WO2009141917A1

WO2009141917A1 - 内燃機関の排気還流装置

Info

Publication number: WO2009141917A1
Application number: PCT/JP2008/059610
Authority: WO
Inventors: 中山茂樹; 大西知美; 松永彰生
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2009-11-26
Also published as: EP2284376B1; EP2284376A4; US20110054762A1; CN101688483A; EP2284376A1; US8108129B2; CN101688483B

Abstract

内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率の両方を正確に算出し、低圧ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路の双方の流量制御を閉ループ制御とし、吸気温度や過給圧を安定させ、排気エミッションの悪化を抑制し、動力性能の悪化を抑制する技術を提供する。低圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流且つ高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも上流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度、高圧ＥＧＲ通路の接続部位よりも下流の吸気通路におけるＣＯ_２濃度、及び内燃機関から排出されるＣＯ_２濃度を用いて、内燃機関が吸入する吸気量に対しての低圧ＥＧＲガス量の割合を示す低圧ＥＧＲ率及び吸気量に対しての高圧ＥＧＲガス量の割合を示す高圧ＥＧＲ率を算出し（Ｓ１０３）、算出する低圧ＥＧＲ率及び高圧ＥＧＲ率をそれぞれの目標値に制御する（Ｓ１０４）。

Description

明細書内燃機関の排気還流装置技術分野

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。背景技術

特開 2004— 150319号公報には、ターボチヤ一ジャのタービンよりも下流の排気通路から排気の一部を低圧 EG Rガスとして取り込みターボチャージャのコンプレッサよりも上流の吸気通路へ当該低圧 E G Rガスを還流させる低圧 E G R通路と、タービンよりも上流の排気通路から排気の一部を高圧 EGRガスとして取り込みコンプレッサよりも下流の吸気通路へ当該高圧 EGRガスを還流させる高圧 EG R通路とを備え、これら低圧 EGR通路及び高圧 EGR通路を効果的に併用して、動力性能や EGR制御の制御性及び応答性を損なうことなく広い運転領域で排気ェミッションの低減を図る技術が開示されている。発明の開示

上記公報に開示されたような低圧 E G R通路及び高圧 E G R通路を併用する装置では、一方の EGR通路の流量制御を開ループ制御とする必要があった。このため、内燃機関の個体差等で一方の EGR通路の EGRガス流量がばらつくと、吸気温度や過給圧が変化し、排気ェミッションの悪化や動力性能の悪化を招いてしまう場合がある。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、内燃機関の排気還流装置において、低圧 EGR率及び高圧 EGR率の両方を正確に算出し、低圧 EGR通路及び高圧 EGR通路の双方の流量制御を閉ループ制御とし、吸気温度や過給圧を安定させ、排気ェミッションの悪化を抑制し、動力性能の悪化を抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、

内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、

前記夕一ビンよりも下流の排気通路から排気の一部を低圧 E G Rガスとして取り込み前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ当該低圧 E GRガスを還流させる低圧 E

GR通路と、

. 前記夕一ビンよりも上流の排気通路から排気の一部を高圧 EG Rガスとして取り込み前記コンプレッサよりも下流の吸気通路へ当該高圧 EGRガスを還流させる高圧 E GR通路と、

前記低圧 E G R通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 E G R通路の接続部位よりも上流の吸気通路における CO ₂濃度、前記高圧 EG R通路の接続部位よりも下流の吸気通路における CO ₂濃度、及び内燃機関から排出される CO ₂濃度を用いて、内燃機関が吸入する吸気量に対しての低圧 E G Rガス量の割合を示す低圧 E G R率及び前記吸気量に対しての高圧 EGRガス量の割合を示す高圧 EG R率を算出する算出手段と、

前記算出手段が算出する前記低圧 E GR率及び前記高圧 E GR率をそれぞれの目標値に制御する E GR率制御手段と、

を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。 - 本発明では、低圧 E GR通路の接続部位よりも下流且つ高圧 E GR通路の接続部位よりも上流の吸気通路における C 0₂濃度、高圧 E G R通路の接続部位よりも下流の吸気通路における C0₂濃度、及び内燃機関から排出される C0₂濃度を用いて、内燃機関が吸入する吸気量に対しての低圧 E G Rガス量の割合を示す低圧 E G R率及び前記吸気量に対しての高圧 E GRガス量の割合を示す高圧 E GR率を算出する。本発明よると、低圧 EGR率及び高圧 EGR率の両方が正確に算出できる。このため、低圧 EG R率及び高圧 EG R率に基づいて、低圧 EG R通路及び高圧 EG R通路の双方の流量制御を閉ループ制御することができる。よって、吸気温度や過給圧を安定させることができ、排気エミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

また、低圧 EGR率を求める際に低圧 EGRガス量を正確に算出できるので、低圧 EGR通路及び高圧 EGR通路を併用する場合における、排気通路に配置された排気浄化装置を通過する排気流量を正確に算出でき、排気浄化装置の温度制御精度を向上できる。

前記低圧 EG R通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 EG R通路の接続部位よりも上流の吸気通路における CO ₂濃度を検出する第 1の c〇₂濃度検出手段と、前記高圧 E GR通路の接続部位よりも下流の吸気通路における C O ₂濃度を検出する第 2の CO ₂濃度検出手段と、

内燃機関から排出される C O ₂濃度を検出する第 3の C O ₂濃度検出手段と、を備えるとよい。

本発明によると、各部位の CO ₂濃度が正確に検出でき、各部位の CO ₂濃度を用いて低圧 E GR率及び高圧 E GR率の両方が正確に算出できる。

前記低圧 E GR通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 E GR通路の接続部位よりも上流の吸気通路における C〇₂濃度を検出する第 1の C0₂濃度検出手段と、 ' 前記高圧 EG R通路の接続部位よりも下流の吸気通路における CO ₂濃度を、前記高圧 EGR通路の接続部位よりも下流の吸気通路における吸気圧、行程容積、容積効率及び吸気温度、並びに新気量及び燃料噴射量から算出する第 1の C0₂濃度算出手段と、

内燃機関から排出される C〇 ₂濃度を、新気量及び燃料噴射量から算出する第 2の CO ₂濃度算出手段と、を備えるとよい。

本発明によると、高価な co₂濃度検出手段を 1つだけ用いるようにしてコストダゥンを図りつつ、各部位の CO ₂濃度が正確に導出でき、各部位の c〇₂濃度を用いて低圧 EG R率及び高圧 EG R率の両方が正確に算出できる。

前記低圧 E GR通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 E GR通路の接続部位よりも上流の吸気通路において、前記コンプレッサよりも下流の吸気通路の吸気を前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ戻すバイパス通路と、

前記バイパス通路において下流の圧力を一定に調圧する圧力調整手段と、前記圧力調整手段よりも下流の前記バイパス通路において、前記低圧 E GR通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 E GR通路の接続部位よりも上流の吸気通路における CO ₂濃度を検出する第 1の co₂濃度検出手段と、

を備えるとよい。

本発明によると、新気と低圧 E G Rガスが十分に混ざり合って一定の圧力となった後の混合ガスの CO ₂濃度を検出するため、当該混合ガスは混ざり合って均一となり一定の圧力となるために検出時の計測誤差が縮小でき、当該混合ガスの C0₂濃度を正確に検出できる。

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、低圧 EGR率及び高圧 EGR 率の両方を正確に算出し、低圧 E G R通路及び高圧 E G R通路の双方の流量制御を閉ループ制御とし、吸気温度や過給圧を安定させ、排気エミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。図面の簡単な説明

図 1は、実施例 1に係る内燃機関とその吸 ·排気系を示す図である。

図 2は、実施例 1に係る EGR率制御のルーチンを示すフローチヤ一トである。図 3は、実施例 2に係る内燃機関とその吸 '排気系を示す図である。図 4は、実施例 3に係る内燃機関とその吸•排気系を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

<実施例 1 >

図 1は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適する内燃機関とその吸 ·排気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を有する水冷式の 4ストロークサイクル ·ディーゼルエンジンである。内燃機関 1には、吸気通路 3及び排気通路 4が接続されている。

内燃機関 1に接続された吸気通路 3の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動する夕一ポチヤ一ジャ 5のコンプレッサハウジング 5 aが配置されている。また、コンプレッサハウジング 5 aよりも上流の吸気通路 3には、該吸気通路 3内を流通する吸気の流量を調節する第 1スロットル弁 6が配置されている。この第 1スロットル弁 6は、電動ァクチユエ一夕により開閉される。第 1スロットル弁 6よりも上流の吸気通路 3には、該吸気通路 3内を流通する新気吸入空気（以下、新気という）の流量に応じた信号を出力するエアフローメ一夕 7が配置されている。このェアフロ一メ一夕 7により、内燃機関 1の新気量が測定される。

コンプレッサハウジング 5 aよりも下流の吸気通路 3には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ 8が配置されている。そして、インタ一クーラ 8よりも下流の吸気通路 3には、該吸気通路 3内を流通する吸気の流量を調整する第 2スロットル弁 9が設けられている。この第 2スロットル弁 9は、電動ァクチユエ一夕により開閉される。

一方、内燃機関 1に接続された排気通路 4の途中には、ターボチャージャ 5のタービンハウジング 5 bが配置されている。また、タービンハウジング 5 bよりも下流の排気通路 4には、排気浄化装置 1 0が配置されている。排気浄化装置 10は、酸化触媒と当該酸化触媒の後段に配置されたパティキュレ一トフィルタ（以下単にフィルタという）とを有して構成されている。フィルタには吸蔵還元型 NO X触媒（以下単に NO X触媒という）が担持されている。

また、排気浄化装置 10よりも下流の排気通路 4には、該排気通路 4内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁 11が設けられている。この排気絞り弁 11は、電動ァクチユエ一夕により開閉される。

そして、内燃機関 1には、排気通路 4内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路 3 へ還流（再循環）させる低圧 EGR装置 30が備えられている。この低圧 EGR装置 30は、低圧 EGR通路 31、低圧 EGR弁（LPL弁） 32、及び低圧 EGRクーラ 33を備えて構成されている。

低圧 EG R通路 31は、排気浄化装置 10よりも下流且つ排気絞り弁 11よりも上流側の排気通路 4と、コンプレッサハウジング 5 aよりも上流且つ第 1スロットル弁 6よりも下流側の吸気通路 3と、を接続している。この低圧 EGR通路 31を通って、排気が低圧で内燃機関 1へ送り込まれる。そして、本実施例では、低圧 EG R通路 3 1を流通して還流される排気を低圧 EGRガス（LPLガス）と称している。

また、低圧 EG R弁 32は、低圧 EG R通路 31の通路断面積を調整することにより、該低圧 EGR通路 31を流れる低圧 EGRガスの量を調節する。なお、低圧 EG Rガス量の調節は、低圧 EG R弁 32の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第 1スロットル弁 6の開度を調整することにより低圧 EG R通路 31 の上流と下流との差圧を変化させ、これにより低圧 EGRガスの量を調節することができる。 '

さらに、低圧£0 クーラ33は、該低圧 EGRク一ラ 33を通過する低圧 EGR ガスと、内燃機関 1の機関冷却水とで熱交換をして、該低圧 EG Rガスの温度を低下させる。

一方、内燃機関 1には、排気通路 4内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路 3へ還流させる高圧 EGR装置 40が備えられている。この高圧 EGR装置 40は、高圧 EGR通路 41、及び高圧 EGR弁（HPL弁） 42を備えて構成されている。高圧 EGR通路 41は、タービンハウジング 5 bよりも上流側の排気通路 4と、コンプレッサハウジング 5 aよりも下流側の吸気通路 3と、を接続している。この高圧 EGR通路 41を通って、排気が高圧で内燃機関 1へ送り込まれる。そして、本実施例では、高圧 EGR通路 41を流通して還流される排気を高圧 EGRガス（HPLガス）と称している。

また、高圧£0 弁42は、高圧 EGR通路 41の通路断面積を調整することにより、該高圧 EGR通路 41を流れる高圧 EGRガスの量を調節する。なお、高圧 EG Rガス量の調節は、高圧 EGR弁 42の開度の調骛以外の方法によって行うこともできる。例えば、第 2スロットル弁 9の開度を調整することにより高圧 EGR通路 41 の上流と下流との差圧を変化させ、これにより高圧 E GRガスの量を調節することができる。また、ターボチャージャ 5が可変容量型の場合には、夕一ビンの流量特性を変更するノズルべ一ンの開度を調整することによつても高圧 EG Rガスの量を調節することができる。

以上述べたように構成された内燃機関 1には、該内燃機関 1を制御するための電子制御ユニットである ECU 12が併設されている。この ECU 12は、内燃機関 1の蓮転条件や運転者の要求に応じて内燃機関 1の運転状態を制御するュニットである。

ECU12には、エアフローメータ 7などの各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号が ECU12に入力されるようになっている。一方、 ECU12には、第 1スロットル弁 6、第 2スロットル弁 9、排気絞り弁 1 1、低圧£ 弁32、及び高圧 EGR弁 42の各ァクチユエ一夕が電気配線を介して接続されており、該 ECU 12によりこれらの機器が制御される。

そして、低圧 EG R弁 32及び高圧 EG R弁 42を制御することにより、内燃機関 1に吸入される吸気に対する低圧 EGRガスの割合を示す低圧 EGR率、及び内燃機関 1に吸入される吸気に対する高圧 EGRガスの割合を示す高圧 EGR率を調節している。

ここで、従来、低圧 EG R通路及び高圧 EG R通路を併用する装置では、一方の E GR通路の流量制御を開ループ制御とする必要があった。このため、内燃機関の個体差等で一方の EGR通路の EGRガス流量がばらつくと、吸気温度や過給圧が変化し、排気ェミッションの悪化や動力性能の悪化を招いてしまう場合がある。

そこで、本実施例では、低圧 EGR率及び高圧 EGR率の両方を正確に算出し、これら低圧 E GR率及び高圧 E GR率をそれぞれの目標値に制御することで、低圧 E G R通路 31及ぴ高圧 EGR通路 41の双方の流量制御を閉ループ制御とするようにしている。これによつて、吸気温度や過給圧を安定させることができ、排気エミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

また、低圧 EGR率を求める際に低圧 EGRガス量を正確に算出できるので、低圧 EGR通路 31及び高圧 EGR通路 41を併用する場合における、排気通路 4に配置された排気浄化装置 10を通過する排気流量を正確に算出でき、排気浄化装置 10の温度制御精度を向上できる。

ここで、本実施例における低圧 EGR率及び高圧 EGR率は、低圧 EGR通路 31 の接続部位よりも下流且つ高圧 E GR通路 41の接続部位よりも上流の吸気通路 3における C〇₂濃度、高圧 EGR通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3における C0₂濃度、及び内燃機関 1から排出される CO ₂濃度の 3箇所の CO ₂濃度を用いることで算出される。

このため、本実施例では、 3箇所の CO ₂濃度をそれぞれ〇₂濃度センサ 13， 1 4， 15で検出する。すなわち、本実施例では、低圧 EG R通路 31の接続部位よりも下流且つ高圧 EG R通路 41の接続部位よりも上流の吸気通路 3における CO ₂濃度を検出するための 0₂濃度センサ 13、高圧 EGR通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3における C0₂濃度を検出するための 0₂濃度センサ 14、及び内燃機関 1から排出される C0₂濃度を検出するための 0₂濃度センサ 15を備える。これにより、各部位の C0₂濃度が正確に検出でき、各部位の C0₂濃度を用いて低圧 E GR率及び高圧 E GR率の両方が正確に算出できる。

なお、 0₂濃度センサ 13， 14, 15で C0₂濃度を検出するのは、内燃機関 1 においては〇₂濃度と C〇₂濃度とは 1対 1の関係にあるため、〇₂濃度が C〇₂濃度に置換できるためである。このため、本実施例における 0₂濃度センサ 13, 14， 15は、本発明の第 1〜第 3の C0₂濃度検出手段に相当する。なお、本実施例では、 C O ₂濃度を検出するために O ₂濃度を測定するが、これのほかに H ₂0濃度や N ₂濃度を測定して CO ₂濃度を検出してもよい。

そして、上記 3箇所の C0₂濃度を用い、

エアフローメータ 7で測定される新気量を Gnとし、

新気（大気）の C0₂濃度を CO 2Nとし（CO 2Nは大気の C0₂濃度のため既知）、 0₂濃度センサ 13で検出される、新気と低圧 EGRガスとの混合ガスの CO ₂濃度を C02NLとし、

0₂濃度センサ 14で検出される、新気と低圧 EGRガスと高圧 EGRガスとの混合ガスの C0₂濃度を C02NLHとし、

0₂濃度センサ 15で検出される、排気の C〇₂濃度を CO 2 EHとする。

すると、内燃機関 1に吸入される、新気、低圧 EGRガス及び高圧 EGRガスを全て含む吸気量 Gc y 1は、

Gcy l = ( (C02EH-C02N) / (C O 2 EH- C O 2 N L H) ) - G n · · · (式 1 )

と表すことができる。

低圧 EGR通路 31を流通する低圧 EGRガス量 G 1 p 1は、

G 1 p 1 = ( (CO 2NL-CO 2N) / (C O 2 E H- C O 2 N L) ) - G n · · · (式 2) と表すことができる。

高圧 EGR通路 41を流通する高圧 EGRガス量 Gh p 1は、

Gh 1 = ( ( (C02EH-C02N) / (C02EH - C02NLH) ) ― ( (C02NL-C02N) / (CO 2 EH- CO 2 NL) ) 一 1) · Gn · · . (式 3)

と表すことができる。

一方、内燃機関 1に吸入される吸気に対する低圧 E GRガスの割合を示す低圧 E G R率は、

低圧 EGR率- G 1 1 /G c y 1 · · · (式 4)

である。

内燃機関 1に吸入される吸気に対する高圧 EGRガスの割合を示す高圧 EGR率は、高圧 EGR率 =Gh p 1 ZGc y 1 · · · (式 5)

である。

したがって、上記（式 1) 、（式 2) 及び（式 4) から低圧 EG R率を算出することができ、上記（式 1) 、（式 3) 及び（式 5) から高圧 EG R率を算出することができる。そして、低圧 EGR弁 32及び高圧 EGR弁 42を制御することにより、算出する低圧 E G R率及び高圧 E G R率をそれぞれの目標値に制御する。

なお、低圧 EGR率及び高圧 EGR率の目標値は、内燃機関 1の運転状態や環境状況に応じて適宜設定される値である。

次に、本実施例による EGR率制御のルーチンについて説明する。図 2は、本実施例による EGR率制御のルーチンを示したフローチャートである。本ル一チンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップ S 101では、 ECU12は、低圧 EGRガス及び高圧 EGRガスを流通させているか否かを判別する。低圧 EGRガス及び高圧 EGRガスを流通させているか否かは、低圧£01弁32の開度、及び高圧 EGR弁 42の開度を不図示の開度センサで検出し、それらの開閉状態により判断される。

ステップ S 101において、低圧 EGR弁 32及び Z又は高圧 EGR弁 42が閉弁状態であり、低圧 E G Rガス及び高圧 E G Rガスを流通させていないと判定された場合には、 ECU 12は、本ルーチンを一旦終了する。また、低圧£ 弁32及ぴ高圧 EGR弁 42が開弁状態であり、低圧 EGRガス及び高圧 EGRガスを流通させていると判定された場合には、ステップ S 102へ進む。

ステップ S 102では、 ECU 11は、ェアフロ一メータ 7、及び 0₂濃度センサ 13, 14， 15等からの入力信号を処理する。

ステップ S 102に引き続くステップ S 103では、 ECU 1 1は、低圧 EGR率及び高圧 EG R率を算出する。上記したように、ェアフロ一メ一夕 7が測定する新気量 Gnや 0₂濃度センサ 13， 14， 15が測定する C 0₂濃度を用い、上記（式 1) 、（式 2) 及び（式 4) から低圧 EGR率を算出し、上記（式 1) 、（式 3) 及び（式 5) から高圧 EGR率を算出する。

ここで、本ステップにおいて低圧 EGR率及び高圧 EGR率を算出する ECU 12 が本発明の算出手段に相当する。

ステップ S 103に引き続くステップ S 104では、 ECU 12は、ステップ S 1 03で算出する低圧 E GR率及び高圧 E G R率をそれぞれの目標値に制御するべく、低圧 EG R弁 32の開度及び高圧 EGR弁 42の開度を調節する。

すなわち、低圧 EGR率とそれの目標値との差に応じて低圧 EGR弁 32の開度を調節すると共に、高圧 EGR率とそれの目標値との差に応じて高圧 EGR弁 42の開度を調節する。

ここで、低圧 EG R弁 32及び高圧 EG R弁 42の調節開度量は、上記低圧 EG R 率及び高圧 E G R率とそれらの目標値との差をマップに当てはめることで取得することができる。当該開度量と当該差との相関関係を表すマップは、予め実験などにより求められ、 ECU 12に記憶させておく。本ステップにおいて低圧 EG R弁 32の開度及び高圧 EG R弁 42の開度を調節して低圧 E GR率及び高圧 E GR率をそれぞれの目標値に制御する E CU 12が本発明の E GR率制御手段に相当する。

以上説明した E G R率制御によると、低圧 E G R率及び高圧 E G R率を正確に算出し、これら低圧 EGR率及び高圧 EGR率をそれぞれの目標値に制御することで、低圧 E G R通路及び高圧 E G R通路の双方の流量制御を閉ループ制御とするようにしている。

なお、本実施例では、低圧 EGR率及び高圧 EGR率の制御を低圧 EGR弁 32の開度及び高圧 EGR弁 42の開度の調節だけで行っていた。しかしこれに限られず、第 1、第 2スロットル弁 6， 9の開度や可変容量型ターボチャージャのノズルべーンの開度などを調節することと共に低圧 EGR弁 32の開度及び高圧 EGR弁 42の開度を調節して、低圧 EGR率及び高圧 EG R率の制御を行うようにしてもよい。

<実施例 2 >

上記実施例では、 3つの部位の C O ₂濃度をそれぞれ O ₂濃度センサで測定していた。しかし、〇₂濃度センサは高価なため、 1つの内燃機関にっき 3つ配置するのではコストアップを招いてしまう。そこで、本実施例では、低圧 EGR通路 31の接続部位よりも下流且つ高圧 E GR通路 41の接続部位よりも上流の吸気通路における C 0₂濃度を検出する〇₂濃度センサ 13を 1つだけ備え、その他の部位の CO ₂濃度は演算により算出するようにした。その他の構成は上記実施例と同様であるので、重複する説明は省略する。

図 3は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸 ·排気系の概略構成を示す図である。高圧 EG R通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3には、高圧 EG R通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3の吸気圧を検出する吸気圧センサ 16が配置されている。また、同じく、高圧 EGR通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3には、高圧 EGR通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3の吸気温度を検出する吸気温度センサ 17が配置されている。

そして、本実施例においても、低圧 EGR率及び高圧 EGR率の両方を正確に算出し、これら低圧 EGR率及び高圧 EGR率をそれぞれの目標値に制御することで、低圧 E GR通路及び高圧 E GR通路の双方の流量制御を閉ループ制御とするようにしている。これによつて、吸気温度や過給圧を安定させることができ、排気ェミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

ここで、本実施例における低圧 EGR率及び高圧 EGR率は、低圧 EGR通路 31 の接続部位よりも下流且つ高圧 E GR通路 41の接続部位よりも上流の吸気通路 3における CO ₂濃度、高圧 EGR通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3における C O ₂濃度、及び内燃機関 1から排出される C 0₂濃度の 3箇所の C O ₂濃度を用いることで算出される。

本実施例では、上記 3箇所のうち 1箇所の CO ₂濃度を 0₂濃度センサ 13 検出すると共に、他の 2箇所の CO ₂濃度を演算により算出する。すなわち、本実施例では、低圧 EG R通路 31の接続部位よりも下流且つ高圧 EG R通路 41の接続部位よりも上流の吸気通路 3における C〇₂濃度を検出するための 0₂濃度センサ 13を備える。なお、この 0₂濃度センサ 13は、本発明の第 1の C〇₂濃度検出手段に相当する。また、高圧 EG R通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3における C0₂ 濃度と、内燃機関 1から排出される C〇₂濃度とを、演算により算出する。

ここで、高圧 EG R通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3における CO ₂濃度としての、新気と低圧 EGRガスと高圧 EGRガスとの混合ガスの C0₂濃度 CO 2 NLHは、 CO 2 NLH= ( (Gc y l— Gn) · CO 2 EH) /G c y 1 . . · (式 6) と表すことができる。

そして、（式 6) で用いられる吸気量 Gc y 1は、

Gc y l = (P im- Vc y l - v v) / (R - T im) · · · (式 7)

ここで、 P im：吸気圧（吸気圧センサ 16により測定）

Vc y 1 ：行程容積

77 V ：容積効率

R：気体定数

T im :吸気温度（吸気温度センサ 17により測定）

と表すことができる。

一方、内燃機関 1から排出される C〇₂濃度としての、排気の C0₂濃度 C02E Hは、

CO 2 EH=F u n c (Gn, Q) · · · (式 8)

ここで、 Gn :新気量（エアフローメータ 7により測定）

Q：燃料噴射量（内燃機関 1で噴射される量であり、 ECU12が指令する量）というような、（Gn, Q) の関数として表すことができる。なお、（式 8) の関数は、排気の C〇₂濃度 C〇2EHを Gn， Qの値から導く所定の関数である。したがって、（式 6) 、（式 7) 、（式 8) から高圧 EGR通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3における CO ₂濃度を導出でき、（式 8) から内燃機関 1から排出される CO ₂濃度を導出できる。なお、本実施例における（式 6) 、（式 7) 、 (式 8) から高圧 EG R通路 41の接続部位よりも下流の吸気通路 3における C〇₂ 濃度を導出する ECU 12が、本発明の第 1の C0₂濃度算出手段に相当する。また、本実施例における（式 8) から内燃機関 1から排出される C〇₂濃度を導出する EC

U 12が、本発明の第 2の CO ₂濃度算出手段に相当する。

本実施例によると、高価な〇₂濃度センサを 1つだけ用いるようにしてコストダウンを図りつつ、求める必要のある 3箇所の部位の C O ₂濃度が正確に導出でき、各部位の C〇 ₂濃度を用いて低圧 E G R率及び高圧 E G R率の両方が正確に算出できる。

<実施例 3 >

上記実施例では、低圧 E G R通路 3 1の接続部位よりも下流且つ高圧 E G R通路 4 1の接続部位よりも上流の吸気通路 3における C O ₂濃度を検出する 0 ₂濃度センサ 1 3を、コンプレッサハウジング 5 aよりも上流の吸気通路 3に配置していた。しかし、〇₂濃度センサ 1 3が配置されたコンプレッサハウジング 5 aよりも上流の吸気通路 3では、新気と低圧 E G Rガスとが十分に混ざり合っておらず、正確なじ〇₂濃度が検出できていなかった。そこで、本実施例では、コンプレッサハウジング 5 aよりも下流の吸気通路 3の吸気をコンプレッサハウジング 5 aよりも上流の吸気通路 3 へ戻すパイパス通路 1 8を設け、そのパイパス通路 1 8で 0 ₂濃度センサ 1 3によつて C〇₂濃度を検出するようにした。その際、パイパス通路 1 8内を流れる新気と低圧 E G Rガスとが十分に混ざり合って一定の圧力となり〇₂濃度センサ 1 3の測定誤差を縮小させるために、バイパス通路 1 8において下流の圧力を一定に調圧する圧力調整弁 1 9を配置している。その他の構成は上記実施例と同様であるので、重複する説明は省略する。

図 4は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸 ·排気系の概略構成を示す図である。低圧 E G R通路 3 1の接続部位よりも下流且つ高圧 E G R通路 4 1の接続部位よりも上流の吸気通路 3において、コンプレッサハウジング 5 aよりも下流の吸気通路 3の吸気をコンプレッサハウジング 5 aよりも上流の吸気通路 3へ戻すバイパス通路 1 8を設けている。

そして、バイパス通路 1 8において下流の圧力を一定に調圧する圧力調整弁 1 9を備えている。本実施例における圧力調整弁 1 9が、本発明の圧力調整手段に相当する。また、圧力調整弁 1 9よりも下流のバイパス通路 1 8において、低圧 E G R通路 3 1の接続部位よりも下流且つ高圧 E G R通路 4 1の接続部位よりも上流の吸気通路 3 における C0₂濃度を検出する 0₂濃度センサ 13を備えている。なお、この 0₂濃度センサ 13は、本発明の第 1の C0₂濃度検出手段に相当する。

以上の構成を備える本実施例では、新気と低圧 E G Rガスが十分に混ざり合って一 ' 定の圧力となった後の混合ガスの C0₂濃度を検出するため、当該混合ガスが混ざり合って均一となり一定の圧力となるために検出時の計測誤差が縮小でき、新気と低圧 EGRガスとを混ぜた当該混合ガスの CO ₂濃度を正確に検出できる。

よって、上記実施例と同様にして低圧 EGR率及び高圧 EGR率の両方を正確に算出し、これら低圧 EGR率及び高圧 EGR率をそれぞれの目標値に制御することで、低圧 E G R通路及び高圧 E G R通路の双方の流量制御を閉ループ制御とするようにしている。これによつて、吸気温度や過給圧を安定させることができ、排気エミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。産業上の利用可能性

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、低圧 EGR率及び高圧 EGR 率の両方を正確に算出し、低圧 EG R通路及び高圧 EG R通路の双方の流量制御を閉ループ制御とし、吸気温度や過給圧を安定させ、排気ェミッションの悪化を抑制でき、動力性能の悪化を抑制できる。

Claims

請求の範囲

1. 内燃機関の排気通路に配置された夕一ビン及び内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、

前記タービンよりも下流の排気通路から排気の一部を低圧 EG Rガスとして取り込み前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ当該低圧 E GRガスを還流させる低圧 E GR通路と、

前記夕一ビンよりも上流の排気通路から排気の一部を高圧 E GRガスとして取り込み前記コンプレッサよりも下流の吸気通路へ当該高圧 E GRガスを還流させる高圧 E GR通路と、

前記低圧 EG R通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 E GR通路の接続部位よりも上流の吸気通路における CO ₂濃度、前記高圧 EG R通路の接続部位よりも下流の吸気通路における CO ₂濃度、及び内燃機関から排出される CO ₂濃度を用いて、内燃機関が吸入する吸気量に対しての低圧 EGRガス量の割合を示す低圧 EGR率及び前記吸気量に対しての高圧 EGRガス量の割合を示す高圧 EGR率を算出する算出手段と、

を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。

2. 前記低圧 E GR通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 E GR通路の接続部位よりも上流の吸気通路における C〇₂濃度を検出する第 1の C〇 ₂濃度検出手段と、前記高圧 E GR通路の接続部位よりも下流の吸気通路における C 0₂濃度を検出する第 2の C0₂濃度検出手段と、

内燃機関から排出される C0₂濃度を検出する第 3の C〇₂濃度検出手段と、を備えることを特徴とする請求項 1に記載の内燃機関の排気還流装置。

3. 前記低圧 E GR通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 E GR通路の接続部位よりも上流の吸気通路における CO ₂濃度を検出する第 1の CO ₂濃度検出手段と、前記高圧 EG R通路の接続部位よりも下流の吸気通路における CO ₂濃度を、前記高圧 EGR通路の接続部位よりも下流の吸気通路における吸気圧、行程容積、容積効率及び吸気温度、並びに新気量及び燃料噴射量から算出する第 1の C0₂濃度算出手段と、

内燃機関から排出される C O ₂濃度を、新気量及び燃料噴射量から算出する第 2の co₂濃度算出手段と、

を備えることを特徴とする請求項 1に記載の内燃機関の排気還流装置。

4. 前記低圧 E GR通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 E GR通路の接続部位よりも上流の吸気通路において、前記コンプレッサよりも下流の吸気通路の吸気を前記コンプレッサよりも上流の吸気通路へ戻すバイパス通路と、

前記バイパ,ス通路において下流の圧力を一定に調圧する圧力調整手段と、前記圧力調整手段よりも下流の前記バイパス通路において、前記低圧 EGR通路の接続部位よりも下流且つ前記高圧 E GR通路の接続部位よりも上流の吸気通路における C0₂濃度を検出する第 1の C0₂濃度検出手段と、

を備えることを特徴とする請求項 2又は 3に記載の内燃機関の排気還流装置。