JP2012167545A - 排気還流装置およびこの排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の排気還流装置は、一時的に停止状態にある内燃機関の再始動時に所望の量のＥＧＲガスを吸気通路へと還流させることができない。
【解決手段】本発明による排気還流装置３６は、一端が吸気通路２６ａに連通すると共に他端が排気通路３５ａに連通し、内燃機関１０から排出される排気の一部を吸気通路２６ａに導くためのＥＧＲ通路３９ａと、このＥＧＲ通路３９ａの一端側に配されて当該ＥＧＲ通路３９ａを流れる排気の流量を制御するためのＥＧＲ制御弁４０と、ＥＧＲ通路３９ａの他端側に配されて当該ＥＧＲ通路３９ａを開閉するための開閉弁４１と、ＥＧＲ通路３９ａの他端が連通する部分の排気通路３５ａを流れる排気圧を上昇させるための排気昇圧手段１６，４４とを具える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気の一部を吸気に加えることによってエミッション、つまり窒素酸化物の発生量を抑制できるようにした排気還流装置およびこの排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法に関する。

排気通路内を流れる排気ガスの一部を吸気通路から燃焼室内に戻し、燃焼室内における混合気の燃焼温度を低下させることにより、排気ガス中に占める窒素酸化物の割合を低減させるようにしたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気還流）装置が知られている。このＥＧＲ装置においては、両端が吸気通路と排気通路とに連通するＥＧＲ通路の途中にこのＥＧＲ通路を開閉し得るＥＧＲ制御弁を介装し、所定の運転領域にて排気ガスを吸気通路側へ還流させている。

近年、排気の浄化に対する社会的要求が著しく高まっており、このような観点から車両が停止中の場合には内燃機関の作動を停止させ、燃料の無駄な消費を抑制すると同時に二酸化炭素の無駄な排出を防止する、いわゆるアイドルストップ制御も推進されている。しかしながら、このようなアイドルストップ制御における内燃機関の再始動時には、ＥＧＲ通路には有効となる排気が介在していないため、特に始動の最初に燃料と共に燃焼室に供給される吸気に対し、排気を含ませることが困難である。

このような問題を解決する技術が特許文献１にて提案されている。すなわち、アイドルストップ制御において、内燃機関の停止時にＥＧＲ通路にＥＧＲガスを一時的に貯留しておき、内燃機関の再始動時、特に最初に供給される燃料が燃焼する初爆気筒に対し、ＥＧＲガスを吸気に加えて供給できるようにしている。

特開２００７−２６２９０２号公報

特許文献１において、ＥＧＲ通路に一時的に貯留されるＥＧＲガスは、内燃機関の停止直前の排気通路を流れていた排気の一部であり、高圧のＥＧＲガスをＥＧＲ通路に貯留することが本質的に困難である。このため、内燃機関の再始動時にＥＧＲ弁を開弁しても、ＥＧＲ通路から吸気通路に送り出すことができるＥＧＲガスの量が実質的に不足傾向となり、狙い通りの制御を正確に行うことができない。

本発明の目的は、内燃機関を一時的に停止してからこれを再始動させる際に、吸気に与えられる排気の高密度化を向上させることができるようにした排気還流装置およびこの排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法を提供することにある。

本発明の第１の形態は、一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、内燃機関から排出される排気の一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の一端側に配されて当該ＥＧＲ通路を流れる排気の流量を制御するためのＥＧＲ制御弁と、前記ＥＧＲ通路の他端側に配されて前記ＥＧＲ通路を開閉するための開閉弁と、前記ＥＧＲ通路の他端が連通する部分の前記排気通路を流れる排気圧を上昇させるための排気昇圧手段とを具えたことを特徴とする排気還流装置にある。

本発明において、内燃機関に対する停止要求があった場合、排気昇圧手段により排気通路を流れる排気の圧力を上昇させて高圧となった排気をＥＧＲ通路に導く。そして、ＥＧＲ制御弁によりＥＧＲ通路を閉止し、さらに開閉弁を閉じて吸気通路側の圧力と排気通路側の圧力との差圧に応じた排気をＥＧＲ制御弁と開閉弁との間のＥＧＲ通路に一時的に閉じ込めた後、内燃機関を停止する。この場合、ＥＧＲ通路に一時的に貯留される排気は、排気昇圧手段により高密度化したものとなっている。この状態で内燃機関に対する始動要求があった場合、ＥＧＲ制御弁が直ちに開弁して高密度状態の排気が吸気通路に導かれ、ここを流れる吸気と混合される。開閉弁はＥＧＲ制御弁の開弁後、一時的に貯留されていた排気の消費、つまり吸気通路への流出に伴って開弁状態へと切り替えられ、内燃機関に対する停止要求のあった以前の状態に戻る。

本発明の第１の形態による排気還流装置において、排気昇圧手段が内燃機関の可変動弁機構と、この可変動弁機構およびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むものであってよい。または、排気昇圧手段が可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機と、この可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機の可変ノズルベーンおよびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むものであってよい。あるいは、排気昇圧手段が排気通路とＥＧＲ通路の他端との連通部分よりも下流側の排気通路を絞るための絞り弁と、この絞り弁およびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むものであってよい。

本発明の第２の形態は、一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、内燃機関から排出される排気の一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の一端側に配されて当該ＥＧＲ通路を流れる排気の流量を制御するためのＥＧＲ制御弁と、前記ＥＧＲ通路の他端側に配されて前記ＥＧＲ通路を開閉するための開閉弁とを有する排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法であって、前記内燃機関の停止要求があった場合に排気通路を流れる排気の圧力を上昇させるステップと、排気の圧力を上昇させた後に前記ＥＧＲ制御弁を閉止するステップと、前記ＥＧＲ制御弁を閉止した後に前記開閉弁を閉止すると共に内燃機関を停止させるステップとを具えたことを特徴とする内燃機関の運転制御方法にある。

本発明の第２の形態による内燃機関の運転制御方法において、内燃機関の停止要求後に内燃機関の始動要求があった場合、内燃機関をモータリングさせるステップと、ＥＧＲ制御弁を開弁してＥＧＲ通路に一時的に貯留されたＥＧＲガスを吸気に含ませてモータリング中の内燃機関に供給するステップと、ＥＧＲガスを混合した吸気が導かれるモータリング中の内燃機関の燃焼室に燃料を供給して内燃機関を始動させるステップと、内燃機関が始動した後に内燃機関のモータリングを終了すると共に前記開閉弁を開放状態に切り換えるステップとをさらに具えることができる。

本発明の排気還流装置によると、ＥＧＲ通路の他端が連通する部分の排気通路を流れる排気圧を上昇させるための排気昇圧手段を具えているので、内燃機関に対する停止要求があった場合、高圧となった排気をＥＧＲ通路に閉じ込めておくことができる。

排気昇圧手段が内燃機関の可変動弁機構と、この可変動弁機構およびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含む場合、排気弁の開弁時期を変更するだけで排気通路を流れる排気圧の昇圧を簡単に行うことができる。

排気昇圧手段が可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機と、可変ノズルベーンおよびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含む場合、ベーンの開度を変更するだけで排気通路を流れる排気圧の昇圧を簡単に行うことができる。

排気昇圧手段が排気通路とＥＧＲ通路の他端との連通部分よりも下流側の排気通路を絞るための絞り弁を含む場合、この絞り弁の開度を変更するだけで排気通路を流れる排気圧の昇圧を簡単に行うことができる。

本発明の内燃機関の運転制御方法によると、内燃機関の停止要求があった場合に排気通路を流れる排気の圧力を開閉弁の閉止まで一時的に上昇させておくようにしたので、高圧の排気を確実にＥＧＲ通路に閉じ込めておくことができる。

本発明による排気還流装置を圧縮点火方式の内燃機関に応用した一実施形態の概念図である。 図１に示した実施形態における制御ブロック図である。 図１に示した実施形態における排気還流装置の制御の流れを模式的に示すフローチャートである。 本発明の他の一実施形態における排気還流装置の制御の流れを模式的に示すフローチャートである。

本発明による排気還流装置を圧縮点火方式の内燃機関に応用した実施形態について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の適用対象となるものに要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火方式の内燃機関に対しても本発明は有効である。

本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図２に示す。すなわち、本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火方式の多気筒内燃機関である。しかしながら、単気筒の内燃機関であっても本発明を適用し得ることは言うまでもない。

燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１３および排気ポート１４が形成されたシリンダーヘッド１５には、可変動弁機構１６（図２参照）と、先の燃料噴射弁１１とが組み込まれている。

本実施形態における可変動弁機構１６は、吸気ポート１３を開閉する吸気弁１７および排気ポート１４を開閉する排気弁１８を含み、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁１７および排気弁１８の開閉タイミングを変更し得るものである。この可変動弁機構１６は、エンジン１０の運転中に油圧やアクチュエーターなどを用いて吸排気弁１７，１８の開閉時期を変更し得るものであればよく、周知のものを採用することが可能である。本発明の排気昇圧手段として利用することも可能な可変動弁機構１６は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１９の吸排気弁開閉時期変更部２０にてその開閉時期を早めたり、逆に遅めたりすることができるようになっている。この吸排気弁開閉時期変更部２０は、ＥＣＵ１９の運転状態判定部２１にて判定される車両の運転状態に基づき、吸排気弁開閉時期設定部２２にて設定される吸排気弁１７，１８の開閉時期となるように、可変動弁機構１６を駆動する。なお、このような可変動弁機構１６に代えて吸気弁１７および排気弁１８の開閉タイミングが固定された動弁機構を採用することも可能である。

燃料噴射弁１１は、これら吸気弁１７および排気弁１８に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨んで配されている。本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料である軽油を圧縮行程の終了直前、つまりピストン２３の圧縮上死点直前にのみ燃焼室１２内に直接噴射する直噴単噴射型式のものである。しかしながら、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程の途中においてにも噴射する多噴射型式のものや、吸気ポート１３内に噴射するポート噴射形式のものなどを採用することも可能である。

燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル２４の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ１９により制御される。アクセルペダル２４の踏み込み量は、アクセル開度センサー２５により検出され、その検出情報がＥＣＵ１９に出力される。

吸気ポート１３に連通するようにシリンダーヘッド１５に連結されて吸気ポート１３と共に吸気通路２６ａを画成する吸気管２６の途中には、吸気通路２６ａの開度を調整するためのスロットル弁２７が組み込まれている。このスロットル弁２７の開度は、アクセルペダル２４の踏み込み量などを含む車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１９によりスロットルアクチュエーター２８を介して制御される。

ピストン２３が往復動するシリンダーブロック２９には、水温センサー３０と、クランク角センサー３１とが取り付けられている。水温センサー３０は、燃焼室１２を囲むようにシリンダーブロック２９に形成された水ジャケット３２内を流れる冷却水の温度を検出してこれをＥＣＵ１９に出力する。クランク角センサー３１は、連接棒３３を介してピストン２３が連結されるクランク軸３４の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１９に出力する。ＥＣＵ１９は、水温センサー３０からの情報に基づいて暖機運転の必要性の有無などを把握する一方、クランク角センサー３１からの情報に基づいてクランク軸３４の回転位相やエンジン回転数を実時間で把握する。

エンジン１０には、排気通路３５ａ内を流れる排気の一部を吸気通路２６ａに導くＥＧＲ装置３６と、排気タービン式過給機３７と、排気浄化装置３８とが組み込まれている。

排気中の窒素酸化物の低減や燃費の向上を企図したＥＧＲ装置３６は、ＥＧＲ通路３９ａを画成するＥＧＲ管３９と、このＥＧＲ管３９に相隔てて設けられるＥＧＲ制御弁４０および開閉弁４１と、熱交換器４２とを具えている。ＥＧＲ管３９は、排気ポート１４と共に排気通路３５ａを画成する排気管３５に一端が連通すると共に他端が上述したスロットル弁２７とこのスロットル弁２７よりも下流側に配されたサージタンク４３との間の吸気管２６内に連通している。吸気管２６とＥＧＲ管３９との接続部分に近接してＥＧＲ管３９の一端側に配され、ＥＣＵ１９によりその作動が制御されるＥＧＲ制御弁４０は、車両の運転状態に基づき、ＥＧＲ通路３９ａから吸気通路２６ａへと還流される排気の流量を制御する。排気管３５とＥＧＲ管３９との接続部分側に配される開閉弁４１は、ＥＧＲ通路３９ａを単純に開閉するためのものであり、ＥＣＵ１９によってその開閉動作が制御される。本実施形態では、閉止したＥＧＲ制御弁４０と開閉弁４１とで仕切られるＥＧＲ通路３９ａの容積がエンジン１０の排気量とほぼ同じになるように、ＥＧＲ制御弁４０と開閉弁４１との間隔およびこれらの間のＥＧＲ通路３９ａの内径が適切に設定されている。ＥＧＲ通路３９ａに流入する排気の温度を低減させるための熱交換器４２は、ＥＧＲ管３９の他端側、つまり排気管３５およびＥＧＲ管３９の接続部分と開閉弁４１との間に位置するＥＧＲ管３９の途中に配されている。この熱交換器４２には、シリンダーブロック２９に形成された水ジャケット３２を流れる冷却水が導かれ、高温の排気を効率よく冷却することによって、ＥＧＲ通路３９ａに導かれるＥＧＲガスの充填効率を高める。

排気タービン式過給機（以下、単に過給機と記述する）３３は、排気通路３５ａを流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行い、吸気の充填効率を高めるためのものである。この過給機３７は、コンプレッサー３７ａとこのコンプレッサー３７ａと一体に回転するタービン３７ｂとで主要部が構成された可変ノズルベーン式ターボ過給機である。コンプレッサー３７ａは、スロットル弁２７よりも上流側に位置する吸気管２６の途中に組み込まれている。タービン３７ｂは、排気ポート１４に連通するようにシリンダーヘッド１５に連結された排気管３５の途中に組み込まれている。本実施形態におけるタービン３７ｂは、車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１９によりベーンアクチュエーター４４（図２参照）を介して開度が制御される図示しない可変ノズルベーン（以下、単に可変ベーンと記述する）を具えている。つまり、ベーンアクチュエーター４４を作動して可変ベーンの開度を変更することにより、排気の運動エネルギーの利用効率を変え、結果として吸気の充填効率を変更することができる。本実施形態では、この過給機３７のタービン３７ｂの可変ベーンおよびベーンアクチュエーター４４を本発明における排気昇圧手段として利用することができる。このような過給機３７としては、エンジン１０の運転中に油圧やアクチュエーターなどを用いて可変ベーンの開度を変更し得るものであればよく、周知のものを採用することが可能である。

なお、高温の排気にさらされるタービン３７ｂ側からの伝熱によりコンプレッサー３７ａを介して加熱される吸気温を低下させるため、コンプレッサー３７ａとサージタンク４３との間の吸気通路２６ａの途中には、インタークーラー４５が組み込まれている。また、過給器のコンプレッサー３７ａよりも上流側の吸気管２６には、ここの吸気通路２６ａを流れる吸気の流量を検出してこれをＥＣＵ１９に出力するエアーフローメーター４６が設けられている。

燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置３８は、過給機３７のタービン３７ｂよりも下流側の排気通路３５ａを画成する排気管３５の途中に配されている。本実施形態における排気浄化装置３８は、少なくとも酸化触媒コンバーター３８ａを有するが、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)や、ＮＯ_X触媒などの他の触媒コンバーターを追加することも可能である。

従って、ＥＧＲ通路３９ａを介して吸気通路２６ａ内に還流される排気ガスと共に燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン２３の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが排気浄化装置３８を通って排気管３５から大気中に排出される。この場合、吸気中に含まれるＣＯ₂によって混合気の燃焼温度が低下するため、混合気の燃焼に伴って生成する窒素酸化物の量が抑制されることとなる。

ここで、車両の運転中にエンジン停止要求があった場合、ＥＧＲ通路３９ａに高圧のＥＧＲガスを蓄えておき、燃料噴射弁１１からの燃料の供給を停止し、エンジン始動要求があるまでエンジン１０を停止する。エンジン始動要求があった場合、再び燃料噴射弁１１からエンジン１０の燃焼室１２に燃料を供給するが、この時、ＥＧＲ制御弁４０を開弁してＥＧＲ通路３９ａに蓄えられていたＥＧＲガスを吸気通路２６ａの吸気に加える。これにより、エンジン再始動の初爆時からＥＧＲ制御が行われるようにする。なお、本発明における「エンジン停止要求」とは、車両のアイドリング運転状態のように、エンジン１０の運転中にアクセルペダル２４の踏み込み量が０かつ車速が０となった場合を言う。また、本発明における「エンジン始動要求」とは、「エンジン停止要求」によってエンジン１０を停止した状態から、運転者が車両の発進のためにアクセルペダル２４が踏み込まれた場合を言う。

ＥＣＵ１９は、アクセル開度センサー２５，水温センサー３０，クランク角センサー３１，エアーフローメーター４６などからの検出情報に基づき、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握する。そして、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，可変動弁機構１６，スロットル弁２７，ＥＧＲ制御弁４０，可変ベーン，開閉弁４１などの作動を制御する。このため、本実施形態におけるＥＣＵ１９は、運転状態判定部２１と、吸排気弁開閉時期変更部２０と、吸排気弁開閉時期設定部２２と、始動モーター駆動部４７と、スロットル開度設定部４８と、スロットル弁駆動部４９と、燃料噴射設定部５０と、燃料噴射弁駆動部５１と、ベーン開度設定部５２と、ベーン駆動部５３と、ＥＧＲ量設定部５４と、ＥＧＲ弁駆動部５５と、開閉弁駆動部５６とを具えている。

運転状態判定部２１は、アクセル開度センサー２５，水温センサー３０，クランク角センサー３１，エアーフローメーター４６などからの検出情報に基づいて車両およびエンジン１０の運転状態を把握する。つまり、この運転状態判定部２１ではエンジン停止要求やエンジン始動要求の有無なども併せて判定される。

吸排気弁開閉時期設定部２２は、先の運転状態判定部２１による車両およびエンジン１０の運転状態に基づき、あらかじめ設定された最適な吸排気弁１７，１８の開閉時期を設定し、この情報を吸排気弁開閉時期変更部２０に出力する。吸排気弁開閉時期変更部２０は、吸排気弁開閉時期設定部２２にて設定された吸排気弁１７，１８の開閉時期となるように、可変動弁機構１６を駆動する。

始動モーター駆動部４７は、図示しないイグニッションキースイッチのオン信号や先のエンジン始動要求に基づき、クランク軸３４に図示しない継手を介して接続するエンジン始動モーター５７（図２参照）の作動を制御する。エンジン始動モーター５７は、エンジン１０のモータリングを行う。

スロットル開度設定部４８は、アクセル開度センサー２５によって検出されるアクセルペダル２４の踏み込み量や車両の運転状態に基づき、あらかじめ設定された最適なスロットル開度を設定する。スロットル弁駆動部４９は、スロットルアクチュエーター２８を介してこのスロットル開度設定部４８にて設定された開度にスロットル弁２７を制御する。なお、本実施形態においてエンジン停止要求があった場合、吸気通路２６ａを流れる吸気圧と排気通路３５ａを流れる排気圧との差圧をできるだけ大きくし、より高圧の排気がＥＧＲ通路３９ａに流入するように、スロットル弁２７が閉じられるようになっている。

燃料噴射設定部５０は、アクセル開度センサー２５からの検出信号に基づいてエンジン１０の駆動トルク、つまり燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量とその噴射時期とを設定する。燃料噴射弁駆動部５１は、この燃料噴射設定部５０にて設定された燃料噴射量に対応した燃料が設定された噴射時期に噴射されるように燃料噴射弁１１を駆動する。

エンジン１０を搭載した車両が予め設定されたＥＧＲ運転領域にあることをＥＣＵ１９の運転状態判定部２１が判定した場合、ＥＧＲ量設定部５４は、この時の車両の運転状態に応じて燃焼室１２内に還流すべきＥＧＲ量、つまりＥＧＲ制御弁４０の開度を設定する。ＥＧＲ弁駆動部５５は、ＥＧＲ量設定部５４にて設定された開度にＥＧＲ制御弁４０を制御し、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路３９ａを塞ぐように閉じた状態に保持する。エンジン停止要求があった場合にもＥＧＲ制御弁４０は閉止状態に保持される。

ベーン開度設定部５２は、エンジン回転速度や車両の運転状態に基づいて過給機３７のタービン３７ｂのベーン開度を設定する。ベーン駆動部５３は、このベーン開度設定部５２にて設定されたベーン開度となるように、ベーンアクチュエーター４４を介して可変ベーンを駆動する。なお、エンジン停止要求があった場合には可変ベーンの開度が最少に絞られ、過給機３７のタービン３７ｂよりも上流側の排気通路３５ａの排気圧が高められ、これにより高圧の排気をＥＧＲ通路３９ａへ導くことができる。

開閉弁駆動部５６は、先のエンジン停止要求やエンジン始動要求に基づき、あらかじめ設定されたプログラムに従って開閉弁４１の開閉を制御する。より具体的には、ＥＧＲ制御弁４０を閉弁してから一定時間後に開閉弁４１を閉止するが、この閉止時期はエンジン１０からの排気流量がＥＧＲ制御弁４０を閉弁してからエンジン１０の排気量に達した時点を想定している。また、エンジン始動要求に基づいてＥＧＲ制御弁４０に対するＥＧＲ制御を開始してから一定時間後に開閉弁４１を全開状態に切り換えるが、この切り換え時期も全気筒での燃料の燃焼が完了した時点を想定している。

このような本実施形態におけるＥＧＲ制御に関する手順は、図３に示すフローチャートに従って行われる。すなわち、まずＳ１０のステップにて水温センサー３０によって検出されるエンジン１０の冷却水温Ｔ_Wが閾値Ｔ_R以上であるか否かを判定し、エンジン１０の冷却水温Ｔ_Wが閾値Ｔ_R以上となるまでこのＳ１０のステップが繰り返される。エンジン１０が燃焼の安定しない暖機状態にある場合、ＥＧＲ制御に移行することは望ましくないので、この閾値Ｔ_RはＥＧＲ制御を円滑に行うことができる冷却水温の最低値であり、一般的には８０℃前後に設定される。

Ｓ１０のステップにて冷却水温Ｔ_Wが閾値Ｔ_R以上である、すなわちＥＧＲ制御を円滑に行うことができると判断した場合には、Ｓ１１のステップに移行してエンジン停止要求があるか否かを判定する。ここで、エンジン停止要求がないと判断した場合には、Ｓ１０のステップに戻って上述の判断が繰り返される。

Ｓ１１のステップにてエンジン停止要求があると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して可変ベーンおよびスロットル弁２７の開度を最少に絞る。これにより、タービン３７ｂよりも上流側の排気通路３５ａの排気圧を一時的に上昇させ、高圧となった排気をＥＧＲ通路３９ａに流入させる。また、エンジン１０の燃焼室に１２に導かれる吸気圧とエンジン１０の燃焼室１２から排出される排気圧との差圧をできるだけ大きくすることにより、さらに大量の排気が効率よくＥＧＲ通路３９ａに送り込まれるようにする。

次いで、Ｓ１３のステップにてタイマーのカウントアップを行うと共にＥＧＲ制御弁４０を閉止し、Ｓ１４のステップにてタイマーのカウント値Ｃ_nが所定値Ｃ_R1に達したか否かを判定する。そして、このＳ１４のステップにてタイマーのカウント値Ｃ_nが所定値Ｃ_R1に達するまで、Ｓ１２，Ｓ１３のステップが繰り返される。Ｓ１４のステップにてタイマーのカウント値Ｃ_nが所定値Ｃ_R1に達している、すなわちエンジン１０の排気量に相当する量の排気がＥＧＲ通路３９ａに導かれたと判断した場合には、Ｓ１５のステップに移行する。ここでは、開閉弁４１を閉止すると共に燃料噴射弁１１からの燃料噴射を停止してエンジン１０を一時的に停止させ、さらにタイマーのカウント値Ｃ_nを０にリセットする。

上述した操作により、ＥＧＲ制御弁４０と開閉弁４１との間のＥＧＲ通路３９ａに貯留されるＥＧＲガスは、熱交換器４２から隔離された状態となる。このため、本実施形態ではＥＧＲ制御弁４０と開閉弁４１との間のＥＧＲ通路３９ａに蓄えられたＥＧＲガスに含まれる水分が凝縮してＥＧＲ管３９の内壁に水滴となって付着するような不具合を防止することができる。

しかる後、Ｓ１６のステップに移行してエンジン始動要求があるか否かを判定し、エンジン始動要求があるまでＳ１６のステップが繰り返される。Ｓ１６のステップにてエンジン始動要求があると判断した場合には、Ｓ１７のステップに移行してエンジン始動処理、すなわちエンジン始動モーター５７を駆動してモータリングを行う。次いで、Ｓ１８のステップにてＥＧＲ制御弁４０を開弁してＥＧＲ制御を開始すると共に燃料噴射弁１１から燃料の噴射を行ってモータリング中のエンジン１０を運転状態に移行させ、同時にタイマーのカウントアップを開始する。そして、Ｓ１９のステップにてタイマーのカウント値Ｃ_nが所定値Ｃ_R2に達したか否かを判定する。そして、このＳ１４のステップにてタイマーのカウント値Ｃ_nが所定値Ｃ_R2に達するまで、Ｓ１８のステップ、つまりタイマーのカウントアップが繰り返される。

Ｓ１９のステップにてタイマーのカウント値Ｃ_nが所定値Ｃ_R2に達した、すなわち全気筒が燃焼したと判断した場合には、Ｓ２０のステップにて開閉弁４１を開放状態に移行させて排気通路３５ａからＥＧＲ通路３９ａに再び排気を導入する。すなわち、車両の運転状態に応じた通常のＥＧＲ制御をＥＧＲ制御弁４０によって行う。また、タービン３７ｂの可変ベーンの開度を全閉状態から車両の運転状態に応じた通常の制御へと移行させる。

このように、エンジン１０の始動要求に基づき、エンジン１０を再び運転状態に移行させる際に、ＥＧＲ制御弁４０を操作してＥＧＲ通路３９ａに蓄えられた高圧のＥＧＲガスを吸気通路２６ａの吸気に含ませることができる。この結果、初爆の気筒から確実にＥＧＲ制御が可能となり、窒素酸化物の量をさらに少なくすることができる。

上述した実施形態においては、本発明の排気昇圧手段として過給機３７のタービン３７ｂの可変ベーンおよびベーンアクチュエーター４４を利用したが、可変動弁機構１６を利用することも可能である。この場合、吸排気弁開閉時期設定部２２は、エンジン停止要求に基づいてエンジン１０から排出される排気圧が上昇するように、排気弁１８の開弁時期が早まるような設定を行う。吸排気弁開閉時期変更部２０は、排気弁１８の開弁時期が吸排気弁開閉時期設定部２２にて設定された時期となるように、可変動弁機構１６を駆動する。なお、エンジン停止要求があるような車両の運転状態において排気弁１８の開弁時期を進角すると、トルク変動が発生して乗員に違和感を与える可能性がある。このような不具合が危惧される場合には、排気弁１８の進角処理と同時にスロットル弁２７の開度を僅かに増大および／または燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を僅かに増大させることが有効である。

このような実施形態におけるＥＧＲ制御に関する手順は、図４に示すフローチャートに従って行われるが、先の図３のＳ１２のステップがＳ２２のステップに入れ代わっただけであり、他のステップは基本的に先の図３に示した実施形態の場合と全く同じである。すなわち、Ｓ１１のステップにてエンジン停止要求があると判断した場合には、Ｓ２２のステップに移行して排気弁１８の開弁時期が早まるように可変動弁機構１６を駆動する。これにより、エンジン１０から排気通路３５ａに排出される排気圧を一時的に上昇させ、高圧となった排気をＥＧＲ通路３９ａに流入させる。また、必要に応じてスロットル弁２７の開度を僅かに増大および／または燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を僅かに増大させ、排気弁１８の開弁時期を早めたことによるトルク変動を抑制する。次いで、Ｓ１３のステップにてタイマーのカウントアップを行うと共にＥＧＲ制御弁４０を閉止するが、これ以降のステップは先の実施形態と全く同じ処理であるので、説明を省略する。

なお、上述した可変動弁機構１６と可変ベーンを具えた過給機３７とを本発明における排気昇圧手段として同時に併用することも可能である。また、可変動弁機構１６や可変ベーンを具えた過給機３７以外の排気昇圧手段として、次のようなものも採用することができよう。すなわち、排気通路３５ａとＥＧＲ通路３９ａの他端との連通部分よりも下流側の排気通路３５ａの通路断面積を一時的に絞ることが可能な絞り弁と、これを駆動するためのアクチュエーターとを具えたものを提示することができる。その一例として、特開２０１０−２４２６１７号公報に開示されたものが知られている。また、これと同様な機構が組み込まれた排気ブレーキ装置を流用することもできる。

エンジン停止要求が出力される運転状態においては、エンジン１０が常にほぼ一定の運転状態となっていることから、上述した実施形態では開閉弁４１の閉弁タイミングをＥＧＲ制御弁４０の閉弁時期から一定時間後となるように、タイマー制御を行っている。しかしながら、排気昇圧手段によって排気圧を上昇させた後、排気通路３５ａからＥＧＲ通路３９ａに流入する排気流量を推定し、開閉弁４１の閉弁タイミングを制御するようにしてもよい。より具体的には、エンジン停止要求があった場合、排気昇圧手段によって排気圧を上昇させてＥＧＲ制御弁４０がＥＧＲ通路３９ａを閉止した後、エンジン１０から排出されてＥＧＲ通路３９ａに蓄えられるＥＧＲガスの量、つまり排気流量を連続的に算出する。そして、この排気流量の積算値がエンジン１０の排気量に達した時点で開閉弁４１を閉弁する。

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃焼室
１３ 吸気ポート
１４ 排気ポート
１５ シリンダーヘッド
１６ 可変動弁機構
１７ 吸気弁
１８ 排気弁
１９ ＥＣＵ
２０ 吸排気弁開閉時期変更部
２１ 運転状態判定部
２２ 吸排気弁開閉時期設定部
２３ ピストン
２４ アクセルペダル
２５ アクセル開度センサー
２６ 吸気管
２６ａ 吸気通路
２７ スロットル弁
２８ スロットルアクチュエーター
２９ シリンダーブロック
３０ 水温センサー
３１ クランク角センサー
３２ 水ジャケット
３３ 連接棒
３４ クランク軸
３５ 排気管
３５ａ 排気通路
３６ ＥＧＲ装置
３７ 排気タービン式過給機
３７ａ コンプレッサー
３７ｂ タービン
３８ 排気浄化装置
３８ａ 酸化触媒コンバーター
３９ ＥＧＲ管
３９ａ ＥＧＲ通路
４０ ＥＧＲ制御弁
４１ 開閉弁
４２ 熱交換器
４３ サージタンク
４４ ベーンアクチュエーター
４５ インタークーラー
４６ エアーフローメーター
４７ 始動モーター駆動部
４８ スロットル開度設定部
４９ スロットル弁駆動部
５０ 燃料噴射設定部
５１ 燃料噴射弁駆動部
５２ ベーン開度設定部
５３ ベーン駆動部
５４ ＥＧＲ量設定部
５５ ＥＧＲ弁駆動部
５６ 開閉弁駆動部
５７ エンジン始動モーター

Claims (6)

1. 一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、内燃機関から排出される排気の一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、
   このＥＧＲ通路の一端側に配されて当該ＥＧＲ通路を流れる排気の流量を制御するためのＥＧＲ制御弁と、
   前記ＥＧＲ通路の他端側に配されて前記ＥＧＲ通路を開閉するための開閉弁と、
   前記ＥＧＲ通路の他端が連通する部分の前記排気通路を流れる排気圧を上昇させるための排気昇圧手段と
   を具えたことを特徴とする排気還流装置。
2. 前記排気昇圧手段が前記内燃機関の可変動弁機構と、この可変動弁機構および前記ＥＧＲ制御弁および前記開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
3. 前記排気昇圧手段が可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機と、この可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機の可変ノズルベーンおよび前記ＥＧＲ制御弁および前記開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
4. 前記排気昇圧手段が前記排気通路と前記ＥＧＲ通路の他端との連通部分よりも下流側の前記排気通路を絞るための絞り弁と、この絞り弁および前記ＥＧＲ制御弁および前記開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
5. 一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、内燃機関から排出される排気の一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の一端側に配されて当該ＥＧＲ通路を流れる排気の流量を制御するためのＥＧＲ制御弁と、前記ＥＧＲ通路の他端側に配されて前記ＥＧＲ通路を開閉するための開閉弁とを有する排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法であって、
   前記内燃機関の停止要求があった場合に排気通路を流れる排気の圧力を上昇させるステップと、
   排気の圧力を上昇させた後に前記ＥＧＲ制御弁を閉止するステップと、
   前記ＥＧＲ制御弁を閉止した後に前記開閉弁を閉止すると共に内燃機関を停止させるステップと
   を具えたことを特徴とする内燃機関の運転制御方法。
6. 内燃機関の停止要求後に内燃機関の始動要求があった場合、内燃機関をモータリングさせるステップと、
   ＥＧＲ制御弁を開弁してＥＧＲ通路に一時的に貯留されたＥＧＲガスを吸気に含ませてモータリング中の内燃機関に供給するステップと、
   ＥＧＲガスを混合した吸気が導かれるモータリング中の内燃機関の燃焼室に燃料を供給して内燃機関を始動させるステップと、
   内燃機関が始動した後に内燃機関のモータリングを終了すると共に前記開閉弁を開放状態に切り換えるステップと
   をさらに具えたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の運転制御方法。

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