JP2016037926A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、ＥＧＲ要求が発生したときに、ＣＯ２を筒内に速やかに供給し、ＥＧＲの遅れを抑制して排気エミッションを低減する。【解決手段】エンジン１０は、上流ＥＧＲ通路３４、中流ＥＧＲ通路３６、下流ＥＧＲ通路３８、バイパス通路４０、ＥＧＲ弁４２、切換弁４４、ＥＧＲクーラ４６、ＣＯ２吸着体４８、ヒータ５０、ＥＣＵ７０等を備える。ＥＣＵ７０は、ＥＧＲ要求が発生していないときに、ヒータ５０によりＣＯ２吸着体４８の温度を放出温度領域に保持し、かつ、中流ＥＧＲ通路３６内のガスがＣＯ２吸着体から放出されたＣＯ２と置き換わるようにＥＧＲ弁４２を開弁設定時間ｔだけ開弁する。これにより、ＥＧＲ要求の発生時には、ＣＯ２吸着体４８からＣＯ２を放出するための時間を必要とせずに、中流ＥＧＲ通路３６に蓄積されたＣＯ２を速やかに筒内に供給することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等に適用される内燃機関に関し、特に、ＥＧＲ機構及びＣＯ２吸着体を備えた内燃機関に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００５−０４２５６９号公報）に開示されているように、ＥＧＲ機構及びＣＯ２吸着体を備えた内燃機関が知られている。従来技術の内燃機関は、２つのＥＧＲ通路と、これらのＥＧＲ通路の間でＥＧＲガスの流路を切換える切換弁とを備えている。ＣＯ２吸着体は、温度状態に応じてＣＯ２を吸着及び放出するもので、一方のＥＧＲ通路にのみ配置されている。そして、従来技術では、筒内の燃焼温度を低下させる要求（ＥＧＲ要求）があり、かつ、ＣＯ２吸着体がＣＯ２を放出可能な温度状態である場合に、切換弁を駆動し、ＣＯ２吸着体が配置されたＥＧＲ通路から吸気系にＥＧＲガスを還流させるようにしている。

特開２００５−０４２５６９号公報 特開２０１１−０３２９６８号公報 特開２００８−０５７４９６号公報 国際公開第２０１１／１４１９８８号

上述した従来技術では、ＥＧＲ要求が急に発生した場合に、ＣＯ２吸着体からＣＯ２を放出する動作が時間的に間に合わず、必要な量のＣＯ２を放出し切れないことがある。この場合には、ＣＯ２吸着体から放出されるＣＯ２の量の不足と、放出されたＣＯ２が筒内に到達するまでの時間遅れとが重なることにより、ＥＧＲの遅れが増大し、排気エミッションが増加するという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ＥＧＲ要求が発生したときに、ＣＯ２を筒内に速やかに供給し、ＥＧＲの遅れを抑制して排気エミッションを低減することが可能な内燃機関を提供することにある。

第１の発明は、内燃機関の吸気通路と排気通路とに接続され、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路を介して吸気系に還流されるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ弁の上流側で前記ＥＧＲ通路に設けられ、吸着温度領域でＣＯ２を吸着する機能と前記吸着温度領域よりも高温な放出温度領域でＣＯ２を放出する機能とを有するＣＯ２吸着体と、
前記ＣＯ２吸着体を加熱するためのヒータと、
前記ＥＧＲ弁及び前記ヒータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、ＥＧＲ要求が発生していないときに、前記ヒータにより前記ＣＯ２吸着体の温度を前記放出温度領域に保持し、かつ、前記ＥＧＲ通路のうち前記ＣＯ２吸着体と前記ＥＧＲ弁との間に位置するＥＧＲ部分通路内のガスが前記ＣＯ２吸着体から放出されたＣＯ２と置き換わるように前記ＥＧＲ弁を設定された開弁設定時間の間開弁する構成としている。

第２の発明によると、前記開弁設定時間は、内燃機関に流入するガスの流量と、前記ＥＧＲ弁の開度とに基いて設定する構成としている。

第３の発明によると、前記制御装置は、前記ＥＧＲ弁を筒内の燃焼状態が悪化しない程度の小さな開度だけ開弁した状態に保持し、前記ＥＧＲ部分通路内のガスを前記ＣＯ２と置き換える構成としている。

第４の発明によると、前記制御装置は、前記ＥＧＲ部分通路内のガスを前記ＣＯ２と置き換えるときに、前記ヒータにより前記ＣＯ２吸着体を加熱してから前記ＥＧＲ弁を開弁する構成としている。

第５の発明は、前記ＥＧＲ通路の一部を構成し、前記ＥＧＲ部分通路と並列に接続されて当該ＥＧＲ部分通路をバイパスするバイパス通路と、
前記制御装置により駆動され、ガスの流路を前記ＥＧＲ部分通路と前記バイパス通路の何れかに切換える切換弁と、を備え、
前記制御装置は、ＥＧＲが不要となる小さい機関負荷に対応して設定された第１判定値と、前記第１判定値よりも大きな値に設定され、ＣＯ２を使用しないＥＧＲでも対応可能な機関負荷に対応する第２判定値と、を備え、
機関負荷が前記第１判定値よりも小さい場合に、前記ＣＯ２吸着体からＣＯ２を放出して当該ＣＯ２を前記ＥＧＲ部分通路に蓄積し、機関負荷が前記第１判定値よりも大きく、かつ、前記第２判定値よりも小さい場合に、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に流通させることにより、ＣＯ２を使用しないＥＧＲを実行し、機関負荷が前記第２判定値よりも大きい場合に、ＥＧＲガスを前記ＥＧＲ部分通路に流通させることにより、ＣＯ２を使用するＥＧＲを実行する構成としている。

第６の発明は、前記ＥＧＲ部分通路に設けられ、ガスを冷却するＥＧＲクーラを備えている。

第１の発明によれば、ＥＧＲ要求が発生していないときには、ＣＯ２吸着体から放出されたＣＯ２をＥＧＲ通路に蓄積しておくことができる。従って、この状態からＥＧＲ要求が発生した場合には、ＥＧＲ弁を開弁することにより、ＥＧＲ通路に蓄積されていたＣＯ２を筒内に速やかに供給することができる。即ち、ＥＧＲ要求の発生時には、ＣＯ２吸着体からＣＯ２を放出するための時間が必要ないので、ＣＯ２を使用するＥＧＲを速やかに開始することができる。従って、過渡時に生じ易いＥＧＲの遅れを抑制し、排気エミッションを低減することができる。

第２の発明によれば、開弁設定時間は、吸入空気量、ＥＧＲ弁の開度等に基いて適切に設定することができる。これにより、ＥＧＲ通路に滞留するガスをＣＯ２吸着体から放出されたＣＯ２と安定的に置き換えることができる。即ち、ＣＯ２の蓄積量が不足したり、過剰な蓄積動作によりＣＯ２が吸気通路に漏れ出るのを回避することができる。

第３の発明によれば、ＣＯ２を蓄積する制御の実行時には、吸気通路や筒内のＣＯ２濃度を上昇させ、ＮＯｘの抑制効果を向上させることができる。また、ＥＧＲ弁４２の開弁時間を管理する必要がないので、制御を簡略化することができる。

第４の発明によれば、加熱中のＣＯ２吸着体が排気ガスの流れにより冷却されるのを防止し、加熱を効率よく行うことができる。従って、ＣＯ２吸着体の加熱を短時間で完了し、制御性を向上させることができる。

第５の発明によれば、ＣＯ２を必要としない程度のＥＧＲ要求が発生した場合には、ＥＧＲガスとなる排気ガスをバイパス通路に流通させることができる。これにより、例えば減速後やアイドル運転のような低負荷運転時には、ＥＧＲ部分通路に蓄積されたＣＯ２を温存し、ＣＯ２が無駄に消費されるのを回避することができる。従って、ＣＯ２が必要とされる場合にのみ、蓄積されたＣＯ２を効率よく使用することができる。また、低負荷運転時にＣＯ２が筒内に供給されて失火等が生じるのを回避することができる。

第６の発明によれば、ＣＯ２吸着体から放出された高温のＣＯ２をＥＧＲクーラにより効率よく冷却することができる。従って、筒内に流入するＥＧＲガスの温度を抑制し、燃焼温度を低下させることができる。

本発明の実施の形態１によるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。 本発明の実施の形態１により得られる効果を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３によるＥＧＲ機構を示すエンジンの要部拡大図である。 本発明の実施の形態４によるＥＧＲ機構を示すエンジンの要部拡大図である。 本発明の実施の形態５によるＥＧＲ機構を示すエンジンの要部拡大図である。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図３を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１によるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では４気筒エンジンを例示したが、本発明は、任意の気筒数の内燃機関に適用することができる。エンジン１０の各気筒１２は、燃料噴射弁、点火プラグ、吸気バルブ、排気バルブ等を備えている。

また、エンジン１０は、各気筒１２に吸入空気を吸込む吸気通路１４と、各気筒１２から排気ガスを排出する排気通路１６とを備えている。吸気通路１４には、吸入空気量を調整するスロットル弁１８が設けられている。排気通路１６には、排気ガスを浄化する触媒２０が設けられている。また、吸気通路１４と排気通路１６との間には、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機２２が設けられている。なお、本発明は、過給機２２を搭載していない自然吸気式の内燃機関にも適用可能である。

エンジン１０は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ機構３０を備えている。なお、本明細書において、ＥＧＲガスとは、ＥＧＲ通路３２に流入した排気ガスと、後述のＣＯ２吸着体４８から放出されるＣＯ２とを意味している。ＥＧＲ機構３０は、ＥＧＲ通路３２、ＥＧＲ弁４２、切換弁４４、ＥＧＲクーラ４６等を備えている。ＥＧＲ通路３２は、吸気通路１４と排気通路１６とを接続するもので、上流ＥＧＲ通路３４、中流ＥＧＲ通路３６、下流ＥＧＲ通路３８及びバイパス通路４０により構成されている。上流ＥＧＲ通路３４は、ＥＧＲガスの流れ方向において、ＥＧＲ通路３２の最上流部を構成するもので、排気通路１６に接続されている。

中流ＥＧＲ通路３６は、本実施の形態において、ＥＧＲ部分通路を構成するもので、ＣＯ２吸着体４８とＥＧＲ弁４２との間に位置している。中流ＥＧＲ通路３６の上流端は、上流ＥＧＲ通路３４に接続されている。中流ＥＧＲ通路３６の下流端は、下流ＥＧＲ通路３８に接続されている。下流ＥＧＲ通路３８は、ＥＧＲ通路３２の最下流部を構成するもので、吸気通路１４に接続されている。上流ＥＧＲ通路３４と下流ＥＧＲ通路３８の間には、中流ＥＧＲ通路３６とバイパス通路４０とが互いに並列に接続されている。バイパス通路４０は、中流ＥＧＲ通路３６をバイパスする通路として形成されている。即ち、バイパス通路４０は、上流ＥＧＲ通路３４と中流ＥＧＲ通路３６との接続部から分岐し、中流ＥＧＲ通路３６と下流ＥＧＲ通路３８との接続部に合流している。

ＥＧＲ弁４２は、ＥＧＲ通路３２を介して吸気通路１４に還流されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）を調整するものである。ＥＧＲ弁４２は、例えば電磁駆動式の流量調整弁により構成され、下流ＥＧＲ通路３８の最下流部に設けられている。切換弁４４は、上流ＥＧＲ通路３４を流れるガスの流路を中流ＥＧＲ通路３６とバイパス通路４０の何れかに切換えるものである。切換弁４４は、常閉（ノーマル・クローズ）の電磁弁等により構成され、例えばバイパス通路４０の最上流部に設けられている。ＥＧＲクーラ４６は、中流ＥＧＲ通路３６を流れるＥＧＲガスを冷却するように構成されている。

エンジン１０は、ＣＯ２吸着体４８及びヒータ５０を備えている。ＣＯ２吸着体４８は、温度状態に応じてＣＯ２を吸着及び放出するもので、上流ＥＧＲ通路３４に設けられ、ＥＧＲ弁４２の上流側に配置されている。ＣＯ２吸着体４８を構成する主な材料としては、例えばリチウムジルコネート（Ｌｉ_２ＺｒＯ_３）、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＦｅＯ_２等のリチウム系化合物、または、Ｂａ_２ＴｉＯ_４等が知られている。ＣＯ２吸着体４８は、例えば４００〜６００℃の温度領域（吸着温度領域）においてＣＯ２を吸着する。また、例えば７００℃〜８００℃の温度領域（放出温度領域）において、吸着していたＣＯ２を放出する。なお、上述したＣＯ２吸着体４８の構成材料及び温度領域は一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。ヒータ５０は、ＣＯ２吸着体４８を加熱してＣＯ２を放出させるもので、例えばニクロム線により構成され、ＣＯ２吸着体４８に取付けられている。

また、本実施の形態のシステムは、エンジン１０及び車両の運転状態を検出するセンサ系統６０と、センサ系統６０の出力に基いてエンジン１０を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)７０とを備えている。センサ系統６０には、クランク角センサ、エアフローセンサ、アクセル開度センサ等を含む各種のセンサが含まれている。クランク角センサは、クランク軸の回転速度（機関回転速度）及びクランク角を検出するためのセンサである。エアフローセンサは吸入空気量を検出するもので、アクセル開度センサは、運転者のアクセル操作量を検出するものである。

ＥＣＵ７０は、各種の制御プログラムが予め記憶された記憶回路と、前記各制御プログラムに基いて制御を実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、演算処理装置に対して信号を入出力する入出力回路とを備えている。ＥＣＵ７０の入力側には、センサ系統の各センサが接続されている。ＥＣＵ７０の出力側には、各気筒の燃料噴射弁及び点火プラグ、ＥＧＲ弁４２、切換弁４４、ヒータ５０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ７０は、センサ系統６０の出力に基いて吸入空気量、機関回転速度、機関負荷等を算出し、これらの算出結果に基いて各アクチュエータを駆動する。

次に、ＥＣＵ７０により実行される制御について説明する。ＥＣＵ７０は、エンジン１０の運転状態に基いてＥＧＲ要求が発生しているか否かを判定し、ＥＧＲ要求の発生時には、ＥＧＲ制御を実行する。ＥＧＲ制御では、運転状態に基いて目標ＥＧＲ量を設定し、実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量に追従するようにＥＧＲ弁４２の開度をフィードバック制御する。これにより、ＥＧＲガスは、上流ＥＧＲ通路３４、中流ＥＧＲ通路３６及び下流ＥＧＲ通路３８を順次流通して吸気通路１４に還流され、ＥＧＲが実行される。

一方、本実施の形態では、ＥＧＲ要求が発生していないときに、ＣＯ２蓄積制御を実行する。ＣＯ２蓄積制御では、まず、ＥＧＲ弁４２及び切換弁４４を閉弁した状態において、ヒータ５０を起動し、ＣＯ２吸着体４８を加熱する。そして、ＣＯ２吸着体４８の温度を放出温度領域に保持し、ＣＯ２吸着体４８から上流ＥＧＲ通路３４にＣＯ２を放出させる。次に、ＥＧＲ弁４２を予め設定された開弁設定時間ｔの間開弁し、下流ＥＧＲ通路３８から吸気通路１４にＥＧＲガスを流出させる。

ここで、ＥＧＲ弁４２の開弁設定時間ｔは、例えば中流ＥＧＲ通路３６に滞留するガスがＣＯ２吸着体４８から放出されたＣＯ２と置き換わるのに必要な時間に対応して設定される。具体例を挙げると、開弁設定時間ｔは、エンジン１０に流入するガスの流量と、ＥＧＲ弁４２の開度と、ＥＧＲ通路３２のうちＣＯ２吸着体４８とＥＧＲ弁４２との間に位置する部位の容積（例えば、中流ＥＧＲ通路３６の容積）とに基いて設定される。なお、本発明では、開弁設定時間ｔを一定値に設定してもよい。ＥＧＲ弁４２の開弁中には、中流ＥＧＲ通路３６に滞留するガスがＥＧＲ弁４２から排出されると共に、ＣＯ２吸着体４８から放出されたＣＯ２が中流ＥＧＲ通路３６に滞留する。そして、開弁設定時間ｔが経過した後には、中流ＥＧＲ通路３６にＣＯ２が充満した状態となるので、この時点でＥＧＲ弁４２を閉弁し、ＣＯ２蓄積制御を終了する。

このように、本実施の形態では、例えば減速時のようにＥＧＲ要求が発生していないときに、ＣＯ２蓄積制御によりＥＧＲ通路３２にＣＯ２を蓄積しておくことができる。従って、この状態からＥＧＲ要求が発生した場合（例えば、減速後の再加速時など）には、ＥＧＲ弁４２を開弁することにより、ＥＧＲ通路３２に蓄積されていたＣＯ２を筒内に速やかに供給することができる。即ち、ＥＧＲ要求の発生時には、ＣＯ２吸着体４８からＣＯ２を放出するための時間が必要ないので、ＣＯ２を使用するＥＧＲを速やかに開始することができる。また、多量のＥＧＲが急に必要となった場合でも、十分な量のＣＯ２を短時間で筒内に供給することができる。従って、過渡時に生じ易いＥＧＲの遅れを抑制し、排気エミッションを低減することができる。

また、本実施の形態では、エンジン１０に流入するガスの流量、ＥＧＲ弁４２の開度、既知である中流ＥＧＲ通路３６の容積等に基いて、開弁設定時間ｔを適切に設定することができる。これにより、中流ＥＧＲ通路３６に滞留するガスをＣＯ２吸着体４８から放出されたＣＯ２と安定的に置き換えることができる。即ち、中流ＥＧＲ通路３６に蓄積されるＣＯ２の蓄積量が不足したり、過剰な蓄積動作によりＣＯ２が中流ＥＧＲ通路３６から吸気通路１４に漏れ出るのを回避することができる。

（変形例）
なお、実施の形態１では、ＥＧＲ通路３２のうちＣＯ２吸着体４８とＥＧＲ弁４２との間に位置する部位（ＥＧＲ部分通路）が中流ＥＧＲ通路３６である場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、ＥＧＲクーラ４６のみにＣＯ２を蓄積する構成、即ち、ＥＧＲ部分通路がＥＧＲクーラ４６である構成を採用してもよい。この場合、開弁設定時間ｔは、エンジン１０に流入するガスの流量と、ＥＧＲ弁４２の開度と、既知であるＥＧＲクーラ４６の容積とに基いて設定される。

上記変形例によれば、ＣＯ２蓄積制御では、ＣＯ２吸着体４８から放出されたＣＯ２をＥＧＲクーラ４６の内部のみに蓄積することができる。また、ＣＯ２吸着体４８から放出されたＣＯ２を使用しない場合には、当該ＣＯ２をバイパス通路４０によりＥＧＲクーラ４６の下流側に放出する。このとき、ＥＧＲクーラ４６の下流側にも蓄積されているＣＯ２が存在すると、当該ＣＯ２によりエンジン１０に高濃度のＣＯ２が供給されることになる。この結果、燃焼性が悪化し、また、ＣＯ２が無駄に消費される。これに対し、上記変形例によれば、ＥＧＲクーラ４６よりも下流側にＣＯ２を蓄積しないので、ＥＧＲクーラ４６をバイパスしてＣＯ２を放出したときに、エンジン１０に高濃度のＣＯ２が供給されるのを回避することができる。従って、燃焼性を良好に保持し、ＣＯ２を有効に活用することができる。

次に、図２を参照して、実施の形態１の効果について説明する。図２は、本発明の実施の形態１により得られる効果を説明するためのタイミングチャートである。この図に示すように、従来技術では、車両が減速した後に再度加速を行うときに、目標ＥＧＲ量を大きく設定しても、ＥＧＲの遅れが生じ易い。この結果、排気ガス中には、再加速時に余分なＮＯｘが排出されるようになり、排気エミッションが増加する。これに対し、本実施の形態では、ＥＧＲの遅れが抑制されるので、ＮＯｘの余分な排出を回避し、排気エミッションを改善することができる。

しかも、ＣＯ２は、通常の排気ガスよりも比熱比が小さい。このため、ＣＯ２を利用したＥＧＲでは、通常よりも少ないＥＧＲ量で燃焼温度を効率よく低下させることができる。具体例を挙げると、通常の排気ガスによるＥＧＲにおいて、ＥＧＲ率を３０％とした場合の比熱比は、ＣＯ２によるＥＧＲにおいて、ＥＧＲ率を５％とすることにより実現される。従って、ＥＧＲの開始時には、予め蓄積しておいたＣＯ２を即座に供給することで、比較的少量のＣＯ２でも高いＥＧＲ効果を発揮することができる。また、上記の比較条件において、通常のＥＧＲでは筒内の酸素濃度が１５％程度となるのに対し、ＣＯ２を用いたＥＧＲでは酸素濃度が２０％程度に向上する。これにより、ＥＧＲ実行時の筒内酸素濃度を高め、燃焼性を向上させることができる。

また、ＣＯ２吸着体４８から放出されたＣＯ２は、ヒータ５０の加熱により温度が高い状態となっている。このため、本実施の形態では、ＣＯ２を蓄積する中流ＥＧＲ通路３６にＥＧＲクーラ４６を配置している。これにより、中流ＥＧＲ通路３６に蓄積されるＣＯ２をＥＧＲクーラ４６により効率よく冷却することができる。従って、筒内に流入するＥＧＲガスの温度を抑制し、燃焼温度を低下させることができる。

また、排気ガスの温度は、例えばディーゼルエンジンにおいて２００〜６００℃であり、ＣＯ２吸着体４８の放熱温度領域よりも低い。このため、ＣＯ２蓄積制御では、前述のように、ヒータ５０によりＣＯ２吸着体４８を加熱してから、ＥＧＲ弁４２を開弁する構成としてもよい。これにより、加熱中のＣＯ２吸着体４８が排気ガスの流れにより冷却されるのを防止し、加熱を効率よく行うことができる。従って、ＣＯ２吸着体４８の加熱を短時間で完了し、制御性を向上させることができる。なお、ＥＧＲ弁４２は、ＣＯ２吸着体４８の温度が放出温度領域に到達してから開弁してもよい。これにより、上記効果をより顕著に発揮することができる。

また、ＣＯ２蓄積制御では、前述のように、例えば中流ＥＧＲ通路３６にＣＯ２を蓄積するのに必要な開弁設定時間ｔだけＥＧＲ弁４２を開弁する構成としてもよい。これにより、ＣＯ２蓄積制御の実行時には、吸気通路１４に流出するＣＯ２の量を抑制することができる。即ち、ＥＧＲ要求が発生していない状態において、ＣＯ２がＥＧＲ通路３２から無駄に流出するのを抑制することができる。従って、ＣＯ２吸着体４８の吸着性能が高くない場合でも、吸着されたＣＯ２を有効に活用することができる。また、中流ＥＧＲ通路３６に蓄積されるＣＯ２の濃度を開弁設定時間ｔに基いて適切に調整することができる。この結果、ＣＯ２の蓄積濃度が高過ぎてＥＧＲ時に失火が生じるのを防止することができる。

また、エンジン運転中には、機関負荷の大小に基いて切換弁４４を開閉する制御（以下、ＥＧＲ切換制御と表記）を実行してもよい。具体例を挙げると、ＥＣＵ７０には、第１，第２判定値が予め記憶されている。第１判定値は、ＥＧＲが不要となる小さい機関負荷に対応して設定されている。第２判定値は、例えばＣＯ２を使用しない通常のＥＧＲでも対応可能な比較的小さい機関負荷に対応して設定されている。従って、第１判定値は、第２判定値よりも小さな値に設定されている。

ＥＣＵ７０は、機関負荷が第１判定値よりも小さい場合に、例えば減速後やアイドル運転のようにＥＧＲが必要ない運転状態であると判定する。この場合には、前述したように、ＥＧＲ弁４２及び切換弁４４を閉弁した状態で、ＣＯ２蓄積制御を実行する。また、機関負荷が第１判定値よりも大きく、かつ、第２判定値よりも小さい場合には、ＥＧＲが必要であるものの、通常のＥＧＲでも排気エミッションを増加させずに対応可能であると判定する。このような運転状態の例としては、アイドル運転、低負荷運転等が挙げられる。この場合、ＥＣＵ７０は、切換弁４４を開弁すると共に、ＥＧＲ弁４２を必要な開度まで開弁する。これにより、ＥＧＲガスとなる排気ガスは、上流ＥＧＲ通路３４、バイパス通路４０及び下流ＥＧＲ通路３８を順次流通して吸気通路１４に還流される。このとき、中流ＥＧＲ通路３６は、ＣＯ２を蓄積した状態に保持されるので、ＣＯ２を使用しないＥＧＲが実行される。

一方、機関負荷が第２判定値よりも大きい場合には、ＣＯ２を使用するＥＧＲに適した運転状態であると判定する。この場合には、切換弁４４を閉弁した状態で、ＥＧＲ弁４２を必要な開度まで開弁する。これにより、吸気通路１４には、ＥＧＲ通路３２に蓄積されたＣＯ２が排気ガスと共に還流され、ＣＯ２を使用するＥＧＲが実行される。

上述したＥＧＲ切換制御によれば、ＣＯ２を必要としない程度のＥＧＲ要求が発生した場合には、ＥＧＲガスとなる排気ガスをバイパス通路４０に流通させることができる。これにより、例えば減速後やアイドル運転のような低負荷運転時には、中流ＥＧＲ通路３６に蓄積されたＣＯ２を温存し、ＣＯ２が無駄に消費されるのを回避することができる。従って、ＣＯ２が必要とされる場合にのみ、蓄積されたＣＯ２を効率よく使用することができる。また、低負荷運転時にＣＯ２が筒内に供給されて失火等が生じるのを回避することができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図３を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジン運転中に繰り返し実行されるものとする。図３に示すルーチンでは、まず、ステップＳ２において、ＣＯ２吸着体４８に吸着されたＣＯ２の吸着量を算出する。

具体例を挙げると、吸着量の算出処理では、まず、ＣＯ２吸着体４８の位置に到達する排気ガスの温度と、当該排気ガス中のＣＯ２濃度と、予め記憶されたＣＯ２吸着体４８の吸着特性とに基いて吸着量の増分を算出する。そして、ステップＳ２の演算処理毎に算出した吸着量の増分を積算することにより、ＣＯ２の吸着量を算出する。なお、排気ガス中のＣＯ２濃度は、例えば吸入空気量、機関回転速度、燃料噴射量等に基いて推定される。

次に、ステップＳ４では、車両が減速状態であるか否かを判定する。ステップＳ４の判定が成立した場合には、燃料カットを実行し、ステップＳ６に移行する。また、ステップＳ４の判定が不成立の場合には、ＣＯ２蓄積制御を実行しないので、ステップＳ２に戻る。次に、ステップＳ６では、ＣＯ２の吸着量が予め設定された吸着判定値よりも大きいか否かを判定する。吸着判定値は、例えばＣＯ２蓄積制御を実行するのに最低限必要な吸着量に対応して設定されている。

ステップＳ６の判定が成立した場合には、ＣＯ２の吸着量が十分であるから、ステップＳ８によりＣＯ２蓄積制御を実行する。具体的には、ヒータ５０によりＣＯ２吸着体４８を加熱してから、ＥＧＲ弁４２を開弁する。そして、ＥＧＲ弁４２が開弁してからの経過時間を計測するためのカウンタを起動し、ステップＳ１０に移行する。一方、ステップＳ６の判定が不成立の場合には、ＣＯ２の吸着量が足りないので、ＣＯ２蓄積制御を実行せずに、ステップＳ２に戻る。

次に、ステップＳ１０では、ＥＧＲ弁４２が開弁してからの経過時間が前述の開弁設定時間ｔを超えたか否かを判定する。ステップＳ１０の判定が成立した場合には、ステップＳ１２に移行してＥＧＲ弁４２を閉弁し、ＣＯ２蓄積制御を終了する。一方、ステップＳ１０の判定が不成立の場合には、ステップＳ８に戻り、開弁設定時間ｔが経過するまでＣＯ２蓄積制御を継続する。

次に、ステップＳ１４，Ｓ１６では、前述した第１判定値及び第２判定値に基いて、機関負荷の大きさを判定する。これらのステップでは、機関負荷に相当するパラメータとして、燃料噴射量を用いた場合を例示している。具体的に述べると、まず、ステップＳ１４では、現在の燃料噴射量が前述の第１判定値よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ１４の判定が成立した場合には、多少の燃料噴射が行われているものの、機関負荷が小さく、ＥＧＲが必要ない運転状態であると判定し、機関負荷が増加するまで待機する。一方、ステップＳ１４の判定が不成立の場合には、ステップＳ１６に移行する。

次に、ステップＳ１６では、燃料噴射量が第２判定値よりも小さいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、機関負荷が多少は大きいので、ＥＧＲが必要であるものの、ＣＯ２を使用しない通常のＥＧＲでも、排気エミッションを増加させずに対応可能であると判定する。そこで、この場合には、ステップＳ１８に移行して切換弁４４を開弁し、通常のＥＧＲを実行した後に、ステップＳ２に戻る。

一方、ステップＳ１６の判定が不成立の場合には、機関負荷が十分に大きいので、ＣＯ２を使用するＥＧＲに適した運転状態であると判定する。そこで、この場合には、まず、ステップＳ２０に移行し、ＥＧＲ通路３２内のＣＯ２濃度を算出する。ＥＧＲ通路３２内のＣＯ２濃度は、例えばＣＯ２吸着体４８によるＣＯ２の吸着量、予め記憶されたＣＯ２の放出特性、温度、ＥＧＲ通路３２の各部の容積等に基いて算出することができる。

次に、ステップＳ２２では、ＣＯ２濃度の算出値に基いて再加速時の燃焼パラメータを補正する。具体例を挙げると、高濃度のＣＯ２に対応してＥＧＲ量（ＥＧＲ弁４２の開度）を補正し、失火を防止する。また、パイロット噴射を実行するときの燃料噴射量、噴射のインターバル、噴射時期等も補正する。これにより、再加速時には、ＥＧＲ通路３２に蓄積されたＣＯ２を用いてＥＧＲを実行しつつ、当該ＥＧＲに適合した燃焼制御を実現することができる。

実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、ＣＯ２蓄積制御の実行時に、ＥＧＲ弁を小さく開弁した状態に保持することを特徴としている。図４は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。図４に示すルーチンは、図３中のステップＳ８，Ｓ１０をステップＳ３０に置き換えたものであるため、既出のステップについての説明は適宜省略するものとする。

図４に示すルーチンでは、ステップＳ３０において、ＣＯ２蓄積制御を実行する。この制御では、まず、ＥＧＲ弁４２及び切換弁４４を閉弁した状態で、ヒータ５０によりＣＯ２吸着体４８を加熱する。次に、ＥＧＲ弁４２を予め設定された微小開度だけ開弁する。これにより、ＥＧＲ通路３２に滞留した排気ガスは、ＥＧＲ弁４２から徐々に流出し、ＣＯ２吸着体４８から放出されたＣＯ２に置き換えられる。このように、本実施の形態では、ＣＯ２蓄積制御中にＥＧＲ通路３２内のガスを常に換気しつつ、ＣＯ２を蓄積させる。なお、上述の微小開度は、例えば少量のＥＧＲを行ったとしても、燃焼状態が悪化しない程度の小さな開度として定義される。

次に、ステップＳ１４では、現在の燃料噴射量が前述の第１判定値よりも小さいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、多少の燃料噴射が行われているものの、機関負荷が小さく、ＥＧＲが必要ないと判定される。そこで、この場合には、機関負荷が増加するまでステップＳ３０に戻り、ＣＯ２蓄積制御を継続する。一方、ステップＳ１４の判定が不成立の場合には、前述したように、ステップＳ１６以降の処理を実行する。

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、ＣＯ２蓄積制御を行うために、ＥＧＲ弁４２を常に微小開度だけ開弁している。これにより、吸気通路１４や筒内のＣＯ２濃度を上昇させ、ＮＯｘの抑制効果を向上させることができる。また、ＥＧＲ弁４２の開弁時間を管理する必要がないので、制御を簡略化することができる。

実施の形態３．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、切換弁として三方弁を用いたことを特徴としている。図５は、本発明の実施の形態３によるＥＧＲ機構を示すエンジンの要部拡大図である。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

本実施の形態のシステムは、切換弁４４に代えて、電磁駆動式の三方弁８０を採用している。三方弁８０は、１つの流入ポートと２つの流出ポートとを有し、流入ポートは、上流ＥＧＲ通路３４の下流端に接続されている。三方弁８０の一方の流出ポートは、中流ＥＧＲ通路３６の上流端に接続され、他方の流出ポートは、バイパス通路４０の上流端に接続されている。三方弁８０は、ＥＣＵ７０により制御され、ガスの流路を中流ＥＧＲ通路３６とバイパス通路４０の何れかに切換えるように構成されている。

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施の形態では、三方弁８０を用いることにより、中流ＥＧＲ通路３６とバイパス通路４０のうち一方の通路を遮断した状態で他方の通路にガスを流通させることができる。従って、これらの通路３６，４０の切換による効果をより安定的に発揮することができる。

実施の形態４．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、切換弁として三方弁を採用し、三方弁をバイパス通路の下流側に配置したことを特徴としている。図６は、本発明の実施の形態４によるＥＧＲ機構を示すエンジンの要部拡大図である。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

本実施の形態のシステムは、切換弁４４に代えて、電磁駆動式の三方弁８２を採用している。三方弁８２は、２つの流入ポートと１つの流出ポートとを有し、流出ポートは、下流ＥＧＲ通路３８の上流端に接続されている。三方弁８２の一方の流入ポートは、中流ＥＧＲ通路３６の下流端に接続され、他方の流入ポートは、バイパス通路４０の下流端に接続されている。三方弁８２は、ＥＣＵ７０により制御され、ガスの流路を中流ＥＧＲ通路３６とバイパス通路４０の何れかに切換えるように構成されている。このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１，３と同様の作用効果を得ることができる。

実施の形態５．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態は、ＣＯ２吸着体を中流ＥＧＲ通路に配置したことを特徴としている。図７は、本発明の実施の形態５によるＥＧＲ機構を示すエンジンの要部拡大図である。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

本実施の形態のシステムは、実施の形態１と同様に構成されたＣＯ２吸着体８４を備え、ＣＯ２吸着体８４には、ヒータ５０が取付けられている。但し、ＣＯ２吸着体８４は、中流ＥＧＲ通路３６に配置されている。なお、本実施の形態では、中流ＥＧＲ通路３６のうちＣＯ２吸着体８４よりも下流側に位置する部位がＥＧＲ部分通路を構成している。このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施の形態では、ＣＯ２吸着体８４から放出されたＣＯ２をＥＧＲクーラ４６に確実に流通させることができ、ＣＯ２を効率よく冷却することができる。

なお、前記実施の形態１，２では、ＣＯ２蓄積制御を実行するタイミングとして、主として減速時を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばアイドル運転時、エンジン停止前等の運転状態においても、その直後にＥＧＲ要求が急に発生することが予想される場合には、ＣＯ２蓄積制御を実行する構成としてもよい。

また、前記実施の形態１乃至５では、バイパス通路４０及び切換弁４４を備えるシステムを例示した。しかし、本発明は、バイパス通路４０及び切換弁４４を搭載しないシステムに適用してもよい。この場合には、中流ＥＧＲ通路３６及び下流ＥＧＲ通路３８がＥＧＲ部分通路に相当したものとなる。

また、前記実施の形態１乃至５では、触媒２０の上流側で排気通路１６から取出した排気ガスをスロットル弁１８の下流側で吸気通路１４に還流させるＨＰＬ型のＥＧＲ機構３０を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、触媒２０の下流側から取出した排気ガスをスロットル弁１８の上流側に還流させるＬＰＬ型のＥＧＲ機構に適用してもよい。

また、前記実施の形態１乃至５では、それぞれ異なる構成を例示したが、本発明は、これらの構成のみに限定されるものではない。即ち、本発明は、実施の形態１乃至５に示した構成のうち組合わせ可能な任意の構成を組合わせたシステムに適用されるものである。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ 気筒
１４ 吸気通路
１６ 排気通路
１８ スロットル弁
２０ 触媒
３０ ＥＧＲ機構
３２ ＥＧＲ通路
３４ 上流ＥＧＲ通路
３６ 中流ＥＧＲ通路（ＥＧＲ部分通路）
３８ 下流ＥＧＲ通路
４０ バイパス通路
４２ ＥＧＲ弁
４４ 切換弁
４６ ＥＧＲクーラ
４８，８４ ＣＯ２吸着体
５０ ヒータ
６０ センサ系統
７０ ＥＣＵ
８０，８２ 三方弁（切換弁）

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気通路と排気通路とに接続され、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路を介して吸気系に還流されるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲ弁と、
   前記ＥＧＲ弁の上流側で前記ＥＧＲ通路に設けられ、吸着温度領域でＣＯ２を吸着する機能と前記吸着温度領域よりも高温な放出温度領域でＣＯ２を放出する機能とを有するＣＯ２吸着体と、
   前記ＣＯ２吸着体を加熱するためのヒータと、
   前記ＥＧＲ弁及び前記ヒータを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、ＥＧＲ要求が発生していないときに、前記ヒータにより前記ＣＯ２吸着体の温度を前記放出温度領域に保持し、かつ、前記ＥＧＲ通路のうち前記ＣＯ２吸着体と前記ＥＧＲ弁との間に位置するＥＧＲ部分通路内のガスが前記ＣＯ２吸着体から放出されたＣＯ２と置き換わるように前記ＥＧＲ弁を設定された開弁設定時間の間開弁する構成とした内燃機関。
2. 前記開弁設定時間は、内燃機関に流入するガスの流量と、前記ＥＧＲ弁の開度とに基いて設定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御装置は、前記ＥＧＲ弁を筒内の燃焼状態が悪化しない程度の小さな開度だけ開弁した状態に保持し、前記ＥＧＲ部分通路内のガスを前記ＣＯ２と置き換える構成としてなる請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記制御装置は、前記ＥＧＲ部分通路内のガスを前記ＣＯ２と置き換えるときに、前記ヒータにより前記ＣＯ２吸着体を加熱してから前記ＥＧＲ弁を開弁する構成としてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関。
5. 前記ＥＧＲ通路の一部を構成し、前記ＥＧＲ部分通路と並列に接続されて当該ＥＧＲ部分通路をバイパスするバイパス通路と、
   前記制御装置により駆動され、ガスの流路を前記ＥＧＲ部分通路と前記バイパス通路の何れかに切換える切換弁と、を備え、
   前記制御装置は、
   ＥＧＲが不要となる小さい機関負荷に対応して設定された第１判定値と、
   前記第１判定値よりも大きな値に設定され、ＣＯ２を使用しないＥＧＲでも対応可能な機関負荷に対応する第２判定値と、を備え、
   機関負荷が前記第１判定値よりも小さい場合に、前記ＣＯ２吸着体からＣＯ２を放出して当該ＣＯ２を前記ＥＧＲ部分通路に蓄積し、
   機関負荷が前記第１判定値よりも大きく、かつ、前記第２判定値よりも小さい場合に、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に流通させることにより、ＣＯ２を使用しないＥＧＲを実行し、
   機関負荷が前記第２判定値よりも大きい場合に、ＥＧＲガスを前記ＥＧＲ部分通路に流通させることにより、ＣＯ２を使用するＥＧＲを実行する構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関。
6. 前記ＥＧＲ部分通路に設けられ、ガスを冷却するＥＧＲクーラを備えてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関。

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