JP4635986B2 - 内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気の一部を吸気系に再循環させる内燃機関の排気再循環装置に関する。

内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」ともいう）の量を低減する技術として、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」ともいう）装置が知られている。

また、より広い運転領域でＥＧＲを実施可能にする技術として、ターボチャージャのタービン上流の排気をコンプレッサ下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、タービン下流の排気をコンプレッサ上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ手段とを併設し、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段を切換えまたは併用して、ＥＧＲを行う技術が知られている。

このような技術を採用した排気再循環装置としては、低中速・低中負荷域では高圧ＥＧＲ手段を主にまた低圧ＥＧＲ手段を補助的に用いてＥＧＲと予混合燃焼を行い、低中速・高負荷域では低圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲと通常燃焼を行い、機関高速・低〜高負荷域では高圧ＥＧＲ手段を用いてＥＧＲと通常燃焼を行う排気再循環装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

一方、上記のような排気再循環装置においては、排気に含まれるカーボン等の未燃物がＥＧＲ弁やＥＧＲ通路内に付着し易く、使用期間が長くなるにつれて未燃物の付着量が多くなり、ＥＧＲにおける排気流通面積が使用初期と比較して徐々に変化する場合がある。

これに対し、内燃機関のフューエルカット中に排気再循環装置を駆動し、その際の吸気圧が理論上の吸気圧に近づくように前記排気再循環機構の駆動量を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。また、ＥＧＲが遮断されている状態における吸入空気量を更新記憶し、ＥＧＲが行なわれている状態において実際に検出された吸入空気量と、前記記憶されている吸入空気量とに基づいて排気還流率を検知し、これを所期の排気還流率となるように排気還流の制御量を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。

これらのＥＧＲの補正技術は、上述したような、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段を切換えまたは併用する排気再循環装置にそのまま適用することは困難であった。具体的には、例えば上記の低圧ＥＧＲ手段の場合、ＥＧＲ取り出し口よりも下流側の排気通路に排気絞り弁などの排気圧力を可変とする装置が設けられていることがあるが、この排気圧力の相違によってＥＧＲの量が変化してしまうことなどが充分に考慮されていなかった。
特開２００４−１５０３１９号公報 特開２００４−１０８３２９号公報 特開平７−２９３３４７号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段とを併用してＥＧＲを行う内燃機関の排気再循環装置を対象としている。そして、その目的
は、排気再循環装置における吸気通路、排気通路及び各ＥＧＲ通路などの通路や該通路に設けられた流量制御弁に、カーボンの堆積などに起因する状態変化があった場合にも、これらの影響を適宜補正することを可能とし、ＥＧＲの量を適正値に維持できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の２系統のＥＧＲ手段を備えた内燃機関の排気再循環装置において、低圧ＥＧＲ弁、スロットル弁及び排気絞り弁を所定の開度とした複数の状態において吸入空気量を検出し、各状態における吸入空気量に基づいて特に前記低圧ＥＧＲ手段に関連する状態の変化を検出し、低圧ＥＧＲ弁、スロットル弁及び排気絞り弁のうち少なくとも１つにおけるＥＧＲ実行中の開度を補正することで前記低圧ＥＧＲ手段の状態を最適化することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有する過給機と、
前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路及び該低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有するとともに、前記タービンより下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、
前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路及び該高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する高圧ＥＧＲ弁を有するとともに、前記タービンより上流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、
前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より上流に設けられ、該吸気通路を通過する吸気の量を検出するエアフローメータと、
前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より上流に設けられ、該吸気通路を通過する吸気の量を制御するスロットル弁と、
前記排気通路における前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より下流に設けられ、該排気通路を通過する排気の量を制御する排気絞り弁と、
を備えた内燃機関の排気再循環装置であって、
前記低圧ＥＧＲ弁の開度を所定の異常検出開度とするとともに前記スロットル弁及び前記排気絞り弁を全開とした第１状態と、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を前記異常検出開度とするとともに前記排気絞り弁を所定の第１開度まで閉弁し前記スロットル弁を全開とした第２状態と、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を前記異常検出開度とするとともに前記排気絞り弁を所定の第１開度まで閉弁し前記スロットル弁を所定の第２開度まで閉弁した第３状態と、を切換える異常検出時弁制御手段と、
前記第１、第２及び第３状態の各状態において前記エアフローメータによって検出された吸入空気量に基づいて、前記タービンより下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる際の前記低圧ＥＧＲ弁、前記スロットル弁及び前記排気絞り弁の目標開度を補正する開度補正手段と、
を備えることを特徴とする。

ここで、前述のように、高圧ＥＧＲ手段のみを備えた内燃機関の排気再循環装置に関しては、ＥＧＲが遮断されている状態における吸入空気量に基づいて排気還流の制御量を補正する技術などがある。しかし、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の２系統のＥＧＲ手段を備えた内燃機関の排気再循環装置においては、特に低圧ＥＧＲ手段によるＥＧＲの量は、低圧ＥＧＲ通路、吸気通路及び排気通路の他、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁及びスロットル弁の状態の影響を大きく受ける。従って、従来から高圧ＥＧＲ手段に対して用いられた補正技術をそのまま適用することは困難である。

これに対し、本発明においては、低圧ＥＧＲ弁のみならず、排気絞り弁及びスロットル弁の開度を変化させて低圧ＥＧＲ手段の第１状態〜第３状態を作り出し、各状態における吸入空気量を検出することによって低圧ＥＧＲ手段の状態の変化を検出することとした。そして、前記第１状態〜第３状態における吸入空気量に基づいて、ＥＧＲ実施時における低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁及びスロットル弁のうち少なくとも１つの目標開度を補正し、低圧ＥＧＲ手段によるＥＧＲの量を最適に維持できるようにした。

そうすれば、低圧ＥＧＲ通路、吸気通路及び排気通路や、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁及びスロットル弁など、低圧ＥＧＲ手段の状態に大きな影響を及ぼす部分にカーボンが堆積するなどの経時変化が生じた場合にも、そのことによる状態の変化を相殺することができ、低圧ＥＧＲ手段によるＥＧＲの量を最適に維持できる。

また、本発明においては、前記異常検出開度を低圧ＥＧＲ弁の全開状態における開度としてもよい。換言すると、前記第１状態〜第３状態においては低圧ＥＧＲ弁を全開状態とすることとしてもよい。そうすれば、低圧ＥＧＲ通路を通過可能なＥＧＲガスの量を最大に固定し、低圧ＥＧＲ弁の開度による影響を除去することができる。従って、第１状態〜第３状態において吸入空気量を検出することにより、吸気通路及び排気通路と、排気絞り弁及びスロットル弁の状態の変化をより確実に検出することができる。

また、本発明においては、前記異常検出開度を、前記低圧ＥＧＲ弁の全開状態と全閉状態との間の状態における中間開度としてもよい。換言すると、前記第１状態〜第３状態において低圧ＥＧＲ弁を全開状態と全閉状態との間の状態としてもよい。

そうすれば、低圧ＥＧＲ通路を通過可能なＥＧＲガスの量を抑えることができる。その結果、低圧ＥＧＲ通路、吸気通路及び排気通路や、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁及びスロットル弁に状態の変化が生じた場合に、そのことによるＥＧＲガスの量の変化の、ＥＧＲガスの量全体に対する影響を相対的に増加させることができる。従って、低圧ＥＧＲ通路、吸気通路及び排気通路や、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁及びスロットル弁の状態の変化をより確実に検出することができる。

また、本発明においては、異常検出時弁制御手段は、前記異常検出開度を全開状態における開度とした場合と、前記異常検出開度を全開状態と全閉状態との間の状態における中間開度とした場合と、の２つの場合において、前記第１、第２及び第３状態の切り換えを行うようにしてもよい。そして、開度補正手段は、前記異常検出開度を全開状態における開度とした場合の第１、第２及び第３状態においてエアフローメータによって検出された吸入空気量と、前記異常検出開度を全開状態と全閉状態との間の状態における中間開度とした場合の第１、第２及び第３状態においてエアフローメータによって検出された吸入空気量とに基づいて、低圧ＥＧＲの実行時における低圧ＥＧＲ弁、スロットル弁及び排気絞り弁のうち少なくとも１つの目標開度を補正するようにしてもよい。

すなわち、第１状態〜第３状態における低圧ＥＧＲ弁の状態を全開状態として、吸入空気量を検出し、さらに、第１状態〜第３状態における低圧ＥＧＲ弁の状態を全開状態と全閉状態の中間の状態として、吸入空気量を検出する。そして、この６通りの状態における吸入空気量の値に基づいて、低圧ＥＧＲ弁、スロットル弁及び排気絞り弁のうち少なくとも１つの低圧ＥＧＲ実施時における目標開度を補正する。

そうすれば、低圧ＥＧＲ通路、吸気通路及び排気通路や、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁及びスロットル弁など、低圧ＥＧＲ手段の状態に大きな影響を及ぼす全ての要素の状態の変化をより高い検出力によって検出することができる。これにより、より確実に低圧ＥＧＲ手段によるＥＧＲの量を最適に維持することができる。

また、本発明においては、開度補正手段は、第１、第２及び第３状態における吸入空気量の基準値を記憶しており、前記各状態においてエアフローメータによって検出される吸入空気量を前記基準値に近づけるべく、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁及びスロットル弁のうち少なくとも１つの低圧ＥＧＲ実施時における目標開度を補正するようにしてもよい。

すなわち、開度補正手段は第１状態〜第３状態の各状態における理想的な吸入空気量の値である基準値を記憶しており、前記各状態における吸入空気量が前記基準値となるように、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁及びスロットル弁のうち少なくとも１つの低圧ＥＧＲ実施時における目標開度を補正する。

そうすれば、さらに確実に低圧ＥＧＲ手段によるＥＧＲの量を理想的な値に維持することができる。

また、本発明においては、第１、第２及び第３状態においては、高圧ＥＧＲ弁は全閉状態とされるようにしてもよい。

そうすれば、高圧ＥＧＲ手段による低圧ＥＧＲ手段の作動への影響を無視することができる。これにより、低圧ＥＧＲ通路、吸気通路及び排気通路と、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁及びスロットル弁など、低圧ＥＧＲ手段の状態に大きな影響を及ぼす全ての要素の状態の変化をより精度良く検出することができる。

また、本発明においては、開度補正手段は、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁、スロットル弁のうち少なくとも１つの目標開度を補正する場合に、優先順位を低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁、スロットル弁の順番としてもよい。

すなわち、上述の各弁の開度を補正する際に、内燃機関の運転状態への直接的な影響が少ないのは低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁、スロットル弁の順番となる。従って、ＥＧＲ実施時における目標開度を補正する際の優先順位をこの順番とすることで、内燃機関の運転状態への直接的な影響を抑えつつ、低圧ＥＧＲの量を理想的な値に維持することができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段とを併用してＥＧＲを行う内燃機関の排気再循環装置において、吸気通路、排気通路及び各ＥＧＲ通路などの通路や該通路に設けられた流量制御弁に、カーボンが堆積するなどの状態変化があった場合にも、これに起因する影響を適宜補正してＥＧＲの量を適正値に維持することができる。

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。

図１は本発明を適用する内燃機関及び吸排気系、制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼル機関である。

内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気管
９との接続部より上流には、吸気管９を流れるガスを冷却するインタークーラ１３が設けられている。インタークーラ１３より上流には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機１０のコンプレッサ６が設けられている。コンプレッサ６のさらに上流側には上流吸気管９ａが接続されており、この上流吸気管９ａには流路断面積を変更可能なスロットル弁１７が設けられている。スロットル弁１７はＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいて上流吸気管９ａを流れる吸気の流量を調節する。上流吸気管９ａにおけるスロットル弁１７のさらに上流側には、上流吸気管９ａを通過する吸気の量を検出するエアフローメータ２４と、新気に浮遊するゴミを除去するエアクリーナ２５が備えられている。

一方、内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。排気マニホールド１８には集合管１６を介して遠心過給機１０のタービン７が接続されている。タービン７の排気が流出する開口部には排気管１９が接続されている。排気管１９には排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ２０が設けられている。フィルタ２０の下流側には下流排気管１９ａが接続されており、下流排気管１９ａには流路断面積を変更可能な排気絞り弁１１が設けられている。排気絞り弁１１より下流において下流排気管１９ａは大気に開放されている。排気絞り弁１１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、下流排気管１９ａを流れる排気の流量を調節する事ができる。

下流排気管１９ａの排気絞り弁１１より上流の箇所と、上流吸気管９ａのスロットル弁１７より下流の箇所とは、低圧ＥＧＲ通路２３によって連通されている。低圧ＥＧＲ通路２３には、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気を冷却する低圧ＥＧＲクーラ１４、低圧ＥＧＲ通路２３の流路断面積を変更可能な低圧ＥＧＲ弁５が設けられている。低圧ＥＧＲ弁５は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気の量を調節する事ができる。

一方、排気マニホールド１８と吸気マニホールド８とは高圧ＥＧＲ通路１５によって連通されている。高圧ＥＧＲ通路１５には、高圧ＥＧＲ通路１５の流路断面積を変更可能な高圧ＥＧＲ弁２１が設けられている。高圧ＥＧＲ弁２１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、高圧ＥＧＲ通路１５を流れる排気の量を調節する事ができる。

また、内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御コンピュータであるＥＣＵ２２が併設されている。ＥＣＵ２２は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、前記各種センサによって検出される内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射等の既知の制御を行うとともに、高圧ＥＧＲ弁２１、低圧ＥＧＲ弁５、スロットル弁１７、排気絞り弁１１に対して開度指令信号を出力する。

上記の構成において、上流吸気管９ａに導入された空気は、エアクリーナ２５でゴミが除去された後エアフローメータ２４を通過し、コンプレッサ６によって過給されるとともに、吸気管９に流入し、インタークーラ１３、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の各気筒２に導入される。

各気筒２から排出された排気は排気マニホールド１８、集合管１６を経由し、タービン７を駆動する。その後排気管１９を通過し、フィルタ２０において排気中の微粒子物質が捕集され、下流排気管１９ａを通過して最終的に大気中に排出される。

ここで、低圧ＥＧＲ弁５が開弁されると、低圧ＥＧＲ通路２３が導通状態となり、下流排気管１９ａを通過する排気の一部が低圧ＥＧＲ通路２３を経由して上流吸気管９ａに流入する。上流吸気管９ａに流入した低圧ＥＧＲガスはコンプレッサ６によって過給され、吸気管９及び吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の気筒２に導入される（低圧ＥＧＲ通路２３を経由して行われるＥＧＲを、以下、「低圧ＥＧＲ」という。また、低圧ＥＧＲ通路２３を経由して再循環されるガスの量を「低圧ＥＧＲ量」という。）。

高圧ＥＧＲ弁２１が開弁されると、高圧ＥＧＲ通路１５が導通状態となり、排気マニホールド１８を流れる排気の一部が高圧ＥＧＲ通路１５を経由して吸気マニホールド８に流入し、内燃機関１の気筒２に再循環する。（高圧ＥＧＲ通路１５を経由して行われるＥＧＲを、以下、「高圧ＥＧＲ」という。また、高圧ＥＧＲ通路２３を経由して再循環されるガスの量を「高圧ＥＧＲ量」という。）。

上記の低圧ＥＧＲおよび／または高圧ＥＧＲによって排気の一部を内燃機関１の気筒２に再循環させることによって、燃焼室内における燃焼温度が低下し、燃焼過程で発生するＮＯｘの量を低下させることができる。

なお、本実施例において、低圧ＥＧＲ手段は、低圧ＥＧＲ通路２３、低圧ＥＧＲ弁５及び低圧ＥＧＲクーラ１４を含んで構成される。また、高圧ＥＧＲ手段は、高圧ＥＧＲ通路１５、高圧ＥＧＲ弁２１を含んで構成される。

ここで、本実施例における内燃機関１においては、排出されるＮＯｘの抑制と白煙の発生の抑制を目的として、予混合燃焼が行われる。この予混合燃焼は、燃料を気筒内に圧縮行程上死点より早い時期に噴射することで、燃焼室内により均一な予混合気を形成させるものである。内燃機関１において、この予混合燃焼を実施するためには、過早着火を抑制し着火時期を適正に制御する観点から高圧ＥＧＲ量及び低圧ＥＧＲ量を精密に制御する必要がある。

ここで、高圧ＥＧＲ弁２１及び低圧ＥＧＲ弁５に代表されるような、高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲのために用いられる部材にはもともと機差（バラツキ）がある。また、それらの状態が経時的に変化する場合もある。これらの理由によって、高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲの制御に係る指令の基礎となる弁開度マップが同じでも、高圧ＥＧＲ量及び低圧ＥＧＲ量は変化してしまう場合がある。そうすると、上述のように予混合燃焼においては多量のＥＧＲガスを必要とするために、燃焼状態の制御が著しく困難となるおそれがある。

具体的には、上記の内燃機関１の長期使用に伴って、高圧ＥＧＲ弁２１、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１及びスロットル弁１７の弁体にカーボンなどが堆積するなどの理由により、実際の弁開度が制御信号における指令開度からずれる場合があった。また、高圧ＥＧＲ通路１５、低圧ＥＧＲ通路２３、上流吸気管９ａ及び下流排気管１９ａなどに、カーボンの堆積による詰まりが発生する場合があった。そのような場合に、それが原因となって、高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量が目標値から変化してしまう場合があった。

これに対し、高圧ＥＧＲ通路１５、高圧ＥＧＲ弁２１など高圧ＥＧＲ量の制御に用いられる部材（以下、これらをまとめて「高圧ＥＧＲ構成部材」という。）及び、低圧ＥＧＲ通路２３、上流吸気管９ａ、下流排気管１９ａ、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７など低圧ＥＧＲ量の制御に用いられる部材（以下、これらをまとめて「低圧ＥＧＲ構成部材」という）にカーボンが堆積するなどの状態の変化が生じた場合にも、高圧ＥＧＲ量及び低圧ＥＧＲ量が変化しないように、状態の変化に応じて低圧ＥＧＲ弁５、高圧ＥＧＲ弁２１、スロットル弁１７、排気絞り弁１１などの弁開度を補正する必要がある。

このうち、高圧ＥＧＲ装置については、例えば、内燃機関のフューエルカット中に高圧ＥＧＲを遮断し、高圧ＥＧＲが遮断されている状態における吸入空気量を更新記憶し、高圧ＥＧＲが行なわれている状態において実際に検出された吸入空気量と、前記記憶されている吸入空気量とに基づいて排気還流率を検知し、これを所期の排気還流率となるように排気還流の制御量を補正するような技術が既に提案されている。

本実施例においては、高圧ＥＧＲ量を適正に維持するために、内燃機関１のフューエルカット中に高圧ＥＧＲ弁２１及びスロットル弁１７を全閉とし、この状態における吸入空気量を更新記憶する。そして、高圧ＥＧＲが行なわれている状態で実際に検出された吸入空気量と、前記記憶されている吸入空気量とに基づいて排気還流率を検知し、これを所期の排気還流率となるように高圧ＥＧＲ弁２１の高圧ＥＧＲ実行時における目標開度を補正するようにする。そして、上記で吸入空気量を検出する際には、低圧ＥＧＲ弁５は全閉、排気絞り弁１１は全開の状態とする。この高圧ＥＧＲ弁２１の開度の補正については、上述した従来技術と略同様なので詳細な説明は省略する。

一方、本実施例における低圧ＥＧＲについては、低圧ＥＧＲ弁５、低圧ＥＧＲ通路２３の他、上流吸気管９ａ及び下流排気管１９ａ、排気絞り弁１１及びスロットル弁１７など、低圧ＥＧＲ量に影響を及ぼす要素が多いので、高圧ＥＧＲと同様の方法では低圧ＥＧＲ量を適正に維持することが困難な場合がある。以下、本実施例における、低圧ＥＧＲ量を適正に維持するための制御について説明する。

具体的には、図２に示すテーブルのように低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の開度を変化させて低圧ＥＧＲ構成部材の状態を第１状態から第３状態へと変化させ、第１状態から第３状態の各状態においてエアフローメータ２４の出力信号から吸入空気量を検出することとした。そして、第１状態から第３状態の各状態において検出された実際の吸入空気量と、予め求められた、第１状態から第３状態の各状態における理想的な基準吸入空気量との関係に基づいて、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の低圧ＥＧＲ実施時における弁開度の補正量を導出することとした。

図２に示すように、第１状態から第３状態までの全ての状態において、低圧ＥＧＲ弁５は全開状態とする。そして、第１状態においては、排気絞り弁１１及びスロットル弁も全開状態とする。また、第２状態においては、排気絞り弁１１は第１開度まで閉弁され、スロットル弁１７は全開状態が維持される。また、第３状態においては、排気絞り弁１１は第１開度まで閉弁され、スロットル弁１７は第２開度まで閉弁される。なお、図２には示されていないが、第１状態から第３状態までの全ての状態において、高圧ＥＧＲ弁２１は全閉状態となっている。また、第１状態から第３状態の全ての状態において内燃機関１はフューエルカット状態またはアイドル状態となっている。

ここで、排気絞り弁１１における第１開度は、全開状態と全閉状態の間の状態における開度であって、排気絞り弁１１を第１開度とすることで、排気絞り弁１１または下流排気管１９ａに状態の変化が生じたことが検出できる開度である。この第１開度は予め実験的に求められる。

同様に、スロットル弁１７における第２開度も、全開状態と全閉状態の間の状態における開度であって、スロットル弁１７を第２開度とすることで、スロットル弁１７または上流吸気管９ａに状態の変化が生じたことが検出できる開度である。この第２開度も予め実験的に求められる。この第２開度の値と上述の第１開度の値は同じであってもよい。

次に、上述の第１状態から第３状態の各状態において検出された実際の吸入空気量から
、低圧ＥＧＲ構成部材の状態の変化をどのように予想できるかについて図３を用いて説明する。

まず、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の全てが全開状態とされた第１状態において吸入空気量を検出することにより、内燃機関１の全体の吸排気系の状態に変化があるかどうかが判る。すなわち、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７を全開とした状態で、低圧ＥＧＲ弁５が閉じ側に変化している場合や低圧ＥＧＲ通路２３に詰まりがある場合には、低圧ＥＧＲ量が減少するので吸入空気量は基準吸入空気量より増加すると考えられる。また、スロットル弁１７または排気絞り弁１１が閉じ側に変化している場合や、上流吸気管９ａまたは下流排気管１９ａ詰まりがある場合には、低圧ＥＧＲ量が増加するので吸入空気量は基準吸入空気量より減少する。

次に、第１状態から、低圧ＥＧＲ弁５が全開状態であり、排気絞り弁１１が第１開度まで閉弁され、スロットル弁が全開状態である第２状態とされる。第１状態から第２状態に移行した際には、排気絞り弁１１による背圧が上昇するために、低圧ＥＧＲ量が増加するので、吸入空気量は第１状態より減少する。しかし、例えば、排気絞り弁１１の弁開度が経時変化によって目標開度から変化しているような場合には、第２状態における第１状態からの吸入空気量の減少度合いが変化する。

具体的には、排気絞り弁１１の開度が理想的な状態に比べて開き側に変化している場合には、第２状態における第１状態からの低圧ＥＧＲ量の増加度合いが少ないので、吸入空気量の減少度合いが基準吸入空気量の減少度合いより小さくなる。一方、排気絞り弁１１の開度が閉じ側に変化している場合には、第２状態における第１状態からの低圧ＥＧＲ量の増加度合いが大きいので、吸入空気量の減少度合いが基準吸入空気量の減少度合いより大きくなる。

次に、第２状態から、低圧ＥＧＲ弁５を全開状態であり、排気絞り弁１１が第１開度まで閉弁され、スロットル弁１７が第２開度まで閉弁された第３状態とされる。この場合は、スロットル弁１７による背圧が上昇してコンプレッサ６による上流側の負圧が増加し、低圧ＥＧＲ量が増加する。従って、吸入空気量は第２状態よりさらに減少する。しかし、例えば、スロットル弁１７の弁開度が経時変化によって目標開度から変化していた場合には、第３状態における第２状態からの吸入空気量の減少の度合いが変化する。

具体的には、スロットル弁１７の開度が理想的な状態に比べて開き側に変化している場合には、第３状態における第２状態からの低圧ＥＧＲ量の増加度合いが少ないので、吸入空気量の減少度合いが基準吸入空気量の減少度合いより小さくなる。一方、スロットル弁１７の開度が閉じ側に変化している場合には、第３状態における第２状態からの低圧ＥＧＲ量の増加度合いが大きいので、吸入空気量の減少度合いが基準吸入空気量の減少度合いより大きくなる。

このように、第１状態から第３状態における吸入空気量の検出結果によって低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７のいずれの状態がどのように変化しているかが予想できる。また、上流吸気管９ａ、下流排気管１９ａ、低圧ＥＧＲ通路２３のいずれかに詰まりがあるかどうかが予想できる。なお、ここで説明した、吸入空気量の検出結果と低圧ＥＧＲ構成部材の状態の変化との関係は１つの例に過ぎず、内燃機関１の吸排気系の構成などにより異なる場合がある。

また、本実施例においては、上記のような予想がされた場合に、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の開度の補正を行い、低圧ＥＧＲ量を修正し、理想的な値に維持することとしている。以下、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７
の開度の補正の手順について簡単に説明する。

低圧ＥＧＲ量を維持するための、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の開度の補正量は、以下のように導出される。すなわち、第１状態における実吸入空気量／基準吸入空気量の値をα、第１状態から第２状態とした際の、実吸入空気量の減少率／基準吸入空気量の減少率をβ、第２状態から第３状態とした際の、実吸入空気量の減少率／基準吸入空気量の減少率をγとした場合に、α、β、γの値と、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の開度の各補正量との関係がマップ化される。そして、該マップから、実際に求められたα、β、γの値に応じた低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の開度の補正量が読み出されることで導出される。ここで、上記マップに格納された低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の開度の補正量は、第１状態〜第３状態において検出される実際の吸入空気量を基準吸入空気量に近づけるべく決定されたものである。

なお、本実施例においては、例えばスロットル弁１７または排気絞り弁１１が理想的な状態から変化していると予想された場合であっても低圧ＥＧＲ弁５の開度を優先的に補正することによって対応することとしている。そして、低圧ＥＧＲ弁５の開度のみの補正によっては低圧ＥＧＲ量の維持が不可能な場合に限って、排気絞り弁１１の開度を補助的に補正する。さらに、排気絞り弁１１の開度を補助的に補正しても、低圧ＥＧＲ量の維持が不可能な場合には、さらにスロットル弁１７の開度を補助的に補正することによって低圧ＥＧＲ量を維持させることとしている。

これは、低圧ＥＧＲ弁５の開度を補正すれば、基本的に内燃機関１の運転状態に影響を及ぼさずに、低圧ＥＧＲ量の補正が可能であるのに対し、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の開度を補正する場合は内燃機関１の運転性能に影響が及ぶおそれがあるからである。また、スロットル弁１７より排気絞り弁１１の開度を優先的に補正するのは、特にスロットル弁１７の開度を補正した場合は、内燃機関１の運転状態に影響が及ぶ可能性がより高くなることによる。

ただし、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の開度を補正することの内燃機関１の運転性能への影響が少ない場合には、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７に補正の優先順位をつけず、３種の弁の全ての開度を補正しても構わない。

なお、上記の補正量が格納されたマップはＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されている。また、実際の開度補正制御はＥＣＵ２２からの指令によって実行される。従って、ＥＣＵ２２は開度補正手段に相当する。また、上記実施例における基準吸入空気量は基準値に相当する。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、前述の第１状態、第２状態及び第３状態における低圧ＥＧＲ弁５の状態を全開状態とせず、第３開度まで閉弁した例について説明する。

図４は、本実施例において、低圧ＥＧＲの状態の変化を検出する際の第１状態、第２状態及び第３状態における低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１及びスロットル弁１７の状態について示したテーブルである。

図４に示すように、本実施例においては、第１状態〜第３状態における低圧ＥＧＲ弁５の開度を第３開度とした。これにより、低圧ＥＧＲ量自体を抑えることができ、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７における状態の変化に起因する低圧ＥＧＲ量
の変化の、低圧ＥＧＲ量全体に対する影響度を大きくすることができる。その結果、低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７における状態の変化の検出力をより高めることができる。

ここで低圧ＥＧＲ弁５における第３開度は、全開状態と全閉状態の間の状態における開度であって、低圧ＥＧＲ弁５を第３開度とすることで上述の効果が充分に得られる開度として、予め実験的に求められる。この開度の値は第１開度または第２開度と同じ値でも構わない。

また、図２に示した内容による吸入空気量の検出と、図４に示した内容による吸入空気量の検出との両方を行うようにしてもよい。すなわち、低圧ＥＧＲ弁５を全開状態とした場合と、低圧ＥＧＲ５の開度を第３開度とした場合の両方について、第１状態〜第３状態において吸入空気量の検出を行う。そうすれば、低圧ＥＧＲ弁５を全開状態から第３開度まで閉弁した際の実際の吸入空気量減少率と予め算出された基準吸入空気量の減少率とを比較することによって、低圧ＥＧＲ弁５の状態の変化についてより正確に検出することができる。

なお、上記の実施例で、第１状態〜第３状態における低圧ＥＧＲ弁５の開度（全開状態における開度及び、第３開度）は、異常検出開度に相当する。また、第１状態〜第３状態において低圧ＥＧＲ弁５、排気絞り弁１１、スロットル弁１７の開度を制御するＥＣＵ２２は、異常検出時弁制御手段に相当する。

本発明の実施例における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る第１状態〜第３状態における、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁、スロットル弁の開弁状態を示すテーブルである。 本発明の実施例１に係る吸入空気量の検出結果と、予想される、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁、スロットル弁、低圧ＥＧＲ通路、上流吸気管、下流排気管の状態の変化との関係を示すテーブルである。 本発明の実施例２に係る第１状態〜第３状態における、低圧ＥＧＲ弁、排気絞り弁、スロットル弁の開弁状態を示すテーブルである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
５・・・低圧ＥＧＲ弁
６・・・コンプレッサ
７・・・タービン
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気管
９ａ・・・上流吸気管
１０・・・遠心過給機
１１・・・排気絞り弁
１３・・・インタークーラ
１４・・・ＥＧＲクーラ
１５・・・高圧ＥＧＲ通路
１６・・・集合管
１７・・・スロットル弁
１８・・・排気マニホールド
１９・・・排気管
１９ａ・・・下流排気管
２０・・・フィルタ
２１・・・高圧ＥＧＲ弁
２２・・・ＥＣＵ
２３・・・低圧ＥＧＲ通路
２４・・・エアフローメータ
２５・・・エアクリーナ

Claims (7)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有する過給機と、
   前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路及び該低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ弁を有するとともに、前記タービンより下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、
   前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路及び該高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する高圧ＥＧＲ弁を有するとともに、前記タービンより上流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、
   前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より上流に設けられ、該吸気通路を通過する吸気の量を検出するエアフローメータと、
   前記吸気通路における前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より上流に設けられ、該吸気通路を通過する吸気の量を制御するスロットル弁と、
   前記排気通路における前記低圧ＥＧＲ通路との接続部より下流に設けられ、該排気通路を通過する排気の量を制御する排気絞り弁と、
   を備えた内燃機関の排気再循環装置であって、
   前記低圧ＥＧＲ弁の開度を所定の異常検出開度とするとともに前記スロットル弁及び前記排気絞り弁を全開とした第１状態と、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を前記異常検出開度とするとともに前記排気絞り弁を所定の第１開度まで閉弁し前記スロットル弁を全開とした第２状態と、前記低圧ＥＧＲ弁の開度を前記異常検出開度とするとともに前記排気絞り弁を所定の第１開度まで閉弁し前記スロットル弁を所定の第２開度まで閉弁した第３状態と、を切換える異常検出時弁制御手段と、
   前記第１、第２及び第３状態の各状態において前記エアフローメータによって検出された吸入空気量に基づいて、前記タービンより下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる際の前記低圧ＥＧＲ弁、前記スロットル弁及び前記排気絞り弁のうち少なくとも１つの目標開度を補正する開度補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
2. 前記異常検出開度は、前記低圧ＥＧＲ弁の全開状態における開度であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
3. 前記異常検出開度は、前記低圧ＥＧＲ弁の全開状態と全閉状態との間の状態における中間開度であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
4. 前記異常検出時弁制御手段は、前記異常検出開度を全開状態における開度とした場合と、前記異常検出開度を全開状態と全閉状態との間の状態における中間開度とした場合と、の各場合において、前記第１、第２及び第３状態の切り換えを行い、
   前記開度補正手段は、前記異常検出開度を全開状態における開度とした場合の前記第１、第２及び第３状態において前記エアフローメータによって検出された吸入空気量と、前記異常検出開度を全開状態と全閉状態との間の状態における中間開度とした場合の前記第１、第２及び第３状態において前記エアフローメータによって検出された吸入空気量とに基づいて、前記タービンより下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる際の前記低圧ＥＧＲ弁、前記スロットル弁及び前記排気絞り弁のうち少なくとも１つの目標開度を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
5. 前記開度補正手段は、前記第１、第２及び第３状態における吸入空気量の基準値を記憶
   しており、前記各状態において前記エアフローメータによって検出される吸入空気量を前記基準値に近づけるべく、前記タービンより下流の排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の吸気通路に再循環させる際の前記低圧ＥＧＲ弁、前記スロットル弁及び前記排気絞り弁のうち少なくとも１つの目標開度を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
6. 前記第１、第２及び第３状態において、前記高圧ＥＧＲ弁は全閉状態とされることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の排気再循環装置。
7. 前記開度補正手段は、前記低圧ＥＧＲ弁、前記排気絞り弁、前記スロットル弁のうち少なくとも１つの目標開度を補正する場合に、優先順位を前記低圧ＥＧＲ弁、前記排気絞り弁、前記スロットル弁の順番とすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関の排気再循環装置。
   

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