JP6146286B2 - 排気ガス還流制御装置 - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、排気ガス還流制御装置に関するものである。

従来より、排気通路から吸気通路へ排気ガスを還流させる技術がよく知られている。例えば、特許文献１に記載のエンジンは、排気通路のうちタービンの上流側の部分と吸気通路のうちコンプレッサの下流側の部分とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁とを備えている。そして、ＥＧＲ通路の上流端と下流端における吸排気の差圧とＥＧＲ弁の開度とによって排気ガスの還流量が算出されている。

特開２０１３−０１５１１５号公報

特許文献１のように、排気通路と吸気通路の差圧に基づいて排気ガスの還流量を調整する場合、排気通路の圧力及び吸気通路の圧力が変動するため、還流量に誤差が含まれやすい。このような構成においては、誤差に起因して、還流量が過剰になる場合もあれば、不足する場合もある。ここで、状況によっては、排気ガスの還流量が過剰になると、吸気酸素濃度が低下し過ぎて失火を生じる虞がある。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、排気ガスの還流量に誤差が含まれ得るとしても失火が生じないようにする。

ここに開示された技術は、排気ガス還流制御装置であって、ディーゼルエンジンにおける排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路、及び、該ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁を有し、該排気通路から該吸気通路へ排気ガスを還流させるＥＧＲシステムと、前記排気通路内の圧力を検出する排気圧検出手段と、前記吸気通路への排気ガスの還流量を制御する制御部と、排気通路に配設されたタービン、及び、吸気通路に配設されたコンプレッサを有するターボ過給機とを備え、前記ＥＧＲシステムは、前記ＥＧＲ通路のうち、前記排気通路のうち前記タービンの下流側の部分と前記吸気通路のうち前記コンプレッサの上流側の部分とを接続するＥＧＲ通路である低圧ＥＧＲ通路、及び、前記ＥＧＲ弁のうち前記低圧ＥＧＲ通路内に設けられたＥＧＲ弁である低圧ＥＧＲ弁を有し、前記排気通路のうち前記タービンの下流側の部分から前記吸気通路のうち前記コンプレッサの上流側の部分へ排気ガスを還流させる低圧ＥＧＲシステムと、前記ＥＧＲ通路のうち、前記排気通路のうち前記タービンの上流側の部分と前記吸気通路のうち前記コンプレッサの下流側の部分とを接続するＥＧＲ通路である高圧ＥＧＲ通路、及び、前記ＥＧＲ弁のうち前記高圧ＥＧＲ通路内に設けられたＥＧＲ弁である高圧ＥＧＲ弁を有し、前記排気通路のうち前記タービンの上流側の部分から前記吸気通路のうち前記コンプレッサの下流側の部分へ排気ガスを還流させる高圧ＥＧＲシステムとを有し、前記制御部は、前記高圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量を、前記吸気通路内の圧力と前記排気圧検出手段によって検出された前記排気通路内の圧力との差と、前記高圧ＥＧＲ弁の開度とに基づいて制御し、前記低圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量を、排気酸素濃度に基づいて算出される吸気酸素濃度の算出値が、予め定められた目標吸気酸素濃度になるように前記低圧ＥＧＲ弁を制御するフィードバック制御によって制御するように構成され、さらに、前記制御部は、減速状態から加速するときには、排気ガスの還流量に上限値を設定して該還流量が該上限値を超えないように制御するものとする。

減速状態では排気酸素濃度が高いので、吸気酸素濃度を所望の値にするためには大量の排気ガスを還流させる必要がある。この状態から加速すると、排気酸素濃度が急激に低下する。つまり、減速している状態から加速するときには、酸素濃度が低い排気ガスが大量に還流される。一方、吸気通路内の圧力と排気検出手段によって検出された排気通路内の圧力との差と、ＥＧＲ弁の開度とに基づいて排気ガスの還流量を制御する構成では、吸気圧センサや排気圧センサ等の各種センサの検出誤差や、吸気圧又は排気圧の変動（特に排気圧の変動）によって排気ガスの還流量に誤差が生じる場合がある。そのため、酸素濃度が低い排気ガスが大量に還流され得る状況において、還流量が各種誤差に起因して目標値よりも多くなってしまうと、吸気の酸素不足に陥り、失火してしまう虞がある。

そこで、前記の構成によれば、減速状態から加速するときには、排気ガスの還流量に上限値を設定して該還流量が上限値を超えないようにする。これにより、各種センサの検出誤差や吸気圧又は排気圧の変動があったとしても、還流量が上限値以下に設定される。その結果、失火を防止することができる。

また、前記制御部は、排気酸素濃度が所定濃度以上であって排気酸素濃度の低下量の時間変化である排気酸素濃度の低下率が所定値以上であることをもって減速状態から加速するときであると判定するようにしてもよい。

減速状態から加速するときには、排気酸素濃度が高い状態から排気酸素濃度が急激に低下する。そのため、排気酸素濃度が所定濃度以上であって排気酸素濃度の低下量の時間変化である排気酸素濃度の低下率が所定値以上であることをもって減速状態から加速することができる。

さらに、前記制御部は、過給圧が低いほど空燃比を低下させるように構成されており、前記上限値を過給圧が低いほど低下させるようにしてもよい。

前記の構成によれば、過給圧が低いほど空燃比が低下し、新気量が少なくなる。つまり、過給圧が低いほど失火が生じやすい環境となる。そこで、制御部は、過給圧が低いほど前記上限値を低下させる。これにより、過給圧が低いほど排気ガスの還流量が低い値に制限される。その結果、過給圧が低い状況でも失火を防止することができる。

また、前記排気ガス還流制御装置は、前記制御部は、減速状態から加速するときには、前記高圧ＥＧＲシステムについては、前記高圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量に上限値を設定し、前記低圧ＥＧＲシステムについては、前記低圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量を減量補正した後、前記フィードバック制御を実行する。

前記の構成によれば、高圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量は、排気通路と吸気通路の差圧とＥＧＲ弁の開度とに基づいて制御される。つまり、高圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量は、各種センサの検出誤差や吸気圧又は排気圧の変動に起因して誤差が生じ易い。そこで、高圧ＥＧＲシステムに関しては、前記上限値を設定する制御を行う。

一方、低圧ＥＧＲシステムについては、減速状態から加速するときには排気ガスの還流量を減量補正する。この減量補正を行うことによって、乗員に与える違和感を低減することができる。詳しくは、減速状態から加速するときには、酸素濃度が低い排気ガスが大量に還流され得る。その結果、吸気酸素濃度のアンダーシュートが起こり易くなる。吸気酸素濃度にアンダーシュートが生じると、それに応じて燃料噴射量も低減され、出力が低下する。ここで、低圧ＥＧＲシステムにより排気ガスが還流されるのは、吸気通路のうちコンプレッサの上流側の部分であり、気筒までの距離が比較的長い。そのため、低圧ＥＧＲシステムにより吸気酸素濃度のアンダーシュートが生じると、何らかのアクセル操作をしてから、燃料量の低減により出力が低下するまでのタイムラグが長く、乗員に違和感を与えてしまう。それに対し、前記減量補正を行うことによって吸気酸素濃度のアンダーシュートを低減することができ、乗員に与える違和感を低減することができる。

前記排気ガス還流制御装置によれば、排気ガスの還流量に誤差が含まれ得るとしても失火を防止することができる。

排気ガス還流制御装置により制御されるエンジン１の概略構成図である。 排気ガス還流制御装置の制御系の構成を示すブロック図である。 大型ターボ過給機及び小型ターボ過給機の使用状態を決定するためのターボマップを示す。 目標吸気酸素濃度及び目標合流部酸素濃度を決定するためのマップである。 低圧ＥＧＲシステムの制御を示すフローチャートである。 低圧ＥＧＲを減量補正する際の各種パラメータの変化を示す図であり、（Ａ）は、排気酸素濃度を、（Ｂ）は、排気酸素濃度の低下率Ｒを、（Ｃ）は、吸気酸素濃度を、（Ｄ）は、低圧ＥＧＲ弁の開度を示す。 高圧ＥＧＲシステムの制御を示すフローチャートである。 高圧ＥＧＲシステム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、排気ガス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、車両に搭載された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を介してクランクシャフト１５と連結されている。

前記シリンダヘッド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、吸気弁２１及び排気弁２２のリフト量を調整する可変バルブリフト機構（以下、ＶＶＬという）が設けられている。このＶＶＬは、吸気弁２１及び排気弁２２を、全閉状態又は略全閉状態になるように、それぞれのリフト量を調整することができる。

また、前記シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に吸入空気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。前記インジェクタ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、圧縮行程上死点付近で燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。

前記エンジン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、前記エンジン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、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。

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３３が配設されている。このサージタンク３３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３３との間には、上流側から順に、詳しくは後述する大型及び小型ターボ過給機６１，６２のコンプレッサ６１ａ，６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、吸気シャッタ弁３６とが配設されている。吸気シャッタ弁３６は、基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。

前記排気通路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、小型及び大型ターボ過給機６２，６１のタービン６２ｂ，６１ｂと、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。

この排気浄化装置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及びフィルタ４１ｂは１つのケース内に収容されている。前記酸化触媒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ＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促すものである。この酸化触媒４１ａが触媒を構成する。また、前記フィルタ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。

大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間に配設されている。一方、大型タービン６１ｂは、排気通路４０における排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。

小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０における大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。

大型ターボ過給機６１及び小型ターボ過給機６２は、ターボ過給機の一例である。大型コンプレッサ６１ａ及び小型コンプレッサ６２ａは、コンプレッサの一例である。大型タービン６１ｂ及び小型タービン６２ｂは、タービンの一例である。

吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された前記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。大型又は小型コンプレッサ６１ａ，６２ａによって、吸入空気の過給が行われる。

そして、吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする吸気バイパス通路６３が接続されている。この吸気バイパス通路６３には、該吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（ノーマルクローズ）となるように構成されている。これにより、吸気バイパス弁６３ａが故障したときに、吸気が吸気バイパス通路６３を介して循環することによる小型コンプレッサ６２ａの過回転を防止することができる。

一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウェイストゲートバルブ６５ａが配設されている。レギュレートバルブ６４ａ及びウェイストゲートバルブ６５ａは共に、無通電時には全開状態（ノーマルオープン）となるように構成されている。

また、前記エンジン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。具体的には、エンジン１は、高圧ＥＧＲシステム７０と、低圧ＥＧＲシステム８０とを有している。高圧ＥＧＲシステム７０及び低圧ＥＧＲシステム８０は、ＥＧＲシステムの一例である。

高圧ＥＧＲシステム７０は、クーラ通路７１ａとバイパス通路７１ｂとを含む高圧ＥＧＲ通路７１と、クーラ通路７１ａに設けられた高圧ＥＧＲクーラ７２と、クーラ通路７１ａを流通する排気ガスの流量を調整するクーラＥＧＲ弁７３と、バイパス通路７１ｂを流通する排気ガスの流量を調整するバイパスＥＧＲ弁７４とを有している。高圧ＥＧＲ通路７１は、ＥＧＲ通路の一例であり、クーラＥＧＲ弁７３及びバイパスＥＧＲ弁７４は、高圧ＥＧＲ弁の一例である。

高圧ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０における排気マニホールドと小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分（つまり、小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりも上流側部分）と、吸気通路３０におけるサージタンク３３と吸気シャッタ弁３６との間の部分（つまり、小型ターボ過給機６２の小型コンプレッサ６２ａよりも下流側部分）とを接続している。高圧ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０のうち排気圧センサＳ５の下流側に接続されている。高圧ＥＧＲ通路７１は、その途中で、クーラ通路７１ａとバイパス通路７１ｂとに分岐している。クーラ通路７１ａとバイパス通路７１ｂとは、最終的に合流して１本の高圧ＥＧＲ通路７１となる。

高圧ＥＧＲクーラ７２は、クーラ通路７１ａを流通する排気ガスをエンジン冷却水によって冷却する。

クーラＥＧＲ弁７３及びバイパスＥＧＲ弁７４は、高圧ＥＧＲ弁が構成し、高圧ＥＧＲシステム７０による排気ガスの還流量を調節する。

低圧ＥＧＲシステム８０は、低圧ＥＧＲ通路８１と、低圧ＥＧＲ通路８１に設けられた低圧ＥＧＲクーラ８２と、低圧ＥＧＲ通路８１を流通する排気ガスの流量を調整する低圧ＥＧＲ弁８３とを有している。

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、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂよりも下流側部分）と、吸気通路３０における大型ターボ過給機６１の大型コンプレッサ６１ａとエアクリーナ３１との間の部分（つまり、大型ターボ過給機６１の大型コンプレッサ６１ａよりも上流側部分）とを接続している。

低圧ＥＧＲ弁８３は、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流量を調節する。

尚、排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分とサイレンサ４２との間には、排気シャッタ弁４３が配設されている。排気シャッタ弁４３は、排気通路４０の断面積を変更するものである。排気シャッタ弁４３により排気通路４０の断面積が小さくなる（排気シャッタ弁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の接続部分の圧力が高くなって、低圧ＥＧＲ通路８１における排気通路４０側と吸気通路３０側との間の差圧が大きくなる。したがって、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を調整することに加えて、排気シャッタ弁４３の開度を制御することで、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流量を調節することができる。

エンジン１には、クランク軸８の回転角度位置を検出することでエンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサＳ１が設けられている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１の下流側近傍には、吸気通路３０に吸入された吸入空気の流量を検出するエアフローセンサＳ２が配設されている。サージタンク３４には、エンジン１の気筒２に吸入されるガス温度を検出する吸入ガス温度センサＳ３と、エンジン１の気筒２に吸入されるガス圧を検出する吸気圧センサＳ４とが配設されている。

排気通路４０における排気マニホールドの下流には、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Ｓ５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の接合部との間には、排気ガスの酸素濃度を検出する排気酸素濃度センサＳ６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。コントロールユニット１００は、制御部の一例である。

エンジン回転数センサＳ１、エアフローセンサＳ２、吸入ガス温度センサＳ３、吸気圧センサＳ４、排気圧センサＳ５及び排気酸素濃度センサＳ６等からの信号がコントロールユニット１００に入力される。また、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Ｓ７からの信号が入力される。

そして、コントロールユニット１００は、前記入力信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、ＶＶＬ、インジェクタ１８、大型ターボ過給機６１、小型ターボ過給機６２、吸気シャッタ弁３６、排気シャッタ弁４３、クーラＥＧＲ弁７３、バイパスＥＧＲ弁７４及び低圧ＥＧＲ弁８３を制御する。

例えば、コントロールユニット１００は、エンジンの運転状態に応じて大型及び小型ターボ過給機６１，６２の動作を制御している。具体的には、コントロールユニット１００は、吸気バイパス弁６３ａ、レギュレートバルブ６４ａ及びウェイストゲートバルブ６５ａの各開度をエンジン１の運転状態に応じて設定した開度にそれぞれ制御する。

詳しくは、図３に示す、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとするターボマップにおける低負荷且つ低回転側の領域Ａ（エンジン負荷が所定負荷（エンジン回転数が大きいほど小さくなる）以下の領域）では、吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａが全閉とされ、ウェイストゲートバルブ６５ａが全閉とされる。領域Ａでは、主として小型ターボ過給機６２が作動する。

領域Ａよりも負荷及び回転数が高い領域Ｂでは、吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａが全閉以外且つ全開以外の開度に調整され、ウェイストゲートバルブ６５ａが全閉とされる。領域Ｂでは、小型ターボ過給機６２が排気抵抗となって、ポンピングロスが大きくなり始める運転領域である。そのため、レギュレートバルブ６４ａを全閉状態から開くことによって、排気ガスの一部を小型排気バイパス通路６４へ流入させ、ポンピングロスを低減している。領域Ｂでは、小型ターボ過給機６２の過給性能を十分に発揮させつつ、ポンピングロスを低減している。この領域Ｂを設けることによって、主として小型ターボ過給機６２が作動する場合と、主として大型ターボ過給機６１が作動する場合とでの過給圧の変動を和らげている。

領域Ｂよりも負荷及び回転数が高い領域Ｃでは、吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａが全開状態とされ、ウェイストゲートバルブ６５ａが全閉状態とされる。これにより、小型ターボ過給機６２をバイパスさせて大型ターボ過給機６１のみを作動させる。

領域Ｃよりも負荷及び回転数が高い領域Ｄでは、吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａが全開状態とされ、ウェイストゲートバルブ６５ａが全閉以外且つ全開以外の開度に調整される。領域Ｄでは、ウェイストゲートバルブ６５ａを全閉状態から開くことによって、排気ガスの一部を大型排気バイパス通路６５へ流入させ、ポンピングロスを低減している。

また、コントロールユニット１００は、エンジンの運転状態に応じて高圧ＥＧＲシステム７０及び低圧ＥＧＲシステム８０の動作を制御している。

詳しくは、コントロールユニット１００は、エンジン１の運転状態に応じて、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流量の目標値である目標低圧ＥＧＲ量と、高圧ＥＧＲシステム７０による排気ガスの還流量の目標値である目標高圧ＥＧＲ量とを決定する。本実施形態では、コントロールユニット１００は、図４に示すマップを用いて目標低圧ＥＧＲ量及び目標高圧ＥＧＲ量を決定する。

前記マップの高負荷ないし高回転の領域である「ＬＰ」領域は、低圧ＥＧＲシステム８０のみにより排気ガスの還流が行われる領域である。そのため、クーラＥＧＲ弁７３及びバイパスＥＧＲ弁７４は全閉状態とされる。これは、トルクが必要な高負荷領域においては全ての排気ガスを大型及び小型ターボ過給機６１，６２のタービン６１ｂ，６２ｂに導き、過給させるためである。

前記マップの中負荷ないし中回転の領域である「クーラ側ＨＰ＋ＬＰ」領域は、高圧ＥＧＲシステム７０のクーラ通路７１ａによる排気ガスの還流と、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流とが行われる領域であり、バイパス通路７１ｂによる排気ガスの還流は行われない（バイパスＥＧＲ弁７４は全閉状態とされる）。

前記マップの低負荷ないし低回転の領域である「クーラバイパス側ＨＰ＋ＬＰ」領域は、高圧ＥＧＲシステム７０のバイパス通路７１ｂによる排気ガスの還流と、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流とが行われる領域であり、クーラ通路７１ａによる排気ガスの還流は行われない（クーラＥＧＲ弁７３は全閉状態とされる）。

コントロールユニット１００は、前記「ＬＰ」領域では、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流量が目標低圧ＥＧＲ量になるように制御する。

尚、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流量は、低圧ＥＧＲ弁８３の開度だけでなく、排気シャッタ弁４３の開度も組み合わせて調整してもよい。例えば、低圧ＥＧＲ通路８１の上流端における排気圧力と低圧ＥＧＲ通路８１の下流端における吸気圧力との差圧が小さいときには、排気シャッタ弁４３の開度を絞ることによって排気圧力を高めて、差圧を大きくするようにしてもよい。

まず、コントロールユニット１００は、吸入ガス温度センサＳ３により検出されたガス温度と吸気圧センサＳ４により検出されたガス圧とから、エンジン１に吸入される吸気充填量を算出する。この吸気充填量は、吸気通路３０に吸入された新気量と、排気通路４０から吸気通路３０に還流された排気ガス（前記「ＬＰ」領域では、低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気ガス）の還流量との和であって、エンジン１に吸入される総吸入ガス量に相当する。また、コントロールユニット１００は、エアフローセンサＳ２により検出された吸入空気量から新気量を算出する。

そして、コントロールユニット１００は、前記吸気充填量（総吸入ガス量）から新気量を引くことで、排気ガスの実際の還流量である実低圧ＥＧＲ量を算出し、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を、実低圧ＥＧＲ量が目標低圧ＥＧＲ量になるようにフィードバック制御する。

また、「クーラ側ＨＰ＋ＬＰ」領域では、コントロールユニット１００は、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を制御することに加えて、クーラＥＧＲ弁７３の開度を、クーラ通路７１ａによる排気ガスの還流量が目標高圧ＥＧＲ量になるような開度に制御する。すなわち、排気圧センサＳ５により検出された排気ガスの圧力と吸気圧センサＳ４により検出されたガス圧との差と前記目標高圧ＥＧＲ量とに基づいて、クーラ通路７１ａによる排気ガスの還流量が前記目標高圧ＥＧＲ量になるようなクーラＥＧＲ弁７３の開度を算出し、クーラＥＧＲ弁７３の開度を、その算出した開度にする。

「クーラ側ＨＰ＋ＬＰ」領域における低圧ＥＧＲ弁８３の開度の制御は、前記「ＬＰ」領域における制御と同様である。ただし、コントロールユニット１００は、「クーラ側ＨＰ＋ＬＰ」領域のように、高圧ＥＧＲシステム７０及び低圧ＥＧＲシステム８０の両方により排気ガスの還流を行う際には、高圧ＥＧＲシステム７０及び低圧ＥＧＲシステム８０の全ＥＧＲ量ではなく、前記総吸入ガス量から前記新気量と前記排気圧センサ５及び吸気圧センサ４に基づく差圧とクーラＥＧＲ弁７３の開度（開度センサの値）とに基づき予測値として求められる実高圧ＥＧＲ量とを引くことで算出した値を実低圧ＥＧＲ量とみなし、該実低圧ＥＧＲ量が目標低圧ＥＧＲ量になるように低圧ＥＧＲ弁８３の開度をフィードバック制御する。

前記「クーラバイパス側ＨＰ＋ＬＰ」領域では、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を制御することに加えて、バイパスＥＧＲ弁７４の開度を、「クーラ側ＨＰ＋ＨＰ」領域におけるクーラＥＧＲ弁７３と同様に制御する。また、低圧ＥＧＲ弁８３の制御も、前記「クーラ側ＨＰ＋ＬＰ」領域における制御と同様である。

以下に、コントロールユニット１００による、高圧ＥＧＲシステム７０及び低圧ＥＧＲシステム８０の制御動作について、さらに詳しく説明する。図５は、低圧ＥＧＲシステム８０の制御を示すフローチャートである。図６は、低圧ＥＧＲを減量補正する際の各種パラメータの変化を示す図であり、（Ａ）は、排気酸素濃度を、（Ｂ）は、排気酸素濃度の低下率Ｒを、（Ｃ）は、吸気酸素濃度を、（Ｄ）は、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を示す。図７，８は、高圧ＥＧＲシステム７０の制御を示すフローチャートである。

−低圧ＥＧＲシステム−
まず、コントロールユニット１００は、ステップＳＴａ１で、エンジン回転数センサＳ１よりエンジン回転数Ｎｅを、アクセル開度センサＳ７よりアクセル開度Ａｃｃを、エアフローセンサＳ２よりより吸入空気量ＡＦＳを、吸入ガス温度センサＳ３より吸入ガス温度Ｔｇを、吸気圧センサＳ４より吸気圧Ｐａを、排気圧センサＳ５より排気圧Ｐｅｘをそれぞれ読み込む。

コントロールユニット１００は、ステップＳＴａ２において、吸排気モデルを用いて排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’を演算する。吸排気モデルは、吸気酸素濃度及び排気酸素濃度を演算するためのモデルである。吸排気モデルは、吸気充填量と、吸入空気量と、高圧ＥＧＲシステム７０により還流される排気ガスの酸素濃度及び流量と、低圧ＥＧＲシステム８０により還流される排気ガスの酸素濃度及び流量とを入力として、吸気酸素濃度計算値Ｃｉｎ’を演算する。また、吸排気モデルは、演算した吸気酸素濃度計算値Ｃｉｎ’と、吸気充填量と、燃料噴射量とを入力として、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’を演算する。尚、吸気充填量は、吸入ガス温度センサＳ３からの吸入ガス温度Ｔｇ及び吸気圧センサＳ４からの吸気圧Ｐａに基づいて算出される。吸入空気量は、エアフローセンサＳ２の出力から求められる。燃料噴射量は、アクセル開度Ａｃｃ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて演算される。

ここで、低圧ＥＧＲシステム８０の制御における排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’は、低圧ＥＧＲ通路８１の下流端（吸気通路３０側の端部）における排気ガスの酸素濃度である。この部分の排気ガスは、燃焼室１４ａから排気通路４０及び低圧ＥＧＲ通路８１を介して流通してきた排気ガスである。吸排気モデルで算出される排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’は、燃焼室１４ａ（排気ポート１７）における排気ガスなので、コントロールユニット１００は、排気ガスが排気ポート１７から低圧ＥＧＲ通路８１の下流端まで流通するのに要する時間だけ前の排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’を、低圧ＥＧＲ通路８１の下流端の排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’として用いる。

尚、エンジン１には、排気通路４０に排気酸素濃度センサＳ６が設けられているものの、排気酸素濃度センサＳ６が実際の排気酸素濃度をＣｅｘ検出するまでには時間遅れがある。そのため、運転状態が変わった直後のような過渡状態においては排気酸素モデルを用いて排気酸素濃度を予測している。ただし、排気酸素濃度センサＳ６は、所定の時間遅れの後には実際の排気酸素濃度Ｃｅｘを検出することができるため、コントロールユニット１００は、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’と、予測から所定の時間遅れ経過後の排気酸素濃度センサＳ６からの排気酸素濃度Ｃｅｘとを比較して学習する。すなわち、コントロールユニット１００は、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’と予測から所定の遅れ時間後の排気酸素濃度Ｃｅｘとに基づいて吸排気モデルを補正していく。

次に、ステップＳＴａ３では、コントロールユニット１００は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ａｃｃ（エンジン負荷ＰＥに対応）を図４に示すマップに照らし合わせて、エンジン１に吸入される吸入ガスの目標酸素濃度である目標吸気酸素濃度Ｃｉｎ１と、吸気通路３０と低圧ＥＧＲ通路８１との合流部（以下、「低圧合流部」という）における目標酸素濃度である目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２とを求める。つまり、図４に示すマップには、エンジン回転数とエンジン負荷とによって決定される運転状態（運転ポイント）ごとに目標吸気酸素濃度Ｃｉｎ１と目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２とが記憶されている。尚、「ＬＰ」領域においては、目標吸気酸素濃度Ｃｉｎ１と目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２とは同じ値である。

そして、ステップＳＴａ４では、コントロールユニット１００は、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの目標還流量である目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０を演算する。詳しくは、コントロールユニット１００は、目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２及び排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’に基づいて目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０を求める。

尚、本実施形態では、目標吸気酸素濃度Ｃｉｎ１と目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２とを１つのマップに記憶しているが、目標吸気酸素濃度Ｃｉｎ１と目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２とで別々のマップを用意しておいてもよい。この場合、エンジン運転状態が「ＬＰ」領域に含まれる場合には、目標吸気酸素濃度Ｃｉｎ１のみを求めるようにしてもよい。そして、目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０を目標吸気酸素濃度Ｃｉｎ１及び排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’に基づいて求めてもよい。

続いて、コントロールユニット１００は、ステップＳＴａ５において、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’が所定の酸素濃度Ｃｅｘ１以上か否かを判定する。コントロールユニット１００は、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’が酸素濃度Ｃｅｘ１以上であるときには、ステップＳＴａ６へ進む一方、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’が酸素濃度Ｃｅｘ１よりも小さいときには、ステップＳＴａ１０へ進む。

ステップＳＴａ１０では、コントロールユニット１００は、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流量が目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０となるように低圧ＥＧＲ弁８３をフィードバック制御する。

まず、コントロールユニット１００は、実際に低圧ＥＧＲシステム８０によって還流される排気ガスの還流量である実低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ１を求める。詳しくは、コントロールユニット１００は、吸入ガス温度センサＳ３からの吸入ガス温度Ｔｇ及び吸気圧センサＳ４からの吸気圧Ｐａに基づいて、エンジン１に吸入される吸気充填量Ｑａｌｌを算出する。そして、コントロールユニット１００は、吸気充填量Ｑａｌｌから、エアフローセンサＳ２からの空気吸入量（即ち、新気量）ＡＦＳ及び上述した実高圧ＥＧＲ量を引くことによって、実低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ１を算出する。

次に、コントロールユニット１００は、実低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ１が目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０になるように、低圧ＥＧＲ弁８３をフィードバック制御する。コントロールユニット１００は、排気通路４０側と吸気通路３０側との間の差圧を差圧モデルに基づいて算出する。そして、コントロールユニット１００は、目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０と差圧とに基づいて低圧ＥＧＲ弁８３の開度を求め、低圧ＥＧＲ弁８３を該開度に制御する。

ステップＳＴａ５において排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’が酸素濃度Ｃｅｘ１以上であると判定されたときには、コントロールユニット１００は、ステップＳＴａ６において、排気酸素濃度の低下率が所定の第１閾値Ａ以上か否かを判定する。排気酸素濃度の低下率とは、時間に対する排気酸素濃度の低下量の比率であり、換言すると、排気酸素濃度が減少するときを正とした、排気酸素濃度の変化の傾きである。排気酸素濃度は、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’を用いる。排気酸素濃度の低下率が第１閾値Ａ以上のときには、コントロールユニット１００はステップＳＴａ７へ進む一方、排気酸素濃度の低下率が第１閾値Ａ未満のときには、コントロールユニット１００はステップＳＴａ１０へ進む。

ステップＳＴａ７では、コントロールユニット１００は、吸気通路３０の低圧合流部における吸気酸素濃度が所定濃度Ｃｒｅｆ以下か否かを判定する。吸気酸素濃度は、吸排気モデルに基づいて求められる合流部酸素濃度計算値Ｃｉｎ２’を用いる。合流部酸素濃度計算値Ｃｉｎ２’が所定濃度Ｃｒｅｆ以下のときには、コントロールユニット１００はステップＳＴａ８へ進む一方、合流部酸素濃度計算値Ｃｉｎ２’が所定濃度Ｃｒｅｆよりも大きいときには、コントロールユニット１００はステップＳＴａ１０へ進む。

ステップＳＴａ８では、コントロールユニット１００は、合流部酸素濃度計算値Ｃｉｎ２’と目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２との偏差ΔＣｉｎ２が所定の第２閾値Ｂ以下か否かを判定する。偏差ΔＣｉｎ２が所定の第２閾値Ｂ以下のときには、コントロールユニット１００はステップＳＴａ９へ進む一方、偏差ΔＣｉｎ２が所定の第２閾値Ｂよりも大きいときには、コントロールユニット１００はステップＳＴａ１０へ進む。

ステップＳＴａ９では、コントロールユニット１００は、低圧ＥＧＲの減量補正を行う。詳しくは、コントロールユニット１００は、ステップＳＴａ１０と同様に、目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０と差圧とに基づいて低圧ＥＧＲ弁８３の開度を求める。そして、コントロールユニット１００は、求めた開度を所定量だけ減量補正し、低圧ＥＧＲ弁８３を減量補正した開度に所定期間だけ維持する。その後、コントロールユニット１００は、低圧ＥＧＲ弁８３を減量補正した開度に設定してから所定期間経過すると、ステップＳＴａ１０へ進み、低圧ＥＧＲ弁８３のフィードバック制御を行う。

このような低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正を図６を参照しながら詳細に説明する。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、排気酸素濃度が酸素濃度Ｃｅｘ１以上であって且つ排気酸素濃度の低下率が第１閾値Ａ以上であること（以下、「第１条件」という）が、低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正を実行する条件の１つである。排気酸素濃度が高い状態から排気酸素濃度が急減するときには、低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正、即ち、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの減量を行う。排気酸素濃度が高い状態から急減するときとは、例えば、車両が減速状態から加速する場合である。すなわち、第１条件は、減速状態からの加速を判定しているということができる。減速時にはアクセルペダルをＯＦＦにしているので、排気酸素濃度は高くなっている。この状態からアクセルペダルをＯＮにして加速すると、排気酸素濃度が一気に低下する。

排気酸素濃度が高い状態から急減するときには、図６（Ｃ）に破線で示すように、吸気酸素濃度が目標とする濃度よりもアンダーシュートしてしまう虞がある。詳しくは、吸気酸素濃度は、排気ガスを吸気通路３０に還流させることで調整されている。例えば、目標とする吸気酸素濃度が同じであっても、排気酸素濃度が異なれば、還流させる排気ガスの量は異なる。排気酸素濃度が高いほど、還流させる排気ガスの量は多くなる。つまり、排気酸素濃度が高い状態というのは、多くの排気ガスを還流させている状態である。この状態から排気酸素濃度が急減すると、酸素濃度が低い排気ガスが大量に還流させられることになり、吸気酸素濃度が急低下し、目標酸素濃度よりもアンダーシュートしてしまう虞がある。

燃料噴射量は煤排出を抑えるように設定されており、吸気酸素濃度が目標酸素濃度よりもアンダーシュートしてしまうと、燃料噴射量も目標量よりも減量される。その結果、アクセルペダルの踏み込み量に応じたトルクを発生させることができず、乗員に違和感を与えてしまう。

ここで、高圧ＥＧＲシステム７０によって吸気酸素濃度のアンダーシュートが生じたとしても、高圧ＥＧＲシステム７０は吸気通路３０のうち燃焼室１４ａに比較的近い部分に排気ガスを還流させるため、アクセル操作とアンダーシュートによるトルク不足とのタイムラグがあまりない。そのため、トルク不足を生じるとしても、乗員に与える違和感は小さい。しかしながら、低圧ＥＧＲシステム８０は、吸気通路３０のうち大型コンプレッサ６１ａよりも上流側部分に排気ガスを還流させており、燃焼室１４ａまでの距離が遠い。そのため、吸気酸素濃度のアンダーシュートが生じてからトルク不足が現れるまでのタイムラグが長い。つまり、アクセル操作からトルク不足までのタイムラグが長いので、乗員に大きな違和感を与えてしまう。

そこで、排気酸素濃度が高い状態から急減する場合には、低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正を実行して、低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流量を一時的に減量する。

さらに、吸気酸素濃度が所定濃度Ｃｒｅｆ以下であること（以下、「第２条件」という）と、実際の吸気酸素濃度と目標吸気酸素濃度との偏差が所定の第２閾値Ｂ以下であること（以下、「第３条件」という）も、低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正を実行する条件である。

仮に吸気酸素濃度が高ければ、吸気酸素濃度がアンダーシュートしても、アンダーシュート量が吸気酸素濃度全体に与える影響は比較的小さい。それに対して、吸気酸素濃度が低い場合には、アンダーシュート量が吸気酸素濃度全体に与える影響は比較的大きい。そこで、吸気酸素濃度が所定濃度Ｃｒｅｆ以下であることを低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正を実行する条件の１つとしている。

また、実際の吸気酸素濃度が目標吸気酸素濃度に或る程度近づくまでは、アンダーシュートに与える影響は少ない。そのため、実際の吸気酸素濃度（合流部酸素濃度計算値Ｃｉｎ２’）が目標吸気酸素濃度（目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２）に或る程度近づくまでは通常のフィードバック制御を行う。これにより、実際の吸気酸素濃度をできる限り早く、目標吸気酸素濃度に近づけることができる。そこで、実際の吸気酸素濃度と目標吸気酸素濃度との偏差が所定の第２閾値Ｂ以下であることを低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正を実行する条件の１つとしている。尚、実際の吸気酸素濃度と目標吸気酸素濃度との偏差が所定の第２閾値Ｂ以下となったときに低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正が開始されるので、実際の吸気酸素濃度と目標吸気酸素濃度との偏差が所定の第２閾値Ｂ以下であることは減量補正の開始トリガでもある。

続いて、低圧ＥＧＲ弁８３の開度について説明する。

例えば、減速している状態から加速する場合には、アクセルペダルがＯＦＦ状態からＯＮ状態にされる。それに伴い、低圧ＥＧＲ弁８３のフィードバック制御が実行される。低圧ＥＧＲ弁８３の弁開度は、低圧合流部における目標吸気酸素濃度（目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２）及び排気酸素濃度（排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’）に基づいて求められた目標低圧ＥＧＲ量と、吸気通路３０と排気通路４０との差圧とに基づいて求められる。アクセルペダルがＯＦＦ状態からＯＮ状態になった直後は、排気酸素濃度が高いので、低圧ＥＧＲ弁８３は、図６（Ｄ）に示すように、全閉状態から全開状態に調整される。

アクセルペダルがＯＦＦ状態のときには、排気酸素濃度は、酸素濃度Ｃｅｘ１よりも高い。アクセルペダルがＯＮ状態になると、少し遅れて排気酸素濃度が低下し始める。排気酸素濃度が低下し始めると、排気酸素濃度の低下率が上昇する。排気酸素濃度の低下が急激な場合は、排気酸素濃度の低下率が第１閾値Ａ以上となる。これにより、減量補正の第１条件が成立する。

このとき、低圧ＥＧＲ弁８３の開度は、排気酸素濃度の低下に応じて小さくなるように制御される。

一方、低圧合流部における吸気酸素濃度は、アクセルペダルがＯＦＦ状態のときには高く、所定濃度Ｃｒｅｆよりも高い。そして、アクセルペダルがＯＮ状態となって、排気酸素濃度が低下すると、それに応じて吸気酸素濃度も低下していく。やがて、吸気酸素濃度は、所定濃度Ｃｒｅｆ以下となる。これにより、減量補正の第２条件が成立する。吸気酸素濃度がさらに低下すると、やがて、実際の吸気酸素濃度（合流部酸素濃度計算値Ｃｉｎ２’）と目標吸気酸素濃度（目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２）との偏差が第２閾値Ｂ以下となる。これにより、減量補正の第３条件が成立する。

減量補正の第１〜第３条件が成立すると、低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正が実行される。つまり、低圧ＥＧＲ弁８３の開度が所定量だけ減量される。開度が減量された状態は、所定期間維持される。

仮に減量補正がされなければ、低圧ＥＧＲ弁８３は、目標吸気酸素濃度及び排気酸素濃度に応じたフィードバック制御が継続される。その結果、低圧ＥＧＲ弁８３の開度は、図６（Ｄ）中の破線のように制御される。しかしながら、排気酸素濃度の低下に応じた理想的な低圧ＥＧＲ弁８３の開度は、図６（Ｄ）の一点鎖線である。フィードバック制御では、応答遅れ等があるため、破線で示すような開度の制御となってしまう。その結果、吸気酸素濃度は、図６（Ｃ）中の破線で示すように目標吸気酸素濃度をアンダーシュートしてしまう。

それに対し、低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正がなされることによって、低圧ＥＧＲ弁８３の開度は強制的に減量させられる。その結果、排気ガスの還流量が減るので、吸気酸素濃度の低下が緩やかになる。そのため、吸気酸素濃度の目標吸気酸素濃度への収束も緩やかになり、アンダーシュートが低減される。

低圧ＥＧＲ弁８３の開度が減量されてから所定期間経過すると、開度のフィードバック制御が再開される。フィードバック制御が再開されるときには、排気酸素濃度が大きく低下しているので、低圧ＥＧＲ弁８３の開度も小さい。そのため、低圧ＥＧＲ弁８３の実際の開度が目標開度を上回ったとしても、その偏差は小さく、それによる吸気酸素濃度のアンダーシュートも小さい。

こうして、低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正を行う結果、吸気酸素濃度のアンダーシュートが低減される。

−高圧ＥＧＲシステム−
続いて、高圧ＥＧＲシステムの制御について説明する。

まず、コントロールユニット１００は、ステップＳＴｂ１において各種センサの値を読み込み、ステップＳＴｂ２において吸排気モデルを用いて排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’を演算することは、低圧ＥＧＲシステムのステップＳＴａ１，ＳＴａ２と同様である。

ただし、高圧ＥＧＲシステム７０の制御における排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’は、高圧ＥＧＲ通路７１の下流端（吸気通路３０側の端部）における排気ガスの酸素濃度である。この部分の排気ガスは、燃焼室１４ａから排気通路４０及び高圧ＥＧＲ通路７１を介して流通してきた排気ガスである。吸排気モデルで算出される排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’は、燃焼室１４ａ（排気ポート１７）における排気ガスなので、コントロールユニット１００は、ステップＳＴｂ２では、排気ガスが排気ポート１７から高圧ＥＧＲ通路７１の下流端まで流通するのに要する時間だけ前の排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’を、高圧ＥＧＲ通路７１の下流端の排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’として用いる。

次に、ステップＳＴｂ３では、コントロールユニット１００は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ａｃｃ（エンジン負荷ＰＥに対応）より、図４に示すマップに従って、エンジン１に吸入される吸入ガスの目標酸素濃度である目標吸気酸素濃度Ｃｉｎ１を求める。

コントロールユニット１００は、続くステップＳＴｂ４において、エンジン運転状態が図４のマップにおける「クーラ側ＨＰ＋ＬＰ」領域又は「クーラバイパス側ＨＰ＋ＬＰ」領域内か否かを判定する。そして、コントロールユニット１００は、エンジン運転状態が「クーラ側ＨＰ＋ＬＰ」領域又は「クーラバイパス側ＨＰ＋ＬＰ」領域内に含まれる場合には、ステップＳＴｂ５へ進む一方、エンジン運転状態が「クーラ側ＨＰ＋ＬＰ」領域及び「クーラバイパス側ＨＰ＋ＬＰ」領域の何れにも含まれない場合には、ステップＳＴｂ１へ戻る。

そして、ステップＳＴｂ５では、コントロールユニット１００は、高圧ＥＧＲシステム７０による排気ガスの目標還流量である目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０を設定する。詳しくは、コントロールユニット１００は、前記目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０、目標吸気酸素濃度Ｃｉｎ１及び排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’に基づいて目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０を求める。

それに加えて、目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０は、低圧合流部において目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０により目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２に調整された吸気が吸気通路３０と高圧ＥＧＲ通路７１との合流部（以下、「高圧合流部」という）に到達するまでの時間遅れを考慮して補正される。つまり、低圧合流部は、吸気通路３０において高圧合流部よりも上流に位置するので、低圧ＥＧＲ通路８１を介して還流される排気ガスは、低圧合流部から高圧合流部まで流通した後に、高圧ＥＧＲ通路７１を介して還流される排気ガスと混合される。そこで、目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０を、低圧合流部から高圧合流部まで流通するのに要する時間だけ現時点よりも前の実低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ１と現時点の目標低圧ＥＧＲ量Ｅｌｐ０との偏差分だけ補正する。この補正は、低圧合流部の吸気が高圧合流部に到達すると推定される時間だけ継続される。

続いて、コントロールユニット１００は、ステップＳＴｂ６において、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’が所定の酸素濃度Ｃｅｘ２以上か否かを判定する。コントロールユニット１００は、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’が酸素濃度Ｃｅｘ２以上であるときには、ステップＳＴｂ８へ進む一方、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’が酸素濃度Ｃｅｘ２よりも小さいときには、ステップＳＴｂ１１へ進む。この酸素濃度Ｃｅｘ２は、低圧ＥＧＲシステム８０の制御で用いた酸素濃度Ｃｅｘ１と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

コントロールユニット１００は、ステップＳＴｂ７において、排気酸素濃度の低下率が所定の第３閾値Ｃ以上か否かを判定する。排気酸素濃度は、排気酸素濃度計算値Ｃｅｘ’を用いる。排気酸素濃度の低下率が第３閾値Ｃ以上のときには、コントロールユニット１００はステップＳＴｂ８へ進む一方、排気酸素濃度の低下率が第３閾値Ｃ未満のときには、コントロールユニット１００はステップＳＴｂ１１へ進む。この第３閾値Ｃは、低圧ＥＧＲシステム８０の制御で用いた第１閾値Ａと同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

ステップＳＴｂ８では、コントロールユニット１００は、高圧ＥＧＲ量の上限値Ｅ０を過給圧に応じて設定する。具体的には、過給圧が低いほど、上限値Ｅ０は小さくなる。そして、ステップＳＴｂ９において、コントロールユニット１００は、目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０が上限値Ｅ０より大きいか否かを判定する。目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０が上限値Ｅ０よりも大きいときには、コントロールユニット１００はステップＳＴｂ１０へ進み、目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０を上限値Ｅ０で置き換える。一方、目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０が上限値Ｅ０以下のときには、コントロールユニット１００はステップＳＴｂ１１へ進む。

ステップＳＴｂ１１では、コントロールユニット１００は、低圧ＥＧＲシステムの制御において、低圧ＥＧＲ弁８３の減量補正を行ったか否かを判定する。コントロールユニット１００は、減量補正を行った場合には、ステップＳＴｂ１２へ進む一方、減量補正を行っていない場合には、ステップＳＴｂ１５へ進む。

ステップＳＴｂ１２では、コントロールユニット１００は、前記減量補正を行ったことによって低圧合流部における酸素濃度が目標合流部酸素濃度Ｃｉｎ２よりも増加した増加量ΔＣｉｎ２を、エアフローセンサＳ２からの空気吸入量ＡＦＳに基づいて求める。

続いて、コントロールユニット１００は、ステップＳＴｂ１３において、増加量ΔＣｉｎ２が所定の第４閾値Ｄ以上か否かを判定する。増加量ΔＣｉｎ２が第４閾値Ｄ以上のときには、コントロールユニット１００はステップＳＴｂ１４へ進む一方、増加量ΔＣｉｎ２が第４閾値Ｄよりも小さいときには、コントロールユニット１００はステップＳＴｂ１５へ進む。

ステップＳＴｂ１４では、コントロールユニット１００は、目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０を補正する。具体的には、目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０は、元の目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０に補正値ΔＥｈｐを追加した値に補正される。補正値ΔＥｈｐは、増加量ΔＣｉｎ２に対応する高圧ＥＧＲ量である。尚、目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０を補正する際には、前記上限値Ｅ０による制限は解除される。つまり、補正後の目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０は、上限値Ｅ０を超え得る。

尚、補正値ΔＥｈｐは、増加量ΔＣｉｎ２に対応する高圧ＥＧＲ量であってもよい。例えば、補正値ΔＥｈｐは、増加量ΔＣｉｎ２の５０％に対応する高圧ＥＧＲ量であってもよい。

続く、ステップＳＴｂ１５では、コントロールユニット１００は、吸気圧センサＳ４からの吸気圧Ｐａ及び排気圧センサＳ５からの排気圧Ｐｅｘに基づいて算出した差圧と、目標高圧ＥＧＲ量Ｅｈｐ０とに基づいて高圧ＥＧＲ弁（クーラＥＧＲ弁７３又はバイパスＥＧＲ弁７４）の開度を求め、高圧ＥＧＲ弁をその開度に設定する。

このように、高圧ＥＧＲ量には上限値が設定される。これにより、酸素不足による失火が抑制される。

詳しくは、上限値が設定されるのは、排気酸素濃度が酸素濃度Ｃｅｘ２以上であって且つ排気酸素濃度の低下率が第３閾値Ｃ以上であるときである。これは、排気酸素濃度が高い状態から急減するときであり、例えば、減速している状態から加速する場合である。減速状態では排気酸素濃度が高いので、吸気酸素濃度を所望の値にするためには大量の排気ガスを還流させる必要がある。この状態から加速すると、排気酸素濃度が急激に低下する。つまり、酸素濃度が低い排気ガスが大量に還流される。一方、吸気圧センサＳ４又は排気圧センサＳ５の検出誤差や、吸気圧又は排気圧の変動（特に排気圧の変動）によって高圧ＥＧＲ量の調整量に誤差が生じる場合がある。そのため、酸素濃度が低い排気ガスが大量に還流され得る状況において、高圧ＥＧＲ量が各種誤差に起因して目標値よりも多くなると、吸気の酸素不足に陥り、失火してしまう虞がある。

そこで、減速状態からの加速が検出されたときには、高圧ＥＧＲ量に上限値を設定し、高圧ＥＧＲ量が本来必要な量よりも多くなってしまうことを防止している。

したがって、本実施形態の排気ガス還流制御装置は、エンジン１における排気通路４０と吸気通路３０とを接続する高圧ＥＧＲ通路７１、及び、該高圧ＥＧＲ通路７１に設けられたクーラＥＧＲ弁７３及びバイパスＥＧＲ弁７４を有し、該排気通路４０から該吸気通路３０へ排気ガスを還流させる高圧ＥＧＲシステム７０と、前記排気通路４０と前記吸気通路３０の差圧と前記クーラＥＧＲ弁７３及びバイパスＥＧＲ弁７４の開度とに基づいて前記吸気通路３０への排気ガスの還流量を制御するコントロールユニット１００とを備え、前記コントロールユニット１００は、排気ガスの還流量を制御することによって吸気酸素濃度を調整しており、減速状態から加速するときには、前記還流量に上限値を設定して該還流量が該上限値を超えないように制御する。

前記の構成によれば、減速状態から加速するときには、排気ガスの還流量に上限値を設定して該還流量が上限値を超えないようにする。これにより、各種センサの検出誤差や吸気圧又は排気圧の変動があったとしても、還流量が上限値以下に設定される。その結果、失火を防止することができる。

さらに、前記コントロールユニット１００は、過給圧が低いほど空燃比を低下させるように構成されており、前記上限値を過給圧が低いほど低下させる。

前記の構成によれば、過給圧が低いほど空燃比が低下し、新気量が少なくなる。つまり、過給圧が低いほど失火が生じやすい環境となる。そこで、制御部は、過給圧が低いほど前記上限値を低下させる。これにより、過給圧が低いほど排気ガスの還流量が低い値に制限される。その結果、過給圧が低い状況でも失火を防止することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

前記実施形態では、エンジン１には、高圧ＥＧＲシステム７０と低圧ＥＧＲシステム８０とが設けられているが、これに限られるものではない。例えば、エンジン１は、高圧ＥＧＲシステム７０及び低圧ＥＧＲシステム８０の何れか１つだけ有する構成であってもよい。

また、エンジン１には、２つのターボ過給機が設けられているが、ターボ過給機は１つであっても、３つ以上であってもよい。

また、前記上限値は、過給圧に応じて調整されているが、これに限られるものではない。例えば、上限値は、一定の値であってもよい。

さらに、低圧ＥＧＲの減量補正は、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を所定量だけ減量した状態を所定期間維持しているが、所定期間は任意に設定することができる。例えば、所定期間の維持がなくてもよい。すなわち、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を所定量だけ減量して、次の制御周期にはフィードバック制御を再開してもよい。

なお、前記実施形態における低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流量のフィードバック制御は一例であり、制御内容はこれに限られるものではない。低圧ＥＧＲシステム８０による排気ガスの還流量のフィードバック制御できる限り、任意の制御内容を採用することができる。

以上説明したように、ここに開示された技術は、排気ガス還流制御装置について有用である。

１ エンジン
３０ 吸気通路
４０ 排気通路
６１ 大型ターボ過給機（ターボ過給機）
６１ａ 大型コンプレッサ（コンプレッサ）
６１ｂ 大型タービン（タービン）
６２ 小型ターボ過給機（ターボ過給機）
６２ａ 小型コンプレッサ（コンプレッサ）
６２ｂ 小型タービン（タービン）
７０ 高圧ＥＧＲシステム
７１ 高圧ＥＧＲ通路
７３ クーラＥＧＲ弁
７４ バイパスＥＧＲ弁
８０ 低圧ＥＧＲシステム
１００ コントロールユニット

Claims (4)

1. ディーゼルエンジンにおける排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路、及び、該ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁を有し、該排気通路から該吸気通路へ排気ガスを還流させるＥＧＲシステムと、
   前記排気通路内の圧力を検出する排気圧検出手段と、
   前記吸気通路への排気ガスの還流量を制御する制御部と、
   前記排気通路に配設されたタービン、及び、前記吸気通路に配設されたコンプレッサを有するターボ過給機とを備え、
   前記ＥＧＲシステムは、
   前記ＥＧＲ通路のうち、前記排気通路のうち前記タービンの下流側の部分と前記吸気通路のうち前記コンプレッサの上流側の部分とを接続するＥＧＲ通路である低圧ＥＧＲ通路、及び、前記ＥＧＲ弁のうち前記低圧ＥＧＲ通路内に設けられたＥＧＲ弁である低圧ＥＧＲ弁を有し、前記排気通路のうち前記タービンの下流側の部分から前記吸気通路のうち前記コンプレッサの上流側の部分へ排気ガスを還流させる低圧ＥＧＲシステムと、
   前記ＥＧＲ通路のうち、前記排気通路のうち前記タービンの上流側の部分と前記吸気通路のうち前記コンプレッサの下流側の部分とを接続するＥＧＲ通路である高圧ＥＧＲ通路、及び、前記ＥＧＲ弁のうち前記高圧ＥＧＲ通路内に設けられたＥＧＲ弁である高圧ＥＧＲ弁を有し、前記排気通路のうち前記タービンの上流側の部分から前記吸気通路のうち前記コンプレッサの下流側の部分へ排気ガスを還流させる高圧ＥＧＲシステムとを有し、
   前記制御部は、
   前記高圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量を、前記吸気通路内の圧力と前記排気圧検出手段によって検出された前記排気通路内の圧力との差と、前記高圧ＥＧＲ弁の開度とに基づいて制御し、
   前記低圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量を、排気酸素濃度に基づいて算出される吸気酸素濃度の算出値が、予め定められた目標吸気酸素濃度になるように前記低圧ＥＧＲ弁を制御するフィードバック制御によって制御するように構成され、
   さらに、前記制御部は、減速状態から加速するときには、排気ガスの還流量に上限値を設定して該還流量が該上限値を超えないように制御する排気ガス還流制御装置。
2. 請求項１に記載の排気ガス還流制御装置において、
   前記制御部は、排気酸素濃度が所定濃度以上であって排気酸素濃度の低下量の時間変化である排気酸素濃度の低下率が所定値以上であることをもって減速状態から加速するときであると判定する排気ガス還流制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の排気ガス還流制御装置において、
   前記制御部は、過給圧が低いほど空燃比を低下させるように構成されており、前記上限値を過給圧が低いほど低下させる排気ガス還流制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の排気ガス還流制御装置において、
   前記制御部は、
   減速状態から加速するときには、前記高圧ＥＧＲシステムについては、前記高圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量に上限値を設定し、前記低圧ＥＧＲシステムについては、前記低圧ＥＧＲシステムによる排気ガスの還流量を減量補正した後、前記フィードバック制御を実行する排気ガス還流制御装置。

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