JP4034703B2 - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の複数のシリンダ群間における排気ガス流量差を解消できる排気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のシリンダ群を互いに異なる排気通路に接続した構成の内燃機関としては、例えばバンク毎にシリンダ群を構成し、各シリンダ群を互いに異なる排気通路に接続したＶ型エンジンが知られている。また、この種のＶ型エンジンに適用される排気制御装置として、排気通路毎の触媒の硫黄被毒に対する再生処理時に各触媒の温度のばらつきを解消して各触媒が再生に適した温度となるようにバンク毎の点火時期を制御する排気制御装置が知られている（特許文献１参照）。また、本発明の関連する先行技術文献としては他に特許文献２及び３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１１７７８６号公報
【特許文献２】
特開平０６−２１３０４４号公報
【特許文献３】
特開平０７−１７４０４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなＶ型エンジンでは、シリンダ群間における体積充填効率の相違、ＥＧＲ装置の流量特性の相違等に起因して各排気通路に導かれる排気流量にばらつきが生じ、その影響で何らかの不都合が生じることがある。例えば、排気浄化触媒の硫黄被毒等による劣化の速度は排気流量と相関するため、排気通路毎に排気流量が異なっていれば劣化速度も排気通路間で相違する。この場合、排気浄化触媒の最適な再生時期がシリンダ群の間でずれ、最適な再生時期よりも遅く再生処理が行われて排気浄化性能の回復が遅れたり、最適な再生時期よりも早く再生処理が行われて無駄なエネルギーが消費されるといった問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は複数のシリンダ群のそれぞれに対して設けられた排気通路間の排気流量のばらつきを抑えることが可能な排気制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気制御装置は、複数のシリンダ群のそれぞれの吸気側が共通の吸気通路に接続され、排気側が互いに異なる排気通路に接続された内燃機関に適用される排気制御装置であって、前記複数のシリンダ群のうち少なくともいずれか一つのシリンダ群の外部ＥＧＲ量又は内部ＥＧＲ量を調整することで前記シリンダ群毎の排気通路から排出される排気ガス流量に変化を与える排気ガス流量調整手段と、前記シリンダ群毎の排気通路間における排気ガス流量の差を推定する排気ガス流量差推定手段と、推定された排気ガス流量の差が減少するように前記排気ガス流量調整手段を制御する排気ガス流量制御手段とを備え、前記内燃機関は、前記シリンダ群毎の排気通路と前記共通の吸気通路とを接続するシリンダ群毎のＥＧＲ通路と、各ＥＧＲ通路を介して前記共通の吸気通路に戻される排気ガスの流量を調整するシリンダ群毎のＥＧＲ弁と、前記共通の吸気通路に吸入される新気量を検出する吸入空気量検出手段とを具備し、前記排気ガス流量差推定手段は、前記シリンダ群毎のＥＧＲ弁のうちいずれか一つのＥＧＲ弁を所定開度で開き他のＥＧＲ弁を閉じた状態で前記吸入空気量検出手段により前記新気量を検出する操作を、前記所定開度に開かれるＥＧＲ弁を交替しながら順次実行し、各回における前記新気量の検出結果を比較して前記排気ガス流量の差を推定することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この排気制御装置によれば、排気通路毎の排気ガスの流量差を推定し、その差が減少するように排気ガス流量調整手段を制御しているので、排気通路間の排気流量のばらつきを抑え、そのばらつきに伴って生じ得る不都合の解消を図ることができる。例えば、排気流路毎に排気浄化手段が設けられている場合にはその劣化速度のばらつきを抑え、各排気通路の排気浄化手段に対して同時的にかつ過不足なく再生処理を実施することができる。
【０００８】
本発明の排気制御装置において、排気ガス流量の差の推定は、排気ガス流量の差を定量的に特定するものに限らず、排気ガス流量の大小関係を判別する程度であっても、排気ガス流量の差を減少させるために必要な情報を取得できる限りはその概念に含まれる。また、排気ガス流量の差の減少は、流量の差を完全に解消させる場合も含む。
【００１０】
また、本発明の排気制御装置によれば、ＥＧＲ弁を所定開度に設定したときにＥＧＲ弁を通過する排気ガスの流量はＥＧＲ弁の流量特性の影響を受けてＥＧＲ弁間でばらつくため、前記の操作を行ったときに検出される新気量には、ＥＧＲ弁の流量特性の影響でばらつきが生じる。従って、新気量の検出結果を比較すればＥＧＲ弁毎の流量特性の差を判別することができる。そして、ＥＧＲ弁の流量特性の相違は排気通路毎の排気ガスの流量を変化させる一要因であるため、その流量特性の差が判れば、ＥＧＲ弁毎の流量特性の相違に起因する排気通路毎の排気ガスの流量の差を推定することができる。
【００１１】
ＥＧＲ弁の操作から排気ガスの流量差を推定する場合において、さらに前記排気ガス流量制御手段は、前記排気ガス流量調整手段として、少なくとも一つの排気通路に対応したＥＧＲ弁を、その開度が前記排気ガス流量差推定手段にて推定された排気ガス流量の差に応じて補正されるように制御してもよい（請求項２）。
【００１２】
排気ガス流量の差に応じたＥＧＲ弁の開度の補正により、各排気通路から共通の吸気通路に戻される排気ガスの量を均等化し、ＥＧＲ量のばらつきに起因する排気通路毎の排気ガスの流量の差を減少させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係る車両搭載用の内燃機関を示している。この実施形態において、内燃機関は左右のバンク２Ｌ、２Ｒに４つずつシリンダ３が設けられたＶ型８気筒のディーゼルエンジン１として構成されている。左バンク２Ｌのシリンダ３によって一つのシリンダ群が構成され、右バンク２Ｒのシリンダ３によって他の一つのシリンダ群が構成される。
【００２１】
各シリンダ３に吸気を導くための吸気通路４はエアクリーナ５の下流においてバンク毎の分岐路４Ｌ、４Ｒに分かれており、その分岐路４Ｌ、４Ｒにターボチャージャ６のコンプレッサ部６ａが配置されている。コンプレッサ部６ａの下流において分岐路４Ｌ、４Ｒはインタークーラ７を通過し、吸気通路４の一部を構成する共通のインテークマニホールド（共通の吸気通路）８に接続される。吸気通路４の分岐路４Ｌ、４Ｒよりも上流の吸気通路４の共通部分には、エンジン１の全体に吸入される新気量、言い換えればエンジン１の外部から吸気通路４に取り込まれる外気量を検出する吸入空気量検出手段として、エアフロメータ９が設けられている。吸入空気量検出手段は、吸入空気量に相関する吸気圧等の他の物理量を測定して吸入空気量に換算するものでもよい。
【００２２】
一方、各バンク２Ｌ、２Ｒのシリンダ３からの排気は、バンク毎に設けられた排気通路１０Ｌ、１０Ｒのエキゾーストマニホールド１１Ｌ、１１Ｒからターボチャージャ６のタービン部６ｂに導かれ、さらにタービン部６ｂの下流側に導かれる。ターボチャージャ６は、開度調整が可能なノズル装置（不図示）をタービン部６ｂ側に備えた可変ノズルターボチャージャである。各ターボチャージャ６のノズル開度はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２にて全開状態と全閉状態との間で制御される。全閉状態においては排気通路１０Ｌ、１０Ｒが閉鎖される。なお、ＥＣＵ１２はエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータである。例えば、ＥＣＵ１２は各シリンダ３に設けられた燃料噴射弁２０からの燃料噴射量をエアフロメータ９が検出する吸入空気量に応じて制御する。
【００２３】
各エキゾーストマニホールド１１Ｌ、１１Ｒはバンク毎のＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒを介してインテークマニホールド８に接続されている。各ＥＧＲ通路１３Ｌ、１３ＲにはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒと、ＥＧＲ流量を調整するためのＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒとが設けられている。ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの開度は、エンジン１の運転状態に応じた適正な量のＥＧＲガスがインテークマニホールド８に供給されるようにＥＣＵ１２にて制御される。
【００２４】
ターボチャージャ６よりも下流の排気通路１０Ｌ、１０Ｒには排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する排気浄化手段としてのパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと略称することがある。）１６Ｌ、１６Ｒが設けられている。フィルタ１６Ｌ、１６ＲはＮＯｘ吸蔵還元物質を坦持することにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒としても機能する。タービン部６ｂとフィルタ１６Ｌ、１６Ｒとの間には排気通路１０Ｌ、１０Ｒに燃料を供給する燃料供給手段として燃料添加弁１７Ｌ、１７Ｒが設けられている。燃料添加弁１７Ｌ、１７Ｒによる燃料添加はＥＣＵ１２の制御の下でフィルタ１６、１６Ｒの硫黄被毒に対する再生処理やＰＭの酸化処理のために行われる。また、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの下流には、燃料添加弁１７Ｌ、１７Ｒによる燃料供給位置よりも下流にて排気通路１０Ｌ、１０Ｒ毎に空燃比を検出する空燃比検出手段として、空燃比センサ１８Ｌ、１８Ｒが設けられている。空燃比センサ１８Ｌ、１８Ｒの下流には消音器等が設けられるが、その図示は省略した。空燃比検出手段には酸素濃度センサ等、空燃比の検出に利用可能な各種のセンサを用いてよい。
【００２５】
以上の内燃機関１においては、インテークマニホールド８が各バンク２Ｌ、２Ｒに対して共通であるため、各バンク２Ｌ、２Ｒのシリンダ３に対しては互いに等しい量の吸気（新気及びＥＧＲガスを含む）が導かれるはずである。また、ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの開度やターボチャージャ６のノズル開度がバンク間で等しければ、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒに対しても互いに等しい量の排気ガスが流入するはずである。しかしながら、現実にはシリンダ３毎の体積充填効率の相違やＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの流量特性の相違、あるいはターボチャージャ６の排気エネルギ回収効率の相違により排気通路１０Ｌ、１０Ｒのフィルタ１６Ｌ、１６Ｒに流入する排気流量には差が生じる。
【００２６】
このような排気流量の差が生じている場合、フィルタ１６Ｌ、１６ＲにおけるＰＭの堆積や硫黄被毒等による劣化の速度も相違し、各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの再生時期にずれが生じる。フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの再生を個別に管理していればそのようなずれは殆ど問題とならないが、排気流量差を放置しておくと、過渡運転時に排気流量差が過剰となり片側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに一時的に許容限度を超える排気が流れて排気浄化性能が悪化したり、長時間の連続運転でフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの劣化のずれが過度に拡大して排気浄化性能が悪化するといった不都合が生じるおそれがある。そこで、この実施形態では、図２の流量差補正制御ルーチンをＥＣＵ１２に実行させることにより、排気通路１０Ｌ、１０Ｒの間の排気流量差の解消を図っている。以下にその手順を説明する。なお、図２のルーチンはエンジン１の運転中の適宜のタイミングで実行できる。但し、ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの操作を伴うことから、望ましくは排気エミッションに与える影響が少ない運転状態を選んで実行するとよい。
【００２７】
図２の流量差補正制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１２はまずステップＳ１１で各ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒを全閉状態、すなわちＥＧＲガスを遮断する状態に操作し、その状態でエアフロメータ９が検出する吸入空気量がステップＳ１２以下の処理を行う際に必要な閾値として設定された所定値以上か否かを判断する。所定値未満であればステップＳ１２以下の処理をキャンセルして今回のルーチンを終える。一方、吸入空気量が所定値以上であればステップＳ１２へ進み、左バンク２Ｌ側のＥＧＲ弁（以下、左ＥＧＲ弁と呼ぶことがある。）１５Ｌの開度を全開に、右バンク２Ｒ側のＥＧＲ弁（以下、右ＥＧＲ弁と呼ぶことがある。）１５Ｒの開度を全閉に設定する。続くステップＳ１３ではエアフロメータ９により吸入空気量を検出する。次のステップＳ１４では左ＥＧＲ弁１５Ｌの開度を全閉に、右ＥＧＲ弁１５の開度を全開にそれぞれ設定し、続くステップＳ１５で再びエアフロメータ９により吸入空気量を検出する。
【００２８】
次のステップＳ１６では、ステップＳ１３及びＳ１５でそれぞれ検出した吸入空気量の差を求めてその差が所定値以内か否か判断する。ここでいう所定値はＥＧＲ系に何らかの異常が生じているか否かを判定するための閾値である。吸入空気量の差が所定値以内であればステップＳ１７へ進み、左ＥＧＲ弁１５Ｌの全開時に検出した吸入空気量が、右ＥＧＲ弁１５Ｒの全開時に検出した吸入空気量よりも多いか否か判断する。多いと判断したときはステップＳ１８へ進み、左ＥＧＲ弁１５Ｌの開度を吸入空気量の差に応じて開き側に補正する。
【００２９】
一方、ステップＳ１７の条件が否定された場合にはステップＳ１９へ進み、右ＥＧＲ弁１５Ｒの全開時に検出した吸入空気量が、左ＥＧＲ弁１５Ｌの全開時に検出した吸入空気量よりも多いか否か判断する。多いと判断したときはステップＳ２０へ進み、右ＥＧＲ弁１５Ｒの開度を吸入空気量の差に応じて開き側に補正する。ステップＳ１８又はＳ１９にてＥＧＲ弁１５Ｌ又は１５Ｒの開度を補正した後は今回の処理を終える。一方、ステップＳ１６にて吸入空気量の差が所定値以上に拡大していると判断した場合にはＥＧＲ系に何らかの異常が生じているとみなしてステップＳ２１でＥＧＲ系の異常に対応した所定の処理を実行し、その後、今回のルーチンを終える。ステップＳ２１の処理としては、警告灯の点灯、エンジン１の保護運転の実施等が挙げられる。
【００３０】
以上の実施形態によれば、図２のステップＳ１２で右側のＥＧＲ通路１３Ｒを閉じ、左側のＥＧＲ通路１３Ｌのみからインテークマニホールド８にＥＧＲガスを戻しているので、インテークマニホールド８には吸気通路４の上流側から取り込まれる新気と、左側のＥＧＲ通路１３Ｌから戻されるＥＧＲガスとが導入される。従って、ステップＳ１３においてエアフロメータ９が検出する吸入空気量はＥＧＲ弁１５Ｌの全開状態においてＥＧＲ通路１３Ｌから導入されるＥＧＲガスの流量が多いほど減少することになる。反対に、図２のステップＳ１４の状態においては、吸気通路４の上流側から取り込まれる新気と右側のＥＧＲ通路１３Ｒから戻されるＥＧＲガスとがインテークマニホールド８に導入されるので、ステップＳ１５でエアフロメータ９が検出する吸入空気量はＥＧＲ弁１５Ｒの全開状態においてＥＧＲ通路１３Ｒから導入されるＥＧＲガスの流量が多いほど減少することになる。
【００３１】
このように、ステップＳ１３及びＳ１５のそれぞれでエアフロメータ９が検出する吸入空気量と、各ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの流量特性との間には相関関係があり、図３に示したようにＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの流量特性が大流量側に偏るほど、言い換えれば所定開度（一例として全開状態）の下でＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒを通過するＥＧＲガスの流量が多くなるほどエアフロメータ９が検出する吸入空気量（新気量）が減少する。
【００３２】
従って、図２のステップＳ１７の条件が肯定された場合は左ＥＧＲ弁１５Ｌの方が右ＥＧＲ弁１５Ｒよりも流量を絞る傾向にあり、ステップＳ１９の条件が肯定された場合は右ＥＧＲ弁１５Ｒの方が左ＥＧＲ弁１５Ｌよりも流量を絞る傾向にある。このような傾向に対して、ステップＳ１８では左ＥＧＲ弁１５Ｌの開度を開き側に補正し、ステップＳ２０では右ＥＧＲ弁１５Ｒの開度を開き側に補正しているから、いずれの場合も流量が少ない側のＥＧＲ弁１５Ｌ又は１５Ｒの開度が増加し、左右のＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒからインテークマニホールド８に戻されるＥＧＲガスの流量差が減少することになる。しかも、吸入空気量の差はＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの間の流量特性の差に応じて増減するから、ステップＳ１８又はＳ２０における開度の補正量を吸入空気量の差に応じて変化させるようにすれば左右のＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒからインテークマニホールド８に戻されるＥＧＲガス量の差を解消することも可能である。
【００３３】
そして、ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの流量特性の差に起因するＥＧＲガス量の差が減少すれば、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれに流入する排気ガスの流量差も減少する。この結果として、左右のフィルタ１６Ｌ、１６ＲにおけるＰＭの堆積や硫黄被毒等による劣化速度のばらつきを抑えることができる。また、ＥＧＲ通路１３Ｌ、１３ＲのＥＧＲガス量の差が減少することにより、ＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの詰りの進行速度のばらつきも抑えることができる。以上から明らかなように、図２のステップＳ１６、Ｓ１７及びＳ１９においては、排気通路１０Ｌ、１０Ｒ毎の排気流量の差を吸入空気量の差に置き換えて間接的に推定し、ステップＳ１８又はＳ２０においては推定された排気流量の差が減少するようにＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒを制御していることになる。従って、これらの処理を実行することにより、ＥＣＵ１２は排気ガス流量差推定手段、及び排気ガス流量制御手段として機能している。
【００３４】
本実施形態では、図２のルーチンを繰り返し実行しているにも拘わらず吸入空気量の差が過度に拡大した場合にはステップＳ２１で異常に対応した処理を実行しているので、ＥＧＲ系の異常が他に及ぼす影響の拡大を防ぐことができる。しかも、ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの流量特性の差やＥＧＲ系の異常を、燃料噴射量制御等に使用されるエアフロメータ９の検出値に基づいて検出しているので、これらの検出のための専用のセンサ類を設ける必要がなく、コストを削減できる。
【００３５】
（参考例）
次に、図４〜図９を参照して本発明に関係する参考例を説明する。図４はこの参考例に係る排気制御装置が適用される内燃機関を示しており、図１と同様の部分には同一の参照符号が付されている。この参考例のエンジン１は、左右のＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒが連絡通路１３Ｃを介して相互に接続された点で図１のエンジン１と相違する。その他の部分は同一である。
【００３６】
ＥＣＵ１２は本発明の実施形態と同様に排気通路１０Ｌ、１０Ｒのフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける排気流量差を減少させる制御を実行するが、その手順は本発明の実施形態と異なる。以下、参考例における排気流量差の算出とこれを減少させるための操作とを説明する。
【００３７】
まず、図５を参照してＥＣＵ１２が排気流量差を検出する原理を説明する。まず、排気流量差を検出する際の運転状態において、図５（ａ）に示すように吸気通路４から取り込まれる吸入空気量がＧ、燃料噴射弁２０から各シリンダ３に噴射される燃料量（筒内噴射量）の合計値がＸであったとする。また、図５（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ「通常時」として示すように、左右バンク２Ｌ、２Ｒから排気通路１０Ｌ、１０Ｒにそれぞれ排出される空気量をそれぞれＧｌ、Ｇｒ、左右のバンク２Ｌ、２Ｒに対する燃料の筒内噴射量をそれぞれＸｌ、Ｘｒとする。なお、吸入空気量Ｇ、Ｇｌ、Ｇｒ及び筒内噴射量Ｘ、Ｘｌ、Ｘｒの単位はいずれもグラム／秒（ｇ／ｓ）である。
【００３８】
以上の値のうち、吸入空気量Ｇはエアフロメータ９にて検出でき、筒内噴射量Ｘ、Ｘｌ、ＸｒはＥＣＵ１２からの指令値としてそれぞれ特定することができる。しかし、空気量Ｇｌ、Ｇｒは、各シリンダ３に関する体積充填効率の相違、ＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒの流量特性の相違、あるいはターボチャージャ６の排気エネルギの回収率の相違等に起因して様々に変化し、直ちにこれを特定することはできない。
【００３９】
そこで、この参考例では、図５（ｂ）、（ｃ）に「添加時」として示すように燃料添加弁１７Ｌ、１７Ｒから排気通路１０Ｌ、１０Ｒに一定量Ｙｌ、Ｙｒの燃料を添加し、その際に空燃比センサ１８Ｌ、１８Ｒが検出する空燃比の変化を利用して排気通路１０Ｌ、１０Ｒ毎の排気流量差を取得している。
【００４０】
例えば、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように右バンク２Ｒの燃料添加弁１７Ｒから所定量Ｙｒの燃料を添加した場合、燃料添加前の通常時において空燃比センサ１８Ｒが検出する空燃比をＡｒとし、燃料添加によって変化する空燃比をＢｒ、変化に要した時間をＴｒ、右バンク２Ｒに分配されている空気量をＧｒ、右バンク２Ｒに対する筒内噴射量をＸｒ、排気通路１０Ｒの排気流量をＧｅｘｒとすれば下式の関係が成り立つ。なお、図５（ｄ）では左右を識別するための添え字ｌ、ｒを略している。
【００４１】
【数１】
Ｇｒ＝Ｘｒ・Ａｒ
Ｇｒ＝（Ｘｒ＋Ｙｒ／Ｔｒ）・Ｂｒ
Ｇｅｘｒ＝Ｇｒ・（１＋１／Ａｒ）
これらの式から排気流量Ｇｅｘｒは次のように表現することができる。
【数２】
Ｇｅｘｒ＝Ｙｒ・（１＋Ａｒ）／（（Ａｒ／Ｂｒ）−１）・Ｔｒ）…（１）
【００４２】
燃料添加時の空燃比Ｂｒは図５（ｄ）に示すように時間とともに変化するから、（１）式の分母は時間Ｔ（但し時刻０〜Ｔｒまで）の積分によって与えられ、（１）式は次式のように書き換えることができる。
【数３】
Ｇｅｘｒ＝Ｙｒ・（１＋Ａｒ）／∫（（Ａｒ／Ｂｒ）−１）ｄＴ…（２）
【００４３】
（２）式のうち、添加量ＹｒはＥＣＵ１２の指令値から判別でき、空燃比Ａｒ、Ｂｒはそれぞれ空燃比センサ１８Ｒにて検出できるから、それらの値より右バンク２Ｒの排気流量Ｇｅｘｒを算出することができる。左バンク２Ｌの排気流量Ｇｅｘｌについても同様にして上式の添え字ｒをｌに置き換えて求めることができる。
【００４４】
次に、上式（２）によって求められた排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒから次式により排気流量比αを求めることができる。
【数４】
α＝Ｇｅｘｒ／Ｇｅｘｌ……（３）
ここで、Ｇ＋Ｘ＝Ｇｅｘｌ＋Ｇｅｘｒであるから、排気流量Ｇｅｘｒ、Ｇｅｘｌは吸入空気量Ｇ、筒内噴射量Ｘ及び排気流量差αを利用して、それぞれ次のように書き換えることができる。
【数５】
Ｇｅｘｌ＝（Ｇ＋Ｘ）／（１＋α） ……（４）
Ｇｅｘｒ＝（Ｇ＋Ｘ）／（１＋（１／α）） ……（５）
【００４５】
図６に示すように、エンジン１において使用される運転領域の代表的な数点、望ましくは運転領域を取り囲むような数点をサンプリング点として設定し、各々のサンプリング点における排気流量比αを上式（２）、（３）で取得し、得られた排気流量比αから、各運転領域における排気流量比αをエンジン回転数及び負荷条件を元に補間して算出すれば、エンジン１のほぼ全ての領域において排気流量比αを求めることができる。そして、求められた排気流量比αと吸入空気量Ｇ及び筒内噴射量Ｘとを上式（４）又は（５）に代入すれば、各バンク２Ｒ、２Ｌの排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒを求めることができる。
【００４６】
図７は、以上のようにして排気流量比αを求めるためにＥＣＵ１２が実行する流量特性検出ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１が搭載された車両の走行に支障が生じない時期、例えばエンジン１が搭載された車両の出荷時や整備時等に行えばよい。
【００４７】
図７の流量特性検出ルーチンにおいて、ＥＣＵ１２はまずステップＳ３１にて左バンク２Ｌ側を処理対象に選択し、続くステップＳ３２で処理対象のバンクに対応する排気通路１０Ｌの空燃比（燃料添加前の空燃比）Ａｌ（左バンクが処理対象の場合、以下同じ。）を空燃比センサ１８Ｌにて検出する。続くステップＳ３３では燃料添加弁１７Ｌによる燃料量Ｙｌの添加を実施し、その後、ステップＳ３４で燃料添加後の空燃比Ｂｌを検出する。続くステップＳ３４では燃料添加後の空燃比Ｂｌが燃料添加前の空燃比Ａｌに復帰したか否か判断する。復帰していなければステップＳ３４に戻って空燃比Ｂｌの検出を繰り返す。
【００４８】
ステップＳ３５で空燃比Ｂｌが燃料添加前の空燃比Ａｌに復帰したと判断した場合にステップＳ３６へ進み、排気流量Ｇｅｘｌを上式（２）に従って算出する。続くステップＳ３７では右バンク２Ｒの排気流量Ｇｅｘｒの算出処理を終えたか否か判断し、処理していなければステップＳ３８で右バンク２Ｒ側を処理対象に選択して設定してステップＳ３２へ戻る。この後は、上記と同様にして空燃比Ａｒの検出、燃料Ｙｒの添加、空燃比Ｂｒの検出が行われて右バンク２Ｒの排気流量Ｇｅｘｒが算出される。右バンク２Ｒについての排気流量Ｇｅｘｒの算出を終えるとステップＳ３７からステップＳ３９へと処理を進め、ステップＳ３６で算出した排気流量Ｇｅｘｌ及びＧｅｘｒを利用して上式（３）から排気流量比αを求める。この後、図７のルーチンを終える。ここまでの処理が流量比に関する測定処理に相当する。
【００４９】
以上のルーチンは、図６に示したサンプリング点のそれぞれに関して実行される。そして、サンプリング点毎の排気流量比αがエンジン回転数と負荷とに基づいて補間されることにより、エンジン１のほぼ全ての運転領域に関して排気流量比αが求められる。このようにして求められた排気流量比αはエンジン回転数及び負荷に対応付けたマップ形式でＥＣＵ１２の適当な記憶装置、例えばＳＲＡＭに保存される。このようにして保存されたマップが運転状態と流量比との相関関係を記述した流量比情報に相当し、ここでまでの処理を実行することによりＥＣＵ１２は流量比情報取得手段として機能する。
【００５０】
そして、ＥＣＵ１２に保存されたマップはＥＣＵ１２による排気流量差の制御に使用される。そのような制御の一例としてＥＣＵ１２が実行する流量差補正制御ルーチンを図８に示す。このルーチンを実行することによりＥＣＵ１２は排気ガス流量算出手段として機能する。
【００５１】
図８の流量差補正制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１２はまずステップＳ５１で排気流量比αを特定するための運転状態、ここではマップにおいて排気流量比αと対応付けられているエンジン回転数及び負荷を判別する。次のステップＳ５２では運転状態に対応した排気流量比αを上述したマップから取得する。続いて、ステップＳ５３ではエアフロメータ９により吸入空気量Ｇを取得し、続くステップＳ５４では燃料噴射弁２０に対する指令値から筒内噴射量Ｘを取得する。
【００５２】
次のステップＳ５５では、今回のルーチンで得られた吸入空気量Ｇ、筒内噴射量Ｘ及び流排気流量比αを上式（４）、（５）に代入してバンク２Ｌ、２Ｒ毎の排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒを算出する。この後ステップＳ５６に進み、排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒの差に対応した排気ガス流量調整手段の操作補正量を算出する。ここでいう排気ガス流量調整手段は、バンク２Ｌ、２Ｒの少なくともいずれか一方の排気ガス流量を調整できる装置であり、例えば可変ノズル式のターボチャージャ６を排気ガス流量調整手段として機能させることができる。
【００５３】
すなわち、ターボチャージャ６のノズル開度を調整すれば排気背圧が変化し、それに伴ってＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒから戻されるＥＧＲガスの量やシリンダ３内に内部ＥＧＲガスとして残される排気ガスの量が変化し、その結果として排気流量も変化する。この場合、ステップＳ５６において排気流量差を解消するために必要な、少なくともいずれか一方のバンク２Ｌ、２Ｒのターボチャージャ６のノズル開度の調整量を求めればよい。排気流量差とノズル開度の補正量との関係は予め実験的に求めてマップ又は関数形式でＥＣＵ１２に記憶させておけばよく、ステップＳ５６ではそのマップ等を参照して排気流量差に対応するターボノズルの開度の補正量を求めればよい。ステップＳ５６にて補正量を算出した後はステップＳ５７に進み、算出された補正量に従って排気ガス流量調整手段の操作量を補正して左右のバンク２Ｌ、２Ｒの排気流量差を解消させる。その後、今回のルーチンを終える。
【００５４】
以上の参考例によれば、排気流量比αや排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒを求めるために使用しているエアフロメータ９、燃料添加弁１７Ｌ、１７Ｒや空燃比センサ１８Ｌ、１８Ｒがいずれもエンジン１の燃料噴射量制御やフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの再生制御のために設けられるものであるため、排気流量差を取得するために新たなセンサ類を設ける必要がない利点がある。そして、算出された排気流量差が解消するように排気ガスの流量調整を行っているので、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける排気流量を均等化でき、フィルタ１６Ｌ、１６ＲにおけるＰＭの堆積や硫黄被毒等による劣化速度のばらつきを抑えることができる。
【００５５】
上述した参考例では、図５（ｄ）及び上式（２）に示したように燃料添加後の空燃比Ｂｌ、Ｂｒの変化を考慮して積分項を設けているが、簡易な例として図９に示すように燃料添加後の空燃比Ｂが空燃比変化時間Ｔの間、ピーク値Ｂ′で一定であるとみなして排気流量差を求めてもよい。この場合、上式（２）に代え、（１）式を利用して排気流量Ｇｅｘｒ、Ｇｅｘｌを求めればよい。
【００５６】
図８のステップＳ５６及びＳ５７においては、ターボチャージャ６を排気ガス流量調整手段として利用しているが、これを利用した排気流量差の補正においては、排気流量が多い側のバンク２Ｌ又は２Ｒに対応するターボチャージャ６のノズル開度を閉じ側に補正してフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに流入する排気流量を減少させる一方で、排気流量が少ない側のバンク２Ｒ又は２Ｌに対応するターボチャージャ６のノズル開度を開き側に補正してフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌに流入する排気流量を増加させることにより、インテークマニホールド８に対する過給圧の変化を抑えつつ排気流量差の解消を図ることができる。この場合にはエンジン１の燃焼への影響を抑えられる利点がある。
【００５７】
参考例においては、ターボチャージャ６以外にも、例えばＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒを排気ガス流量調整手段として利用してもよい。例えばＥＧＲ弁１５Ｌ、１５Ｒのうち、排気流量が多い側のバンク２Ｌ又は２ＲのＥＧＲ弁１５Ｌ又は１５Ｒの開度を開き側に補正し、排気流量が少ない側のバンク２Ｒ又は２ＬのＥＧＲ弁１５Ｒ又は１５Ｌの開度を閉じ側に補正すれば、インテークマニホールド８に戻されるＥＧＲガス量の変化を抑えつつ、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒに流入する排気流量差を減少させることができる。この場合には排気流量差の調整範囲がＥＧＲ量によって制限されるものの、ターボチャージャ６のノズル開度を調整する場合と比較して、排気通路１０Ｌ、１０Ｒの背圧や吸気圧に与える影響が小さく、エンジン１の燃焼状態に与える影響がさらに小さくなる。
【００５８】
排気ガス流量調整手段としては、エンジン１の吸気弁又は排気弁の動作特性を変化させる可変動弁機構を利用することもできる。例えば排気流量が多い側のバンク２Ｌ又は２Ｒの排気弁の開時間を短くする一方で、排気流量が少ない側のバンク２Ｒ又は２Ｌの排気弁の開時間を長くすれば排気流量差を減少させることができる。開時間の調整に代え、又は加えて、排気流量が多い側でリフト量を減少させ、排気流量が少ない側でリフト量を増加させることによっても排気流量差を減少させることができる。さらに、吸気弁及び排気弁のそれぞれの開時期のオーバーラップ量を変化させて内部ＥＧＲ量を増減させることによっても排気流量差を減少させることができる。
【００５９】
参考例において算出した排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒは、排気流量差の解消のための制御に限らず、以下のような用途に関しても利用できる。
【００６０】
（１）バンク毎のＮＯｘの還元
エンジン１において、フィルタ１６Ｌ、１６ＲはＮＯｘ吸蔵還元型触媒としても機能しており、バンク毎のＮＯｘ吸収量ＮＯｘ＿Ｌ、ＮＯｘ＿Ｒは排気中に含まれるＮＯｘ濃度をＮＯｘ（％）、エンジン１の運転時間をＴ（ｓ）とすれば、
【数６】
ＮＯｘ＿Ｌ＝Ｇｅｘｌ・Ｎｏｘ（％）・Ｔ（ｓ）
ＮＯｘ＿Ｒ＝Ｇｅｘｒ・Ｎｏｘ（％）・Ｔ（ｓ）
となる。ここで、ＮＯｘ（％）はエンジン１の運転状態に対応付けて実験的に求めることができる。排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒは上述した手順で求めることができる。このようにして求めたＮＯｘ吸収量のいずれか一方が予め定めた限界量に達した場合、その限界量に達した側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに対して燃料添加弁１７Ｌ又は１７Ｒから燃料を添加してＮＯｘを還元させる。バンク毎にＮＯｘ吸収量を別々に算出することにより、燃費や排気浄化性能からみて最適なタイミングで各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒに対するＮＯｘ還元処理を施すことができる。
【００６１】
（２）バンク毎のＰＭ再生制御
フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの前後差圧△Ｐｌ、△Ｐｒを差圧センサにて検出し、それらの検出値を各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒに流入する排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒで除した値△Ｐｌ／Ｇｅｘｌ、△Ｐｒ／Ｇｅｘｒを判定値として各フィルタ１６Ｌ、１６ＲのＰＭによる詰り具合、言い換えればＰＭの堆積量（又は捕集量）を判定する。ここでも、排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒは上述した手順で求めることができる。そして、バンク毎の判定値のいずれか一方が予め定めた限界量に達した場合、その限界量に達した側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに対してＰＭ再生、すなわち粒子状物質の酸化に必要な処理を実施する。この場合でも、バンク毎に詰り具合を別々に判定することにより、各バンクに対して最適なタイミングでＰＭ再生処理を施すことができる。
【００６２】
（３）バンク毎の硫黄再生制御
上記の手順で求めた排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒと、空燃比センサ１８Ｌ、１８Ｒとを利用して下式によりフィルタ１６Ｌ、１６Ｒ毎の硫黄被毒量Ｓｌ、Ｓｒ（但し、単位はグラム）を求める。
【数７】
Ｓｌ＝（（Ｇｅｘｌ・Ｔ／Ａｌ）＋Ｙｌ）・Ｆｓ
Ｓｒ＝（（Ｇｅｘｒ・Ｔ／Ａｒ）＋Ｙｒ）・Ｆｓ
但し、Ｆｓは燃料中の硫黄成分の含有率であり、燃料によって予め与えられる値である。上述したようにＴは運転時間、Ａｌ、Ａｒは空燃比、Ｙｌ、Ｙｒは燃料添加量である。排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒは上述した手順で求められる。
【００６３】
得られた硫黄被毒量Ｓｌ、Ｓｒのいずれか一方が予め定めた限界量に達した場合、その限界量に達した側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに対して硫黄被毒の再生に必要な処理を行う。これにより、燃費や排気浄化性能からみて最適なタイミングで各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒに対する硫黄被毒の再生処理を施すことができる。
【００６４】
（４）バンク毎の触媒床温の推定
フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの下流の排気温度を温度センサにて検出し、その温度と上記の手順で求めた排気流量Ｇｅｘｌ、Ｇｅｘｒとからフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの温度（触媒床温）を推定することができる。
【００６５】
（５）バンク毎の触媒床温の均一化
上記（４）で求めた床温から、各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの温度差を算出し、温度が低い側のターボチャージャ６のノズル開度を開き側に補正して低温側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにより多くの排気熱を導入し、反対側のターボチャージャ６のノズル開度を閉じ側に補正して過給圧の変化を抑えることができる。このような制御をエンジン１の冷間時に行えば、左右のバンク２Ｌ、２Ｒのフィルタ１６Ｌ１６Ｒの床温を触媒活性化温度域まで等しく昇温させて冷間時の排気浄化性能を向上させることができる。
【００６６】
本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関はＶ型エンジンに限らず、複数のシリンダ群のそれぞれが互いに異なる排気通路と接続されている構成であれば、水平対向型、直列型等のレイアウトを問わず適用可能である。また、一つのシリンダ群には少なくとも一つのシリンダが含まれていればよい。
【００６７】
上述した実施形態では、インテークマニホールド８が共通の吸気通路として機能しているが、インテークマニホールドがシリンダ群毎に別々であっても、吸気通路の一部がシリンダ群間で共通化され、その共通部分にて吸入空気量（新気量）が検出されているためにシリンダ群毎の吸入空気量（新気量）が判別できない構成であれば本発明を適用する利点がある。
【００６８】
排気ガス流量調整手段として利用可能な過給機は可変ノズル式のターボチャージャに限らず、電動発電機にてコンプレッサの回転を変化させるモータアシスト式のターボチャージャであっても、電動発電機の動作を変化させて排気流量と回収するエネルギ量との関係を調整することにより、排気ガス流量調整手段として利用できる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排気制御装置によれば、排気通路毎の排気ガスの流量差を推定し、その差が減少するように排気ガス流量調整手段を制御することにより、排気通路間の排気流量のばらつきを抑え、そのばらつきに伴って生じ得る排気流路毎の排気浄化手段の劣化速度のばらつきといった不都合の解消を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の排気制御装置が適用される内燃機関の一例を示す図。
【図２】 図１のＥＣＵが実行する流量差補正制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】 ＥＧＲ弁の流量特性とエアフロメータが検出する吸入空気量との相関関係を示す図。
【図４】 本発明に関係する参考例に係る排気制御装置が適用される内燃機関を示す図。
【図５】 図４のパティキュレートフィルタに流入する排気ガス流量の演算方法を説明するための図。
【図６】 図７のルーチンで排気ガス流量差の演算対象として設定される運転状態のサンプリング点の一例を示す図。
【図７】 排気ガス流量差を取得するために図４のＥＣＵが実行する流量特性検出ルーチンを示す図。
【図８】 図４のＥＣＵが実行する流量差補正制御ルーチンを示すフローチャート。
【図９】 パティキュレートフィルタに流入する排気ガス流量の演算方法の他の例を説明するための図。

Claims (2)

  1. 複数のシリンダ群のそれぞれの吸気側が共通の吸気通路に接続され、排気側が互いに異なる排気通路に接続された内燃機関に適用される排気制御装置において、
    前記複数のシリンダ群のうち少なくともいずれか一つのシリンダ群の外部ＥＧＲ量又は内部ＥＧＲ量を調整することで前記シリンダ群毎の排気通路から排出される排気ガス流量に変化を与える排気ガス流量調整手段と、
    前記シリンダ群毎の排気通路間における排気ガス流量の差を推定する排気ガス流量差推定手段と、
    推定された排気ガス流量の差が減少するように前記排気ガス流量調整手段を制御する排気ガス流量制御手段と、
    を備え、
    前記内燃機関は、前記シリンダ群毎の排気通路と前記共通の吸気通路とを接続するシリンダ群毎のＥＧＲ通路と、各ＥＧＲ通路を介して前記共通の吸気通路に戻される排気ガスの流量を調整するシリンダ群毎のＥＧＲ弁と、前記共通の吸気通路に吸入される新気量を検出する吸入空気量検出手段とを具備し、
    前記排気ガス流量差推定手段は、前記シリンダ群毎のＥＧＲ弁のうちいずれか一つのＥＧＲ弁を所定開度で開き他のＥＧＲ弁を閉じた状態で前記吸入空気量検出手段により前記新気量を検出する操作を、前記所定開度に開かれるＥＧＲ弁を交替しながら順次実行し、各回における前記新気量の検出結果を比較して前記排気ガス流量の差を推定することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
  2. 前記排気ガス流量制御手段は、前記排気ガス流量調整手段として、少なくとも一つの排気通路に対応したＥＧＲ弁を、その開度が前記排気ガス流量差推定手段にて推定された排気ガス流量の差に応じて補正されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の排気制御装置。
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