JP6098595B2

JP6098595B2 - エンジンの排気還流制御装置

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Publication number: JP6098595B2
Application number: JP2014184140A
Authority: JP
Inventors: 洋皆本; 康太朗 ▲高▼橋
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: DE102015011323B4; US10323592B2; US20160069300A1; JP2016056743A; DE102015011323A1

Description

本発明は、エンジンの排気還流制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、エンジンの排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流するために、エンジンの排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を設けることがよく知られている。例えば、特許文献１では、上記ＥＧＲ通路として、排気ターボ過給機のタービンの上流側における排気通路と該排気ターボ過給機のコンプレッサの下流側における吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、上記タービンの下流側における上記排気通路と上記コンプレッサの上流側における上記吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路とが設けられ、上記エンジンのアイドル運転継続時間を計数して、該アイドル運転継続時間が所定時間以上継続する場合に、低圧ＥＧＲ通路による排気ガスの還流量である低圧ＥＧＲ量を減量しかつ高圧ＥＧＲ通路による排気ガスの還流量である高圧ＥＧＲ量を増量することによって、低圧ＥＧＲ通路により還流される低圧ＥＧＲガスの温度低下によるエンジンの燃焼室の温度の低下を抑制するようにしている。

特開２００８−１０６６５８号公報

ところで、小排気量のエンジンでは、発熱量が小さいため、空調装置の暖房用のヒータコアにエンジンの冷却水を供給する構成の場合に、ヒータコアに十分な熱を供給し難く、特にエンジンのアイドル運転時に暖房性能が悪化するという問題がある。

そこで、ＥＧＲ量を増大する、特に上記特許文献１のように高圧ＥＧＲ量を増大することが考えられる。しかし、むやみにＥＧＲ量を増大すると、アイドル運転からのエンジン加速時（特に車両の発進時におけるエンジン加速時）にエミッション性能が悪化するという問題がある。一方、そのエンジン加速時に、エミッション性能が悪化しないように燃料噴射量を抑制しようとすると、エンジン加速性能が悪化してしまう。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アイドル運転からのエンジン加速時にエミッション性能及びエンジン加速性能が悪化するのを抑制しつつ、アイドル運転時の暖房性能を向上させようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンの排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有する排気ターボ過給機と、上記タービンの上流側における上記排気通路と上記コンプレッサの下流側における上記吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、該高圧ＥＧＲ通路による上記エンジンの排気ガスの還流量である高圧ＥＧＲ量を調節するための高圧ＥＧＲ量調節手段と、該高圧ＥＧＲ量調節手段を制御して上記高圧ＥＧＲ量を制御する調節手段制御装置とを備えた、エンジンの排気還流制御装置を対象として、上記エンジンが搭載された車両が、該エンジンの冷却水を利用して該車両の車室内の暖房を行うように構成されており、上記車両の変速機の変速ポジションを検出する変速ポジション検出手段を更に備え、上記調節手段制御装置は、上記エンジンのアイドル運転時において、上記変速ポジション検出手段により検出された変速ポジションが非走行ポジションであるときには、走行ポジションであるときに比べて上記高圧ＥＧＲ量が増大するように上記高圧ＥＧＲ量調節手段を制御するＥＧＲ量増大制御を実行するよう構成されている、という構成とした。

上記の構成により、変速ポジションが走行ポジション（自動変速機のＤレンジ、Ｒレンジ等、手動変速機の１速等のシフトポジション）であるときには、エンジン加速の可能性（車両発進の可能性）が高いので、非走行ポジション（自動変速機のＰレンジ、Ｎレンジ、手動変速機のニュートラルポジション）であるときに比べて高圧ＥＧＲ量を少なくすることで、走行ポジションであるときのアイドル運転からエンジンが加速（車両が発進）したとき、エミッション性能及びエンジン加速性能が悪化するのを抑制することができる。一方、変速ポジションが非走行ポジションであるときのアイドル運転では、エンジン加速の可能性（車両発進の可能性）が低いので、高圧ＥＧＲ量の増大により排気系への放熱量を低減して、エンジンの冷却水の温度を上昇させることができて、暖房性能を向上させることができる。特に、冬場に車両を停車して車室内で乗員が休憩する場合には、通常、変速ポジションを非走行ポジションにするので、長時間の間、アイドル運転であっても、十分な暖房性能を確保することができ、乗員は車室内で快適に過ごすことができる。

上記エンジンの排気還流制御装置において、上記タービンの下流側における上記排気通路と上記コンプレッサの上流側における上記吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、上記低圧ＥＧＲ通路による上記排気ガスの還流量である低圧ＥＧＲ量を調節するための低圧ＥＧＲ量調節手段とを更に備え、上記調節手段制御装置は、上記高圧ＥＧＲ量調節手段の制御に加えて、上記低圧ＥＧＲ量調節手段を制御して上記低圧ＥＧＲ量を制御するものであって、上記エンジンのアイドル運転時において、上記高圧ＥＧＲ通路のみにより上記排気ガスが上記吸気通路に還流するように、上記高圧ＥＧＲ量調節手段及び上記低圧ＥＧＲ量調節手段を制御するよう構成されている、ことが好ましい。

このことで、アイドル運転時において、変速ポジションが走行ポジションであっても、排気系への放熱を出来る限り抑えることができるともに、変速ポジションが非走行ポジションであるときには、暖房性能をより一層向上させることができる。

上記エンジンの排気還流制御装置において、外気温を検出する外気温検出手段を更に備え、上記調節手段制御装置は、上記エンジンのアイドル運転時において、上記外気温検出手段により検出された外気温が所定温度以上であるときには、上記変速ポジション検出手段により検出された変速ポジションが非走行ポジションであっても、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しないように構成されている、ことが好ましい。

このことにより、外気温が所定温度以上であるときには、変速ポジションが非走行ポジションであっても、ＥＧＲ量増大制御を実行しないので、変速ポジションが非走行ポジションから素早く走行ポジションにされてエンジンが加速（発進）したとしても、そのエンジン加速時にエミッション性能及びエンジン加速性能が悪化するのを抑制することができる。一方、外気温が所定温度以上であれば、ＥＧＲ量増大制御を実行しなくても、暖房上の大きな問題は生じない。

上記エンジンの排気還流制御装置において、上記エンジンの冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段を更に備え、上記調節手段制御装置は、上記エンジンのアイドル運転時において、上記エンジン水温検出手段により検出された冷却水の温度が、予め設定された設定温度以下であるときには、上記変速ポジション検出手段により検出された変速ポジションが非走行ポジションであっても、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しないように構成されている、ことが好ましい。

すなわち、エンジン冷間時において、冷却水の温度が設定温度（例えば４０℃乃至５０℃）以下であるという低い状態にあるときに、ＥＧＲ量増大制御を実行すると、エンジンの燃焼安定性が低下するが、このときにＥＧＲ量増大制御を実行しないようにすることで、エンジンの燃焼安定性を維持することができ、冷却水の温度が上記設定温度を超えたときに、ＥＧＲ量増大制御を実行することで、エンジンの燃焼安定性を維持しつつ、十分な暖房性能を確保することができるようになる。

上記エンジンの排気還流制御装置において、上記車両が停車中であるか否かを検出する停車検出手段を更に備え、上記調節手段制御装置は、上記エンジンのアイドル運転時において、上記停車検出手段により上記車両の停車が検出されないときには、上記変速ポジション検出手段により検出された変速ポジションが非走行ポジションであっても、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しないように構成されている、ことが好ましい。

すなわち、車両の走行時において、変速ポジションが非走行ポジション（自動変速機のＮレンジ、手動変速機のニュートラルポジション）になったとしても、直ぐに走行ポジションとなってエンジン加速となる可能性が高いので、ＥＧＲ量増大制御を実行しないようにすることで、そのエンジン加速時にエミッション性能及びエンジン加速性能が悪化するのを抑制することができる。一方、このようにＥＧＲ量増大制御を実行しなくても、車両の走行時に、変速ポジションが非走行ポジションになることは希であり、また、通常、非走行ポジションの継続時間も短いので、暖房上の大きな問題は生じない。

以上説明したように、本発明のエンジンの排気還流制御装置によると、エンジンのアイドル運転時において、変速ポジションが非走行ポジションであるときには、走行ポジションであるときに比べて高圧ＥＧＲ量を増大させるようにしたことにより、変速ポジションが、エンジン加速の可能性（車両発進の可能性）が高い走行ポジションであるときのアイドル運転からエンジンが加速（車両が発進）したときには、そのエンジン加速時にエミッション性能及びエンジン加速性能が悪化するのを抑制することができる一方、変速ポジションが、エンジン加速の可能性（車両発進の可能性）が低い非走行ポジションであるときのアイドル運転では、暖房性能を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る排気還流制御装置により制御されるエンジンの概略構成を示す図である。排気還流制御装置の制御系の構成を示すブロック図である。コントロールユニットによるエンジンの基本制御を示すフローチャートである。エンジン運転領域における「ＨＰ−ＥＧＲ」領域、「ＬＰ−ＥＧＲ」領域、「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域及び「アイドル」領域を概略的に示す図である。コントロールユニットによるアイドル運転時の高圧ＥＧＲ量の制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る排気還流制御装置により制御されるエンジン１の概略構成を示す。このエンジン１は、自動変速機を有する車両に搭載されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の頂面には深皿形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。このピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランク軸１５と連結されている。

シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

また、シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に気筒１１ａ内に吸入されたガスを暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されていて、燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。

上記インジェクタ１８には、燃料供給システム５１を介して燃料が燃料タンク５２から供給されるようになっている。この燃料供給システム５１は、燃料タンク５２内に配設された電動の低圧燃料ポンプ（図示せず）、燃料フィルタ５３、高圧燃料ポンプ５４及びコモンレール５５を有している。高圧燃料ポンプ５４は、上記低圧燃料ポンプ及び燃料フィルタ５３を介して燃料タンク５２より供給されてきた低圧の燃料をコモンレール５５に高圧で圧送し、このコモンレール５５は、その圧送された燃料を、その高圧の圧力でもって蓄える。そして、インジェクタ１８が作動することによって、コモンレール５５に蓄えられている燃料がインジェクタ１８から燃焼室１４ａに噴射される。尚、上記低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ５４、コモンレール５５及びインジェクタ１８のそれぞれで生じた余剰の燃料は、リターン通路５６を介して（低圧燃料ポンプで生じた余剰の燃料は直接）燃料タンク５２に戻される。

高圧燃料ポンプ５４は、エンジン１の回転部材（例えばカムシャフト）によって駆動される。高圧燃料ポンプ５４には、電磁弁で構成された調圧弁が設けられており、この調圧弁によって、高圧燃料ポンプ５４からコモンレール５５に供給する燃料の圧力（コモンレール５５で蓄えられる燃料の圧力）、つまり、インジェクタ１８から噴射される燃料の圧力（燃圧）を調整することができるようになっている。

エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、吸入空気（後述の低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気ガスも含む）の過給を行う排気ターボ過給機６１が配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３４が配設されている。このサージタンク３４よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３４との間には、上流側から順に、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと、吸気シャッター弁３６と、該コンプレッサ６１ａにより圧縮されたガスを冷却するインタークーラ３５とが配設されている。吸気シャッター弁３６は、基本的には全開状態とされるが、後述の高圧ＥＧＲ通路７１による排気ガスの還流量を確保するために、全開よりも小さい開度とされる場合がある。インタークーラ３５は、コンプレッサ６１ａの下流側における吸気通路３０に配設されているとともに、電動ウォータポンプ９１による冷却水（エンジン１の冷却水とは異なる冷却水）の供給により、上記ガスを冷却するように構成されている。

排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、エンジン１の排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。

排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ２及びＨ２Ｏが生成する反応を促すものである。また、フィルタ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。尚、フィルタ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。

排気ターボ過給機６１は、上記の如く吸気通路３０に配設されたコンプレッサ６１ａと、上記の如く排気通路４０に配設されたタービン６１ｂとを有していて、このタービン６１ｂが排気ガス流により回転し、このタービン６１ｂの回転により、該タービン６１ｂと連結された上記コンプレッサ６１ａが作動する。排気通路４０におけるタービン６１ｂの上流側近傍には、ＶＧＴ絞り弁６２が設けられており、このＶＧＴ絞り弁６２の開度（絞り量）を制御することにより、タービン６１ｂへの排気ガスの流速を調整することができ、これにより、排気ガス流により回転するタービン６１ｂの回転速度、つまり排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａの圧力比（コンプレッサ６１ａへの流入直前のガス圧力に対する、コンプレッサ６１ａからの流出直後のガス圧力の比）を調整することができる。

エンジン１は、その排気ガスの一部を排気通路４０から吸気通路３０に還流させるようになされている。この排気ガスの還流のために、高圧ＥＧＲ通路７１と、低圧ＥＧＲ通路８１とが設けられている。

高圧ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０における上記排気マニホールドと排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂとの間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも上流側部分）と、吸気通路３０におけるサージタンク３４とインタークーラ３５との間の部分（つまり、インタークーラ３５よりも下流側部分）とを接続している。高圧ＥＧＲ通路７１には、該高圧ＥＧＲ通路７１の断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁７３が配設されている。この高圧ＥＧＲ弁７３により、高圧ＥＧＲ通路７１による排気ガスの還流量（以下、高圧ＥＧＲ量という）が調節される。

低圧ＥＧＲ通路８１は、排気通路４０における排気浄化装置４１とサイレンサ４２との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも下流側部分）と、吸気通路３０における排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａとエアクリーナ３１との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも上流側部分）とを接続している。低圧ＥＧＲ通路８１には、その内部を通過する排気ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ８２が配設されている。この低圧ＥＧＲクーラ８２は、エンジン１の冷却水の供給により、上記排気ガスを冷却するように構成されている。また、低圧ＥＧＲ通路８１における低圧ＥＧＲクーラ８２の下流側には、低圧ＥＧＲ通路８１の断面積を変更する低圧ＥＧＲ弁８３が配設されている。

排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分よりも下流側（かつサイレンサ４２の上流側）には、排気シャッター弁４３が配設されている。この排気シャッター弁４３は、該排気シャッター弁４３の配設部分における排気通路４０の断面積を変更するものであって、該断面積が小さくなる（排気シャッター弁４３の開度が小さくなる）と、排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分の圧力（排気ガスの低圧ＥＧＲ通路８１への流入圧力）が高くなって、排気ガスの低圧ＥＧＲ通路８１への流入圧力と流出圧力（吸気通路３０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分の圧力）との間の差圧が大きくなる。したがって、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッター弁４３の開度を制御することで、低圧ＥＧＲ通路８１による排気ガスの還流量（以下、低圧ＥＧＲ量という）が調節される。

エンジン１には、クランク軸１５の回転角度位置を検出することでエンジン１の回転数（以下、エンジン回転数という）を検出するエンジン回転数センサ１０１が設けられている。

また、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１の下流側近傍（低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分よりも上流側）には、吸気通路３０に吸入された吸入空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサ１０２と、該吸入空気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサ１０３とが配設されている。この吸気温度は、車両周囲の外気温と見做すことができる。さらに、サージタンク３４には、エンジン１の気筒１１ａに吸入されるガス温度を検出する吸入ガス温度センサ１０４が配設され、吸気通路３０におけるインタークーラ３５の下流側近傍には、当該部分におけるガスの圧力（サージタンク３４内のガスの圧力と略同じ）を検出する吸気圧センサ１０５が配設されている。

さらに、排気通路４０における高圧ＥＧＲ通路７１の接続部分の上流側（かつ上記排気マニホールドの下流側）には、エンジン１より排気された排気ガスの圧力を検出する排気圧センサ１０６が配設されている。また、排気通路４０における排気浄化装置４１と低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分との間には、当該部分における排気ガスの温度を検出する排気温度センサ１０７が設けられている。

また、エンジン１のシリンダブロック１１には、該エンジン１の冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ１０８が設けられている。

このように構成されたエンジン１は、コントロールユニット１００によって制御される。コントロールユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。

図２に示すように、上記のエンジン回転数センサ１０１、エアフローセンサ１０２、吸気温度センサ１０３、吸入ガス温度センサ１０４、吸気圧センサ１０５、排気圧センサ１０６、排気温度センサ１０７、エンジン水温センサ１０８等のセンサ値の信号が、コントロールユニット１００に入力される。また、図２にのみ示すが、コントロールユニット１００には、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１０、及び、車両の車速を検出する車速センサ１１１の各センサ値の信号が入力される。さらに、コントロールユニット１００には、上記車両の自動変速機の制御を行う変速機制御装置１１５より、該自動変速機の現時点の変速レンジの情報に係る信号が入力される。尚、自動変速機のインヒビタスイッチから、該自動変速機の現時点の変速レンジの情報に係る信号をコントロールユニット１００に入力するようにしてもよい。

そして、コントロールユニット１００は、上記入力信号に基づいて、インジェクタ１８、吸気シャッター弁３６、排気シャッター弁４３、高圧燃料ポンプ５４（詳細には、調圧弁）、ＶＧＴ絞り弁６２、高圧ＥＧＲ弁７３、低圧ＥＧＲ弁８３、電動ウォータポンプ９１等を制御する。

ここで、コントロールユニット１００によるエンジン１の基本制御について、図３のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップＳ１で、各種センサからのセンサ値を読み込み、次のステップＳ２で、アクセル開度センサ１１０によるアクセル開度に基づき、目標トルクを設定する。

次のステップＳ３では、上記目標トルクと、エンジン回転数センサ１０１によるエンジン回転数とに基づき、インジェクタ１８から噴射すべき燃料量（エンジン１（気筒１１ａ）に供給すべき燃料量）である要求噴射量及び噴射パターンを設定する。この噴射パターンは、主燃焼を生じさせるための主噴射、該主噴射よりも前に噴射され、プリ燃焼を生じさせるための前噴射、その前噴射よりも前に噴射され、プリ燃焼を生じさせ易くするためのパイロット噴射、上記主燃焼に継続して後燃焼を生じさせるための後噴射等を、どのタイミングでどれだけの量を噴射するかを設定したものである。パイロット噴射、前噴射及び後噴射の噴射量が０になる場合があり、その場合、当該噴射はなされないことになる。

次のステップＳ４では、上記要求噴射量と上記エンジン回転数とに基づき、インジェクタ１８から噴射される燃料の圧力（燃圧）及びＶＧＴ絞り弁６２の開度を設定する。

次のステップＳ５では、上記要求噴射量と上記エンジン回転数とに基づき、エンジン１（気筒１１ａ）に吸い込まれる全吸気ガスの酸素濃度の目標値である目標吸気酸素濃度を設定する。

次のステップＳ６では、上記要求噴射量と、上記エンジン回転数と、吸気温度センサ１０３による吸気温度と、エンジン水温センサ１０８によるエンジン水温とに基づき、高圧ＥＧＲ量と低圧ＥＧＲ量との比率であるＥＧＲ併用率を設定する。このＥＧＲ併用率には、高圧ＥＧＲ量又は低圧ＥＧＲ量が０になる場合も含まれる。

上記ステップＳ６でＥＧＲ併用率を設定した結果、エンジン回転数とエンジン負荷（上記要求噴射量と対応している）とで表されるエンジン運転領域において、高圧ＥＧＲ通路７１のみにより排気ガスの還流が行われる領域である「ＨＰ−ＥＧＲ」領域（高圧ＥＧＲ領域）、低圧ＥＧＲ通路８１のみにより排気ガスの還流が行われる領域である「ＬＰ−ＥＧＲ」領域（低圧ＥＧＲ領域）、及び、高圧ＥＧＲ通路７１と低圧ＥＧＲ通路８１との両方により排気ガスの還流が行われる領域である「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域（高圧／低圧ＥＧＲ併用領域）が、概略的に、図４のようになる。「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域では、「ＬＰ−ＥＧＲ」領域に近づくほど、高圧ＥＧＲ量の割合が減少し、低圧ＥＧＲ量の割合が増大する。また、「ＨＰ−ＥＧＲ」領域には、アイドル運転時に高圧ＥＧＲ通路７１のみにより排気ガスの還流が行われる領域である「アイドル運転」領域が設けられる。この「アイドル運転」領域では、後述の如く、上記自動変速機の変速レンジによって、制御が異なる。

次のステップＳ７では、上記目標吸気酸素濃度と、上記ＥＧＲ併用率と、排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度とに基づき、低圧ＥＧＲ量の目標値である目標低圧ＥＧＲ量を設定する。詳細には、上記目標吸気酸素濃度と上記排気酸素濃度とから、低圧ＥＧＲ量と高圧ＥＧＲ量とのトータルＥＧＲ量の目標値である目標トータルＥＧＲ量を算出して、その目標トータルＥＧＲ量と上記ＥＧＲ併用率とから目標低圧ＥＧＲ量を設定する。上記排気酸素濃度は、本実施形態では、上記目標吸気酸素濃度と、気筒１１ａ内にて燃料の燃焼で使用される酸素量とに基づいて算出した値である。尚、排気酸素濃度を算出する代わりに、排気通路４０に設けた０_２センサにより排気酸素濃度を検出するようにしてもよい。

次のステップＳ８では、上記目標低圧ＥＧＲ量に基づき、吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流直前の酸素濃度（新気の酸素濃度と低圧ＥＧＲ通路８１により実際に還流された排気ガスの酸素濃度との和）を計算する。ここでは、低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気ガスが、吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流直前に達するまでの時間を考慮して、該合流直前の酸素濃度を算出する。

次のステップＳ９では、上記目標吸気酸素濃度と、上記排気酸素濃度と、上記合流直前の酸素濃度と、エンジン１（気筒１１ａ）への総吸入ガス量とに基づき、目標高圧ＥＧＲ量を設定する。すなわち、上記ステップＳ８で、上記ＥＧＲ併用率から、目標低圧ＥＧＲ量に加えて、目標高圧ＥＧＲ量を設定可能であるが、低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気ガスが、吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流直前に達するまでには時間がかかるため、その時間遅れの分だけ低圧ＥＧＲ量が不足することになり、その不足分を高圧ＥＧＲ量で補えるように目標高圧ＥＧＲ量を設定する。すなわち、本実施形態では、上記エンジン１の運転状態に応じて予め設定した目標吸気酸素濃度と、低圧ＥＧＲガスが排気ポート１７から吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流部に到達するまでの遅れ時間を考慮して算出される高圧ＥＧＲ合流前ガスの酸素濃度と、排気酸素濃度と、エンジン１への総吸入ガス量とから算出される値を、目標高圧ＥＧＲ量に設定していることになる。低圧ＥＧＲ通路８１による還流量の実値である実低圧ＥＧＲ量は、エンジン１（気筒１１ａ）に吸入される総吸入ガス量から、エアフローセンサ１０２により検出された新気量を引く（「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域では、更に、高圧ＥＧＲ通路７１による還流量の実値である実高圧ＥＧＲ量も引く）ことで算出し、更に上記時間遅れの分も考慮する。上記総吸入ガス量は、吸入ガス温度センサ１０４により検出されたガス温度と、吸気圧センサ１０５により検出されたガス圧とから算出することができ、上記実高圧ＥＧＲ量は、吸気圧センサ１０５と排気圧センサ１０６との検出差圧及び高圧ＥＧＲ弁７３の実開度より算出することができる。

次のステップＳ１０では、上記の各設定に基づいて、インジェクタ１８、吸気シャッター弁３６、排気シャッター弁４３、高圧燃料ポンプ５４（調圧弁）、ＶＧＴ絞り弁６２、高圧ＥＧＲ弁７３、低圧ＥＧＲ弁８３、電動ウォータポンプ９１等の各アクチュエータの制御量を設定する。

次のステップＳ１１では、上記制御量に基づき各アクチュエータを制御し、しかる後にリターンする。

次に、コントロールユニット１００による高圧ＥＧＲ弁７３、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッター弁４３の開度制御について説明する。

コントロールユニット１００は、高圧ＥＧＲ量が、予め設定された上記目標高圧ＥＧＲ量（上記ステップＳ９で設定された目標高圧ＥＧＲ量）になるように、高圧ＥＧＲ弁７３の開度を制御する。すなわち、コントロールユニット１００は、高圧ＥＧＲ弁７３の開度を、吸気圧センサ１０５と排気圧センサ１０６との検出差圧から、上記目標高圧ＥＧＲ量が得られる開度にする。

また、コントロールユニット１００は、低圧ＥＧＲ量が、予め設定された目標低圧ＥＧＲ量（上記ステップＳ７で設定された目標低圧ＥＧＲ量）になるように、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッター弁４３の開度を制御する。その際、上記設定された目標低圧ＥＧＲ量が、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッター弁４３の全開時に還流可能な低圧ＥＧＲ量以下である場合には、排気シャッター弁４３を全開状態に固定して、低圧ＥＧＲ弁８３の制御により低圧ＥＧＲ量を制御する（目標低圧ＥＧＲ量が多いほど、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を大きくする）。また、目標低圧ＥＧＲ量が、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッター弁４３の全開時に還流可能な低圧ＥＧＲ量よりも多い場合には、低圧ＥＧＲ弁８３を全開状態に固定して、排気シャッター弁４３の制御により低圧ＥＧＲ量を制御する（目標低圧ＥＧＲ量が多いほど、排気シャッター弁４３の開度を小さくする）。

ここで、本実施形態のエンジン１は、小排気量のエンジンであって、発熱量が小さい。エンジン１の冷却水は、空調装置の暖房用のヒータコアに供給されて車室内の暖房を行うように構成されているので、上記のようにエンジンの発熱量が小さいと、特にエンジン１のアイドル運転時に暖房性能が悪化するという問題がある。エンジン１のアイドル運転時には（「アイドル運転」領域では）、「ＨＰ−ＥＧＲ」領域と同様に、高圧ＥＧＲ通路７１のみにより排気ガスの還流が行われるが、高圧ＥＧＲ量を、上記ステップＳ９で設定された目標高圧ＥＧＲ量にするだけでは、アイドル運転時に暖房性能を確保することは困難である。そこで、アイドル運転時には、上記のような暖房性能の悪化を抑制するために、上記ステップＳ９で設定された目標高圧ＥＧＲ量よりも高圧ＥＧＲ量を多くすることが考えられる。

しかし、むやみに高圧ＥＧＲ量を増大すると、アイドル運転からのエンジン加速時（特に車両の発進時におけるエンジン加速時）にエミッション性能が悪化するという問題がある。一方、そのエンジン加速時に、エミッション性能が悪化しないように燃料噴射量を抑制しようとすると、エンジン加速性能が悪化してしまう。

そこで、本実施形態では、コントロールユニット１００は、エンジン１のアイドル運転時において、上記変速機制御装置１１５より入力した自動変速機の変速レンジが非走行レンジであるとき（変速ポジションが非走行ポジションであるとき）には、走行レンジ（走行ポジション）であるときに比べて高圧ＥＧＲ量が増大するように上記高圧ＥＧＲ弁７３を制御するＥＧＲ量増大制御を実行するよう構成されている。

すなわち、上記変速レンジが、エンジン加速の可能性（車両発進の可能性）が高い走行レンジ（Ｄレンジ、Ｒレンジ等）であるときには、エミッション性能やエンジン加速性能を優先して、上記ステップＳ９で設定された目標高圧ＥＧＲ量と同じ目標高圧ＥＧＲ量にして、高圧ＥＧＲ量が該目標高圧ＥＧＲ量になるように、高圧ＥＧＲ弁７３の開度を制御する。以下、この制御を、通常高圧ＥＧＲ制御という。

一方、上記変速レンジが、エンジン加速の可能性（車両発進の可能性）が低い非走行ポジション（Ｐレンジ、Ｎレンジ）であるときには、暖房性能を優先して、上記ＥＧＲ量増大制御を実行する。すなわち、上記ステップＳ９で設定された目標高圧ＥＧＲ量を増大して、高圧ＥＧＲ量が該増大した目標高圧ＥＧＲ量になるように、高圧ＥＧＲ弁７３の開度を制御する。上記ＥＧＲ量増大制御によって、排気系への放熱量を低減して、エンジン１の冷却水の温度を上昇させ、こうして暖房性能を向上させる。

上記コントロールユニット１００によるアイドル運転時の高圧ＥＧＲ量の制御を、図５のフローチャートに基づいて説明する。

すなわち、最初のステップＳ２１で、エンジン回転数センサ１０１よりエンジン回転数を、変速機制御装置１１５より自動変速機の変速レンジを、アクセル開度センサ１１０よりアクセル開度を、吸気温度センサ１０３より吸気温度（つまり外気温）を、エンジン水温センサ１０８よりエンジン１の冷却水の温度（以下、冷却水温度という）を、車速センサ１１１より車両の車速をそれぞれ読み込む。

次のステップＳ２２で、エンジン回転数がアイドル回転で、かつ、アクセルオフの状態（アクセル開度が０）で、かつ、変速レンジがＰレンジ又はＮレンジであるか否かを判定する。

上記ステップＳ２２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２３に進んで上記通常高圧ＥＧＲ制御を実行し、しかる後にリターンする。一方、上記ステップＳ２２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２４に進む。

上記ステップＳ２４では、上記外気温が所定温度Ｔ１よりも低いか否かを判定する。所定温度Ｔ１は、上記外気温が所定温度Ｔ１以上であれば、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しなくても（つまり、上記通常高圧ＥＧＲ制御であっても）、暖房上の大きな問題は生じないような温度（例えば−１０℃乃至０℃）である。

上記ステップＳ２４の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ２３に進んで上記通常高圧ＥＧＲ制御を実行し、しかる後にリターンする。すなわち、コントロールユニット１００は、エンジン１のアイドル運転時において、上記外気温が所定温度Ｔ１以上であるときには、上記変速レンジが非走行レンジであっても、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しないように構成されている。一方、上記ステップＳ２４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２５に進む。

上記ステップＳ２５では、上記冷却水温度が、予め設定された設定温度Ｔ２以下であるか否かを判定する。設定温度Ｔ２は、上記冷却水温度が該設定温度以下で上記ＥＧＲ量増大制御を実行すると、エンジン１の燃焼安定性が低下するような温度（例えば４０℃乃至５０℃）である。

上記ステップＳ２５の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ２３に進んで上記通常高圧ＥＧＲ制御を実行し、しかる後にリターンする。すなわち、コントロールユニット１００は、エンジン１のアイドル運転時において、上記冷却水温度が設定温度Ｔ２以下であるときには、上記変速レンジが非走行レンジであっても、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しないように構成されている。一方、上記ステップＳ２５の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２６に進む。

上記ステップＳ２６では、上記車速が０であるか否かを判定する。このステップＳ２６の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ２３に進んで上記通常高圧ＥＧＲ制御を実行し、しかる後にリターンする。すなわち、コントロールユニット１００は、エンジン１のアイドル運転時において、車速センサ１１１により車両の停車が検出されない（車速が０でない）ときには、上記変速レンジが非走行レンジであっても、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しないように構成されている。一方、上記ステップＳ２６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２７に進む。

上記ステップＳ２７では、エンジン回転数がアイドル回転で、かつ、アクセルオフの状態（アクセル開度が０）で、かつ、変速レンジがＰレンジ又はＮレンジである状態が、所定期間連続して経過したか否かを判定する。この所定期間は、エンジン１の排気量（アイドル運転時の発熱量）によって異なり、上記状態から上記所定期間が経過すると、暖房性能が低下するような期間である。上記状態になってから暖房性能が直ぐに低下する可能性が高いような場合には、上記所定期間は、０であってもよい。但し、その場合でも、上記所定期間は、上記状態になってからエンジン１の運転状態が安定するような期間（例えば１秒）とすることが好ましい。

上記ステップＳ２７の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ２３に進んで上記通常高圧ＥＧＲ制御を実行し、しかる後にリターンする。一方、上記ステップＳ２７の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２８に進んで、上記ＥＧＲ量増大制御を実行し、しかる後にリターンする。

本実施形態では、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッター弁４３が、低圧ＥＧＲ量を調節するための低圧ＥＧＲ量調節手段を構成し、高圧ＥＧＲ弁７３が、高圧ＥＧＲ量を調節するための高圧ＥＧＲ量調節手段を構成する。また、コントロールユニット１００が、上記低圧ＥＧＲ量調節手段及び上記高圧ＥＧＲ量調節手段を制御して、上記低圧ＥＧＲ量及び上記高圧ＥＧＲ量を制御する調節手段制御装置を構成することになる。さらに、変速機制御装置１１５（又はインヒビタスイッチ）が、車両の変速機の変速ポジションを検出する変速ポジション検出手段を構成し、吸気温度センサ１０３が、外気温を検出する外気温検出手段を構成し、エンジン水温センサ１０８が、エンジン１の冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段を構成し、車速センサ１１１が、車両が停車中であるか否かを検出する停車検出手段を構成することになる。

したがって、本実施形態では、エンジン１のアイドル運転時において、高圧ＥＧＲ通路７１のみにより排気ガスが吸気通路３０に還流するようにするとともに、変速レンジが非走行レンジであるときには、走行レンジであるときに比べて高圧ＥＧＲ量を増大させるようにしたので、変速レンジが、エンジン加速の可能性（車両発進の可能性）が高い走行レンジであるときのアイドル運転からエンジンが加速（車両が発進）したときには、そのエンジン加速時にエミッション性能及びエンジン加速性能が悪化するのを抑制することができる。一方、変速レンジが非走行レンジであるときのアイドル運転では、エンジン加速の可能性（車両発進の可能性）が低いので、暖房性能を優先して、ＥＧＲ量増大制御を実行することで、暖房性能を向上させることができる。特に、冬場に車両を停車して車室内で乗員が休憩する場合には、通常、変速ポジションを非走行ポジションにするので、長時間の間、アイドル運転であっても、十分な暖房性能を確保することができ、乗員は車室内で快適に過ごすことができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、エンジン１のアイドル運転時において、高圧ＥＧＲ通路７１のみにより排気ガスを吸気通路３０に還流させるようにするとともに、変速レンジが非走行レンジであるときには、走行レンジであるときに比べて高圧ＥＧＲ量を増大させるようにしたが、エンジン１のアイドル運転時に、高圧ＥＧＲ通路７１及び低圧ＥＧＲ通路８１の両方により排気ガスを吸気通路３０に還流させるようにしてもよく、この場合、変速レンジが非走行レンジであるときには、走行レンジであるときに比べて高圧ＥＧＲ量を増大させる。

また、上記実施形態では、ＥＧＲ通路として、高圧ＥＧＲ通路７１及び低圧ＥＧＲ通路８１が設けられているが、高圧ＥＧＲ通路７１しか設けられていない場合であっても、本発明を適用することができる。

さらに、上記実施形態では、エンジン１が、自動変速機を有する車両に搭載されているが、手動変速機を有する車両に搭載されるものであってもよい。この場合、その手動変速機の変速ポジションを検出する変速ポジション検出スイッチ（変速ポジション検出手段）を設け、エンジン１のアイドル運転時において、上記変速ポジションスイッチにより検出された変速ポジションが非走行ポジション（ニュートラルポジション）であるときには、走行ポジション（１速等のシフトポジション）であるときに比べて高圧ＥＧＲ量を増大させるようにすればよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、エンジンの排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有する排気ターボ過給機と、上記タービンの上流側における上記排気通路と上記コンプレッサの下流側における上記吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、該高圧ＥＧＲ通路による上記エンジンの排気ガスの還流量である高圧ＥＧＲ量を調節するための高圧ＥＧＲ量調節手段と、該高圧ＥＧＲ量調節手段を制御して上記高圧ＥＧＲ量を制御する調節手段制御装置とを備えた、エンジンの排気還流制御装置に有用である。

１エンジン
３０吸気通路
４０排気通路
４３排気シャッター弁（低圧ＥＧＲ量調節手段）
６１排気ターボ過給機
６１ａコンプレッサ
６１ｂタービン
７１高圧ＥＧＲ通路
７３高圧ＥＧＲ弁（高圧ＥＧＲ量調節手段）
８１低圧ＥＧＲ通路
８３低圧ＥＧＲ弁（低圧ＥＧＲ量調節手段）
１００コントロールユニット（調節手段制御装置）
１０３吸気温度センサ（外気温検出手段）
１０８エンジン水温センサ（エンジン水温検出手段）
１１１車速センサ（停車検出手段）
１１５変速機制御装置（変速ポジション検出手段）

Claims

エンジンの排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有する排気ターボ過給機と、上記タービンの上流側における上記排気通路と上記コンプレッサの下流側における上記吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、該高圧ＥＧＲ通路による上記エンジンの排気ガスの還流量である高圧ＥＧＲ量を調節するための高圧ＥＧＲ量調節手段と、該高圧ＥＧＲ量調節手段を制御して上記高圧ＥＧＲ量を制御する調節手段制御装置とを備えた、エンジンの排気還流制御装置であって、
上記エンジンが搭載された車両が、該エンジンの冷却水を利用して該車両の車室内の暖房を行うように構成されており、
上記車両の変速機の変速ポジションを検出する変速ポジション検出手段を更に備え、
上記調節手段制御装置は、上記エンジンのアイドル運転時において、上記変速ポジション検出手段により検出された変速ポジションが非走行ポジションであるときには、走行ポジションであるときに比べて上記高圧ＥＧＲ量が増大するように上記高圧ＥＧＲ量調節手段を制御するＥＧＲ量増大制御を実行するよう構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
請求項１記載のエンジンの排気還流制御装置において、
上記タービンの下流側における上記排気通路と上記コンプレッサの上流側における上記吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、
上記低圧ＥＧＲ通路による上記排気ガスの還流量である低圧ＥＧＲ量を調節するための低圧ＥＧＲ量調節手段とを更に備え、
上記調節手段制御装置は、上記高圧ＥＧＲ量調節手段の制御に加えて、上記低圧ＥＧＲ量調節手段を制御して上記低圧ＥＧＲ量を制御するものであって、上記エンジンのアイドル運転時において、上記高圧ＥＧＲ通路のみにより上記排気ガスが上記吸気通路に還流するように、上記高圧ＥＧＲ量調節手段及び上記低圧ＥＧＲ量調節手段を制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
請求項１又は２記載のエンジンの排気還流制御装置において、
外気温を検出する外気温検出手段を更に備え、
上記調節手段制御装置は、上記エンジンのアイドル運転時において、上記外気温検出手段により検出された外気温が所定温度以上であるときには、上記変速ポジション検出手段により検出された変速ポジションが非走行ポジションであっても、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しないように構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの排気還流制御装置において、
上記エンジンの冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段を更に備え、
上記調節手段制御装置は、上記エンジンのアイドル運転時において、上記エンジン水温検出手段により検出された冷却水の温度が、予め設定された設定温度以下であるときには、上記変速ポジション検出手段により検出された変速ポジションが非走行ポジションであっても、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しないように構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの排気還流制御装置において、
上記車両が停車中であるか否かを検出する停車検出手段を更に備え、
上記調節手段制御装置は、上記エンジンのアイドル運転時において、上記停車検出手段により上記車両の停車が検出されないときには、上記変速ポジション検出手段により検出された変速ポジションが非走行ポジションであっても、上記ＥＧＲ量増大制御を実行しないように構成されていることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。