JP2012197681A - エンジン装置の排気ガス再循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン装置の排気ガス再循環システムにおいて、エンジンの吸排気圧の影響を受けずに、最適なＥＧＲガス量を確保する。
【解決手段】排気ガス再循環システムでは、回転速度検出手段及び負荷検出手段の検出結果との関係を基に算出された排気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｓｅより、ＥＧＲ弁前後の基準差圧ΔＰｏを用いて、吸気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｓｉを圧力換算で求める。次いで、直近の複数回分の実測差圧ΔＰの単純移動平均値を用いて、再度圧力換算により排気側での目標ＥＧＲガス流量Ｑｇを求め、次いで、排気側での目標ＥＧＲガス流量Ｑｇと単純移動平均値の実測差圧ΔＰと目標開度マップＭ４とに基づいて、差圧補正された目標ＥＧＲ弁開度Ｌａを求めＥＧＲ弁を目標ＥＧＲ弁開度Ｌａに応じて作動させる。
【選択図】図８

Description

本願発明は、例えば建設機械、農作業機及びエンジン発電機といった作業機に搭載されるエンジン装置において、排気マニホールドから排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気マニホールドに還流させるための排気ガス再循環システムに関するものである。

従来から、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）等の排気ガス対策として、排気ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲ装置を設けることによって、燃焼温度を低く抑えて排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）量を低減させるという技術が知られている。この種のＥＧＲ装置の一例が特許文献１及び２に開示されている。前記従来のＥＧＲ装置では、エンジンの排気マニホールドから分岐した還流管路が吸気マニホールドに接続されている。排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を還流管路経由で吸気マニホールドに供給することによって、ＥＧＲガスと吸気側からの新気とが混合され、該混合ガスがエンジンの各気筒内（吸気行程の気筒内）に導入される。

また、還流管路にはＥＧＲ率調節用のＥＧＲ弁が設けられている。この場合、エンジン回転速度やエンジン負荷等のエンジン駆動状態に応じてＥＧＲ弁の開度を調節することによって、最適なＥＧＲ率となるようにＥＧＲガス量が調節される。その結果、エンジンの燃焼状態を良好に保ちながらＮＯｘ量が低減される。ここで、ＥＧＲ率とは、ＥＧＲガス量と新気量との和でＥＧＲガス量を割った値（＝ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋新気量））のことをいう。

特開昭５７−１４８０４８号公報 特開平８−２６１０７２号公報

ところで、ＥＧＲガス量は、ＥＧＲ弁の開度に影響を受けるだけでなく、エンジンの吸排気圧にも大きく影響されることはよく知られている。しかし、前記従来の構成は、エンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジン駆動状態をパラメータとして、ＥＧＲ弁の開閉制御を実行するものであり、影響の大きいエンジンの吸排気圧がパラメータに入っていないため、吸気圧や排気圧が高い状態では、過剰な量のＥＧＲガスが各気筒内に送り込まれて新気不足に陥り、エンジンの燃焼状態が悪化して黒煙（スモーク）の発生を招来するという問題があった。

特に、作業機に搭載したエンジンに過給機を備えている場合は、例えばエンジンの過渡状態において、過給機の応答が遅れたり、過給機の存在自体が吸排気系の絞りとして作用したりすることによって、ＥＧＲガス量が過剰になることがある。そうすると、過給機の存在自体が黒煙（スモーク）の発生を招来するという問題があった。

また昨今は、エンジンに関する高次の排ガス規制が適用されるのに伴い、エンジンが搭載される作業機に、排気ガス中の大気汚染物質を浄化処理する排気ガス浄化装置としてディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）を備えることが要望されつつある。ＤＰＦは排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭという）等を捕集するものであるから、ＤＰＦ内にＰＭが堆積すれば、ＤＰＦ内の流通抵抗が増大してエンジンの排気圧が上昇することになる。つまり、ＤＰＦ内でのＰＭの堆積も、過給機の存在と同様に、黒煙の発生をもたらすのであった。

そこで、本願発明は、このような現状を検討して改善を施したエンジン装置の排気ガス再循環システムを提供することを技術的課題とするものである。

請求項１の発明に係る排気ガス再循環システムは、エンジンと、前記エンジンにおける排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、前記吸気系の吸気圧と前記排気系の排気圧との差圧を検出する差圧検出手段と、エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段とを備えているエンジン装置において、前記回転速度検出手段及び前記負荷検出手段の検出結果との関係を基に、排気側での目標ＥＧＲガス流量を求め、前記排気側での目標ＥＧＲガス流量と前記差圧検出手段の検出結果との関係から、差圧補正された目標ＥＧＲ弁開度を求め、前記ＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ弁を前記目標ＥＧＲ弁開度に応じて作動させるにあたり、前記回転速度検出手段及び前記負荷検出手段の検出結果の関係から、排気側での基準ＥＧＲガス流量を求めた上で、前記ＥＧＲ弁前後の基準差圧と前記差圧検出手段の検出結果とを用いて、前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を前記排気側での目標ＥＧＲガス流量に圧力換算するというものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載したエンジン装置の排気ガス再循環システムにおいて、前記ＥＧＲ弁前後の基準差圧を設定した基準差圧マップと、基準ＥＧＲ弁開度を設定した基準開度マップと、前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を設定した基準流量マップと、前記目標ＥＧＲ弁開度を設定した目標開度マップとを有しており、前記回転速度検出手段及び前記負荷検出手段の検出結果から、前記基準差圧マップと前記基準開度マップとを参照して、前記基準差圧と前記基準ＥＧＲ弁開度とを各々算出し、前記基準差圧及び前記基準ＥＧＲ弁開度から、前記基準流量マップを参照して前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を算出し、前記ＥＧＲ弁前後の基準差圧に基づき、前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を吸気側での基準ＥＧＲガス量に圧力換算し、前記差圧検出手段の検出結果に基づき、前記吸気側での基準ＥＧＲガス流量を排気側での目標ＥＧＲガス流量に圧力換算し、前記排気側での目標ＥＧＲガス流量及び前記差圧検出手段の検出結果から、前記目標開度マップを参照して前記目標ＥＧＲ弁開度を算出するというものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載したエンジン装置の排気ガス再循環システムにおいて、前記差圧検出手段は、前記吸気系では吸気マニホールドの吸気圧を検出し、前記排気系では排気マニホールドの排気圧を検出するように構成されているというものである。

請求項１の発明によると、エンジンと、前記エンジンにおける排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、前記吸気系の吸気圧と前記排気系の排気圧との差圧を検出する差圧検出手段と、エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段とを備えているエンジン装置において、前記回転速度検出手段及び前記負荷検出手段の検出結果との関係を基に、排気側での目標ＥＧＲガス流量を求め、前記排気側での目標ＥＧＲガス流量と前記差圧検出手段の検出結果との関係から、差圧補正された目標ＥＧＲ弁開度を求め、前記ＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ弁を前記目標ＥＧＲ弁開度に応じて作動させるから、前記ＥＧＲ弁の開閉制御において、前記排気系と前記吸気系との間の差圧をパラメータに含めることによって、前記ＥＧＲ弁の開度（前記目標ＥＧＲ弁開度）をいわばフィードフォワード的に補正できる。

このため、例えば過給機や排気ガス浄化装置を備える前記エンジンにおいて、過給機の存在自体に起因して前記エンジンの排気圧が上昇したり、前記排気ガス浄化装置内にＰＭが堆積して前記エンジンの排気圧が上昇したりした場合であっても、最適なＥＧＲガス量を確保できる。また、例えばエアクリーナが汚損して前記エンジンの吸気圧が上昇した場合でも同様に、最適なＥＧＲガス量を確保できる。すなわち、前記エンジンの吸排気圧の変動に起因して、ＥＧＲガス量が変動するのを大幅に抑制できる。従って、黒煙（スモーク）の発生を抑制して、排気エミッションの低減に寄与できるという効果を奏する。

その上、前記回転速度検出手段及び前記負荷検出手段の検出結果の関係から、排気側での基準ＥＧＲガス流量を求めた上で、前記ＥＧＲ弁前後の基準差圧と前記差圧検出手段の検出結果とを用いて、前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を前記排気側での目標ＥＧＲガス流量に圧力換算するから、前記エンジンの吸排気圧の変動によるＥＧＲガス量の変動を、極めて高精度に制御できる。従って、前記ＥＧＲ弁の開閉制御の精度が高まるという効果を奏する。

請求項２の発明によると、前記ＥＧＲ弁前後の基準差圧に基づき、前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を吸気側での基準ＥＧＲガス量に圧力換算し、前記差圧検出手段の検出結果に基づき、前記吸気側での基準ＥＧＲガス流量を排気側での目標ＥＧＲガス流量に圧力換算するため、状態方程式に沿った簡単な演算を実行するだけで、前記エンジンの吸排気圧の変動によるＥＧＲガス量の変動を高精度に制御でき、簡単な制御で効果的に、前記ＥＧＲ弁の開閉制御精度の向上を図れるという効果を奏する。また、前記基準差圧マップ及び前記基準開度マップは、前記エンジン単独での試験結果から得られるし、前記基準流量マップ及び前記目標開度マップは、前記吸排気系と前記ＥＧＲ装置とがあれば、前記エンジン自体を使わずとも特性計測が可能である。従って、手間のかかるソフトウェア設計（マップ設計）等の負担を軽減でき、コスト面でのメリットもある。

請求項３の発明によると、請求項１又は２に記載したエンジン装置の排気ガス再循環システムにおいて、前記差圧検出手段は、前記吸気系では吸気マニホールドの吸気圧を検出し、前記排気系では排気マニホールドの排気圧を検出するように構成されているから、前記ＥＧＲ弁の近傍で前記ＥＧＲ弁前後の圧力を計測するのに比べて、計測誤差を少なくできる。従って、前記ＥＧＲ弁の開閉制御の精度向上に寄与するという効果を奏する。

エンジンの燃料系統説明図である。 エンジン及び排気ガス浄化装置の関係を示す機能ブロック図である。 燃料の噴射タイミングを説明する図である。 基準差圧マップの説明図である。 基準開度マップの説明図である。 基準流量マップの説明図である。 目標開度マップの説明図である。 ＥＧＲ弁開閉制御の流れを示すフローチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）．エンジン及びその周辺の構造
まず、図１及び図２を参照しながら、エンジン７０及びその周辺の構造を説明する。図２に示すように、エンジン７０は４気筒型のディーゼルエンジンであり、上面にシリンダヘッド７２が締結されたシリンダブロック７５を備えている。シリンダヘッド７２の一側面には吸気マニホールド７３が接続されており、他側面には排気マニホールド７１が接続されている。シリンダブロック７５の側面のうち吸気マニホールド７３の下方には、エンジン７０の各気筒に燃料を供給するコモンレール装置１１７が設けられている。吸気マニホールド７３には、内部の吸気圧を検出する吸気圧センサ８５が装着され、排気マニホールド７１には、内部の排気圧を検出する排気圧センサ８６が装着されている。吸気圧センサ８５と排気圧センサ８６とが差圧検出手段８４を構成している。

図１に示すように、エンジン７０における４気筒分の各インジェクタ１１５に、コモンレール装置１１７及び燃料供給ポンプ１１６を介して、燃料タンク１１８が接続される。各インジェクタ１１５は電磁開閉制御型の燃料噴射バルブ１１９を備えている。コモンレール装置１１７は円筒状のコモンレール１２０を備えている。燃料供給ポンプ１１６の吸入側には、燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料タンク１１８が接続されている。燃料タンク１１８内の燃料が燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料供給ポンプ１１６に吸い込まれる。実施形態の燃料供給ポンプ１１６は吸気マニホールド７３の近傍に配置されている。一方、燃料供給ポンプ１１６の吐出側には、高圧管１２３を介してコモンレール１２０が接続されている。コモンレール１２０には、４本の燃料噴射管１２６を介して、４気筒分のインジェクタ１１５が接続されている。

上記の構成において、燃料タンク１１８の燃料は燃料供給ポンプ１１６によってコモンレール１２０に圧送され、高圧の燃料がコモンレール１２０に蓄えられる。各燃料噴射バルブ１１９がそれぞれ開閉制御されることによって、コモンレール１２０内の高圧の燃料が各インジェクタ１１５からエンジン７０の各気筒に噴射される。すなわち、各燃料噴射バルブ１１９を電子制御することによって、各インジェクタ１１５から供給される燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）が高精度にコントロールされる。従って、エンジン７０からの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減できると共に、エンジン７０の騒音振動を低減できる。

図３に示すように、コモンレール装置１１７は、上死点（ＴＤＣ）を挟む付近でメイン噴射Ａを実行するように構成されている。また、コモンレール装置１１７は、メイン噴射Ａ以外に、上死点より約６０°以前のクランク角度θ１の時期に、ＮＯｘ及び騒音の低減を目的として少量のパイロット噴射Ｂを実行したり、上死点直前のクランク角度θ２の時期に、騒音低減を目的としてプレ噴射Ｃを実行したり、上死点後のクランク角度θ３及びθ４の時期に、粒子状物質（以下、ＰＭという）の低減や排気ガスの浄化促進を目的としてアフタ噴射Ｄ及びポスト噴射Ｅを実行したりするように構成されている。

パイロット噴射Ｂは、メイン噴射Ａに対して大きく進角した時期に噴射することによって、燃料と空気との混合を促進させるものである。プレ噴射Ｃは、メイン噴射Ａに先立って噴射することによって、メイン噴射Ａでの着火時期の遅れを短縮するものである。アフタ噴射Ｄは、メイン噴射Ａに対して近接した時期に噴射することによって、拡散燃焼を活性化させＰＭを再燃焼させる（ＰＭを低減する）ものである。ポスト噴射Ｅは、メイン噴射Ａに対して大きく遅角した時期に噴射することによって、実際の燃焼過程に寄与せずに未燃焼の燃料として後述するＤＰＦ５０に供給するものである。ＤＰＦ５０に供給された未燃焼の燃料は後述するディーゼル酸化触媒５３上で反応し、その反応熱によってＤＰＦ５０内の排気ガス温度が上昇することになる。図３におけるグラフの山の高低は、大まかに言って各噴射段階Ａ〜Ｅでの燃料噴射量の差異を表現している。

なお、図２に示すように、燃料タンク１１８には、燃料戻り管１２９を介して燃料供給ポンプ１１６が接続されている。円筒状のコモンレール１２０の長手方向の端部に、コモンレール１２０内の燃料の圧力を制限する戻り管コネクタ１３０を介して、コモンレール戻り管１３１が接続されている。すなわち、燃料供給ポンプ１１６の余剰燃料とコモンレール１２０の余剰燃料とが、燃料戻り管１２９及びコモンレール戻り管１３１を介して燃料タンク１１８に回収されることになる。

排気マニホールド７１の排気下流側に接続された排気管７７には、後述するターボ過給機１００のタービンケース１０１と、排気ガス浄化装置の一例であるディーゼルパティキュレートフィルタ５０（以下、ＤＰＦという）とが接続される。エンジン７０の各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、排気管７７、ターボ過給機１００及びＤＰＦ５０を経由して、浄化処理をされてから外部に放出される。

図１に示すように、ターボ過給機１００は、排気系と吸気系との間（実施形態では排気管７７と吸気管７６との間）に配置されていて、タービンホイール（図示省略）を内蔵したタービンケース１０１と、ブロアホイール（図示省略）を内蔵したコンプレッサケース１０２とを備えている。タービンケース１０１の排気ガス取入れ側に排気管７７が接続され、タービンケース１０１の排気ガス排出側には、排気ガス排出管１０３を介してＤＰＦ５０が接続される。エンジン７０の各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、ターボ過給機１００のタービンケース１０１を経由してＤＰＦ５０に送られる。

一方、コンプレッサケース１０２の給気取入れ側には、給気管１０４を介してエアクリーナ（図示省略）が接続される。コンプレッサケース１０２の給気排出側には、吸気管７６を介して吸気マニホールド７３が接続される。すなわち、エアクリーナによって除塵された外気は、コンプレッサケース１０２から、吸気管７６及び吸気マニホールド７３を介してエンジン７０の各気筒に供給される。

図１に示すように、ＤＰＦ５０は、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭという）等を捕集するためのものである。実施形態のＤＰＦ５０は、耐熱金属材料製のケーシング５１内にある略筒型のフィルタケース５２に、例えば白金等のディーゼル酸化触媒５３とスートフィルタ５４とを直列に並べて収容したものである。フィルタケース５２の排気上流側にディーゼル酸化触媒５３が配置され、排気下流側にスートフィルタ５４が配置される。スートフィルタ５４は、排気ガスをろ過可能な多孔質隔壁にて区画された多数のセルを有するハニカム構造に構成されている。

ケーシング５１の一側部には、排気管７７のうち排気絞り装置８２の排気下流側に連通する排気導入口５５が設けられている。前記ケーシング５１の一側部と、フィルタケース５２の一側部は第１側壁板５６及び第２側壁板５７にて塞がれている。ケーシング５１の他側部は第１蓋板５９及び第２蓋板６０にて塞がれている。両蓋板５９，６０の間は、フィルタケース５２内に複数の連通管６２を介して連通する排気音減衰室６３に構成されている。また、第２蓋板６０を略筒型の排気出口管６１が貫通している。排気出口管６１の外周面には、排気音減衰室６３に向けて開口する複数の連通穴５８が形成されている。排気出口管６１及び排気音減衰室６３等によって消音器６４を構成している。

ケーシング５１の一側部に形成された排気導入口５５には排気ガス導入管６５が挿入されている。排気ガス導入管６５の先端は、ケーシング５１を横断して排気導入口５５と反対側の側面に突出している。排気ガス導入管６５の外周面には、フィルタケース５２に向けて開口する複数の連通穴６６が形成されている。排気ガス導入管６５のうち排気導入口５５と反対側の側面に突出する部分は、これに着脱可能に螺着された蓋体６７にて塞がれている。

ＤＰＦ５０には、検出手段の一例として、スートフィルタ５４の詰まり状態を検出するＤＰＦ差圧センサ６８が設けられている。ＤＰＦ差圧センサ６８は、ＤＰＦ５０内におけるスートフィルタ５４の上流側と下流側との各排気圧の圧力差（入口側と出口側との排気ガス差圧）を検出するものである。この場合、排気ガス導入管６５の蓋体６７に、ＤＰＦ差圧センサ６８を構成する上流側排気圧センサ６８ａが装着され、スートフィルタ５４と排気音減衰室６３との間に、下流側排気圧センサ６８ｂが装着されている。

なお、ＤＰＦ５０の上下流間の圧力差と、スートフィルタ５４（ＤＰＦ５０）内のＰＭ堆積量との間に特定の関連性があるから、ＤＰＦ差圧センサ６８にて検出される圧力差に基づき、ＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量が演算にて求められる。そして、ＰＭ堆積量の演算結果に基づき、コモンレール１２０を作動制御することにより、スートフィルタ５４（ＤＰＦ５０）の再生制御が実行される。

上記の構成において、エンジン７０からの排気ガスは、排気導入口５５を介して排気ガス導入管６５に入って、排気ガス導入管６５に形成された各連通穴６６からフィルタケース５２内に噴出し、ディーゼル酸化触媒５３からスートフィルタ５４の順に通過して浄化処理される。排気ガス中のＰＭは、スートフィルタ５４（各セル間の多孔質隔壁）に捕集される。ディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過した排気ガスは、消音器６４を介して排気出口管６１から機外に放出される。

排気ガスがディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過するに際して、排気ガス温度が再生可能温度（例えば約２５０〜３００℃）を超えていれば、ディーゼル酸化触媒５３の作用によって、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）が不安定なＮＯ_２（二酸化窒素）に酸化される。そして、ＮＯ_２がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）にて、スートフィルタ５４に堆積したＰＭを酸化除去することにより、スートフィルタ５４のＰＭ捕集能力が回復する。すなわち、スートフィルタ５４（ＤＰＦ５０）が再生するのである。

図１に示すように、排気系と吸気系との間（実施形態では排気マニホールド７１と吸気マニホールド７３との間）は、エンジン７０の排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気マニホールド７３に還流させるＥＧＲ装置９０（排気ガス再循環装置）を介して接続されている。ＥＧＲ装置９０は、排気マニホールド７１と吸気管７６との間をつなぐ還流管路としての再循環排気ガス管９１と、還流するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ９２と、再循環排気ガス管９１を開閉してＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ弁９３とを備えている。ＥＧＲクーラ９２及びＥＧＲ弁９３は、再循環排気ガス管９１の中途部に設けられている。

上記の構成において、エアクリーナから吸気絞り装置８１を介して吸気マニホールド７３側に新気（外部空気）を供給する一方、排気マニホールド７１から再循環排気ガス管９１を介してＥＧＲガスを吸気マニホールド７３側に供給する。従って、エアクリーナからの新気と排気マニホールド７１からのＥＧＲガスとは、混合されて吸気マニホールド７３に供給される。すなわち、エンジン７０から排気マニホールド７１に排出された排気ガスの一部が、吸気マニホールド７３からエンジン７０に還流されることによって、高負荷運転時の最高燃焼温度が低下し、エンジン７０からのＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が低減されることになる。

（２）．エンジンの制御関連の構成
次に、図２等を参照しながら、エンジン７０の制御関連の構成を説明する。図２に示す如く、エンジン７０における各気筒の燃料噴射バルブ１１９を作動させるＥＣＵ１１を備えている。ＥＣＵ１１は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵ３１の他、各種データを予め固定的に記憶させたＲＯＭ３２、制御プログラムや各種データを書換可能に記憶するＥＥＰＲＯＭ３３、制御プログラムや各種データを一時的に記憶するＲＡＭ３４、時間計測用のタイマ３５、及び入出力インターフェイス等を有しており、エンジン７０又はその近傍に配置される。

ＥＣＵ１１の入力側には、少なくともコモンレール１２０内の燃料圧力を検出するレール圧センサ１２、燃料ポンプ１１６を回転又は停止させる電磁クラッチ１３、エンジン７０の回転速度（クランク軸７４のカムシャフト位置）を検出する回転速度検出手段としてのエンジン速度センサ１４、インジェクタ１１５の燃料噴射回数（１行程の燃料噴射期間中の回数）を検出及び設定する噴射設定器１５、アクセル操作具（図示省略）の操作位置を検出する負荷検出手段としてのスロットル位置センサ１６、吸気系の吸気温度を検出する吸気温度センサ１７、排気系の排気ガス温度を検出する排気温度センサ１８、エンジン７０の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ１９、コモンレール１２０内の燃料温度を検出する燃料温度センサ２０、差圧検出手段８４としての吸気圧センサ８５及び排気圧センサ８６、並びに、ＤＰＦ差圧センサ６８（上流側排気圧センサ６８ａ及び下流側排気圧センサ６８ｂ）等が接続されている。

ＥＣＵ１１の出力側には、エンジン４気筒分の各燃料噴射バルブ１１９の電磁ソレノイドがそれぞれ接続されている。すなわち、コモンレール１２０に蓄えた高圧燃料が燃料噴射圧力、噴射時期及び噴射期間等を制御しながら、１行程中に複数回に分けて燃料噴射バルブ１１９から噴射されることによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑えると共に、すすや二酸化炭素等の発生も低減した完全燃焼を実行し、燃費を向上させるように構成されている。また、ＥＣＵ１１の出力側には、再循環排気ガス管９１を開閉してＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ弁９３、ＥＣＵ１１の故障を警告報知するＥＣＵ故障ランプ２２、及び、ＤＰＦ５０内における排気ガス温度の異常高温を報知する排気温度警告ランプ２３等が接続されている。

ＥＣＵ１１は、エンジン速度センサ１４にて検出される回転速度とスロットル位置センサ１６にて検出されるスロットル位置とからエンジン７０の出力トルクを求め、出力トルクと出力特性とを用いて目標燃料噴射量を演算し、当該演算結果に基づきコモンレール装置１１７が作動する燃料噴射制御を実行するように構成されている。なお、コモンレール装置１１７の燃料噴射量は、各燃料噴射バルブ１１９の開弁期間を調節して、各インジェクタ１１５の噴射期間を変更することによって調節される。また、エンジン７０の出力トルク（負荷）は、コモンレール装置１１７の燃料噴射量を基準に求めてもよい。例えばレール圧センサ１２及びエンジン速度センサ１４の検出値から出力トルク（負荷）を算出してもよいし、各インジェクタ１１５の噴射期間から燃料噴射量を求めて、出力トルク（負荷）を推定してもよい。

ＥＣＵ１１のＥＥＰＲＯＭ３３には、ＥＧＲ弁９３前後の基準差圧ΔＰｏを算出するための基準差圧マップＭ１と、基準ＥＧＲ弁開度Ｌｓを算出するための基準開度マップＭ２と、排気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｇを算出するための基準流量マップＭ３と、差圧補正された目標ＥＧＲ弁開度Ｌａを算出するための目標開度マップＭ４とが予め記憶されている（図４〜図７参照）。

図４に示す基準差圧マップＭ１は、スロットル位置センサ１６の検出値であるエンジン負荷ＬＦと、エンジン速度センサ１４の検出値であるエンジン回転速度Ｎｅとに応じた基準差圧ΔＰｏを規定するものである。実施形態では、エンジン負荷ＬＦが０〜１００％の範囲（例えば２０％刻み）、エンジン回転速度Ｎｅが０〜３０００ｒｐｍの範囲（例えば２００ｒｐｍ刻み）の場合において、基準差圧ΔＰｏ（例えば０〜４５ｋＰａの範囲）が規定されている。

図５に示す基準開度マップＭ２は、エンジン負荷ＬＦとエンジン回転速度Ｎｅとに応じた基準ＥＧＲ弁開度Ｌｓを規定するものである。実施形態では、エンジン負荷ＬＦが０〜１００％の範囲（例えば２０％刻み）、エンジン回転速度Ｎｅが０〜３０００ｒｐｍの範囲（例えば２００ｒｐｍ刻み）の場合において、基準ＥＧＲ弁開度Ｌｓ（０〜１００％の範囲）が規定されている。

図６に示す基準流量マップＭ３は、基準差圧マップＭ１を参照して得られる基準差圧ΔＰｏと、基準開度マップＭ２を参照して得られる基準ＥＧＲ弁開度Ｌｓとに応じた排気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｓｅを規定するものである。また、図７に示す目標開度マップＭ４は、排気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｓｅから圧力換算して得られる排気側での目標ＥＧＲガス流量Ｑｇと、吸気圧センサ８５及び排気圧センサ８６の検出値から求まる実測差圧ΔＰとに応じた目標ＥＧＲ弁開度Ｌａを規定するものである。

これら各マップＭ１〜Ｍ４は実験等にて求められる。例えば基準差圧マップＭ１及び基準開度マップＭ２は、エンジン７０の試験結果から得られる。基準流量マップＭ３及び目標開度マップＭ４は単体計測で得られる。すなわち、吸排気マニホールド７３，７１とＥＧＲ装置９０とがあれば、エンジン７０自体を使わなくても、基準流量マップＭ３及び目標開度マップＭ４の計測は可能である。

（３）．ＥＧＲ弁の開閉制御の態様
次に、図８のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ１１によるＥＧＲ弁９３の開閉制御の一例について説明する。実施形態のＥＣＵ１１は、エンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷ＬＦだけでなく、エンジン７０の吸排気の差圧ΔＰもパラメータに用いて、ＥＧＲ弁９３の開閉制御を実行するように構成されている。図８のフローチャートにて示すアルゴリズムはＥＥＰＲＯＭ３３に記憶されている。該アルゴリズムをＲＡＭ３４に呼び出してからＣＰＵ３１にて処理することによって、ＥＧＲ弁９３の開閉制御が実行される。

ＥＧＲ弁９３の開閉制御では、まず始めに、エンジン速度センサ１４にて検出されたエンジン回転速度Ｎｅ、スロットル位置センサ１６にて検出されたエンジン負荷ＬＦ、吸気圧センサ８５の検出値Ｐｒｉ、及び、排気圧センサ８６の検出値Ｐｒｅを所定タイミングにて（適宜時間毎に）読み込み（Ｓ０１）、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷ＬＦとから、基準差圧マップＭ１を参照してＥＧＲ弁９３前後の基準差圧ΔＰｏを算出する（Ｓ０２）。また同様に、前述の実測値Ｎｅ，ＬＦから、基準開度マップＭ２を参照して基準ＥＧＲ弁開度Ｌｓを算出する（Ｓ０３）。

次いで、先のステップで得られた基準差圧ΔＰｏ及び基準ＥＧＲ弁開度Ｌｓから、基準流量マップＭ３を参照して、排気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｓｅを算出した後（Ｓ０４）、基準差圧ΔＰｏから分かる基準吸気圧Ｐｓｉ及び基準排気圧Ｐｓｅを用いて、排気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｓｅを吸気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｓｉに圧力換算する（Ｓ０５）。これは、Ｐｓｅ×Ｑｓｅ＝Ｐｓｉ×Ｑｓｉ＝Ｃｏｎｓｔ．の状態方程式から求められる。

次いで、適宜時間毎に検出（サンプリング）した吸気圧センサ８５及び排気圧センサ８６の検出値を用いて、直近の複数回分の実測差圧ΔＰ、実測吸気圧Ｐｒｉ及び実測排気圧Ｐｒｅの単純移動平均を算出する（Ｓ０６）。以下のステップにおいて説明する実測差圧ΔＰ、実測吸気圧Ｐｒｉ及び実測排気圧Ｐｒｅは、単純移動平均の値である。このようにして、エンジン７０の駆動状態が過渡的であっても適正な目標ＥＧＲ弁開度Ｌａの算出が可能になっている。次いで、実測吸気圧Ｐｒｉ及び実測排気圧Ｐｒｅを用いて、吸気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｓｉを排気側での目標ＥＧＲガス流量Ｑｇに圧力換算する（Ｓ０７）。これは、Ｐｒｉ×Ｑｇ＝Ｐｒｉ×Ｑｓｉ＝Ｃｏｎｓｔ．の状態方程式から求められることになる。

次いで、ステップＳ０７で求めた排気側での目標ＥＧＲ弁流量Ｑｇと、単純移動平均の値である実測差圧ΔＰと、目標開度マップＭ４とに基づいて、差圧補正された目標ＥＧＲ弁開度Ｌａを算出し（Ｓ０８）、該目標ＥＧＲ弁開度Ｌａの値に応じて、ＥＧＲ弁９３を開閉作動させるのである（Ｓ０９）。

以上の説明から分かるように、ＥＧＲ弁９３の開閉制御において、排気マニホールド７１と吸気マニホールド７３との間の実測差圧ΔＰをパラメータに含めることによって、ＥＧＲ弁９３の開度（目標ＥＧＲ弁開度Ｌａ）をいわばフィードフォワード的に補正できるから、例えばターボ過給機１００やＤＰＦ５０を備えるエンジン７０において、ターボ過給機１００の存在自体に起因してエンジン７０の排気圧が上昇したり、ＤＰＦ５０内にＰＭが堆積してエンジン７０の排気圧が上昇したりした場合であっても、エンジン７０の吸気圧の変動を抑制して、最適なＥＧＲガス量を確保できる。また、例えばエアクリーナが汚損してエンジン７０の吸気圧が上昇した場合でも同様に、最適なＥＧＲガス量を確保できる。すなわち、エンジン７０の吸排気圧の変動に起因して、ＥＧＲガス量が変動するのを大幅に抑制できる。従って、黒煙（スモーク）の発生を抑制して、排気エミッションの低減に寄与できるという効果を奏する。

特に実施形態では、ＥＧＲ弁９３前後の基準差圧ΔＰｏから分かる基準吸排気圧Ｐｓｉ，Ｐｓｅと、吸排気圧センサ８５，８６の検出結果である実測吸排気圧Ｐｒｉ，Ｐｒｅとを用いて、排気側での基準ＥＧＲガス流量Ｑｓｅを排気側での目標ＥＧＲガス流量Ｑｇに圧力換算するから、エンジン７０の吸排気圧の変動によるＥＧＲガス量の変動を、極めて高精度に制御でき、ＥＧＲ弁９３の開閉制御の精度が高まるという効果を奏する。その上、かかる圧力換算は状態方程式に沿った簡単な演算を実行するだけでよく、エンジン７０の吸排気圧の変動によるＥＧＲガス量の変動を高精度に制御できることになる。従って、簡単な制御で効果的に、ＥＧＲ弁９３の開閉制御精度の向上を図れるという効果を奏する。

更に、基準差圧マップＭ１及び基準開度マップＭ２は、エンジン７０単独での試験結果から得られるし、基準流量マップＭ３及び目標開度マップＭ４は、吸排気系７３，７１とＥＧＲ装置９０とがあれば、エンジン７０自体を使わずとも特性計測が可能である。従って、手間のかかるソフトウェア設計（マップ設計）等の負担を軽減でき、コスト面でのメリットがある。その上、差圧検出手段８４は、吸気マニホールド７３の吸気圧を検出する吸気圧センサ８５と、排気マニホールド７１の排気圧を検出する排気圧センサ８６とで構成されているから、ＥＧＲ弁９３の近傍で実測差圧ΔＰ、実測吸気圧Ｐｒｉ及び実測排気圧Ｐｒｅを計測するのに比べて計測誤差を少なくできる。従って、ＥＧＲ弁９３の開閉制御の精度向上に寄与するという効果を奏する。

（４）．その他
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１１ ＥＣＵ
５０ ＤＰＦ
７０ エンジン
７１ 排気マニホールド
７３ 吸気マニホールド
７６ 吸気管
７７ 排気管
８４ 差圧検出手段
８５ 吸気圧センサ
８６ 排気圧センサ
９０ ＥＧＲ装置
９３ ＥＧＲ弁
１００ ターボ過給機

Claims (3)

1. エンジンと、前記エンジンにおける排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、前記吸気系の吸気圧と前記排気系の排気圧との差圧を検出する差圧検出手段と、エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段とを備えているエンジン装置において、
   前記回転速度検出手段及び前記負荷検出手段の検出結果との関係を基に、排気側での目標ＥＧＲガス流量を求め、前記排気側での目標ＥＧＲガス流量と前記差圧検出手段の検出結果との関係から、差圧補正された目標ＥＧＲ弁開度を求め、前記ＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ弁を前記目標ＥＧＲ弁開度に応じて作動させるにあたり、
   前記回転速度検出手段及び前記負荷検出手段の検出結果の関係から、排気側での基準ＥＧＲガス流量を求めた上で、前記ＥＧＲ弁前後の基準差圧と前記差圧検出手段の検出結果とを用いて、前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を前記排気側での目標ＥＧＲガス流量に圧力換算する、
   エンジン装置の排気ガス再循環システム。
2. 前記ＥＧＲ弁前後の基準差圧を設定した基準差圧マップと、基準ＥＧＲ弁開度を設定した基準開度マップと、前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を設定した基準流量マップと、前記目標ＥＧＲ弁開度を設定した目標開度マップとを有しており、
   前記回転速度検出手段及び前記負荷検出手段の検出結果から、前記基準差圧マップと前記基準開度マップとを参照して、前記基準差圧と前記基準ＥＧＲ弁開度とを各々算出し、
   前記基準差圧及び前記基準ＥＧＲ弁開度から、前記基準流量マップを参照して前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を算出し、
   前記ＥＧＲ弁前後の基準差圧に基づき、前記排気側での基準ＥＧＲガス流量を吸気側での基準ＥＧＲガス量に圧力換算し、前記差圧検出手段の検出結果に基づき、前記吸気側での基準ＥＧＲガス流量を排気側での目標ＥＧＲガス流量に圧力換算し、
   前記排気側での目標ＥＧＲガス流量及び前記差圧検出手段の検出結果から、前記目標開度マップを参照して前記目標ＥＧＲ弁開度を算出する、
   請求項１に記載したエンジン装置の排気ガス再循環システム。
3. 前記差圧検出手段は、前記吸気系では吸気マニホールドの吸気圧を検出し、前記排気系では排気マニホールドの排気圧を検出するように構成されている、
   請求項１又は２に記載したエンジン装置の排気ガス再循環システム。

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