JP2014066146A - 過給機付きエンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン減速時にスロットル弁より上流の吸気通路に残留するＥＧＲガスを低減させて早めに掃気すること。
【解決手段】過給機7を備えたエンジン1のＥＧＲ装置は、燃焼室16から排気通路5へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室16へ還流させるＥＧＲ通路17と、ＥＧＲ通路17のＥＧＲガスの流れを調節するＥＧＲ弁18とを備え、ＥＧＲ通路17は、入口17bがタービン9より下流の排気通路5に接続され、出口17aがコンプレッサ8より上流の吸気通路3に接続される。電子制御装置（ＥＣＵ）50は、各種センサ23,27,51〜55等で検出される運転状態に応じた目標開度に基づきＥＧＲ弁18を制御する。ＥＣＵ50は、エンジン回転速度と電子スロットル装置14より上流の吸気通路3におけるコンプレッサ圧とに応じてＥＧＲ弁18の上限開度を求め、目標開度が上限開度を上回るときに上限開度に基づきＥＧＲ弁18を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エンジンの吸気を昇圧させる過給機を備えたエンジンに係り、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ流してエンジンへ還流させる過給機付きエンジンの排気還流装置に関する。

従来、この種の技術が、例えば、自動車用エンジンにおいて採用されている。排気還流装置（Exhaust Gas Recirculation（ＥＧＲ）装置）は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される燃焼後の排気の一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路へ導き、吸気通路を流れる吸気と混合させて燃焼室へ還流させるようになっている。ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲ弁により調節されるようになっている。このＥＧＲによって、主として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができ、エンジンの部分負荷時における燃費向上を図ることができる。

エンジンの排気は、酸素が含まれていないか酸素が希薄な状態にある。従って、ＥＧＲにより排気の一部を吸気と混ぜることで、吸気中の酸素濃度が低下する。このため、燃焼室では、酸素濃度が低い状態で燃料が燃焼することから、燃焼時のピーク温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。ガソリンエンジンでは、ＥＧＲにより吸気中の酸素含有量を増加させることなく、スロットルバルブをある程度閉じた状態においても、エンジンのポンピングロスを低減することができる。

ここで、近時は、エンジンの更なる燃費向上を図るために、エンジンの全運転領域でＥＧＲを行うことが考えられ、大量ＥＧＲを実現することが求められている。大量ＥＧＲを実現するためには、従前の技術に対し、ＥＧＲ通路の内径を拡大したり、ＥＧＲ弁の弁体や弁座の流路開口面積を大きくしたりする必要がある。

ところで、エンジンの吸気を過給圧により昇圧させる過給機を備えたエンジンにおいてもＥＧＲ装置が設けられることは周知である。下記の特許文献１には、この種のエンジンが記載されている。このエンジンは、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられてタービンにより駆動されるコンプレッサとから構成される過給機を備える。また、タービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路との間にＥＧＲ通路が配置され、ＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられる（低圧ループ式ＥＧＲ装置）。

この種のエンジンは、ＥＧＲ通路の出口からスロットル弁までの吸気通路の経路が比較的長くなっている。そのため、スロットル弁が閉弁されるエンジンの減速時に、図１２（ａ）に示すように、スロットル開度を全閉にし（時刻ｔ１）、要求ＥＧＲ率の急減に合わせてＥＧＲ弁を直ちに閉弁しても、ＥＧＲ通路の出口からスロットル弁まで間の吸気通路に大量のＥＧＲガスが残留してしまう。そのため、残留ＥＧＲガスが吸気に混じり、図１２（ｂ）に示すように、エンジン減速時からのＥＧＲ率の低下が遅れることになる（ＥＧＲ減衰遅れ）。その結果、燃焼室に取り込まれる吸気中のＥＧＲ率が過剰となり、エンジンに減速失火が起きるおそれがあった。このことは、高過給圧からの減速ほど、或いは、エンジン回転速度が低くなるほど、ＥＧＲ減衰遅れ時間が長引く傾向がある。図１２は、エンジン減速前後におけるスロットル開度及びＥＧＲ率の挙動を示すタイムチャートである。

そこで、特許文献１に記載のエンジンでは、スロットル弁より下流の吸気通路に新気を導入する新気バイパス通路と、新気バイパス通路に配置されたバイパス弁とを備え、エンジンの要求ＥＧＲ率が急減するときに、バイパス弁を開き側に制御すると共にスロットル弁を閉じ側に制御するようになっている。これにより、エンジン減速時に要求ＥＧＲ率が急減する場合に、新気バイパス通路から吸気通路へ新気を導入することにより、吸気通路に残留するＥＧＲガスを掃気させると共に、スロットル弁より下流の吸気通路へ流れたＥＧＲガスと新気を合わせることで、燃焼室に取り込まれる吸気中のＥＧＲ率を早期に減衰させるようになっている。

特開２０１２−７５４７号公報

ところが、特許文献１に記載のエンジンでは、エンジン減速時に燃焼室に取り込まれる吸気中のＥＧＲ率を早期に減衰できるものの、スロットル弁より上流の吸気通路に大量のＥＧＲガスが残留する場合には、その残留ＥＧＲガスが完全に掃気されるまでの時間が長引くおそれがあった。このため、エンジン減速時に燃料カットがされない場合やエンジン減速からの復帰加速の場合に、残留ＥＧＲガスが不用意に燃焼室に取り込まれて燃料の燃焼悪化を招くおそれがあった。そこで、スロットル弁より上流の吸気通路に残留するＥＧＲガスを早めに掃気させることが望まれている。特に、大量ＥＧＲを想定した場合、エンジン減速時に吸気通路に残留するＥＧＲガスも多くなることから、その必要性が高くなる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジン減速時にスロットル弁より上流の吸気通路に残留するＥＧＲガスを低減させて早めに掃気することを可能とした過給機付きエンジンの排気還流装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの吸気通路と排気通路との間に設けられ、吸気通路における吸気を昇圧させるための過給機と、過給機は、吸気通路に配置されたコンプレッサと、排気通路に配置されたタービンと、コンプレッサとタービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含むことと、吸気通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁と、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして吸気通路へ流して燃焼室へ還流させる排気還流通路と、排気還流通路は、その入口がタービンより下流の排気通路に接続され、その出口がコンプレッサより上流の吸気通路に接続されることと、排気還流通路における排気還流ガスの流れを調節するための排気還流弁と、エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、運転状態検出手段により検出される運転状態に応じた目標開度を求め、求められた目標開度に基づいて排気還流弁を制御するための制御手段とを備えた過給機付きエンジンの排気還流装置において、運転状態検出手段によりそれぞれ検出されるエンジンの回転速度と吸気量調節弁より上流の吸気通路におけるコンプレッサによる圧力とに応じて排気還流弁の上限開度を制限するための上限開度制限手段を備え、制御手段は、求められた目標開度が制限される上限開度を上回るときに、上限開度に基づいて排気還流弁を制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、過給機付きエンジンにおいて、排気還流通路の入口がタービンより下流の排気通路に接続され、排気還流通路の出口がコンプレッサより上流の吸気通路に接続されることから、吸気通路に設けられる吸気量調節弁が閉弁されるエンジンの減速時には、排気還流通路から吸気通路へ流れた排気還流ガスが、吸気量調節弁より上流の吸気通路に残留することになる。ここで、排気還流通路における排気還流ガスの流れを調節するために、排気還流弁がエンジンの運転状態に応じて求められた目標開度に基づいて制御手段により制御される。また、エンジンの回転速度と吸気量調節弁より上流の吸気通路におけるコンプレッサによる圧力とに応じて排気還流弁の上限開度が上限開度制限手段により制限される。そして、求められた目標開度が制限される上限開度を上回るときに、上限開度に基づいて排気還流弁が制御手段により制御される。従って、エンジンが所定の運転状態となるときは、排気還流弁が目標開度よりも小さい上限開度に制限されるので、エンジンの減速時には、吸気量調節弁より上流の吸気通路に残留する排気還流ガスが少なくなる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、エンジンが搭載される車両の車速を検出するための車速検出手段と、検出される車速に基づいて上限開度制限手段による上限開度を補正するための上限開度補正手段とを更に備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、上限開度が車速に基づいて上限開度補正手段により補正されるので、エンジンの減速時に吸気量調節弁より上流の吸気通路に残留する排気還流ガスの量が車速に応じて調整される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、上限開度制限手段は、運転状態検出手段により検出されるエンジンの負荷をコンプレッサによる圧力の代用とし、エンジンの回転速度とエンジンの負荷とに応じて上限開度を制限することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、コンプレッサによる圧力よりも汎用性のあるエンジンの負荷が、上限開度を求めるパラメータとして利用される。

請求項１に記載の発明によれば、エンジン減速時にスロットル弁より上流の吸気通路に残留する排気還流ガスを低減させて早めに掃気することができ、残留する排気還流ガスが燃焼室へ過剰に流れることがなく、燃焼室での燃料の燃焼悪化を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、排気還流の実行時に、排気還流弁の上限開度が制限されることで燃焼室へ還流される排気還流ガス量の増加が制限されることを、車速に応じて緩和することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、排気還流の制御を簡略化することができると共に、コンプレッサの圧力を検出するための専用のセンサを省略することができる。

第１実施形態に係り、過給機付きエンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含むエンジンシステムを示す概略構成図。 同実施形態に係り、ＥＧＲ通路の一部であってＥＧＲ弁が設けられる部分を拡大して示す断面図。 同実施形態に係り、「ＥＧＲ制御」の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、目標開度を求めるために参照される目標開度マップ。 同実施形態に係り、コンプレッサ圧を求めるために参照されるコンプレッサ圧マップ。 同実施形態に係り、上限開度を求めるために参照される上限開度マップ。 第２実施形態に係り、「ＥＧＲ制御」の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、上限開度を求めるために参照される上限開度マップ。 第３実施形態に係り、「ＥＧＲ制御」の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、車速補正係数を求めるために参照される車速補正係数マップ。 第４実施形態に係り、「ＥＧＲ制御」の処理内容の一例を示すフローチャート。 従来例に係り、エンジン減速前後におけるスロットル開度及びＥＧＲ率の挙動を示すタイムチャート。

＜第１実施形態＞
以下、本発明における過給機付きエンジンの排気還流装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態における過給機付きエンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含むエンジンシステムを概略構成図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１の吸気ポート２には、吸気通路３が接続され、排気ポート４には、排気通路５が接続される。吸気通路３の入口には、エアクリーナ６が設けられる。エアクリーナ６より下流の吸気通路３には、排気通路５との間に、吸気通路３における吸気を昇圧させるための過給機７が設けられる。

過給機７は、吸気通路３に配置されたコンプレッサ８と、排気通路５に配置されたタービン９と、コンプレッサ８とタービン９を一体回転可能に連結する回転軸１０とを含む。過給機７は、排気通路５を流れる排気によりタービン９を回転させて回転軸１０を介してコンプレッサ８を一体的に回転させることにより、吸気通路３における吸気を昇圧させる、すなわち過給を行うようになっている。

過給機７に隣接して排気通路５には、タービン９を迂回する排気バイパス通路１１が設けられる。この排気バイパス通路１１には、ウェイストゲートバルブ１２が設けられる。ウェイストゲートバルブ１２により排気バイパス通路１１を流れる排気が調節されることにより、タービン９に供給される排気流量が調節され、タービン９及びコンプレッサ８の回転速度が調節され、過給機７による過給圧が調節されるようになっている。

吸気通路３において、過給機７のコンプレッサ８とエンジン１との間には、インタークーラ１３が設けられる。このインタークーラ１３は、コンプレッサ８により昇圧されて高温となった吸気を適温に冷却するためのものである。インタークーラ１３とエンジン１との間の吸気通路３には、サージタンク３ａが設けられる。また、インタークーラ１３より下流であってサージタンク３ａより上流の吸気通路３には、電動式のスロットル弁である電子スロットル装置１４が設けられる。本発明の吸気量調節弁に相当する電子スロットル装置１４は、吸気通路３に配置されるバタフライ形のスロットル弁２１と、そのスロットル弁２１を開閉駆動するためのステップモータ２２と、スロットル弁２１の開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ２３とを備える。電子スロットル装置１４は、運転者によるアクセルペダル２６の操作に応じてスロットル弁２１がステップモータ２２により開閉駆動されることにより、スロットル弁２１の開度が調節されるように構成される。電子スロットル装置１４の構成として、例えば、特開２０１１−２５２４８２号公報の図１及び図２に記載される「スロットル装置」の基本構成を採用することができる。また、タービン９より下流の排気通路５には、排気を浄化するための排気触媒としての触媒コンバータ１５が設けられる。

エンジン１には、燃焼室１６に燃料を噴射供給するためのインジェクタ２５が設けられる。インジェクタ２５には、燃料タンク（図示略）から燃料が供給されるようになっている。また、エンジン１には、各気筒に対応して点火プラグ２９が設けられる。各点火プラグ２９は、イグナイタ３０から出力される高電圧を受けて点火動作する。各点火プラグ２９の点火時期は、イグナイタ３０による高電圧の出力タイミングにより決定される。

この実施形態において、大量ＥＧＲを実現するためのＥＧＲ装置は、エンジン１の燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）１７と、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲガスの流れを調節するためにＥＧＲ通路１７に設けられた排気還流弁（ＥＧＲ弁）１８とを備える。ＥＧＲ通路１７は、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５と、コンプレッサ８より上流の吸気通路３との間に設けられる。すなわち、排気通路５を流れる排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１７を通じて吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させるために、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａは、コンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。また、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂは、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に接続される。

ＥＧＲ通路１７には、同通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられる。この実施形態で、ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲクーラ２０より下流のＥＧＲ通路１７に配置される。

図２に、ＥＧＲ通路１７の一部であってＥＧＲ弁１８が設けられる部分を拡大して断面図により示す。図１、図２に示すように、ＥＧＲ弁１８は、ポペット弁により、かつ、電動弁により構成される。すなわち、ＥＧＲ弁１８は、ステップモータ３１により駆動される弁体３２を備える。弁体３２は、略円錐形状をなし、ＥＧＲ通路１７に設けられた弁座３３に着座可能に設けられる。ステップモータ３１は直進的に往復運動（ストローク運動）可能に構成された出力軸３４を備え、その出力軸３４の先端に弁体３２が固定される。出力軸３４は軸受３５を介してＥＧＲ通路１７を構成するハウジングに支持される。そして、ステップモータ３１の出力軸３４をストローク運動させることにより、弁座３３に対する弁体３２の開度が調節されるようになっている。ＥＧＲ弁１８の出力軸３４は、弁体３２が弁座３３に着座する全閉状態から、弁体３２が軸受３５に当接する全開状態までの間で所定のストロークＬ１だけストローク運動可能に設けられる。この実施形態では、大量ＥＧＲを実現するために、従前の技術に比べて弁座３３の開口面積が拡大されている。それに合わせて、弁体３２が大型化されている。このＥＧＲ弁１８の構成として、例えば、特開２０１０−２７５９４１号公報の図１に記載された「ＥＧＲバルブ」の基本構成を採用することができる。

この実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて燃料噴射制御、点火時期制御、吸気量制御及びＥＧＲ制御等をそれぞれ実行するために、インジェクタ２５、イグナイタ３０、電子スロットル装置１４のステップモータ２２及びＥＧＲ弁１８のステップモータ３１が、それぞれエンジン１の運転状態に応じて電子制御装置（ＥＣＵ）５０により制御されるようになっている。ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、所定の制御プログラム等を予め記憶したり、ＣＰＵの演算結果等を一時的に記憶したりする各種メモリと、これら各部と接続される外部入力回路及び外部出力回路とを備える。ＥＣＵ５０は、本発明の制御手段、上限開度制限手段及び上限開度補正手段に相当する。外部出力回路には、イグナイタ３０、インジェクタ２５及び各ステップモータ２２，３１が接続される。外部入力回路には、スロットルセンサ２３をはじめエンジン１の運転状態を検出するための本発明の運転状態検出手段に相当する各種センサ２７，５１〜５５が接続され、各種エンジン信号が入力されるようになっている。

ここで、各種センサとして、スロットルセンサ２３の他に、アクセルセンサ２７、吸気圧センサ５１、回転速度センサ５２、水温センサ５３、エアフローメータ５４及び空燃比センサ５５が設けられる。アクセルセンサ２７は、アクセルペダル２６の操作量であるアクセル開度ＡＣＣＰを検出する。アクセルペダル２６は、エンジン１の動作を操作するための操作手段に相当する。吸気圧センサ５１は、サージタンク３ａにおける吸気圧ＰＭを検出する。すなわち、吸気圧センサ５１は、ＥＧＲ通路１７から吸気通路３へＥＧＲガスが流れ込む位置より下流の吸気通路３（サージタンク３ａ）における吸気圧ＰＭを検出するようになっている。回転速度センサ５２は、エンジン１のクランクシャフト１ａの回転角（クランク角）を検出するとともに、そのクランク角の変化をエンジン１の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥとして検出する。水温センサ５３は、エンジン１の冷却水温ＴＨＷを検出する。エアフローメータ５４は、エアクリーナ６の直下流の吸気通路３を流れる吸気量Ｇａを検出する。空燃比センサ５５は、触媒コンバータ１５の直上流の排気通路５に設けられ、排気中の空燃比Ａ／Ｆを検出する。

また、この実施形態では、エンジン１を搭載する車両（図示略）に車速センサ５６が設けられ、その車速センサ５６がＥＣＵ５０の外部入力回路に接続される。車速センサ５６は、車両の車速ＳＰＤを検出するためのものであり、本発明の車速検出手段に相当する。

この実施形態において、ＥＣＵ５０は、エンジン１の全運転領域において、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲを制御するためにＥＧＲ弁１８を制御するようになっている。また、ＥＣＵ５０は、エンジン減速時に、電子スロットル装置１４を閉弁制御すると共に、ＥＧＲ弁１８を全閉に制御するようになっている。

ここで、この実施形態では、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａから電子スロットル装置１４までの吸気通路３の経路が比較的長いことから、エンジン１の減速時に電子スロットル装置１４を閉弁制御することで、その経路にＥＧＲガスが滞留又は残留することになる。このため、その残留ＥＧＲガスが燃焼室１６へ流れ込むことでエンジン１の減速失火を招くおそれがある。そこで、この実施形態では、エンジン１の減速時に電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に残留するＥＧＲガスを、エンジン１に減速失火が起きない程度に低減させるために、ＥＣＵ５０が次のような「ＥＧＲ制御」を実行するようになっている。

図３に、この「ＥＧＲ制御」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。処理がこのルーチンへ移行すると、先ず、ステップ１００で、ＥＣＵ５０は、各種センサ等２３，２７，５１〜５５の検出値等に基づき各種エンジン信号を取り込む。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲオン条件か否か、すなわち、エンジン１の運転状態がＥＧＲを実行する状態にあるか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が否定となる場合は、処理をステップ１９０へ移行してＥＧＲ弁１８を全閉にした後、処理をステップ１００へ戻す。一方、上記の判断結果が肯定となる場合は、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１２０へ移行する。

ステップ１２０で、ＥＣＵ５０は、回転速度センサ５３及び吸気圧センサ５１の検出値に基づき、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ及び吸気圧ＰＭをそれぞれ取り込む。ここで、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷ＫＬを、エンジン回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭに基づいて求めることができる。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じた、ＥＧＲ弁１８の目標開度Ｔegrを求める。ＥＣＵ５０は、この目標開度Ｔegrを、例えば、図４に示す目標開度マップを参照することにより求めることができる。この目標開度マップは、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬとの関係から目標開度Ｔegrの値が予め設定されている。

次に、ステップ１４０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭに応じたコンプレッサ圧ＰＣを求める。ここで、コンプレッサ圧ＰＣは、電子スロットル装置１４より上流の吸気通路３におけるコンプレッサ８による圧力を意味する。この実施形態では、このコンプレッサ圧ＰＣを専用のセンサにより直接検出する代わりに、吸気圧センサ５１により検出される吸気圧ＰＭと回転速度センサ５２により検出されるエンジン回転速度ＮＥに基づいてコンプレッサ圧ＰＣを求めるようにしている。ＥＣＵ５０は、このコンプレッサ圧ＰＣを、例えば、図５に示すコンプレッサ圧マップを参照することにより求めることができる。このコンプレッサ圧マップは、エンジン回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭとの関係からコンプレッサ圧ＰＣの値が予め設定されている。

次に、ステップ１５０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥとコンプレッサ圧ＰＣに応じた上限開度Ｔegrmaxを求める。この上限開度Ｔegrmaxは、エンジン１の減速時等、電子スロットル装置１４が閉弁されるときに、その電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に残留するＥＧＲガスを低減するために、エンジン回転速度ＮＥとコンプレッサ圧ＰＣに応じてＥＧＲ弁１８の開度を、ある条件下で目標開度Ｔegrよりも小さく抑えるために設定されたものである。ＥＣＵ５０は、この上限開度Ｔegrmaxを、例えば、図６に示す上限開度マップを参照することにより求める。この上限開度マップでは、エンジン回転速度ＮＥとコンプレッサ圧ＰＣとの関係から上限開度Ｔegrmaxの値が予め設定されている。この上限開度マップでは、コンプレッサ圧ＰＣが「１２０〜１４０（ｋＰａ）」となる範囲、かつ、エンジン回転速度ＮＥが「８００〜２４００（ｒｐｍ）」となる範囲で（図６の太線枠内）、上限開度Ｔegrmaxの値が目標開度Ｔegrの値よりも小さくなるように設定されている。

次に、ステップ１６０で、ＥＣＵ５０は、目標開度Ｔegrが上限開度Ｔegrmaxよりも大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、ステップ１７０で、上限開度Ｔegrmaxを目標開度Ｔegrとして設定した後、処理をステップ１８０へ移行する。一方、ステップ１６０の判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をそのままステップ１８０へ移行する。

そして、ステップ１６０又はステップ１７０から移行してステップ１８０では、ＥＣＵ５０は、目標開度Ｔegrに基づきＥＧＲ弁１８を制御した後、処理をステップ１００へ戻す。従って、ステップ１６０で、目標開度Ｔegrが上限開度Ｔegrmaxを上回るときは、目標開度Ｔegrより小さい上限開度Ｔegrmaxが目標開度Ｔegrとして設定され、その値に基づいてＥＧＲ弁１８が制御されことになる。つまり、ＥＧＲ弁１８の上限開度が目標開度Ｔegrより小さい上限開度Ｔegrmaxに制限されることになる。

以上説明した本実施形態における過給機付きエンジンの排気還流装置によれば、過給機７を備えたエンジン１において、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂがタービン９より下流の排気通路５に接続され、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａがコンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。そのため、吸気通路３に設けられる電子スロットル装置１４が閉弁されるエンジン１の減速時には、ＥＧＲ通路１７から吸気通路３へ流れたＥＧＲガスが、電子スロットル装置１４より上流の吸気通路３に残留することになる。ここで、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲガス流量を調節するために、ＥＧＲ弁１８がエンジン１の運転状態に応じて求められた目標開度Ｔegrに基づいてＥＣＵ５０により制御される。また、エンジン回転速度ＮＥとコンプレッサ圧ＰＣとに応じてＥＧＲ弁１８の上限開度ＴegrmaxがＥＣＵ５０により制限される。そして、求められた目標開度Ｔegrが制限される上限開度Ｔegrmaxを上回るときに、ＥＧＲ弁１８が上限開度Ｔegrmaxに基づいてＥＣＵ５０により制御されることになる。従って、エンジン１が所定の運転状態となるときは、ＥＧＲ弁１８が目標開度Ｔegrよりも小さい上限開度Ｔegrmaxに制限されるので、エンジン１の減速時には、電子スロットル装置１４より上流の吸気通路３に残留するＥＧＲガスが少なくなる。この結果、エンジン１の減速時に電子スロットル装置１４より上流の吸気通路３に残留するＥＧＲガスを低減させて早めに掃気することができる。このため、吸気通路３に残留するＥＧＲガスが燃焼室１６へ過剰に流れることがなく、燃焼室１６での燃料の燃焼悪化を防止することができる。例えば、減速失火等を未然に防止することができる。

ただし、この実施形態では、ＥＧＲの実行時に、ＥＧＲ弁１８の上限開度が目標開度Ｔegrよりも小さく制限されることから、燃焼室１６へ還流されるＥＧＲガス量が、ＥＧＲ弁１８が目標開度Ｔegrで制御される場合よりも制限され、少なくなることがある。

この実施形態では、コンプレッサ圧ＰＣを、吸気圧センサ５１により検出される吸気圧ＰＭから求めているので、コンプレッサ圧ＰＣを検出するための専用のセンサを省略することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明における過給機付きエンジンの排気還流装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の各実施形態において、前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、「ＥＧＲ制御」の処理内容の点で第１実施形態と構成が異なる。図７に、この実施形態の「ＥＧＲ制御」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。図７のフローチャートでは、図３のフローチャートにおけるステップ１４０の処理が省略され、図３のステップ１２０とステップ１５０の処理に代えて、ステップ１２５とステップ１５５の処理が設けられた点で図３のフローチャートと異なる。

すなわち、ステップ１１０の判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、ステップ１２５で、回転速度センサ５２及び吸気圧センサ５１の検出値に基づき、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬをそれぞれ取り込む。ここで、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷ＫＬを、エンジン回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭに基づいて求めることができる。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じた、ＥＧＲ弁１８の目標開度Ｔegrを求める。ＥＣＵ５０は、この目標開度Ｔegrを、例えば、図４に示す目標開度マップを参照することにより求めることができる。

次に、ステップ１５５で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じた上限開度Ｔegrmaxを求める。この上限開度Ｔegrmaxは、エンジン１の減速時等、電子スロットル装置１４が閉弁したときに、その電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に残留するＥＧＲガスを低減するために、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じてＥＧＲ弁１８の開度を、ある条件下で目標開度Ｔegrよりも小さく抑えるために設定されたものである。ＥＣＵ５０は、この上限開度Ｔegrmaxを、例えば、図８に示す上限開度マップを参照することにより求めることができる。この上限開度マップでは、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬとの関係から上限開度Ｔegrmaxの値が予め設定されている。この上限開度マップでは、エンジン負荷ＫＬが「１００〜１４０（％）」となる範囲、かつ、エンジン回転速度ＮＥが「８００〜２４００（ｒｐｍ）」となる範囲で（図８の太線枠内）、上限開度Ｔegrmaxの値が目標開度Ｔegrの値よりも小さくなるように設定されている。この上限開度マップでは、第１実施形態とは異なり、コンプレッサ圧ＰＣの代用としてエンジン負荷ＫＬが使用されている。

その後、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１６０へ移行し、図７のフローチャートと同様にステップ１６０〜ステップ１８０の処理を実行する。

上記の「ＥＧＲ制御」によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷ＫＬをコンプレッサ圧ＰＣの代用とし、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬとに応じて上限開度Ｔegrmaxを制限するようになっている。

従って、この実施形態でも第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、第１実施形態とは異なり、コンプレッサ圧ＰＣよりも各種エンジン制御に対して汎用性のあるエンジン負荷ＫＬが、上限開度Ｔegrmaxを求めるパラメータとして利用される。このため、ＥＧＲ制御の処理を簡略化することができると共に、コンプレッサ圧ＰＣを検出するための専用のセンサを省略することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明における過給機付きエンジンの排気還流装置を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、「ＥＧＲ制御」の処理内容の点で第１及び第２の実施形態と構成が異なる。図９に、この実施形態の「ＥＧＲ制御」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。図９のフローチャートには、図３のステップ１００〜ステップ１５０と同様の処理が設けられ、図３のステップ１６０とステップ１７０の処理に代えてステップ１６５とステップ１７５の処理が設けられ、更に、ステップ１５０とステップ１６５との間には、新たにステップ２００〜ステップ２３０の処理が加えられる点で図３のフローチャートと異なる。

すなわち、ステップ１５０から移行してステップ２００では、ＥＣＵ５０は、車速センサ５６により検出される車速ＳＰＤを取り込む。

次に、ステップ２１０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥが所定値Ｎ１より大きいか否かを判断する。所定値Ｎ１として、例えば「１５００（rpm）」を当てはめることができる。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をそのままステップ１６５へ移行する。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をステップ２２０へ移行する。

そして、ステップ２２０では、ＥＣＵ５０は、車速ＳＰＤに基づき車速補正係数Ｋspdを求める。ＥＣＵ５０は、この車速補正係数Ｋspdを、例えば、図１０に示す車速補正係数マップを参照することにより求めることができる。この車速補正係数マップは、車速ＳＰＤに対する車速補正係数Ｋspdの値が予め設定されている。この車速補正係数Ｋspdは、中速域までの車速ＳＰＤでは「１.０」で一定となり、車速ＳＰＤが中速域から高くなるに連れて直線的に大きくなり、その後一定となるように設定されている。

次に、ステップ２３０で、ＥＣＵ５０は、車速ＳＰＤで補正した最終上限開度ＦＴegrmaxを求める。ＥＣＵ５０は、上限開度Ｔegrmaxに車速補正係数Ｋspdを乗算することで最終上限開度ＦＴegrmaxを求める。

次に、ステップ１６５で、ＥＣＵ５０は、目標開度Ｔegrが最終上限開度ＦＴegrmaxよりも大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、ステップ１７５で、最終上限開度ＦＴegrmaxを目標開度Ｔegrとして設定した後、処理をステップ１８０へ移行する。一方、ステップ１６５の判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をそのままステップ１８０へ移行する。

そして、ステップ１６５又はステップ１７５から移行してステップ１８０では、ＥＣＵ５０は、目標開度Ｔegrに基づきＥＧＲ弁１８を制御した後、処理をステップ１００へ戻す。従って、ステップ１６５で、目標開度Ｔegrが最終上限開度ＦＴegrmaxを上回るときは、目標開度Ｔegrより小さい最終上限開度ＦＴegrmaxが目標開度Ｔegrとして設定され、その値に基づいてＥＧＲ弁１８が制御されことになる。つまり、ＥＧＲ弁１８の上限開度が目標開度Ｔegrより小さい最終上限開度ＦＴegrmaxに制限されることになる。

従って、この実施形態でも第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、第１実施形態とは異なり、上限開度Ｔegrmaxが車速ＳＰＤに基づいてＥＣＵ５０により補正されるので、エンジン１の減速時に電子スロットル装置１４より上流の吸気通路３に残留するＥＧＲガス量が車速ＳＰＤに応じて調整される。ここで、エンジン１では、車速ＳＰＤが高いほど、エンジン１の減速時に燃焼室１６に対するインジェクタ２５からの燃料供給が遮断（燃料カット）される時間が長引く傾向があり、燃料カットの間は燃焼に影響なくＥＧＲガスを燃焼室１６へ導入することができる。この実施形態では、車速ＳＰＤが高いほど車速補正係数Ｋspdが大きくなることから、最終上限開度ＦＴegrmaxは、車速ＳＰＤが高くなるほど大きくなる。そのため、エンジン１の減速時に電子スロットル装置１４より上流の吸気通路３に残留するＥＧＲガスの量は、車速ＳＰＤが高い場合に低い場合に比べて増えるが、上記の理由から燃料の燃焼に影響なく残留ＥＧＲガスを燃焼室１６へ導入することができる。このため、ＥＧＲの実行時に、ＥＧＲ弁１８の上限開度が制限されることで燃焼室１６へ還流されるＥＧＲガス量の増加が制限されることを、車速ＳＰＤに応じて緩和することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明における過給機付きエンジンの排気還流装置を具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、「ＥＧＲ制御」の処理内容の点で第３実施形態と構成が異なる。図１１に、この実施形態の「ＥＧＲ制御」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。図１１のフローチャートでは、図９のフローチャートにおけるステップ１４０の処理が省略され、図９のステップ１２０とステップ１５０の処理に代えて、ステップ１２５とステップ１５５の処理が設けられた点で図９のフローチャートと異なる。

すなわち、ステップ１１０の判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、ステップ１２５で、ＥＣＵ５０は、回転速度センサ５２及び吸気圧センサ５１の検出値に基づき、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬをそれぞれ取り込む。ここで、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷ＫＬを、エンジン回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭに基づいて求めることができる。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じたＥＧＲ弁１８の目標開度Ｔegrを求める。ＥＣＵ５０は、この目標開度Ｔegrを、例えば、図４に示す目標開度マップを参照することにより求めることができる。

次に、ステップ１５５で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じた上限開度Ｔegrmaxを求める。この上限開度Ｔegrmaxは、エンジン１の減速時等、電子スロットル装置１４が閉弁したときに、その電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に残留するＥＧＲガスを低減するために、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じてＥＧＲ弁１８の開度を、ある条件下で目標開度Ｔegrよりも小さく抑えるために設定されたものである。ＥＣＵ５０は、この上限開度Ｔegrmaxを、所定の上限開度マップ（図示略）を参照することにより求めることができる。この上限開度マップでは、第３実施形態とは異なり、コンプレッサ圧ＰＣの代用としてエンジン負荷ＫＬが使用されている。

その後、ＥＣＵ５０は、処理をステップ２００へ移行し、図９のフローチャートと同様にステップ２００〜ステップ２３０及びステップ１６５〜ステップ１８０の処理を実行する。

上記の「ＥＧＲ制御」でも、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷ＫＬをコンプレッサ圧ＰＣの代用とし、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬとに応じて上限開度Ｔegrmaxを制限するようになっている。

従って、この実施形態でも第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、第３実施形態とは異なり、コンプレッサ圧ＰＣよりも各種エンジン制御に対して汎用性のあるエンジン負荷ＫＬが、上限開度Ｔegrmaxを求めるパラメータとして利用される。このため、ＥＧＲ制御の処理を簡略化することができると共に、コンプレッサ圧ＰＣを検出するための専用のセンサを省略することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

前記第１及び第３の実施形態では、コンプレッサ圧ＰＣを吸気圧センサ５１により検出される吸気圧ＰＭから間接的に求めたが、コンプレッサ圧ＰＣを専用のセンサにより直接検出するように構成することもできる。

前記第１及び第３の実施形態では、コンプレッサ圧ＰＣを、エンジン回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭとの関係からコンプレッサ圧ＰＣの値が予め設定されたコンプレッサ圧マップを参照することにより求めたが、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬとの関係からコンプレッサ圧ＰＣの値が予め設定されたコンプレッサ圧マップを参照することにより求めることもできる。

この発明は、例えば、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンにかかわらず自動車用エンジンに利用することができる。

１ エンジン
３ 吸気通路
３ａ サージタンク（吸気通路）
５ 排気通路
７ 過給機
８ コンプレッサ
９ タービン
１０ 回転軸
１４ 電子スロットル装置（吸気量調節弁）
１６ 燃焼室
１７ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１７ａ 出口
１７ｂ 入口
１８ ＥＧＲ弁（排気還流弁）
２３ スロットルセンサ（運転状態検出手段）
２７ アクセルセンサ（運転状態検出手段）
５０ ＥＣＵ（制御手段、上限開度制限手段、上限開度補正手段）
５１ 吸気圧センサ（運転状態検出手段）
５２ 回転速度センサ（運転状態検出手段）
５３ 水温センサ（運転状態検出手段）
５４ エアフローメータ（運転状態検出手段）
５５ 空燃比センサ（運転状態検出手段）
５６ 車速センサ（車速検出手段）
ＮＥ エンジン回転速度
ＰＭ 吸気圧
ＫＬ エンジン負荷
ＳＰＤ 車速
ＰＣ コンプレッサ圧
Ｔegr 目標開度
Ｔegrmax 上限開度
Ｋspd 車速補正係数

Claims (3)

1. エンジンの吸気通路と排気通路との間に設けられ、前記吸気通路における吸気を昇圧させるための過給機と、
   前記過給機は、前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、前記排気通路に配置されたタービンと、前記コンプレッサと前記タービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含むことと、
   前記吸気通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁と、
   前記エンジンの燃焼室から前記排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして前記吸気通路へ流して前記燃焼室へ還流させる排気還流通路と、
   前記排気還流通路は、その入口が前記タービンより下流の前記排気通路に接続され、その出口が前記コンプレッサより上流の前記吸気通路に接続されることと、
   前記排気還流通路における前記排気還流ガスの流れを調節するための排気還流弁と、
   前記エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段により検出される運転状態に応じた目標開度を求め、前記求められた目標開度に基づいて前記排気還流弁を制御するための制御手段と
   を備えた過給機付きエンジンの排気還流装置において、
   前記運転状態検出手段によりそれぞれ検出される前記エンジンの回転速度と前記吸気量調節弁より上流の前記吸気通路における前記コンプレッサによる圧力とに応じて前記排気還流弁の上限開度を制限するための上限開度制限手段を備え、前記制御手段は、前記求められた目標開度が前記制限される上限開度を上回るときに、前記上限開度に基づいて前記排気還流弁を制御することを特徴とする過給機付きエンジンの排気還流装置。
2. 前記エンジンが搭載される車両の車速を検出するための車速検出手段と、
   前記検出される車速に基づいて前記上限開度制限手段による前記上限開度を補正するための上限開度補正手段と
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の過給機付きエンジンの排気還流装置。
3. 前記上限開度制限手段は、前記運転状態検出手段により検出される前記エンジンの負荷を前記コンプレッサによる圧力の代用とし、前記エンジンの回転速度と前記エンジンの負荷とに応じて前記上限開度を制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付きエンジンの排気還流装置。

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