JP4134678B2 - Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine with a supercharger - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス再循環装置に係り、特に過給機を備えた内燃機関の排気ガス再循環装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼に於ける最高温度を下げ、NOxの発生を抑制する目的で行われる排気ガス再循環(EGR)は、内燃機関が過給機を備えている場合、通常過給機のタービンの上流側から過給機のコンプレッサの下流側へ排気ガスを導く経路に沿って行われている。これは、もし排気ガス再循環が過給機タービンの下流側から過給機コンプレッサの上流側へ排気ガスを導く要領にて行われると、過給機タービン上流に於ける圧力上昇に相当して内燃機関にポンピングロスが生ずるからである。但し、上記の特許文献1には、再循環される排気ガスを冷却すると共にそれにより発生したミストを除去する手段を有する排気ガス再循環装置を提案するものであるが、その実施の形態を示す図には、過給機タービンの下流側から取り出された排気ガスを冷却し且つミストを除去して過給機コンプレッサの上流側へ注入する構造が示されている。
【0003】
一方、内燃機関の運転がコンピュータを用いて電子制御されるようになったことに伴い、従来排気タービンにてコンプレッサを駆動するのみであった過給機に電動駆動手段を組み込み、過給を電気的に補助制御することが、例えば上記の特許文献2に示されている如く知られている。
【特許文献1】
特開2002−89375公報
【特許文献2】
特開平11−182256号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り過給機を備えた内燃機関に於いては、上記のポンピングロスを避ける観点から排気ガス再循環は過給機タービンの上流側から過給機コンプレッサの下流側へ向けて行われるのが望ましいが、過給機の作動状態の如何によっては、過給機タービンの上流側に於ける排気ガス圧力と過給機コンプレッサ下流側に於ける吸気圧力との差の如何によって、排気ガス再循環量が好ましい値に達しない場合がある。かかる不都合は過給機が補助電動駆動手段を備えている場合に特に起こりやすい。
【0005】
本発明は、上記の問題に鑑み、過給機を備えた内燃機関に於いて、内燃機関のより広い運転領域にわたって過給機運転と排気ガス再循環との間に好ましい調和を図ることができるよう改良された排気ガス再循環装置を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、過給機を有する内燃機関の排気ガス再循環装置にして、前記過給機のタービンの上流側から該過給機のコンプレッサの下流側へ排気ガスを再循環させる第一の排気ガス再循環手段と、前記過給機のタービンの下流側から該過給機のコンプレッサの上流側へ排気ガスを再循環させる第二の排気ガス再循環手段と、前記第一の排気ガス再循環手段により所期の排気ガス再循環量が得られるか否かを判断する第一の判断手段と、前記第一の判断手段により前記第一の排気ガス再循環手段によっては所期の排気ガス再循環量が得られないと判断されるとき前記第一の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環を前記第二の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環に切り換える切換え手段とを有することを特徴とする排気ガス再循環装置を提供するものである。
【0007】
上記の如き排気ガス再循環装置に於いて、前記判断手段は前記過給機の上流側に於ける排気ガス圧力が前記過給機コンプレッサの下流側に於ける吸気圧力より所定値以上大きくないとき前記第一の排気ガス再循環手段によっては所期の排気ガス再循環量が得られないと判断するようになっていてよい。この場合、前記判断手段は前記過給機タービンの上流側に於ける排気ガス圧力を内燃機関の運転状態から推定する手段を含んでいてよい。
【0008】
また、過給機が補助電動駆動手段を備えている場合、前記第一の判断手段は前記補助電動駆動手段に対する駆動要求量が所定のしきい値を越えるとき前記第一の排気ガス再循環手段によっては所期の排気ガス再循環量が得られないとの判断を行なうようになっていてよい。
【0009】
以上いずれの場合にも、排気ガス再循環装置は、内燃機関の運転状態基づいて排気ガス中のNOx量の目標値を算出する手段と、排気ガス中のNOx量を検出する手段とを有し、検出されたNOx量の前記目標値に対する偏差に基づいて前記第一の排気ガス再循環手段と前記第二の排気ガス再循環手段の少なくとも一方に於ける排気ガス再循環量を制御する制御手段を有していてよい。
【0010】
また、以上いずれの場合にも、排気ガス再循環装置は、更に前記第二の排気ガス再循環手段により所期の排気ガス再循環量が得られるか否かを判断する第二の判断手段と、前記第二の判断手段により前記第二の排気ガス再循環手段によって所期の排気ガス再循環量が得られないと判断されるとき前記過給機への新気の導入を制限する手段とを有していてよい。
【0011】
【発明の作用及び効果】
上記の如く過給機を有する内燃機関の排気ガス再循環装置が、過給機タービンの上流側から過給機コンプレッサの下流側へ排気ガスを再循環させる第一の排気ガス再循環手段と、過給機タービンの下流側から過給機コンプレッサの上流側へ排気ガスを再循環させる第二の排気ガス再循環手段とを有し、前記第一の排気ガス再循環手段により所期の排気ガス再循環量が得られるか否かを判断する判断手段によりそれを判断し、前記第一の排気ガス再循環手段によっては所期の排気ガス再循環量が得られないと判断されるときには、前記第一の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環を前記第二の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環に切り換える切換え手段を有していれば、内燃機関の運転状態とそれに伴う過給機の運転状態に応じて、排気ガス再循環によって内燃機関にポンピングロスを生ずる恐れはないが、排気ガス圧と吸気圧の差の如何によって排気ガス再循環が行われにくくなる場合のある第一の排気ガス再循環態様と、上記のポンピングロスは伴うが、排気ガス圧と吸気圧の差の如何にかかわらず排気ガス再循環が確実に行われる第二の排気ガス再循環態様とを選択的に使い分け、内燃機関の広い運転領域にわたって過給機運転との調和がよりよく取れた排気ガス再循環を実行することができる。
【0012】
上記の判断、即ち、第一の排気ガス再循環手段によっては所期の排気ガス再循環量が得られないとの判断を、過給機のタービンの上流側に於ける排気ガス圧力が過給機コンプレッサの下流側に於ける吸気圧力より所定値以上大きくないことによって行なうようになっていれば、排気ガス再循環に於ける排気ガス取出し部の圧力と排気ガス注入部の圧力とを途中の流れ抵抗を加味して直接対比することにより、当該第一の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環の可否を極めて直截的に判断することができる。
【0013】
この場合、上記2つの圧力は適当な圧力計により検出できるが、特に過給機タービン上流側の排気ガス圧力は内燃機関の運転状態からも推定できるので、これを用いれば過給機タービン上流側に於ける圧力測定を省略することができる。
【0014】
過給機が補助電動駆動手段を備えている場合、補助電動駆動手段が駆動され或はその駆動量が大きくなる程、過給機タービンの入口の排気ガス圧は低下し、一方、過給機コンプレッサの出口の吸気圧は増大するので、第一の排気ガス再循環手段によって得られる排気ガス再循環量は低下してくる。従って、第一の排気ガス再循環手段によっては所期の排気ガス再循環量が得られなくなるのは、補助電動駆動手段に対する駆動要求量が高く、それに応じて過給機の補助電動駆動が行われるかまたは強く行われる場合である。このことから、補助電動駆動手段に対する駆動要求量が所定のしきい値を越えることによって第一の判断手段が第一の排気ガス再循環手段によっては所期の排気ガス再循環量が得られないとの判断を行なうようになっていれば、補助電動駆動手段の作動に関連させて第一の排気ガス再循環手段より第二の排気ガス再循環手段への切り替えを適切に行わせることができる。尚、この場合、第一の排気ガス再循環手段から第二の排気ガス再循環手段への切り替えが行われたときには、補助電動駆動手段に対する駆動要求量が上記のしきい値より低い第二のしきい値以下に下がったとき、第二の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環より第一の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環へ戻す逆の制御が行われればよい。
【0015】
排気ガス再循環はNOxが排出されることを抑制するために行われるものであるので、上記の第一または第二のいずれの排気ガス再循環手段により排気ガス再循環が行われる場合にも、排気ガス再循環の度合はNOxの排出量を所定の目標値内に抑えるように行われればよい。そこで内燃機関の運転状態基づいて排気ガス中のNOx量の目標値を算出する手段と、排気ガス中のNOx量を検出する手段とが設けられ、検出されたNOx量の目標値に対する偏差に基づいて排気ガス再循環量を制御する制御手段が設けられれば、第一または第二のいずれの排気ガス再循環手段により排気ガス再循環が行われても、排気ガス再循環量を適切に制御することができる。
【0016】
また、以上いずれの場合にも、更に、前記第二の排気ガス再循環手段により所期の排気ガス再循環量が得られるか否かを判断する第二の判断手段が設けられ、該第二の判断手段により第二の排気ガス再循環手段によって所期の排気ガス再循環量が得られないと判断されるときには過給機への新気の導入を制限する手段が設けられれば、これによって過給機コンプレッサの入口に於ける負圧を増大させることにより、第二の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環量を確実に高めることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は過給機を備えた内燃機関に本発明による排気ガス再循環装置を組み込んだ一つの実施の形態を示す概略図である。尚、以下に順次説明されるが、図1、3および4に於いて、上記第一の排気ガス再循環手段による排気ガスの流路は実線により示されており、第二の排気ガス再循環手段による排気ガスの流路は、第一のそれと異なる部分に於いて、破線により示されている。
【0018】
図1に於いて、10は内燃機関(エンジン)であり、過給機12を備えている。即ち、内燃機関の排気ガスは排気通路14を経て過給機のタービン16へ導かれ、タービンを駆動した後、排気通路18より排出されるようになっている。図には示されていないが、排気通路18の途中には触媒コンバータ、マフラー等が設けられている。一方、吸気は、排気ガス再循環装置が第一の排気ガス再循環手段により作動するときには、図には示されていないエアクリーナ等の通常の手段を別として、過給機のコンプレッサ20の入口に直接供給され、コンプレッサ20がタービン16により駆動されることによって昇圧され、インタークーラ22、スロットル弁24を含む吸気通路26を経て内燃機関へ供給されるようになっている。
【0019】
過給機12はタービン16とコンプレッサ20とを連結する軸28の途中にこの実施の形態では電動発電機(M/G)として構成された補助電動駆動手段30を備えている。
【0020】
第一の排気ガス再循環手段は、過給機タービン16の上流側に当たる排気通路14より排気ガス再循環切換制御弁(以下、簡単のためEGR弁と云う)Aを通る経路を経てEGRクーラ32へ通じ、更にこれよりEGR弁Bを経て、過給機コンプレッサ20の下流側に当たる吸気通路26に通じる経路により構成されている。これに対し、第二の排気ガス再循環手段は、図中破線にて示されている如く過給機タービン16の下流側に当たる排気管18よりEGR弁Cを経てEGRクーラ32に通じ、更にこれよりEGR弁Dを経て過給機コンプレッサ20の上流側に当たる吸気通路34に通じる経路により構成されている。吸気通路34の上流端は吸気絞り弁Eにより絞られるようになっている。
【0021】
EGR弁A〜Dおよび吸気絞り弁Eはそれぞれこの内燃機関を組み込んだ車輌を総合的に制御する電子制御装置(ECU)36の制御出力端子a〜eより供給される制御信号により開閉制御され、また場合によっては任意の中間開度に制御されるようになっている。電子制御装置36には、その入力端子pを経て吸気通路26内の吸気圧力を検出する圧力センサ38より吸気圧力Pscに関する情報を与えられ、入力端子qを経て排気通路14内の排気ガス圧力を検出する圧力センサ40よりタービン上流側の排気ガス圧力Ptiに関する情報を与えられ、入力端子rを経て吸気通路34内の吸気圧力を検出する圧力センサ42より吸気通路34内の吸気圧力Pciに関する情報を与えられ、入力端子sを経て排気通路18内の排気ガス圧力を検出する圧力センサ44よりタービン下流側の排気ガス圧力Ptoに関する情報を与えられ、更に本発明の実行に際して望まれる任意のその他の信号zを与えられるようになっている。
【0022】
次に、図1に示す排気ガス再循環装置の作動を図2のフローチャートに従って説明する。内燃機関10の運転が開始されると、ステップ1に於いて排気ガス再循環(EGR)を行うべきときか否かが判断される。かかるフローチャート従った制御の流れは、内燃機関の運転中、常時数十ミリセカンドの周期にて繰り返し行われるものであり、従って図示のフローチャートは、内燃機関の運転中、常時EGRが必要とされているか否かがチェックされていることを意味する。答がノーのときにはそれにて1回の制御はそのまま終了するが、答がイエスのときには制御はステップ2へ進む。
【0023】
ステップ2に於いては、圧力センサ40により検出された排気ガス通路14内の排気ガス圧力Ptiが圧力センサ38により検出された吸気通路26内の吸気圧力Pscよりα以上高いか否かが判断される。このαの値は、EGR弁A、EGRクーラ32およびEGR弁Bを通る第一の排気ガス再循環手段の経路を経て排気通路14より吸気通路26へ向かう排気ガスの必要な再循環流を起こさせるに十分なだけ排気通路14内の排気ガス圧力が吸気通路26内の吸気圧力より高いか否かの目安となる値である。答がイエスであるときには、制御はステップ3へ進み、EGR弁AおよびBを開いて上記第一の排気ガス再循環装置を作動させ、EGR弁CおよびDを閉じて上記第二の排気ガス再循環装置を作動させない制御行われる。このとき排気ガス再循環の流れは図中実線の経路に沿う矢印にて示されている如く生ずる。尚、EGR弁AまたはB或は両方の開度は排気ガス再循環量を調整するよう制御されてよい。ステップ1および2の答がイエスである限り、制御は各サイクル毎にこの経路を通って終了し、第一の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環が続けられる。
【0024】
これ対しステップ2の答がノーのときには、制御はステップ4へ進み、EGR弁CおよびDを開いて上記第二の排気ガス再循環手段を作動させ、EGR弁AおよびBを閉じて上記第一の排気ガス再循環手段を作動させない制御が行われる。このとき制御は更にステップ5へ進み、圧力センサ44にて検出された過給機タービン下流側の排気ガス圧力Ptoが圧力センサ42により検出された過給機コンプレッサ上流側の吸気圧力Pciよりβ以上高いか否かが判断される。このβの値は、EGR弁C、EGRクーラ32およびEGR弁Dを通る第二の排気ガス再循環手段の経路を経て排気通路18より吸気通路34へ向かう排気ガスの必要な再循環流を起こさせるに十分なだけ排気通路18内の排気ガス圧力が吸気通路34内の吸気圧力より高いか否かの目安となる値である。答がイエスである限り、第二の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環が続けられる。
【0025】
しかし、ステップ5の答がノーであるときには、制御はステップ6へ進み、吸気絞り弁Eを閉じる制御が行われ、吸気通路34に対する外気の新たな流入を制限することにより吸気通路34内に負圧を生じさせ、第二の排気ガス再循環手段を経て所望の量の排気ガス再循環が行なわれるようにする。尚、この場合にもEGR弁C、Dおよび吸気絞り弁Eの開度は排気ガス再循環量を調整するよう開閉の中間位置で制御されてよい。
【0026】
図3は図1に示した本発明の実施の形態の一部を修正した本発明による排気ガス再循環装置の他の一つの実施の形態を示す同様の概略図である。図3に於いて、図1に示す部分に対応する部分は図1に於けると同じ符号により示されている。この実施の形態の於いては、EGR弁AとCとが2系列の同時切換弁Mにより置き換えられており、またEGR弁BとDとが2系列の同時切換弁Nにより置き換えられている。これらの同時切換弁MおよびNは、それぞれECUの出力端子mおよびnより供給される制御信号により切り換えられ、第一の排気ガス再循環手段または第二の排気ガス再循環手段のいずれかを択一的に作動させるようになっている。この場合、2系列同時切換弁MまたはNの一方または両方の切り換えに於けるデューティ比の制御により排気ガス再循環量を制御することができる。この実施の形態に於ける作動のその他の点については、図1に示す実施の形態に於けるものと同じである。
【0027】
図4は図1に示す実施の形態に於ける排気通路18にNOxセンサ46を設けた本発明の更に他の一つの実施の形態を示す同様の図である。図4に於いても、図1に於けると同じ部分は同じ符号により示されており、図1に於けると同様に作動する。かかるNOxセンサを設けることにより、装置の作動は図5のフローチャートに示す如くEGRの目的であるNOxの排出抑制に関し、より繊細に制御される。
【0028】
図5に示す制御に於いては、図2示す制御の場合と同様にまずステップ101に於いてEGRを行うべきときであることが判断されると、次のステップ102に於いて、その時の内燃機関および車輌の運転状態基づいて目標とすべき排気ガス中のNOxの値が算出される。その後制御はステップ103へ進み、図2の制御に於けるステップ2と同様に排気ガス通路14に於ける排気ガス圧力Ptiが吸気通路26に於ける吸気圧力Pscよりα以上高いか否かが判断される。そして答がイエスのときには、制御はステップ104へ進み、EGR弁AおよびBを開いて第一の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環が行われる。このときEGR弁AおよびBは単に開かれるだけでなく、ステップ102に於いて算出された目標NOx値に関連してマップ等により可変の開度に設定される。尚、EGR弁CおよびDは全閉とされ、第二の排気ガス再循環手段は作動しないようにされる。
【0029】
次いで制御はステップを105へ進み、NOxセンサ46による排気ガス中のNOxの値の読み取りが行われる。次いで制御はステップ106へ進み、実測されたNOx値が上に算出された目標NOx値より大きいか否かが判断される。そして答がイエスのときには制御はステップ107へ進み、EGR弁AまたはBを1段階だけ開く制御が行われる。これはNOx値を低減すべく排気ガス再循環量を1段階だけ増大させる制御である。(尚,EGR弁AまたはBを1段階開く制御は,EGR弁AおよびBの両方を1段階開く制御を含んでいてよい。)一方、ステップを106の答がノーのときには、制御はステップ108へ進み、EGR弁AまたはBを1段階だけ閉じる制御行われる。これはNOx値の抑制を弛めるべく排気ガス再循環量を1段階だけ低減する制御である。(尚,この場合にもEGR弁AまたはBを1段階閉じる制御は,EGR弁AおよびBの両方を1段階閉じる制御を含んでいてよい。)いずれにしても、 1サイクルの制御はこれにて終了する。
【0030】
ステップ103の答がノーであるときには、制御はステップ109へ進み、EGR弁CおよびDを開いて第二の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環が行われる。このときにもEGR弁CおよびDは単に開かれるだけでなく、ステップ102に於いて算出された目標NOx値のに関連しマップ等により可変の開度に設定される。EGR弁AおよびBは全閉とされ、第一の排気ガス再循環手段は作動しないようにされる。
【0031】
以下のステップ110〜113に於ける制御は、ステップ105〜108に於ける制御と同様の制御を第二の排気ガス再循環手段について行うものである。また、ステップ114および115は、第二の排気ガス再循環手段により排気ガス再循環が行われる場合に、図2のステップ5および6に於けると同様の制御を行うものである。
【0032】
図6は図1、3または4に示す装置に於ける上記の如き第一および第二の排気ガス再循環手段の切換えを、過給機の補助電動駆動手段30の作動との関係に於いて制御する一つの実施の形態を示すフローチャートである。この場合、ステップ201にて図2または図5のフローチャートに於けるステップ1または101に於けると同様にEGRの必要性が判断されると、制御はステップ202へ進み、フラグFが1にセットされているか否かが判断される。この種のフラグは制御開始時に0にリセットされるので、それが改めて1にセットされるまでは0である。従って、当初答はノーであり、制御はステップ203へ進み、EGR弁AおよびBを開き、EGR弁CおよびDを閉じ、第一の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環が開始される。次いで制御はステップ204へ進み、過給機の補助電動駆動手段の出力Dmaが所定のしきい値Ds1以上であるか否かが判断される。
【0033】
答がノー、即ち、補助電動駆動手段がさして強力に作動されていない状態にあるときには、制御サイクルはそのまま終わり、EGRが必要とされる間、第一の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環が行われる。これに対し、ステップ204の答がイエスのとき、即ち過給機が補助電動駆動手段によるかなりの補助駆動を伴って作動されているときには、制御はステップ205へ進み、フラグFが1にセットされる。
【0034】
フラグFが1にセットされると、次のサイクルからは制御はステップ206へ進み、EGR弁AおよびBを閉じ、EGR弁CおよびDを開き、排気ガス再循環は第二の排気ガス再循環手段による作動に切り換えられる。
【0035】
この後,制御はステップ207へ進み、DmaがDs1より幾分小さいしきい値Ds2より大きいか否かが判断される。答がイエスである間、第二の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環が続けられる。ステップ208および209は、図2のフローチャートに於けるステップ5および6または図5のフローチャートに於けるステップ114および115と同様の目的のためにもうけられているものである。
【0036】
かくして第二の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環中に過給機の補助駆動の度合が低下し、ステップ207の答がノーに転ずると、制御はステップ210へ進み、フラグFが0にリセットされ、排気ガス再循環は第一の排気ガス再循環手段による排気ガス再循環に戻される。しきい値Ds2をしきい値Ds1より幾分小さくしたのは、切換え制御にヒステリシスを与えるためである。
【0037】
以上に於いては本発明をいくつかの実施の形態について詳細に説明したが、これらの実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】過給機を備えた内燃機関に本発明による排気ガス再循環装置を組み込んだ一つの実施の形態を示す概略図。
【図2】図1に示す排気ガス再循環装置の作動を示すフローチャート。
【図3】図1に示す実施の形態の一部を修正した他の一つの実施の形態を示す概略図。
【図4】図1に示す実施の形態にNOxセンサを設けた更に他の一つの実施の形態を示す概略図。
【図5】図4に示す排気ガス再循環装置の作動を示すフローチャート。
【図6】第一および第二の排気ガス再循環手段の切換えを過給機の補助電動駆動手段30の作動との関係に於いて制御する一つの実施の形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
10…内燃機関、12…過給機、14…排気通路、16…タービン、18…排気通路、20…コンプレッサ、22…インタークーラ、24…スロットル弁、26…吸気通路、28…軸、30…補助電動駆動手段、32…EGRクーラ、34…吸気通路、36…電子制御装置、38,40,42,44…圧力センサ、46…NOxセンサ、A,B,C,D…EGR弁、E…吸気絞り弁、M,N…2系列の同時切換弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine equipped with a supercharger.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas recirculation (EGR), which is performed for the purpose of lowering the maximum temperature in combustion of an internal combustion engine and suppressing the generation of NOx, is usually performed when the internal combustion engine is equipped with a supercharger. This is performed along a path that leads the exhaust gas from the upstream side to the downstream side of the compressor of the supercharger. This corresponds to an increase in pressure upstream of the turbocharger turbine if exhaust gas recirculation is performed in a manner that leads exhaust gas from the downstream side of the turbocharger turbine to the upstream side of the turbocharger compressor. This is because a pumping loss occurs in the internal combustion engine. However, the above-mentioned
[0003]
On the other hand, as the operation of the internal combustion engine has been electronically controlled using a computer, an electric drive means has been incorporated into a turbocharger that has conventionally only driven a compressor with an exhaust turbine, and the supercharging is For example, the auxiliary control is known as shown in
[Patent Document 1]
JP 2002-89375 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-182256
[Problems to be solved by the invention]
In an internal combustion engine equipped with a supercharger as described above, exhaust gas recirculation is performed from the upstream side of the turbocharger turbine to the downstream side of the supercharger compressor from the viewpoint of avoiding the above-mentioned pumping loss. However, depending on the operating condition of the turbocharger, the exhaust gas re-registration depends on the difference between the exhaust gas pressure upstream of the turbocharger turbine and the intake air pressure downstream of the turbocharger compressor. The circulation amount may not reach a preferable value. Such inconvenience is particularly likely when the supercharger is provided with auxiliary electric drive means.
[0005]
In view of the above problems, the present invention can achieve a favorable harmony between supercharger operation and exhaust gas recirculation over a wider operating region of an internal combustion engine in an internal combustion engine equipped with a supercharger. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas recirculation device improved as described above.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine having a supercharger, and exhausts from an upstream side of a turbine of the supercharger to a downstream side of a compressor of the supercharger. First exhaust gas recirculation means for recirculating gas; and second exhaust gas recirculation means for recirculating exhaust gas from a downstream side of the turbocharger turbine to an upstream side of the compressor of the supercharger. The first exhaust gas recirculation means determines whether or not the desired exhaust gas recirculation amount is obtained, and the first exhaust gas recirculation is determined by the first determination means. When it is determined that the desired exhaust gas recirculation amount cannot be obtained depending on the means, the exhaust gas recirculation by the first exhaust gas recirculation means is changed to the exhaust gas recirculation by the second exhaust gas recirculation means. Having switching means for switching It is to provide an exhaust gas recirculation apparatus characterized.
[0007]
In the exhaust gas recirculation apparatus as described above, the determination means is configured such that the exhaust gas pressure on the upstream side of the supercharger is not greater than a predetermined value by the intake pressure on the downstream side of the supercharger compressor. Depending on the first exhaust gas recirculation means, it may be determined that the desired exhaust gas recirculation amount cannot be obtained. In this case, the determination means may include means for estimating the exhaust gas pressure upstream of the supercharger turbine from the operating state of the internal combustion engine.
[0008]
Further, when the supercharger is provided with auxiliary electric drive means, the first determination means is the first exhaust gas recirculation means when the required drive amount for the auxiliary electric drive means exceeds a predetermined threshold value. In some cases, it may be determined that the desired exhaust gas recirculation amount cannot be obtained.
[0009]
In any of the above cases, the exhaust gas recirculation device has means for calculating the target value of the NOx amount in the exhaust gas based on the operating state of the internal combustion engine, and means for detecting the NOx amount in the exhaust gas. And a control means for controlling an exhaust gas recirculation amount in at least one of the first exhaust gas recirculation means and the second exhaust gas recirculation means based on a deviation of the detected NOx amount from the target value. You may have.
[0010]
In any of the above cases, the exhaust gas recirculation device further includes second determination means for determining whether or not an intended exhaust gas recirculation amount can be obtained by the second exhaust gas recirculation means. Means for restricting introduction of fresh air into the supercharger when the second exhaust gas recirculation means determines that the desired exhaust gas recirculation amount cannot be obtained by the second determination means; You may have.
[0011]
[Action and effect of the invention]
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine having a supercharger as described above, first exhaust gas recirculation means for recirculating exhaust gas from the upstream side of the supercharger turbine to the downstream side of the turbocharger compressor, Second exhaust gas recirculation means for recirculating exhaust gas from the downstream side of the turbocharger turbine to the upstream side of the turbocharger compressor, and the desired exhaust gas by the first exhaust gas recirculation means When it is judged by the judging means for judging whether or not the recirculation amount can be obtained, and it is judged that the desired exhaust gas recirculation amount cannot be obtained by the first exhaust gas recirculation means, If there is a switching means for switching the exhaust gas recirculation by the first exhaust gas recirculation means to the exhaust gas recirculation by the second exhaust gas recirculation means, the operating state of the internal combustion engine and the supercharger associated therewith Depending on the driving state of There is no fear of causing a pumping loss in the internal combustion engine due to the gas gas recirculation, but the first exhaust gas recirculation mode in which exhaust gas recirculation may be difficult to be performed depending on the difference between the exhaust gas pressure and the intake pressure, Although the above pumping loss is involved, the second exhaust gas recirculation mode in which exhaust gas recirculation is reliably performed regardless of the difference between the exhaust gas pressure and the intake pressure is selectively used selectively. Exhaust gas recirculation that is better harmonized with turbocharger operation can be performed across the region.
[0012]
The above judgment, that is, the judgment that the desired exhaust gas recirculation amount cannot be obtained by the first exhaust gas recirculation means, the exhaust gas pressure on the upstream side of the turbocharger turbine is supercharged. If the pressure is not greater than a predetermined value than the intake pressure on the downstream side of the compressor, the exhaust gas recirculation pressure and the exhaust gas injection pressure in the exhaust gas recirculation By directly comparing with the flow resistance taken into consideration, it is possible to determine whether or not the exhaust gas recirculation by the first exhaust gas recirculation means is possible.
[0013]
In this case, the above two pressures can be detected by an appropriate pressure gauge. In particular, the exhaust gas pressure upstream of the turbocharger turbine can be estimated from the operating state of the internal combustion engine. The pressure measurement in can be omitted.
[0014]
When the supercharger is equipped with auxiliary electric drive means, the exhaust gas pressure at the inlet of the supercharger turbine decreases as the auxiliary electric drive means is driven or the amount of drive increases. Since the intake pressure at the outlet of the compressor increases, the exhaust gas recirculation amount obtained by the first exhaust gas recirculation means decreases. Therefore, the reason why the desired exhaust gas recirculation amount cannot be obtained by the first exhaust gas recirculation means is that the drive request amount for the auxiliary electric drive means is high, and the auxiliary electric drive of the supercharger is performed accordingly. It is a case that is done or strongly done. Therefore, when the required amount of drive for the auxiliary electric drive means exceeds a predetermined threshold value, the first judgment means cannot obtain the desired exhaust gas recirculation quantity by the first exhaust gas recirculation means. Can be appropriately switched from the first exhaust gas recirculation means to the second exhaust gas recirculation means in connection with the operation of the auxiliary electric drive means. . In this case, when switching from the first exhaust gas recirculation means to the second exhaust gas recirculation means is performed, the second required drive amount for the auxiliary electric drive means is lower than the above threshold value. When the value falls below the threshold value, reverse control may be performed to return from the exhaust gas recirculation by the second exhaust gas recirculation means to the exhaust gas recirculation by the first exhaust gas recirculation means.
[0015]
Since the exhaust gas recirculation is performed in order to suppress the discharge of NOx, even when the exhaust gas recirculation is performed by any of the first or second exhaust gas recirculation means, The degree of exhaust gas recirculation may be performed so as to keep the NOx emission amount within a predetermined target value. Therefore, means for calculating the target value of the NOx amount in the exhaust gas based on the operating state of the internal combustion engine and means for detecting the NOx amount in the exhaust gas are provided, and based on the deviation of the detected NOx amount from the target value. If the control means for controlling the exhaust gas recirculation amount is provided, the exhaust gas recirculation amount is appropriately controlled regardless of whether the exhaust gas recirculation is performed by the first or second exhaust gas recirculation means. be able to.
[0016]
In any of the above cases, the second exhaust gas recirculation device further includes second determination means for determining whether or not the desired exhaust gas recirculation amount can be obtained. If it is determined by the determination means that the second exhaust gas recirculation means cannot obtain the desired exhaust gas recirculation amount, if means for restricting the introduction of fresh air to the supercharger is provided, By increasing the negative pressure at the inlet of the supercharger compressor, the exhaust gas recirculation amount by the second exhaust gas recirculation means can be reliably increased.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment in which an exhaust gas recirculation device according to the present invention is incorporated in an internal combustion engine equipped with a supercharger. In FIGS. 1, 3 and 4, the exhaust gas flow path by the first exhaust gas recirculation means is indicated by a solid line in FIG. The exhaust gas flow path by the means is indicated by a broken line in a portion different from the first one.
[0018]
In FIG. 1,
[0019]
The
[0020]
The first exhaust gas recirculation means passes through an exhaust gas recirculation switching control valve (hereinafter referred to as an EGR valve for the sake of simplicity) A from the
[0021]
The EGR valves A to D and the intake throttle valve E are controlled to be opened and closed by control signals supplied from control output terminals a to e of an electronic control unit (ECU) 36 that comprehensively controls a vehicle incorporating the internal combustion engine, In some cases, it is controlled to an arbitrary intermediate opening. Information regarding the intake pressure Psc is given to the
[0022]
Next, the operation of the exhaust gas recirculation device shown in FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. When the operation of the
[0023]
In
[0024]
On the other hand, if the answer to step 2 is no, the control proceeds to step 4, the EGR valves C and D are opened, the second exhaust gas recirculation means is operated, the EGR valves A and B are closed, and the first The exhaust gas recirculation means is not controlled. At this time, the control further proceeds to step 5 where the exhaust gas pressure Pto on the downstream side of the turbocharger turbine detected by the
[0025]
However, if the answer to step 5 is no, the control proceeds to step 6 where control to close the intake throttle valve E is performed and negative intake in the
[0026]
FIG. 3 is a similar schematic view showing another embodiment of the exhaust gas recirculation device according to the present invention, which is a modification of the embodiment of the present invention shown in FIG. In FIG. 3, portions corresponding to the portions shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. In this embodiment, the EGR valves A and C are replaced by two simultaneous switching valves M, and the EGR valves B and D are replaced by two simultaneous switching valves N. These simultaneous switching valves M and N are switched by control signals supplied from the output terminals m and n of the ECU, respectively, and select either the first exhaust gas recirculation means or the second exhaust gas recirculation means. It is designed to work in unison. In this case, the exhaust gas recirculation amount can be controlled by controlling the duty ratio in switching one or both of the two-line simultaneous switching valves M or N. Other points of operation in this embodiment are the same as those in the embodiment shown in FIG.
[0027]
FIG. 4 is a similar view showing still another embodiment of the present invention in which the NOx sensor 46 is provided in the
[0028]
In the control shown in FIG. 5, as in the case of the control shown in FIG. 2, when it is first determined in
[0029]
Next, the control proceeds to step 105, where the NOx value in the exhaust gas is read by the NOx sensor 46. Control then proceeds to step 106, where it is determined whether or not the actually measured NOx value is greater than the target NOx value calculated above. If the answer is yes, the control proceeds to step 107, and control is performed to open the EGR valve A or B by one stage. This is a control for increasing the exhaust gas recirculation amount by one step in order to reduce the NOx value. (Note that the control for opening EGR valve A or B by one step may include the control for opening both EGR valves A and B by one step.) On the other hand, when the answer to step 106 is NO, the control is step 108. Control is performed to close the EGR valve A or B by one stage. This is a control for reducing the exhaust gas recirculation amount by one step so as to relax the suppression of the NOx value. (In this case, the control for closing the EGR valve A or B in one step may include the control for closing both the EGR valves A and B in one step.) To finish.
[0030]
If the answer to step 103 is no, the control proceeds to step 109 where the EGR valves C and D are opened and exhaust gas recirculation is performed by the second exhaust gas recirculation means. At this time, the EGR valves C and D are not only opened, but are also set to variable opening amounts by a map or the like in relation to the target NOx value calculated in step 102. The EGR valves A and B are fully closed, and the first exhaust gas recirculation means is disabled.
[0031]
In the following control in steps 110 to 113, the same control as that in steps 105 to 108 is performed on the second exhaust gas recirculation means. Steps 114 and 115 perform the same control as in
[0032]
FIG. 6 shows the switching of the first and second exhaust gas recirculation means as described above in the apparatus shown in FIG. 1, 3 or 4 in relation to the operation of the auxiliary electric drive means 30 of the supercharger. It is a flowchart which shows one embodiment to control. In this case, if the necessity of EGR is determined in
[0033]
If the answer is no, i.e., the auxiliary electric drive means is not operating strongly, the control cycle ends and exhaust gas recirculation by the first exhaust gas recirculation means is required while EGR is required. Is done. On the other hand, when the answer to step 204 is yes, that is, when the supercharger is operated with considerable auxiliary drive by the auxiliary electric drive means, the control proceeds to step 205 and the flag F is set to 1. The
[0034]
When flag F is set to 1, control proceeds to step 206 from the next cycle, EGR valves A and B are closed, EGR valves C and D are opened, and exhaust gas recirculation is the second exhaust gas recirculation. Switching to operation by means.
[0035]
Thereafter, control proceeds to step 207, where it is determined whether Dma is greater than a threshold value Ds2, which is somewhat smaller than Ds1. While the answer is yes, exhaust gas recirculation by the second exhaust gas recirculation means is continued. Steps 208 and 209 are provided for the same purpose as
[0036]
Thus, if the degree of auxiliary driving of the supercharger decreases during the exhaust gas recirculation by the second exhaust gas recirculation means, and the answer to step 207 turns to no, the control proceeds to step 210 and the flag F is set to 0. The exhaust gas recirculation is reset to the exhaust gas recirculation by the first exhaust gas recirculation means. The reason why the threshold value Ds2 is made somewhat smaller than the threshold value Ds1 is to give hysteresis to the switching control.
[0037]
While the present invention has been described in detail with respect to several embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made to these embodiments within the scope of the present invention. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment in which an exhaust gas recirculation device according to the present invention is incorporated in an internal combustion engine equipped with a supercharger.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the exhaust gas recirculation device shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram showing another embodiment in which a part of the embodiment shown in FIG. 1 is modified.
FIG. 4 is a schematic view showing still another embodiment in which a NOx sensor is provided in the embodiment shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the exhaust gas recirculation device shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a flowchart showing one embodiment for controlling the switching of the first and second exhaust gas recirculation means in relation to the operation of the auxiliary electric drive means 30 of the supercharger.
[Explanation of symbols]
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