JP6551047B2

JP6551047B2 - 内燃機関システム及び内燃機関システムの制御方法

Info

Publication number: JP6551047B2
Application number: JP2015162654A
Authority: JP
Inventors: 和宏寺山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2035-08-20
Also published as: JP2017040213A

Description

過給機と排気ガス再循環装置とを備えるエンジンシステムに関する。

ガソリンエンジンは、排気量を従来よりも低下させつつ排気量低下に伴う出力低下を過給機により補うことで燃費性能と出力性能とを両立させる、いわゆるダウンサイジングターボエンジンが主流になりつつある。また、排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスともいう）を吸気通路に再循環させて、ポンピングロスを低減するとともに耐ノッキング性を改善することにより、燃費性能を向上させる排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置ともいう）が知られている。

近年、燃費性能向上の要求が高まっており、この要求に対応するためには、より広い運転領域で、より高いＥＧＲ率を実現することが必要となる。ＥＧＲ装置は排気通路と吸気通路との差圧を利用してＥＧＲガスを再循環させるので、例えばダウンサイジングターボエンジンで過給領域においてＥＧＲガスを再循環させるためには、ＥＧＲガスを導入する位置を過給機よりも上流側のほぼ大気圧となる吸気通路にする必要がある。つまり、ＥＧＲガスを導入する位置からエンジンまでの容積（吸気容積）が、従来のスロットルバルブ下流側にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ装置に比べて大きくなる。その結果、減速時のように吸入空気量が減少する場合に、ＥＧＲガス量を制御するＥＧＲバルブを吸入空気量の減少に応じて閉じる方向に制御しても、既に吸気通路内にあるＥＧＲガスが筒内に導入されて過剰な高ＥＧＲ率となり、燃焼安定度の悪化による運転性の悪化や失火を招くおそれがある。

このような問題を解決するための構成として、特許文献１には、吸気通路のＥＧＲガス導入位置とスロットルバルブより下流側とを連通する新気バイパス通路と、新気バイパス通路に設けた新気バイパスバルブと、を備える構成が開示されている。そして、当該構成において、減速時にはスロットルバルブを閉方向へ、新気バイパスバルブを開方向へ、それぞれ制御している。

特開２０１２−７５４７号公報

しかしながら、上記文献の構成では、新気バイパス通路の新気バイパスバルブよりスロットルバルブ側に高圧のＥＧＲガスが滞留するので、スロットルバルブを閉じるタイミングが減速要求を検知した直後であっても、新気バイパスバルブを開けばＥＧＲガスが新気バイパス通路内を逆流する。これによりエンジンへの新気の導入が妨げられ、燃焼安定度が悪化するおそれがある。つまり、上記文献に記載の構成では、減速時に燃焼安定度が悪化してしまうという問題を解決できていない。

なお、ＥＧＲ率の設定値を低くするほど、吸気通路内に滞留しているＥＧＲガスの影響は小さくなるので上述した問題は生じ難くなるが、燃費性能向上の要求を満足することは難しくなる。

そこで本発明では、上述した燃焼安定度の悪化を抑制することによって、ＥＧＲ装置による燃費性能向上の効果をより高めることを目的とする。

本発明のある態様によれば、ターボ過給機と、ターボ過給機のコンプレッサが配置される第１吸気通路と、ターボ過給機のタービンが配置される第１排気通路と、第１吸気通路のコンプレッサより下流側に配置されるスロットルチャンバと、を備える内燃機関システムが提供される。内燃機関システムはさらに、第１排気通路のタービンより下流側と第１吸気通路のコンプレッサより上流側とを連通する排気再循環通路と、排気再循環通路を通過する排気ガス流量を調整する排気再循環量制御バルブと、を備える。また、内燃機関システムは、第１吸気通路のスロットルチャンバより下流側と第１吸気通路の排気再循環通路との合流部より上流側とを連通する第２吸気通路と、第１吸気通路と第２吸気通路との分岐位置より上流側の第１吸気通路に配置されるアドミッションバルブと、第２吸気通路に配置され、スロットルチャンバより下流側の第１吸気通路の内圧が第２吸気通路の内圧より低くなった場合に開弁する弁とを備える。そして、内燃機関システムは、車両減速要求に応じて前記排気再循環量制御バルブを開閉制御した後のトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より高くなり、かつ前記弁が閉弁している場合には前記スロットルチャンバの開度を制御し、車両減速要求に応じて前記排気再循環量制御バルブを開閉制御した後のトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より高くなり、かつ前記弁が開弁している場合には前記スロットルチャンバを閉方向に制御するとともに前記アドミッションバルブの開度を制御する制御部を備える。

上記態様によれば、第２吸気通路に弁を備えることにより、第１吸気通路に滞留しているＥＧＲガスが第２吸気通路を逆流することがなくなるので、第１吸気通路内圧が第２吸気通路内圧より低くなったら速やかに新気を筒内に供給できるようになり、減速状態のように要求排気再循環率の減少量が所定量以上になる場合における燃焼安定性の悪化を抑制できる。その結果、減速状態以外の走行状態におけるＥＧＲ率をより高く設定できるようになるので、燃費性能の向上を図ることができる。

図１は、第１実施形態に係る内燃機関システムの概略構成図である。図２は、コントローラが実行する制御ルーチンのフローチャートである。図３は、図２のステップＳ５０に続く制御ルーチンのフローチャートである。図４は、図２のステップＳ４０に続く制御ルーチンのフローチャートである。図５は、図２の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。図６は、第２実施形態に係る内燃機関システムの概略構成図である。図７は、第３実施形態に係る内燃機関システムの概略構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る内燃機関システム１００の概略構成図である。内燃機関１の第１吸気通路２には、吸気流れの上流側から順に、第１エアフローメータ１４と、吸気絞り弁としてのアドミッションバルブ（以下、ＡＤＭ／Ｖともいう）１２と、ターボ過給機５のコンプレッサ５Ａと、スロットルチャンバ（以下、ＴＨ／Ｃともいう）４と、インタークーラ６が配置されている。

内燃機関１の第１排気通路３には、排気流れの上流側から順に、ターボ過給機５のタービン５Ｂと、例えば三元触媒のような排気浄化装置７と、が配置されている。

なお、本実施形態ではターボ過給機５を用いる場合について説明するが、これに限定されるわけではなく、例えば機械式過給機であってもよく、電動式過給機であってもよい。

内燃機関システム１００は、第１排気通路３の排気浄化装置７より下流側と、第１吸気通路２のコンプレッサ５Ａより上流側とを連通する排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路ともいう）８を備える。ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲ通路８を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ９と、ＥＧＲ通路８を流れる排気ガス流量を制御するＥＧＲバルブ（以下、ＥＧＲ／Ｖともいう）１０とが配置されている。ＥＧＲ通路８、ＥＧＲクーラ９及びＥＧＲ／Ｖ１０を含めてＥＧＲ装置という。

また、内燃機関システム１００は、第１吸気通路２のＴＨ／Ｃ４より下流側と、第１吸気通路２のＥＧＲ通路８との合流部より上流側とを連通する第２吸気通路１１を備える。

ＴＨ／Ｃ４より下流側の第１吸気通路２と第２吸気通路１１との合流部には、第２吸気通路１１の内圧が第１吸気通路の内圧よりも高くなると開弁する逆流防止弁１３が配置されている。本実施形態の逆流防止弁１３は、弁体が弁座シート面から直角方向に移動する形式の、いわゆるポペット式バルブである。なお、ポペット式バルブに限らず、いわゆるスイング式やウエハー式等、閉弁時に弁体が弁座シートに押し付けられる構成のものであればよい。また、逆流防止弁１３は第２吸気通路１１に介装されていてもよい。

第１エアフローメータ１４はＡＤＭ／Ｖ１２を通過する空気量を検出する。検出された空気量は制御部としてのコントローラ２０に読み込まれる。なお、本実施形態では第１エアフローメータ１４を用いるが、これに限られるわけではなく、ＡＤＭ／Ｖ１２を通過する空気量を検知または推定できるものであればよい。例えば第１吸気通路２の圧力とＴＨ／Ｃ４の開度とに基づいて推定することもできる。

コントローラ２０は、第１エアフローメータ１４の検出値の他に、図示しないクランク角センサ、アクセル開度センサ等の検出値も読込む。そして、コントローラ２０はこれらの検出値に基づいてＴＨ／Ｃ４及びＥＧＲ／Ｖ１０の開度制御や、燃料噴射制御や、点火時期制御等を実行する。なお、コントローラ２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ２０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

ＥＧＲ装置は、排気通路内と吸気通路内との差圧を利用して排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスともいう）を吸気系に再循環させる。しかし、本実施形態のようにＥＧＲ通路８がコンプレッサ５Ａよりも上流側に接続されている、いわゆるロープレッシャー・ＥＧＲ装置（以下、ＬＰ−ＥＧＲ装置ともいう）では、所望のＥＧＲ率を達成するために必要な差圧が生じない場合もある。そこで本実施形態の内燃機関システム１００では、ＡＤＭ／Ｖ１２を設け、ＡＤＭ／Ｖ１２を閉方向に制御することで第１吸気通路２のＡＤＭ／Ｖ１２より下流側に負圧を発達させて、第１排気通路３との差圧を増大させる。なお、ＥＧＲ率とは、内燃機関１に流入する全ガス量に対するＥＧＲガスの割合である。また、ＥＧＲガスを再循環させる制御をＥＧＲ制御という。

ＥＧＲガスを再循環させると、ＥＧＲガスが導入された分だけＴＨ／Ｃ４の開度を増大させることになるので、ポンピングロスが低減して燃費性能が向上することが知られている。また、ＥＧＲガスを再循環させると燃焼温度が低下して耐ノッキング性が改善されるので、ノッキング回避のための点火時期遅角量が小さくなり、燃費性能が向上することも知られている。したがって、燃費性能を向上させるためには、より広い運転領域でＥＧＲ制御を実行することが望ましい。その点、ＬＰ-ＥＧＲ装置はコンプレッサ５Ａよりも上流側にＥＧＲガスを再循環させるので、過給領域であってもＥＧＲ制御を行うことが可能であり、過給機付き内燃機関の燃費性能向上に適した装置といえる。

ところで、ＬＰ-ＥＧＲ装置では、コンプレッサ５Ａの上流側にＥＧＲ通路８を接続するので、ＥＧＲ通路８との接続部から筒内までの経路長が長くなりがちである。ＥＧＲ制御実行中は、第１吸気通路２のＥＧＲ通路８との合流部から筒内までにＥＧＲガスが存在する。このため、ＥＧＲ／Ｖ１０を閉じた後も第１吸気通路２に存在するＥＧＲガスが筒内に流入し続けることになる。また、ＴＨ／Ｃ４を閉じたとしても、ＴＨ／Ｃ４から筒内までの吸気経路中に存在するＥＧＲガスが筒内に流入し続ける。

例えば、車両減速要求が発せられて内燃機関１が減速状態になると、要求吸入空気量は低下し、目標ＥＧＲ率も低下するので、必要となるＥＧＲガス量も少なくなる。このとき、単にＴＨ／Ｃ４とＥＧＲ／Ｖ１０とを閉方向に制御するだけでは、しばらくは減速状態になる前の目標ＥＧＲ率に応じて導入されたＥＧＲガスが筒内に流入し、筒内の実ＥＧＲ率が減速状態における目標ＥＧＲ率よりも高くなる。その結果、燃焼安定度は悪化し、失火にいたるおそれもある。

そこで本実施形態では、減速状態においても燃焼安定性を確保するために、ＡＤＭ／Ｖ１２とＴＨ／Ｃ４とＥＧＲ／Ｖ１０とを以下に説明するように制御する。なお、以下に説明する制御を、単にＴＨ／Ｃ４とＥＧＲ／Ｖ１０とを閉方向に制御するだけでは失火のおそれが生じる程度に目標ＥＧＲ率が変化する減速状態でのみ実行するようにしてもよい。

図２は、コントローラ２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。

ステップＳ１０で、コントローラ２０は車両減速要求の有無を判定し、車両減速要求が有る場合はステップＳ２０の処理を実行し、車両減速要求が無い場合はステップＳ１５０の処理を実行する。

ステップＳ１５０でコントローラ２０が実行するのは、加速状態、定速状態、または機関停止時の空気量制御及びＥＧＲ制御である。これらの制御は公知の制御内容であり、例えば、運転状態に応じてマップ検索等により要求空気量とＥＧＲ率とを設定し、設定した値となるようにＴＨ／Ｃ４とＥＧＲ／Ｖ１０とを開閉制御する。

ステップＳ２０で、コントローラ２０は減速状態における外部ＥＧＲ率（減速要求時外部ＥＧＲ率）を算出する。減速要求時外部ＥＧＲ率は、エンジン回転速度及びエンジン負荷に対してＥＧＲ率を割り付けたマップを予め作成してコントローラ２０に格納しておき、これを検索することによって算出する。なお、外部ＥＧＲガスとは、筒内に流入する総ガス量に対するＥＧＲ通路８を介して導入されるＥＧＲガスの割合ことである。これに対して、総ガス量に対する内燃機関１の排気行程で排出されずに筒内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の割合を内部ＥＧＲ率という。

ステップＳ３０で、コントローラ２０は減速要求時外部ＥＧＲ率に応じてＥＧＲ／Ｖ１０を開閉制御する。ＥＧＲ／Ｖ１０の開度は、減速要求時外部ＥＧＲ率とＥＧＲ／Ｖ１０の開度との関係を予めマップ化してコントローラ２０に格納しておき、これを検索することにより設定する。

ステップＳ４０で、コントローラ２０はトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より大きいか否かを判定する。トータルＥＧＲ率とは、筒内に流入する総ガス量に対する外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスとを合計した総ＥＧＲガス量の割合である。

減速状態では、ＴＨ／Ｃ４の開度が小さくなるため筒内が掃気され難くなり、内部ＥＧＲ率が上昇し易い。そこで、コントローラ２０はエンジン運転状態や減速状態になる前のＥＧＲ率等に基づいて減速状態における内部ＥＧＲ率を推定する。推定方法としては、予め作成したマップを検索してもよいし、予め作成した演算式で算出してもよい。

失火限界ＥＧＲ率とは、失火が生じない最大のＥＧＲ率であり、本実施形態を適用する内燃機関毎に実験等により予め設定しておく。

コントローラ２０は、トータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より大きい場合にはステップＳ５０の処理を実行し、失火限界ＥＧＲ率以下の場合は図４のステップＳ１８０の処理を実行する。

ステップＳ５０で、コントローラ２０は第１吸気通路２内の圧力が第２吸気通路１１内の圧力より低いか否かを判定し、第１吸気通路２内の圧力の方が低い場合にはステップＳ６０の処理を実行し、そうでない場合は図３のステップＳ１４０の処理を実行する。第１吸気通路２及び第２吸気通路１１のそれぞれに圧力センサを設けて、検出した圧力を比較してもよいが、ここでは、逆流防止弁１３が開いているか否かで判定する。逆流防止弁１３は、上述したように第１吸気通路２内の圧力が第２吸気通路１１内の圧力より低くなると開弁するよう設定されているからである。

ステップＳ６０で、コントローラ２０は、内燃機関１に導入されるトータル空気量が減速状態における要求空気量となり、かつ失火が生じないように、ＴＨ／Ｃ４を通過する空気量（ＴＨ／Ｃ通過要求空気量）とＡＤＭ／Ｖ１２を通過する空気量（ＡＤＭ／Ｖ通過要求空気量）とを設定する。減速状態における要求空気量（減速要求空気量）については、後述する。

ステップＳ４０で判定したように、現在のトータルＥＧＲ率では失火が生じてしまうので、失火を防止するために、第２吸気通路１１を介して導入される新気でＴＨ／Ｃ４を介して導入されるＥＧＲガスを希釈してトータルＥＧＲ率を低下させる必要がある。そこで、コントローラ２０は、現在のトータルＥＧＲ率と失火限界ＥＧＲ率とに基づいて、ＴＨ／Ｃ通過要求空気量とＡＤＭ／Ｖ通過要求空気量とを設定する。これらを算出したら、コントローラ２０は以下に説明するステップＳ７０−Ｓ９０と、ステップＳ１００−Ｓ１２０と、を並行して実行する。

ステップＳ７０で、コントローラ２０はＡＤＭ／Ｖ１２をＡＤＭ／Ｖ通過要求空気量に応じて開閉制御する。

ステップＳ８０で、コントローラ２０は、第２吸気通路１１を通過する空気量（第２吸気通路内空気量）を取得する。具体的には、コントローラ２０は、第１エアフローメータ１４で検出した空気量と、第１吸気通路２を通過する空気量と第２吸気通路１１を通過する空気量の比とに基づいて第２吸気通路内空気量を算出する。当該比は、ＴＨ／Ｃ４の開度に応じて定まるので、ＴＨ／Ｃ４の開度と当該比との関係を予め調べてマップ化しておき、コントローラ２０はこれを検索する。

ステップＳ９０で、コントローラ２０は、ＡＤＭ／Ｖ通過要求空気量が第２吸気通路内空気量と等しいか否かを判定し、等しくなるまでステップＳ７０−Ｓ９０を繰り返して今回のルーチンを終了する。

ステップＳ１００で、コントローラ２０は、ＴＨ／Ｃ４をＴＨ／Ｃ通過要求空気量に応じて開閉制御する。

ステップＳ１１０で、コントローラ２０は、第１吸気通路２を通過する空気量（第１吸気通路内空気量）を取得する。コントローラ２０は、ステップＳ８０と同様に第１吸気通路内空気量を取得する。

ステップＳ１２０で、コントローラ２０はＴＨ／Ｃ通過要求空気量が第１吸気通路内空気量と等しいか否かを判定し、等しくなるまでステップＳ１００−Ｓ１２０を繰り返して今回のルーチンを終了する。

上記のステップＳ６０−Ｓ１２０の処理は、ステップＳ５０で第１吸気通路２内の圧力が第２吸気通路１１内の圧力より低くなってから、つまり、第２吸気通路１１を空気が逆流しない状態になってから行われる。これにより、第２吸気通路１１内をＥＧＲガスが逆流することなく、第１吸気通路２に残存するＥＧＲガスを希釈しつつ筒内に空気を速やかに供給できる。

一方、ステップＳ５０において第１吸気通路２内の圧力が第２吸気通路１１内の圧力以上であると判定した場合に実行する図３のステップＳ１４０で、コントローラ２０は最小要求空気量を設定する。ここでいう最小要求空気量とは、失火しない範囲で最も少ない空気量である。空気量が少なくなるほど燃焼は不安定になる。換言すると、空気量が多くなると失火限界ＥＧＲ率も上昇する。そこで、現在のトータルＥＧＲ率でも失火限界ＥＧＲ率を超えないような空気量を、最小要求空気量を設定することとする。

ステップＳ１５０で、コントローラ２０は最小要求空気量に応じてＴＨ／Ｃ４を開閉制御する。

ステップＳ１６０で、コントローラ２０はステップＳ１１０と同様に第１吸気通路内空気量を取得する。

ステップＳ１７０で、コントローラ２０は最小要求空気量が第１吸気通路内空気量と同じいか否かを判定し、同じになるまでステップＳ１５０−Ｓ１７０を繰り返して今回のルーチンを終了する。

加速または一定車速での走行状態から減速状態に遷移したら、多くの場合、まずはステップＳ１４０−Ｓ１７０を実行することになる。そして、ステップＳ１４０−Ｓ１７０の処理を実行することにより、第２吸気通路１１を介して供給される新気による希釈（ステップＳ６０−Ｓ１２０）が行えない状態でも、失火を防止できる。

また、ステップＳ４０でトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率以下であると判定した場合に実行する図４のステップＳ１８０で、コントローラ２０は減速要求空気量を算出する。ここで、減速要求空気量について説明する。減速要求空気量とは、減速状態における内燃機関１の要求空気量である。いわゆるフューエルカットを実行する減速状態であれば、内燃機関１の要求空気量はゼロになる。しかし、減速状態になる前の運転状態によってはフューエルカットによりトルクショックが発生する場合もある。また、急激にフューエルカットを実行すると、内燃機関１が惰性で回転することで排気触媒に空気が供給されてしまうので、フューエルカットから復帰したときにＮＯｘ排出量の増大を招来する。そこで、トルクショックの抑制やＮＯｘ排出量の抑制のために、減速状態になった後もすぐにはフューエルカットを開始せずに、徐々に空気量を低減させながら内燃機関１を稼働させることがある。

また、例えば高速道路において本線への合流後にアクセル開度を減少させた場合等には、内燃機関１が稼働したままで減速状態となる。

上記のような内燃機関１が稼働したままで減速する場合には、内燃機関１で燃焼を行いつつも、エンジン回転速度を低下させる必要がある。つまり、内燃機関１の出力をフリクションに打ち勝つ事が出来ない程度の大きさに制御する必要がある。このときの要求空気量が減速要求空気量である。

ステップＳ１９０で、コントローラ２０は減速要求空気量に応じてＴＨ／Ｃ４を開閉制御する。

ステップＳ２００で、コントローラ２０はステップＳ１１０と同様に第１吸気通路内空気量を取得する。

ステップＳ２１０で、コントローラ２０は減速要求空気量が第１吸気通路内空気量と同じか否かを判定し、同じになるまでステップＳ１８０−Ｓ２１０を繰り返して今回のルーチンを終了する。

図５は、アクセル開度が中・高開度での走行状態からアクセル開度が低開度の減速状態へ遷移した場合のタイミングチャートである。ＥＮＧ導入トータルＥＧＲ率のチャートにおける破線は、第２吸気通路１１からの新気による希釈を行わない場合（以下、比較例という）の推移を示している。

比較例では、減速状態になったことに応じて吸入空気量を低減した後も、吸気系内に滞留しているＥＧＲガスが筒内に流入するので、内燃機関１に導入されるガス全体のＥＧＲ率（ＥＮＧ導入ＴｏｔａｌＥＧＲ率）は減速状態になった直後に増大し、失火限界を超えている。

なお、本実施形態の特徴部分であるステップＳ５０−Ｓ１２０の処理に着目する為、最初の演算においてステップＳ４０でトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より高く、ステップＳ５０で第１吸気通路内圧が第２吸気通路内圧より低い、と判定された場合について示している。この場合でも減速状態に遷移してから逆流防止弁１３が開弁するまでに時間差は生じるが、図５では簡便のためタイミングＴ１で逆流防止弁１３が開弁するものとしている。

タイミングＴ１で減速状態へ遷移すると、内燃機関１の要求空気量（ＥＮＧＴｏｔａｌ要求空気量）と、ＥＧＲ率の目標値（ＥＮＧ導入ＴａｒｇｅｔＥＧＲ率）とが低下する。そして、図２のステップＳ６０、Ｓ７０、Ｓ１００の処理によって、ＡＤＭ／Ｖ１２は開方向に、ＴＨ／Ｃ４は閉方向に、それぞれ制御される。これにより第２吸気通路１１を介して筒内に流入する空気量（第２吸気通路経由供給空気量）は増加し、ＴＨ／Ｃ４を介して筒内に流入する空気量（ＴＨ／Ｃ経由供給空気量）は減少する。その後、図２のステップＳ７０−Ｓ９０及びステップＳ１００−Ｓ１２０の処理（フィードバック処理）によって、ＡＤＭ／Ｖ１２の開度は徐々に小さく、ＴＨ／Ｃ４の開度は徐々に大きくなる。これに応じて、第２吸気通路経由供給空気量は徐々に減少し、ＴＨ／Ｃ経由供給空気量は徐々に増加する。

上記のように制御することで、吸気系内に滞留しているＥＧＲガスは第２吸気通路１１を介して導入される新気によって希釈されながら消費されるので、吸気系内ＥＧＲ率は徐々に低下する。これにより、ＥＮＧ導入ＴｏｔａｌＥＧＲ率は、減速状態に遷移してから比較例のように増大することなく、徐々に低下する。

次に、上述した本実施形態による作用効果についてまとめる。

本実施形態では、内燃機関システム１００は、第１吸気通路２のコンプレッサ５Ａより下流側に配置されるＴＨ／Ｃ４と、第１排気通路３のタービン５Ｂより下流側と第１吸気通路２のコンプレッサ５Ａより上流側とを連通するＥＧＲ通路８と、ＥＧＲ通路８を通過する排気ガス流量を調整するＥＧＲ／Ｖ１０と、を備える。また、内燃機関システム１００は、第１吸気通路２のＴＨ／Ｃ４より下流側と第１吸気通路２のＥＧＲ通路８との合流部より上流側とを連通する第２吸気通路１１と、第１吸気通路２の、ＥＧＲ通路８との合流部より上流側にある第２吸気通路１１との合流部より上流側に配置されるＡＤＭ／Ｖ１２を備える。さらに、内燃機関システム１００は、第２吸気通路１１に配置され、ＴＨ／Ｃ４より下流側の第１吸気通路２の内圧が第２吸気通路１１の内圧より低くなった場合に開弁する逆流防止弁１３と、減速状態になった場合にＴＨ／Ｃ４を閉方向に制御するコントローラ２０を備える。

逆流防止弁１３を備えることにより、第１吸気通路２に滞留しているＥＧＲガスが第２吸気通路１１を逆流することがなくなるので、第１吸気通路内圧が第２吸気通路内圧より低くなったら速やかに新気を筒内に供給できるようになり、減速状態における燃焼安定性の悪化を抑制できる。その結果、減速状態以外の走行状態におけるＥＧＲ率をより高く設定できるようになるので、燃費性能の向上を図ることができる。なお、逆流防止弁１３には過給領域において高圧がかかり続けるので、仮にバタフライ式バルブを用いると耐久性に問題があり、第２吸気通路１１への吸気の漏れを生じるおそれがある。しかし、本実施形態の逆流防止弁１３によれば、吸気の第２吸気通路１１への漏れを確実に防止し、かつ耐久性も確保できる。

さらに、逆流防止弁１３を第１吸気通路２と第２吸気通路１１とのＴＨ／Ｃ４下流側の合流部に配置すると、第２吸気通路１１内にＥＧＲガスが滞留することがなくなり、より速やかに新気を筒内に供給できる。

なお、第１吸気通路２を介して筒内に供給される空気量はＴＨ／Ｃ４の開度に応じて定まるので、逆流防止弁１３が開弁した状態では、ＡＤＭ／Ｖ１２の開度を変化させれば第２吸気通路１１を通過する空気量が変化する。すなわち、第２吸気通路１１内に流量調整機構を設けなくとも第２吸気通路１１を通過する空気量を制御することができるので、第２吸気通路１１内に流量調整機構を備える構成に比べてコストを抑制できる。

本実施形態では、要求ＥＧＲ率の変化量（減少量）が所定量以上となる減速状態、つまり、第２吸気通路１１及び逆流防止弁１３を備えない構成であれば燃焼安定度の悪化により失火するおそれが生じる程度に要求ＥＧＲ率が変化する減速状態において、コントローラ２０がＴＨ／Ｃ４を閉じ方向に制御する。これにより、減速状態における燃焼安定度の悪化を抑制できる。

本実施形態によれば、第１エアフローメータ１４を第１吸気通路２に備えるので、第１吸気通路２を流れる吸気量を直接的に検知できる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る内燃機関システム１００の概略構成図である。図１の構成との相違点は、第２吸気通路１１に第２吸入空気量取得装置としての第２エアフローメータ１５を備える点と、第１吸気通路２に排気再循環率取得装置としてのＯ₂センサ１６を備える点である。この相違点により、図２のステップＳ８０では第２エアフローメータ１５の検出値を読み込むこととなり、ステップＳ１１０では、第１エアフローメータ１４の検出値から第２エアフローメータ１５の検出値を減算することによって第１吸気通路内空気量を取得することとなる。

図６のように第１吸気通路２から第２吸気通路１１が分岐する構成において、減速時のように要求空気量が微小な状況下で制御する場合には、それぞれの吸気通路を通過する空気量を正確に検知することが重要となる。その点、本実施形態では第２吸気通路内空気量を直接的に検出し、第１エアフローメータ１４の検出値と第２エアフローメータ１５の検出値とを用いて第１吸気通路内空気量を算出できるので、第１吸気通路内空気量と第２吸気通路内空気量とを正確に検知することができる。その結果、ＡＤＭ／Ｖ１２及びＴＨ／Ｃ４のフィードバック制御の精度もより高くなる。

以上のように本実施形態では、第１エアフローメータ１４の他に、第２吸気通路１１に第２エアフローメータ１５を備えるので、第２吸気通路１１を通過する空気量を直接的に検知することができ、より高い精度で制御することが可能となる。

また、本実施形態では、第１吸気通路２のＥＧＲ率を取得するために、第１吸気通路２にＯ₂センサ（排気再循環率取得装置）１６を備えるので、内燃機関１に流入する空気のＥＧＲ率をより正確に検知することできる。その結果、内燃機関１の要求空気量となるように、ＡＤＭ／Ｖ１２及びＴＨ／Ｃ４の開度をより正確に制御することができる。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係る内燃機関システム１００の概略構成図である。図２との相違点は、第１吸気通路２のコンプレッサ５ＡとＴＨ／Ｃ４との間と、第１排気通路３のタービン５Ｂより下流とを連通する第２排気通路１７を備える点と、第２排気通路１７を開閉する排気流量調整弁１８を備える点である。排気流量調整弁１８はコントローラ２０により開閉制御される。

コントローラ２０は、図２のステップＳ６０−Ｓ９０及びＳ１００−Ｓ１２０の処理を実行する際に、つまり、減速状態かつ失火のおそれが生じる程度に要求ＥＧＲ率の変化量が大きい場合に、排気流量調整弁１８を開弁させる。これにより、吸気系内に滞留するＥＧＲガスを速やかに第１排気通路３へと排出できるので、減速状態に遷移した直後に再加速する場合等の応答遅れや運転性悪化を抑制できる。また、第１、第２の実施形態では、ＴＨ／Ｃ４を微小に開くことで、吸気系内に滞留するＥＧＲガスを第２吸気通路１１から導入される新気で希釈しながら消費しているが、本実施形態ではＴＨ／Ｃ４を全閉にすれば、内燃機関１に新気だけを供給して燃焼安定性を向上させることもできる。

以上のように本実施形態では、第１吸気通路２のＴＨ／Ｃ４より上流かつＥＧＲ通路８との合流部より下流と、第１排気通路１７のタービン５Ｂより下流と、を連通する第２排気通路１７と、第２排気通路１７を開閉する排気流量調整弁１８と、をさらに備える。そして、コントローラ２０は、減速状態になった場合に排気流量調整弁１８を開く。これにより、第１吸気通路２の特にＴＨ／Ｃ４より上流側に滞留するＥＧＲガスを速やかに排出することができるので、例えば減速要求の直後に再加速要求が有った場合でも、応答遅れや運転性悪化を抑制できる。また、減速状態において排気流量調整弁１８を開き、ＴＨ／Ｃ４を全閉にすれば、内燃機関１に新気だけを供給して燃焼安定性を向上させることもできる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１内燃機関
２第１吸気通路
３第１排気通路
４スロットルチャンバ
５ターボ過給機
７排気浄化装置
８ＥＧＲ通路
１０ＥＧＲバルブ
１１第２吸気通路
１２アドミッションバルブ
１３逆流防止弁
１４第１エアフローメータ
１５第２エアフローメータ
１６Ｏ₂センサ
１７第２排気通路
１８排気流量調整弁
２０コントローラ

Claims

ターボ過給機と、
前記ターボ過給機のコンプレッサが配置される第１吸気通路と、
前記ターボ過給機のタービンが配置される第１排気通路と、
前記第１吸気通路の前記コンプレッサより下流側に配置されるスロットルチャンバと、
前記第１排気通路の前記タービンより下流側と前記第１吸気通路の前記コンプレッサより上流側とを連通する排気再循環通路と、
前記排気再循環通路を通過する排気ガス流量を調整する排気再循環量制御バルブと、
前記第１吸気通路の前記スロットルチャンバより下流側と前記第１吸気通路の前記排気再循環通路との合流部より上流側とを連通する第２吸気通路と、
前記第１吸気通路と前記第２吸気通路との分岐位置より上流側の前記第１吸気通路に配置されるアドミッションバルブと、
前記第２吸気通路に配置され、前記スロットルチャンバより下流側の前記第１吸気通路の内圧が前記第２吸気通路の内圧より低くなった場合に開弁する弁と、
車両減速要求に応じて前記排気再循環量制御バルブを開閉制御した後のトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より高くなり、かつ前記弁が閉弁している場合には前記スロットルチャンバの開度を制御し、車両減速要求に応じて前記排気再循環量制御バルブを開閉制御した後のトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より高くなり、かつ前記弁が開弁している場合には前記スロットルチャンバを閉方向に制御するとともに前記アドミッションバルブの開度を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする内燃機関システム。
請求項１に記載の内燃機関システムにおいて、
前記第１吸気通路を流れる吸気量を取得する第１吸入空気量取得装置を前記第１吸気通路に備えることを特徴とする内燃機関システム。
請求項１または２に記載の内燃機関システムにおいて、
前記第２吸気通路を流れる吸気量を取得する第２吸入空気量取得装置を前記第２吸気通路に備えることを特徴とする内燃機関システム。
請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関システムにおいて、
前記第１吸気通路に排気再循環率を取得する排気再循環率取得装置を備えることを特徴とする内燃機関システム。
ターボ過給機と、
前記ターボ過給機のコンプレッサが配置される第１吸気通路と、
前記ターボ過給機のタービンが配置される第１排気通路と、
前記第１吸気通路の前記コンプレッサより下流側に配置されるスロットルチャンバと、
前記第１排気通路の前記タービンより下流側と前記第１吸気通路の前記コンプレッサより上流側とを連通する排気再循環通路と、
前記排気再循環通路を通過する排気ガス流量を調整する排気再循環量制御バルブと、
前記第１吸気通路の前記スロットルチャンバより下流側と前記第１吸気通路の前記排気再循環通路との合流部より上流側とを連通する第２吸気通路と、
前記第２吸気通路に配置される弁と、
車両減速要求に応じて前記排気再循環量制御バルブを開閉制御した後のトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より高くなる場合に前記スロットルチャンバを閉方向に制御するとともに、前記スロットルチャンバより下流側の前記第１吸気通路の内圧が前記第２吸気通路の内圧より低くなった場合に前記弁を開弁する制御部と、
を備える内燃機関システムにおいて、
前記第１吸気通路の前記スロットルチャンバより上流かつ前記排気再循環通路との合流部より下流と、前記第１排気通路の前記タービンより下流と、を連通する第２排気通路と、
前記第２排気通路を開閉する排気流量調整弁と、
をさらに備え、
前記制御部は、車両減速要求に応じて前記排気再循環量制御バルブを開閉制御した後のトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より高くなる場合に前記排気流量調整弁を開くことを特徴とする内燃機関システム。
ターボ過給機と、
前記ターボ過給機のコンプレッサが配置される第１吸気通路と、
前記ターボ過給機のタービンが配置される第１排気通路と、
前記第１吸気通路の前記コンプレッサより下流側に配置されるスロットルチャンバと、
前記第１排気通路の前記タービンより下流側と前記第１吸気通路の前記コンプレッサより上流側とを連通する排気再循環通路と、
前記排気再循環通路を通過する排気ガス流量を調整する排気再循環量制御バルブと、
前記第１吸気通路の前記スロットルチャンバより下流側と前記第１吸気通路の前記排気再循環通路との合流部より上流側とを連通する第２吸気通路と、
前記第１吸気通路と前記第２吸気通路との分岐位置より上流側の前記第１吸気通路に配置されるアドミッションバルブと、
前記第２吸気通路に配置され、前記スロットルチャンバより下流側の前記第１吸気通路の内圧が前記第２吸気通路の内圧より低くなった場合に開弁する弁と、
を備える内燃機関システムの制御方法において、
車両減速要求に応じて前記排気再循環量制御バルブを開閉制御した後のトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より高くなり、かつ前記弁が閉弁している場合には前記スロットルチャンバの開度を制御し、車両減速要求に応じて前記排気再循環量制御バルブを開閉制御した後のトータルＥＧＲ率が失火限界ＥＧＲ率より高くなり、かつ前記弁が開弁している場合には前記スロットルチャンバを閉方向に制御するとともに前記アドミッションバルブの開度を制御することを特徴とする内燃機関システムの制御方法。