JP2017008814A - 内燃機関のｅｇｒシステム及び内燃機関のｅｇｒ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に必要なＥＧＲガス流量を確保することができてＮＯｘの排出量を減少することができる内燃機関のＥＧＲシステム及び内燃機関のＥＧＲ方法を提供する。
【解決手段】内燃機関のＥＧＲシステム１００は、高圧ＥＧＲシステム１１０と低圧ＥＧＲシステム１２０とを備える内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、低圧ＥＧＲシステムの制御部５１は、コンプレッサ３２の吸気の入口における吸気の酸素濃度であるコンプレッサ前酸素濃度を制御目標値として低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度を制御し、高圧ＥＧＲシステムの制御部５１は、内燃機関１０のシリンダ内の酸素濃度であるシリンダ内酸素濃度を制御目標値として高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度を制御することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲシステム及び内燃機関のＥＧＲ方法に関する。

従来、内燃機関のＥＧＲシステムとして、排気通路に配置されたタービンよりも上流の排気の一部を吸気通路に配置されたコンプレッサよりも下流の吸気通路に還流する高圧ＥＧＲシステムと、タービンよりも下流の排気の一部をコンプレッサよりも上流の吸気通路に還流する低圧ＥＧＲシステムとを有するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−１１５７８０号公報

ところで、上記のような高圧ＥＧＲシステム及び低圧ＥＧＲシステムは、排気の一部を吸気通路に還流させるにあたり、内燃機関のシリンダ内の吸気の酸素濃度であるシリンダ内酸素濃度を制御目標値として用いて、高圧ＥＧＲバルブ及び低圧ＥＧＲバルブの開度を制御していた。

しかしながら、低圧ＥＧＲシステムのＥＧＲバルブは、高圧ＥＧＲシステムのＥＧＲバルブよりもシリンダから遠い箇所に配置されているので、高圧ＥＧＲシステム及び低圧ＥＧＲシステムの両方がシリンダ内酸素濃度を制御目標値とした場合、低圧ＥＧＲシステムによるＥＧＲガスの還流制御に制御遅れが生じることがある。この場合、内燃機関に必要なＥＧＲガスの流量が確保できない可能性が生じてしまう。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関に必要なＥＧＲガス流量を確保することができてＮＯｘの排出量を減少することができる内燃機関のＥＧＲシステム及び内燃機関のＥＧＲ方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲシステムは、タービンよりも上流の排気通路の途中とコンプレッサよりも下流の吸気通路の途中とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路に配置された高圧ＥＧＲバルブと、前記高圧ＥＧＲバルブを制御する制御部とを有する高圧ＥＧＲシステムと、前記タービンよりも下流の排気通路の途中と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路の途中とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、前記低圧ＥＧＲ通路に配置された低圧ＥＧＲバルブと、前記低圧ＥＧＲバルブを制御する制御部とを有する低圧ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、前記低圧ＥＧＲシステムの前記制御部は、前記コンプレッサの吸気の入口における吸気の酸素濃度であるコンプレッサ前酸素濃度を制御目標値として前記低圧ＥＧＲバルブの開度を制御し、前記高圧ＥＧＲシステムの前記制御部は、前記内燃機関のシリンダ内の酸素濃度であるシリンダ内酸素濃度を制御目標値として前記高圧ＥＧＲバルブの開度を制御することを特徴とする。

この発明によれば、低圧ＥＧＲバルブよりもシリンダに近い箇所にある高圧ＥＧＲバルブの開度は、シリンダ内酸素濃度を制御目標値として制御し、低圧ＥＧＲバルブの開度は
、高圧ＥＧＲバルブに比較して低圧ＥＧＲバルブに近い箇所における酸素濃度、すなわちコンプレッサ前酸素濃度を制御目標値として制御することができる。これにより、高圧ＥＧＲバルブ及び低圧ＥＧＲバルブに制御遅れが生じることを抑制できるので、高圧ＥＧＲバルブ及び低圧ＥＧＲバルブの両方によって、内燃機関に必要なＥＧＲ流量を確保することができ、ＮＯｘの排出量を減少することができる。

また、仮に低圧ＥＧＲバルブに制御遅れが生じたとしても、高圧ＥＧＲバルブは低圧ＥＧＲバルブとは異なる物理的指標（具体的にはシリンダ内酸素濃度）を制御目標値としているので、高圧ＥＧＲバルブが低圧ＥＧＲバルブと同時に制御遅れになることは抑制されている。その結果、高圧ＥＧＲバルブによるＥＧＲガスによって、内燃機関に必要なＥＧＲ流量を確保することができ、ＮＯｘの排出量を減少することができる。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ方法は、タービンよりも上流の排気通路の途中とコンプレッサよりも下流の吸気通路の途中とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路に配置された高圧ＥＧＲバルブと、を有する高圧ＥＧＲシステムと、前記タービンよりも下流の排気通路の途中と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路の途中とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、前記低圧ＥＧＲ通路に配置された低圧ＥＧＲバルブと、を有する低圧ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関のＥＧＲ方法において、前記コンプレッサの吸気の入口における吸気の酸素濃度であるコンプレッサ前酸素濃度を制御目標値として前記低圧ＥＧＲバルブの開度を制御し、前記内燃機関のシリンダ内の酸素濃度であるシリンダ内酸素濃度を制御目標値として前記高圧ＥＧＲバルブの開度を制御することを特徴とする。

この発明によれば、低圧ＥＧＲバルブよりもシリンダに近い箇所にある高圧ＥＧＲバルブの開度は、シリンダ内酸素濃度を制御目標値として制御し、低圧ＥＧＲバルブの開度は、高圧ＥＧＲバルブに比較して低圧ＥＧＲバルブに近い箇所における酸素濃度、すなわちコンプレッサ前酸素濃度を制御目標値として制御することができる。これにより、高圧ＥＧＲバルブ及び低圧ＥＧＲバルブに制御遅れが生じることを抑制できるので、高圧ＥＧＲバルブ及び低圧ＥＧＲバルブの両方によって、内燃機関に必要なＥＧＲ流量を確保することができ、ＮＯｘの排出量を減少することができる。

また、仮に低圧ＥＧＲバルブに制御遅れが生じたとしても、高圧ＥＧＲバルブは低圧ＥＧＲバルブとは異なる物理的指標（具体的にはシリンダ内酸素濃度）を制御目標値としているので、高圧ＥＧＲバルブが低圧ＥＧＲバルブと同時に制御遅れになることは抑制されている。その結果、高圧ＥＧＲバルブによるＥＧＲガスによって、内燃機関に必要なＥＧＲ流量を確保することができ、ＮＯｘの排出量を減少することができる。

本発明によれば、内燃機関に必要なＥＧＲガス流量を確保することができてＮＯｘの排出量を減少することができる。

実施形態に係る内燃機関システムの模式図である。 実施形態に係る制御装置による高圧ＥＧＲバルブ、低圧ＥＧＲバルブ及び排気絞り弁の制御の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態に係る内燃機関１０のＥＧＲシステム１００、及び内燃機関１０のＥＧＲ方法について図面を参照しつつ説明する。

図１は本実施形態に係るＥＧＲシステム１００が適用された内燃機関システム１の模式図である。内燃機関システム１は、内燃機関１０、吸気通路１１、排気通路１２、エアクリーナ１３、排気浄化装置１４、高圧ターボチャージャ２０、低圧ターボチャージャ３０、センサ類４０、制御装置５０、及びＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気還流）システム１００を備えている。ＥＧＲシステム１００は、高圧ＥＧＲシステム１１０及び低圧ＥＧＲシステム１２０を備えている。

内燃機関システム１は車両に搭載されている。車両の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてバス、トラック等の大型車両を用いる。内燃機関１０は、シリンダ（気筒）が形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、シリンダに配置されたピストンとを有している。内燃機関１０の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてディーゼルエンジンを用いる。

吸気通路１１は内燃機関１０に吸入される吸気が通過する通路である。排気通路１２は内燃機関１０から排出された排気が通過する通路である。エアクリーナ１３は吸気通路１１に配置されており、吸気通路１１の上流側端部から流入した新気（空気）に含まれる粉塵等を除去する。排気浄化装置１４は排気通路１２に配置されており、排気に含まれるＰＭ等の不純物を浄化する。

高圧ターボチャージャ２０は、低圧ターボチャージャ３０よりも高圧の排気によって駆動されるターボチャージャである。具体的には本実施形態に係る高圧ターボチャージャ２０は、高圧タービン２１、高圧コンプレッサ２２、及び、高圧タービン２１と高圧コンプレッサ２２とを連結する連結軸２３を備えている。また高圧ターボチャージャ２０は、バイパス通路２４及びバイパスバルブ２５を備えている。低圧ターボチャージャ３０は、低圧タービン３１、低圧コンプレッサ３２、及び、低圧タービン３１と低圧コンプレッサ３２とを連結する連結軸３３を備えている。また低圧ターボチャージャ３０は、バイパス通路３４及びバイパスバルブ３５を備えている。

高圧タービン２１及び低圧タービン３１は、排気通路１２の排気浄化装置１４よりも上流の部分に配置されている。高圧タービン２１は、低圧タービン３１よりも上流の排気通路１２に配置されているので、高圧タービン２１は低圧タービン３１よりも高圧の排気によって駆動される。高圧コンプレッサ２２及び低圧コンプレッサ３２は、吸気通路１１のエアクリーナ１３よりも下流の部分に配置されている。また高圧コンプレッサ２２は低圧コンプレッサ３２よりも下流の吸気通路１１に配置されている。高圧タービン２１が排気の力を受けて駆動することで、高圧タービン２１に接続した高圧コンプレッサ２２が回転して、吸気通路１１の吸気を過給する。低圧タービン３１が排気の力を受けて駆動することで、低圧タービン３１に接続した低圧コンプレッサ３２が回転して、吸気通路１１の吸気を過給する。

バイパス通路２４は、高圧タービン２１よりも上流の排気通路１２の途中と、高圧タービン２１よりも下流の排気通路１２の途中（具体的には高圧タービン２１と低圧タービン３１との間の部分）とを接続している。バイパスバルブ２５はバイパス通路２４に配置されており、制御装置５０の指示を受けて開閉する。バイパスバルブ２５が開になった場合、高圧タービン２１よりも上流の排気は高圧タービン２１をバイパスして高圧タービン２１よりも下流の排気通路１２に流入する。その結果、高圧タービン２１の回転は停止して、高圧コンプレッサ２２による過給は停止する。

バイパス通路３４は、低圧タービン３１よりも上流の排気通路１２の途中（具体的には低圧タービン３１と高圧タービン２１との間の部分のうち、バイパス通路２４の排気通路
１２への接続箇所よりも下流の部分）と、低圧タービン３１よりも下流の排気通路１２の途中（具体的には低圧タービン３１と後述する低圧ＥＧＲ通路１２１の排気通路１２への接続箇所との間の部分）とを接続している。バイパスバルブ３５はバイパス通路３４に配置されており、制御装置５０の指示を受けて開閉する。バイパスバルブ３５が開になった場合、低圧タービン３１よりも上流の排気は低圧タービン３１をバイパスして低圧タービン３１よりも下流の排気通路１２に流入する。その結果、低圧タービン３１の回転は停止して、低圧コンプレッサ３２による過給は停止する。

センサ類４０は、制御装置５０の動作に必要な各種情報を検出する複数のセンサを含んでいる。例えばセンサ類４０は、内燃機関１０の回転数を検出する回転数センサ等を含んでいる。また、センサ類４０は、吸気通路１１を通過する吸気の流量（具体的には新気の流量）を検出する吸気流量センサを、吸気通路１１の後述する低圧ＥＧＲ通路１２１の接続箇所よりも上流側であってエアクリーナ１３よりも下流側の部分に備えている。またセンサ類４０は、吸気通路１１を通過する吸気の圧力（具体的には新気の圧力）を検出する吸気圧センサを、吸気通路１１の低圧ＥＧＲ通路１２１の接続箇所よりも上流側であってエアクリーナ１３よりも下流側の部分に備えている。またセンサ類４０は、排気ラムダを検出する排気ラムダセンサを、排気通路１２の排気浄化装置１４よりも下流側の部分に備えている。

またセンサ類４０は、後述する高圧ＥＧＲ通路１１１の高圧ＥＧＲバルブ１１２よりも上流側のＥＧＲガスの圧力を検出する上流側圧力センサと、高圧ＥＧＲ通路１１１の高圧ＥＧＲバルブ１１２よりも下流側のＥＧＲガスの圧力を検出する下流側圧力センサとを備えている。制御装置５０の制御部は、この上流側圧力センサの検出した圧力と下流側圧力センサの検出した圧力との差を取得することで、高圧ＥＧＲバルブ１１２の前後の圧力差を取得する。またセンサ類４０は、高圧ＥＧＲ通路１１１の高圧ＥＧＲバルブ１１２よりも下流側の高圧ＥＧＲガス温度を取得する温度センサを備えている。

またセンサ類４０は、後述する低圧ＥＧＲ通路１２１の低圧ＥＧＲバルブ１２２よりも上流側のＥＧＲガスの圧力を検出する上流側圧力センサと、低圧ＥＧＲ通路１２１の低圧ＥＧＲバルブ１２２よりも下流側のＥＧＲガスの圧力を検出する下流側圧力センサとを備えている。制御装置５０の制御部は、この上流側圧力センサの検出した圧力と下流側圧力センサの検出した圧力との差を取得することで、低圧ＥＧＲバルブ１２２の前後の圧力差を取得する。またセンサ類４０は、低圧ＥＧＲ通路１２１の低圧ＥＧＲバルブ１２２よりも下流側の低圧ＥＧＲガス温度を取得する温度センサを備えている。

制御装置５０は、内燃機関１０の運転動作を制御するとともに、バイパスバルブ２５及びバイパスバルブ３５を制御することで高圧ターボチャージャ２０及び低圧ターボチャージャ３０の動作を制御する。また、本実施形態に係る制御装置５０は、ＥＧＲシステム１００の制御装置としての機能も兼務している。このような制御装置５０は、制御部としての機能を有するＣＰＵ５１と、ＣＰＵ５１の動作に用いられるプログラムや各種情報等を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３等とを有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって構成されている。

高圧ＥＧＲシステム１１０は、低圧ＥＧＲシステム１２０よりも高圧のＥＧＲガスを吸気通路１１に還流するＥＧＲシステムである。具体的には高圧ＥＧＲシステム１１０は、高圧ＥＧＲ通路１１１と、高圧ＥＧＲ通路１１１に配置された高圧ＥＧＲバルブ１１２とを備えるとともに、前述した制御装置５０の制御部（ＣＰＵ５１）も備えている。高圧ＥＧＲ通路１１１は、高圧タービン２１よりも上流の排気通路１２の途中と高圧コンプレッサ２２よりも下流の吸気通路１１の途中とを接続している。高圧ＥＧＲバルブ１１２は、
制御装置５０の指示を受けて開閉することで、高圧ＥＧＲ通路１１１を通過して吸気通路１１に還流するＥＧＲガスの流量を調整する。

低圧ＥＧＲシステム１２０は、低圧ＥＧＲ通路１２１と、低圧ＥＧＲ通路１２１に配置された低圧ＥＧＲバルブ１２２及びＥＧＲクーラ１２３とを備えるとともに、前述した制御装置５０の制御部（ＣＰＵ５１）も備えている。低圧ＥＧＲ通路１２１は、低圧タービン３１よりも下流の排気通路１２の途中（具体的には本実施形態では低圧タービン３１と後述する排気絞り弁１２４との間の部分）と、低圧コンプレッサ３２よりも上流の吸気通路１１の途中（具体的には本実施形態では低圧コンプレッサ３２とエアクリーナ１３との間の部分）とを接続している。低圧ＥＧＲバルブ１２２は、制御装置５０の指示を受けて開閉することで、低圧ＥＧＲ通路１２１を通過して吸気通路１１に還流するＥＧＲガスの流量を調整する。ＥＧＲクーラ１２３は、低圧ＥＧＲ通路１２１を通過するＥＧＲガスを冷却する。

また本実施形態に係る低圧ＥＧＲシステム１２０は、排気絞り弁１２４を、排気通路１２の低圧ＥＧＲ通路１２１の接続箇所よりも下流の部分であって排気浄化装置１４よりも上流の部分に備えている。排気絞り弁１２４は、制御装置５０の指示を受けてその開度を変更することで、排気通路１２の排気の流量を絞る。このように排気の流量が絞られることで、排気絞り弁１２４よりも下流側の排気の温度は上昇し、その結果、排気浄化装置１４に供給される排気の温度を上昇させることができる。

なお、制御装置５０のうち高圧ＥＧＲバルブ１１２を制御するＣＰＵ５１は、高圧ＥＧＲバルブ１１２を制御する制御部に相当し、制御装置５０のうち低圧ＥＧＲバルブ１２２を制御するＣＰＵ５１は、低圧ＥＧＲバルブ１２２を制御する制御部に相当する。また、図１から分かるように、ガスの流動距離で見た場合に、高圧ＥＧＲバルブ１１２は、低圧ＥＧＲバルブ１２２よりも内燃機関１０のシリンダに近い箇所に配置されており、低圧ＥＧＲバルブ１２２は、高圧ＥＧＲバルブ１１２によりも低圧コンプレッサ３２に近い箇所に配置されている。

続いて、図２を参照しつつ、制御装置５０による高圧ＥＧＲバルブ１１２、低圧ＥＧＲバルブ１２２及び排気絞り弁１２４の制御の詳細を説明する。なお、本実施形態に係る内燃機関１０の制御方法は、この制御装置５０によって実行される。

最初に高圧ＥＧＲバルブ１１２の制御について説明する。ステップＳ１において、制御装置５０の制御部（ＣＰＵ５１）は、ＮＯｘの目標値を規定したマップであるＮＯｘ目標マップに基づいて、シリンダ内の酸素濃度であるシリンダ内酸素濃度の目標値を算出する。

具体的には、このＮＯｘ目標マップは、内燃機関１０から排出されるＮＯｘの目標値を内燃機関１０の回転数と燃料噴射量とに関連付けて規定したマップとなっており、予め制御装置５０の記憶部（例えばＲＯＭ５２）に設定されている。制御部は、センサ類４０（具体的には回転数センサ）の検出結果に基づいて内燃機関１０の回転数を取得するとともに、予め記憶部（例えばＲＯＭ５２）に設定されている燃料噴射量マップに基づいて、回転数に対応する燃料噴射量を取得する。そして、制御部は、取得した回転数と燃料噴射量とに対応するＮＯｘの目標値をＮＯｘ目標マップから抽出する。また制御部は、センサ類４０の検出結果に基づいて取得した吸気流量（ｍ^３）、吸気圧力（Ｐａ）、吸気温度（℃）等から得られる吸気情報、及び、センサ類４０の検出結果に基づいて取得した高圧ＥＧＲガスの流量（ｍ^３）、高圧ＥＧＲガスの温度（℃）、排気ラムダ（排気中の酸素濃度（体積％））等から得られるＥＧＲガス情報に基づいて、ＮＯｘの目標値に対応する現状のシリンダ内酸素濃度（シリンダ内の酸素濃度）を算出する。

なお、制御部は、上記高圧ＥＧＲガスの流量を、センサ類４０の検出結果に基づいて取得した高圧ＥＧＲ通路１１１の高圧ＥＧＲバルブ１１２よりも上流側の圧力と高圧ＥＧＲバルブ１１２よりも下流側の圧力との差（圧力差）と、センサ類４０の検出結果に基づいて取得した高圧ＥＧＲ通路１１１の高圧ＥＧＲバルブ１１２よりも下流側の温度とに基づいて、算出することで取得する。

なお、上述したステップＳ１に係るＮＯｘの目標値からシリンダ内酸素濃度を算出する具体的な手法は、公知の高圧ＥＧＲシステムで行われているシリンダ内酸素濃度の目標値を算出する手法を適用することができるため、これ以上詳細な説明は省略する。

続いて制御部は、以下に説明する制御処理（ステップＳ２〜ステップＳ５）を実行することにより、このステップＳ１で算出されたシリンダ内酸素濃度の目標値が得られるような高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度を算出し、この算出された開度が得られるように高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度を制御する。すなわち、本実施形態に係る高圧ＥＧＲシステム１１０の制御部は、シリンダ内酸素濃度を制御目標値として、高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度を制御している。

具体的には制御部は、高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度を、フィードフォワード制御としてのプリ制御量（ステップＳ２）と、フィードバック制御としてのＰＩＤ制御量（ステップＳ３、ステップＳ４）との和によって算出する（ステップＳ５）。

より具体的には、ステップＳ１の後に制御部は、ステップＳ２に係るプリ制御処理において、ステップＳ１で算出されたシリンダ内酸素濃度の目標値と、現状の吸気情報（センサ類４０の検出結果に基づいて取得した、吸気流量、吸気圧力、吸気温度等から得られる吸気情報）と、現状のＥＧＲガス情報（センサ類４０の検出結果に基づいて取得した、高圧ＥＧＲガス流量、高圧ＥＧＲガス温度、排気ラムダ等から得られるＥＧＲガス情報）とに基づいて、高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度のプリ制御量を算出する。

なお、この場合、制御装置５０の記憶部には、高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度のプリ制御量を、シリンダ内酸素濃度の目標値と現状の吸気情報と現状のＥＧＲガス情報とに関連付けて規定したマップ、または関係式が予め設定されている。制御部は、このマップまたは関係式を用いて、高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度のプリ制御量を算出する。

次に制御部は、ステップＳ３において、公知のＥＧＲバルブ制御に用いられているシリンダ内酸素濃度の算出手法を適用して、吸気流量（ｍ^３）、吸気圧力（Ｐａ）、吸気温度（℃）等から得られる吸気情報、及び、高圧ＥＧＲガス流量（ｍ^３）、高圧ＥＧＲガス温度（℃）、排気ラムダ（排気中の酸素濃度（体積％））等から得られるＥＧＲガス情報に基づいて、現状のシリンダ内酸素濃度（シリンダ内の酸素濃度）を算出する。

そして、制御部は、ステップＳ４に係るＰＩＤ制御処理において、ステップＳ１で算出されたシリンダ内酸素濃度の目標値と、ステップＳ３で算出されたシリンダ内酸素濃度の算出値との誤差を無くすような高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度を、ＰＩＤ制御処理によって算出する。

次に制御部は、ステップＳ５において、ステップＳ２で得られた高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度のプリ制御量と、ステップＳ４で得られた高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度との和を算出し、この算出された開度を、高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度として取得し、この開度となるように高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度を制御する。

このステップＳ５の実行により、シリンダ内酸素濃度は、ステップＳ１で得られたシリンダ内酸素濃度の目標値となるように制御されることになる。以上のような手法で、本実施形態に係る制御装置５０の制御部（ＣＰＵ５１）は、シリンダ内酸素濃度を制御目標値として高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度を制御している。

続いて低圧ＥＧＲバルブ１２２及び排気絞り弁１２４の制御について説明する。制御装置５０の制御部は、ステップＳ１０において、ステップＳ１で得られたシリンダ内酸素濃度の目標値に基づいて、高圧ＥＧＲ通路１１１を通過する高圧ＥＧＲガスの流量と、低圧ＥＧＲ通路１２１を通過する低圧ＥＧＲガスの流量との配分比率を算出する。なお、このステップＳ１０は、高圧ＥＧＲシステムと低圧ＥＧＲシステムとを有する公知のＥＧＲシステムで行われている公知の配分比率の算出手法を適用することができるので、これ以上詳細な説明は省略する。

ステップＳ１０の後に制御部は、ステップＳ１０で得られた配分比率に基づいて、低圧コンプレッサ３２の吸気の入口における吸気の酸素濃度である低圧コンプレッサ前酸素濃度の目標値を算出する（ステップＳ１１）。具体的には制御部は、ステップＳ１０の配分比率の結果から、低圧ＥＧＲガスの流量を取得し、この取得された低圧ＥＧＲガスの流量に基づいて低圧コンプレッサ前酸素濃度の目標値を算出する。

続いて制御部は、以下に説明する制御処理（ステップＳ１２〜ステップＳ１７）を実行することにより、このステップＳ１１で算出された低圧コンプレッサ前酸素濃度の目標値が得られるような低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度を算出するとともに、排気絞り弁１２４の開度も算出する。そして、制御部は、これらの開度が得られるように低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度を制御し、排気絞り弁１２４の開度を制御する。すなわち、本実施形態に係る低圧ＥＧＲシステム１２０の制御部は、コンプレッサ前酸素濃度（本実施形態では、低圧コンプレッサ前酸素濃度）を制御目標値として、低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度を制御するとともに、排気絞り弁１２４の開度も制御している。

具体的には制御部は、低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度及び排気絞り弁１２４の開度を、フィードフォワード制御としてのプリ制御量（ステップＳ１２）と、フィードバック制御としてのＰＩＤ制御量（ステップＳ１３、ステップＳ１４）との和によって算出する（ステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ１７）。

より具体的には、ステップＳ１１の後に制御部は、ステップＳ１２に係るプリ制御処理において、ステップＳ１１で算出された低圧コンプレッサ前酸素濃度の目標値と、現状の吸気情報（センサ類４０の検出結果に基づいて取得した、吸気流量、吸気圧力、吸気温度等から得られる吸気情報）と、現状のＥＧＲガス情報（センサ類４０の検出結果に基づいて取得した、低圧ＥＧＲガス流量、低圧ＥＧＲガス温度、排気ラムダ等から得られるＥＧＲガス情報）とに基づいて、低圧ＥＧＲバルブ１２２及び排気絞り弁１２４の開度のプリ制御量を算出する。

次に制御部は、ステップＳ１３において、吸気流量（ｍ^３）、吸気圧力（Ｐａ）、吸気温度（℃）等から得られる吸気情報、及び、低圧ＥＧＲガス流量（ｍ^３）、低圧ＥＧＲガス温度（℃）、排気ラムダ（排気中の酸素濃度（体積％））等から得られるＥＧＲガス情報に基づいて、現状の低圧コンプレッサ前酸素濃度を算出する。

なお、制御部は、上記低圧ＥＧＲガス流量を、センサ類４０の検出結果に基づいて取得した低圧ＥＧＲ通路１２１の低圧ＥＧＲバルブ１２２よりも上流側の圧力と低圧ＥＧＲバルブ１２２よりも下流側の圧力との差（圧力差）と、センサ類４０の検出結果に基づいて取得した低圧ＥＧＲ通路１２１の低圧ＥＧＲバルブ１２２よりも下流側の温度とに基づい
て、算出することで取得する。

また、この場合、制御装置５０の記憶部には、上述した吸気情報及びＥＧＲガス情報と、低圧コンプレッサ前酸素濃度とを関連付けたマップ、または関係式が予め設定されている。制御部は、前述したセンサ類４０の検出結果に基づいて取得した吸気情報及びＥＧＲガス情報に基づいて、上述したマップまたは関係式を用いて、低圧コンプレッサ前酸素濃度を算出する。

次に制御部は、ステップＳ１４に係るＰＩＤ制御処理において、ステップＳ１１で算出された低圧コンプレッサ前酸素濃度の目標値と、ステップＳ１３で算出された低圧コンプレッサ前酸素濃度の算出値との誤差を無くすような低圧ＥＧＲバルブ１２２及び排気絞り弁１２４の開度を、ＰＩＤ制御処理によって算出する。

ステップＳ１４の後に制御部は、ステップＳ１５を実行する。このステップＳ１５において制御部は、ステップＳ１２で得られた低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度のプリ制御量と、ステップＳ１４で得られた低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度（ＰＩＤ制御量）との和を算出し、この算出された開度を低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度として取得する。また制御部は、ステップＳ１２で得られた排気絞り弁１２４の開度のプリ制御量と、ステップＳ１４で得られた排気絞り弁１２４の開度（ＰＩＤ制御量）との和を算出し、この算出された開度を排気絞り弁１２４の開度として取得する。

次に制御部は、ステップＳ１６において、ステップＳ１５で取得された低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度となるように、低圧ＥＧＲバルブ１２２を制御する。また制御部は、ステップＳ１７において、ステップＳ１５で取得された排気絞り弁１２４の開度となるように、排気絞り弁１２４を制御する。

このステップＳ１６及びステップＳ１７の実行により、低圧コンプレッサ前酸素濃度は、ステップＳ１１で得られた低圧コンプレッサ前酸素濃度の目標値となるように制御されることになる。以上のような手法で、本実施形態に係る制御装置５０の制御部（ＣＰＵ５１）は、低圧コンプレッサ前酸素濃度を制御目標値として低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度を制御するとともに排気絞り弁１２４の開度も制御している。

なお、仮に内燃機関システム１が、本実施形態のような２つのコンプレッサ（高圧コンプレッサ２２及び低圧コンプレッサ３２）を備えておらず、１つのコンプレッサのみを備えている場合、制御部は、ステップＳ１１において、この１つのコンプレッサの吸気の入口における吸気の酸素濃度（コンプレッサ前酸素濃度）の目標値を算出すればよい。また、内燃機関システム１が、本実施形態のような排気絞り弁１２４を備えていない場合、制御部は、ステップＳ１２において低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度のプリ制御量のみを算出し、ステップＳ１５において低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度のみを算出すればよい。

以上説明した本実施形態によれば、低圧ＥＧＲバルブ１２２よりもシリンダに近い箇所にある高圧ＥＧＲバルブ１１２の開度は、シリンダ内酸素濃度を制御目標値として制御し、低圧ＥＧＲバルブ１２２の開度は、低圧ＥＧＲバルブ１２２に近い箇所における酸素濃度、すなわちコンプレッサ前酸素濃度を制御目標値として制御している。これにより、高圧ＥＧＲバルブ１１２及び低圧ＥＧＲバルブ１２２に制御遅れが生じることを抑制できるので、高圧ＥＧＲバルブ１１２及び低圧ＥＧＲバルブ１２２の両方によって、内燃機関１０に必要なＥＧＲ流量を確保することができ、ＮＯｘの排出量を減少することができる。

また、仮に低圧ＥＧＲバルブ１２２に制御遅れが生じたとしても、高圧ＥＧＲバルブ１１２は低圧ＥＧＲバルブ１２２とは異なる物理的指標（具体的にはシリンダ内酸素濃度）を制御目標値としているので、高圧ＥＧＲバルブ１１２が低圧ＥＧＲバルブ１２２と同時に制御遅れになることは抑制されている。その結果、高圧ＥＧＲバルブ１１２によるＥＧＲガスによって、内燃機関１０に必要なＥＧＲ流量を確保することができ、ＮＯｘの排出量を減少することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
２０ 高圧ターボチャージャ
２１ 高圧タービン
２２ 高圧コンプレッサ
３０ 低圧ターボチャージャ
３１ 低圧タービン
３２ 低圧コンプレッサ
５０ 制御装置
５１ ＣＰＵ（制御部）
１００ ＥＧＲシステム
１１０ 高圧ＥＧＲシステム
１１１ 高圧ＥＧＲ通路
１１２ 高圧ＥＧＲバルブ
１２０ 低圧ＥＧＲシステム
１２１ 低圧ＥＧＲ通路
１２２ 低圧ＥＧＲバルブ

Claims (2)

1. タービンよりも上流の排気通路の途中とコンプレッサよりも下流の吸気通路の途中とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路に配置された高圧ＥＧＲバルブと、前記高圧ＥＧＲバルブを制御する制御部とを有する高圧ＥＧＲシステムと、
   前記タービンよりも下流の排気通路の途中と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路の途中とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、前記低圧ＥＧＲ通路に配置された低圧ＥＧＲバルブと、前記低圧ＥＧＲバルブを制御する制御部とを有する低圧ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、
   前記低圧ＥＧＲシステムの前記制御部は、前記コンプレッサの吸気の入口における吸気の酸素濃度であるコンプレッサ前酸素濃度を制御目標値として前記低圧ＥＧＲバルブの開度を制御し、
   前記高圧ＥＧＲシステムの前記制御部は、前記内燃機関のシリンダ内の酸素濃度であるシリンダ内酸素濃度を制御目標値として前記高圧ＥＧＲバルブの開度を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
2. タービンよりも上流の排気通路の途中とコンプレッサよりも下流の吸気通路の途中とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路に配置された高圧ＥＧＲバルブと、を有する高圧ＥＧＲシステムと、
   前記タービンよりも下流の排気通路の途中と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路の途中とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、前記低圧ＥＧＲ通路に配置された低圧ＥＧＲバルブと、を有する低圧ＥＧＲシステムと、を備える内燃機関のＥＧＲ方法において、
   前記コンプレッサの吸気の入口における吸気の酸素濃度であるコンプレッサ前酸素濃度を制御目標値として前記低圧ＥＧＲバルブの開度を制御し、
   前記内燃機関のシリンダ内の酸素濃度であるシリンダ内酸素濃度を制御目標値として前記高圧ＥＧＲバルブの開度を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ方法。

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