JP2017089581A - 排気再循環制御方法及び排気再循環制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ制御を開始または停止する際に、ＥＧＲ率の急峻な変化を抑制する。【解決手段】ターボ過給機４と、排気通路３と吸気通路２のターボ過給機４のコンプレッサ４Ａより上流とを連通する排気再循環通路９と、排気再循環通路９に配置された排気再循環量制御弁１０と、吸気通路２の新気ガスと排気ガスとの合流部よりも上流に配置された差圧生成弁１２とを備える内燃機関１の排気再循環制御方法において、排気再循環率を変更する場合に、いずれか一方の弁の動作が完了してからいずれか他方を作動させる。【選択図】図５

Description

本発明は、ターボ過給機と排気再循環システムとを備える内燃エンジンの排気再循環制御に関する。

ノッキング防止や、ポンピングロスの低減による燃費向上等の効果を得るために、排気ガスの一部を吸気通路に再循環させる排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている。そして、特許文献１には、ターボ過給機付き内燃機関に適用するＥＧＲ装置として、ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側の吸気通路に排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスともいう）を再循環させる低圧ループＥＧＲ装置が開示されている。

この低圧ループＥＧＲ装置は、吸気量が少ない運転領域においても吸気通路と排気通路との差圧を確保するための差圧生成弁を備える。そして、吸気量が少ない運転領域では、差圧生成弁を閉じ側に制御した状態で、ＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ弁を開閉する制御が行われる。つまり、差圧生成弁で差圧を生成し、ＥＧＲガス量はＥＧＲ弁によって調整している。また、上記文献では、ＥＧＲ率を所定変化量以上に変化させる場合には、差圧生成弁及びＥＧＲ弁の作動開始順序を決めて制御している。

特開２０１２−７５４７号公報

ところで、ＥＧＲ率が変化する場合には、点火タイミングもＥＧＲ率に応じて変更される。このとき点火タイミングは、ＥＧＲ率が現在のＥＧＲ率から新たな目標ＥＧＲ率まで一定の変化率で変化することを想定して、一定の変化率で変更されるのが一般的である。

しかしながら、上記文献のように差圧生成弁及びＥＧＲ弁を開閉させると、ＥＧＲ率の急峻な変化を招く場合がある。例えば、ＥＧＲ弁が開動作しているときに差圧生成弁が閉動作を開始する場合である。そして、点火タイミングの変化速度に比べてＥＧＲ率の変化速度が急峻になると、実際のＥＧＲ率に対して適正な点火タイミングとはならずに燃焼安定性が悪化し、ひいては運転性の悪化を招来することになる。

そこで本発明では、燃焼安定性を悪化させることなくＥＧＲ率を変化させることを目的とする。

本発明のある態様によれば、ターボ過給機と、排気通路と吸気通路の前記ターボ過給機のコンプレッサより上流とを連通する排気再循環通路と、排気再循環通路に配置された排気再循環量制御弁と、吸気通路の新気ガスと排気ガスとの合流部よりも上流に配置された差圧生成弁とを備える内燃機関の排気再循環制御方法が提供される。この排気再循環制御方法では、排気再循環を停止する場合または排気再循環を開始する場合、つまり排気再循環率を変更する場合に、排気再循環量制御弁または差圧生成弁のいずれか一方の弁を先に作動させ、いずれか一方の弁の動作が完了してからいずれか他方を作動させることを特徴とする。

上記態様によれば、排気再循環量制御弁または差圧生成弁のいずれか一方の弁を先に作動させ、いずれか一方の弁の動作が完了してからいずれか他方を作動させるので、両方の弁が同時に作動することがない。例えば、差圧生成弁の作動中に排気再循環量制御弁が作動開始することや、両方の弁が作動している状態から差圧生成弁だけが停止することがない。

したがって、現在のＥＧＲ率から目標とするＥＧＲ率になるまでの間に、ＥＧＲ率が急峻に変化する期間が生じることがなくなる。その結果、燃焼安定性を悪化させることなくＥＧＲ率を変化させることができる。

図１は、内燃機関システムの概略構成図である。 図２は、運転領域毎のＥＧＲ率を示すＥＧＲマップである。 図３は、ＥＧＲ率の変化の履歴を説明する為の図である。 図４は、第１実施形態のＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。 図５は、第１実施形態のＥＧＲ制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図６は、第２実施形態のＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態のＥＧＲ制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図８は、第３実施形態のＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。 図９は、第３実施形態のＥＧＲ制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図１０は、第４実施形態のＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１１は、第４実施形態のＥＧＲ制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

[第１実施形態]
図１は、本実施形態を適用するシステムの概略構成図である。

内燃機関１の吸気通路２には、吸気流れの上流側から順に、差圧生成弁１２と、ターボ過給機４のコンプレッサ４Ａと、エンジン負荷を調整するためのスロットル弁５と、が配置されている。差圧生成弁１２及びスロットル弁５は、電動モータにより開閉駆動される弁であり、後述するコントローラ１００により制御される。図１は、差圧生成弁１２及びスロットル弁５としてバタフライ弁を示しているが、他の方式の弁であっても構わない。

内燃機関１の排気通路３には、排気流れの上流側から順に、ターボ過給機４のタービン４Ｂと、排気浄化触媒６と、が配置されている。排気浄化触媒６は、例えば三元触媒とする。

内燃機関１は、排気通路３のタービン４Ｂより上流と下流とを連通するバイパス通路７を備える。バイパス通路７には、バイパス通路７を開閉するウェイストゲートバルブ８が配置されている。ウェイストゲートバルブ８は電動モータにより開閉駆動される弁であり、後述するコントローラ１００により制御される。ウェイストゲートバルブ８が開弁すると、排気の一部がタービン４Ｂを迂回して流れる。したがって、ウェイストゲートバルブ８の開度を制御することにより、過給圧を調整することができる。つまり、過給圧が大気圧を超えてスロットル弁５では吸気量を制御できない運転領域では、ウェイストゲートバルブ８でエンジン負荷を制御することとなる。

なお、図１は、ウェイストゲートバルブ８としてスイングバルブを示しているが、他の方式の弁であってもかまわない。

また、当該システムは、排気ガスの一部を吸気通路２に再循環させるためのＥＧＲ装置を備える。以下、再循環させる排気ガスをＥＧＲガスという。

ＥＧＲ装置は、排気浄化触媒６より下流の排気通路３Ａと、コンプレッサ４Ａより上流の吸気通路２と、を連通するＥＧＲ通路９と、ＥＧＲ通路９を開閉するＥＧＲ弁１０と、ＥＧＲ通路９を通過する排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１１と、を含んで構成される。すなわち、いわゆる低圧ループＥＧＲ装置である。ＥＧＲ弁１０は電動モータにより開閉駆動される弁であり、後述するコントローラ１００により制御される。図１は、ＥＧＲ弁１０がバタフライ弁の場合を示しているが、他の方式の弁であっても構わない。ＥＧＲクーラ１１は空冷式または液冷式のいずれであっても構わない。

内燃機関１は、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを変更するための可変動弁機構１３を備える。可変動弁機構１３としては、公知の機構を適用すればよく、例えば、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変更する機構を用いる。

コントローラ１００は、図示しないクランク角センサ、アクセル開度センサ、吸気圧センサ、エアフローメータ等の検出値に基づいて、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火タイミング、ＥＧＲ率等を設定する。そして、これらに基づいてコントローラ１００は、差圧生成弁１２、スロットル弁５、ＥＧＲ弁１０、ウェイストゲートバルブ８を開閉制御したり、可変動弁機構１３をさせてバルブタイミングを制御したりする。

なお、コントローラ１００は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１００を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

次に、排気再循環制御（以下、ＥＧＲ制御ともいう）について説明する。

図２は、ＥＧＲ制御を実行する運転領域及びＥＧＲ率を示すＥＧＲマップである。図２の横軸はエンジン回転速度、縦軸はエンジン負荷である。ＥＧＲ率とは、新気ガスに対するＥＧＲガスの割合である。

図中のＥＧＲ領域がＥＧＲ制御を実行する領域である。ＥＧＲ領域はＥＧＲ率に応じてＥ１、Ｅ２及びＥ３の３つの領域に分割されている。ＥＧＲ率は、低回転速度低負荷になるほど高く設定されている。例えば、領域Ｅ１が１０％、領域Ｅ２が１５％、領域Ｅ３が２０％とする。

領域Ｅ３の実線Ａ１−Ａ３は、差圧生成弁１２の等開度線である。実線Ａ１の開度をＳＡ１、実線Ａ２の開度をＳＡ２、実線Ａ３の開度をＳＡ３とする。開度の大きさは、ＳＡ１＞ＳＡ２＞ＳＡ３である。低圧ループＥＧＲ装置では、吸気通路２のＥＧＲガスを導入する部分がほぼ大気圧なので、ＥＧＲ弁１０の吸気側と排気側との差圧（以下、前後差圧ともいう）が、スロットル弁５より下流の負圧部分にＥＧＲガスを導入する従来のＥＧＲ装置（高圧ループＥＧＲ装置）に比べて小さい。特に、低回転速度低負荷領域では排気流量が少ないために排気通路の圧力が高まらないので、ＥＧＲ弁１０の前後差圧が小さくなる。そこで、吸気量が少なくなるほど差圧生成弁１２を閉方向に大きく制御することで、差圧生成弁１２より下流の圧力を低下させて、ＥＧＲ弁１０の前後差圧を確保する。

なお、実線Ａ３は、差圧生成弁１２を閉じ側に制御しても影響を受けない上限の新気量の等新気量線と一致する。低回転速度低負荷領域のように吸気量が少ない領域では、差圧生成弁１２を閉じ側に制御しても新気量には影響がないが、吸気量が多くなると差圧生成弁１２においてポンピングロスが発生し、新気量が低減してしまう。そこで、差圧生成弁１２を閉じ側に制御しても影響がない上限の新気量を超える領域Ｅ２、Ｅ１では差圧生成弁１２を全開にする。つまり、差圧生成弁１２は差圧を生成する機能のみを有し、差圧生成弁１２の開閉によって負荷が変化することはない。

領域Ｅ１、Ｅ２では、差圧生成弁１２は全開の状態に制御される。これは、排気通路の圧力が高まり、差圧生成弁１２が全開であってもＥＧＲ弁１０の前後差圧が十分に発達するからである。

コントローラ１００は、運転状態としてのエンジン回転速度とエンジン負荷とを読み込み、図２のマップを参照することで目標ＥＧＲ率及び差圧生成弁１２の目標開度を設定する。そしてコントローラ１００は、目標ＥＧＲ率に基づいてＥＧＲ弁１０の目標開口面積を設定し、その開口面積になるように開度を制御する。エンジン回転速度は図示しないクランク角センサの検出値から算出する。エンジン負荷は図示しないエアフローメータの検出値から算出してもよいし、図示しないアクセル開度センサの検出値から算出してもよい。

なお、後述するＥＧＲ率が変化する過渡状態を除き、ＥＧＲ率はＥＧＲ弁１０の開度によって制御される。差圧生成弁１２は、ＥＧＲ率がＥＧＲ弁１０の開度に応じて変化する環境を作りだしているのであって、ＥＧＲ率を直接的に制御するわけではない。

図３は、運転点が領域Ｅ３の実線Ａ１上の点からＥＧＲ領域外へ移動する場合、つまり、ＥＧＲ制御を停止する場合、のＥＧＲ率の変化の様子を説明するための図である。図３の横軸はＥＧＲ弁（ＥＧＲ／Ｖ）１０の開口面積、縦軸はＥＧＲ率を示している。また、図３の破線は、それぞれ差圧生成弁（ＡＤＭ／Ｖ）１２の開度を示している。

運転点が領域Ｅ３からＥＧＲ領域外に移動すると、ＥＧＲ率はＲｅｇｒ３から０％へ変化し、ＥＧＲ/Ｖ開口面積はＳｅｇｒ３から０へ変化し、差圧生成弁１２の開度はＳＡ１から全開に変化する。

このとき、差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを協調させることなくそれぞれの目標開度に向けて作動させると、ＥＧＲ率が急峻に低下するおそれがある。図３の履歴Ｌ２は、差圧生成弁１２が全開になるまでの時間が、ＥＧＲ弁１０が全閉になるまでの時間よりも短く、差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを同時に作動開始した場合のＥＧＲ率の履歴である。この場合には、差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０の両方が作動している間はＥＧＲ率が急峻に低下する。運転状態が変化した場合には点火タイミングも変更されるが、変化の過渡における点火タイミングは、一般的には図３中の点Ｅ３から０まで一定の変化率で変化すること（図３の履歴Ｌ１）を想定して設定される。したがって、履歴Ｌ２のようにＥＧＲ率が急峻に変化する部分が含まれる履歴で変化すると、燃焼安定性が悪化し、ひいては運転性の悪化を招来するおそれがある。例えば履歴Ｌ２では、実際のＥＧＲ率が想定しているＥＧＲ率より低い状況が生じる。この状況において、履歴Ｌ１に基づいて、つまり、より多くのＥＧＲガスが導入されているという前提で設定された点火タイミングで点火すると、ノッキングが発生するおそれがある。

そこで本実施形態では、下記の制御によってＥＧＲ率を履歴Ｌ１のように変化させる。

図４は、運転点がＥＧＲ領域内からＥＧＲ領域外へと移動する場合にコントローラ１００が実行するＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。

本制御ルーチンは、ＥＧＲ率が上述した履歴Ｌ１で変化するように差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを制御するものである。以下、フローチャートのステップにしたがって説明する。

ステップＳ１００で、コントローラ１００はエンジン回転速度及びエンジン負荷を用いて図２に示すマップを検索することにより目標ＥＧＲ率を算出する。なお、エンジン負荷は、吸入空気量またはアクセル開度等に基づいて取得する。

ステップＳ１１０で、コントローラ１００は目標ＥＧＲ率が０％か否かを判定する。目標ＥＧＲ率が０％の場合はステップＳ１２０の処理を実行し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

なお、本制御ルーチンは運転点がＥＧＲ領域内からＥＧＲ領域外へと移動する場合に特化したものなので、目標ＥＧＲ率が０％でない場合は他の制御ルーチンを実行することとなる。例えば、実ＥＧＲ率の急峻な変化を抑制するようにＥＧＲ弁１０と差圧生成弁１２とを協調制御する。

ステップＳ１２０で、コントローラ１００は目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲ弁１０の目標開度（目標ＥＧＲ／Ｖ開度）を設定し、目標ＥＧＲ／Ｖ開度に応じた開度指示（ＥＧＲ／Ｖ開度）をＥＧＲ弁１０に送ってＥＧＲ弁１０を作動させる。

ステップＳ１３０で、コントローラ１００は実際のＥＧＲ弁１０の開度（実ＥＧＲ／Ｖ開度）が目標ＥＧＲ／Ｖ開度と一致するか否かを判定する。一致する場合はステップＳ１４０の処理を実行し、一致しない場合は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ１４０で、コントローラ１００は、移動後の運転点における差圧生成弁１２の開度（目標ＡＤＭ／Ｖ開度）を設定する。なお、本ルーチンでステップＳ１４０を実行するのは、目標ＥＧＲ率が０％になる場合なので、目標ＡＤＭ／Ｖ開度は全開になる。

ステップＳ１５０で、コントローラ１００は差圧生成弁１２に目標ＡＤＭ／Ｖ開度に応じた作動速度の指示（ＡＤＭ／Ｖ開度指示）を送って差圧生成弁１２を作動させる。ここでは、既にＥＧＲ弁１０が全閉になっており、差圧生成弁１２の開度変化はＥＧＲ率に影響を及ぼさないので、差圧生成弁１２の作動速度はどのような値であってもかまわない。

上述したように、本制御ルーチンでは、まずＥＧＲ弁１０を作動させ、ＥＧＲ弁１０が全閉になったら差圧生成弁１２を作動させて全開にする。

図５は、運転点が図２における領域Ｅ３からＥＧＲ領域外へ移動する場合に、図４の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。図中の実線は本実施形態の制御ルーチンを実行した場合を示している。また、図中には、比較例として差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを互いに独立して同時に作動開始させた場合について破線で示している。

比較例の場合には、タイミングＴ１で差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とが同時に作動開始し、差圧生成弁１２はタイミングＴ２で全開になり、ＥＧＲ弁１０はタイミングＴ３で全閉になっている。その結果、タイミングＴ１からタイミングＴ２までは、タイミングＴ２からタイミングＴ３までに比べてＥＧＲ率の変化が急峻になっている。

これに対して本実施形態の制御ルーチンを実行した場合には、タイミングＴ１において、まずＥＧＲ弁１０が閉動作を開始する。そして、タイミングＴ３でＥＧＲ弁１０が全閉になってから、差圧生成弁１２が開動作を開始して全開になる。差圧生成弁１２の開度が一定のままＥＧＲ弁１０を開動作させると、図３において開度ＳＡ１の破線に沿ってＥＧＲ率が変化することとなる。そして、ＥＧＲ弁１０が全閉になればＥＧＲ率は０％になるので、その後に差圧生成弁１２を閉動作させてもＥＧＲ率は変化しない。その結果、ＥＧＲ率は図５に示すように一定の変化速度で減少することとなり、ＥＧＲ率の履歴は図３における履歴Ｌ１となる。

以上のように本実施形態では、ＥＧＲ制御（排気再循環）を停止する場合に、ＥＧＲ制御弁１０または差圧生成弁１２のいずれか一方の弁を先に作動させ、いずれか一方の弁の動作が完了してからいずれか他方を作動させる。より具体的には、先にＥＧＲ弁１０の閉動作を開始させ、ＥＧＲ弁１０の閉動作が完了してから差圧生成弁１２の開動作を開始させる。これにより、差圧生成弁１２の開動作はＥＧＲ率の低下に影響を及ぼさない。よって、ＥＧＲ率の制御性が高まり、かつ、ＥＧＲ率の急峻な低下を抑制できる。

[第２実施形態]
本実施形態は、運転点がＥＧＲ領域外からＥＧＲ領域内に移動する場合、つまりＥＧＲ制御を開始する場合、を対象とする点が第１実施形態と異なる。

第１実施形態とは反対に、運転点がＥＧＲ領域外（ＥＧＲ率＝０％）から、ＥＧＲ領域内の領域Ｅ３へ移動する場合を考える。この場合、差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを協調させることなくそれぞれの目標開度に向けて作動させると、差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０の両方が作動している間はＥＧＲ率が急峻に上昇し、燃焼安定度が低下するおそれがある。そこで本実施形態では、次に説明する制御ルーチンを実行することによって、ＥＧＲ率の急峻な変化を抑制する。

図６は、本実施形態においてコントローラ１００が実行するＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ２００で、コントローラ１００は図４のステップＳ１００と同様に目標ＥＧＲ率を算出する。

ステップＳ２１０で、コントローラ１００は本ルーチン開始時の実ＥＧＲ率が０％か否かを判定し、０％の場合はステップＳ２２０の処理を実行し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２２０で、コントローラ１００は目標ＥＧＲ率に応じた差圧生成弁１２の開度（目標ＡＤＭ／Ｖ開度）を算出し、差圧生成弁１２に目標ＡＤＭ／Ｖ開度に応じたＡＤＭ／Ｖ開度指示を送って差圧生成弁１２を作動させる。目標ＡＤＭ／Ｖ開度は、例えば、目標ＥＧＲ率との関係を予めマップ化しておき、これを検索する。

ステップＳ２３０で、コントローラ１００は、実際の差圧生成弁１２の開度（実ＡＤＭ／Ｖ開度）が目標ＡＤＭ／Ｖ開度と等しいか否かを判定し、等しい場合はステップＳ２４０の処理を実行し、等しくない場合は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２４０で、コントローラ１００は目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲ弁１０の開度（目標ＥＧＲ／Ｖ開度）を演算する。

ステップＳ２５０で、コントローラ１００は目標ＥＧＲ／Ｖ開度に応じた作動速度の指示（ＥＧＲ／Ｖ開度指示）をＥＧＲ弁１０に送ってＥＧＲ弁１０を作動させる。ここでは、ＥＧＲ率が一定速度で変化するようにＥＧＲ／Ｖ開度指示を設定する。

上述したように、本制御ルーチンでは、まず差圧生成弁１２を閉動作させ、差圧生成弁１２が目標開度になったらＥＧＲ弁１０を開動作させる。

図７は、運転点が図２におけるＥＧＲ領域外から領域Ｅ３へ移動する場合に、図６の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。図中の実線は本実施形態の制御ルーチンを実行した場合を示している。また、図中には、比較例として差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを互いに独立して同時に作動開始させた場合について破線で示している。

比較例の場合には、タイミングＴ１で差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とが同時に作動開始し、差圧生成弁１２はタイミングＴ２で開度ＳＡ１になり、ＥＧＲ弁１０はタイミングＴ３で開度Ｂ１になっている。その結果、タイミングＴ１からタイミングＴ２までは、タイミングＴ２からタイミングＴ３までに比べてＥＧＲ率の変化が急峻になっている。

これに対して本実施形態の制御ルーチンを実行した場合には、タイミングＴ１で目標とする運転点がＥＧＲ領域外からＥＧＲ領域Ｅ３に切り替わると、まず全開状態の差圧生成弁１２が閉動作を開始する。そして、タイミングＴ２で差圧生成弁１２が開度ＳＡ１になってから、ＥＧＲ弁１０が全閉から目標ＥＧＲ／Ｖ開度（Ｂ１）まで作動する。この制御ルーチンについて図３を用いて説明すると、ＥＧＲ弁１０が全閉のまま差圧生成弁１２を閉動作させることで、ＥＧＲ弁１０を作動させた場合のＥＧＲ率の変化の履歴が、全開時の破線から開度ＳＡ１の破線に切り替わる。その次に、ＥＧＲ弁１０を開動作させることでＥＧＲ率が開度ＳＡ１の破線に沿って増大する。その結果、ＥＧＲ率は図７に示すように一定の変化速度で増大することとなる。

以上のように本実施形態では、ＥＧＲ制御（排気再循環）を開始する場合に、ＥＧＲ制御弁１０または差圧生成弁１２のいずれか一方の弁を先に作動させ、いずれか一方の弁の動作が完了してからいずれか他方を作動させる。より具体的には、先に差圧生成弁１２の閉動作を開始させ、差圧生成弁１２の閉動作が完了してからＥＧＲ弁１０の開動作を開始させる。これにより、差圧生成弁１２の閉動作はＥＧＲ率の上昇に影響を及ぼさない。よって、ＥＧＲ率の制御性が高まり、かつＥＧＲ率の急峻な上昇を抑制できる。

[第３実施形態]
本実施形態は、運転点がＥＧＲ領域内からＥＧＲ領域外に移動する点では第１実施形態と同じであるが、差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを作動させる順序が第１実施形態とは逆である。

図３において、点Ｅ３からＥＧＲ弁１０を固定したまま差圧生成弁１２を開度ＳＡ１から全開まで作動させると、ＥＧＲ率は図中で垂直に低下する。そして、差圧生成弁１２が全開になった後にＥＧＲ弁１０を開度Ｓｅｇｒ３から全閉まで作動させると、ＥＧＲ率は全開時の破線に沿って低下する。つまり、図３におけるＥＧＲ率の履歴は、差圧生成弁１２の開動作にともなって急峻に低下してから、ＥＧＲ弁１０の閉動作にともなって徐々に低下することになる。しかし、後述するように差圧生成弁１２及びＥＧＲ弁１０の作動速度を適切に設定することで、時間軸で見た場合にＥＧＲ率が一定速度で変化するような履歴にすることができる。

図８は、本実施形態でコントローラ１００が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ３００、Ｓ３１０は、図４のステップＳ１００、Ｓ１１０と同様なので説明を省略する。

ステップＳ３１２で、コントローラ１００はＥＧＲ率履歴を設定する。ＥＧＲ率履歴は、例えば、ＥＧＲ率が一定速度で低下するような履歴とする。この場合、差圧生成弁１２の開動作によるＥＧＲ率の低下速度と、ＥＧＲ弁１０の閉動作によるＥＧＲ率の低下速度とが同じになる。

ステップＳ３１４で、コントローラ１００は、ＥＧＲ率履歴から定まる今回のルーチンにおける目標ＥＧＲ率と、図中に示したような、ＥＧＲ率と差圧生成弁１２の開口面積（ＡＤＭ／Ｖ開口面積）との関係を示すテーブルとから、ＡＤＭ／Ｖ開口面積を算出する。

ステップＳ３２０で、コントローラ１００は、ステップＳ３１４で算出したＡＤＭ／Ｖ開口面積に応じたＡＤＭ／Ｖ開度指示を差圧生成弁１２に送り、差圧生成弁１２を作動させる。

ステップＳ３３０でコントローラ１００は、現在の差圧生成弁１２の開度（実ＡＤＭ／Ｖ開度）が、ステップＳ３００で設定した目標ＥＧＲ率に応じた差圧生成弁１２の開度（目標ＡＤＭ／Ｖ開度）になっているか否かを判定する。なっている場合はステップＳ３４０の処理を実行し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ３４０でコントローラ１００は、ＥＧＲ弁１０にＥＧＲ／Ｖ開度指示を送ってＥＧＲ弁１０を作動させる。ここでは、ＥＧＲ率がステップＳ３１２で設定したＥＧＲ率履歴の通りに変化するようなＥＧＲ／Ｖ開度指示を送る。

上述したように、本制御ルーチンでは、まず差圧生成弁１２を開動作させ、差圧生成弁１２が全開になったらＥＧＲ弁１０を閉動作させて全閉にする。そして、差圧生成弁１２の開動作によるＥＧＲ率の低下速度と、ＥＧＲ弁１０の閉動作によるＥＧＲ率の低下速度とが同等になるよう制御される。

図９は、運転点が図２における領域Ｅ３からＥＧＲ領域外へ移動する場合に、図８の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。図中の実線は本実施形態の制御ルーチンを実行した場合を示している。また、図中には、比較例として差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを互いに独立して同時に作動開始させた場合について破線で示している。

比較例については図５と同様なので説明を省略する。

本実施形態では、タイミングＴ１でまず差圧生成弁１２が開動作を開始する。そして、タイミングＴ３で差圧生成弁１２が全開になったら、ＥＧＲ弁１０が閉動作を開始し、ＥＧＲ弁１０がタイミングＴ４で全閉になる。差圧生成弁１２の開動作によるＥＧＲ率の低下速度と、ＥＧＲ弁１０の閉動作によるＥＧＲ率の低下速度とが同等になるよう制御されるので、図示するように、ＥＧＲ率はタイミングＴ１からＴ４まで一定の速度で低下する。

なお、本実施形態ではＥＧＲ率を一定速度で低下させるために、差圧生成弁１２の開動作によるＥＧＲ率の低下速度と、ＥＧＲ弁１０の閉動作によるＥＧＲ率の低下速度とが同等になるよう制御しているが、これに限られるわけではない。上述した運転性の悪化が生じない範囲であれば、ＥＧＲ率の低下速度が途中で変化しても構わない。つまり、差圧生成弁１２の開動作によるＥＧＲ率の低下速度と、ＥＧＲ弁１０の閉動作によるＥＧＲ率の低下速度とに差があってもかまわない。どの程度の差まで許容されるかは内燃機関１の仕様や各配管の構成等により異なるので、適合により定めることとする。

また、ＥＧＲ弁１０の作動範囲がシャフトの回転角度で０°〜９０°であるのに対し、差圧生成弁１２の作動範囲は上述したように負荷に影響を与えない範囲であり、ＥＧＲ弁１０の作用範囲よりも小さい。このため、同じ速度で作動させた場合における現在の開度から目標開度までの到達時間は、差圧生成弁１２の方がＥＧＲ弁１０よりも短くなる。つまり、両弁の作動速度を同じにすると、差圧生成弁１２の開動作によるＥＧＲ率の低下速度はＥＧＲ弁１０の閉動作によるＥＧＲ率の低下速度よりも速くなる。したがって、本実施形態の制御は、差圧生成弁１２の開動作によるＥＧＲ率の低下速度がＥＧＲ弁１０の閉動作によるＥＧＲ率の低下速度を超えないように、差圧生成弁１２の開動作の速度を制限している、と表現することもできる。

以上のように本実施形態では、ＥＧＲ制御（排気再循環）を停止する場合に、ＥＧＲ制御弁１０または差圧生成弁１２のいずれか一方の弁を先に作動させ、いずれか一方の弁の動作が完了してからいずれか他方を作動させる。より具体的には、ＥＧＲ制御を停止する場合に、先に差圧生成弁１２の開動作を開始させ、差圧生成弁１２の開動作が完了してからＥＧＲ弁１０の閉動作を開始させるとともに、差圧生成弁１２の開動作速度を、差圧生成弁１２の開動作によるＥＧＲ率の低下速度がＥＧＲ弁１０の閉動作によるＥＧＲ率の低下速度を超えないように制限する。上記のように差圧生成弁１２の開動作速度を制限することにより、ＥＧＲ率の急峻な低下を抑制できる。

[第４実施形態]
本実施形態は、運転点がＥＧＲ領域外からＥＧＲ領域内に移動する点では第２実施形態と同様であるが、差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを作動させる順序が第２実施形態とは逆である。

運転点がＥＧＲ領域外（ＥＧＲ率＝０％）から、ＥＧＲ領域内の領域Ｅ３へ移動する場合に、ＥＧＲ弁１０が目標開度になってから差圧生成弁１２を閉動作させると、図３においては差圧生成弁１２の閉動作にともなってＥＧＲ率が図中で垂直に上昇する。つまり、図３におけるＥＧＲ率の履歴は、ＥＧＲ弁１０の閉動作にともなって上昇した後、ＥＧＲ弁１０の開動作にともなって急峻に上昇することになる。しかし、後述するように差圧生成弁１２及びＥＧＲ弁１０の作動速度を適切に設定することで、時間軸で見た場合にＥＧＲ率が一定速度で変化するような履歴にすることができる。

図１０は、本実施形態でコントローラ１００が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ４００、Ｓ４１０は、図６のステップＳ２００、Ｓ２１０と同様なので説明を省略する。

ステップＳ４１２で、コントローラ１００はＥＧＲ率履歴を設定する。ＥＧＲ率履歴は、例えば、ＥＧＲ率が一定速度で上昇するような履歴とする。この場合、差圧生成弁１２の閉動作によるＥＧＲ率の上昇速度と、ＥＧＲ弁１０の開動作によるＥＧＲ率の上昇速度とが同じになる。

ステップＳ４１４で、コントローラ１００はＥＧＲ率履歴から定まる今回のルーチンにおける目標ＥＧＲ率と、図中に示したような、ＥＧＲ率とＥＧＲ弁１０の開口面積（ＥＧＲ／Ｖ開口面積）との関係を示すテーブルとから、ＥＧＲ／Ｖ開口面積を算出する。

ステップＳ４２０で、コントローラ１００は、ステップＳ４１４で算出したＥＧＲ／Ｖ開口面積に応じたＥＧＲ／Ｖ開度指示をＥＧＲ弁１０に送り、ＥＧＲ弁１０を作動させる。

ステップＳ３４０でコントローラ１００は、現在のＥＧＲ弁１０の開度（実ＥＧＲ／Ｖ開度）が、ステップＳ４００で設定した目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲ弁１０の開度（目標ＥＧＲ／Ｖ開度）になっているか否かを判定する。なっている場合はステップＳ４４０の処理を実行し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ４４０でコントローラ１００は、差圧生成弁１２にＡＤＭ／Ｖ開度指示を送って差圧生成弁１２を作動させる。ここでは、ＥＧＲ率がステップＳ４１２で設定したＥＧＲ率履歴の通りに変化するようなＡＤＭ／Ｖ開度指示を送る。

上述したように、本制御ルーチンでは、まずＥＧＲ弁１０を開動作させ、ＥＧＲ弁１０が目標ＥＧＲ／Ｖ開度（Ｂ１）になったら差圧生成弁１２を閉動作させる。そして、差圧生成弁１２の閉動作によるＥＧＲ率の上昇速度と、ＥＧＲ弁１０の開動作によるＥＧＲ率の上昇速度とが同等になるよう制御される。

図１１は、運転点が図２におけるＥＧＲ領域外から領域Ｅ３へ移動する場合に、図１０の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。図中の実線は本実施形態の制御ルーチンを実行した場合を示している。また、図中には、比較例として差圧生成弁１２とＥＧＲ弁１０とを互いに独立して同時に作動開始させた場合について破線で示している。

比較例については図７と同様なので説明を省略する。

本実施形態では、タイミングＴ１でまずＥＧＲ弁１０が開動作を開始する。そして、タイミングＴ２でＥＧＲ弁１０が目標ＥＧＲ／Ｖ開度（Ｂ１）になったら、差圧生成弁１２が閉動作を開始し、差圧生成弁１２がタイミングＴ３で開度ＳＡ１になる。差圧生成弁１２の閉動作によるＥＧＲ率の上昇速度と、ＥＧＲ弁１０の開動作によるＥＧＲ率の上昇速度とが同等になるよう制御されるので、図示するようにＥＧＲ率はタイミングＴ１からＴ３まで一定の速度で上昇する。

なお、ＥＧＲ率の上昇速度は運転性の悪化を生じない範囲で変化しても構わない点については第３実施形態と同様である。また、本実施形態の制御は、差圧生成弁１２の閉動作によるＥＧＲ率の上昇速度がＥＧＲ弁１０の開動作によるＥＧＲ率の上昇速度を超えないように、差圧生成弁１２の閉動作の速度を制限していると表現することもできる。

以上のように本実施形態では、ＥＧＲ制御（排気再循環）を開始する場合に、ＥＧＲ制御弁１０または差圧生成弁１２のいずれか一方の弁を先に作動させ、いずれか一方の弁の動作が完了してからいずれか他方を作動させる。より具体的には、ＥＧＲ制御を開始する場合に、先にＥＧＲ弁１０の開動作を開始させ、ＥＧＲ弁１０の開動作が完了してから差圧生成弁１２の閉動作を開始させるとともに、差圧生成弁１２の閉動作速度を、差圧生成弁１２の閉動作によるＥＧＲ率の上昇速度がＥＧＲ弁１０の開動作によるＥＧＲ率の上昇速度を超えないように制限する。上記のように差圧生成弁１２の閉動作速度を制限することにより、ＥＧＲ率の急峻な上昇を抑制できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ ターボ過給機
５ スロットル弁
１０ ＥＧＲ弁（排気再循環量制御弁）
１２ 差圧生成弁
１００ コントローラ

Claims (6)

1. ターボ過給機と、
   排気通路と吸気通路の前記ターボ過給機のコンプレッサより上流とを連通する排気再循環通路と、
   前記排気再循環通路に配置された排気再循環量制御弁と、
   前記吸気通路の新気ガスと排気ガスとの合流部よりも上流に配置された差圧生成弁と、
   を備える内燃機関の排気再循環制御方法において、
   排気再循環率を変更する場合に、
   前記排気再循環量制御弁または前記差圧生成弁のいずれか一方の弁の動作が完了してからいずれか他方を作動させることを特徴とする排気再循環制御方法。
2. 請求項１に記載の排気再循環制御方法において、
   前記排気再循環を停止する場合に、先に前記排気再循環量制御弁の閉動作を開始させ、前記排気再循環量制御弁の閉動作が完了してから前記差圧生成弁の開動作を開始させる排気再循環制御方法。
3. 請求項１に記載の排気再循環制御方法において、
   前記排気再循環を開始する場合に、先に前記差圧生成弁の閉動作を開始させ、前記差圧生成弁の閉動作が完了してから前記排気再循環量制御弁の開動作を開始させる排気再循環制御方法。
4. 請求項１に記載の排気再循環制御方法において、
   前記排気再循環を停止する場合に、先に前記差圧生成弁の開動作を開始させ、前記差圧生成弁の開動作が完了してから前記排気再循環量制御弁の閉動作を開始させるとともに、
   前記差圧生成弁の開動作速度を、前記差圧生成弁の開動作による排気再循環率の低下速度が前記排気再循環量制御弁の閉動作による排気再循環率の低下速度を超えないように制限する排気再循環制御方法。
5. 請求項１に記載の排気再循環制御方法において、
   前記排気再循環を開始する場合に、先に前記排気再循環量制御弁の開動作を開始させ、前記排気再循環量制御弁の開動作が完了してから前記差圧生成弁の閉動作を開始させるとともに、
   前記差圧生成弁の閉動作速度を、前記差圧生成弁の閉動作による排気再循環率の上昇速度が前記排気再循環量制御弁の開動作による排気再循環率の上昇速度を超えないように制限する排気再循環制御方法。
6. ターボ過給機と、
   排気通路と吸気通路の前記ターボ過給機のコンプレッサより上流とを連通する排気再循環通路と、
   前記排気再循環通路に配置された排気再循環量制御弁と、
   前記吸気通路の新気ガスと排気ガスとの合流部よりも上流に配置された差圧生成弁と、
   を備える内燃機関の排気再循環制御装置において、
   排気再循環率を変更する場合に、前記排気再循環量制御弁または前記差圧生成弁のいずれか一方の弁の動作が完了してからいずれか他方を作動させる制御部を備えることを特徴とする排気再循環制御装置。

Images