JP4281804B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
内燃機関からの窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減する技術として、排気の一部を吸気系に流入させて内燃機関に戻すＥＧＲが知られている。また、ターボチャージャを備えた内燃機関において、ターボチャージャのタービンより上流の排気通路とターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に戻す高圧ＥＧＲ手段と、タービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に戻す低圧ＥＧＲ手段と、を備え、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段とを併用又は切り替えてＥＧＲを行う技術も知られている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００５−０７６４５６号公報 特開平０８−２３２７８４号公報
ところで、機関冷却水温が低い場合や大気温が低い場合等の低温環境下において、燃料カット運転中に吸気通路等の吸気系や低圧ＥＧＲ通路等のＥＧＲ系が低温の空気によって掃気されると、燃料カット運転から通常運転に復帰する時にその低温の空気が内燃機関に吸入され、吸気の温度が過剰に低下して燃焼不良や炭化水素（ＨＣ）排出量の増加等の不具合が生じる虞がある。
特に、低圧ＥＧＲ通路の経路長は比較的長いので、燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路を掃気した低温のガスが、燃料カット運転から通常運転に復帰後の内燃機関から排出される排気に入れ替わるまでに、比較的長い時間を要する。そのため、低圧ＥＧＲ手段を備えた内燃機関では上記不具合が生じ易い。
これに対し、インタークーラをバイパスするバイパス通路を吸気通路に設け、内燃機関が低温環境下にある場合にはこのバイパス通路に吸気を流すことで吸気が過剰に冷却されることを抑制する技術が提案されている。しかしながら、この技術では、バイパス通路やインタークーラとバイパス通路とを切り替える切替弁等を吸気系に設ける必要があるため、内燃機関の車両への搭載性の悪化やコストの増大を招くという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、低圧ＥＧＲ手段を備えた内燃機関において、搭載性の悪化やコストの増大を抑制しつつ、低温環境下での燃料カット運転から通常運転への復帰時における燃焼不良やＨＣ排出量の増加を抑制する技術を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサと前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンとを有するターボチャージャと、前記タービンより下流の前記排気通路と前記コンプレッサより上流の前記吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に戻す低圧ＥＧＲ手段と、前記低圧ＥＧＲ通路に設けられ前記低圧ＥＧＲ通路の通路断面積を変更する低圧ＥＧＲ弁と、前記内燃機関が所定の低温環境下にあるか否かを判定する判定手段と、前記低圧ＥＧＲ弁を開閉制御する弁制御手段と、を備え、前記弁制御手段は、前記判
定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、前記低圧ＥＧＲ弁を閉弁することを特徴とする。
ここで、内燃機関が所定の低温環境下にあるとは、内燃機関が燃料カット運転から通常運転へ復帰する時に燃焼不良やＨＣ排出量の増大等の不具合が生じる虞のある状況であることを意味する。内燃機関がこのような低温環境下にあるか否かを判別するための基準としては、内燃機関の冷却水温、大気温、内燃機関が冷間始動時であるか否か、内燃機関が前回機関停止してからの経過時間等を採用することができる。例えば、内燃機関の冷却水温が所定の温度より低い場合に、内燃機関が低温環境下にあると判定することができる。ここで、所定の温度とは、内燃機関が燃料カット運転から通常運転への復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合を生じさせない冷却水温の下限値、又は該下限値に所定のマージンを加えた値として予め定められる。大気温、冷間始動時であるか否か、機関停止からの経過時間等に基づく場合にも同様に判定することができる。
上記構成によれば、内燃機関が低温環境下にある場合に燃料カット運転状態になると、低圧ＥＧＲ弁が閉弁されるので、燃料カット運転中に低温の空気（新気）によって低圧ＥＧＲ通路が掃気されることが抑制される。そして、燃料カット運転中、燃料カット運転に移行する直前の内燃機関から排出された高温の排気が低圧ＥＧＲ通路内に滞留することになる。
これにより、燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路が冷却されることが抑制されるとともに、燃料カット運転から通常運転への復帰時に低温の空気が吸気系に流入することが抑制される。よって、燃料カット運転からの復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを抑制することができる。
本発明は、上記構成において、前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流に設けられ前記吸気通路の通路断面積を変更する第１スロットル弁を更に備えた排気浄化システムに適用することもできる。
この場合、前記弁制御手段は、前記低圧ＥＧＲ弁に加えて更に前記第１スロットル弁を開閉制御するものであって、前記判定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、前記低圧ＥＧＲ弁及び前記第１スロットル弁の少なくとも一方を閉弁するようにすると良い。
上記構成において、低圧ＥＧＲ弁が閉弁されると、第１スロットル弁の開閉状態に依らず、燃料カット運転中に低温の空気によって低圧ＥＧＲ通路が掃気されることを抑制できるので、燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路が冷却されることが抑制され、燃料カット運転からの復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを抑制することができる。
また、第１スロットル弁が閉弁されると、燃料カット運転中に低温の空気（新気）が吸気通路に流入することが抑制されるので、低圧ＥＧＲ弁の開閉状態に依らず、低温の空気によって吸気通路や低圧ＥＧＲ通路が掃気されることが抑制される。これにより、燃料カット運転中に低温の空気によって吸気通路や低圧ＥＧＲ通路が掃気されることが抑制されるので、燃料カット運転から通常運転に復帰する時に低温の空気が内燃機関に吸入されて燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを抑制できる。
上記構成においては、弁制御手段は、低圧ＥＧＲ弁及び第１スロットル弁の両方を閉弁しても良い。この場合も、燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路内に高温の排気が滞留する
ことによって低圧ＥＧＲ通路の冷却を抑制でき、また、低温の空気による吸気通路の冷却を抑制することができる。従って、上述の場合と同様に、燃料カット運転から通常運転への復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを抑制できる。
上記構成において、弁制御手段が、特に低圧ＥＧＲ弁を開弁するとともに第１スロットル弁を閉弁する場合、吸気通路と低圧ＥＧＲ通路とが導通状態となるので、燃料カット運転中、燃料カット運転に移行する直前の内燃機関から排出された高温の排気が低圧ＥＧＲ通路内及び第１スロットル弁より下流の吸気通路内に滞留することになる。
これにより、燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路が冷却されることが抑制されるとともに、第１スロットル弁より下流の吸気通路や該吸気通路に配置されるインタークーラやターボチャージャのコンプレッサ等が冷却されることも抑制され、燃料カット運転から通常運転への復帰時に低温の空気が吸気系に流入することが抑制される。よって、燃料カット運転からの復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを抑制することができる。
上述のように、内燃機関が低温環境下にある場合に燃料カット運転状態となった時に、低圧ＥＧＲ弁を備えた構成において低圧ＥＧＲ弁を閉弁する制御、又は、低圧ＥＧＲ弁及び第１スロットル弁を備えた構成において低圧ＥＧＲ弁及び第１スロットル弁の少なくとも一方を閉弁する制御を、以下基本制御と称することとする。
本発明は、上記構成において、前記タービンより上流の前記排気通路と前記コンプレッサより下流の前記吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に戻す高圧ＥＧＲ手段と、前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ前記高圧ＥＧＲ通路の通路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、を更に備える排気浄化システムに適用することもできる。
この場合、前記弁制御手段は、前記低圧ＥＧＲ弁、又は、前記低圧ＥＧＲ弁及び前記第１スロットル弁に加えて、更に前記高圧ＥＧＲ弁を開閉制御するものであって、前記判定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、前記基本制御に加えて、更に前記高圧ＥＧＲ弁を閉弁するようにすると良い。
これにより、内燃機関が低温環境下にある場合の燃料カット運転中に高圧ＥＧＲ通路が低温の空気によって掃気されることが抑制されるので、第１スロットル弁より下流の吸気通路や低圧ＥＧＲ通路に加えて、高圧ＥＧＲ通路が冷却されることが抑制される。よって、燃料カット運転からの復帰時に高圧ＥＧＲ通路から低温の空気が内燃機関に吸入されることが抑制され、燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを抑制することができる。
本発明は、上記構成において、前記吸気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流且つ前記コンプレッサより下流に設けられ前記吸気通路の通路断面積を変更する第２スロットル弁を更に備える排気浄化システムに適用することもできる。
この場合、前記弁制御手段は、前記低圧ＥＧＲ弁、又は、前記低圧ＥＧＲ弁及び前記第１スロットル弁に加えて、更に前記高圧ＥＧＲ弁及び前記第２スロットル弁を開閉制御をするものであって、前記判定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、前記基本弁制御に加えて、更に前記高圧ＥＧＲ弁及び前記第２スロットル弁の少なくとも一方を閉弁するようにしても良い。
上記構成において、高圧ＥＧＲ弁が閉弁されると、第２スロットル弁の開閉状態に依らず、燃料カット運転中に低温の空気によって高圧ＥＧＲ通路が掃気されることが抑制されるとともに、燃料カット運転に移行する直前の内燃機関から排出された高温の排気が高圧ＥＧＲ通路内に残留することになるため、燃料カット運転中に高圧ＥＧＲ通路が冷却されることを抑制することができる。これにより、燃料カット運転からの復帰時における燃焼不良やＨＣの増大をより好適に抑制することができる。
また、第２スロットル弁が閉弁されると、第１スロットル弁の開閉状態に依らず、燃料カット運転中に低温の空気が第２スロットル弁より下流の吸気通路に流入することが抑制されるので、高圧ＥＧＲ弁の開閉状態に依らず、低温の空気によって高圧ＥＧＲ通路や第２スロットル弁より下流の吸気通路が掃気されることを抑制できる。よって、燃料カット運転から通常運転に復帰する時に低温の空気が内燃機関に吸入されて燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを抑制できる。
上記構成においては、弁制御手段は、高圧ＥＧＲ弁及び第２スロットル弁の両方を閉弁しても良い。この場合も、燃料カット運転中に高圧ＥＧＲ通路内に高温の排気が残留することによって高圧ＥＧＲ通路の冷却を抑制でき、また、低温の空気による第２スロットル弁より下流の吸気通路の冷却を抑制することができる。従って、上述の場合と同様に、燃料カット運転から通常運転への復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを抑制できる。
上記構成において、弁制御手段が、前記基本弁制御に加えて、更に高圧ＥＧＲ弁を開弁するとともに第２スロットル弁を閉弁する場合、第２スロットル弁より下流の吸気通路と高圧ＥＧＲ通路とが導通状態となるので、燃料カット運転中、燃料カット運転に移行する直前の内燃機関から排出された高温の排気が高圧ＥＧＲ通路及び第２スロットル弁より下流の吸気通路に存在することになる。
これにより、燃料カット運転中に高圧ＥＧＲ通路が冷却されることを抑制することができ、また、第２スロットル弁より下流の吸気通路が冷却されることを抑制することができる。よって、燃料カット運転からの復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることをより好適に抑制することができる。
また、本発明では、前記高圧ＥＧＲ手段、前記高圧ＥＧＲ弁、及び前記第２スロットル弁を更に備える構成において、前記弁制御手段が、前記基本弁制御において特に第１スロットル弁を閉弁し、更に高圧ＥＧＲ弁を開弁するとともに第２スロットル弁を開弁するようにしても良い。この場合、第１スロットル弁が閉弁されるので、燃料カット運転中に低温の空気（新気）によって第１スロットル弁より下流の吸気通路、低圧ＥＧＲ通路、及び高圧ＥＧＲ通路が掃気されることが抑制される。よって、第１スロットル弁より下流の吸気通路や低圧ＥＧＲ通路に加えて、高圧ＥＧＲ通路が冷却されることを抑制することができる。
また、本発明において、前記高圧ＥＧＲ手段及び前記第１スロットル弁を更に備える構成において、前記弁制御手段が、前記基本弁制御において特に第１スロットル弁及び低圧ＥＧＲ弁のいずれか一方を開弁するとともに他方を閉弁し、更に第２スロットル弁を開弁するようにしても良い。
弁制御手段が、前記基本弁制御において特に第１スロットル弁を開弁するとともに低圧ＥＧＲ弁を閉弁し、更に第２スロットル弁を開弁する場合には、上述したように燃料カット運転中の低圧ＥＧＲ通路の冷却が抑制される。さらに、第１スロットル弁及び第２スロ
ットル弁が開弁されるので、燃料カット運転中に吸気通路に空気の流れが生じ、コンプレッサが回転する。これにより、燃料カット運転中においてもターボチャージャが助走作動することになるので、燃料カット運転から通常運転に復帰する時のターボチャージャによる過給圧の立ち上がりを速くすることができる。この場合、高圧ＥＧＲ弁を閉弁するようにすれば、燃料カット運転中に高圧ＥＧＲ通路が冷却されることも抑制できる。
一方、弁制御手段が、前記基本制御において特に第１スロットル弁を閉弁するとともに低圧ＥＧＲ弁を開弁し、更に第２スロットル弁を開弁する場合には、上述したように燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路、第１スロットル弁より下流の吸気通路、及び該吸気通路上に配置されるコンプレッサやインタークーラ等が冷却されることが抑制される。さらに、第２スロットル弁が開弁されるので、低圧ＥＧＲ通路から吸気通路にかけてガスの流れが生じ、コンプレッサが回転する。これにより、上記の場合と同様に燃料カット運転中においてもターボチャージャが助走作動するすることになり、燃料カット運転から通常運転に復帰する時の過給圧の立ち上がりを速くすることができる。この場合、第１スロットル弁が閉弁されて低温の新気が吸気通路に流入することが抑制されるため、燃料カット運転からの復帰時における燃焼不良やＨＣ排出量の増大も好適に抑制できる。
また、上記の燃料カット運転中にターボチャージャが助走作動可能な構成では、上述のように燃料カット運転中においても吸気通路にガスの流れが生じるので、吸気通路が負圧になることが抑制される。これにより、吸気通路にブローバイガス導入管が接続される場合においても、ブローバイガス導入管からのオイルの吸い出しを抑制できる。
なお、前述した、弁制御手段が、前記基本制御に加えて更に高圧ＥＧＲ弁を開弁するとともに第２スロットル弁を閉弁する場合においても、燃料カット運転中に吸気通路が負圧になることを抑制できる。
なお、上記各構成は可能な限り組み合わせて採用し得る。
本発明の排気浄化システムにより、低圧ＥＧＲ手段を備えた内燃機関において、搭載性の悪化やコストの増大を抑制しつつ、低温環境下での燃料カット運転から通常運転への復帰時における燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合を抑制することが可能になる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。図１に示す内燃機関１は４つの気筒２を有する水冷式４サイクルディーゼルエンジンである。
内燃機関１の気筒２には、図示しない吸気ポートを介して吸気マニホールド１７が接続されている。吸気マニホールド１７には本発明の吸気通路としての吸気管３が接続されている。吸気マニホールド１７の上流の吸気管３には、吸気管３を流れる吸気の量を調節可能な第２スロットル弁９が配置されている。第２スロットル弁９より上流の吸気管３には吸気を冷却するインタークーラ８が設けられている。インタークーラ８より上流の吸気管３には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ１３のコンプレッサ１１が配置されている。コンプレッサ１１より上流の吸気管３には、後述する低圧ＥＧＲ
通路３１が接続されている。低圧ＥＧＲ通路３１の接続箇所より上流の吸気管３には、内燃機関１のクランクケース（不図示）内のブローバイガスを吸気管３に導くブローバイガス管２１が接続されている。ブローバイガス管２１の途中には、ブローバイガス中のオイル（潤滑油）を溜めるブローバイオイルキャッチャータンク２２が配置されている。ブローバイガス管２１の接続箇所より上流の吸気管３には、吸気管３に流入する新気の量を調節可能な第１スロットル弁６が配置されている。
内燃機関１の気筒２には、図示しない排気ポートを介して排気マニホールド１８が接続されている。排気マニホールド１８には本発明の排気通路としての排気管４が接続されている。排気管４にはターボチャージャ１３のタービン１２が配置されている。このターボチャージャ１３はタービン１２の排気流量特性を変更可能なノズルベーン５を備えた可変容量型のターボチャージャである。タービン１２より下流の排気管４には、排気浄化装置１０が設けられている。排気浄化装置１０は、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタ）と、該フィルタ上に担持され、排気が酸化雰囲気の時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気が還元雰囲気の時には吸蔵していたＮＯｘを放出し、還元することによって排気中のＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、を有して構成される。排気浄化装置１０より下流の排気管４には、排気管４を流れる排気の量を調節可能な排気絞り弁１９が配置されている。なお、排気絞り弁１９は後述する低圧ＥＧＲ通路３１の接続部より下流の排気管４に配置しても良い。
内燃機関１には、排気管４を流れる排気の一部を高圧で吸気管３へ導き、気筒２に戻す、本発明における高圧ＥＧＲ手段としての高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１及び高圧ＥＧＲ弁４２を有して構成される。高圧ＥＧＲ通路４１は、タービン１２より上流の排気管４と第２スロットル弁９より下流の吸気管３とを接続する。高圧ＥＧＲ通路４１を通過して排気の一部が吸気管３に導かれる。本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を経由して気筒２に流入する排気を高圧ＥＧＲガスと称する。
高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１を流れる排気の量を調節可能な流量調節弁である。高圧ＥＧＲガスの調量は高圧ＥＧＲ弁４２の開度を変更することによって行われる。なお、高圧ＥＧＲガスの調量は、第２スロットル弁９の開度を変更して高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させることによっても行うことができる。また、ノズルベーン５の開度を変更することによっても高圧ＥＧＲガスを調量することができる。
内燃機関１には、排気管４を流れる排気の一部を低圧で吸気管３へ導き、気筒２に戻す、本発明における低圧ＥＧＲ手段としての低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及び低圧ＥＧＲクーラ３３を有して構成される。低圧ＥＧＲ通路３１は、排気絞り弁１９より下流の排気管４と、コンプレッサ１１より上流且つ第１スロットル弁６より下流の吸気管３とを接続する。低圧ＥＧＲ通路３１を通過して排気の一部が吸気管３に導かれる。本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を経由して気筒２に流入する排気を低圧ＥＧＲガスと称する。
低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１を流れる排気の量を調節可能な流量調節弁である。低圧ＥＧＲガスの調量は低圧ＥＧＲ弁３２の開度を変更することによって行われる。なお、低圧ＥＧＲガスの調量は、第１スロットル弁６の開度を変更して低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させることによっても行うことができる。低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲ通路３１を通過する低圧ＥＧＲガスを冷却する。
内燃機関１には、機関の制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、中
央演算装置（ＣＰＵ）、入出力ポート、デジタルアナログコンバータ（ＤＡコンバータ）、アナログデジタルコンバータ（ＡＤコンバータ）等を双方向バスで接続した公知の構成を有するマイクロコンピュータとして構成されている。
ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて燃料噴射制御等のディーゼルエンジンにおいて既知の諸基本制御を行う。そのために、本実施例における内燃機関１には、吸気管３に流入する新気の流量を検出するエアフローメータ７、内燃機関１の冷却水温を測定する水温センサ１４、運転者によるアクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１５、内燃機関１のクランクシャフト（図示省略）の回転位相（クランク角度）を検出するクランクポジションセンサ１６、その他、ディーゼルエンジンが一般的に備えているセンサ類（図示省略）が設けられている。
これらのセンサは電気配線を介してＥＣＵ２０に接続され、各センサからの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０には、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、排気絞り弁１９、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２を駆動するための駆動装置等の機器が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０から出力される制御信号に従ってこれらの機器が制御される。
ＥＣＵ２０は、各センサによる検出値に基づいて内燃機関１の運転状態や運転者の要求を把握する。例えば、ＥＣＵ２０はクランクポジションセンサ１６から入力されるクランク角度から算出する機関回転数と、アクセル開度センサ１５から入力されるアクセル開度から算出する機関負荷とに基づいて内燃機関１の運転状態を検出する。そして、検出した機関運転状態や運転者の要求に基づいて低圧ＥＧＲ弁３２や高圧ＥＧＲ弁４２等を制御し、ＥＧＲガス量や吸入空気量の制御を行う。
次に、ＥＣＵ２０によって行われるＥＧＲ制御について説明する。
図２は、内燃機関１の運転状態の領域毎に定められた、ＥＧＲ実施時に使用される高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０の組み合わせを表すＥＧＲ制御マップの概念図である。図２の横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。
図２に示すように、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷の時には、高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われる。高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＨＰＬ領域」と称する。また、内燃機関１の運転状態が中負荷の時には、高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われる。高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＭＩＸ領域」と称する。また、内燃機関１の運転状態が高負荷の時には、低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる。低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＬＰＬ領域」と称する。
なお、図２に示したＥＧＲ制御マップでは、内燃機関の運転状態をＨＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＬＰＬ領域の３つの領域に分割した場合を例示したが、内燃機関の運転状態の分割の仕方はこれに限られない。例えば、低負荷領域をＨＰＬ領域として規定し、それ以外の高負荷側の領域をＬＰＬ領域として規定するＥＧＲ制御マップも考えられる。或いは、低負荷領域をＭＩＸ領域として規定し、それ以外の高負荷側の領域をＬＰＬ領域として規定するＥＧＲ制御マップも考えられる。
ＬＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＨＰＬ領域を規定する具体的な運転状態の範囲や、各領
域における高圧ＥＧＲガス量、低圧ＥＧＲガス量、低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０によって内燃機関に流入する全排気（以下、全ＥＧＲガス）に対する排気高圧ＥＧＲガスや低圧ＥＧＲガスの比率等の、ＥＧＲ制御に係る諸パラメータの目標値は、各運転状態において吸気のＥＧＲ率（又は酸素濃度）が所定の目標ＥＧＲ率（又は目標酸素濃度）に一致し、且つ、内燃機関における燃焼特性、排気エミッション、ＥＧＲの実施に伴う燃費特性等が所望の要求性能を満たすように、予め実験等により定められる。このようにして定められる高圧ＥＧＲガス量の目標値を以下「基本高圧ＥＧＲガス量」、低圧ＥＧＲガス量の目標値を以下「基本低圧ＥＧＲガス量」と称する。
内燃機関１の定常運転時において低圧ＥＧＲガス量を基本低圧ＥＧＲガス量とするような低圧ＥＧＲ弁３２の開度として基本低圧ＥＧＲ弁開度が求められ、また、高圧ＥＧＲガス量を基本高圧ＥＧＲガス量とするような高圧ＥＧＲ弁４２の開度として基本高圧ＥＧＲ弁開度が求められ、それぞれＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶される。
ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態に応じてＲＯＭから基本低圧ＥＧＲ弁開度及び基本高圧ＥＧＲ弁開度を読み込み、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が基本低圧ＥＧＲ弁開度となるように低圧ＥＧＲ弁３２を制御するとともに、高圧ＥＧＲ弁４２の開度が基本高圧ＥＧＲ弁開度となるように高圧ＥＧＲ弁４２を制御する。
ところで、冷却水温が低い場合や大気温が低い場合等の低温環境下に内燃機関１がおかれている場合、燃料カット運転中に吸気通路３やインタークーラ８等を含む吸気系や、高圧ＥＧＲ通路４１や低圧ＥＧＲ通路３１等を含むＥＧＲ系が、低温の空気（新気）によって掃気されると、燃料カット運転から通常運転に復帰する時にその低温の空気が気筒２に吸入され、吸気の温度が過剰に低下して燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じる虞があった。
特に、低圧ＥＧＲ通路３１の経路長は比較的長いので、燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路３１を掃気した低温のガスが、燃料カット運転から通常運転に復帰後の内燃機関１から排出される排気に入れ替わるまでに、比較的長い時間を要する。そのため、低圧ＥＧＲ装置３０を備える本実施例の排気浄化システムでは、上記の不具合が生じ易い。
そこで、本実施例では、内燃機関１が低温環境下にある場合の燃料カット運転中は、吸気系やＥＧＲ系に高温のＥＧＲガスを残留させるように低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９を制御し、燃料カット運転から通常運転への復帰時に気筒２に吸入される吸気が過剰に低温になることを抑制するようにした。
図３は、本実施例における低温環境下での燃料カット運転中に行われるこれら各弁の制御パターンを示した図である。図３において、ＴＨＶ１は第１スロットル弁６、ＬＰＬＶは低圧ＥＧＲ弁３２、ＴＨＶ２は第２スロットル弁９、ＨＰＬＶは高圧ＥＧＲ弁４２をそれぞれ表す。
図３の制御パターンＡによれば、低温環境下での燃料カット運転中には、低圧ＥＧＲ弁３２が閉弁される。この場合、燃料カット運転中に低温の空気（新気）によって少なくとも低圧ＥＧＲ通路３１が掃気されることが抑制される。そして、燃料カット運転中、燃料カット運転に移行する直前の内燃機関１から排出された高温の排気が低圧ＥＧＲ通路３１内に滞留することになる。
これにより、燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路３１が冷却されることが抑制されるとともに、燃料カット運転から通常運転への復帰時に低温の空気が吸気系に流入することが抑制される。よって、燃料カット運転からの復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不
具合が生じることを抑制することができる。
なお、この制御パターンＡにおいて、第２スロットル弁９及び高圧ＥＧＲ弁４２の開閉はいずれでも良いが、図３の制御パターンＡ２に示すように第１スロットル弁６を閉弁するようにすれば、燃料カット運転中、吸気通路３に低温の空気が流入することが抑制されるので、吸気通路３や吸気通路３に設けられたコンプレッサ１１やインタークーラ８等が冷却されることを抑制することもできる。
図３の制御パターンＢによれば、低温環境下での燃料カット運転中には、低圧ＥＧＲ弁３２が開弁されるとともに第１スロットル弁６が閉弁される。この時、第２スロットル弁９及び高圧ＥＧＲ弁４２の開閉はいずれでも良い。この場合、燃料カット運転中に低温の空気（新気）によって第１スロットル弁６より下流の吸気通路３や低圧ＥＧＲ通路３１が掃気されることを抑制できる。さらに、低圧ＥＧＲ弁３２が開弁されて吸気通路３と低圧ＥＧＲ通路３１とが導通状態となるので、燃料カット運転中、燃料カット運転に移行する直前の内燃機関１から排出された高温の排気が低圧ＥＧＲ通路３１内及び第１スロットル弁６より下流の吸気通路３内に滞留することになる。
これにより、燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路３１が冷却されることを抑制でき、さらに、第１スロットル弁６より下流の吸気通路３や、吸気通路３に設けられたコンプレッサ１１やインタークーラ８等が冷却されることを抑制することができる。よって、燃料カット運転から通常運転への復帰時に低温の空気が吸気系に流入することが抑制され、燃料カット運転からの復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを抑制することができる。
図３に示した制御パターンを、以下「基本制御パターン」という。
次に、図３に示した基本制御パターンとは異なる制御パターンについて、図４を参照して説明する。図４は、図３に示した基本制御パターンにおいて、更に高圧ＥＧＲ弁４２を閉弁するようにした制御パターンを示している。
この制御パターンＣ，Ｄによれば、低温環境下での燃料カット運転中には、高圧ＥＧＲ弁４２が閉弁されるので、基本制御パターンにおいて第１スロットル弁６が開弁される制御が行われる場合においても、低温の空気（新気）によって高圧ＥＧＲ通路４１が掃気されることが抑制される。そして、燃料カット運転に移行する直前の内燃機関１から排出された高温の排気が高圧ＥＧＲ通路４１内に滞留することになる。これにより、燃料カット運転中に高圧ＥＧＲ通路４１が冷却されることが抑制される。
なお、燃料カット運転中の高圧ＥＧＲ通路４１の冷却を抑制可能な制御パターンとしては、図５に示すような制御パターンでもよい。図５は、図３に示した基本制御パターンにおいて、更に高圧ＥＧＲ弁４２を開弁するとともに第２スロットル弁９を閉弁するようにした制御パターンを示している。
この制御パターンＥ，Ｆによれば、燃料カット運転中、高圧ＥＧＲ通路４１と第２スロットル弁９より下流の吸気通路３とは導通状態となるが、第２スロットル弁９が閉弁されるので、基本制御パターンにおいて第１スロットル弁６が開弁される制御が行われる場合においても、低温の空気（新気）が第２スロットル弁９より下流の吸気通路３及び高圧ＥＧＲ通路４１に流入することが抑制される。これにより、燃料カット運転中に第２スロットル弁９より下流の吸気通路３及び高圧ＥＧＲ通路４１が冷却されることが抑制される。
また、燃料カット運転中の高圧ＥＧＲ通路４１の冷却を抑制可能な制御パターンとして
は、図６に示すような制御パターンでも良い。図６は、図３に示した基本制御パターンから第１スロットル弁６を開弁するパターンＡ１を除いた制御パターンＡ２，Ｂにおいて、更に高圧ＥＧＲ弁４２を開弁するとともに第２スロットル弁９を開弁するようにした制御パターンを示している。
この制御パターンＧによれば、燃料カット運転中、高圧ＥＧＲ通路４１及び第１スロットル弁６より下流の吸気通路３が導通状態となるが、第１スロットル弁６が閉弁されるので、燃料カット運転中に低温の空気（新気）によって第１スロットル弁６より下流の吸気通路３及び高圧ＥＧＲ通路４１が掃気されることが抑制される。これにより、燃料カット運転中に第１スロットル弁６より下流の吸気通路３及び高圧ＥＧＲ通路４１が冷却されることが抑制される。この時、低圧ＥＧＲ弁３２を開弁するようにすれば（制御パターンＨ）、更に低圧ＥＧＲ通路３１も導通状態となり、燃料カット運転中に第１スロットル弁６より下流の吸気通路３、低圧ＥＧＲ通路３１、及び高圧ＥＧＲ通路４１が冷却されることが抑制される。
以上、図４〜図６に示した制御パターンによれば、低温環境下での燃料カット運転中の低圧ＥＧＲ通路３１の冷却だけでなく、高圧ＥＧＲ通路４１の冷却をも抑制することができるので、燃料カット運転からの復帰時における燃焼不良やＨＣ排出量の増加をより好適に抑制することができる。
図７は、以上説明した各制御パターンと異なる制御パターンを示している。図７に示す制御パターンは、図３に示した基本制御パターンから第１スロットル弁６及び低圧ＥＧＲ弁３２の双方を閉弁するパターンＡ２を除いた制御パターンＡ１，Ｂにおいて、更に第２スロットル弁９を開弁するようにした制御パターンである。この制御パターンにおいて高圧ＥＧＲ弁４２の開閉はいずれでも良い。
この制御パターンＩにおいて、第１スロットル弁６を開弁し、低圧ＥＧＲ弁３２を閉弁し、更に第２スロットル弁９を開弁する場合、低圧ＥＧＲ弁３２が閉弁されることにより燃料カット運転中における低圧ＥＧＲ通路３１の冷却が抑制される。更に、第１スロットル弁６及び第２スロットル弁９が開弁されることにより、燃料カット運転中においても吸気通路３に空気の流れが生じ、コンプレッサ１１が回転する。
これにより、燃料カット運転中においてもターボチャージャ１３が助走作動することになるので、燃料カット運転から通常運転に復帰する時のターボチャージャ１３による過給圧の立ち上がりを速くすることができる。なお、この制御パターンＩにおいて、特に高圧ＥＧＲ弁４２を閉弁するようにすれば、燃料カット運転中に高圧ＥＧＲ通路４１が冷却されることを抑制することもできる。
一方、この制御パターンＪにおいて、第１スロットル弁６を閉弁し、低圧ＥＧＲ弁３２を閉弁し、更に第２スロットル弁９を開弁する場合、上述したように燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路３１、第１スロットル弁６より下流の吸気通路３、及び吸気通路３に設けられたコンプレッサ１１やインタークーラ８等が冷却されることが抑制される。さらに、第２スロットル弁９が開弁されるので、低圧ＥＧＲ通路３１から吸気通路３にかけてガスの流れが生じ、コンプレッサ１１が回転する。
これにより、上記の制御パターンの場合と同様に、燃料カット運転中においてもターボチャージャ１３が助走作動することになり、燃料カット運転から通常運転に復帰する時の過給圧の立ち上がりを速くすることができる。この制御パターンＪでは、第１スロットル弁６が閉弁されて低温の新気が吸気通路３に流入することが抑制されるため、燃料カット運転からの復帰時における燃焼不良やＨＣ排出量の増加もより好適に抑制される。
なお、図７に示した制御パターンＩ，Ｊによれば、燃料カット運転中においても吸気通路３にガスの流れが生じるので、吸気通路３内が負圧になることが抑制される。これにより、吸気通路３に接続されたブローバイガス管２１から燃料カット運転中に吸気通路３内にオイルが吸い出されることを抑制できる。なお、図５に示した制御パターンＥ，Ｆを採用した場合にも、吸気通路３が負圧になることを抑制する効果を得ることができる。
以下、図８に基づいて、本実施例の弁制御の具体的な実行手順について説明する。図８は、本実施例の弁制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１の稼働中所定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の水温センサ１４による測定値から冷却水温Ｔｗを取得する。
次に、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１において取得した冷却水温Ｔｗが所定の基準温度Ｔｗ０より小さいか否かを判定する。ここで、基準温度Ｔｗ０は、燃料カット運転から通常運転への復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合を生じさせない冷却水温の下限値であり、予め実験等により求められる。本実施例においては、水温センサ１４及びステップＳ１０２を実行するＥＣＵ２０により、本発明において内燃機関が低温環境下にあるか否かを判定する判定手段が実現される。
ステップＳ１０２において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０３に進む。一方、ステップＳ１０２において否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態が燃料カット運転状態であるか否かを判定する。ステップＳ１０３において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０４に進む。一方、ステップＳ１０３において否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、上述したような制御パターンに従って第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２の開閉制御を実行する。本実施例においてステップＳ１０４を実行するＥＣＵ２０により、本発明における弁制御手段が実現される。
ＥＣＵ２０が以上説明した弁制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１が低温環境下にある場合に燃料カット運転状態となった時には、内燃機関１の運転状態等の状況に応じて、上述した種々の弁制御パターンのいずれかの制御パターンが選択され、該制御パターンに従って第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２の開閉制御が実行される。その結果、燃料カット運転中に吸気系やＥＧＲ系が低温の空気によって冷却されることが抑制され、燃料カット運転から通常運転への復帰時に燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が発生することを抑制することができる。
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。
例えば、上記実施例では、第１スロットル弁６の開度を変更することで低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を調節し、低圧ＥＧＲガス量を調節可能な構成を示したが、排気管４における低圧ＥＧＲ通路３１の接続箇所より下流に排気絞り弁を設け、この排気絞り弁の開度を変更することで低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を調節し、低圧Ｅ
ＧＲガス量を調節する構成を採用することもできる。このような構成とした場合には、必ずしも本実施例における第１スロットル弁６を吸気管３に設ける必要はない。このような第１スロットル弁６を有さない構成においても、低温環境下において燃料カット時に低圧ＥＧＲ弁３２を閉弁することによって、燃料カット運転中に低圧ＥＧＲ通路３１が冷却されることを抑制できる。従って、燃料カット運転からの復帰時に低温のガスが内燃機関に吸入されて燃焼不良やＨＣ排出量の増加等の不具合が生じることを好適に抑制することが可能になる。
また、上記実施例で説明した弁制御パターンはいずれか１つに固定する必要はなく、内燃機関の運転状態等の状況に応じて適宜切り替えるようにしても良い。
実施例１における排気浄化システムを適用する内燃機関の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。 実施例１におけるＥＧＲ制御マップを表す図である。 実施例１における弁制御の基本制御パターンを示す図である。 実施例１における弁制御パターンの一例を示す図である。 実施例１における弁制御パターンの一例を示す図である。 実施例１における弁制御パターンの一例を示す図である。 実施例１における弁制御パターンの一例を示す図である。 実施例１における弁制御ルーチンを示すフローチャートである。
符号の説明
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ノズルベーン
６ 第１スロットル弁
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ 第２スロットル弁
１０ 排気浄化装置
１１ コンプレッサ
１２ タービン
１３ ターボチャージャ
１４ 水温センサ
１５ アクセル開度センサ
１６ クランクポジションセンサ
１７ 吸気マニホールド
１８ 排気マニホールド
１９ 排気絞り弁
２０ ＥＣＵ
２１ ブローバイガス管
２２ ブローバイオイルキャッチャータンク
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３３ 低圧ＥＧＲクーラ
４０ 高圧ＥＧＲ装置
４１ 高圧ＥＧＲ通路
４２ 高圧ＥＧＲ弁

Claims (6)

  1. 内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサと前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンとを有するターボチャージャと、
    前記タービンより下流の前記排気通路と前記コンプレッサより上流の前記吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に戻す低圧ＥＧＲ手段と、
    前記低圧ＥＧＲ通路に設けられ前記低圧ＥＧＲ通路の通路断面積を変更する低圧ＥＧＲ弁と、
    前記内燃機関が所定の低温環境下にあるか否かを判定する判定手段と、
    前記低圧ＥＧＲ弁を開閉制御する弁制御手段と、
    を備え、
    前記弁制御手段は、前記判定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、前記低圧ＥＧＲ弁を閉弁することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 請求項１において、
    前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流に設けられ前記吸気通路の通路断面積を変更する第１スロットル弁を更に備え、
    前記弁制御手段は、更に前記第１スロットル弁を開閉制御するものであって、
    前記弁制御手段は、前記判定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、前記低圧ＥＧＲ弁及び前記第１スロットル弁の少なくとも一方を閉弁することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  3. 請求項１又は２において、
    前記タービンより上流の前記排気通路と前記コンプレッサより下流の前記吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に戻す高圧ＥＧＲ手段と、
    前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ前記高圧ＥＧＲ通路の通路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、
    を更に備え、
    前記弁制御手段は、更に前記高圧ＥＧＲ弁を開閉制御するものであって、
    前記弁制御手段は、前記判定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、更に前記高圧ＥＧＲ弁を閉弁する内燃機関の排気浄化システム。
  4. 請求項３において、
    前記吸気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流且つ前記コンプレッサより下流に設けられ前記吸気通路の通路断面積を変更する第２スロットル弁を更に備え、
    前記弁制御手段は、更に前記第２スロットル弁を開閉制御するものであって、
    前記弁制御手段は、前記判定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、前記高圧ＥＧＲ弁及び前記第２スロットル弁の少なくとも一方を閉弁する内燃機関の排気浄化システム。
  5. 請求項２において、
    前記タービンより上流の前記排気通路と前記コンプレッサより下流の前記吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に戻す高圧ＥＧＲ手段と、
    前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ前記高圧ＥＧＲ通路の通路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、
    前記吸気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流且つ前記コンプレッサよ
    り下流に設けられ前記吸気通路の通路断面積を変更する第２スロットル弁と、
    を更に備え、
    前記弁制御手段は、更に前記高圧ＥＧＲ弁及び前記第２スロットル弁を開閉制御するものであって、
    前記弁制御手段は、前記判定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、前記第１スロットル弁を閉弁し、前記第２スロットル弁を開弁するとともに前記高圧ＥＧＲ弁を開弁することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  6. 請求項２において、
    前記タービンより上流の前記排気通路と前記コンプレッサより下流の前記吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に戻す高圧ＥＧＲ手段と、
    前記吸気通路における前記高圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流且つ前記コンプレッサより下流に設けられ前記吸気通路の通路断面積を変更する第２スロットル弁と、
    を更に備え、
    前記弁制御手段は、更に前記第２スロットル弁を開閉制御するものであって、
    前記弁制御手段は、前記判定手段によって前記内燃機関が前記所定の低温環境下にあると判定される場合、前記内燃機関の運転状態が燃料カット運転状態の時に、前記低圧ＥＧＲ弁及び前記第１スロットル弁のいずれか一方を開弁するとともに他方を閉弁し、前記第２スロットル弁を開弁することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
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