WO2011055435A1 - 内燃機関のｅｇｒ制御システム - Google Patents

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WO2011055435A1
WO2011055435A1 PCT/JP2009/068847 JP2009068847W WO2011055435A1 WO 2011055435 A1 WO2011055435 A1 WO 2011055435A1 JP 2009068847 W JP2009068847 W JP 2009068847W WO 2011055435 A1 WO2011055435 A1 WO 2011055435A1
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internal combustion
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intake
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橋詰　剛
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an EGR control system for an internal combustion engine that selects a combustion state of either normal combustion or low temperature combustion according to an operation region.
  • Patent Document 1 discloses that in an internal combustion engine that selectively switches between normal combustion and low-temperature combustion, when the combustion mode is switched, the change rate of the EGR valve opening with respect to the deviation between the target EGR rate and the actual EGR rate is switched to the combustion mode.
  • a technique for increasing the EGR rate control other than the normal EGR rate control is disclosed.
  • Patent Document 2 when the temperature of the NOx catalyst is equal to or higher than a predetermined temperature during NOx reduction, the air-fuel ratio in the ambient atmosphere of the NOx catalyst is lowered to the target air-fuel ratio while the combustion state in the internal combustion engine is set to low temperature combustion.
  • Technology is disclosed.
  • the present invention provides a technique capable of suppressing the amount of smoke generated during transient operation during low-temperature combustion in an internal combustion engine that selects either a normal combustion state or a low-temperature combustion state in accordance with an operation region. For the purpose.
  • the upper limit value of the intake air amount of the internal combustion engine is set during low-temperature combustion, and the EGR rate of intake air is controlled so that the intake air amount does not exceed the upper limit value even during transient operation.
  • the EGR control system for an internal combustion engine is An EGR device for introducing exhaust gas from an internal combustion engine into the intake system as EGR gas; An EGR control system for an internal combustion engine that selects a low-temperature combustion state or a normal combustion state according to an operation region by making an intake EGR rate higher than a ratio at which the amount of smoke generated becomes maximum.
  • Upper limit air amount setting means for setting an upper limit value of the intake air amount of the internal combustion engine in which the amount of smoke generated is within an allowable range when the combustion state of the internal combustion engine is low temperature combustion; When the combustion state of the internal combustion engine is low-temperature combustion and the operation state of the internal combustion engine is a transient operation, the intake air amount of the internal combustion engine is equal to or less than the upper limit value set by the upper limit air amount setting means.
  • EGR rate control means for controlling the EGR rate of intake air by controlling the amount of EGR gas introduced into the intake system by the EGR device; Is further provided.
  • the upper limit value intake of the intake air amount at which the amount of smoke generated is within the allowable range is set by the upper limit air amount setting means. And when it becomes a transient operation at the time of low temperature combustion, the EGR rate of the intake air is controlled so that the intake air amount becomes the upper limit value or less. Therefore, it is possible to suppress an excessive increase in the intake air amount during transient operation during low temperature combustion. As a result, the amount of smoke generated during transient operation during low-temperature combustion can be suppressed.
  • the turbocharger When the turbocharger is provided in the intake / exhaust system of the internal combustion engine and a supercharge delay occurs during deceleration operation, the actual intake pressure is higher than the target intake pressure set according to the engine load of the internal combustion engine. May be higher. In such a case, the intake air amount tends to be excessively large.
  • the EGR control system for an internal combustion engine may further include intake pressure detection means for detecting the intake pressure of the internal combustion engine.
  • intake pressure detection means for detecting the intake pressure of the internal combustion engine.
  • the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be lower than a predetermined air-fuel ratio during low-temperature combustion, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be higher than the predetermined air-fuel ratio during normal combustion. Good.
  • the EGR control system for an internal combustion engine according to the present invention further includes an air-fuel ratio acquisition means for acquiring the air-fuel ratio of the air-fuel mixture of the internal combustion engine, the air-fuel ratio acquired by the air-fuel ratio acquisition means
  • the upper limit value of the intake air amount of the internal combustion engine may be set by the upper limit air amount setting means.
  • the predetermined air-fuel ratio here may be the air-fuel ratio of the air-fuel mixture that maximizes the amount of smoke generated.
  • the amount of smoke generated during transient operation during low temperature combustion can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine and its intake / exhaust system according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine for driving a vehicle having four cylinders 2.
  • Each cylinder 2 is provided with a fuel injection valve 3 that directly injects fuel into the cylinder 2.
  • the intake manifold 5 and the exhaust manifold 7 are connected to the internal combustion engine 1.
  • An intake passage 4 is connected to the intake manifold 5.
  • An exhaust passage 6 is connected to the exhaust manifold 7.
  • a compressor 8 a of a turbocharger 8 is installed in the intake passage 4.
  • a turbine 8 b of a turbocharger 8 is installed in the exhaust passage 6.
  • An air flow meter 14 is provided in the intake passage 4 upstream of the compressor 8a.
  • a throttle valve 9 is provided in the intake passage 4 on the downstream side of the compressor 8a.
  • An exhaust gas purification device 10 configured by a particulate filter, an NOx storage reduction catalyst, or the like is provided in the exhaust passage 6 downstream of the turbine 8b.
  • the intake manifold 5 is provided with an intake pressure sensor 23 for detecting intake pressure (supercharging pressure) and an O 2 sensor 24 for detecting oxygen concentration of intake air.
  • the intake pressure sensor 23 corresponds to the intake pressure detection means according to the present invention.
  • the intake and exhaust system of the internal combustion engine 1 is provided with an EGR device 11.
  • the EGR device 11 includes an EGR passage 12 and an EGR valve 13. One end of the EGR passage 12 is connected to the exhaust manifold 7, and the other end is connected to the downstream side of the throttle valve 9 in the intake passage 4.
  • the EGR valve 13 is provided in the EGR passage 12 and controls the amount of EGR gas introduced into the intake passage 4 from the exhaust manifold 7 through the EGR passage 12.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 20.
  • An air flow meter 14, an intake pressure sensor 23, an O 2 sensor 24, a crank position sensor 21, and an accelerator opening sensor 22 are electrically connected to the ECU 20. These output signals are input to the ECU 20.
  • the crank position sensor 21 is a sensor that detects the crank angle of the internal combustion engine 1.
  • the accelerator opening sensor 22 is a sensor that detects the accelerator opening of a vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted.
  • the fuel injection valve 3, the throttle valve 9, and the EGR valve 13 are electrically connected to the ECU 20. These are controlled by the ECU 20.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an operation region in which normal combustion is performed and an operation region in which low-temperature combustion is performed.
  • the horizontal axis represents the engine speed Ne of the internal combustion engine 1
  • the vertical axis represents the engine load Qe of the internal combustion engine.
  • a hatched region A indicates a low temperature combustion region where low temperature combustion is performed
  • a region B other than the region A indicates a normal combustion region where normal combustion is performed.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the intake EGR rate and the amount of smoke generated in the internal combustion engine 1.
  • the horizontal axis represents the intake EGR rate Regr
  • the vertical axis represents the smoke generation amount Qsmoke.
  • the amount of smoke generated is suppressed by controlling the EGR rate of the intake air to a value lower than the ratio at which the amount of smoke generated becomes maximum.
  • the amount of smoke generated is suppressed by controlling the EGR rate of the intake air to a value higher than the ratio at which the amount of smoke generated becomes maximum.
  • the target EGR rate in each combustion state is set so that the amount of smoke generated falls within an allowable range according to the operating state of the internal combustion engine 1 under each combustion state.
  • the control of the EGR rate of intake air can be realized by controlling the amount of EGR gas introduced into the intake passage 4 by the EGR valve 13. Further, in this embodiment, the EGR rate of the intake air can be calculated based on the oxygen concentration of the intake air detected by the O 2 sensor 24. Then, by performing feedback control of the opening degree of the EGR valve 13 based on the calculated EGR rate, the intake EGR rate can be controlled to the target EGR rate.
  • EGR control during transient operation During transient operation in which the engine load of the internal combustion engine 1 increases or decreases, a supercharging delay may occur. If a supercharging delay occurs during acceleration operation in which the engine load increases, a delay occurs in the increase of the intake air amount. In this case, if the target EGR rate with respect to the engine load is set to the same value as that in the steady operation, and the intake EGR rate is controlled, the intake air amount with respect to the engine load becomes smaller than that in the steady operation. On the other hand, if a supercharging delay occurs during the deceleration operation in which the engine load decreases, a delay occurs in the reduction of the intake air amount. In this case, if the target EGR rate for the engine load is set to the same value as that in the steady operation, and the intake EGR rate is controlled, the intake air amount for the engine load becomes larger than that in the steady operation.
  • the horizontal axis represents the intake air amount Qair
  • the vertical axis represents the smoke generation amount Qsmoke
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the intake air amount and the amount of smoke generated when the engine load of the internal combustion engine 1 is a predetermined engine load during normal combustion.
  • the intake air amount with respect to the engine load may be insufficient, and the amount of smoke generated may increase excessively.
  • the lower limit value Qamin of the intake air amount of the internal combustion engine 1 is set.
  • the lower limit value Qamin of the intake air amount at the time of normal combustion is a lower limit value of the intake air amount at which the amount of smoke generated is within the allowable range, and is a value set according to the engine load of the internal combustion engine 1.
  • acceleration operation is performed, and when the intake air amount becomes smaller than the lower limit value Qamin, the set value of the target EGR rate of intake is further reduced.
  • the amount of EGR gas introduced into the intake passage 4 is decreased, so that the amount of intake air is increased to the lower limit value Qamin or more. As a result, an excessive increase in the amount of smoke generated is suppressed.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the intake air amount and the amount of smoke generated when the engine load of the internal combustion engine 1 is a predetermined engine load during low temperature combustion.
  • the intake air amount in the low temperature combustion, contrary to the normal combustion, when the intake air amount becomes larger than a certain level, the amount of smoke generated increases rapidly due to the increase in the combustion temperature. Therefore, during low-temperature combustion, the operation is decelerated, and if there is a delay in the reduction of the intake air amount as described above, the intake air amount with respect to the engine load increases excessively, and the amount of smoke generated may increase excessively.
  • an upper limit value Qamax of the intake air amount of the internal combustion engine 1 is set during low temperature combustion.
  • the upper limit value Qamax of the intake air amount at the time of low-temperature combustion is an upper limit value of the intake air amount at which the amount of smoke generated falls within the allowable range, and is a value set according to the engine load of the internal combustion engine 1.
  • the set value of the target EGR rate for intake air is further increased.
  • the amount of intake air is decreased to the upper limit value Qamax or less. As a result, an excessive increase in the amount of smoke generated is suppressed.
  • the lower limit value Qamin of the intake air amount during normal combustion and the upper limit value Qamax of the intake air amount during low temperature combustion are values set on the condition that they are in the respective combustion states, and are merely numerical values.
  • the lower limit value Qamin of the intake air amount during normal combustion is larger than the upper limit value Qamax of the intake air amount during low temperature combustion.
  • EGR control flow the flow of EGR control according to the present embodiment will be described based on the flowchart shown in FIG. This flow is stored in advance in the ECU 20, and is repeatedly executed by the ECU 20 at predetermined intervals.
  • step S101 it is determined whether or not the combustion state of the internal combustion engine 1 is low temperature combustion.
  • the combustion state of the internal combustion engine 1 is low-temperature combustion is determined based on whether or not the operation region to which the operation state of the internal combustion engine 1 belongs is the region A shown in FIG. Good. If an affirmative determination is made in step S101, then the process of step S102 is executed. On the other hand, if a negative determination is made in step S101, it is determined that the combustion state of the internal combustion engine 1 is normal combustion, and then the process of step S107 is executed.
  • step S102 it is determined whether or not the intake pressure Pin detected by the intake pressure sensor 23 is larger than the target intake pressure Pint.
  • the target intake pressure Pint is a value determined in advance according to the engine load of the internal combustion engine 1 or the like. If an affirmative determination is made in step S102, it can be determined that the internal combustion engine 1 is decelerating and that there is a delay in the reduction of the intake pressure, that is, the reduction of the intake air amount. In this case, the process of step S103 is performed next. On the other hand, if a negative determination is made in step S102, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • step S103 an upper limit value Qamax of the intake air amount at the time of low-temperature combustion corresponding to the current engine load is set.
  • the relationship between the upper limit value Qamax of the intake air amount and the engine load is obtained in advance based on experiments or the like, and is stored in the ECU 20 as a map or a relational expression.
  • the ECU 20 that executes the process of step S103 corresponds to the upper limit air amount setting means according to the present invention.
  • step S104 it is determined whether or not the intake air amount Qair detected by the air flow meter 14 is larger than the upper limit value Qamax of the intake air amount set in step S103. If an affirmative determination is made in step S104, the process of step S105 is executed next. If a negative determination is made, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • step S105 the set value of the target EGR rate Regrt is increased.
  • step S106 the opening degree of the EGR valve 13 is increased so that the EGR rate of intake air becomes the target EGR rate Regrt increased in step S105, so that the EGR gas introduced into the intake passage 4 is increased.
  • the quantity Qegr is increased.
  • step S104 is performed again, and when the intake air amount Qair becomes equal to or less than the upper limit value Qamax, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • step S107 it is determined whether or not the intake pressure Pin detected by the intake pressure sensor 23 is smaller than the target intake pressure Pint.
  • the target intake pressure Pint here is also a value determined in advance according to the engine load of the internal combustion engine 1 or the like. If an affirmative determination is made in step S107, it can be determined that the internal combustion engine 1 is in an accelerating operation and that there is a delay in the increase in intake pressure, that is, the increase in the intake air amount. In this case, the process of step S108 is performed next. On the other hand, if a negative determination is made in step S107, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • step S108 a lower limit value Qamin of the intake air amount during normal combustion corresponding to the current engine load is set.
  • the relationship between the lower limit value Qamin of the intake air amount and the engine load is obtained in advance based on experiments or the like, and is stored in the ECU 20 as a map or a relational expression.
  • step S109 it is determined whether or not the intake air amount Qair detected by the air flow meter 14 is smaller than the lower limit value Qamin of the intake air amount set in step S108. If an affirmative determination is made in step S109, then the process of step S110 is executed next. If a negative determination is made, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • step S110 the set value of the target EGR rate Regrt is decreased.
  • step S106 the EGR gas introduced into the intake passage 4 is reduced by reducing the opening of the EGR valve 13 so that the EGR rate of the intake air becomes the target EGR rate Regrt reduced in step S105.
  • the quantity Qegr is reduced.
  • step S109 is executed again, and when the intake air amount Qair becomes equal to or greater than the lower limit value Qamin, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • the lower limit value of the intake air amount is set, and the EGR rate of the intake air is controlled so that the intake air amount becomes equal to or higher than the lower limit value.
  • an upper limit value of the intake air amount is set, and the intake EGR rate is controlled so that the intake air amount becomes equal to or lower than the upper limit value.
  • the intake air amount Qair when the intake air amount Qair is larger than the upper limit value Qamax during low temperature combustion, the intake air amount Qair is controlled to be equal to or lower than the upper limit value Qamax by repeating steps S104 to S106.
  • the intake EGR rate at which the intake air amount Qair becomes the upper limit value Qamax is calculated, and the EGR gas amount Qegr introduced into the intake passage 4 is controlled using the calculated EGR rate as the target EGR rate. Also good.
  • the intake air amount Qair when the intake air amount Qair is smaller than the lower limit value Qamin during normal combustion, the intake air amount Qair is controlled to be lower than the lower limit value Qamin by repeating steps S109 to S111.
  • the EGR rate of intake air at which the intake air amount Qair becomes the lower limit value Qamin is calculated, and the EGR gas amount Qegr introduced into the intake passage 4 is calculated using the calculated EGR rate as the target EGR rate. You may control.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture and the amount of smoke generated in the internal combustion engine 1.
  • the horizontal axis represents the air-fuel ratio Rm of the air-fuel mixture
  • the vertical axis represents the amount of smoke generated Qsmoke.
  • the EGR rate of the intake air is controlled to a value lower than the ratio at which the amount of smoke generated becomes maximum
  • the air-fuel ratio of the mixture is the ratio at which the amount of smoke generated becomes maximum. Control to a higher value.
  • the EGR rate of the intake air is controlled to a value higher than the ratio at which the smoke generation amount is maximum, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is lower than the ratio at which the smoke generation amount is maximum.
  • Control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be realized by controlling the amount of EGR gas introduced into the intake passage 4 by the EGR valve 13 as with the intake EGR rate.
  • EGR control flow the flow of EGR control according to the present embodiment will be described based on the flowchart shown in FIG. This flow is stored in advance in the ECU 20, and is repeatedly executed by the ECU 20 at predetermined intervals.
  • Step S101 in the flowchart shown in FIG. 6 is replaced with Steps S201 and S202. Therefore, only step S201 will be described, and description of the other steps will be omitted.
  • the air-fuel ratio Rm of the air-fuel mixture of the internal combustion engine 1 is calculated in step S201.
  • the air-fuel ratio Rm of the air-fuel mixture of the internal combustion engine 1 can be calculated based on the detected value of the air flow meter 14, the EGR rate of intake air, the fuel injection amount in the internal combustion engine 1, and the like. If an air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided in the exhaust passage 6, the air-fuel ratio Rm of the air-fuel mixture may be estimated based on the detected value of the air-fuel ratio sensor.
  • the ECU 20 that executes the process of step S201 corresponds to the air-fuel ratio acquisition unit according to the present invention.
  • step S202 it is determined whether or not the air-fuel ratio Rm of the air-fuel mixture of the internal combustion engine 1 is smaller than the air-fuel ratio Rm0 at which the amount of smoke generated becomes maximum. If an affirmative determination is made in step S202, it is determined that the combustion state of the internal combustion engine 1 is low temperature combustion, and then the process of step S102 is executed. On the other hand, if a negative determination is made in step S202, it is determined that the combustion state of the internal combustion engine 1 is normal combustion, and then the process of step S107 is executed.
  • the combustion state of the internal combustion engine 1 can be determined based on the air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio threshold value used for determining the combustion state in step S202 of the above flow is not necessarily the air-fuel ratio Rm0 at which the amount of smoke generated is the maximum, and is a value that allows discrimination between normal combustion and low-temperature combustion. If it is.

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Abstract

　本発明は、通常燃焼又は低温燃焼のいずれかの燃焼状態を運転領域に応じて選択する内燃機関において、低温燃焼時の過渡運転時におけるスモークの発生量を抑制することを目的とする。本発明では、低温燃焼時に、スモークの発生量が許容範囲内となる吸入空気量の上限値を設定し、過渡運転時においても、吸入空気量が該上限値を超えないように吸気のＥＧＲ率を制御する。

Description

内燃機関のＥＧＲ制御システム
　本発明は、通常燃焼又は低温燃焼のいずれかの燃焼状態を運転領域に応じて選択する内燃機関のＥＧＲ制御システムに関する。
　従来、内燃機関から排出されるＮＯｘを低減するために、内燃機関の排気をＥＧＲガスとして吸気系に導入する技術が知られている。また、吸気のＥＧＲ率（吸気の総量に対するＥＧＲガス量の割合）をスモークの発生量が最大となる割合よりも高くすることでスモークの発生量を抑制する燃焼状態である低温燃焼を所定の運転領域で行う技術も知られている。
　特許文献１には、通常燃焼と低温燃焼とを選択的に切り替える内燃機関において、燃焼モードの切替時は、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差に対するＥＧＲ弁開度の変化率を燃焼モード切替時以外の通常のＥＧＲ率制御時に比して増大させる技術が開示されている。
　また、特許文献２には、ＮＯｘ還元時において、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の場合は、内燃機関における燃焼状態を低温燃焼としつつＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させる技術が開示されている。
特開２００５－０９０２７９号公報 特開２００９－１２１２８９号公報
　本発明は、通常燃焼又は低温燃焼のいずれかの燃焼状態を運転領域に応じて選択する内燃機関において、低温燃焼時の過渡運転時におけるスモークの発生量を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。
　本発明では、低温燃焼時に、内燃機関の吸入空気量の上限値を設定し、過渡運転時においても、吸入空気量が該上限値を超えないように吸気のＥＧＲ率を制御する。
　より詳しくは、内燃機関のＥＧＲ制御システムは、
　内燃機関の排気をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置を備え、
　吸気のＥＧＲ率をスモークの発生量が最大となる割合よりも高くすることで行なわれる低温燃焼又は通常燃焼のいずれかの燃焼状態を運転領域に応じて選択する内燃機関のＥＧＲ制御システムであって、
　内燃機関の燃焼状態が低温燃焼であるときに、スモークの発生量が許容範囲内となる内燃機関の吸入空気量の上限値を機関負荷に応じて設定する上限空気量設定手段と、
　内燃機関の燃焼状態が低温燃焼であって、内燃機関の運転状態が過渡運転であるときに、内燃機関の吸入空気量が前記上限空気量設定手段によって設定された上限値以下となるように、前記ＥＧＲ装置によって吸気系に導入されるＥＧＲガス量を制御することで吸気のＥＧＲ率を制御するＥＧＲ率制御手段と、
　をさらに備えることを特徴とする。
　低温燃焼時においては、吸入空気量が過剰に多くなると、燃焼温度が上昇するためにスモークの発生量が増加する。また、過渡運転時において、吸気のＥＧＲ率を定常運転時と同一の値とすると、吸入空気量が過剰に多くなる虞がある。
　本発明においては、低温燃焼時における、スモークの発生量が許容範囲内となる吸入空気量の上限値吸が上限空気量設定手段によって設定される。そして、低温燃焼時に過渡運転となったときは、吸入空気量が該上限値以下となるように、吸気のＥＧＲ率が制御される。そのため、低温燃焼時の過渡運転時において、吸入空気量が過剰に多くなることが抑制される。その結果、低温燃焼時の過渡運転時におけるスモークの発生量を抑制することができる。
　内燃機関の吸排気系に過給機が設けられており、減速運転時に過給遅れが生じた場合等、内燃機関の機関負荷等に応じて設定された目標吸気圧力よりも実際の吸気圧力が高くなる場合がある。このような場合、吸入空気量が過剰に多い状態となり易い。
　そこで、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ制御システムは、内燃機関の吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段をさらに備えてもよい。そして、内燃機関の燃焼状態が低温燃焼であって、吸気圧力検出手段によって検出された吸気圧力が目標吸気圧力よりも高いときに、上記のようなＥＧＲ率制御手段による吸気のＥＧＲ率の制御を行なってもよい。
　本発明に係る内燃機関のＥＧＲ制御システムでは、低温燃焼時には混合気の空燃比を所定空燃比よりも低く制御し、通常燃焼時には混合気の空燃比を該所定空燃比よりも高く制御してもよい。このとき、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ制御システムが、内燃機関の混合気の空燃比を取得する空燃比取得手段をさらに備えている場合、該空燃比取得手段によって取得された混合気の空燃比が所定空燃比より低いときに、上限空気量設定手段によって内燃機関の吸入空気量の上限値を設定してもよい。
　尚、ここでの所定空燃比は、スモークの発生量が最大となる混合気の空燃比であってもよい。
　本発明によれば、低温燃焼時の過渡運転時におけるスモークの発生量を抑制することができる。
実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。 通常燃焼が行なわれる運転領域と低温燃焼が行なわれる運転領域とを示す図である。 吸気のＥＧＲ率とスモークの発生量との関係を示す図である。 通常燃焼時であって機関負荷が所定の機関負荷であるときの吸入空気量とスモークの発生量との関係を示す図である。 低温燃焼時であって機関負荷が所定の機関負荷であるときの吸入空気量とスモークの発生量との関係を示す図である。 実施例１に係るＥＧＲ制御のフローを示すフローチャートである。 混合気の空燃比とスモークの発生量との関係を示す図である。 実施例２に係るＥＧＲ制御のフローを示すフローチャートである。
　以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
　　＜実施例１＞
　本発明の実施例１について図１～６に基づいて説明する。
　（内燃機関およびその吸排気系の概略構成）
　図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が設けられている。
　内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド５には吸気通路４が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６が接続されている。吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサ８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービン８ｂが設置されている。
　吸気通路４におけるコンプレッサ８ａよりも上流側にはエアフローメータ１４が設けられている。吸気通路４におけるコンプレッサ８ａよりも下流側にはスロットル弁９が設けられている。排気通路６におけるタービン８ｂよりも下流側には、パティキュレートフィルタや吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等によって構成される排気浄化装置１０が設けられている。
　インテークマニホールド５には、吸気圧力（過給圧）を検出する吸気圧センサ２３及び吸気の酸素濃度を検出するＯ２センサ２４が設けられている。尚、本実施例においては、吸気圧センサ２３が本発明に係る吸気圧力検出手段に相当する。
　内燃機関１の吸排気系にはＥＧＲ装置１１が設けられている。ＥＧＲ装置１１は、ＥＧＲ通路１２及びＥＧＲ弁１３を備えている。ＥＧＲ通路１２は、その一端がエキゾーストマニホールド７に接続されており、その他端が吸気通路４におけるスロットル弁９よりも下流側に接続されている。ＥＧＲ弁１３は、ＥＧＲ通路１２に設けられており、ＥＧＲ通路１２を通ってエキゾーストマニホールド７から吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量を制御する。
　以上述べたように構成された内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１４、吸気圧センサ２３、Ｏ２センサ２４、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。クランクポジションセンサ２１は、内燃機関１のクランク角を検出するセンサである。また、アクセル開度センサ２２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するセンサである。
　また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁３、スロットル弁９及びＥＧＲ弁１３が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
　（燃焼状態の制御）
　次に、本実施例に係る内燃機関の燃焼状態の制御について図２及び３に基づいて説明する。本実施例に係る内燃機関１では、通常燃焼又は低温燃焼のいずれかの燃焼状態が運転領域に応じて選択され実行される。図２は、通常燃焼が行なわれる運転領域と低温燃焼が行なわれる運転領域とを示す図である。図２において、横軸は内燃機関１の機関回転速度Ｎｅを表しており、縦軸は内燃機関の機関負荷Ｑｅを表している。また、図２において、斜線で示す領域Ａが、低温燃焼が行なわれる低温燃焼領域を示しており、領域Ａ以外の領域Ｂが、通常燃焼が行なわれる通常燃焼領域を示している。
　図３は、内燃機関１における、吸気のＥＧＲ率とスモークの発生量との関係を示す図である。図３において、横軸は吸気のＥＧＲ率Ｒｅｇｒを表しており、縦軸はスモークの発生量Ｑｓｍｏｋｅを表している。図３に示すように、通常燃焼時においては、吸気のＥＧＲ率をスモークの発生量が最大となる割合よりも低い値に制御することで、スモークの発生量を抑制する。一方、低温燃焼時においては、吸気のＥＧＲ率をスモークの発生量が最大となる割合よりも高い値に制御することで、スモークの発生量を抑制する。
　尚、各燃焼状態での目標ＥＧＲ率は、各燃焼状態下での内燃機関１の運転状態に応じてスモークの発生量が許容範囲内となるように設定される。吸気のＥＧＲ率の制御は、吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量をＥＧＲ弁１３によって制御することで実現することができる。また、本実施例においては、Ｏ２センサ２４によって検出される吸気の酸素濃度に基づいて吸気のＥＧＲ率を算出することができる。そして、算出されたＥＧＲ率に基づいてＥＧＲ弁１３の開度をフィードバック制御することで、吸気のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御することができる。
　（過渡運転時のＥＧＲ制御）
　次に、本実施例に係る過渡運転時のＥＧＲ制御について説明する。内燃機関１の機関負荷が増加又は減少する過渡運転時は過給遅れが生じる場合がある。機関負荷が増加する加速運転時に過給遅れが生じると、吸入空気量の増加に遅れが生じる。この場合、機関負荷に対する目標ＥＧＲ率を定常運転時と同一の値として吸気のＥＧＲ率を制御すると、機関負荷に対する吸入空気量が定常運転時に比べて少ない量となる。一方、機関負荷が減少する減速運転時に過給遅れが生じると、吸入空気量の減少に遅れが生じる。この場合、機関負荷に対する目標ＥＧＲ率を定常運転時と同一の値として吸気のＥＧＲ率を制御すると、機関負荷に対する吸入空気量が定常運転時に比べて多い量となる。
　ここで、内燃機関１の燃焼状態が通常燃焼の場合又は低温燃焼の場合それぞれにおける吸入空気量とスモークの発生量との関係について図４及び５に基づいて説明する。図４及び５において、横軸は吸入空気量Ｑａｉｒを表しており、縦軸はスモークの発生量Ｑｓｍｏｋｅを表している。
　図４は、通常燃焼時であって内燃機関１の機関負荷が所定の機関負荷であるときの吸入空気量とスモークの発生量との関係を示す図である。図４に示すように、通常燃焼時は、吸入空気量がある程度より少なくなると、燃料の燃焼が不十分となり、スモークの発生量が急激に増加する。そのため、通常燃焼時に、加速運転となり、上記のように吸入空気量の増加に遅れが生じると、機関負荷に対する吸入空気量が不足することで、スモークの発生量が過剰に増加する虞がある。
　そこで、通常燃焼時においては、内燃機関１の吸入空気量の下限値Ｑａｍｉｎを設定する。この通常燃焼時における吸入空気量の下限値Ｑａｍｉｎは、スモークの発生量が許容範囲内となる吸入空気量の下限値であり、内燃機関１の機関負荷に応じて設定される値である。そして、通常燃焼時に、加速運転となり、吸入空気量が該下限値Ｑａｍｉｎより少ない量となった場合、吸気の目標ＥＧＲ率の設定値をより低下させる。これによって吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量を減少させることで、吸入空気量を下限値Ｑａｍｉｎ以上に増加させる。その結果、スモークの発生量が過剰に増加することが抑制される。
　図５は、低温燃焼時であって内燃機関１の機関負荷が所定の機関負荷であるときの吸入空気量とスモークの発生量との関係を示す図である。図５に示すように、低温燃焼時は、通常燃焼時とは逆に、吸入空気量がある程度より多くなると、燃焼温度の上昇に起因して、スモークの発生量が急激に増加する。そのため、低温燃焼時に、減速運転となり、上記のように吸入空気量の減少に遅れが生じると、機関負荷に対する吸入空気量が過剰に多くなり、スモークの発生量が過剰に増加する虞がある。
　そこで、低温燃焼時においては、内燃機関１の吸入空気量の上限値Ｑａｍａｘを設定する。この低温燃焼時における吸入空気量の上限値Ｑａｍａｘは、スモークの発生量が許容範囲内となる吸入空気量の上限値であり、内燃機関１の機関負荷に応じて設定される値である。そして、低温燃焼時に、減速運転となり、吸入空気量が該上限値Ｑａｍａｘより多い量となった場合、吸気の目標ＥＧＲ率の設定値をより上昇させる。これによって吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量を増加させることで、吸入空気量を上限値Ｑａｍａｘ以下に減少させる。その結果、スモークの発生量が過剰に増加することが抑制される。
　尚、通常燃焼時における吸入空気量の下限値Ｑａｍｉｎ及び低温燃焼時における吸入空気量の上限値Ｑａｍａｘは、それぞれの燃焼状態であることを条件として設定される値であり、単なる数値の大きさとしては通常燃焼時における吸入空気量の下限値Ｑａｍｉｎの方が低温燃焼時における吸入空気量の上限値Ｑａｍａｘよりも大きい値である。
　（ＥＧＲ制御フロー）
　ここで、本実施例に係るＥＧＲ制御のフローについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
　本フローでは、先ずステップＳ１０１において、内燃機関１の燃焼状態が低温燃焼であるか否かが判別される。ここでは、例えば、内燃機関１の運転状態が属する運転領域が図２に示す領域Ａであるか否かに基づいて、内燃機関１の燃焼状態が低温燃焼であるか否かが判別されてもよい。ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次にステップＳ１０２の処理が実行される。一方、ステップＳ１０１において否定判定された場合、内燃機関１の燃焼状態は通常燃焼であると判断され、次にステップＳ１０７の処理が実行される。
　ステップＳ１０２においては、吸気圧センサ２３によって検出される吸気圧力Ｐｉｎが目標吸気圧力Ｐｉｎｔより大きいか否かが判別される。ここで、目標吸気圧力Ｐｉｎｔは内燃機関１の機関負荷等に応じて予め定められた値である。ステップＳ１０２において肯定判定された場合、内燃機関１が減速運転中であり、吸気圧力の減少、即ち吸入空気量の減少に遅れが生じていると判断できる。この場合、次にステップＳ１０３の処理が実行される。一方、ステップＳ１０２において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。
　ステップＳ１０３においては、現時点の機関負荷に対応した、低温燃焼時における吸入空気量の上限値Ｑａｍａｘが設定される。該吸入空気量の上限値Ｑａｍａｘと機関負荷との関係は実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ２０にマップ又は関係式として記憶されている。尚、本実施例においては、該ステップＳ１０３の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る上限空気量設定手段に相当する。
　次に、ステップＳ１０４において、エアフローメータ１４によって検出される吸入空気量Ｑａｉｒが、ステップＳ１０３にて設定された吸入空気量の上限値Ｑａｍａｘよりも多いか否かが判別される。ステップＳ１０４において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０５の処理が実行され、否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。
　ステップＳ１０５においては、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔの設定値が上昇される。
　次に、ステップＳ１０６において、吸気のＥＧＲ率がステップＳ１０５にて上昇された目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔとなるように、ＥＧＲ弁１３の開度が大きくされることで、吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量Ｑｅｇｒが増加される。
　その後、ステップＳ１０４の処理が再度実行され、吸入空気量Ｑａｉｒが上限値Ｑａｍａｘ以下となると本フローの実行が一旦終了される。
　一方、ステップＳ１０７においては、吸気圧センサ２３によって検出される吸気圧力Ｐｉｎが目標吸気圧力Ｐｉｎｔより小さいか否かが判別される。ここでの目標吸気圧力Ｐｉｎｔも内燃機関１の機関負荷等に応じて予め定められた値である。ステップＳ１０７において肯定判定された場合、内燃機関１が加速運転中であり、吸気圧力の増加、即ち吸入空気量の増加に遅れが生じていると判断できる。この場合、次にステップＳ１０８の処理が実行される。一方、ステップＳ１０７において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。
　ステップＳ１０８においては、現時点の機関負荷に対応した、通常燃焼時における吸入空気量の下限値Ｑａｍｉｎが設定される。該吸入空気量の下限値Ｑａｍｉｎと機関負荷との関係は実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ２０にマップ又は関係式として記憶されている。
　次に、ステップＳ１０９において、エアフローメータ１４によって検出される吸入空気量Ｑａｉｒが、ステップＳ１０８にて設定された吸入空気量の下限値Ｑａｍｉｎよりも少ないか否かが判別される。ステップＳ１０９において、肯定判定された場合、次にステップＳ１１０の処理が実行され、否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。
　ステップＳ１１０においては、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔの設定値が低下される。
　次に、ステップＳ１０６において、吸気のＥＧＲ率がステップＳ１０５にて低下された目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔとなるように、ＥＧＲ弁１３の開度が小さくされることで、吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量Ｑｅｇｒが減少される。
　その後、ステップＳ１０９の処理が再度実行され、吸入空気量Ｑａｉｒが下限値Ｑａｍｉｎ以上となると本フローの実行が一旦終了される。
　本実施例によれば、通常燃焼時は、吸入空気量の下限値が設定され、吸入空気量が該下限値以上となるように吸気のＥＧＲ率が制御される。また、低温燃焼時は、吸入空気量の上限値が設定され、吸入空気量が該上限値以下となるように吸気のＥＧＲ率が制御される。これにより、通常燃焼時及び低温燃焼時のいずれにおいても、スモークの発生量が過剰に増加することを抑制することができる。
　尚、上記フローでは、低温燃焼時に吸入空気量Ｑａｉｒが上限値Ｑａｍａｘよりも多い場合は、ステップＳ１０４～Ｓ１０６を繰り返すことで吸入空気量Ｑａｉｒを上限値Ｑａｍａｘ以下に制御した。しかしながら、この場合、吸入空気量Ｑａｉｒが上限値Ｑａｍａｘとなる吸気のＥＧＲ率を算出し、該算出されたＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率として、吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量Ｑｅｇｒを制御してもよい。
　また、上記フローでは、通常燃焼時に吸入空気量Ｑａｉｒが下限値Ｑａｍｉｎよりも少ない場合は、ステップＳ１０９～Ｓ１１１を繰り返すことで吸入空気量Ｑａｉｒを下限値Ｑａｍｉｎ以下に制御した。しかしながら、この場合も同様に、吸入空気量Ｑａｉｒが下限値Ｑａｍｉｎとなる吸気のＥＧＲ率を算出し、該算出されたＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率として、吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量Ｑｅｇｒを制御してもよい。
　（変形例）
　内燃機関１の運転状態が加速運転となったときに、加速前後での機関負荷の差が非常に大きい場合は、過給遅れが生じたとしても、吸入空気量が急激に増加する場合がある。そのため、低温燃焼時における加速運転時においても、吸入空気量が、スモークの発生量が許容範囲内となる上限値を超える場合がある。そこで、このような場合においても、上記減速運転時の制御と同様、吸入空気量が該上限値以下となるように吸気のＥＧＲ率を制御してもよい。
　＜実施例２＞
　本発明の実施例２について図７，８に基づいて説明する。尚、ここでは、上記実施例１と異なる点についてのみ説明する。
　（各燃焼状態における混合気の空燃比）
　図７は、内燃機関１における混合気の空燃比とスモークの発生量との関係を示す図である。図７において、横軸は混合気の空燃比Ｒｍを表しており、縦軸はスモークの発生量Ｑｓｍｏｋｅを表している。本実施例においては、通常燃焼時は、吸気のＥＧＲ率をスモークの発生量が最大となる割合よりも低い値に制御し、且つ、混合気の空燃比をスモークの発生量が最大となる割合よりも高い値に制御する。また、低温燃焼時は、吸気のＥＧＲ率をスモークの発生量が最大となる割合よりも高い値に制御し、且つ、混合気の空燃比をスモークの発生量が最大となる割合よりも低い値に制御する。尚、混合気の空燃比の制御は、吸気のＥＧＲ率と同様、吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量をＥＧＲ弁１３によって制御することで実現することができる。
　（ＥＧＲ制御フロー）
　ここで、本実施例に係るＥＧＲ制御のフローについて図８に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図６に示すフローチャートにおけるステップＳ１０１をステップＳ２０１及びＳ２０２に置き換えたものである。そのため、ステップＳ２０１についてのみ説明し、その他のステップについの説明は省略する。
　本フローでは、ステップＳ２０１において、内燃機関１の混合気の空燃比Ｒｍを算出する。内燃機関１の混合気の空燃比Ｒｍは、エアフローメータ１４の検出値、吸気のＥＧＲ率及び内燃機関１での燃料噴射量等に基づいて算出することができる。尚、排気通路６に排気の空燃比を検出する空燃比センサが設けられている場合は、該空燃比センサの検出値に基づいて混合気の空燃比Ｒｍを推定してもよい。本実施例においては、該ステップＳ２０１の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る空燃比取得手段に相当する。
　次に、ステップＳ２０２において、内燃機関１の混合気の空燃比Ｒｍが、スモークの発生量が最大となる空燃比Ｒｍ０より小さいか否かが判別される。ステップＳ２０２において肯定判定された場合、内燃機関１の燃焼状態は低温燃焼であると判断され、次にステップＳ１０２の処理が実行される。一方、ステップＳ２０２において否定判定された場合、内燃機関１の燃焼状態は通常燃焼であると判断され、次にステップＳ１０７の処理が実行される。
　本実施例では、上記のように、各燃焼状態における混合気の空燃比が制御されるため、該空燃比に基づいて内燃機関１の燃焼状態を判別することができる。
　尚、上記フローのステップＳ２０２において燃焼状態の判別に用いる空燃比の閾値は、必ずしも、スモークの発生量が最大となる空燃比Ｒｍ０でなくとてもよく、通常燃焼と低温燃焼との判別が可能な値であればよい。
　上記説明した各実施例は可能な限り組み合わせることができる。
１・・・内燃機関
４・・・吸気通路
５・・・インテークマニホールド
６・・・排気通路
７・・・エキゾーストマニホールド
８・・・ターボチャージャ
８ａ・・コンプレッサ
８ｂ・・タービン
９・・・スロットル弁
１１・・ＥＧＲ装置
１２・・ＥＧＲ通路
１３・・ＥＧＲ弁
１４・・エアフローメータ
２０・・ＥＣＵ２０
２１・・クランクポジションセンサ
２２・・アクセル開度センサ
２３・・吸気圧センサ
２４・・Ｏ２センサ

Claims (3)

  1. 　内燃機関の排気をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置を備え、
    　吸気のＥＧＲ率をスモークの発生量が最大となる割合よりも高くすることで行なわれる低温燃焼又は通常燃焼のいずれかの燃焼状態を運転領域に応じて選択する内燃機関のＥＧＲ制御システムであって、
    　内燃機関の燃焼状態が低温燃焼であるときに、スモークの発生量が許容範囲内となる内燃機関の吸入空気量の上限値を機関負荷に応じて設定する上限空気量設定手段と、
    　内燃機関の燃焼状態が低温燃焼であって、内燃機関の運転状態が過渡運転であるときに、内燃機関の吸入空気量が前記上限空気量設定手段によって設定された上限値以下となるように、前記ＥＧＲ装置によって吸気系に導入されるＥＧＲガス量を制御することで吸気のＥＧＲ率を制御するＥＧＲ率制御手段と、
    　をさらに備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
  2. 　内燃機関の吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段をさらに備え、
    　内燃機関の燃焼状態が低温燃焼であって、前記吸気圧力検出手段によって検出された吸気圧力が目標吸気圧力よりも高いときに、前記目標ＥＧＲ率制御手段による吸気のＥＧＲ率の制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御システム。
  3. 　内燃機関の混合気の空燃比を取得する空燃比取得手段をさらに備え、
    　低温燃焼時は混合気の空燃比を所定空燃比よりも低く制御し、通常燃焼時は混合気の空燃比を前記所定空燃比よりも高く制御し、
    　前記空燃比取得手段によって取得された混合気の空燃比が前記所定空燃比より低いときに、前記上限空気量設定手段によって内燃機関の吸入空気量の上限値を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御システム。
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