JP2014005764A - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関のポンプ仕事が過度に増大することのない内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供する。
【解決手段】目標ＥＧＲ量における吸気量ｍaeと(S10)、目標ＥＧＲ量となる第１絞り面積Ａvsと(S12)、第１絞り面積Ａvsでの絞り部流速Ｖを算出する(S14)。そして、絞り部流速Ｖが０．３Ｍ（マッハ数）未満であれば、ベンチュリ装置を第１絞り面積Ａvsまで操作する(S16,S18)。絞り部流速Ｖが０．３Ｍ（マッハ数）未満でなければ、絞り部流速Ｖが０．３Ｍとなる第２絞り部面積Ａvcを算出し(S22)、第２絞り面積Ａvcで目標ＥＧＲ量を達成する第３絞り面積Ａthrを算出する(S24)。そして、排気スロットルを第３絞り面積Ａthrまで操作した後(S24)、ベンチュリ装置を第２絞り面積Ａvcまで操作する(S26)
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ制御装置に係り、特に可変ベンチュリ構造をなすＥＧＲ導入部の制御に関する。

自動車用エンジンでは、内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）及びスモーク（煤）を低減するために排ガスを吸気へ再循環させる排気再循環（ＥＧＲ）装置が設けられている。そして、近年はＮＯｘの大幅な低減要求に対し、吸気へ大量に排ガス（ＥＧＲガス）を導入することが求められており、排気通路の排気触媒の下流と吸気通路の過給機の上流とをＥＧＲクーラを介してＥＧＲ通路で接続し、過給機のコンプレッサの上流に低温低圧のＥＧＲガスを吸気に導入する低圧ＥＧＲ装置が設けられている。

そして、このような過給機のコンプレッサの上流に低温低圧のＥＧＲガスを吸気に導入する低温低圧ＥＧＲ装置では、吸気通路のＥＧＲ導入部の上流にスロットルバルブを設け、例えば、低温低圧ＥＧＲガスの導入量の増量時には、ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲバルブを開くと共に、スロットルバルブを閉じ、過給機のコンプレッサの入口圧力を低下させて、低温低圧ＥＧＲ装置のＥＧＲ経路と吸気通路とに差圧を生じさせ、低温低圧ＥＧＲガスの吸気通路への導入量を増量するようにしている。

しかしながら、スロットルバルブを閉じ、過給機のコンプレッサの入口圧力を低下させると、過給機での過給圧が低下し、延いては、内燃機関のポンプ仕事が増大して燃費が悪化することとなり好ましいことではない。
そこで、特許文献１では、過給機のコンプレッサの上流に通路面積が小さくなるノズルと、通路面積が大きくなるディフューザを備え、それらノズルとディフューザの通路面積を可変できるベンチュリ装置を設け、当該ベンチュリ装置のノズルとディフューザとの間に低温低圧ＥＧＲガスを導入している。そして、例えば、低温低圧ＥＧＲガスの導入量の増量時には、ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲバルブを開くと共に、ベンチュリ装置内の吸気の通路面積を小さくし、吸入空気の流速を増速させて通路内の圧力を低くして、低温低圧ＥＧＲガスの吸気通路への導入量を増量するようにしている。

このような、ベンチュリ装置は、ノズルとディフューザの効果により、ノズルとディフューザの通路面積をある所定の通路面積となるまでは、通路面積を減少させてもディフューザを通過すると吸入空気の流速の増速による圧力低下が回復する。
したがって、過給機のコンプレッサの出口圧力が低下することなく、内燃機関のポンプ仕事の増大を抑制して燃費が悪化を防止することができる。

特開２００９−２９９５９１号公報

このように、上記特許文献１の内燃機関のＥＧＲ制御装置では、ベンチュリ装置内の吸気の通路面積を小さくし、通路内の吸入空気の流速を増速させて通路内の圧力を低くして、低温低圧ＥＧＲガスの導入量を増加させている。
しかしながら、ベンチュリ装置は、ベンチュリ装置内の通路面積を所定の通路面積よりも小さくすると、通路がチョーク状態となり流れの損失が増大し、通路面積を小さくして低下させた通路内の圧力がディフューザを通過してもベンチュリ装置の上流の圧力まで回復しない現象が発生する。

したがって、過給機のコンプレッサの上流にスロットルバルブを設けることと同様に、過給機のコンプレッサの入口圧力が低下して過給機での過給圧が低下し、延いては、内燃機関のポンプ仕事が増大して燃費が悪化することとなる。さらに、コンプレッサの上流の圧力が低下すると、コンプレッサ本体の劣化が促進してしまう。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、内燃機関のポンプ仕事の増大を極力抑えた内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関のＥＧＲ制御装置では、内燃機関の排気通路に設けられ、排気圧力を調整する排気圧力調整手段と、前記内燃機関の吸気通路に設けられ、最小流路面積を調整可能な最小流路面積部を有するベンチュリ装置と、一端を前記吸気通路内の流路面積より小さく、且つ前記最小流路面積の調整と共に流路面積が変化し、前記ベンチュリ装置内の前記最小流路面積部を含む前記最小流路面積部の下流に、他端を前記排気圧力調整手段の上流の前記排気通路に、前記吸気通路と前記排気通路とを連通するように接続され、前記吸気通路に前記ＥＧＲガスを導入する再循環手段と、前記ＥＧＲガスの目標導入量に応じて、前記排気圧力調整手段及び前記ベンチュリ装置の作動を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の内燃機関のＥＧＲ制御装置では、請求項１において、前記制御手段は、前記ベンチュリ装置の作動を優先して制御することを特徴とする。
また、請求項３の内燃機関のＥＧＲ制御装置では、請求項１或いは２において、前記制御手段は、前記ＥＧＲガスの目標導入量に基づいて前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の前記最小流路面積を算出する流路面積算出手段と、前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の前記最小流路面積における吸入空気の流速を算出する流速算出部と、を備え、前記流速が所定流速未満となるように前記ベンチュリ装置の作動を制御し、前記流速が前記所定流速以上になると判定すると前記ベンチュリ装置の作動に加え前記排気圧力調整手段の作動を制御することを特徴とする。

また、請求項４の内燃機関のＥＧＲ制御装置では、請求項３において、前記制御手段は、前記流速が所定流速以上になると判定すると、前記排気圧力調整手段の作動を制御した後に、前記ベンチュリ装置の作動を制御することを特徴とする。
また、請求項５の内燃機関のＥＧＲ制御装置では、請求項１及び２において、前記内燃機関は、前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の上流と下流とに圧力を検出する第１圧力検出手段と第２圧力検出手段とを備え、前記制御手段は、前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の上流と下流との差圧が所定差圧未満となるように前記ベンチュリ装置の作動を制御し、前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の上流と下流との前記差圧が前記所定差圧以上となると、前記ベンチュリ装置の作動に加え前記排気圧力調整手段の作動を制御することを特徴とする。

また、請求項６の内燃機関のＥＧＲ制御装置では、請求項１から５のいずれか１項において、前記再循環手段の前記一端は、前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の直後の下流に接続されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、内燃機関の排気通路に排気圧力を調整する排気圧力調整手段と、吸気通路に最小流路面積を調整可能な最小流路面積部を有するベンチュリ装置と、一端をベンチュリ装置の吸気通路内の流路面積より小さく、且つ前記最小流路面積の調整と共に流路面積が変化し、ベンチュリ装置内の最小流路面積部を含む最小流路面積部の下流に、他端を排気圧力調整手段の上流の排気通路に、吸気通路と排気通路とを連通するように再循環手段とを設けている。そして、ＥＧＲガスの目標導入量に応じて、排気圧力調整手段とベンチュリ装置との作動を制御している。

このように構成することで、例えば、ＥＧＲガスの目標導入量が多い場合には、ベンチュリ装置の作動を制御して、ベンチュリ装置の最小流路面積部の最小流路面積を小さくして、再循環手段が接続される位置の流路面積を小さくし、吸入空気の流速を速めて再循環手段が接続される位置の圧力を降下させることで、ＥＧＲガスの導入量を増やすことが可能となる。また、例えば、ＥＧＲガスの目標ＥＧＲ量が多く、ベンチュリ装置の最小流路面積部の最小流路面積の調整のみで対応できないような場合には、ベンチュリ装置の最小流路面積部の最小流路面積の調整に加え、排気圧力制御装置の作動を制御して排気圧力を上昇させてＥＧＲガスの導入量を増加させることで、ベンチュリ装置の最小流路面積部の最小流路面積を過剰に小さくすることで吸入空気の流速が増大し、ベンチュリ装置の最小流路面積部で吸入空気の流れを阻害すること（チョーク状態）による圧力損失の増大を防止することが可能となる。

したがって、ＥＧＲガスの導入量の調整に圧力損失の少ないベンチュリ装置を用い、更にＥＧＲガスの導入量が多くなるような場合には、排気圧力を制御してＥＧＲガスの導入量を増加させることで、ＥＧＲガスの導入量に関わらず、内燃機関に導入する吸入空気の圧力を高くすることができるので内燃機関のポンプ仕事を低減することができる。
さらに、上流に吸気スロットルを配設する場合と比べ、コンプレッサ上流における圧力低下が抑制されるため、コンプレッサの保護にもつながる。

また、請求項２の発明によれば、ベンチュリ装置の作動を優先して制御してＥＧＲガスの導入量を調整することで、排気圧力調整手段の作動による排気圧力の上昇を抑制することができるので、排気圧力の上昇による燃費の悪化を抑制することができる。
また、請求項３の発明によれば、ベンチュリ装置の最小流路面積部における吸入空気の流速が所定流速未満となるようにベンチュリ装置の作動を制御し、流速が所定流速以上になると判定するとベンチュリ装置の作動に加え排気圧力調整手段の作動を制御している。

このように、ベンチュリ装置の最小流路面積部における吸入空気の流速が、例えばベンチュリ装置の最小流路面積部で吸入空気の流れを阻害することによる圧力損失の増大するような所定流速未満となるようにベンチュリ装置の最小流路面積部の最小流路面積を調整することで、吸入空気の流れの阻害を防止し、吸入空気の流れの阻害による圧力損失の増大を防止することが可能となる。また、ベンチュリ装置の最小流路面積部の調整のみではＥＧＲガスの目標導入量に満たない場合には、更に排気圧力を上昇させて吸気通路と排気通路での圧力差を大きくすることでＥＧＲ導入量を目標導入量となるようにしている。

したがって、ＥＧＲガスの導入量に関わらず、内燃機関に導入する吸入空気の圧力を高くすることができるので内燃機関のポンプ仕事を低減することができる。
また、請求項４の発明によれば、ベンチュリ装置の最小流路面積部における吸入空気の流速が所定流速以上になると判定されると、排気圧力調整手段の作動を制御した後にベンチュリ装置の作動を制御するようにしている。

例えば、内燃機関の運転状態が一定であれば、内燃機関に導入されるＥＧＲガスの導入量が増加すると吸入空気流量が低下し、ベンチュリ装置の最小流路面積部における吸入空気の流速が低下する。
したがって、ベンチュリ装置の最小流路面積部における吸入空気の流速が所定流速以上となる場合には、ベンチュリ装置の最小流路面積部の最小流路面積を調整する前に、排気圧力調整手段を作動させて、ＥＧＲガスの導入により吸入空気流量を低下させ、その後にベンチュリ装置の最小流路面積部の最小流路面積を調整することで、ベンチュリ装置の最小流路面積部における吸入空気の流速が所定流速以上となることを防止し、乱流の発生を抑制して吸入空気の流れの阻害を防止し圧力損失の増大を防止することができる。

また、請求項５の発明によれば、ベンチュリ装置の最小流路面積部の上流と下流との差圧が所定差圧未満となるようにベンチュリ装置の作動を制御し、ベンチュリ装置の最小流路面積部の上流と下流との差圧が所定差圧以上となると、ベンチュリ装置の作動に加え排気圧力調整手段の作動を制御している。
このように、ベンチュリ装置の最小流路面積部の上流と下流との差圧が、例えばベンチュリ装置の最小流路面積部で吸入空気の流れを阻害することによる圧力損失が増大する可能性がある所定差圧以上とならないようにベンチュリ装置の最小流路面積部の最小流路面積を調整することで、吸入空気の流れの阻害を防止し、吸入空気の流れの阻害による圧力損失の増大を防止することが可能となる。また、ベンチュリ装置の最小流路面積部の上流と下流との差圧が所定差圧以上となると、ベンチュリ装置の最小流路面積部の最小流路面積部で吸入空気の流れを阻害することによる圧力損失が増大となる可能性があり、ＥＧＲ導入量が目標導入量に満たない場合には、排気圧力調整手段の作動を制御して排気圧力を上昇させて吸気通路と排気通路での圧力差を大きくし、ベンチュリ装置の最小流路面積部での吸入空気の流れの阻害を防止し圧力損失の増大とならないようにし、ＥＧＲ導入量を目標導入量とすることができる。

したがって、ＥＧＲガスの導入量に関わらず、内燃機関に導入する吸入空気の圧力を高くすることができるので内燃機関のポンプ仕事を低減することができる。
また、請求項６の発明によれば、再循環手段の一端を、ベンチュリ装置の最小流路面積部の直後の下流に接続している。
例えば、ベンチュリ装置の最小流路面積部より前にＥＧＲガスを導入すると、ＥＧＲガスの導入によりベンチュリ装置の最小流路面積部での吸入空気の流速が増加し、ベンチュリ装置の最小流路面積部で吸入空気の流れを阻害することによる圧力損失の増大となる虞がある。

また、ＥＧＲ導入によって最小流路面積部の流速が増加する虞があり、その場合ベンチュリ装置と排気圧力調整手段との併用の判断にも影響がでてしまう。
したがって、再循環手段の一端を、ベンチュリ装置の最小流路面積部の直後の下流に接続することで、ＥＧＲガスの導入によるベンチュリ装置の最小流路面積部での吸入空気の流速の増加を抑制し、ベンチュリ装置の最小流路面積部での吸入空気の流れの阻害を防止し圧力損失の増大を防止するとともに、ベンチュリ装置の最小流路面積部での吸入空気の流速による制御を行いやすくすることができる。

本発明に係る内燃機関のＥＧＲ制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 図１のＡ部の一例の拡大図である。 図２のＢ−Ｂ線での断面図である。 本発明に係るＥＣＵにおける可変ベンチュリの作動制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、内燃機関のＥＧＲ制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。図２は、図１のＡ部の一例の拡大図である。また、図３は、図２のＢ−Ｂ線での断面図である。図２及び図３中の太矢印は、排ガスの流れ方向を、白抜き矢印は、吸入空気の流れ方向をそれぞれ示す。

図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、多気筒の筒内直接噴射式内燃機関（例えばコモンレール式ディーゼルエンジン）であり、詳しくは、コモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル２に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射ノズル２から各気筒の燃焼室３内に噴射可能な構成を成している。
エンジン１の各気筒には、上下摺動可能なピストン４が設けられている。そして、当該ピストン４は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結されている。また、クランクシャフト６の一端部には回転速度を検出するクランク角センサ７と図示しないフライホイールが設けられている。

燃焼室３には、インテークポート８とエキゾーストポート９とが連通されている。
インテークポート８には、燃焼室３と当該インテークポート８との連通と遮断を行うインテークバルブ１０が設けられている。また、エキゾーストポート９には、燃焼室３と当該エキゾーストポート９との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ１１が設けられている。

インテークポート８の上流には、吸入した空気を各気筒に分配するインテークマニフォールド１２が連通するように設けられている。
インテークマニフォールド１２の各気筒に吸入空気を分配するための分岐の上流のインテークマニフォールド１２の上部には、酸素濃度を検出する空燃比センサ１３が、センサ部１３ａをインテークマニフォールド１２内に突出するように設けられている。また、空燃比センサ１３の下流には、燃焼室３に吸入される吸入空気の圧力を検出するブーストセンサ１４と、該吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ１５とがインテークマニフォールド１２内に突出するように設けられている。

インテークマニフォールド１２とエキゾーストマニフォールド１６には、それぞれが連通するように高温・高圧の排ガスの一部を吸気へ戻す、即ち高温・高圧のＥＧＲガスを吸気に導入する高圧ＥＧＲ通路１７が設けられている。また、高圧ＥＧＲ通路１７は、インテークマニフォールド１２の空燃比センサ１３の上流に、高圧の排ガスが吸気に戻る量、即ちＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ１８を介して接続されている。また、高圧ＥＧＲ通路１７には、インテークマニフォールド１２に導入する排ガスを冷却するＥＧＲクーラ１９が設けられている。

インテークマニフォールド１２の上流には、最上流から吸入された新気中のゴミを取り除くエアークリーナ２２、低温・低圧のＥＧＲガスの導入量を制御するベンチュリ装置２５と、排ガスのエネルギを利用し吸入された新気を圧縮するターボチャージャ２３の図示しないコンプレッサハウジングと、圧縮され高温となった新気を冷却するインタークーラ２４とが吸気管２７を介してインテークマニフォールド１２に接続されている。また、高圧ＥＧＲ通路１７より導入される高温のＥＧＲガスの流量を調整するための電子制御スロットルバルブ２６は、吸気管（吸気通路）２７とインテークマニフォールド１２との間に配設されている。そして、電子制御スロットルバルブ２６には、スロットルバルブの開き度合を検出するスロットルポジションセンサ２９が備えられている。

図２及び図３に示すように、ベンチュリ装置２５は、吸気流路２５ｊに突出するように設けられる固定部２５ａと、吸気流路２５ｊに突出し、固定部２５ａに対峙するように配設され、固定部２５ａ側及び反固定部２５ａ側に作動可能な可動部２５ｂと、可動部２５ｂを作動させるモータ等で構成される作動部２５ｃとで構成されている。そして、固定部２５ａの吸気流路２５ｊに面する側には、上流から下流に向かうにつれ、可動部２５ｂ側に向かうように傾斜するノズル２５ｄと、吸気流路２５ｊの面積が最小となる最小流路面積部２５ｋの一部を形成する水平部２５ｅと、上流から下流に向かうにつれ、可動部２５ｂに離反するように傾斜するディフューザ部２５ｆとで形成されている。そして、固定部２５ａのディフューザ部２５ｆには、後述する排気管３２が吸気流路２５ｊと連通するように接続されている。また、可動部２５ｂの吸気流路２５ｊに面する側には、固定部２５ａと同様に、上流から下流に向かうにつれ、固定部２５ａ側に向かうように傾斜するノズル２５ｇと、吸気流路２５ｊの面積が最小となる最小流路面積部２５ｋの一部を形成する水平部２５ｈと、上流から下流に向かうにつれ、固定部２５ａに離反するように傾斜するディフューザ部２５ｉとで形成されている。そして、このように構成されるベンチュリ装置２５は、可動部２５ｂを固定部２５ａ側或いは反固定部２５ａ側に作動させ、最小流路面積部２５ｋの流路面積を変化させて、吸気流路２５ｊの吸気の流速、即ち吸気流路２５ｊ内の負圧を変化させ、排気管３２より導入される排ガス、即ちＥＧＲガス量を調整するものである。また、ベンチュリ装置２５は、水平部２５ｅ，２５ｈで一部を形成される最小流路面積部２５ｋを通過する吸気の流速が０．３Ｍ（マッハ数）を以下であれば、ノズル部２５ｄ，２５ｇにて吸気流路２５ｊの面積を徐々に減少させて吸入空気の流速を徐々に増速させると共に負圧を増大させ、ディフューザ部２５ｆ，２５ｊにて吸気流路２５ｊの面積を徐々に拡大して吸入空気の流速を徐々に減速すると共に負圧を低減させ、最小流路面積部２５ｋ以降の吸気流路２５ｊ内の圧力をベンチュリ装置２５より上流の吸気管２７内の圧力の近傍まで回復させるという特徴を有する。しかしながら、ベンチュリ装置２５は、水平部２５ｅ，２５ｈで構成される最小流路面積部２５ｋを通過する吸気の流速が０．３Ｍ（マッハ数）、即ち音速の０．３倍を越えると、最小流路面積部２５ｋにて吸気の流れを阻害すること（チョーク状態）により、最小流路面積部２５ｋ以降の吸気流路２５ｊ内の圧力をベンチュリ装置２５より上流の吸気管２７の圧力の近傍まで回復させることができなくなるという特徴も有する。

なお、この音速の０．３倍(０．３Ｍ)というのは、流体の圧縮性を考慮する必要があるか否かを示す指標である。連続体力学では、速度が０．３Ｍを超えると圧縮性を考慮する必要があり、速度が０．３Ｍを超えない範囲であれば圧縮性を考慮する必要の無いとされている。そのため、本願では圧縮性を考慮する必要の無い範囲で運用するように、所定流速を０．３Ｍとしてこの速度を超えないように制御している。

エアークリーナ２２の下流でありターボチャージャ２３のコンプレッサハウジングの上流の吸気管２７には、燃焼室３に吸入される新気の流量を検出するエアーフローセンサ３１が吸気管２７内に突出するように設けられている。
エキゾーストポート９の下流には、各気筒から排出される排ガスをまとめるエキゾーストマニフォールド１６と、ターボチャージャ２３に排ガスを導入する図示しないタービンハウジングと、排気管３２とが連通するように設けられている。

排気管３２には、上流から順番に排ガス中の炭化水素（ＴＨＣ）或いは一酸化炭素（ＣＯ）等の被酸化成分を酸化する酸化触媒３３と、排ガス中の黒鉛を主成分とする微粒子状物資（ＰＭ）を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ３４とが連通するように設けられている。そして、排気管３２のディーゼルパティキュレートフィルタ３４の下流には、排ガスの圧力、即ち排ガスの流量を制御する排気スロットル３５が配設されている。

排気管３２の酸化触媒３３の下流でありディーゼルパティキュレートフィルタ３４の上流と、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の下流には、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の前後での圧力を検出する圧力センサ３６，３７が排気管３２内に突出するように設けられている。
ベンチュリ装置２５の固定部２５ａのディフューザ部２５ｆ及びディーゼルパティキュレートフィルタ３４と排気スロットル３５との間の排気管３２には、それぞれが連通するように低温・低圧の排ガスの一部を吸気へ戻す、即ち低温・低圧のＥＧＲガスを吸気に導入する低圧ＥＧＲ通路（再循環手段）３８が設けられている。また、低圧ＥＧＲ通路３８には、排ガスが吸気に戻る量、即ちＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ３９と、吸気へ戻す排ガスを冷やすＥＧＲクーラ４０とが設けられている。

そして、燃料噴射ノズル２、クランク角センサ７、角度センサ２１、空燃比センサ１３、ベンチュリ装置２５の作動部２５ｃ、電子制御スロットルバルブ２６、排気スロットル３５、スロットルポジションセンサ２９、エアーフローセンサ３１、ブーストセンサ１４、吸気温度センサ１５、圧力センサ３６，３７及びＥＧＲバルブ１８，３９等の各種装置や各種センサ類は、エンジン１の総合的な制御を行うための制御装置であって入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、タイマ及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４１と電気的に接続されており、当該ＥＣＵ４１は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。

ＥＣＵ４１の入力側には、クランク角センサ７、空燃比センサ１３、ブーストセンサ１４、吸気温度センサ１５、ベンチュリ装置２５の作動部２５ｃ、排気スロットル３５、スロットルポジションセンサ２９、エアーフローセンサ３１、及び圧力センサ３６，３７等のセンサ類が電気的に接続されており、これら各種装置及び各種センサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ４１の出力側には、燃料噴射ノズル２、ベンチュリ装置２５の作動部２５ｃ、排気スロットル３５、電子制御スロットルバルブ２６及びＥＧＲバルブ１８，３９が電気的に接続されている。
これより、ＥＣＵ４１は、各センサの検出値に基づき、燃料噴射ノズル２からのプレ噴射、メイン噴射及びアフタ噴射の燃料噴射量、噴射時期、ベンチュリ装置２５の可動部２５ｂの作動量、及び排気スロットル３５、ＥＧＲバルブ１８、３８や電子制御スロットルバルブ２６の開度等を最適に制御し、エンジン１を高精度に制御する。

以下、このように構成された本発明に係るＥＣＵ４１の可変ベンチュリの作動制御について説明する。
図４は、本発明に係るＥＣＵ４１における可変ベンチュリの作動制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本制御ルーチンは、ＥＧＲバルブ２９の開操作のみで目標ＥＧＲ量（本発明のＥＧＲガスの目標導入量に相当）のＥＧＲガスを導入することができない場合に実施される。即ち、本制御ルーチンの実施時には、ＥＧＲバルブ２９は、開操作されている。

図４に示すように、ステップＳ１０では、目標ＥＧＲ量における吸気量ｍaeを算出する。詳しくは、各センサの検出値に基づき算出される目標ＥＧＲ量のＥＧＲガスを含むエンジン１に吸入される推定全吸気量からエンジン１の運転状態によって決定される目標ＥＧＲ量を減算して目標ＥＧＲ量における吸気量ｍaeを算出する。そして、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、目標ＥＧＲ量となる第１絞り面積Ａvsを算出する。詳しくは、ベンチュリ装置２５の吸気流路２５ｊ内の圧力が、ベンチュリ装置２５の作動のみで目標ＥＧＲ量を導入するために必要な負圧を発生することのできるベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの流路面積である第１絞り面積Ａvsを算出する。そして、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、第１絞り面積Ａvsでの絞り部流速Ｖを算出する。詳しくは、ステップＳ１０にて算出された吸気量ｍaeと、ステップＳ１２にて算出された第１絞り面積Ａvsとに基づいて、最小流路面積部２５ｋの流路面積が第１絞り面積Ａvsである場合での、最小流路面積部２５を通過する吸気の流速である絞り部部流速Ｖを算出する。そして、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、絞り部流速Ｖが０．３Ｍ（マッハ数）（所定流速）未満であるか、否かを判別する。即ち、ベンチュリ装置２５の作動のみで目標ＥＧＲ量を導入するようにベンチュリ装置２５を作動させた場合に、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋ以降の管内の圧力をベンチュリ装置２５より上流の吸気管２７内の圧力の近傍まで回復させることができるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で絞り部流速Ｖが０．３Ｍ（マッハ数）未満で、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋ以降の管内の圧力をベンチュリ装置２５より上流の吸気管２７内の圧力の近傍まで回復させることが可能であれば、ステップＳ１８に進む。また、判別結果が偽（Ｎｏ）で絞り部流速Ｖが０．３Ｍ（マッハ数）未満でなければ、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋ以降の管内の圧力をベンチュリ装置２５より上流の吸気管２７内の圧力の近傍まで回復させることが可能でなければ、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ１８では、ベンチュリ装置２５を第１絞り面積Ａvsまで操作する。詳しくは、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの流路面積が第１絞り面積Ａvsとなるように、ベンチュリ装置２５の可動部２５ｂを作動させる。そして、本ルーチンをリターンする。
また、ステップＳ２０では、絞り部流速Ｖが０．３Ｍとなる第２絞り部面積Ａvcを算出する。詳しくは、ステップＳ１０にて算出された吸気量ｍaeに基づき、最小流路面積部２５ｋを通過する吸気の流速である絞り部流速Ｖを０．３Ｍにすることのできる最小流路面積部２５ｋの流路面積である第２絞り部面積ＡvcＶを算出する。そして、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、第２絞り面積Ａvcで目標ＥＧＲ量を達成する第３絞り面積Ａthrを算出する。詳しくは、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの流路面積が第２絞り面積Ａvcである時に目標ＥＧＲ量となるような排気圧力とすることのできる排気スロットル３５の開度である第３絞り面積Ａthrを算出する。そして、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、排気スロットル３５を第３絞り面積Ａthrまで操作する。即ち、目標ＥＧＲ量となるように排気スロットル３５を閉じて、排気圧力を上昇させる。そして、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６では、ベンチュリ装置２５を第２絞り面積Ａvcまで操作する。詳しくは、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋが第２絞り面積Ａvcとなるように、ベンチュリ装置２５の可動部２５ｂを作動させる。そして、本ルーチンをリターンする。
このように、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ制御装置では、インテークマニフォールド１２の上流に、最小流路面積部２５ｋの流路面積を調整し、低温・低圧のＥＧＲガスの導入量を制御するベンチュリ装置２５と、排気管３２のディーゼルパティキュレートフィルタ３４の下流に、排ガスの圧力、即ち排ガスの流量と制御する排気スロットル３５と、排気スロットル３５の上流からベンチュリ装置２５にＥＧＲガスを導入する低圧ＥＧＲ通路３８とを設けている。そして、ベンチュリ装置２５の可動部２５ｂを作動させ、最小流路面積部２５ｋの流路面積を調整して、最小流路面積部２５ｋを通過する吸気の流速を０．３Ｍ未満にしている。また、ベンチュリ装置２５の作動のみで目標ＥＧＲ量を確保すると最小流路面積部２５ｋを通過する吸気の流速が０．３Ｍ以上になるような場合には、最小流路面積部２５ｋを通過する吸気の流速が０．３Ｍになるようなベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの流路面積とし、更に排気スロットル３５の開度を調整し排気圧力を増大させＥＧＲガスをベンチュリ装置２５内に導入してＥＧＲガスの導入量を目標ＥＧＲ量としている。

したがって、最小流路面積部２５ｋを通過する吸気の流速を０．３Ｍ以下として、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの流路面積を小さくすることで流速が増加して、最小流路面積部２５ｋにて吸気の流れを阻害すること（チョーク状態）により、最小流路面積部２５ｋ以降の管内の圧力をベンチュリ装置２５より上流の吸気管２７内の圧力の近傍まで回復させることができなくなることによる、最小流路面積部２５ｋ以降の管内の負圧の増大を防止することが可能となる。

よって、ＥＧＲガスの導入量の調整に圧力損失の少ないベンチュリ装置２５を用い、更にＥＧＲガスの導入量が多くなるような場合には、排気スロットル３５にて排気圧力を制御することで、ＥＧＲガスの導入量に関わらず、エンジン１に導入する吸入空気の圧力を高くすることができるのでエンジン１のポンプ仕事を低減することができる。
また、ベンチュリ装置２５の作動のみで、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋを通過する吸気の流速が０．３Ｍ以上とならずに、目標ＥＧＲ量を確保することができるような場合には、ベンチュリ装置２５のみを優先して作動を制御してＥＧＲガスの導入量を調整することで、排気スロットル３５の作動による排気圧力の上昇を抑制することができるので、排気圧上昇による燃費の悪化を抑制することができる。

また、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋにおける吸入空気の流速が０．３Ｍ以上であると判定されると、排気スロットル３５を制御した後にベンチュリ装置２５を制御するようにしている。
例えば、エンジン１の運転状態が一定であれば、エンジン１に導入されるＥＧＲガスの導入量が増加するとエンジン１の吸入空気流量が低下し、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋにおける吸入空気の流速が低下する。

したがって、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋにおける吸入空気の流速が０．３Ｍ以上となる場合には、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの流路面積を調整する前に、排気スロットル３５を作動させて、ＥＧＲガスの導入により吸入空気流量を低下させ、その後にベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの流路面積を調整することで、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋにおける吸入空気の流速が０．３Ｍを越えることを防止し、吸入空気の流れの阻害を防止し圧力損失の増大を防止することができる。

また、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの下流の固定部２５ａのディフューザ部２５ｆには、排気管３２を吸気流路２５ｊと連通するように接続している。
例えば、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋより前にＥＧＲガスを導入すると、ＥＧＲガスの導入によりベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋでの吸入空気の流速が変化し、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋで吸入空気の流れを阻害することによる圧力損失の増大となる虞がある。

したがって、排気管３２のベンチュリ装置２５に接続される一端を、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの下流のディフューザ部２５ｆに接続することで、ＥＧＲガスの導入によるベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋでの吸入空気の流速の増加を抑制することで、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋでの吸入空気の流れの阻害を防止し圧力損失の増大を防止するとともに、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋでの吸入空気の流速による制御を行いやすくすることができる。

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。
ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの流路面積を目標ＥＧＲ量での吸気量ｍae、或いはベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋでの吸入空気の流速より決定しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ベンチュリ装置２５の最小流路面積部２５ｋの上流と下流のそれぞれの圧力を検出する圧力センサを設け、当該圧力センサの検出結果に基づき、最小流路面積部２５ｋの上流と下流との差圧を算出し、差圧が所定差圧未満となるようにベンチュリ装置を制御するようにしてもよい。このように、差圧で制御することで、エンジン１に導入する吸入空気の圧力を高くすることができるのでエンジン１のポンプ仕事を低減することができる。

また、エンジン１に吸入される推定全吸気量からエンジン１の運転状態によって決定される目標ＥＧＲ量を減算して目標ＥＧＲ量における吸気量maeを算出しているが、実際に吸気されている吸気量を吸気量センサなどにより測定しても良い。また、全吸気量についても同様にセンサなどを用いて実際に測定しても良い。
また、ベンチュリ装置２５を固定部２５ａと可動部２５ｂとで構成され、可動部２５ｂが作動することで最小流路面積部２５ｋの流路面積を可変にしているが、これに限定されるものではなく、最小流路面積部を有して最小流路面積部の流路面積を可変とし、ノズル及びディフューザ等を有して、ベンチュリ装置の前後にて圧力損失の発生が少ない構造であればよい。

また、低圧ＥＧＲ通路３８の一端をベンチュリ装置２５の固定部２５ａのディフューザ２５ｉに接続するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、低圧ＥＧＲ通路３８を吸気流路２５ｊ内に突出させ、更に低圧ＥＧＲ通路３８の開口部が吸気流路２５ｊの下流方向に向くように低圧ＥＧＲ通路３８を屈曲させるように設けてもよい。こうすることで、ＥＧＲガスの導入に吸入空気の動圧を利用することができるので、効率よくＥＧＲガスを導入することができる。

また、吸気の流速が０．３Ｍを閾値として排気スロットル３５の制御を行っているが、これに限定されるものではなく、閾値はチョークを起こさないような流速であればよい。

１ エンジン（内燃機関）
２５ ベンチュリ装置（ベンチュリ装置）
２５ｊ 最小流路面積部
２７ 吸気管（吸気通路）
３２ 排気管（排気通路）
３５ 排気スロットル（排気圧力調整手段）
３８ 低圧ＥＧＲ通路（再循環手段）
４１ ＥＣＵ（制御手段、流路面積算出手段、流速算出部）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気圧力を調整する排気圧力調整手段と、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられ、最小流路面積を調整可能な最小流路面積部を有するベンチュリ装置と、
   一端を前記吸気通路内の流路面積より小さく、且つ前記最小流路面積の調整と共に流路面積が変化し、前記ベンチュリ装置内の前記最小流路面積部を含む前記最小流路面積部の下流に、他端を前記排気圧力調整手段の上流の前記排気通路に、前記吸気通路と前記排気通路とを連通するように接続され、前記吸気通路に前記ＥＧＲガスを導入する再循環手段と、
   前記ＥＧＲガスの目標導入量に応じて、前記排気圧力調整手段及び前記ベンチュリ装置の作動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制御装置。
2. 前記制御手段は、前記ベンチュリ装置の作動を優先して制御することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
3. 前記制御手段は、
   前記ＥＧＲガスの目標導入量に基づいて前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の前記最小流路面積を算出する流路面積算出手段と、
   前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の前記最小流路面積における吸入空気の流速を算出する流速算出部と、を備え、
   前記流速が所定流速未満となるように前記ベンチュリ装置の作動を制御し、前記流速が前記所定流速以上になると判定すると前記ベンチュリ装置の作動に加え前記排気圧力調整手段の作動を制御することを特徴とする、請求項１及び２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記流速が所定流速以上になると判定すると、前記排気圧力調整手段の作動を制御した後に、前記ベンチュリ装置の作動を制御することを特徴とする、請求項３項に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
5. 前記内燃機関は、前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の上流と下流とに圧力を検出する第１圧力検出手段と第２圧力検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の上流と下流との差圧が所定差圧未満となるように前記ベンチュリ装置の作動を制御し、前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の上流と下流との前記差圧が前記所定差圧以上となると、前記ベンチュリ装置の作動に加え前記排気圧力調整手段の作動を制御することを特徴とする、請求項１及び２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
6. 前記再循環手段の前記一端は、前記ベンチュリ装置の前記最小流路面積部の直後の下流に接続されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。

Images