JP4618141B2

JP4618141B2 - 内燃機関の排気ガス還流装置

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Publication number: JP4618141B2
Application number: JP2006012275A
Authority: JP
Inventors: 智海山田; 久大木; 嗣史藍川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007192157A

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス還流装置に関する。

吸気時における気筒内ガス温度上昇による燃料の気化促進効果、燃焼温度の低下による窒素酸化物（ＮＯｘ）発生量の低減効果、及びポンプ損失の低減による燃費の向上効果等を目的として排気ガスの還流（以下、ＥＧＲと称する）を行う排気ガス還流装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）を備えた内燃機関が公知である。ＥＧＲを実行する方法としては、内燃機関の排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させる通路を設けて、この再循環される排気ガスを新気とともに気筒内に流入させるようにする外部ＥＧＲと、可変バルブタイミング機構を用いて、吸気バルブと排気バルブとが共に開いている期間すなわちバルブオーバーラップ量等を制御し、気筒内に既燃ガス（排気ガス）の一部を再吸入あるいは残留させる内部ＥＧＲとがある。

このような外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとをともに実行可能なＥＧＲ装置を備える内燃機関において、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態にある場合には、内部ＥＧＲによる排気ガス還流量（以下、内部ＥＧＲ量と称する）を減少させ、外部ＥＧＲによる排気ガス還流量（以下、外部ＥＧＲ量と称する）を増加させるように制御することで、ＮＯｘの低減や熱負荷の低減等を図り、また、内燃機関の運転状態が低負荷運転状態にある場合には、内部ＥＧＲ量を増大させ、外部ＥＧＲ量を減少させるように制御することで、燃焼安定性の向上やポンピングロスの低減を図ることの提案がなされている。

また、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとをともに実行可能なＥＧＲ装置を備える内燃機関において、急な加速時においては、内部ＥＧＲ量を通常運転時によりも迅速に減少させ、外部ＥＧＲ量を通常運転時により迅速に増加させることで、高温の排気ガスの影響による異常燃焼の防止やＮＯｘの低減を図り、また、急な減速時においては、内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量を通常運転時よりも迅速に減少させることで、燃焼状態の悪化を抑制することの提案もなされている。

特開平４−１７５４４９号公報特開２００４−２９３３９２号公報

ところで、外部ＥＧＲ量を制御する手段の一形態として、内燃機関の排気系と吸気系とを流体連通する排気再循環通路と、該排気再循環通路を流れる排気ガスの流量を調整するＥＧＲ制御バルブとを有し、該ＥＧＲ制御バルブの開度を制御することにより外部ＥＧＲ量を制御する手段が知られている。また、内部ＥＧＲ量を制御する手段の一形態として、可変バルブタイミング機構を有し、該可変バルブタイミング機構により吸気バルブと排気バルブの開閉タイミング等を制御することにより内部ＥＧＲ量を制御する手段が知られている。

このような外部ＥＧＲ量を制御する手段および内部ＥＧＲ量を制御する手段が内燃機関に適用される場合、外部ＥＧＲ量を制御する手段と内部ＥＧＲ量を制御する手段との構成要素の相違に起因して、外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御とにおける応答性すなわち制御目標値への到達特性の相違がもたらされる。具体的には、外部ＥＧＲ量の制御の応答性は、排気再循環通路の長さやＥＧＲ制御バルブの動作特性などに依存し、内部ＥＧＲ量の制御の応答性は、可変バルブタイミング機構の動作特性などに依存することになり、このような外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御とにおける応答性に関与するパラメータの相違が、外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御とにおける応答性の相違をもたらすことになる。

外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとをともに実行可能な内燃機関のＥＧＲ装置であって、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとによる総排気ガス還流量（以下、総ＥＧＲ量と称する）が目標所定値に制御されるように外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量とが独立して制御される内燃機関のＥＧＲ装置においては、この外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御とにおける応答性の相違は、内燃機関の運転状態の変化に伴い外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれの制御目標値が大きく変更されて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれが制御目標値に達するまでの機関過渡運転時における総ＥＧＲ量の目標所定値への迅速な到達を阻む一要因となり、排気エミッションの悪化やトルク変動といった問題を招く虞がある。

しかしながら、従来技術においては、外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御との応答性の相違を考慮して外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との最適制御を実行する内燃機関のＥＧＲ装置の提案は十分になされていない。

本発明は上記課題に鑑み、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとをともに実行可能なＥＧＲ装置を備える内燃機関において、外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御との応答性の相違を考慮して、内燃機関の運転状態の変化に伴い外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれの制御目標値が大きく変更されて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれが制御目標値に達するまでの過渡運転時における外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量とを最適制御する内燃機関のＥＧＲ装置を提供することを目的とする。

請求項１の記載の発明によれば、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を制御することにより、気筒内に残留する排気ガス量を制御する内部ＥＧＲ制御を実行する内部ＥＧＲ手段と、内燃機関の排気系と吸気系とを流体連通する排気再循環通路を流れる排気ガスの流量を制御することにより、前記排気再循環通路を介して前記気筒内に再循環される排気ガス量を制御する外部ＥＧＲ制御を実行する外部ＥＧＲ手段とを具備し、前記外部ＥＧＲ手段と前記内部ＥＧＲ手段とによりもたらされる総排気ガス還流量が所定値に制御されるように、前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御とが独立して制御される内燃機関の排気ガス還流装置において、内燃機関の運転状態の移行に伴い、前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御の各々の制御目標値が設定変更されてから、前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御とが各々の制御目標値を達成するまでの機関過渡運転時に、前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御との比較において応答性の悪い方のＥＧＲ制御においては、前記応答性の悪い方のＥＧＲ制御に対して変更設定された制御目標値を速やかに達成するように制御する通常制御がなされ、前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御との比較において応答性の良い方のＥＧＲ制御においては、総排気ガス還流量を所定値に迅速に到達させ維持するように、前記応答性の悪い方のＥＧＲ制御の応答状態に応じて最適化された補正制御がなされ、前記補正制御においては、総排気ガス還流量が所定値に到達するまでは、総排気ガス還流量を所定値に迅速に到達させる第一の補正制御がなされ、総排気ガス還流量が所定値に到達した後は、総排気ガス還流量を所定値に維持する第二の補正制御がなされる、ことを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置が提供される。

すなわち、請求項１の発明では、内部ＥＧＲ制御と外部ＥＧＲ制御とをともに実行することが可能で、外部ＥＧＲ制御および内部ＥＧＲ制御の各々の制御により気筒内に還流される排気ガス量の合計量すなわち総排気ガス還流量を所定値に制御する内燃機関の排気ガス還流装置において、外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御の各々の制御目標値が設定変更されてから、外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御とが各々の制御目標値を達成するまでの機関過渡運転時に、外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御との比較において応答性の悪い方のＥＧＲ制御においては、応答性の悪い方のＥＧＲ制御に対して変更設定された制御目標値を速やかに達成するように制御する通常制御がなされ、応答性の良い方のＥＧＲ制御においては、総排気ガス還流量を所定値に迅速に到達させ維持するように、応答性の悪い方のＥＧＲ制御の応答状態に応じて最適化された補正制御がなされる。

これにより、例えば急な加減速がなされて外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御の各々の制御目標値が大きく設定変更されたような場合の機関過渡運転時においても、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとによる総排気ガス還流量を所定値に迅速に到達させ且つ精度良く制御させることができ、排気エミッションの悪化やトルク変動を抑制することが可能となる。

ここで、制御の応答性とは制御目標値への到達特性を示すものであり、すなわち、制御目標値が設定変更されたときに、どの程度の最短時間で設定変更された制御目標値に到達させることができるかを示すものであり、応答性が良い制御とは、設定変更された制御目標値に速やかに到達させることができる制御となる。本発明においては、内部ＥＧＲ制御と外部ＥＧＲ制御とのどちらの制御の応答性が良いかを判断することが必要となるが、内部ＥＧＲ制御と外部ＥＧＲ制御との応答性の相違は、主として、外部ＥＧＲ制御を実行する外部ＥＧＲ手段と内部ＥＧＲ制御を実行する内部ＥＧＲ手段との構成要素の相違に起因してもたらされる。例えば、外部ＥＧＲ量の制御の応答性は、排気再循環通路の長さやＥＧＲ制御バルブの動作特性などに大きく依存し、内部ＥＧＲ量の制御の応答性は、可変バルブタイミング機構の動作特性などに大きく依存する。従って、内部ＥＧＲ制御と外部ＥＧＲ制御とのどちらの制御の応答性が良いかの判断する一方法として、試作評価試験や解析評価など結果に基づいて予め判断がなされる方法が適用されてもよい。

請求項１に記載の発明によれば、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとをともに実行可能なＥＧＲ装置を備える内燃機関において、外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御との応答性の相違を考慮して外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量とを最適制御することで、内燃機関の運転状態の変化に伴い外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれの制御目標値が大きく変更されて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれが制御目標値に達するまでの機関過渡運転時においても、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとによる総排気ガス還流量を所定値に迅速に到達させ且つ精度良く制御させることができ、排気エミッションの悪化やトルク変動を抑制することが可能となる効果を奏する。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態のＥＧＲ装置を適用した内燃機関の全体構成を示す概略構成図である。図１において、１は内燃機関本体、２は気筒、３は吸気バルブ、４は排気バルブ、５は排気系、６は排気浄化装置、７は排気再循環通路、８は制御バルブ、９は排気冷却装置、１０は吸気系、１１はエアフローメータ、１２はスロットルバルブ、１３は吸気圧センサー、１４は酸素濃度センサー、１５は機関回転数検出手段、１６は可変バルブタイミング機構、１７はバルブオーバーラップ量検出手段、１８は電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）、のそれぞれを示す。

内燃機関本体１の気筒２には、吸気バルブ３および排気バルブ４が配設されている。吸気バルブ３および排気バルブ４はともに後述する可変バルブタイミング機構１６を備えており、それぞれのバルブ開閉タイミングを変更することが可能である。

内燃機関の吸気系１０には、スロットル弁開度が電子制御されるスロットルバルブ１２と、該スロットルバルブ１２により調整された吸入空気流量を測定するエアフローメータ１１と、内燃機関の吸気系の吸気圧を検出する吸気圧センサー１３と、吸気バルブ３を介して気筒内に吸入されるガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサー１４とが配設されている。エアフローメータ１１は、該エアフローメータ１１の中を流れる空気の流量に基づいて内燃機関本体１に導入される空気量を計測する役割を果すものであって、吸入空気流量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生するものである。

内燃機関本体１の排気系５には排気中の有害成分を浄化するための排気浄化触媒６が配設されている。排気系５と吸気系１０とは排気再循環通路７で連結され、排気ガスの一部を吸気系１０へ流入させることができるようになっている。また、排気再循環通路７には、該排気再循環通路７を流れる排気ガスの流量を制御する制御バルブ８、および、該排気再循環通路７を流れる排気ガスを冷却するための水冷式あるいは空冷式の排気冷却装置９が配設されている。

機関回転数検出手段１５は、内燃機関の回転数を検出する役割を果すものであり、具体的には、内燃機関の出力軸の回転数を検出する回転速度センサーを有して構成され、該回転速度センサーにより内燃機関の回転数を検出するものである。

可変バルブタイミング機構１６は、吸気バルブ３および排気バルブ４のバルブ開閉タイミングを内燃機関の運転状態に応じて変化させることができる機構であって、吸気バルブ３および排気バルブ４のバルブ開閉タイミングを変化させることよって、吸気バルブ３と排気バルブ４とがともに開いている期間となるバルブオーバーラップ量を調整することを可能とする役割を果す機構である。また、バルブオーバーラップ量検出手段１７は、バルブオーバーラップ量を検出する役割を果すものである。

ＥＣＵ１８は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知のデジタルコンピュータからなり、各種センサーや駆動装置と信号をやり取りして内燃機関の回転数や吸入空気量などの制御に必要なパラメータを算出するとともに、算出されたパラメータに基づいて燃焼空燃比制御あるいは燃料噴射量制御や点火時期制御等の内燃機関の運転に関する種々の制御を行う役割を果すものである。

ＥＣＵ１８には、エアフローメータ１１およびスロットルバルブ１２が接続されており、エアフローメータ１１からの検出情報をＥＣＵ１８に取り込むことができ、ＥＣＵ１８からの信号によってスロットルバルブ１２のスロットル弁開度を制御することができるように構成されている。また、ＥＣＵ１８には、吸気圧センサー１３、酸素濃度センサー１４、機関回転数検出手段１５、バルブオーバーラップ量検出手段１７が接続されており、これらのセンサーおよび手段からの各検出情報をＥＣＵ１８に取り込むことができるように構成されている。更に、ＥＣＵ１８には、制御バルブ８および可変バルブタイミング機構１６が接続されており、上記各種センサーおよび手段からの検出情報に基づいて、ＥＣＵ１８からの信号によって制御バルブ８および可変バルブタイミング機構１６を制御することで、内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御のそれぞれの制御を独立して実施することができるように構成されている。

本実施形態では、制御バルブ８の開度を調整することで、排気再循環通路７を流れる排気ガスの流量を制御することができ、排気再循環通路７を介して気筒内に再循環される排気ガス量を制御する外部ＥＧＲ制御を実施することができる。

また、本実施形態では、可変バルブタイミング機構１６により、吸気バルブ３と排気バルブ４のバルブ開閉タイミングを変化させることができ、バルブオーバーラップ量を調整することを可能とする。そして、バルブオーバーラップ量を変化させることで、気筒内に残留する排気ガスの量を制御する内部ＥＧＲ制御を実施することができる。バルブオーバーラップ量を調整する制御には、吸気バルブ３と排気バルブ４とが共に開弁されている期間がなく、気筒内に排気ガスを残留させるように気筒内の排気ガスの全てが排出される前に排気バルブ４を閉弁するような制御が含まれてもよい。

尚、本実施形態においては、上述したように吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブ開閉タイミングを制御することで気筒内に残留する排気ガス量を制御する内部ＥＧＲ制御を実施するが、本発明はこれに限定されるものではなく、バルブリフト量等の他の開閉弁特性を制御して内部ＥＧＲ制御を実施してもよい。また、吸気バルブ３と排気バルブ４との何れか一方のみ開閉弁特性を制御して内部ＥＧＲ制御を実施するようにしてもよい。

このように、本実施形態においては、外部ＥＧＲ量を制御する外部ＥＧＲ制御を実行する外部ＥＧＲ手段は、主として、内燃機関の排気系５と吸気系１０とを流体連通する排気再循環通路７と、該排気再循環通路７を流れる排気ガスの流量を調整する制御バルブ８とを有し、該制御バルブ８の開度を制御することにより外部ＥＧＲ量を制御するように構成され、また、内部ＥＧＲ量を制御する内部ＥＧＲ制御を実行する内部ＥＧＲ手段は、可変バルブタイミング機構１６を有し、該可変バルブタイミング機構１６により吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブ開閉タイミング等を制御することにより内部ＥＧＲ量を制御するように構成されている。

このような構成要素が異なる外部ＥＧＲ手段と内部ＥＧＲ手段とを有する内燃機関のＥＧＲ装置においては、外部ＥＧＲ手段と内部ＥＧＲ手段との構成要素の相違に起因して、外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御とにおける応答性の相違がもたらされる。ここで、制御の応答性とは、先にも述べたように、制御目標値が設定変更されたときに、どの程度の最短時間で設定変更された制御目標値に到達させることができるかを示すものであり、応答性が良い制御とは、設定変更された制御目標値に速やかに到達させることができる制御となる。具体的には、外部ＥＧＲ量の制御の応答性は、排気再循環通路７の長さや制御バルブ８の動作特性などに依存し、内部ＥＧＲ量の制御の応答性は、可変バルブタイミング機構１６の動作特性などに依存することになり、このような外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御とにおける応答性に関与するパラメータの相違が、外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御とにおける応答性の相違をもたらすことになる。

外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとによる総ＥＧＲ量を目標値に制御するように外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量とを独立して制御する内燃機関のＥＧＲ装置においては、上述したような外部ＥＧＲ量の制御と内部ＥＧＲ量の制御とにおける応答性の相違は、内燃機関の運転状態の変化に伴い外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれの制御目標値が大きく変更されて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれが制御目標値に達するまでの機関過渡運転時における総ＥＧＲ量の目標所定値への迅速な到達を阻む一要因となり、排気エミッションの悪化やトルク変動といった問題を招く虞がある。

このことに基づいて、本発明の内燃機関のＥＧＲ装置においては、外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御との応答性の相違を考慮して、機関過渡運転時に総ＥＧＲ量を目標所定値に迅速に到達させ維持させるように、外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量とを最適制御することを特徴とするものである。

以下に、図２から図５を参照して、図１に示された本発明に係る一実施形態のＥＧＲ装置が適用された内燃機関において実行される内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御について説明する。

図２は、図１に示された本発明に係る一実施形態のＥＧＲ装置が適用された内燃機関において、機関過渡運転時に実行される内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御の第一の実施例を示すタイムチャート図である。

図２に示す第一の実施例は、外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合であって、内燃機関の運転状態の移行に伴い、内部ＥＧＲ量の制御目標値が減少され、外部ＥＧＲ量の制御目標値が増加され、且つ、総ＥＧＲ量の目標所定値が増加されるようなＥＧＲ制御が実行される第一の機関過渡運転時におけるＥＧＲ制御の一実施例である。

図２のタイムチャートには、上記第一の機関過渡運転時における、外部ＥＧＲ量を調整する制御バルブ８の開度状態の時間推移および外部ＥＧＲ量の時間推移と、内部ＥＧＲ量を調整する吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量の時間推移および内部ＥＧＲ量の時間推移と、総ＥＧＲ量の時間推移とが示される。

図２に示されるごとく、上記第一の機関過渡運転時においては、制御バルブ８の開度は、外部ＥＧＲ量を増加された制御目標値に迅速に到達させるべく、速やかに大きくされる通常の制御がなされ、外部ＥＧＲ制御の応答性に依存して、外部ＥＧＲ量は徐々に増加して制御目標値に到達する。

一方、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量は、外部ＥＧＲ量が制御目標値に到達するまでの間において、まず、総ＥＧＲ量を目標所定値に迅速に到達させるべく、第一の補正制御がなされる。この第一の補正制御においては、内部ＥＧＲ量を減少された制御目標値に到達させるように吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を減少させるような制御がなされるのではなく、総ＥＧＲ量を目標所定値に迅速に到達させるように、外部ＥＧＲ量の応答状態に応じて吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を速やかに増加させる制御がなされる。

本実施形態においては、総ＥＧＲ量が目標所定値に到達したか否かの判断は、ＥＣＵ１８により内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量のそれぞれが推定されることでなされる。具体的には、内部ＥＧＲ量は、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量、機関回転数および吸気圧力等をパラメータとして内部ＥＧＲ量を算出することができるマップであって、内部ＥＧＲ量をパラメータとして外部ＥＧＲがない場合の吸気バルブ３を介して気筒内に吸入される総ガス量を算出できるマップにより算出される。該マップは、評価試験や解析評価等のデータに基づいて作成され、ＥＣＵ１８のメモリーなどに記憶される。外部ＥＧＲ量は、ＥＵＣ１８により、上記マップにより算出された上記総ガス量から、エアフローメータ１１により検出された実際の新気の吸気量を減算することで算出される。そして、ＥＣＵ１８により、算出された内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量とを合計することで総ＥＧＲ量が算出され、総ＥＧＲ量が目標所定値に到達したか否かの判断がなされる。尚、外部ＥＧＲ量の推定においては、吸気バルブ３を介して気筒内に吸入されるガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサー１４からの検出情報に基づいて算出されてもよい。

そして、この第一の補正制御により総ＥＧＲ量が目標所定値に到達されたとＥＣＵ１８より判断されると、その後においては、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量は、総ＥＧＲ量を目標所定値に維持させるような第二の補正制御がなされる。この第二の補正制御においては、総ＥＧＲ量を目標所定値に維持させつつ、内部ＥＧＲ量を減少された制御目標値に到達させるように、外部ＥＧＲ量の応答状態に応じて、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を徐々に減少させる制御がなされる。

外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合であって、上記第一の機関過渡運転時において、内部ＥＧＲ量を減少された制御目標値に迅速に到達させるべく、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を速やかに小さくする通常の制御がなされる従来技術のＥＧＲ制御が実施された場合には、機関過渡運転開始当初は、外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れているために総ＥＧＲ量は減少し、その後、増加された目標所定値に向かい徐々に増加して制御目標値に到達することになり、機関過渡運転時において総ＥＧＲ量は制御所定値に迅速に到達することはなく且つ維持されることがないため、排気エミッションの悪化やトルク変動といった問題が生じる。

しかしながら、本発明のＥＧＲ装置においては、第一の機関過渡運転時に上記のような第一の補正制御および第二の補正制御が実行されることにより、外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御とにおける応答性の相違に起因してもたらされる機関過渡運転時における総ＥＧＲ量制御の応答性を改善し且つ総ＥＧＲ量を安定して目標所定値に維持することができ、機関過渡運転時における排気エミッションの悪化やトルク変動を抑制することが可能となる。

図３は、図１に示された本発明に係る一実施形態のＥＧＲ装置が適用された内燃機関において、機関過渡運転時に実行される内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御の第二の実施例を示すタイムチャート図である。

図３に示す第二の実施例は、外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合であって、内燃機関の運転状態の移行に伴い、内部ＥＧＲ量の制御目標値が減少され、外部ＥＧＲ量の制御目標値が増加され、且つ、総ＥＧＲ量の目標所定値が減少されるようなＥＧＲ制御が実行される第二の機関過渡運転時におけるＥＧＲ制御の一実施例である。

図３のタイムチャートには、図２のタイムチャートを同様に、上記第二の機関過渡運転時における、外部ＥＧＲ量を調整する制御バルブ８の開度状態の時間推移および外部ＥＧＲ量の時間推移と、内部ＥＧＲ量を調整する吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量の時間推移および内部ＥＧＲ量の時間推移と、総ＥＧＲ量の時間推移とが示される。

図３に示されるごとく、上記第二の機関過渡運転時においては、制御バルブ８の開度は、外部ＥＧＲ量を増加された制御目標値に迅速に到達させるべく、速やかに大きくされる通常の制御がなされ、外部ＥＧＲ制御の応答性に依存して、外部ＥＧＲ量は徐々に増加して制御目標値に到達する。

一方、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量は、外部ＥＧＲ量が制御目標値に到達するまでの間において、まず、総ＥＧＲ量を目標所定値に迅速に到達させるべく、第一の補正制御がなされる。この第一の補正制御においては、内部ＥＧＲ量を減少された制御目標値に到達させるように吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を減少させるような制御がなされるのではなく、総ＥＧＲ量を目標所定値に迅速に到達させるように、外部ＥＧＲ量の応答状態に応じて吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を速やかに減少させる制御がなされる。

そして、この第一の補正制御により総ＥＧＲ量が目標所定値に到達されると、その後においては、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量は、総ＥＧＲ量を目標所定値に維持させるような第二の補正制御がなされる。この第二の補正制御においては、総ＥＧＲ量を目標所定値に維持させつつ、内部ＥＧＲ量を減少された制御目標値に到達させるように、外部ＥＧＲ量の応答状態に応じて、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を徐々に減少させる制御がなされる。

外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合であって、上記第二の機関過渡運転時において、内部ＥＧＲ量を減少された制御目標値に迅速に到達させるべく、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を速やかに小さくする通常の制御がなされる従来技術のＥＧＲ制御が実施された場合には、機関過渡運転開始当初は、外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れているために総ＥＧＲ量は過剰に減少し、その後、減少された目標所定値に向かい徐々に増加して制御目標値に到達することになり、機関過渡運転時において総ＥＧＲ量は制御所定値に迅速に到達することはなく且つ維持されることがないため、排気エミッションの悪化やトルク変動といった問題が生じる。

しかしながら、本発明のＥＧＲ装置においては、第二の機関過渡運転時に上記のような第一の補正制御および第二の補正制御が実行されることにより、外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御とにおける応答性の相違に起因してもたらされる機関過渡運転時における総ＥＧＲ量制御の応答性を改善し且つ総ＥＧＲ量を安定して目標所定値に維持することができ、機関過渡運転時における排気エミッションの悪化やトルク変動を抑制することが可能となる。

図４は、図１に示された本発明に係る一実施形態のＥＧＲ装置が適用された内燃機関において、機関過渡運転時に実行される内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御の第三の実施例を示すタイムチャート図である。

図４に示す第三の実施例は、外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合であって、内燃機関の運転状態の移行に伴い、内部ＥＧＲ量の制御目標値が増加され、外部ＥＧＲ量の制御目標値が減少され、且つ、総ＥＧＲ量の目標所定値が増加されるようなＥＧＲ制御が実行される第三の機関過渡運転時におけるＥＧＲ制御の一実施例である。

図４のタイムチャートには、図２のタイムチャートを同様に、上記第三の機関過渡運転時における、外部ＥＧＲ量を調整する制御バルブ８の開度状態の時間推移および外部ＥＧＲ量の時間推移と、内部ＥＧＲ量を調整する吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量の時間推移および内部ＥＧＲ量の時間推移と、総ＥＧＲ量の時間推移とが示される。

図４に示されるごとく、上記第三の機関過渡運転時においては、制御バルブ８の開度は、外部ＥＧＲ量を減少された制御目標値に迅速に到達させるべく、速やかに小さくされる通常の制御がなされ、外部ＥＧＲ制御の応答性に依存して、外部ＥＧＲ量は徐々に減少して制御目標値に到達する。

一方、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量は、外部ＥＧＲ量が制御目標値に到達するまでの間において、まず、総ＥＧＲ量を目標所定値に迅速に到達させるべく、第一の補正制御がなされる。この第一の補正制御においては、内部ＥＧＲ量を増加された制御目標値に到達させるように吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を増加させるような制御がなされるのではなく、総ＥＧＲ量を目標所定値に迅速に到達させるように、外部ＥＧＲ量の応答状態に応じて吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を速やかに増加させる制御がなされる。

そして、この第一の補正制御により総ＥＧＲ量が目標所定値に到達されると、その後においては、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量は、総ＥＧＲ量を目標所定値に維持させるような第二の補正制御がなされる。この第二の補正制御においては、総ＥＧＲ量を目標所定値に維持させつつ、内部ＥＧＲ量を増加された制御目標値に到達させるように、外部ＥＧＲ量の応答状態に応じて、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を徐々に増加させる制御がなされる。

外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合であって、上記第三の機関過渡運転時において、内部ＥＧＲ量を増加された制御目標値に迅速に到達させるべく、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を速やかに大きくする通常の制御がなされる従来技術のＥＧＲ制御が実施された場合には、機関過渡運転開始当初は、外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れているために総ＥＧＲ量は過剰に増加し、その後、増加された目標所定値に向かい徐々に減少して制御目標値に到達することになり、機関過渡運転時において総ＥＧＲ量は制御所定値に迅速に到達することはなく且つ維持されることがないため、排気エミッションの悪化やトルク変動といった問題が生じる。

しかしながら、本発明のＥＧＲ装置においては、第三の機関過渡運転時に上記のような第一の補正制御および第二の補正制御が実行されることにより、外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御とにおける応答性の相違に起因してもたらされる機関過渡運転時における総ＥＧＲ量制御の応答性を改善し且つ総ＥＧＲ量を安定して目標所定値に維持することができ、機関過渡運転時における排気エミッションの悪化やトルク変動を抑制することが可能となる。

図５は、図１に示された本発明に係る一実施形態のＥＧＲ装置が適用された内燃機関において、機関過渡運転時に実行される内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御の第四の実施例を示すタイムチャート図である。

図５に示す第四の実施例は、外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合であって、内燃機関の運転状態の移行に伴い、内部ＥＧＲ量の制御目標値が増加され、外部ＥＧＲ量の制御目標値が減少され、且つ、総ＥＧＲ量の目標所定値が減少されるようなＥＧＲ制御が実行される第四の機関過渡運転時におけるＥＧＲ制御の一実施例である。

図５のタイムチャートには、図２のタイムチャートを同様に、上記第四の機関過渡運転時における、外部ＥＧＲ量を調整する制御バルブ８の開度状態の時間推移および外部ＥＧＲ量の時間推移と、内部ＥＧＲ量を調整する吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量の時間推移および内部ＥＧＲ量の時間推移と、総ＥＧＲ量の時間推移とが示される。

図５に示されるごとく、上記第四の機関過渡運転時においては、制御バルブ８の開度は、外部ＥＧＲ量を減少された制御目標値に迅速に到達させるべく、速やかに小さくされる通常の制御がなされ、外部ＥＧＲ制御の応答性に依存して、外部ＥＧＲ量は徐々に減少して制御目標値に到達する。

一方、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量は、外部ＥＧＲ量が制御目標値に到達するまでの間において、まず、総ＥＧＲ量を目標所定値に迅速に到達させるべく、第一の補正制御がなされる。この第一の補正制御においては、内部ＥＧＲ量を増加された制御目標値に到達させるように吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を増加させるような制御がなされるのではなく、総ＥＧＲ量を目標所定値に迅速に到達させるように、外部ＥＧＲ量の応答状態に応じて吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を速やかに減少させる制御がなされる。

外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合であって、上記第四の機関過渡運転時において、内部ＥＧＲ量を増加された制御目標値に迅速に到達させるべく、吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量を速やかに大きくする通常の制御がなされる従来技術のＥＧＲ制御が実施された場合には、機関過渡運転開始当初は、外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れているために総ＥＧＲ量は増加し、その後、減少された目標所定値に向かい徐々に減少して制御目標値に到達することになり、機関過渡運転時において総ＥＧＲ量は制御所定値に迅速に到達することはなく且つ維持されることがないため、排気エミッションの悪化やトルク変動といった問題が生じる。

しかしながら、本発明のＥＧＲ装置においては、第四の機関過渡運転時に上記のような第一の補正制御および第二の補正制御が実行されることにより、外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御とにおける応答性の相違に起因してもたらされる機関過渡運転時における総ＥＧＲ量制御の応答性を改善し且つ総ＥＧＲ量を安定して目標所定値に維持することができ、機関過渡運転時における排気エミッションの悪化やトルク変動を抑制することが可能となる。

以上、図２から図５を参照して、外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合における、機関過渡運転時に実行される最適な内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御の四つの実施例を示してきたが、本発明の内燃機関のＥＧＲ装置においては、内部ＥＧＲ制御の応答性よりも外部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合にも適用可能である。内部ＥＧＲ制御の応答性よりも外部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合における機関過渡運転時に実行される最適な内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御は、図２から図５のタイムチャートの中で示された制御バルブ８の開度状態の時間推移および外部ＥＧＲ量の時間推移が吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量の時間推移および内部ＥＧＲ量の時間推移に対応するように、また、図２から図５のタイムチャートの中で示された吸気バルブ３と排気バルブ４とのバルブオーバーラップ量の時間推移および内部ＥＧＲ量の時間推移が制御バルブ８の開度状態の時間推移および外部ＥＧＲ量の時間推移に対応するように制御される。これにより、図２から図５に示された外部ＥＧＲ制御の応答性よりも内部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合における実施例の作用効果と同様に、内部ＥＧＲ制御の応答性よりも外部ＥＧＲ制御の応答性が優れている場合においても、外部ＥＧＲ制御と内部ＥＧＲ制御とにおける応答性の相違に起因してもたらされる機関過渡運転時における総ＥＧＲ量制御の応答性を改善し且つ総ＥＧＲ量を安定して目標所定値に維持することができ、機関過渡運転時における排気エミッションの悪化やトルク変動を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態のＥＧＲ装置を適用した内燃機関の全体構成を示す概略構成図である。図１に示された本発明に係る一実施形態のＥＧＲ装置が適用された内燃機関において、機関過渡運転時に実行される内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御の第一の実施例を示すタイムチャート図である。図１に示された本発明に係る一実施形態のＥＧＲ装置が適用された内燃機関において、機関過渡運転時に実行される内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御の第二の実施例を示すタイムチャート図である。図１に示された本発明に係る一実施形態のＥＧＲ装置が適用された内燃機関において、機関過渡運転時に実行される内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御の第三の実施例を示すタイムチャート図である。図１に示された本発明に係る一実施形態のＥＧＲ装置が適用された内燃機関において、機関過渡運転時に実行される内部ＥＧＲ制御および外部ＥＧＲ制御の第四の実施例を示すタイムチャート図である。

符号の説明

１内燃機関本体
２気筒
３吸気バルブ
４排気バルブ
５排気系
６排気浄化装置
７排気再循環通路
８制御バルブ
９排気冷却装置
１０吸気系
１１エアフローメータ
１２スロットルバルブ
１３吸気圧センサー
１４酸素濃度センサー
１５機関回転数検出手段
１６可変バルブタイミング機構
１７バルブオーバーラップ量検出手段
１８ＥＣＵ

Claims

吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を制御することにより、気筒内に残留する排気ガス量を制御する内部ＥＧＲ制御を実行する内部ＥＧＲ手段と、
内燃機関の排気系と吸気系とを流体連通する排気再循環通路を流れる排気ガスの流量を制御することにより、前記排気再循環通路を介して前記気筒内に再循環される排気ガス量を制御する外部ＥＧＲ制御を実行する外部ＥＧＲ手段とを具備し、
前記外部ＥＧＲ手段と前記内部ＥＧＲ手段とによりもたらされる総排気ガス還流量が所定値に制御されるように、前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御とが独立して制御される内燃機関の排気ガス還流装置において、
内燃機関の運転状態の移行に伴い、前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御の各々の制御目標値が設定変更されてから、前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御とが各々の制御目標値を達成するまでの機関過渡運転時に、
前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御との比較において応答性の悪い方のＥＧＲ制御においては、前記応答性の悪い方のＥＧＲ制御に対して変更設定された制御目標値を速やかに達成するように制御する通常制御がなされ、
前記外部ＥＧＲ制御と前記内部ＥＧＲ制御との比較において応答性の良い方のＥＧＲ制御においては、総排気ガス還流量を所定値に迅速に到達させ維持するように、前記応答性の悪い方のＥＧＲ制御の応答状態に応じて最適化された補正制御がなされ、
前記補正制御においては、総排気ガス還流量が所定値に到達するまでは、総排気ガス還流量を所定値に迅速に到達させる第一の補正制御がなされ、総排気ガス還流量が所定値に到達した後は、総排気ガス還流量を所定値に維持する第二の補正制御がなされる、
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。