動することを確実に抑制することが可能となる。本実施例では、以上説明したフローチャートの処理を実行するＥＣＵ２８が、本発明における「制御手段」に相当する。

なお、以上説明した実施例では、燃料添加に伴ってリッチ化した排気が空燃比センサ２０に到達するよりも先に低圧ＥＧＲ弁１４に到達してしまう構成を有するシステムにおいて本実施例に係るリッチスパイク対応制御を実行した場合について説明したが、燃料添加
に伴ってリッチ化した排気が空燃比センサ２０に到達した後に低圧ＥＧＲ弁１４に到達する構成のシステムにおいても、本実施例に係るリッチスパイク対応制御を適用することによって、吸気の酸素濃度の変動を好適に抑制することができるようになる場合がある。

例えば、燃料添加に伴ってリッチ化した排気が空燃比センサ２０に到達してその空燃比の測定値が得られてから、当該排気が低圧ＥＧＲ弁１４に到達するまでの遅れ時間（以下、「排気還流遅れ」という）が、上述した低圧ＥＧＲガス量制御に係る応答遅れΔｔＬＰＬより短い場合、空燃比センサ２０による測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量を制御することはできない。これは、空燃比センサ２０によって得られた測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量の目標値を設定し、当該目標値に対応した低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御を即座開始したとしても、実際の低圧ＥＧＲガス量が当該目標値に一致するより先に、当該リッチ化した排気が低圧ＥＧＲ弁１４を通過してしまうからである。還流遅れが応答遅れより短くなる条件としては、エンジン１の運転状態が高回転数である場合を例示できる。

このような場合にも、本実施例に係るリッチスパイク対応制御によれば、空燃比センサ２０による測定値に基づいた高精度の吸気酸素濃度の制御を行うことができるので、燃料添加に起因する吸気酸素濃度の変動を確実に抑制することが可能となる。

なお、空燃比センサ２０が分岐部３０より上流側の排気通路４に設置される場合であっても、還流遅れが応答遅れより短くなり得る。従って、図１に示したＥＧＲシステムの構成のみならず、排気浄化装置１７と分岐部３０の間に空燃比センサが設けられた構成のＥＧＲシステムにおいて、還流遅れが応答遅れより短くなる場合についても、本実施例に係るリッチスパイク対応制御を適用することにより、燃料添加に起因する吸気の酸素濃度の変動を確実に抑制できるようになる。

また、排気還流遅れが応答遅れ以上である場合には、空燃比センサ２０による測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量を制御することができるので、本実施例に係るリッチスパイク対応制御によらなくても、空燃比センサ２０による測定値に基づいた高精度の吸気酸素濃度の制御を行うことはできるが、本実施例に係るリッチスパイク対応制御を実行することも可能である。

実施例１では、燃料添加弁２１によって排気に燃料を添加する場合について説明したが、上述した各種排気浄化処理のために排気に燃料を供給する手段としては、他にも、燃料噴射弁２９にポスト噴射を行わせる方法や、通常時よりリッチ空燃比で燃焼が行われるように燃料噴射弁２９によるメイン噴射を制御する方法もある。実施例１に係るリッチスパイク対応制御は、排気の空燃比をリッチ化させる手段としていずれの燃料供給方法が採られる場合でも、或いはエンジン１の運転条件等に応じてこれらの燃料供給方法が切り替えられる場合でも、好適に適用することが可能である。

但し、図１に示すように、燃料添加弁２１から排気に燃料が添加される場合には、燃料添加は高圧ＥＧＲ通路９の接続部よりも下流側の排気通路４においてなされるので、燃料添加に伴ってリッチ化した排気は高圧ＥＧＲ通路９を介して吸気通路３に流入することはない。一方、ポスト噴射やリッチ燃焼により排気に燃料が供給される場合には、排気通路４及び排気マニホールド６を含めた排気系の最上流において燃料供給が行われることになるので、燃料供給に伴ってリッチ化した排気が高圧ＥＧＲ通路９及び低圧ＥＧＲ通路１２の両方を介して吸気通路３に流入する。

このことから、燃料添加弁２１から排気に燃料が添加される場合に吸気の酸素濃度が変動しないようにするために必要な空気量は、ポスト噴射やリッチ燃焼によって排気に燃料
が供給される場合に吸気の酸素濃度が変動しないようにするために必要な空気量よりも、少なくて良い。

具体的には、本実施例では、燃料添加弁２１からの排気への燃料添加に対応して行われるリッチスパイク対応制御における目標空気量Ｇａ１を、数１のように求める。

一方、ポスト噴射やリッチ燃焼による排気への燃料供給に対応して行われるリッチスパイク対応制御における目標空気量Ｇａ２を、数２のように求める。

数１及び数２において、Ｇｃｙｌは排気への燃料供給が行われる時の筒内ガス量、Ｇａは新気量、Ｇｆは燃料量、ＥＧＲｈｐｌは高圧ＥＧＲガスのＥＧＲ率、Ａ／Ｆセンサ値は空燃比センサ２０による測定値である。

数１の第２項は、燃料添加に伴うリッチ空燃比の排気が高圧ＥＧＲ通路９を介して吸気通路３に流入しないことを考慮して、ポスト噴射やリッチ燃焼に対応するリッチスパイク対応制御の目標空気量Ｇａ２から減算される分を表す。従って、Ｇａ１＜Ｇａ２の大小関係が成り立つ。

このように、本実施例では、排気への燃料供給が、高圧ＥＧＲ通路９の接続部より上流側の排気に対して行われるか下流側の排気に対して行われるかに応じて、当該排気への燃料供給に対応して行われるリッチスパイク対応制御における目標空気量を切り替えるようにした。これにより、より正確に吸気の酸素濃度の変動を抑制することが可能となる。

なお、実施例１のリッチスパイク対応制御に本実施例を適用する場合には、低圧ＥＧＲガス量の制御において、吸気通路３における低圧ＥＧＲ通路１２の合流部３１における吸気の酸素濃度を目標酸素濃度Ｒｓよりリーンにするための目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬＰＬｌの算出において、上記の目標空気量が用いられる。従って、燃料添加弁２１からの排気への燃料添加に対応して実施例１のリッチスパイク対応制御を行う場合の目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬＰＬｌ１は、ポスト噴射やリッチ燃焼による排気への燃料供給に対応して実施例１のリッチスパイク対応制御を行う場合の目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬＰＬｌ２よりも、多くなる（ＧＬＰＬｌ１＞ＧＬＰＬｌ２）。

ここで、本実施例に係る目標空気量の算出式の切り替え制御を実施例１に係るリッチスパイク対応制御に組み込んだ場合の処理フローについて、図５のフローチャートに基づいて説明する。

図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理は、図４で説明したステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理と同一であるから、説明を省略する。

本実施例では、ステップＳ１０２において肯定判定された場合（排気に燃料添加を行う条件が成立していると判定された場合）、ＥＣＵ２８は、ステップＳ２０１の処理に進む。

ステップＳ２０１において、ＥＣＵ２８は、排気への燃料添加を、燃料添加弁２１から排気へ燃料を添加するか、燃料噴射弁２９からポスト噴射を行うか、燃料噴射弁２９からのメイン噴射を増量してリッチ空燃比での燃焼を行うか、のいずれによって実行するか決定する。これは、エンジン１の運転条件や、ステップＳ１０２において肯定判定される原因となった排気浄化処理の要請の内容に基づいて決定する。

次に、ＥＣＵ２８はステップＳ１０３の処理に進む。ステップＳ１０３の処理は、図４で説明したステップＳ１０３の処理と同一であるから、説明を省略する。

本実施例では、ステップＳ１０３で肯定判定された場合（低圧ＥＧＲ実行条件が成立していると判定された場合）、ＥＣＵ２８は、ステップＳ２０２の処理に進む。ステップＳ１０３で否定判定された場合（低圧ＥＧＲ実行条件が成立していないと判定された場合）は、図４に基づいて説明したように、ＥＣＵ２８は、ステップＳ１１０の処理に進む。

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２８は、高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環が行われる条件が成立しているかを判定する。高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環が行われる条件については、ステップＳ１０１で取得したエンジン１の運転状態と、図２に示したＥＧＲ制御マップとを参照して判定する。ステップＳ２０２において、高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環の実行条件が成立していると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２８はステップＳ２０３の処理に進む。一方、ステップＳ２０２において、高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環の実行条件が成立していないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２８は図４のステップＳ１０４の処理に進む。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２８は、燃料供給位置が高圧ＥＧＲ通路９の接続部より下流側であるか否かを判定する。ステップＳ２０１において、燃料添加弁２１から排気に燃料添加を行うことが決定された場合に、ステップＳ２０３において肯定判定がなされ、ＥＣＵ２８はステップＳ２０４の処理に進む。一方、ステップＳ２０１において、ポスト噴射又はリッチ燃焼を行うことが決定された場合に、ステップＳ２０３において否定判定がなされ、ＥＣＵ２８はステップＳ２０５の処理に進む。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ２８は、図４のステップＳ１０４以降のリッチスパイク対応制御において用いられる目標空気量の算出式として数１の式を選択する。

ステップＳ２０５において、ＥＣＵ２８は、図４のステップＳ１０４以降のリッチスパイク対応制御において用いられる目標空気量の算出式として数２の式を選択する。

ステップＳ２０４又はステップＳ２０５の処理を実行した後、ＥＣＵ２８は、図４のステップＳ１０４以降の処理を実行する。

本実施例では、以上説明したフローチャート及び図４のフローチャートの処理を実行するＥＣＵ２８が、本発明における「制御手段」に相当する。

なお、本実施例は、高圧ＥＧＲ通路及び低圧ＥＧＲ通路の２系統のＥＧＲ通路を有し、排気通路における高圧ＥＧＲ通路の接続部よりも上流の排気に燃料を供給する手段と、下流の排気に燃料を供給する手段と、の２種類の燃料供給手段を有し、燃料供給時の吸気の酸素濃度の変動を抑制すべくリッチスパイク対応制御を行うシステムであれば、実施例１で例示したＥＧＲシステムに限らず、どのようなシステムのリッチスパイク対応制御に対しても適用することができる。

上記各実施例は、本発明を説明するための具体例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることができる。例えば、上記実施例では、排気への燃料供給によって排気の空燃比がリッチに変化する場合に、それに起因して吸気の酸素濃度が変動することを抑制するべく行うＥＧＲ制御に本発明を適用した例であるが、吸気の酸素濃度に変動を与え得る排気の特性の変化であれば、排気の酸素濃度、圧力、温度の変化等、空燃比のリッチ化に限らない。その場合、本発明の測定手段としては、空燃比センサの他、酸素濃度センサ、圧力センサ、温度センサ等を用いることができる。また、排気の空燃比の変化は、排気浄化処理に伴う排気への燃料供給によってもたらされるもの以外であっても良い。例えば、エンジン１の加速等の過渡運転に伴って排気の空燃比が変化する場合に、それに起因して吸気の酸素濃度が変動しないように行うＥＧＲ制御に本発明を適用することもできる。

１ エンジン
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ 吸気マニホールド
６ 排気マニホールド
７ コンプレッサ
８ タービン
９ 高圧ＥＧＲ通路
１０ 高圧ＥＧＲ弁
１１ インタークーラ
１２ 低圧ＥＧＲ通路
１３ 低圧ＥＧＲクーラ
１４ 低圧ＥＧＲ弁
１７ 排気浄化装置
１８ フィルタ
１９ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２０ 空燃比センサ
２１ 燃料添加弁
２２ クランク角度センサ
２３ 第１スロットル弁
２４ 第２スロットル弁
２５ エアフローメータ
２６ エアクリーナ
２７ アクセル開度センサ
２８ ＥＣＵ
２９ 燃料噴射弁
３０ 分岐部
３１ 合流部
３２ 合流部

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有する過給機と、
   前記タービンより上流側の排気通路と前記コンプレッサより下流側の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路と、
   前記タービンより下流側の排気通路と前記コンプレッサより上流側の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路と、
   前記高圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気の流量を調節する高圧ＥＧＲガス量調節手段と、
   前記低圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気の流量を調節する低圧ＥＧＲガス量調節手段と、
   排気の所定の特性を測定する測定手段と、
   前記排気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続部より上流且つ前記測定手段より上流の排気の前記特性を変化させる変化手段と、
   前記低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる条件下で、前記変化手段により前記排気の特性に変化がもたらされた場合に、
   （１）当該排気の特性の変化に起因して前記低圧ＥＧＲガス量調節手段を通過する排気の特性に生じる変化を推定し、当該推定値に基づいて、当該特性の変化した排気が前記低圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入して吸気に合流した場合の吸気の酸素濃度が、前記内燃機関に吸入される吸気の酸素濃度の目標値よりリーンになるように、低圧ＥＧＲガス量調節手段を制御し、
   （２）前記排気の特性の変化が前記測定手段によって測定された後、当該測定値に基づいて、前記目標値よりリーンの酸素濃度に制御された前記吸気が前記高圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気と合流した場合の吸気の酸素濃度が、前記目標値になるように、前記高圧ＥＧＲガス量調節手段を制御する
   制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
2. 請求項１において、
   前記制御手段は、前記排気の特性の変化が前記測定手段によって測定されてから、当該特性の変化した排気が前記低圧ＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの時間差が、負値又は所定の閾値より短い非負値である場合に、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段及び前記高圧ＥＧＲガス量調節手段の制御を行うことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
3. 請求項１において、
   前記制御手段は、前記排気の特性の変化が前記測定手段によって測定されてから、前記目標値よりリーンの酸素濃度に制御された前記吸気が前記吸気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続部に到達するまでの時間差が、所定値以上である場合に、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段及び前記高圧ＥＧＲガス量調節手段の制御を行うことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記測定手段は、排気の空燃比を測定する空燃比測定手段を有し、
   前記変化手段は、前記排気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続部より上流且つ前記空燃比測定手段より上流の排気に燃料を供給する燃料供給手段を有し、
   前記制御手段は、前記低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる条件下で、前記燃料供給手段により前記排気に燃料が供給された場合に、
   （１）当該排気への燃料供給に伴って生じる前記低圧ＥＧＲガス量調節手段を通過する排気の空燃比の変化を推定値、当該推定値に基づいて、当該空燃比の変化した排気が前記
   低圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入して吸気に合流した場合の吸気の酸素濃度が、前記内燃機関に吸入される吸気の酸素濃度の目標値よりリーンになるように、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段を制御し、
   （２）前記空燃比の変化が前記空燃比測定手段により測定された後、当該測定値に基づいて、前記目標値よりリーンの酸素濃度に制御された前記吸気が前記高圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気と合流した場合の吸気の酸素濃度が、前記目標値になるように、前記高圧ＥＧＲガス量調節手段を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
5. 請求項４において、
   前記制御手段は、前記燃料供給手段により燃料が供給される位置が、前記排気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側であるか下流側であるかに応じて、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段の制御に係る目標値を変更することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
6. 内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有する過給機と、
   前記タービンより上流側の排気通路と前記コンプレッサより下流側の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路と、
   前記タービンより下流側の排気通路と前記コンプレッサより上流側の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路と、
   前記高圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気の流量を調節する高圧ＥＧＲガス量調節手段と、
   前記低圧ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流入する排気の流量を調節する低圧ＥＧＲガス量調節手段と、
   排気の空燃比を測定する空燃比測定手段と、
   前記排気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続部より上流且つ前記空燃比測定手段より上流の排気に燃料を供給する燃料供給手段と、
   前記低圧ＥＧＲ通路を介した排気の再循環が行われる条件下で、前記燃料供給手段により前記排気に燃料が供給された場合に、当該排気への燃料供給に起因して吸気の酸素濃度が変動しないように、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記燃料供給手段により燃料が供給される位置が、前記排気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側であるか下流側であるかに応じて、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段の制御に係る目標値を変更することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
7. 請求項５又は６において、
   前記制御手段は、前記燃料供給手段により、前記排気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続部より上流側の排気に燃料が供給される場合、該接続部より下流側の排気に燃料が供給される場合よりも、前記吸気通路に流入する空気量が多くなるように、前記低圧ＥＧＲガス量調節手段の制御に係る目標値を定めることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。

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