JP2012122435A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化装置２４内における燃料成分の燃焼によって変化するＥＧＲガスの成分の変化によって燃焼状態が不安定とならない内燃機関１０を提供することである。
【解決手段】排気通路１６に設けられた排気浄化装置２４と、排気浄化装置２４下流の排気通路１６と吸気通路１４とを連通するＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９と、を有する内燃機関１０であって、気筒１１内の温度を調整する筒内温度調整手段としてのＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３と、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３を制御する制御手段４０と、排気浄化装置２４の上流を流れる排気ガス中の成分を推定する第１空燃比センサ３５と、排気浄化装置２４の下流を流れる排気ガス中の成分を推定する第２空燃比センサ３６とをさらに備え、制御手段４０は第１空燃比センサ３５と第２空燃比センサ３６の変化量に基づいてＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３を制御することを特徴とする内燃機関。
【選択図】 図４

Description

この発明は、排気浄化装置下流の排気通路より排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流する排気還流装置が備えられた内燃機関の制御方法に関する。

内燃機関の排気中にはススや未燃燃料を主成分とする微粒子状物質（以下ＰＭ）が含まれる。そのため、排出されるＰＭを捕集するフィルタ（以下ＤＰＦ）やさらにＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えるＤＰＮＲ装置を排気通路に備えた排気浄化装置が知られている。
これらの排気浄化装置は、長時間利用するとその捕集機能が低下するため、定期的に機能を回復させる必要がある。ＤＰＦの場合、ＰＭ捕集機能を回復させるために、ＤＰＦの温度を上昇させることで、捕集されているＰＭを燃焼除去する再生処理が行われる。このときのＤＰＦの温度を上昇させる手段として、排気中に燃料を供給し、ＤＰＦの上流に設けられる酸化触媒等で排気温度を上昇させることが行われる。また、ＤＰＮＲ装置の場合、排気中に燃料を供給し、排気の空燃比をリッチとすることで、吸蔵されたＮＯｘを還元する処理が行われ、ＮＯｘの吸蔵機能を再生させることが行われる。

また、内燃機関から排出されるＮＯｘ量を低減させる技術として、燃焼室より排出される排気の一部をＥＧＲガスとして排気通路から吸気通路に還流し、内燃機関に再度流入させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）が知られている。ＥＧＲ装置では、ＥＧＲ通路内にＥＧＲガス流量を調整するためのＥＧＲ弁を設け、内燃機関の燃焼室に流入する吸入空気のＥＧＲ率が内燃機関の運転状況によって求められる最適な値となるようにＥＧＲ弁の開度を制御している。また、ＥＧＲ装置として、排気浄化装置の下流の排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを還流させる装置が提供されている。

排気浄化装置と、排気浄化装置の下流の排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを還流するＥＧＲ装置とを備えた内燃機関では、ＥＧＲガスを吸気通路へ還流している間に排気浄化装置の捕集機能回復のために排気中に燃料が供給される（再生処理）と、排気浄化装置内で燃料が燃焼することによって排気ガス中の二酸化炭素濃度及び酸素濃度が変化する。それに伴い、還流されるＥＧＲガス中の二酸化炭素濃度及び酸素濃度も変化する。これによって、排気浄化装置の捕集機能回復のための燃料供給の前後において内燃機関に流入するＥＧＲ率が目標とするＥＧＲ率からずれ、内燃機関の燃焼状態が不安定となる。

この問題に対し、特許文献１では、ＥＧＲガス流入後の吸気通路において、酸素濃度に相関のある空気流量を算出し、排気浄化装置の再生処理の前後で吸気通路内の空気流量が変化しないようにＥＧＲバルブ開度を制御する内燃機関の排気システムが開示されている。この内燃機関の排気浄化装置では、ＥＧＲガス還流中における排気浄化装置の再生処理の実行時に、排気ガス中に供給される燃料が触媒において燃焼することにより排気浄化装置下流から吸気通路へ還流するＥＧＲガス中の酸素濃度が変化することに対し、内燃機関の燃焼状態の不安定化を防止することができる。

特開２００８−２０８７２３号公報

ところで、内燃機関では運転状態の変化に伴い燃焼室より排出される排気ガス中の未燃成分（ＴＨＣやＣＯ）の量が変化する。例えば、車両の加速時などで、アクセルを急激に踏み込んだときには、内燃機関の出力を上げるために、燃焼室内に吸入される空気量及び噴射される噴射量が増量される。ここで、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタは、目標指令値の変化に対し、噴射量を素早く変更することが可能であるが、燃焼室に吸入される空気量は、過給圧の遅れや、スロットル弁の開度の変化に対する燃焼室に吸入される空気の遅れなどから、目標とする吸入空気量に対し、少ない空気量が供給されることがある。これらの応答遅れに起因して、燃焼室から排出される排気ガス中に含まれる未燃成分が増加する場合がある。

これらの排気ガス中に排出される未燃成分は、排気通路に設けられた排気浄化装置内において酸化される。このとき、排気ガス中の酸素濃度及び二酸化炭素濃度が変化する。特許文献１に記載の内燃機関の排気システムでは、排気ガス中に燃料を供給する再生処理の前後における吸気通路内の空気流量を算出し、ＥＧＲ弁開度の補正を行うが、再生処理を行わないＥＧＲ制御中の酸素濃度及び二酸化炭素濃度の変化に対応した制御となっていない。そのため、内燃機関の運転状態の変化など再生処理以外の要因による排気ガス中の燃料成分の増加に伴う排気ガス中の酸素濃度および二酸化炭素濃度の変化が起こった場合には、内燃機関の燃焼状態が不安定となる。

本件の目的は、排気浄化装置内における燃料成分の燃焼によってＥＧＲガスの成分比が変化しても内燃機関の燃焼状態が不安定とならない内燃機関を提供することである。

上記課題を達成するため、請求項１に記載の本発明では、排気通路に設けられた酸化触媒を有する排気浄化装置と、排気浄化装置の下流の排気通路と吸気通路とを連通するＬＰＬ−ＥＧＲ通路と、を有する内燃機関であって、燃焼室内の温度を調整する筒内温度調整手段と、筒内温度調整手段を制御する制御手段と、排気浄化装置の上流を流れる排気ガス中の成分比を推定する第１推定手段と、排気浄化装置の下流を流れる排気ガス中の成分比を推定する第２推定手段とをさらに備え、制御手段は第１推定手段と第２推定手段との差分量に基づいて筒内温度調整手段を制御することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、排気浄化装置内を流れる間に排気ガス中の成分比が変化した場合であっても、その成分比の差分に基づいて筒内温度調整手段によって筒内温度を調整することができる。そのため、排気ガス中の成分比の差分量に対応して内燃機関の燃焼が安定するように筒内温度を制御することが可能となる。なお、筒内温度を調整することで、内燃機関の燃焼状態を変化させ、安定した燃焼状態とすることができる。

請求項２に記載の本発明では、第１推定手段は排気浄化装置の上流の排気通路に配置される第１空燃比検出手段であり、第２推定手段は排気浄化装置の下流の排気通路に配置される第２空燃比検出手段であり、排気ガス中の成分比は空燃比であることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明では、内燃機関の燃焼に寄与する空燃比を用いて筒内温度調整手段を制御するため、内燃機関の燃焼状態を安定させる精度を高めることができる。

請求項３に記載の本発明では、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガス量を調整するＬＰＬ−ＥＧＲ量調整手段とをさらに備え、筒内温度調整手段はＬＰＬ−ＥＧＲ量調整手段であることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明では、制御手段は、ＬＰＬ−ＥＧＲ量調整手段によってＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御することで排気ガス中の成分比に基づいてＬＰＬ−ＥＧＲガス量を調整することができる。これによって、燃焼室内へ流入する吸入空気内のＥＧＲ率を調整することで筒内温度を調整でき、内燃機関の燃焼状態が不安定となることを防止できる。

請求項４に記載の本発明では、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段とをさらに備え、制御手段は、運転状態検出手段の検出値より目標差分量を算出し、差分量が目標差分量に一致するように筒内温度調整手段を制御することを特徴とする。
請求項４に記載の本発明では、運転状態より目標差分量を算出し、差分量が目標変化量となるように筒内温度調整手段を制御するので、筒内温度調整手段の最良となる制御量が特定でき、内燃機関の燃焼状態を安定させることができる。

本願発明は、排気浄化装置内における燃料成分の燃焼によって変化するＥＧＲガスの成分の変化によって内燃機関の燃焼状態が不安定とならない内燃機関を提供することができる。

本実施形態に係る内燃機関の概略図である。 運転状態に応じてＥＧＲガスの導入モードを決定するマップの一例を示す概念図である。 本実施形態に係る基本ＥＧＲ弁開度算出の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るＥＧＲ弁フィードバック制御の一例を示すフローチャートである。 同じく内燃機関を動作させたときの態様の一例を示すタイムチャートのイメージ図である。 第２の実施形態に係るＥＧＲ弁フィードバック制御の一例を示したフローチャートである。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る内燃機関１０を図１ないし図５に基づいて説明する。
図１には第１の実施形態に係る内燃機関１０の概念図を示す。なお、図１に示される内燃機関１０は４つの気筒を有し、直接燃料が気筒内に噴射される直噴タイプのディーゼルエンジンであるが、本件発明の内容はこの形式の内燃機関に限定されることはない。

内燃機関１０の各気筒１１（燃焼室）には、吸気バルブ（図示しない）、排気バルブ（図示しない）、燃料噴射装置１２がそれぞれ設けられている。内燃機関１０の各気筒１１は吸気マニホールド１３を介して吸気通路１４に、また、排気マニホールド１５を介して排気通路１６に連通されている。

吸気通路１４には、上流からエアクリーナー１７、吸気を圧縮するターボチャージャー１８のコンプレッサ１９、圧縮された吸気を冷却するインタークーラー２０、気筒に流入する吸入空気量を調整するスロットル弁２１が設けられる。一方、排気通路には、上流から排気中に燃料を添加する燃料添加弁２２、排気の圧力によって駆動されるターボチャージャー１８のタービン２３、排気浄化装置２４が設けられる。排気浄化装置は、排気通路の一部をなすケーシング２５と、ケーシング内に配置される酸化触媒２６、フィルタであるＤＰＦ２７より構成されている。また、ターボチャージャー１８のタービン２３入り口には、タービン２３へ流入する排気の流速を変化させることが可能である可変ノズルベーン（図示しない）が設けられている。

また、図１に示すように、内燃機関１０には気筒１１より排出された排気通路１６内の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路１４へ還流させるＥＧＲ装置である、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置２８とＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９が設けられる。ＨＰＬ−ＥＧＲ装置２８は、燃料添加弁２２の上流である排気マニホールド１５とスロットル弁２１の下流の吸気通路１４とを連通するＨＰＬ−ＥＧＲ通路３０と、ＨＰＬ−ＥＧＲ通路３０に配置されるＨＰＬ−ＥＧＲ弁３１とから構成される。ＬＰＬ−ＨＰＬ装置２９は、排気浄化装置２４下流の排気通路１６とターボチャージャー１８のコンプレッサ１９上流の吸気通路１４とを連通するＬＰＬ−ＥＧＲ通路３２と、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路３２に配置されるＬＰＬ−ＥＧＲ量調整手段としてのＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３と、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の上流のＬＰＬ−ＥＧＲ通路３２に配置されるＥＧＲクーラー３４とから構成される。なお、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁３１及びＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３は各ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガスの流量を開度変化によって調整可能とする。

また、燃料添加弁２２上流の排気通路１６には、第１推定手段および第１空燃比検出手段としての第１空燃比センサ３５が、また、排気浄化装置２４下流には、第２推定手段および第２空燃比検出手段としての第２空燃比センサ３６が設置されている。本実施例では、各空燃比センサとしてＡ／Ｆセンサが取り付けられており、排気ガス中の成分比である酸素濃度を連続的に検出することができる。さらに、排気浄化装置２４下流には、排気温度を検出する排気温度センサ３７が取り付けられている。また、内燃機関１０には、内燃機関１０の回転数を検出する回転数センサ３８、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３９が取り付けられている。

内燃機関１０には、周知の電子制御装置としてのＥＣＵ４０が設けられており、第１空燃比センサ３５、第２空燃比センサ３６、排気温度センサ３７、回転数センサ３８、アクセル開度センサ３９にて検出された信号が入力される。また、ＥＣＵ４０は入力される各種信号より燃料噴射装置１２、スロットル弁２１、ターボチャージャー１８の可変ノズルベーン、燃料添加弁２２、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁３１、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の動作に関する出力値を算出し、それぞれの動作の制御を行う。

ＥＣＵ４０は、記憶装置４１を備える。記憶装置４１には、運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率を求める目標ＥＧＲマップと、運転状態に基づいて使用するＥＧＲのモードを求めるＥＧＲモードマップと、運転状態に基づいてＨＰＬ−ＥＧＲ弁３１の開度およびＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の開度およびスロットル弁２１の開度を求める基本ＥＧＲ弁開度マップと、運転状態に基づいて排気浄化装置前後の空燃比の差分量であるΔＡ／Ｆの基準値を求める基準ΔＡ／Ｆマップと、運転状態に基づいて排気浄化装置前後の空燃比差の差分量であるΔＡ／Ｆの目標値（目標差分量）を求める目標ΔＡ／Ｆマップが記憶されている。なお、本実施の形態における運転状態とは、基本的にはエンジン回転数および燃料噴射量とから求まる値であり、場合によっては、周知の他のパラメータにて補正されてもよい。たとえば、エアフロメータにて求まる吸入空気量、吸気温度、冷却水温度に基づく機関温度、大気圧等によって補正することができる。

上記マップは２次元の表形式となっており、たとえば目標ＥＧＲマップにおいて、エンジン回転数の値および噴射量の値が特定されれば、これらの値に対応する目標ＥＧＲ率が決定される。なお、燃料噴射量はアクセル開度およびエンジン回転数より求めることができ、この場合、回転数センサ３８およびアクセル開度センサ３９は運転状態検出手段に該当する。

ＥＣＵ４０が行う制御は多岐に渡るがここでは本発明に関する制御を主に説明する。
＜排気浄化装置ＰＭ再生制御＞
排気浄化装置２４に配置されるＤＰＦ２７は、多孔質の基材より構成されており、排気ガス中のＰＭを捕集する機能がある。しかし、捕集可能な量には限界があり、ＰＭを捕集し続けると、ＤＰＦ２７が目詰まりを生じる。よって、ＤＰＦ２７にＰＭがある程度堆積されたときには除去する制御を行う必要がある。この処理をＰＭ再生処理と呼ぶ。本実施形態では、ＰＭ再生処理を行う場合は、燃料添加弁２２より排気中に燃料を添加する。排気ガス中に添加された燃料は、酸化触媒２６にて燃焼することで、排気ガスの温度を上昇させる。ＤＰＦ２７に堆積されたＰＭは、温度上昇された排気ガスによって燃焼除去される。ＥＣＵ４０は、排気浄化装置２４の上流側と下流側に配置された図示しない差圧センサによって排気浄化装置２４の前後差圧を検知することで、ＤＰＦ２７のＰＭ体積量を推定し、あらかじめ設定された前後差圧となった場合、燃料添加弁２２より燃料を添加させる。あらかじめ設定された所定時間燃料添加弁から燃料が噴射されると、ＥＣＵ４０は捕集されたＰＭが除去されたと判断し、燃料添加を終了する。

＜基本ＥＧＲ制御＞
ＥＣＵ４０はエンジン回転数や燃料噴射量から算出される運転状態に応じて排気ガスを吸気通路１４に流入させる基本ＥＧＲ制御を実施する。基本ＥＧＲ制御は、例えば、不活性ガスである排気ガスを吸気通路１４に流入させ、気筒内における燃焼温度を抑えることで、排気ガス中のＮＯｘの発生量を低減するために行われる。ＥＣＵ４０は、運転状態に応じて、最適となる目標ＥＧＲ率を算出し、エンジン回転数、燃料噴射量、スロットル開度、過給圧などに基づいて流入されるＥＧＲ量が目標ＥＧＲ率となるようにＨＰＬ−ＥＧＲ弁３１およびＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の開度を制御する。なお、ＥＧＲ率は、各気筒１１に流入される吸入ガスに占めるＥＧＲガスの割合として定義される。最適なＥＧＲ率は、運転状態に応じて変化する。例えば、吸入空気に対しＥＧＲ量が少なすぎるとＮＯｘ低減等のＥＧＲの目的を達成することができず、ＥＧＲ量が多すぎると酸素濃度の減少によってスモークや炭化水素の排出量が増加される。このため、ＥＧＲ制御においては、ＥＧＲ率を精度よく制御することが必要である。

本実施形態では、排気ガスを吸気通路に還流するための装置としてＨＰＬ−ＥＧＲ装置２８とＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９とが設けられており、基本ＥＧＲ制御は運転状態に応じてＥＧＲガスを導入する経路を切り替える。基本ＥＧＲ制御は、図２に示されるように、エンジン回転数と燃料噴射量にて表わされるエンジン負荷に応じて、効率よく実行可能なＥＧＲ経路が決定される。比較的低回転、低負荷領域では、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置２８のみが動作される。低回転、低負荷領域では、気筒内の燃焼温度が比較的低く必要となるＥＧＲガス量も少ないため、応答性のよいＨＰＬ−ＥＧＲ装置２８が用いられる。本記載では、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置２８のみが動作する状態をＨＰＬモードとする。

高回転、高負荷領域では、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９のみが動作される。高回転、高負荷領域では、気筒内での燃焼温度が高温となるので、低温のＥＧＲガスが大量に必要となる。ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９では、排気ガスが全てターボチャージャー１８のタービン２３を通過するため、吸気ガスの過給圧を上げやすく、過給される前の低圧の吸気通路１４に排気ガスが流入するため、大量のＥＧＲガスを流入させることができる。また、ＥＧＲクーラー３４が備えられているため、低温のＥＧＲガスを流入させることができる。本記載では、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９のみが動作する状態をＬＰＬモードとする。

それらの中間である中回転、中負荷領域では、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置２８とＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９の両方が動作される。本記載では、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置２８とＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９の両方が動作する状態をＭＰＬモードする。

ここで、基本ＥＧＲ制御がＨＰＬモードで動作されている状態では、排気マニホールド１５と吸気通路１４とが連通されており、排気ガスがＥＧＲガスとして吸気通路１４に流入する間に燃料を燃焼させる酸化触媒等が存在しない。そのため、ＥＧＲガス中の酸素濃度および二酸化炭素濃度は変化しない。また、上述のようにＨＰＬモードを利用するときは、低回転、低負荷領域であるため、排気ガス中に未燃成分が増加する恐れが少ない。よって、この場合は、通常のＨＰＬ−ＥＧＲ弁開度制御を行うことで燃焼室に流入する吸気のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率とすることができる。

一方、ＥＧＲ制御がＬＰＬモードで動作されている状態では、排気浄化装置２４の下流と吸気通路１４が連通されており、排気ガスがＥＧＲガスとして吸気通路１４に流入する経路内に酸化触媒２６が配置されている。そのため、車両の加速時の過給遅れなどが原因で、排気ガス中に未燃成分が増加すると、その未燃成分が酸化触媒２６によって酸化（燃焼）される。排気ガス中の未燃成分が酸化触媒２６によって酸化されると、排気ガス中の酸素濃度が減少し、二酸化炭素濃度が増加する。これによって、吸気通路１４に還流されるＥＧＲガス中の酸素濃度および二酸化炭素濃度が変化するため、通常のＬＰＬ−ＥＧＲ弁開度制御を行うと、気筒１１内に流入する吸気ガスのＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率と異なり、出力不足、トルク変動等を引きこす場合がある。
また。ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２８を利用するＭＰＬモードで動作される状態でも同様の問題が起こる。

そこで、本実施形態では、上記のような問題を回避するようにＥＧＲ弁の制御が行われる。
図３は本実施形態の基本ＥＧＲ弁開度の算出手順の一例を示すフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムは所定の演算周期で繰り返し実行される。まずＳ１０１において、ＥＣＵ４０は回転数センサ３８の出力信号に基づいてエンジン回転数を、回転数センサ３８およびアクセル開度センサ３９の出力信号に基づいてエンジン負荷としての燃料噴射量を算出する。なお、ＥＣＵ４０はたとえば周知の方法によって燃料噴射量を随時決定しており、単にその値を参照することによってこれを取得することができる。

次にＥＣＵ４０は、運転状態に基づいて上述の目標ＥＧＲマップを参照することで目標ＥＧＲ率を取得する（Ｓ１０２）。次にＥＣＵ４０は、運転状態に基づいて上述のＥＧＲモードマップを参照することでＥＧＲモードを決定する（Ｓ１０３）。Ｓ１０４ではＥＣＵ４０は基本ＥＧＲ弁開度マップに基づきＨＰＬ−ＥＧＲ弁３１の開度、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の開度、スロットル弁２１の開度を算出し、このフローを終了する。

基本ＥＧＲ弁開度算出手順にて算出されたＥＧＲ弁開度は、排気ガス中の酸素濃度がエンジン回転数および燃料噴射量に応じた値であると仮定した場合の開度である。そのため、上述のように排気ガス中の未燃成分の増加などによる酸素濃度の変化に対応した弁開度となっていない。そのため、次に図４に示されるＥＧＲ弁開度フィードバック制御を行う。

＜ＥＧＲ弁フィードバック制御＞
まずＥＣＵ４０は現在のＥＧＲモードがＬＰＬモード又はＭＰＬモードであるか否かを判断する（Ｓ２０１）これは、Ｓ１０２で算出した値を判定する。Ｓ２０１でＮｏつまりＨＰＬモードで動作されている場合は、排気ガス中に未燃成分が増加しても、排気ガスが吸気通路１４に還流する間に酸化触媒２６および未燃成分が酸化する要因がないため、ＥＧＲガス中の酸素濃度および二酸化炭素濃度が変化することがない。そのため、Ｓ２１１に進み、基本ＥＧＲ弁開度算出手段にて算出した値でＨＰＬ−ＥＧＲ弁３１、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３、スロットル弁２１を制御し、このフローを終了する。なお、この場合ＬＰＬ−ＥＧＲ弁は開度０、つまり閉弁された状態に制御される。

一方、Ｓ２０１でＹｅｓつまりＥＧＲモードがＬＰＬモードまたはＭＰＬモードの場合は、排気ガス中の未燃成分が酸化触媒２６によって酸化され、酸化された排気ガスがＥＧＲガスとして吸気通路４へ還流されることがある。その場合、Ｓ２０２へ進む。Ｓ２０２では、ＥＣＵ４０は第１空燃比センサ３５の出力信号に基づいて排気浄化装置２４上流の空燃比である第１空燃比を、第２空燃比センサ３６の出力信号に基づいて排気浄化装置２４下流の空燃比である第２空燃比をそれぞれ取得する。次にＥＣＵ４０は、排気浄化装置２４前後の空燃比偏差であるΔＡ／Ｆを算出する（Ｓ２０３）。ΔＡ／Ｆはたとえば第１空燃比と第２空燃比との差分量によって求められる。

次にＳ２０４でＥＣＵ４０は、運転状態に基づいて基準ΔＡ／Ｆマップより求まる基準ΔＡ／Ｆ値を算出する。その後ＥＣＵ４０は、Ｓ２０３で算出されたΔＡ／Ｆの値が、Ｓ２０４で算出された基準ΔＡ／Ｆマップより求まる基準ΔＡ／Ｆ値を超えるか否かを判定する（Ｓ２０５）。Ｓ２０５でＮｏの場合つまりΔＡ／Ｆの値が基準ΔＡ／Ｆ値を超えない場合は、酸化触媒２６にて酸素が消費されていないと考えられる。そのため、Ｓ２１１に進み、基本ＥＧＲ弁開度算出手段にて算出した値でＨＰＬ−ＥＧＲ弁３１、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３、スロットル弁２１を制御し、このフローを終了する。

Ｓ２０５でＹｅｓの場合つまりΔＡ／Ｆの値が基準ΔＡ／Ｆ値を超えた場合は、酸化触媒２６にて酸素が消費されていると考えられ、次のＳ２０６に進む。Ｓ２０６でＥＣＵ４０は運転状態に基づいて目標ΔＡ／Ｆマップより求まる目標ΔＡ／Ｆの値を算出する。次にＳ２０７では、ΔＡ／Ｆと目標ΔＡ／Ｆが一致するか否かを判断する。Ｓ２０７でＮｏつまりΔＡ／Ｆと目標ΔＡ／Ｆが一致しない場合、ＥＣＵ４０はΔＡ／Ｆと目標Ａ／Ｆの差分量に基づきＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の弁開度をフィードバック制御する（Ｓ２０８）。

その後、Ｓ２０９において、エンジン回転数、燃料噴射量、第１空燃比および第２空燃比を取得し（Ｓ２０９）、ΔＡ／Ｆを算出する（Ｓ２１０）。その後、Ｓ２０６に戻り目標ΔＡ／Ｆを算出し、Ｓ２０７にてΔＡ／Ｆが目標Ａ／Ｆと一致するまでＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３のフィードバック制御を繰り返す。Ｓ２０７において、ΔＡ／Ｆが目標Ａ／Ｆと一致した場合は、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となっている、または近い状態にあるとしてこのフローを終了する。なお、第１の実施形態においては、吸気通路１４に還流するＥＧＲガス量を調整することで、気筒１１内の燃焼温度を変更させることが可能となる。このため、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３が筒内温度調整手段となる。

図５は第１の実施形態にて内燃機関１０を動作させたときと、従来の制御内容で内燃機関１０を動作させたときの各態様を示すタイムチャートのイメージ図の一例である。図５に示されるように、エンジン回転数が定常状態１から急加速などでアクセル開度を急激に開き、高回転な状態となる間の過渡状態では、燃料噴射量の応答速度に対して過給圧は遅れて目標過給圧に達するため、燃焼室から排出される排気ガス中の未燃成分が増加する。未燃成分が増加した状態で排気が排気浄化装置２４に流入すると未燃成分が酸化触媒２６で酸化されるため、排気浄化装置２４前後における空燃比差であるΔＡ／Ｆが大きくなる。この状態は、排気浄化装置２４下流の酸素濃度が低下していることを表す。この状態でＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９を利用して排気ガスを吸気通路１４へ還流する場合、従来のＥＧＲ弁開度制御のようにエンジン回転数および燃料噴射量にてＬＰＬ−ＥＧＲ弁開度を制御すると、還流される排気ガス中の酸素濃度が低いため、燃焼室内に流入する吸気ガスのＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなる。そのため、エンジン回転数が定常状態２となった後もＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率とずれることがあり、内燃機関１０の燃焼状態が不安定となる。

それに対し、第１の実施形態によるＥＧＲ弁開度の制御によると、排気ガス中の未燃成分の増加よって排気浄化装置２４前後の空燃比差であるΔＡ／Ｆが大きくなっても、ΔＡ／Ｆが基準ΔＡ／Ｆと一致するようにＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の開度をフィードバック制御する。そのため、気筒１１内に流入する吸気ガスのＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に対しずれる量を抑えることができ、内燃機関１０の燃焼状態が不安定となることを防止できる。

以上に説明されるように、第１の実施形態の内容によれば、排気浄化装置２４下流から吸気通路１４へ還流されるＬＰＬ−ＥＧ装置２９路が設けられた内燃機関１０であり、急加速時のように排気ガス中に未燃成分が増加した状態でＬＰＬ−ＥＧＲ装置２９によって排気還流が行われた場合であっても気筒１１内に吸入される吸気ガス内の酸素濃度を一定に保つことができ、内燃機関１０の燃焼状態が不安定となることを防止できる。
（第２の実施形態）

次に第２の実施形態に係るＥＧＲ弁の制御を図６にしたがって説明する。この実施形態では、ＥＧＲモードがＬＰＬモード又はＭＰＬモードの場合に、さらに排気浄化装置２４の温度に基づいて酸化触媒２６における未燃成分の酸化の判断を行うものである。

第２の実施形態では、ＥＣＵ４０の記憶装置４１には、第１の実施形態に加えて、排気温度センサ３７の出力値に基づいて排気浄化装置２４の温度を求める触媒温度マップと、運転状態に基づいて排気浄化装置２４の基準温度（基準触媒温度）を求める基準触媒温度マップとを備える。なお、排気浄化装置２４の基準温度とは、エンジン回転数と噴射量とから求まる運転状態において、排気ガス中に未燃成分がある一定量存在する場合に排気浄化装置２４が達する温度である。また、各温度マップは機関温度、冷却水温度、オイル温度、大気温度、大気圧などによって補正してもよい。

図６は、第２の実施形態に係るＥＣＵ４０のＥＧＲ弁開度フィードバック制御の流れを示すフローチャートである。なお、基本ＥＧＲ弁開度制御に関するフローは第１の実施形態と同様のため省略する。また、Ｓ３０１〜Ｓ３０５はそれぞれ実施の形態１のＳ２０１〜Ｓ２０５に対応する。Ｓ３０５でＹｅｓつまりΔＡ／Ｆの値が基準ΔＡ／Ｆ値を超えた場合は、排気浄化装置２４の酸化触媒２６にて酸素が消費される可能性があるとして次のＳ３０６に進む。ＥＣＵ４０は触媒温度マップより求まる排気浄化装置２４の温度の算出（Ｓ３０６）と、基準触媒温度マップより求まる基準触媒温度を算出する（Ｓ３０７）。

次にＥＣＵ４０はＳ３０８でＳ３０６で求めた排気浄化装置２４の温度がＳ３０７で求めた基準触媒温度を超えるか否かを判定する。酸化触媒２６で排気ガス中の未燃成分が酸化される状態では、酸素濃度が変化するとともに排気浄化装置２４の温度が上昇する。よって、Ｓ３０８でＮｏの場合つまり排気浄化装置２４の温度が基準触媒温度を超えない場合は、空燃比センサの誤検出などでΔＡ／Ｆがずれている可能性がある。そのため、Ｓ３１４に進み、基本ＥＧＲ弁開度算出手段にて算出した値でＨＰＬ−ＥＧＲ弁３１、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３、スロットル弁２１を制御し、このフローを終了する。なお、ＥＧＲモードがＬＰＬモードの場合、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁の開度は０、つまり閉弁された状態に制御される。

一方Ｓ３０８でＹｅｓの場合つまり排気浄化装置２４の温度が基準触媒温度を超える場合は、排気浄化装置２４にて酸素が消費されていると判断できる。そのため、第１の実施形態のＳ２０６〜Ｓ２０９に対応するＳ３０９〜Ｓ３１２に沿ってＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の開度をフィードバック制御する。

第２の実施形態によれば、排気浄化装置２４前後の酸素濃度に変化があり、かつ排気浄化装置２４の温度が上昇した場合にＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の開度をフィードバック制御する。通常、排気浄化装置２４内で未燃成分が燃焼される状態では、排気浄化装置前後の空燃比が変化することに加え、排気浄化装置の温度も上昇する。よって、未燃成分の燃焼を検出する条件に排気浄化装置の温度を加えることで、排気浄化装置２４における未燃成分の酸化をより精度よく検出することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○気筒１１内の燃焼温度を調整するための筒内温度調整手段として、ＥＣＵ４０を用いてＬＰＬ−ＥＧＲ弁３３の開度を調整したが、筒内調整手段はこれに限らない。例えば、燃焼室内に燃料を供給する燃料噴射の噴射時期を進角および遅角する、メイン噴射前に燃料を噴射するパイロット噴射量を増減させるなど、燃焼噴射タイミング、燃料噴射量を調整することで筒内温度を調整してもよいし、スロットル弁２１を開閉することでＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近づけ筒内温度を調整してもよいし、可変ノズルベーンの開度を調整し過給圧を増減することで筒内温度を調整してもよい。この場合、ＥＣＵ４０によって制御される燃料噴射装置１２、スロットル弁２１、ターボチャージャー１８のノズルベーンのいずれかが筒内温度調整手段となる。

○排気ガス中の未燃成分の酸化の有無を排気浄化装置２４の温度を利用して判断したが、これに限らず、酸化触媒２６の温度やＤＰＦ２７の温度を用いて未燃成分の酸化の有無の判断を行ってもよい。
○基準触媒温度の算出をエンジン回転数および噴射量よりもとまる可変の値としたが、常に一定となる固定値により定めてもよい。

１０…内燃機関、 １４…吸気通路、 １６…排気通路、 ２４…排気浄化装置、 ２６…酸化触媒、 ２９…ＬＰＬ−ＥＧＲ装置、 ３２…ＬＰＬ−ＥＧＲ通路、 ３３…ＬＰＬ−ＥＧＲ弁（筒内温度調整手段）、 ３５…第１空燃比センサ（第１推定手段、第１空燃比検出手段）、 ３６…第２空燃比センサ（第２推定手段、第２空燃比検出手段）、 ３８…回転数センサ（運手状態検出手段）、 ３９…アクセル開度センサ（運転状態検出手段）、 ４０…ＥＣＵ（制御手段）

Claims (4)

1. 排気通路に設けられた酸化触媒を有する排気浄化装置と、
   前記排気浄化装置の下流の排気通路と吸気通路とを連通するＬＰＬ−ＥＧＲ通路と
   を有する内燃機関であって、
   燃焼室内の温度を調整する筒内温度調整手段と、
   前記筒内温度調整手段を制御する制御手段と、
   前記排気浄化装置の上流を流れる排気ガス中の成分比を推定する第１推定手段と、
   前記排気浄化装置の下流を流れる排気ガス中の成分比を推定する第２推定手段と
   をさらに備え、
   前記制御手段は、前記第１推定手段と前記第２推定手段との差分量に基づいて前記筒内温度調整手段を制御することを特徴とする内燃機関。
2. 前記第１推定手段は前記排気浄化装置の上流の排気通路に設置される第１空燃比検出手段であり、
   前記第２推定手段は前記排気浄化装置の下流の排気通路に設置される第２空燃比検出手段であり、
   前記排気ガス中の成分比は空燃比であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ＬＰＬ−ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガス量を調整するＬＰＬ−ＥＧＲ量調整手段と
   をさらに備え、
   前記筒内温度調整手段は前記ＬＰＬ−ＥＧＲ量調整手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と
   をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記運転状態検出手段の検出値より目標差分量を算出し、前記差分量が前記目標差分量に一致するように前記筒内温度調整手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。

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