JP7038573B2 - エンジンシステム - Google Patents

Description

この明細書に開示される技術は、過給機を備えたエンジンと、エンジンへの吸気量を調節する吸気量調節弁と、エンジンから排出される排気をエンジンへ還流させる低圧ループ式の排気還流装置と、吸気量調節弁より下流へ新気を導入する新気導入装置とを備え、エンジンの減速時に吸気量調節弁、排気還流装置及び新気導入装置を制御するように構成したエンジンシステムに関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される技術「内燃機関」が知られている。この技術は、エンジンの吸気通路に、過給機（コンプレッサ）と、コンプレッサより上流に設けられた吸気絞り弁と、コンプレッサより下流に設けられたスロットル弁と、吸気絞り弁より上流とスロットル弁より下流をつなぐ新気導入通路と、新気導入通路に設けられた新気導入弁と、低圧ループ式のＥＧＲ装置とを備える。そして、この技術では、エンジンの減速時に要求ＥＧＲ率が低下した場合、吸気絞り弁又は新気導入弁を開弁してスロットル弁より下流の吸気通路へ早期に新気を導入し、ＥＧＲ率を低下させてエンジンの減速失火を防止するようになっている。

特開２０１２－７５４７号公報

ところが、特許文献１に記載される技術では、エンジンの減速時、特に過給状態からの減速時（エンジンが高負荷状態から低負荷状態への移行時）に、スロットル弁が閉弁するのとほぼ同時に新気導入弁が開弁すると、ＥＧＲガスを含む空気が、吸気通路における過給残圧によって、吸気通路から新気導入通路を経由してその入口（吸気絞り弁より上流の吸気通路）へ逆流するおそれがある。この場合、逆流したＥＧＲガスによって減速後のＥＧＲ率が乱れるおそれがある。また、新気導入通路の入口近傍にエアフローメータが設けられる場合は、エアフローメータがＥＧＲガスによって汚損し、その性能が低下するおそれがある。

この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの減速時、特に過給状態からの減速時に新気導入弁が開弁しても新気導入通路の入口付近への排気還流ガスの逆流を抑制することを可能としたエンジンシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の技術は、エンジンと、エンジンへ吸気を導入するための吸気通路と、エンジンから排気を導出するための排気通路と、吸気通路と排気通路に設けられ、吸気通路における吸気を昇圧させるための過給機と、吸気通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁と、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして吸気通路へ流してエンジンへ還流させるための排気還流装置と、吸気量調節弁より下流の吸気通路へ新気を導入するための新気導入装置と、エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段とを備え、過給機は、吸気通路に配置されたコンプレッサと、排気通路に配置されたタービンと、コンプレッサとタービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含み、吸気量調節弁は、コンプレッサより下流の吸気通路に配置され、排気還流装置は、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして吸気通路へ流す排気還流通路と、排気還流通路における排気還流ガス流量を調節するための排気還流弁とを含み、排気還流通路は、その入口がタービンより下流の排気通路に接続され、その出口がコンプレッサより上流の吸気通路に接続され、新気導入装置は、吸気量調節弁より下流の吸気通路へ新気を導入するための新気導入通路と、新気導入通路を流れる新気量を調節するための新気導入弁とを含み、新気導入通路は、その入口が排気還流通路の出口より上流の吸気通路に接続され、検出されるエンジンの運転状態に基づき、少なくとも吸気量調節弁、排気還流弁及び新気導入弁を制御するための制御手段を備えたエンジンシステムにおいて、制御手段は、エンジンの減速時に、エンジンへの吸気量を絞るために吸気量調節弁を開弁状態から所定の減速開度へ閉弁すると共に、吸気通路への排気還流ガスの導入を遮断するために排気還流弁を閉弁し、吸気量調節弁より下流の吸気通路へ新気を導入するために、吸気量調節弁を閉弁するタイミングから所定期間遅らせたタイミングで新気導入弁を閉弁状態から開弁し、吸気量調節弁より下流の吸気通路における吸気圧力を検出するための吸気圧力検出手段を更に備え、制御手段は、検出される吸気圧力に基き、新気導入弁より上流の新気導入通路に係る第１の容積に応じて設定された第１の開弁遅延時間と、吸気量調節弁より下流の吸気通路に係る第２の容積に応じて設定された第２の開弁遅延時間とをそれぞれ求め、第１の開弁遅延時間に応じて第２の開弁遅延時間を修正することにより吸気量調節弁より下流の吸気通路から新気導入通路の入口付近への逆流を抑制するように新気導入弁の開弁を遅らせるための最終的な開弁遅延時間を所定期間として算出することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、エンジンの減速時には、エンジンへの吸気量を絞るために吸気量調節弁が開弁状態から所定の減速開度へ閉弁されると共に、吸気通路への排気還流ガスの導入を遮断するために排気還流弁が閉弁される。このとき、吸気量調節弁より上流の吸気通路には、吸気通路への導入を遮断する前に流入した排気還流ガスが残留し、その排気還流ガスを含む空気が吸気量調節弁より下流の吸気通路へ流れてエンジンに吸入され、エンジンに失火が発生するおそれがある。上記構成によれば、エンジンの減速時には、吸気量調節弁より下流の吸気通路へ新気を導入するために新気導入弁が閉弁状態から開弁される。従って、排気還流ガスを含む空気が吸気量調節弁より下流の吸気通路へ流れても、その部分に新気導入通路から導入される新気により排気還流ガスが強制的に希釈される。ここで、新気導入弁は、吸気量調節弁が閉弁されるタイミングから所定期間遅れたタイミングで開弁されるので、特に過給状態からの減速時には、新気導入弁が開弁する頃に吸気通路の過給残圧が低下し、排気還流ガスを含む空気の吸気通路から新気導入通路への逆流が抑えられる。また、吸気量調節弁より下流の吸気通路における過給残圧の大きさに応じて新気導入弁の開弁タイミングが決定される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、新気導入弁より上流の新気導入通路に所定の容積を有するチャンバを設けたことを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、吸気通路から新気導入通路へ逆流した排気還流ガスがそのチャンバにて捕捉される。また、新気導入通路におけるチャンバの容積分だけ吸気通路における過給残圧が低下する。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の技術は、請求項２に記載の技術において、コンプレッサの上流側と下流側との間をバイパスするための吸気バイパス通路と、吸気バイパス通路を開閉するための吸気バイパス弁とを更に備え、制御手段は、排気還流弁と吸気量調節弁の閉弁を開始してから所定期間経過後に新気導入弁を閉弁状態から開弁し、それ以後（同時を含む）に吸気バイパス弁を開弁することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項２に記載の技術の作用に加え、吸気バイパス弁の開弁が開始される以前（同時を含む）に、新気導入弁が閉弁状態から開弁されるが、新気導入通路にチャンバが設けられるので、その容積の分だけ比較的早期から新気導入弁の開弁が可能となる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の技術は、請求項１又は２に記載の技術において、コンプレッサの上流側と下流側との間をバイパスするための吸気バイパス通路と、吸気バイパス通路を開閉するための吸気バイパス弁とを更に備え、制御手段は、排気還流弁と吸気量調節弁の閉弁を開始してから所定期間経過後に吸気バイパス弁の開弁を開始し、その後に、新気導入弁を閉弁状態から開弁することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１又は２に記載の技術の作用に加え、吸気バイパス弁の開弁が開始されるより後に、新気導入弁が閉弁状態から開弁されるので、吸気バイパス弁の開弁により吸気通路の吸気圧力を低下させてから新気導入弁を開弁することが可能となる。

請求項１に記載の技術によれば、エンジンの減速時、特に過給状態からの減速時に新気導入弁が開弁しても、新気導入通路の入口付近への排気還流ガスの逆流を抑制することができる。また、吸気量調節弁より下流の吸気通路における過給残圧の大きさに応じて、新気導入通路の入口付近への排気還流ガスの逆流を精度よく抑制することができる。

請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、新気導入通路の入口付近への排気還流ガスの逆流をより確実に抑制することができる。

請求項３に記載の技術によれば、請求項２に記載の技術の効果に加え、吸気通路から新気導入通路へ排気還流ガスを逆流させることなく比較的早期から吸気通路へ新気を導入することができ、比較的早期に排気還流率（ＥＧＲ率）を低下させてエンジンの減速失火を防止することができる。

請求項４に記載の技術によれば、請求項１又は２に記載の技術の効果に加え、吸気通路から新気導入通路への排気還流ガスの逆流を抑えることができる。加えて、新気導入通路にチャンバを設けた場合は、その容積を縮小することができる。

第１実施形態に係り、エンジンシステムを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、エンジン減速時の新気導入制御の内容を示すフローチャート。 第１実施形態に係り、新気導入通路等における第１の容積に係り、吸気圧力と第１の開弁遅延時間との関係を示す第１の開弁遅延時間マップ。 第１実施形態に係り、吸気マニホールド等における第２の容積に係り、吸気圧力と第２の開弁遅延時間との関係を示す第２の開弁遅延時間マップ。 第１実施形態に係り、チャンバ容積と、ＥＧＲ率と、電子スロットル装置の閉弁から新気導入弁の開弁までの遅れ時間との関係を示すグラフ。 第２実施形態に係り、エンジン減速時の新気導入制御の内容を示すフローチャート。 第２実施形態に係り、新気導入制御に関する各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。 第２実施形態に係り、エンジンの減速前後におけるＥＧＲ率の変化を示すグラフ。 第２実施形態に対する参考例に関するエンジン制御の各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。 第２実施形態に対する参考例に関し、各場合（Ｃ１）～（Ｃ３）のＥＧＲ率の変化を示すグラフ。

＜第１実施形態＞
以下、エンジンシステムを具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

[エンジンシステムの構成の概要について]
図１に、この実施形態のエンジンシステムを概略構成図により示す。自動車に搭載されたガソリンエンジンシステム（以下、単に「エンジンシステム」と言う。）は、複数の気筒を有するエンジン１を備える。このエンジン１は、４気筒、４サイクルのレシプロエンジンであり、ピストン及びクランクシャフト等の周知の構成を含む。エンジン１には、各気筒へ吸気を導入するための吸気通路２と、各気筒から排気を導出するための排気通路３が設けられる。吸気通路２と排気通路３には、過給機５が設けられる。吸気通路２には、その上流側から順に吸気入口２ａ、エアクリーナ４、吸気絞り弁１５、過給機５のコンプレッサ５ａ、電子スロットル装置６、インタークーラ７及び吸気マニホールド８が設けられる。

電子スロットル装置６は、吸気マニホールド８及びインタークーラ７より上流の吸気通路２に配置され、運転者によるアクセルペダル１６の操作に応じて開閉駆動されることで、吸気通路２を流れる吸気量を調節するようになっている。この実施形態で、電子スロットル装置６は、モータ方式の電動弁により構成され、モータ（図示略）により開閉駆動されるスロットル弁６ａと、スロットル弁６ａの開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ５１とを含む。電子スロットル装置６は、この開示技術における吸気量調節弁の一例に相当する。吸気マニホールド８は、エンジン１の直上流に配置され、吸気が導入されるサージタンク８ａと、サージタンク８ａに導入された吸気をエンジン１の各気筒へ分配するための複数（４つ）の分岐管８ｂとを含む。排気通路３には、その上流側から順に排気マニホールド９、過給機５のタービン５ｂ及び触媒１０が設けられる。触媒１０は、排気を浄化するためのものであり、例えば、三元触媒により構成することができる。

過給機５は、吸気通路２における吸気を昇圧させるために設けられ、吸気通路２に配置されたコンプレッサ５ａと、排気通路３に配置されたタービン５ｂと、コンプレッサ５ａとタービン５ｂを一体回転可能に連結する回転軸５ｃとを含む。タービン５ｂが、排気通路３を流れる排気により回転し、それに連動してコンプレッサ５ａが回転することにより、吸気通路２を流れる吸気が昇圧するようになっている。また、過給機５には、コンプレッサ５ａの上流側と下流側との間をバイパスするための吸気バイパス通路１１が設けられる。この吸気バイパス通路１１には、同通路１１を開閉する吸気バイパス弁１２が設けられる。インタークーラ７は、コンプレッサ５ａで昇圧させた吸気を冷却するようになっている。

[ＥＧＲ装置の構成について]
この実施形態のエンジンシステムは、低圧ループ式の排気還流装置（ＥＧＲ装置）２１を備える。このＥＧＲ装置２１は、各気筒から排気通路３へ排出される排気の一部を排気還流ガス（ＥＧＲガス）として吸気通路２へ流してエンジン１の各気筒へ還流させるための排気還流通路（ＥＧＲ通路）２２と、ＥＧＲ通路２２におけるＥＧＲガス流量を調節するための排気還流弁（ＥＧＲ弁）２３とを備える。ＥＧＲ通路２２は、入口２２ａと出口２２ｂを含む。ＥＧＲ通路２２の入口２２ａは、触媒１０より下流の排気通路３に接続され、同通路２２の出口２２ｂは、コンプレッサ５ａと吸気絞り弁１５との間の吸気通路２に接続される。また、ＥＧＲ弁２３より上流のＥＧＲ通路２２には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２４が設けられる。

この実施形態で、ＥＧＲ弁２３は、モータ方式の電動弁により構成され、モータ（図示略）により開度可変に駆動される弁体（図示略）を備える。このＥＧＲ弁２３として、大流量、高応答及び高分解能の特性を有することが望ましい。この実施形態では、ＥＧＲ弁２３の構造として、例えば、特許第５７５９６４６号公報に記載される「二重偏心弁」を採用することができる。この二重偏心弁は、大流量制御に対応して構成される。

このエンジンシステムにおいて、過給機５が作動する過給域（吸気量が相対的に多くなる領域）において、ＥＧＲ弁２３が開弁する。これにより、排気通路３を流れる排気の一部が、ＥＧＲガスとして、入口２２ａからＥＧＲ通路２２に流入し、ＥＧＲクーラ２４及びＥＧＲ弁２３を経由して吸気通路２へ流れ、コンプレッサ５ａ、電子スロットル装置６、インタークーラ７及び吸気マニホールド８を経由してエンジン１の各気筒へ還流される。

この実施形態において、エアクリーナ４より下流であってＥＧＲ通路２２の出口２２ｂより上流の吸気通路２には、同通路２の流路面積を絞るための吸気絞り弁１５が設けられる。この実施形態で、吸気絞り弁１５は、モータ方式の電動弁より構成され、開閉駆動されるバタフライ弁１５ａを含む。この吸気絞り弁１５は、ＥＧＲ通路２２の出口２２ｂから吸気通路２へＥＧＲガスを導入するときに、その出口２２ｂ近傍の吸気を負圧にするためにバタフライ弁１５ａの開度を絞るようになっている。

[新気導入装置の構成について]
この実施形態のエンジンシステムは、電子スロットル装置６より下流の吸気通路２（吸気マニホールド８）へ新気を導入するための新気導入装置３０を備える。新気導入装置３０は、新気導入通路３１と、電動式の新気導入弁３２とを含む。新気導入通路３１は、その入口３１ａが吸気絞り弁１５よりも上流の吸気通路２に接続される。新気導入弁３２は、新気導入通路３１の出口側近傍に設けられ、同通路３１から吸気通路２へ流れる新気導入量を調節するようになっている。新気導入通路３１の出口側には、吸気マニホールド８の各分岐管８ｂへ新気を分配するための新気分配管３３が設けられる。すなわち、新気導入通路３１の出口側は、吸気マニホールド８に対し新気分配管３３を介して接続される。新気分配管３３は、長尺な管状をなし、複数の分岐管８ｂを横切るように吸気マニホールド８に配置される。新気分配管３３は、新気が導入される一つの入口３３ａと、複数の分岐管８ｂのそれぞれに連通する複数の出口３３ｂとを含む。その入口３３ａには、新気導入通路３１の出口側が接続される。新気導入弁３２より上流の新気導入通路３１には、同通路３１の一部の容積を拡大するための新気チャンバ３４が設けられる。

[エンジンシステムの電気的構成について]
次に、エンジンシステムの電気的構成について説明する。図１に示すように、このエンジンシステムに設けられる各種センサ等５１～５７は、エンジン１の運転状態を検出するためのこの開示技術における運転状態検出手段の一例に相当する。電子スロットル装置６に設けられるスロットルセンサ５１は、スロットル開度ＴＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エアクリーナ４の近傍に設けられるエアフローメータ５２は、エアクリーナ４から吸気通路２へ流れる吸気量Ｇａを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。サージタンク８ａに設けられる吸気圧センサ５３は、電子スロットル装置６より下流の吸気圧力ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。吸気圧センサ５３は、この開示技術における吸気圧力検出手段の一例に相当する。エンジン１に設けられる水温センサ５４は、エンジン１の内部を流れる冷却水の温度（冷却水温度）ＴＨＷを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられる回転速度センサ５５は、クランクシャフト（図示略）の回転速度をエンジン１の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。排気通路３に設けられる酸素センサ５６は、排気通路３へ排出される排気中の酸素濃度（出力電圧）Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。運転席に設けられるアクセルペダル１６には、アクセルセンサ５７が設けられる。アクセルセンサ５７は、アクセルペダル１６の踏み込み角度をアクセル開度ＡＣＣとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。

このエンジンシステムは、各種制御を司る電子制御装置（ＥＣＵ）６０を更に備える。ＥＣＵ６０には、各種センサ等５１～５７がそれぞれ接続される。また、ＥＣＵ６０には、電子スロットル装置６、吸気バイパス弁１２、吸気絞り弁１５、ＥＧＲ弁２３及び新気導入弁３２がそれぞれ接続される。ＥＣＵ６０は、この開示技術における制御手段の一例に相当する。

この実施形態で、ＥＣＵ６０は、各種センサ等５１～５７から出力される各種信号を入力し、それらの信号に基づいて吸気制御、ＥＧＲ制御及び新気導入制御等を実行するために、電子スロットル装置６、吸気バイパス弁１２、吸気絞り弁１５、ＥＧＲ弁２３及び新気導入弁３２をそれぞれ制御するようになっている。

ここで、吸気制御とは、運転者によるアクセルペダル１６の操作に応じたアクセルセンサ５７の検出値に基づき、電子スロットル装置６を制御することにより、エンジン１に導入される吸気量を制御することである。ＥＣＵ６０は、エンジン１の減速時には、エンジン１への吸気量を絞るために電子スロットル装置６（スロットル弁６ａ）を閉弁方向へ制御するようになっている。ＥＧＲ制御とは、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁２３を制御することにより、エンジン１に還流されるＥＧＲガス流量を制御することである。ＥＣＵ６０は、エンジン１の減速時には、ＥＧＲガスの還流を遮断（ＥＧＲカット）するために、ＥＧＲ弁２３を全閉に制御するようになっている。新気導入制御とは、エンジン１の運転状態に応じて新気導入弁３２を制御することにより、吸気マニホールド８に導入される新気導入量を制御することである。

周知のようにＥＣＵ６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ、外部入力回路及び外部出力回路等を備える。メモリには、エンジン１の各種制御に関する所定の制御プログラムが格納される。ＣＰＵは、入力回路を介して入力される各種センサ等５１～５７の検出値に基づき、所定の制御プログラムに基づいて前述した各種制御を実行するようになっている。

上記エンジンシステムでは、エンジン１の減速時、特に過給状態からの減速時に電子スロットル装置６（スロットル弁６ａ）を閉弁するのとほぼ同時に新気導入弁３２が開弁すると、ＥＧＲガスを含む空気が、吸気通路２における過給残圧によって吸気マニホールド８から新気導入通路３１を経由してその入口３１ａ付近へ逆流するおそれがある。そこで、この実施形態では、上記課題に対処するために、エンジン１の減速時に次のような新気導入制御を実行するようになっている。

[エンジン減速時の新気導入制御について]
次に、エンジン減速時の新気導入制御について説明する。図２に、その制御内容をフローチャートにより示す。

処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ１００で、ＥＣＵ６０は、各種センサ等５１～５３、５７からアクセル開度ＡＣＣ、吸気量Ｇａ及びエンジン負荷ＫＬを取り込むと共に、制御中のＥＧＲ弁２３の開度（ＥＧＲ開度）を取り込む。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ６０は、エンジン１への減速要求が有るか否かを判断する。ＥＣＵ６０は、この判断をアクセル開度ＡＣＣに基づいて行うことができる。ＥＣＵ６０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１２０へ移行し、この判断結果が否定となる場合はその後の処理を一旦終了する。

ステップ１２０では、ＥＣＵ６０は、減速要求時のＥＧＲ率Ｅ％ｅｄを算出する。ＥＣＵ６０は、例えば、減速要求時の吸気量Ｇａ及びＥＧＲ開度に基づきこのＥＧＲ率Ｅ％ｅｄを求めることができる。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ６０は、このＥＧＲ率Ｅ％ｅｄが、失火限界のＥＧＲ率Ｅ％ｍａｘより大きいか否か、すなわち、ＥＧＲ率Ｅ％ｅｄが失火限界を超えたか否かを判断する。ＥＣＵ６０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１４０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理を一旦終了する。

そして、ステップ１４０では、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲを遮断するためにＥＧＲ弁２３を閉弁する。

次に、ステップ１５０で、ＥＣＵ６０は、エンジン負荷ＫＬに応じた目標ＥＧＲ率ＴＥ％を算出する。ＥＣＵ６０は、例えば、所定の目標ＥＧＲ率マップを参照することによりエンジン負荷ＫＬに応じた目標ＥＧＲ率ＴＥ％を求めることができる。

次に、ステップ１６０で、ＥＣＵ６０は、目標ＥＧＲ率ＴＥ％に基づき、目標減速開度ＴＴＡｄと目標新気開度ＴＡＢを算出する。ＥＣＵ６０は、例えば、所定の目標減速開度マップ及び目標新気開度マップを参照することにより、目標ＥＧＲ率ＴＥ％に応じた目標減速開度ＴＴＡｄと目標新気開度ＴＡＢをそれぞれ求めることができる。

次に、ステップ１７０で、ＥＣＵ６０は、電子スロットル装置６を目標減速開度ＴＴＡｄに閉弁する。すなわち、ＥＣＵ６０は、減速時にエンジン１への吸気量を絞るために電子スロットル装置６を目標減速開度ＴＴＡｄへ向けて閉じる。

次に、ステップ１８０で、ＥＣＵ６０は、開弁遅延時間Ｔｏｄを算出する。ＥＣＵ６０は、例えば、電子スロットル装置６より下流の吸気通路２（吸気マニホールド８）の容積及び新気導入通路３１の容積と、検出される吸気圧力ＰＭとに基づいてこの開弁遅延時間Ｔｏｄを求めることができる。ここで、吸気マニホールド８の容積と新気導入通路３１の容積はそれぞれ一定であり、吸気圧力ＰＭはエンジン１の運転状態に応じて変化する。また、吸気圧力ＰＭに対する吸気マニホールド８の関係、吸気圧力ＰＭに対する新気導入通路３１の容積の関係はそれぞれ異なる。そこで、ＥＣＵ６０は、新気導入通路３１の容積に応じて設定された所定の第１の開弁遅延時間マップ（図３）と、吸気マニホールド８等の容積に応じて設定された第２の開弁遅延時間マップ（図４）を参照することにより、吸気圧力ＰＭに応じた第１の開弁遅延時間Ｔｏｄ１と第２の開弁遅延時間Ｔｏｄ２を求め、それらに基づいて最終的な開弁遅延時間Ｔｏｄを求めるようにしている。図３は、新気導入弁３２より上流であって新気チャンバ３４を含む新気導入通路３１の容積（第１の容積）Ｖｎに係り、吸気圧力ＰＭと第１の開弁遅延時間Ｔｏｄ１との関係を示す第１の開弁遅延時間マップである。このマップでは、第１の容積Ｖｎが小さいほど第１の開弁遅延時間Ｔｏｄ１が大きくなるように設定される。図４は、新気導入弁３２より下流の通路と電子スロットル装置６より下流の吸気通路２（吸気マニホールド８）との容積（第２の容積）Ｖｉに係り、吸気圧力ＰＭと第２の開弁遅延時間Ｔｏｄ２との関係を示す第２の開弁遅延時間マップである。このマップでは、第２の容積Ｖｉが大きいほど第２の開弁遅延時間Ｔｏｄ２が大きくなるように設定される。ここで、ＥＣＵ６０は、第２の開弁遅延時間マップを参照することにより、吸気マニホールド８等の容積に応じてベースとなる第２の開弁遅延時間Ｔｏｄ２を求める。また、ＥＣＵ６０は、第１の開弁遅延時間マップを参照することにより、新気導入通路３１等の容積に応じた第１の開弁遅延時間Ｔｏｄ１を求める。そして、ＥＣＵ６０は、第１の開弁遅延時間Ｔｏｄ１に応じて第２の開弁遅延時間Ｔｏｄ２を修正することにより、最終的な開弁遅延時間Ｔｏｄを求める。例えば、吸気マニホールド８等の容積から吸気圧力ＰＭが所定値まで下がるのに一定の時間（遅延時間）が必要（Ｔｏｄ２＞０）になる場合でも、新気導入通路３１の容積が十分に大きい（逆流する吸気を十分に溜めておける）場合は、開弁遅延時間Ｔｏｄは「０」とすることもできる。

次に、ステップ１９０で、ＥＣＵ６０は、算出された開弁遅延時間Ｔｏｄの経過を待ってステップ２００へ移行し、新気導入弁３２を目標新気開度ＴＡＢに開弁する。これにより、電子スロットル装置６の閉弁後、所定時間遅れて新気導入弁３２が閉弁状態から目標新気開度ＴＡＢへ開弁される。

次に、ステップ２１０で、ＥＣＵ６０は、新気導入弁３２の開弁時のＥＧＲ率Ｅ％ａｂを算出する。ＥＣＵ６０は、例えば、所定のＥＧＲ率マップを参照することにより、検出される吸気圧力ＰＭに応じたＥＧＲ率Ｅ％ａｂを求めることができる。

次に、ステップ２２０で、ＥＣＵ６０は、このＥＧＲ率Ｅ％ａｂが、失火限界のＥＧＲ率Ｅ％ｍａｘより大きいか否か、すなわち、ＥＧＲ率Ｅ％ａｂが失火限界を超えたか否かを判断する。ＥＣＵ６０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１５０へ戻し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ２３０へ移行する。

そして、ステップ２３０で、ＥＣＵ６０は、新気導入弁３２を閉弁し、その後の処理を一旦終了する。

上記制御によれば、ＥＣＵ６０は、エンジン１の減速時に、エンジン１への吸気量を絞るために電子スロットル装置６を開弁状態から所定の目標減速開度ＴＴＡｄへ閉弁すると共に、吸気通路２へのＥＧＲガスの導入を遮断するためにＥＧＲ弁２３を閉弁し、電子スロットル装置６より下流の吸気通路２（吸気マニホールド８）へ新気を導入するために、電子スロットル装置６を閉弁するタイミングから所定の開弁遅延時間Ｔｏｄだけ遅らせたタイミングで新気導入弁３２を閉弁状態から開弁するようになっている。

図５に、新気チャンバ３４の容積（チャンバ容積）と、ＥＧＲ率と、電子スロットル装置６の閉弁から新気導入弁３２の開弁までの「遅れ時間ＴＤ」との関係をグラフにより示す。ここでのＥＧＲ率は、新気導入通路３１の入口３１ａ付近（図１に鎖線楕円Ｓ１で示す部位）へのＥＧＲガスの逆流の度合いを意味する。図５において、「丸印」は「遅れ時間ＴＤ」が「０（ｍｓ）」の場合を、「三角印」は「遅れ時間ＴＤ」が「５０（ｍｓ）」の場合を、「四角印」は「遅れ時間ＴＤ」が「１００（ｍｓ）」の場合をそれぞれ示す。「遅れ時間」が「０（ｍｓ）」の場合は、チャンバ容積が「約０～０.６（リットル）」の間で増加するに連れてＥＧＲ率が「２５～７（％）」の間で減少している。「遅れ時間」が「５０（ｍｓ）」の場合は、チャンバ容積が「約０～０.２（リットル）」の間で増加するに連れてＥＧＲ率が「１４～２（％）」の間で減少している。「遅れ時間」が「１００（ｍｓ）」の場合は、チャンバ容積が「約０～０.２（リットル）」の間で増加してもＥＧＲ率は「０（％）」で一定となっている。このグラフから、電子スロットル装置６の閉弁タイミングと新気導入弁３２の開弁タイミングが同じ場合には、チャンバ容積を「０.６（リットル）」にしても入口３１ａ付近へＥＧＲガスの逆流が有ることがわかる。また、「遅れ時間」を「５０（ｍｓ）」にすると、チャンバ容積を「０.２～０.３（リットル）程度」にすれば、入口３１ａ付近へのＥＧＲガスの逆流が無くなると考えられる。一方、「遅れ時間」を「１００（ｍｓ）」にすれば、チャンバ容積の有無にかかわらずＥＧＲガスの逆流が無くなることがわかる。このような関係からチャンバ容積の大きさを決定することができる。

[新気導入制御の作用及び効果]
以上説明したこの実施形態のエンジンシステムの構成によれば、エンジン１の減速時には、エンジン１への吸気量を絞るために電子スロットル装置６（スロットル弁６ａ）が開弁状態から所定の目標減速開度ＴＴＡｄへ閉弁されると共に、吸気通路２へのＥＧＲガスの導入を遮断するためにＥＧＲ弁２３が閉弁される。このとき、電子スロットル装置６より上流の吸気通路２には、吸気通路２への導入を遮断する前に流入したＥＧＲガスが残留し、そのＥＧＲガスを含む空気が電子スロットル装置６より下流の吸気通路２（吸気マニホールド８）へ流れてエンジン１に吸入され、エンジン１に失火が発生するおそれがある。上記の新気導入制御によれば、エンジン１の減速時には、吸気マニホールド８へ新気を導入するために新気導入弁３２が閉弁状態から開弁される。従って、ＥＧＲガスを含む空気が吸気マニホールド８へ流れても、その部分に新気導入通路３１から導入される新気によりＥＧＲガスが強制的に希釈される。このため、エンジン１に吸入されるＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率）が低下し、エンジン１の失火発生を抑制することができる。ここで、新気導入弁３２は、電子スロットル装置６が閉弁されるタイミングから所定期間（開弁遅延時間Ｔｏｄ）だけ遅らせたタイミングで開弁されるので、特に過給状態からの減速時には、新気導入弁３２が開弁する頃には、吸気通路２の過給残圧が低下し、ＥＧＲガスを含む空気の吸気マニホールド８から新気導入通路３１への逆流が抑えられる。このため、エンジン１の減速時、特に過給状態からの減速時に新気導入弁３２が開弁しても、新気導入通路３１の入口３１ａ付近へのＥＧＲガスの逆流を抑制することができる。この結果、逆流したＥＧＲガスによって減速後のＥＧＲ率が乱れることを防止することができる。また、エアフローメータ５２が逆流したＥＧＲガスによって汚損することを抑制することができ、汚損による性能低下を防止することができる。

この実施形態の構成によれば、新気導入弁３２の開弁を遅らせるための所定の開弁遅延時間Ｔｏｄが、吸気マニホールド８における吸気圧力ＰＭと、その部分の容積と、新気導入通路３１の容積とに基づき算出される。従って、吸気マニホールド８における過給残圧の大きさに応じて新気導入弁３２の開弁タイミングが決定される。このため、吸気マニホールド８における過給残圧の大きさに応じて、新気導入通路３１の入口３１ａ付近へのＥＧＲガスの逆流を精度よく抑制することができる。

この実施形態の構成によれば、吸気マニホールド８から新気導入通路３１へ逆流したＥＧＲガスがその新気チャンバ３４にて捕捉される。また、新気導入通路３１における新気チャンバ３４の容積分だけ吸気通路２（吸気マニホールド８）における過給残圧が低下する。このため、新気導入通路３１の入口３１ａ付近へのＥＧＲガスの逆流をより確実に抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、エンジンシステムを具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、エンジン減速時の新気導入制御の内容の点で第１実施形態と異なる。図６にその制御内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、図２のフローチャートのステップ２００とステップ２１０との間にステップ３００の処理が、ステップ２３０の後にステップ３１０の処理が設けられる点で図２のフローチャートと異なる。

[エンジン減速時の新気導入制御について]
処理がこのルーチンへ移行すると、ＥＣＵ６０は、ステップ１００～ステップ２００の処理を実行した後、ステップ３００で、吸気バイパス弁１２を開弁する。

その後、ＥＣＵ６０は、ステップ２１０～ステップ２３０の処理を実行した後、ステップ３１０で、吸気バイパス弁１２を閉弁する。

上記制御によれば、ＥＣＵ６０は、図２のフローチャートに示す制御に加え、吸気バイパス弁１２の開弁を開始する以前（同時を含む）に、新気導入弁３２を開弁するようになっている。

図７に、上記制御に関する各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図７において、（ａ）は電子スロットル装置６とＥＧＲ弁２３の開度を、（ｂ）は新気導入弁３２の開度を、（ｃ）は吸気バイパス弁１２の開度をそれぞれ示す。図７において、実線（太線）は本実施形態における各種弁６，２３，３２，１２の挙動を示し、図７（ｂ）及び（ｃ）における破線は、各種弁３２，１２に関する従前の挙動を示す。図７において、エンジン１の運転中に、時刻ｔ１で減速要求が有ると、電子スロットル装置６とＥＧＲ弁２３が開弁状態から閉弁し始め、やがて電子スロットル装置６は所定の減速開度（目標減速開度ＴＴＡｄ）に達し、ＥＧＲ弁２３は全閉に至る。

その後、開弁遅延時間Ｔｏｄが経過すると、図７（ｂ），（ｃ）に実線で示すように、時刻ｔ２で新気導入弁３２と吸気バイパス弁１２が同時に開弁し始める。従前の制御では、図７（ｂ），（ｃ）に破線で示すように、新気導入弁３２と吸気バイパス弁１２は、減速要求が有ると同時に、すなわち電子スロットル装置６及びＥＧＲ弁２３の閉弁開始と同時に開弁を開始していた。

[新気導入制御の作用及び効果]
従って、この実施形態の構成によれば、第１実施形態の作用及び効果に対し次のような作用及び効果が得られる。すなわち、吸気バイパス弁１２の開弁が開始される以前（同時を含む）に、新気導入弁３２が閉弁状態から開弁されるが、新気導入通路３１に新気チャンバ３４が設けられるので、その容積の分だけ比較的早期から新気導入弁３２の開弁が可能となる。このため、吸気マニホールド８から新気導入通路３１へＥＧＲガスを逆流させることなく比較的早期から吸気マニホールド８へ新気を導入することができ、比較的早期にＥＧＲ率を低下させてエンジン１の減速失火を防止することができる。

図８に、エンジン１の減速前後におけるＥＧＲ率の変化をグラフに示す。ここでのＥＧＲ率は、新気が導入される部位であって、吸気マニホールド８の各分岐管８ｂ（図１に鎖線楕円Ｓ２で示す部位）におけるＥＧＲガスの割合を意味する。図８において、実線（太線）は本実施形態の挙動を示し、破線は従前の挙動を示す。図８に示すように、減速要求が有った時刻ｔ１から「０.２（ｓｅｃ）」ほど経過すると、それまで一定であったＥＧＲ率は低下し始める。ここで、時刻ｔ１から「０.４（ｓｅｃ）」までの間は、本実施形態（実線）より従前（破線）の方がＥＧＲ率が低くなるが、「０.４（ｓｅｃ）」を過ぎると、本実施形態（実線）の方が従前（破線）よりもＥＧＲ率が低くなることがわかる。これは、エンジン１の減速時に電子スロットル装置６の閉弁から所定期間遅れて新気導入弁３２と同時に吸気バイパス弁１２を開弁させたことによる減圧の効果と考えられる。

ここで、参考のために、エンジン１の減速時に、吸気バイパス弁１２をタイミングを変えて開弁した場合のＥＧＲ率の変化について説明する。ここでのＥＧＲ率は、新気導入通路３１の入口３１ａ付近（図１に鎖線楕円Ｓ１で示す部位）へのＥＧＲガスの逆流の度合いを意味する。

図９に、本実施形態に対する参考例に関するエンジン制御の各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図９において、（ａ）は電子スロットル装置６、ＥＧＲ弁２３及び新気導入弁３２の開度を、（ｂ）は吸気バイパス弁１２の開度をそれぞれ示す。この場合、本実施形態とは異なり、図９（ａ）示すように、時刻ｔ１で減速要求が有ると、電子スロットル装置６とＥＧＲ弁２３が同時に閉弁し始め、これと同時に新気導入弁３２が開弁し始めるようになっている。図９（ｂ）において、（Ｃ１）の実線は、時刻ｔ１と同時に吸気バイパス弁１２が開弁し始めた場合を、（Ｃ２）の破線は、電子スロットル装置６とＥＧＲ弁２３が閉弁を完了した時刻ｔ２の頃に吸気バイパス弁１２が開弁し始めた場合を、（Ｃ３）の１点鎖線は、新気導入弁３２が開弁を完了した時刻ｔ３の頃に吸気バイパス弁１２が開弁し始めた場合をそれぞれ示す。図１０には、本実施形態に対する参考例に関し、上記各場合（Ｃ１）～（Ｃ３）のＥＧＲ率の変化をグラフに示す。

図１０に示すように、エンジン１の減速時（時刻ｔ１）以降のＥＧＲ率の変化は、エンジン１の減速と同時に吸気バイパス弁１２を開弁した場合（Ｃ１）よりも、減速から遅れて吸気バイパス弁１２を開弁した場合（Ｃ２），（Ｃ３）の方がＥＧＲ率が低く抑えられることがわかる。このように吸気バイパス弁１２の開弁開始のタイミングを減速開始のタイミングから遅れさせるほどＥＧＲガスの逆流の度合いが抑えられるのは、吸気通路２における過給残圧が減少していくことによると考えられる。

なお、この開示技術は前記各実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）前記第２実施形態では、エンジン１の減速時に、吸気バイパス弁１２の開弁を開始する以前に、新気導入弁３２を閉弁状態から開弁するように構成した。これに対し、エンジン１の減速時に、吸気バイパス弁１２の開弁を開始するより後に、新気導入弁３２を閉弁状態から開弁するように構成することもできる（図１参照）。この場合、吸気バイパス弁１２の開弁により吸気通路２の吸気圧力ＰＭを低下させてから新気導入弁３２を開弁することが可能となる。このため、吸気マニホールド８から新気導入通路３１へのＥＧＲガスの逆流を抑えることができる。加えて、新気導入通路３１に新気チャンバ３４を設けた場合は、その容積を縮小することができる。

（２）前記各実施形態では、電子スロットル装置６を閉弁するタイミングから新気導入弁３２を開弁させるタイミングを、又は新気導入弁３２と吸気バイパス弁１２を同時に開弁させるタイミングを遅れさせる所定期間を時間の経過によって判断したが、この所定期間をエンジン１のクランク角度の経過によって判断することもできる。

（３）前記各実施形態では、電子スロットル装置６を閉弁するタイミングから新気導入弁３２を開弁させるタイミングを、又は新気導入弁３２と吸気バイパス弁１２を同時に開弁させるタイミングを遅れさせる所定期間を、検出される吸気圧力ＰＭ等に基づいて算出したが、この所定期間を所定の固定値とすることもできる。

（４）前記第１実施形態では、過給機５に吸気バイパス通路１１と吸気バイパス弁１２を設けたが、これらの構成を省略することもできる。

この開示技術は、エンジン、過給機、吸気量調節弁、排気還流装置及び新気導入装置を備えたエンジンシステムに利用することができる。

１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
５ 過給機
５ａ コンプレッサ
５ｂ タービン
５ｃ 回転軸
６ 電子スロットル装置（吸気量調節弁）
６ａ スロットル弁
１１ 吸気バイパス通路
１２ 吸気バイパス弁
２１ ＥＧＲ装置（排気還流装置）
２２ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
２２ａ 入口
２２ｂ 出口
２３ ＥＧＲ弁（排気還流弁）
３０ 新気導入装置
３１ 新気導入通路
３１ａ 入口
３２ 新気導入弁
３４ 新気チャンバ
５１ スロットルセンサ（運転状態検出手段）
５２ エアフローメータ（吸気量検出手段、運転状態検出手段）
５３ 吸気圧センサ （運転状態検出手段）
５４ 水温センサ（運転状態検出手段）
５５ 回転速度センサ（運転状態検出手段）
５６ 酸素センサ（運転状態検出手段）
５７ アクセルセンサ（運転状態検出手段）
６０ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (4)

1. エンジンと、
   前記エンジンへ吸気を導入するための吸気通路と、
   前記エンジンから排気を導出するための排気通路と、
   前記吸気通路と前記排気通路に設けられ、前記吸気通路における吸気を昇圧させるための過給機と、
   前記吸気通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁と、
   前記エンジンから前記排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして前記吸気通路へ流して前記エンジンへ還流させるための排気還流装置と、
   前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路へ新気を導入するための新気導入装置と、
   前記エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と
   を備え、
   前記過給機は、前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、前記排気通路に配置されたタービンと、前記コンプレッサと前記タービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含み、
   前記吸気量調節弁は、前記コンプレッサより下流の前記吸気通路に配置され、
   前記排気還流装置は、前記エンジンから前記排気通路へ排出される排気の一部を前記排気還流ガスとして前記吸気通路へ流す排気還流通路と、前記排気還流通路における排気還流ガス流量を調節するための排気還流弁とを含み、
   前記排気還流通路は、その入口が前記タービンより下流の前記排気通路に接続され、その出口が前記コンプレッサより上流の前記吸気通路に接続され、
   前記新気導入装置は、前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路へ新気を導入するための新気導入通路と、前記新気導入通路を流れる新気量を調節するための新気導入弁とを含み、
   前記新気導入通路は、その入口が前記排気還流通路の前記出口より上流の前記吸気通路に接続され、
   検出される前記エンジンの運転状態に基づき、少なくとも前記吸気量調節弁、前記排気還流弁及び前記新気導入弁を制御するための制御手段を備えた
   エンジンシステムにおいて、
   前記制御手段は、前記エンジンの減速時に、前記エンジンへの吸気量を絞るために前記吸気量調節弁を開弁状態から所定の減速開度へ閉弁すると共に、前記吸気通路への前記排気還流ガスの導入を遮断するために前記排気還流弁を閉弁し、前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路へ新気を導入するために、前記吸気量調節弁を閉弁するタイミングから所定期間遅らせたタイミングで前記新気導入弁を閉弁状態から開弁し、
   前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路における吸気圧力を検出するための吸気圧力検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、検出される前記吸気圧力に基き、前記新気導入弁より上流の前記新気導入通路に係る第１の容積に応じて設定された第１の開弁遅延時間と、前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路に係る第２の容積に応じて設定された第２の開弁遅延時間とをそれぞれ求め、前記第１の開弁遅延時間に応じて前記第２の開弁遅延時間を修正することにより前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路から前記新気導入通路の入口付近への逆流を抑制するように前記新気導入弁の開弁を遅らせるための最終的な開弁遅延時間を前記所定期間として算出する
   ことを特徴とするエンジンシステム。
2. 請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記新気導入弁より上流の前記新気導入通路に所定の容積を有するチャンバを設けたこ
   とを特徴とするエンジンシステム。
3. 請求項２に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記コンプレッサの上流側と下流側との間をバイパスするための吸気バイパス通路と、
   前記吸気バイパス通路を開閉するための吸気バイパス弁とを更に備え、
   前記制御手段は、前記排気還流弁と前記吸気量調節弁の閉弁を開始してから前記所定期間経過後に前記新気導入弁を閉弁状態から開弁し、それ以後（同時を含む）に前記吸気バイパス弁を開弁する
   ことを特徴とするエンジンシステム。
4. 請求項１又は２に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記コンプレッサの上流側と下流側との間をバイパスするための吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路を開閉するための吸気バイパス弁とを更に備え、
   前記制御手段は、前記排気還流弁と前記吸気量調節弁の閉弁を開始してから前記所定期間経過後に前記吸気バイパス弁の開弁を開始し、その後に、前記新気導入弁を閉弁状態から開弁する
   ことを特徴とするエンジンシステム。

Images