JP4275677B2 - 内燃機関のｅｇｒ温度制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、燃焼室に直接燃料を噴射する筒内直噴式のガソリン内燃機関に適用されるＥＧＲ温度制御装置に関するものである。

従来から、内燃機関の運転時における燃料の燃焼時に発生して、排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ＥＧＲシステムが採用されている。
ＥＧＲシステムは、内燃機関の排気側に排出される排気ガスの一部をＥＧＲパイプを介して吸気側に再循環させ、新気に混入させて燃焼温度を下げることによってＮＯｘの発生を抑制する。

ところで、排気ガスは高温であるため、ＥＧＲパイプやＥＧＲ弁に熱害を発生する場合がある。このため、冷却手段を備えたＥＧＲを採用する。しかし、内燃機関の始動時や低負荷域では排気ガスの温度が低いため、排気ガスを過冷却して筒内に導入することになり、噴射燃料の気化状態が悪化し、燃焼状態の悪化を招く。このため、排気ガスの過冷却を防ぐための装置が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１、特許文献２に記載の従来装置によれば、排気ガスの過冷却を抑制することで、内燃機関の始動時や低負荷域での燃焼状態の悪化を防止し、ＥＧＲ制御の範囲を広げることを可能としている。

ところで、ＥＧＲガスの温度（つまり、内燃機関の吸気温度）を上げていくと、ＨＣは低減されて燃費は向上し、燃焼安定性は良好となって最適値（ピーク値）となるが、最適値を過ぎると、温度上昇にともなって、逆にＨＣ、燃費および燃焼安定性は悪化することが知られている。
しかし、上記従来装置では、ＥＧＲガスの温度に関する最適値を考慮しておらず、冷却手段を備えたＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲガスの過冷却を抑制してＥＧＲ制御範囲を拡大するために、ＥＧＲガスの温度を上げる技術が開示されているのみである。

したがって、従来装置によれば、ＥＧＲガスの温度は、たとえば１００℃程度または排気ガス自身の温度までしか上昇されず、このような温度制御では、ＮＯｘを低減することはできるものの、ＨＣ、ＣＯなどの排気ガス中の有害ガスの低減、燃費の向上および燃焼安定性の向上を期待することはできない。

特開２００２−１７４１４７号公報 特開２０００−１８６６３０号公報

従来の内燃機関のＥＧＲ温度制御装置では、ＥＧＲガスの温度の最適値を考慮していないので、ＮＯｘを低減することはできるものの、ＨＣ、ＣＯなどの有害ガスの低減、燃費の向上および燃焼安定性の向上を実現することができないという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲガスの導入によりＮＯｘを低減するとともに、ＥＧＲ温度を適正に制御することにより、ＨＣ、ＣＯなどの排気ガス中の有害ガスを有効に低減し、燃費および燃焼安定性をさらに向上させた内燃機関のＥＧＲ温度制御装置を得ることを目的とする。

この発明による内燃機関のＥＧＲ温度制御装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射して空気過剰状態で成層燃焼させる内燃機関と、内燃機関の吸気管に一端が接続され、かつ内燃機関の排気管に他端が接続されて、排気管内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管に導入するＥＧＲパイプと、ＥＧＲパイプに設けられ、ＥＧＲガスの導入量を調節するＥＧＲバルブと、ＥＧＲバルブの下流側のＥＧＲパイプに設けられ、ＥＧＲガスを加熱してＥＧＲガスの温度を調節する加熱手段と、加熱手段の下流側のＥＧＲパイプに設けられ、ＥＧＲガスの温度をＥＧＲ温度として検出する排気温センサと、吸気管に設けられ、新しく吸入される新気の温度を新気温度として検出する新気温センサと、吸気管に設けられ、新気の流量を新気流量として検出するエアフローセンサと、内燃機関への吸入空気の吸気温度を算出する吸気温度演算手段と、ＥＧＲガスを吸気管に導入する際に、吸気温度を制御する温度制御手段と、排気ガス中のＨＣまたはＣＯを含む有害ガス量を最も低減させ、かつ内燃機関の燃費を向上させて燃焼安定性を最も良好にする最適の吸気温度を、設定温度として決定する吸気温度設定手段と、ＥＧＲガスの流量をＥＧＲ流量として算出するＥＧＲ流量演算手段と、を備え、吸気温度演算手段は、吸気温度と新気温度との温度差ΔＴと、新気流量Ｑａｉｒと、新気温度Ｔａｉｒと、ＥＧＲ流量Ｑｅｇｒと、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒとを用いた式、Ｔａｉｒ＋ΔＴ＝（Ｑａｉｒ×Ｔａｉｒ＋Ｑｅｇｒ×Ｔｅｇｒ）／（Ｑａｉｒ＋Ｑｅｇｒ）に基づき、新気温度Ｔａｉｒと温度差ΔＴとの和を、吸気温度として算出し、温度制御手段は、吸気温度が設定温度と一致するように加熱手段を駆動制御し、吸気温度設定手段は、ＨＣを低減し、かつ燃費を向上させて燃焼安定性を良好にする設定温度を、内燃機関の運転領域ごとに設定するものである。

この発明によれば、筒内噴射式の内燃機関にＥＧＲガスを導入する際に、ＥＧＲガスを加熱手段で加熱して、燃焼状態が設定温度（最適な吸気温度）となるように、ＥＧＲ温度（つまり、吸気温度）を制御することにより、ＮＯｘ低減に加えて、燃焼の不安定性や吸入空気量の減少を招くことなく、排気ガス中の有害ガス（ＨＣ、ＣＯなど）の低減とともに、燃費および燃焼安定性の向上を実現することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関のＥＧＲ温度制御装置を示すブロック構成図である。
図１において、コントローラ１は、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなり、内燃機関のＥＧＲ温度制御装置の要部を構成している。

内燃機関の筒内に形成された燃焼室１４には、吸入空気および噴射燃料を混合した可燃混合気を燃焼させるために、燃焼室１４に吸入空気を導入する吸気管２と、燃焼室１４に燃料を噴射するインジェクタ３と、燃焼室１４と吸気管２との間を開閉制御する吸気弁４と、燃焼室１４と排気管７との間を開閉制御する排気弁５と、燃焼室１４内に突設されて可燃混合気に着火するための点火プラグ６と、燃焼室１４で燃焼が完了した排気ガスを排出する排気管７とが設けられている。
燃焼室１４内では、直接燃料が噴射されて、空気過剰状態で成層燃焼が行われるようになっている。

内燃機関の吸気系を構成する吸気管２には、スロットルバルブ１１と、インテークマニホールド１２と、エアフローセンサ１８と、新気温センサ１９と、スロットル開度センサ２０とが設けられている。
エアフローセンサ１８は、吸気管２の上流部に設けられ、新気（新しく吸入される空気）の流量を新気流量Ｑａｉｒとして検出する。
新気温センサ１９は、エアフローセンサ１８内に設置され、新気の温度を新気温度Ｔａｉｒとして検出する。

スロットルバルブ１１は、エアフローセンサ１８の下流に設置され、内燃機関への新気流量Ｑａｉｒを制御する。
スロットル開度センサ２０は、スロットルバルブ１１の開度をスロットル開度θｔとして検出する。
インテークマニホールド１２は、スロットルバルブ１１の下流側の吸気管２に形成され、内燃機関の各気筒への吸気を集合させる。

内燃機関の排気系を構成する排気管７には、排気ガスの一部を排気管７から吸気管２に導くためのＥＧＲパイプ８と、排気管７の下流側に設置され排気ガス中の有害成分を浄化する触媒１３とが設けられている。
ＥＧＲパイプ８は、一端が吸気管２に接続され、他端が排気管７に接続されて、排気管７内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管２に導入する。

ＥＧＲパイプ８には、ＥＧＲバルブ９と、第１の圧力センサ（以下、単に「圧力センサ」という）１０と、加熱手段１５と、排気温センサ１６と、第２の圧力センサ（以下、単に「圧力センサ」という）１７と、ＥＧＲ開度センサ２３とが設けられている。
ＥＧＲバルブ９は、ＥＧＲパイプ８の出口側に設置され、ＥＧＲ流量（ＥＧＲガスの吸気管２への導入量）を調節する。

圧力センサ１０は、ＥＧＲパイプ８の入口側に設置され、ＥＧＲバルブ９の上流側でのＥＧＲガスの第１の圧力（以下、単に「圧力」という）Ｐ１を検出する。また、圧力センサ１７は、排気温センサ１６の下流側に設置され、ＥＧＲバルブ９の下流側でのＥＧＲガスの第２の圧力（以下、単に「圧力」という）Ｐ２を検出する。
すなわち、圧力センサ１０、１７は、ＥＧＲバルブ９の前後に設けられ、ＥＧＲバルブ９の前後の圧力Ｐ１、Ｐ２を検出する。

加熱手段１５は、早期の温度上昇が可能な燃料バーナ、または燃料を使用しない電気式ヒータからなり、ＥＧＲバルブ９の下流側に設置され、ＥＧＲパイプ８内のＥＧＲガスを加熱してＥＧＲガスの温度を調節する。
排気温センサ１６は、加熱手段１５の下流側に設置され、ＥＧＲガスの温度をＥＧＲ温度Ｔｅｇｒとして検出する。
ＥＧＲ開度センサ２３は、ＥＧＲバルブ９の開度をＥＧＲ開度θｅとして検出する。

内燃機関のクランク軸２２には、クランク角センサ２１が設けられている。
クランク角センサ２１は、回転センサとして機能し、クランク軸２２の回転角により内燃機関の回転速度Ｎｅを検出する。
各種センサ１０、１６〜２１、２３の検出信号は、内燃機関の運転状態およびＥＧＲ状態を示す情報として、すべてコントローラ１に入力される。

コントローラ１は、たとえばスロットル開度センサ２０からのスロットル開度θｔと、クランク角センサ２１からの回転速度Ｎｅとに基づいて、内燃機関の運転状態を判定し、インジェクタ３に対する駆動信号、点火プラグ６に対する点火信号、ＥＧＲバルブ９の設定開度θｅｒを指示する。

また、コントローラ１は、後述するように、エアフローセンサ１８からの新気流量Ｑａｉｒと、新気温センサ１９からの新気温度Ｔａｉｒと、ＥＧＲ流量Ｑｅｇｒの算出値と、排気温センサ１６からのＥＧＲ温度Ｔｅｇｒとに基づいて吸気温度Ｔｉｎを算出するとともに、吸気温度Ｔｉｎと設定温度（最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔ）とに基づいて、加熱手段１５によるＥＧＲガスの加熱要否（ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御要否）を指示する。

なお、ＥＧＲ流量Ｑｅｇｒは、後述するように、内燃機関の回転速度Ｎｅと、負荷Ｌと、ＥＧＲ率α（ＥＧＲ開度θｅに対応）とに基づくマップから算出されるが、各圧力センサ１０、１７からの圧力Ｐ１、Ｐ２の差圧ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）に基づいて算出されてもよい。

次に、図２の機能ブロック図を参照しながら、コントローラ１の具体的な構成について説明する。
図２において、コントローラ１は、吸気温度演算手段３１と、差圧演算手段３２と、負荷演算手段３３と、ＥＧＲ率演算手段３４と、吸気温度設定手段３５と、ＥＧＲ流量演算手段３６と、温度制御手段３７と、ＥＧＲ温度制御領域選定手段３８とを備えている。

吸気温度演算手段３１は、排気温センサ１６からのＥＧＲ温度Ｔｅｇｒと、エアフローセンサ１８からの新気流量Ｑａｉｒと、新気温センサ１９からの新気温度Ｔａｉｒと、ＥＧＲ流量演算手段３６で算出されるＥＧＲ流量Ｑｅｇｒとを用いて、内燃機関の吸気温度Ｔｉｎと新気温度Ｔａｉｒとの温度差ΔＴ（＝Ｔｉｎ−Ｔａｉｒ）に関連させて、吸気温度Ｔｉｎを、以下の式（１）のように、新気温度Ｔａｉｒと温度差ΔＴとの和として算出する。

ただし、式（１）において、Ｑａｉｒ×Ｔａｉｒは新気熱量（新気の吸入空気の熱量）Ｈａｉｒに対応し、Ｑｅｇｒ×ＴｅｇｒはＥＧＲ熱量（ＥＧＲガスの熱量）Ｈｅｇｒに対応し、Ｑａｉｒ＋Ｑｅｇｒは吸気熱量（内燃機関への吸入空気の熱量）Ｈｉｎに対応する値である。
ここで、新気熱量ＨａｉｒとＥＧＲ熱量Ｈｅｇｒとの和は、吸気熱量Ｈｉｎと等しいので、吸気温度Ｔｉｎ（＝Ｔａｉｒ＋ΔＴ）は、式（１）で表される。

吸気温度設定手段３５は、排気ガス中の有害ガス量（ＨＣまたはＣＯを含む）を最も低減させ、かつ内燃機関の燃費を向上させて燃焼安定性を最も良好にする最適の吸気温度Ｔｂｅｓｔ（後述する吸気温度Ｔｉｎのピーク値）を、設定温度として決定する。
また、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの上昇によって、ＨＣが低減し、燃費が向上し、かつ燃焼安定性が良好となる最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔ（設定温度）を、内燃機関の運転領域ごとに設定する。

温度制御手段３７は、ＥＧＲガスを吸気管２に導入する際に、加熱手段１５を駆動制御して、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒを調節することにより、吸気温度Ｔｉｎが最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔ（設定温度）と一致するように制御する。

差圧演算手段３２は、ＥＧＲバルブ９の前後の圧力センサ１０、１７からの圧力Ｐ１、Ｐ２の差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を算出する。
負荷演算手段３３は、スロットル開度センサ２０からのスロットル開度θｔ、またはエアフローセンサ１８からの新気流量Ｑａｉｒに基づいて、スロットル開度θｔ（または、新気流量Ｑａｉｒ）に対応した内燃機関の負荷Ｌを算出する。
ＥＧＲ率演算手段３４は、ＥＧＲ開度センサ２３からのＥＧＲ開度θｅに基づいて、ＥＧＲ開度θｅに対応したＥＧＲ率αを算出する。

ＥＧＲ流量演算手段３６は、回転速度Ｎｅと、負荷Ｌと、ＥＧＲ率αとに基づくマップ演算により、ＥＧＲガスの流量をＥＧＲ流量Ｑｅｇｒとして算出する。
または、ＥＧＲ流量演算手段３６は、ＥＧＲバルブ９の前後の圧力Ｐ１、Ｐ２の差圧ΔＰに基づいてＥＧＲ流量Ｑｅｇｒとして算出する。

ＥＧＲ温度制御領域選定手段３８は、内燃機関の運転状態がＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御を実行すべき領域であるか否かを判定して、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御領域を選定し、回転速度Ｎｅおよび負荷Ｌが所定値よりも高い運転領域（高負荷領域）では、温度制御手段３７によるＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御を禁止する。
なぜなら、ＥＧＲガスが導入される運転領域のうち、特に回転速度Ｎｅおよび負荷Ｌが高い運転領域内では、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒが既に高く、ＥＧＲガスを加熱すると吸気温度Ｔｉｎが過剰に上昇してしまい、逆に燃焼の不安定性や吸入空気量の減少を招く可能性があるので、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御を禁止する方がよいからである。

図３はＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御時における吸気温度Ｔｉｎと内燃機関の燃焼状態（燃焼安定性、燃費、ＨＣ排出量、ＮＯｘ排出量）との関係を示す説明図である。
図３において、横軸は内燃機関の筒内に導入される吸気の吸気温度Ｔｉｎを示し、縦軸は燃費、燃焼安定性、ＮＯｘ排出量、ＨＣ排出量を示している。
図３から明らかなように、最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔにおいては、燃費（実線参照）および燃焼安定性（１点鎖線参照）がピーク値となり、ＨＣ（破線参照）の排出量が最小値となり、ＮＯｘ（２点鎖線参照）の排出量が比較的低い値に抑制される。

また、運転領域ごとに対応して、図３のように、吸気温度Ｔｉｎを設定温度（最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔ）と一致するように制御すれば、ＮＯｘ低減のみならず、ＨＣやＣＯなどの有害ガスの排出量を低減するとともに、燃費の向上、燃焼安定性の向上を実現することができる。
なお、最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔに対応するＥＧＲ温度Ｔｅｇｒは、たとえば３００℃〜４００℃程度である。

次に、図１〜図３を参照しながら、この発明の実施の形態１によるＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御動作について説明する。
コントローラ１内において、各種センサからの運転状態情報に基づいて、ＥＧＲガスの加熱要求を示す指令が生成されると、温度制御手段３７は、加熱手段１５に対して駆動信号を出力する。

これにより、加熱手段１５は、ＥＧＲパイプ８内のＥＧＲガスを加熱して、吸気温度Ｔｉｎを上昇させ、内燃機関の吸気温度Ｔｉｎを最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔに制御する。
この結果、内燃機関の筒内への噴射燃料の蒸発が促進されて、燃焼状態が良好となるので、図３のように、燃焼安定性は良好となり、燃費は向上し、ＨＣは低減される。このとき、燃焼室１４内での燃焼温度が上昇するので、ＮＯｘはわずかに増加する。

なお、このとき吸気温度Ｔｉｎを昇温させ過ぎると、体積効率の低下によって燃焼状態が逆に悪化するので、このような不具合を生じさせないために最適の吸気温度Ｔｂｅｓｔが存在する。したがって、最適の吸気温度Ｔｂｅｓｔを吸気温度Ｔｉｎの目標値（設定温度）として、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒを制御することになる。

また、前述のように、吸気温度演算手段３１は、新気流量Ｑａｉｒ、新気温度Ｔａｉｒ、ＥＧＲ流量ＱｅｇｒおよびＥＧＲ温度Ｔｅｇｒから、温度差ΔＴ（＝Ｔｉｎ−Ｔａｉｒ）を求め、新気熱量ＨａｉｒとＥＧＲ熱量Ｈｅｇｒとの和が吸気熱量Ｈｉｎと等しいことから、吸気温度Ｔｉｎ（＝Ｔａｉｒ＋ΔＴ）を、前述の式（１）から求める。

図４は上記式（１）に必要なＥＧＲ流量Ｑｅｇｒを算出するためのマップデータを示す説明図である。
図４に示す回転速度Ｎｅ、負荷ＬおよびＥＧＲ率αのマップデータは、事前に内燃機関の台上試験などにより作成されて、ＥＧＲ流量演算手段３６内に格納されている。
図４においては、一例として、ＥＧＲ開度θｅ（ＥＧＲ率α）の大、中、小に対応させて、実線、破線、点線のマップデータ領域を示している。

ＥＧＲ流量演算手段３６は、図４のマップデータを用いて、クランク角センサ２１からの回転速度Ｎｅと、負荷Ｌ（スロットル開度θｔまたは新気流量Ｑａｉｒに対応）と、ＥＧＲ率α（ＥＧＲ開度θｅに対応）とに基づき、ＥＧＲ流量Ｑｅｇｒを求める。

図５は内燃機関の運転状態とＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御領域との関係を示す説明図である。
図５の領域データは、事前にＥＧＲ温度制御領域選定手段３８内に格納されている。
図５において、横軸は内燃機関の回転速度Ｎｅ、縦軸は内燃機関の負荷Ｌであり、実線４１は、回転速度Ｎｅと負荷Ｌの関係で設定される高負荷の運転限界を示している。

運転限界４１の近傍の運転状態においては、スロットルバルブ１１がほぼ全開状態であり、燃焼室１４にはすべて可燃混合気が充填されている。
運転限界４１の運転状態でＥＧＲガスを吸気管２に導入すると、可燃混合気が減少して内燃機関の出力が低下し、運転を維持することができなくなるので、運転限界４１の近傍領域は「ＥＧＲ非導入領域」と定められる。

ＥＧＲガスの導入が可能な領域は、１点鎖線４２で限定される中負荷以下の領域に限定される。
ただし、ＥＧＲの導入が可能な領域内であっても、回転速度Ｎｅおよび負荷Ｌが比較的高い運転領域４３は、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒが既に高いので、ＥＧＲガスを加熱すると吸気温度Ｔｉｎが過剰に上昇して、燃焼の不安定性や吸入空気量の減少が生じる可能性があるので、「ＥＧＲ温度非制御領域」と定められる。

したがって、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御が可能なＴｅｇｒ制御領域（ＥＧＲ温度制御領域）４４は、低中負荷以下の領域のみに限定される。
ＥＧＲ制御領域４４内において、運転領域ごとの吸気温度Ｔｉｎの設定温度（最適の吸気温度Ｔｂｅｓｔ）は、高負荷域では排気ガスの温度が高いことから高い温度となり、低負荷域では排気ガスの温度が低いことから低い温度となる。

次に、図１〜図５とともに、図６のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るコントローラ１によるＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御動作について具体的に説明する。
図６のＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御処理は、ＥＧＲガスの吸気管２への導入状態におけるサブルーチンであり、メインプログラム（図示せず）においてＥＧＲガスの導入が可能な運転状態（図５内の中負荷４２以下の領域）であると判定された後に、所定時間ごとに繰り返し実行される。

図６において、まず、ＥＧＲ温度制御領域選定手段３８は、クランク角センサ２１からの回転速度Ｎｅと、スロットル開度センサ２０からのスロットル開度θｔとを検出し（ステップＳ１０１）、回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θｔから、ＥＧＲ温度制御領域を示す図５のマップデータ（回転速度Ｎｅとスロットル開度θｔに対応した負荷Ｌとのマップデータ）に基づき、現在の運転状態がＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御を実行するＴｅｇｒ運転領域４４であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２において、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御領域でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、図６の処理ルーチンを直ちに終了する。
一方、ステップＳ１０２において、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒの制御領域４４である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、吸気温度演算手段３１は、新気流量Ｑａｉｒ、新気温度Ｔａｉｒ、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒ、図４に基づくＥＧＲ流量Ｑｅｇｒを検出し（ステップＳ１０３）、前述の式（１）に基づき吸気温度Ｔｉｎを算出する（ステップＳ１０４）。

続いて、吸気温度設定手段３５は、回転速度Ｎｅと負荷Ｌ（スロットル開度θｔまたは新気流量Ｑａｉｒに対応）とのマップに基づき、現在の運転状態に対して最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔを設定温度として抽出する（ステップＳ１０５）。
次に、温度制御手段３７は、ステップＳ１０４で算出した吸気温度Ｔｉｎと、ステップＳ１０５で設定した最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔとを比較し、Ｔｉｎ＜Ｔｂｅｓｔであるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６において、Ｔｉｎ≧Ｔｂｅｓｔ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、温度制御手段３７は、加熱手段１５を駆動せずに、図６の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ１０６において、Ｔｉｎ＜Ｔｂｅｓｔ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、温度制御手段３７は、ＥＧＲガスを加熱するための駆動指令を出力し、加熱手段１５のスイッチをＯＮにして（ステップＳ１０７）、図６の処理ルーチンを終了する。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、筒内直噴式の内燃機関において、コントローラ１に関連したＥＧＲパイプ８、ＥＧＲバルブ９、加熱手段１５、排気温センサ１６、エアフローセンサ１８および新気温センサ１９を備え、内燃機関に導入するＥＧＲガスを加熱するように構成されている。

また、コントローラ１は、吸気温度Ｔｉｎを算出する吸気温度演算手段３１と、吸気温度Ｔｉｎの最適値Ｔｂｅｓｔ（ピーク値）を設定温度として決定する吸気温度設定手段３５と、内燃機関の吸気温度Ｔｉｎを制御する温度制御手段３７とを備え、ＥＧＲガスの導入時に、必要に応じてＥＧＲガスを加熱手段１５で加熱し、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒを上昇させて吸気温度Ｔｉｎを最適な吸気温度Ｔｂｅｓｔ（燃焼状態が最適となる設定温度）に制御する。

これにより、内燃機関での燃焼不安定性や吸気量の減少を招くことなく、ＮＯｘの排出量低減に加えて、ＨＣ、ＣＯなどの有害ガスの排出量低減とともに、燃費の向上および燃焼安定性の向上を実現することができる。

なお、上記実施の形態１では、ＥＧＲ流量演算手段３６において、回転速度Ｎｅと負荷ＬとＥＧＲ率αのマップ（図４参照）からＥＧＲ流量Ｑｅｇｒを算出したが、図２に示したように差圧演算手段３２を設け、ＥＧＲバルブ９の前後の圧力Ｐ１、Ｐ２の差圧ΔＰからＥＧＲ流量Ｑｅｇｒを求めてもよい。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関のＥＧＲ温度制御装置を示すブロック構成図である。 図１内のコントローラの具体的構成を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１によるＥＧＲ温度制御中の吸気温度と燃焼状態との関係を示す説明図である。 図２内のＥＧＲ流量演算手段で用いられる回転速度、負荷およびＥＧＲ率のマップを示す説明図である。 図２内のＥＧＲ温度制御領域選定手段で用いられるＥＧＲ温度制御領域のマップおよび設定温度の特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ コントローラ、２ 吸気管、７ 排気管、８ ＥＧＲパイプ、９ ＥＧＲバルブ、１０ 第１の圧力センサ、１４ 燃焼室、１５ 加熱手段、１６ 排気温センサ、１７ 第２の圧力センサ、１８ エアフローセンサ、１９ 新気温センサ、２０ スロットル開度センサ、２１ クランク角センサ（回転センサ）、２３ ＥＧＲ開度センサ、３１ 吸気温度演算手段、３２ 差圧演算手段、３３ 負荷演算手段、３４ ＥＧＲ率演算手段、３５ 吸気温度設定手段、３６ ＥＧＲ流量演算手段、３７ 温度制御手段、３８ ＥＧＲ温度制御領域選定手段、４４ Ｔｅｇｒ制御領域（ＥＧＲ温度制御領域）、Ｎｅ 回転速度、Ｌ 負荷、Ｐ１ 第１の圧力、Ｐ１ 第２の圧力、Ｑａｉｒ 新気流量、Ｑｅｇｒ ＥＧＲ流量、Ｔａｉｒ 新気温度、Ｔｅｇｒ ＥＧＲ温度、Ｔｉｎ 吸気温度、Ｔｂｅｓｔ 最適の吸気温度（設定温度）、α ＥＧＲ率、θｅ ＥＧＲ開度、θｔ スロットル開度、ΔＰ 差圧、ΔＴ 温度差。

Claims (6)

1. 燃焼室内に直接燃料を噴射して空気過剰状態で成層燃焼させる内燃機関と、
   前記内燃機関の吸気管に一端が接続され、かつ前記内燃機関の排気管に他端が接続されて、前記排気管内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気管に導入するＥＧＲパイプと、
   前記ＥＧＲパイプに設けられ、前記ＥＧＲガスの導入量を調節するＥＧＲバルブと、
   前記ＥＧＲバルブの下流側の前記ＥＧＲパイプに設けられ、前記ＥＧＲガスを加熱して前記ＥＧＲガスの温度を調節する加熱手段と、
   前記加熱手段の下流側の前記ＥＧＲパイプに設けられ、前記ＥＧＲガスの温度をＥＧＲ温度として検出する排気温センサと、
   前記吸気管に設けられ、新しく吸入される新気の温度を新気温度として検出する新気温センサと、
   前記吸気管に設けられ、前記新気の流量を新気流量として検出するエアフローセンサと、
   前記内燃機関への吸入空気の吸気温度を算出する吸気温度演算手段と、
   前記ＥＧＲガスを前記吸気管に導入する際に、前記吸気温度を制御する温度制御手段と、
   前記排気ガス中のＨＣまたはＣＯを含む有害ガス量を最も低減させ、かつ前記内燃機関の燃費を向上させて燃焼安定性を最も良好にする最適の吸気温度を、設定温度として決定する吸気温度設定手段と、
   前記ＥＧＲガスの流量をＥＧＲ流量として算出するＥＧＲ流量演算手段と、を備え、
   前記吸気温度演算手段は、前記吸気温度と前記新気温度との温度差ΔＴと、前記新気流量Ｑａｉｒと、前記新気温度Ｔａｉｒと、前記ＥＧＲ流量Ｑｅｇｒと、前記ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒとを用いた以下の式、
   

   

   
   に基づき、前記新気温度Ｔａｉｒと前記温度差ΔＴとの和を、前記吸気温度として算出し、
   前記温度制御手段は、前記吸気温度が前記設定温度と一致するように前記加熱手段を駆動制御し、
   前記吸気温度設定手段は、前記ＨＣを低減し、かつ前記燃費を向上させて前記燃焼安定性を良好にする前記設定温度を、前記内燃機関の運転領域ごとに設定することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ温度制御装置。
2. 前記内燃機関の回転速度を検出する回転センサと、
   前記内燃機関の負荷を算出する負荷演算手段と、
   前記ＥＧＲバルブのＥＧＲ開度に対応したＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率演算手段と、をさらに備え、
   前記ＥＧＲ流量演算手段は、前記回転速度と、前記負荷と、前記ＥＧＲ率とに基づくマップから前記ＥＧＲ流量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ温度制御装置。
3. 前記ＥＧＲバルブの前後の前記ＥＧＲパイプに設けられ、前記ＥＧＲバルブの前後の圧力を第１および第２の圧力として検出する第１および第２の圧力センサと、
   前記第１の圧力と前記第２の圧力との差圧を算出する差圧演算手段と、をさらに備え、
   前記ＥＧＲ流量演算手段は、前記差圧に基づいて前記ＥＧＲ流量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ温度制御装置。
4. 前記ＥＧＲ温度の制御領域を選定するＥＧＲ温度制御領域選定手段をさらに備え、
   前記ＥＧＲ温度制御領域選定手段は、前記内燃機関の回転速度および負荷が所定値よりも高い運転領域では、前記ＥＧＲ温度の制御を禁止することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ温度制御装置。
5. 前記加熱手段は、燃料バーナを含むことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ温度制御装置。
6. 前記加熱手段は、電気式ヒータを含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ温度制御装置。

Images