WO2012140696A1 - 排気還流装置およびこの排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法 - Google Patents

排気還流装置およびこの排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法 Download PDF

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exhaust
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internal combustion
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寛之 菅沼
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トヨタ自動車株式会社
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0055—Special engine operating conditions, e.g. for regeneration of exhaust gas treatment apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas recirculation device that can suppress emission, that is, a generation amount of nitrogen oxides, by adding a part of exhaust gas to intake air, and an operation control method for an internal combustion engine in which the exhaust gas recirculation device is incorporated.
  • EGR exhaust gas flowing through the exhaust passage back into the combustion chamber from the intake passage, by lowering the combustion temperature of the mixture in the combustion chamber, EGR was to reduce the proportion of nitrogen oxides occupied in the exhaust gas (E xhaust G as R ecirculation: known exhaust gas recirculation) system.
  • an EGR control valve capable of opening and closing the EGR passage is provided in the middle of the EGR passage where both ends communicate with the intake passage and the exhaust passage, and the exhaust gas is recirculated to the intake passage side in a predetermined operation region. I am letting.
  • Patent Document 1 A technique for solving such a problem is proposed in Patent Document 1. That is, in the idling stop control, when the internal combustion engine is stopped, a part of the exhaust gas is temporarily stored in the EGR passage as EGR gas, and when the internal combustion engine is restarted, particularly the first explosion in which the first supplied fuel burns.
  • This EGR gas can be supplied to the cylinder in addition to the intake air.
  • the EGR gas temporarily stored in the EGR passage is a part of the exhaust flowing through the exhaust passage immediately before the stop of the internal combustion engine, and the low-oxygen concentration EGR gas is stored in the EGR passage. Is inherently difficult. For this reason, even if the EGR valve is opened when the internal combustion engine is restarted, the amount of EGR gas that can be sent from the EGR passage to the intake passage tends to be substantially insufficient, and the control as intended can be performed accurately. Can not.
  • the first aspect of the present invention includes an EGR passage having one end communicating with the intake passage and the other end communicating with the exhaust passage, and leading a part of the exhaust discharged from the internal combustion engine to the intake passage as EGR gas;
  • An EGR control valve disposed on one end side of the EGR passage for controlling the flow rate of EGR gas flowing through the EGR passage, and an on-off valve disposed on the other end side of the EGR passage for opening and closing the EGR passage
  • an exhaust gas recirculation system comprising oxygen concentration reducing means for reducing the oxygen concentration in the EGR gas guided to the EGR passage between the on-off valve and the EGR control valve.
  • the oxygen concentration reducing means guides the low oxygen concentration exhaust gas flowing through the exhaust passage to the EGR passage as EGR gas. Then, the EGR passage is closed by the EGR control valve, and the opening / closing valve is further closed, and EGR gas corresponding to the differential pressure between the pressure on the intake passage side and the pressure on the exhaust passage side is supplied between the EGR control valve and the opening / closing valve. After being temporarily confined in the passage, the internal combustion engine is stopped. In this case, the EGR gas temporarily stored in the EGR passage has a low oxygen concentration by the oxygen concentration reducing means.
  • the EGR control valve is immediately opened, and the low-oxygen concentration EGR gas is guided to the intake passage and mixed with the intake air flowing therethrough.
  • the on-off valve is switched to the open state with the consumption of the EGR gas temporarily stored, that is, the outflow to the intake passage, before the stop request for the internal combustion engine.
  • the oxygen concentration lowering means can include a variable valve mechanism of the internal combustion engine and a control means for controlling the operation of the variable valve mechanism.
  • the oxygen concentration lowering means can include a fuel injection valve for supplying fuel to the internal combustion engine, and a control means for controlling the operation of the fuel injection valve.
  • the oxygen concentration reduction means includes an exhaust turbine supercharger with a throttle valve and a variable nozzle vane, and the control means controls the operation of the variable nozzle vane of the exhaust turbine supercharger with the throttle valve and variable nozzle vane. It's okay.
  • the oxygen concentration lowering means may further include a variable valve mechanism, and the control means may control the operation of the variable valve mechanism.
  • the oxygen concentration lowering means can include an exhaust pressure increasing means for increasing the exhaust pressure flowing through the exhaust passage in the portion where the other end of the EGR passage communicates.
  • the exhaust pressure boosting means can include a variable valve mechanism of the internal combustion engine and a control means for controlling the operation of the variable valve mechanism, the EGR control valve, and the on-off valve.
  • the exhaust pressure boosting means includes an exhaust turbine supercharger with a variable nozzle vane and a control means for controlling the operation of the variable nozzle vane, the EGR control valve and the on-off valve of the exhaust turbine supercharger with the variable nozzle vane. It's okay.
  • the exhaust pressure boosting means throttles the exhaust passage downstream of the communicating portion between the exhaust passage and the other end of the EGR passage, and the control means for controlling the operation of the throttle valve, the EGR control valve, and the on-off valve Can be included.
  • an EGR passage having one end communicating with the intake passage and the other end communicating with the exhaust passage, and leading a part of the exhaust discharged from the internal combustion engine to the intake passage as EGR gas.
  • An EGR control valve arranged on one end side of the EGR passage for controlling the flow rate of the EGR gas flowing through the EGR passage, and an opening / closing portion arranged on the other end side of the EGR passage for opening and closing the EGR passage
  • the step of reducing the oxygen concentration in the EGR gas guided to the EGR passage between the on-off valve and the EGR control valve includes closing the intake valve of the internal combustion engine.
  • a step of delaying the timing can be included.
  • the step of reducing the oxygen concentration in the EGR gas guided to the EGR passage between the on-off valve and the EGR control valve may include the step of increasing the fuel supply amount to the internal combustion engine.
  • the step of reducing the oxygen concentration in the EGR gas guided to the EGR passage between the on-off valve and the EGR control valve may further include the step of reducing the intake air amount and narrowing the exhaust passage.
  • the step of reducing the oxygen concentration in the EGR gas guided to the EGR passage between the on-off valve and the EGR control valve may further include a step of advancing the opening timing of the exhaust valve of the internal combustion engine.
  • the step of reducing the oxygen concentration in the EGR gas guided to the EGR passage between the on-off valve and the EGR control valve may include the step of increasing the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust passage.
  • the step of increasing the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust passage may include the step of advancing the opening timing of the exhaust valve of the internal combustion engine.
  • the step of increasing the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust passage may include a step of reducing the opening degree of the variable nozzle vane of the exhaust turbine supercharger with variable nozzle vanes.
  • the step of increasing the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust passage may include the step of narrowing the exhaust passage downstream of the communicating portion between the exhaust passage and the other end of the EGR passage.
  • the step of motoring the internal combustion engine, and opening the EGR control valve to include the EGR gas temporarily stored in the EGR passage in the intake air A step of supplying the motoring internal combustion engine, a step of supplying fuel to the combustion chamber of the motoring internal combustion engine to which intake air mixed with EGR gas is guided, and an internal combustion engine starting, A step of ending the motoring of the internal combustion engine and switching the on-off valve to an open state.
  • the oxygen concentration reducing means for reducing the oxygen concentration in the EGR gas guided to the EGR passage is provided, when there is a request for stopping the internal combustion engine, the EGR having a low oxygen concentration is provided. Gas can be confined in the EGR passage. As a result, the EGR control can be effectively performed from the initial explosion when the internal combustion engine is restarted.
  • the oxygen concentration lowering means includes a variable valve mechanism for an internal combustion engine and a control means for controlling the operation of the variable valve mechanism, the oxygen concentration in the exhaust gas can be easily reduced only by delaying the closing timing of the intake valve. Can be made.
  • the oxygen concentration reducing means includes a fuel injection valve for supplying fuel to the internal combustion engine and a control means for controlling the operation of the fuel injection valve, by increasing the fuel supply amount to the internal combustion engine,
  • the oxygen concentration can be easily reduced.
  • the oxygen concentration lowering means further includes an exhaust turbine supercharger with a throttle valve and a variable nozzle vane, and the control means controls the operation of the throttle valve and the variable nozzle vane, the torque fluctuation accompanying the increase in the fuel supply amount is suppressed. can do.
  • high-pressure EGR gas can be confined in the EGR passage.
  • the oxygen concentration lowering means further includes a variable valve mechanism whose operation is controlled by the control means.
  • the oxygen concentration reducing means includes an exhaust pressure increasing means for increasing the exhaust pressure flowing through the exhaust passage where the other end of the EGR passage communicates, higher pressure EGR gas can be confined in the EGR passage.
  • the exhaust pressure boosting means includes a variable valve mechanism of the internal combustion engine and a control means for controlling the operation of the variable valve mechanism, the EGR control valve, and the on-off valve, it is only necessary to change the opening timing of the exhaust valve. The exhaust pressure flowing through the exhaust passage can be easily increased.
  • the exhaust pressure boosting means includes an exhaust turbine supercharger with a variable nozzle vane and a control means for controlling the operation of the variable nozzle vane, the EGR control valve, and the on-off valve of the exhaust turbine supercharger with the variable nozzle vane.
  • the EGR control valve is closed, then the on-off valve is closed and the internal combustion engine is stopped.
  • the concentration of EGR gas can be reliably confined in the EGR passage. For this reason, it becomes possible to perform EGR control effectively from the time of the first explosion when the internal combustion engine is restarted.
  • the step of reducing the oxygen concentration in the EGR gas includes the step of increasing the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust passage, the high-pressure EGR gas can be confined in the EGR passage. It becomes possible to perform EGR control reliably from time.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an embodiment in which an exhaust gas recirculation device according to the present invention is applied to a compression ignition internal combustion engine.
  • FIG. 2 is a control block diagram in the embodiment shown in FIG. 1. It is a flowchart which shows typically the flow of control of the exhaust gas recirculation apparatus in embodiment shown in FIG. It is a flowchart which shows typically the flow of control of the exhaust gas recirculation apparatus by other embodiment of this invention. It is a flowchart which shows typically the flow of control of the exhaust gas recirculation apparatus by another embodiment of this invention.
  • Embodiments in which an exhaust gas recirculation apparatus according to the present invention is applied to a compression ignition internal combustion engine will be described in detail with reference to FIGS.
  • the present invention is not limited to such an embodiment, and the configuration thereof can be freely changed according to the characteristics required for the application target of the present invention.
  • the present invention is also effective for a spark ignition type internal combustion engine in which gasoline, alcohol, LNG (liquefied natural gas) or the like is used as fuel and is ignited by a spark plug.
  • FIG. 1 shows the concept of the engine system in the present embodiment
  • FIG. 2 shows control blocks in this engine system. That is, the engine 10 in the present embodiment is a compression ignition type multi-cylinder internal combustion engine that spontaneously ignites by directly injecting light oil as fuel into the combustion chamber 12 in a compressed state from the fuel injection valve 11.
  • the present invention can be applied even to a single-cylinder internal combustion engine.
  • a variable valve mechanism 16 (see FIG. 2) and the fuel injection valve 11 are incorporated in a cylinder head 15 in which an intake port 13 and an exhaust port 14 respectively facing the combustion chamber 12 are formed.
  • the variable valve mechanism 16 in the present embodiment includes an intake valve 17 that opens and closes the intake port 13 and an exhaust valve 18 that opens and closes the exhaust port 14, and opens and closes the intake valve 17 and the exhaust valve 18 according to the operating state of the engine 10.
  • the timing can be changed.
  • the variable valve mechanism 16 may be any mechanism that can change the opening and closing timings of the intake and exhaust valves 17 and 18 by using hydraulic pressure, an actuator, or the like during operation of the engine 10. Is possible.
  • variable valve mechanism 16 can also be utilized as an exhaust boosting unit, opening and closing by ECU (E lectronic C ontrol U nit ) 19 of the intake and exhaust valves opening and closing timing changing portion 20 It is possible to advance the time, or conversely.
  • the intake / exhaust valve opening / closing timing changing unit 20 is based on the operation state of the vehicle determined by the operation state determining unit 21 of the ECU 19 and the intake / exhaust valve opening / closing timing setting unit 22 sets the intake / exhaust valve 17, 18.
  • the variable valve mechanism 16 is driven so that the opening / closing timing is reached.
  • the intake / exhaust valve opening / closing timing changing unit 20 drives the variable valve mechanism 16 so that the closing timing of the intake valve 17 is delayed based on an engine stop request described later.
  • the fuel injection valve 11 that can function as the oxygen concentration lowering means of the present invention is arranged facing the center of the upper end of the combustion chamber 12 so as to be sandwiched between the intake valve 17 and the exhaust valve 18.
  • the fuel injection valve 11 in this embodiment is a direct injection single injection type in which light oil, which is fuel, is directly injected into the combustion chamber 12 just before the end of the compression stroke, that is, immediately before the compression top dead center of the piston 23.
  • a multi-injection type that injects in the middle of the intake stroke in order to form a more uniform mixture, or a port injection type that injects into the intake port 13 It is also possible to adopt.
  • the amount of fuel supplied from the fuel injection valve 11 into the combustion chamber 12 and the injection timing are controlled by the ECU 19 based on the driving state of the vehicle including the depression amount of the accelerator pedal 24 by the driver. It can function as a means.
  • the depression amount of the accelerator pedal 24 is detected by an accelerator opening sensor 25, and the detection information is output to the ECU 19. More specifically, based on the driving state of the vehicle including the detection signal from the accelerator opening sensor 25, the fuel injection setting unit 26 of the ECU 19 drives the driving torque of the engine 10, that is, the fuel injection amount from the fuel injection valve 11, That is, the supply amount and the injection timing are set.
  • the fuel injection valve drive unit 27 of the ECU 19 drives the fuel injection valve 11 such that fuel corresponding to the fuel injection amount set by the fuel injection setting unit 26 is injected at the set injection timing.
  • a throttle valve 29 for adjusting the opening degree of the intake passage 28a is incorporated in the middle of the intake pipe 28 that is connected to the cylinder head 15 so as to communicate with the intake port 13 and defines the intake passage 28a together with the intake port 13. It is.
  • the opening degree of the throttle valve 29 that can function as a part of the oxygen concentration lowering means of the present invention is determined based on the depression amount of the accelerator pedal 24 detected by the accelerator opening degree sensor 25 and the driving state of the vehicle. It is set by the opening setting unit 30.
  • the throttle valve drive unit 31 of the ECU 19 drives the throttle valve 29 via the throttle actuator 32 so that the opening set by the throttle opening setting unit 30 is obtained.
  • a water temperature sensor 34 and a crank angle sensor 35 are attached to a cylinder block 33 in which the piston 23 reciprocates.
  • the water temperature sensor 34 detects the temperature of the cooling water flowing in the water jacket 36 formed in the cylinder block 33 so as to surround the combustion chamber 12, and outputs this to the ECU 19.
  • the crank angle sensor 35 detects the rotational phase of the crankshaft 38 to which the piston 23 is connected via the connecting rod 37, that is, the crank angle, and outputs this to the ECU 19.
  • the ECU 19 ascertains whether or not the warm-up operation is necessary based on information from the water temperature sensor 34, and determines the rotational phase of the crankshaft 38 and the engine speed in real time based on information from the crank angle sensor 35. To grasp.
  • the engine 10 incorporates an EGR device 40 that guides part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 39a to the intake passage 28a, an exhaust turbine supercharger 41, and an exhaust purification device 42.
  • An EGR device 40 intended to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas and improve fuel efficiency, an EGR pipe 43 that defines an EGR passage 43a, and an EGR control valve 44 and an on-off valve 45 that are provided separately from the EGR pipe 43. And a heat exchanger 46.
  • the EGR pipe 43 has one end communicating with the exhaust pipe 39 that defines the exhaust passage 39 a together with the exhaust port 14, and the other end with the above-described throttle valve 29 and the surge tank 47 disposed downstream of the throttle valve 29.
  • the intake pipe 28 In the intake pipe 28.
  • An EGR control valve 44 which is disposed on one end side of the EGR pipe 43 in the vicinity of the connection portion between the intake pipe 28 and the EGR pipe 43 and whose operation is controlled by the ECU 19, is based on the driving state of the vehicle, from the EGR passage 43a.
  • the flow rate of EGR gas recirculated to the intake passage 28a is controlled. More specifically, when the driving state determination unit 21 determines that the engine 10 is in a preset EGR driving region, the EGR amount setting unit 48 of the ECU 19 determines the EGR according to the driving state of the vehicle at this time. The amount, that is, the opening degree of the EGR control valve 44 is set.
  • the EGR valve drive unit 49 of the ECU 19 controls the EGR control valve 44 to the opening set by the EGR amount setting unit 48, and otherwise, the EGR valve drive unit 49 is basically kept closed so as to block the EGR passage 43a. To do. Even when the engine stop request is made, the EGR control valve 44 is kept closed.
  • the on-off valve 45 arranged on the connection part side between the exhaust pipe 39 and the EGR pipe 43 is for simply opening and closing the EGR passage 43a, and its opening and closing operation is controlled by the ECU 19. More specifically, the on-off valve drive unit 50 of the ECU 19 controls the opening / closing of the on-off valve 45 according to a preset program based on the previous engine stop request or engine start request. More specifically, the on-off valve 45 is closed after a certain period of time after the EGR control valve 44 is closed. This closing timing is determined when the exhaust flow rate from the engine 10 closes the EGR control valve 44 and the engine 10 It is assumed that the amount of displacement is reached.
  • the opening / closing valve 45 is switched to a fully opened state after a certain period of time since the start of the EGR control for the EGR control valve 44 based on the engine start request, and this switching timing is also assumed to be when the combustion of fuel in all cylinders is completed. is doing.
  • the interval between the EGR control valve 44 and the opening / closing valve 45 is set so that the volume of the EGR passage 43a partitioned by the closed EGR control valve 44 and the opening / closing valve 45 is substantially the same as the displacement of the engine 10.
  • the inner diameter of the EGR passage 43a between them is set appropriately.
  • the heat exchanger 46 for reducing the temperature of the exhaust gas flowing into the EGR passage 43a is an EGR located at the other end side of the EGR pipe 43, that is, between the connection part of the exhaust pipe 39 and the EGR pipe 43 and the on-off valve 45. It is arranged in the middle of the pipe 43. Cooling water flowing through the water jacket 36 formed in the cylinder block 33 is guided to the heat exchanger 46, and high-temperature exhaust gas is efficiently cooled, thereby increasing the charging efficiency of EGR gas guided to the EGR passage 43a. .
  • An exhaust turbine supercharger (hereinafter simply referred to as a supercharger) 41 supercharges the combustion chamber 12 using the kinetic energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 39a, and increases the charging efficiency of the intake air. belongs to.
  • the supercharger 41 is a turbocharger with a variable nozzle vane, the main part of which is composed of a compressor 41a and a turbine 41b that rotates integrally with the compressor 41a.
  • the compressor 41 a is incorporated in the intake pipe 28 located upstream of the throttle valve 29.
  • the turbine 41 b is incorporated in the middle of an exhaust pipe 39 connected to the cylinder head 15 so as to communicate with the exhaust port 14.
  • the turbine 41b in the present embodiment includes a variable nozzle vane (not shown) whose opening is controlled by the ECU 19 via a vane actuator 51 (see FIG. 2) based on the driving state of the vehicle. It is. That is, by operating the vane actuator 51 and changing the opening degree of the variable vane, the utilization efficiency of exhaust kinetic energy can be changed, and as a result, the intake charging efficiency can be changed.
  • the vane opening degree setting unit 52 of the ECU 19 sets the vane opening degree of the turbine 41b of the supercharger 41 based on the engine rotation speed and the driving state of the vehicle.
  • the vane drive unit 53 of the ECU 19 drives the variable vane via the vane actuator 51 so that the vane opening set by the vane opening setting unit 52 is obtained.
  • the supercharger 41 in this embodiment can function as an exhaust pressure boosting means in addition to the oxygen concentration lowering means of the present invention together with the previous throttle valve 29.
  • an intercooler is provided in the middle of the intake passage 28a between the compressor 41a and the surge tank 47. 54 is incorporated.
  • An air flow meter 55 that detects the flow rate of the intake air flowing through the intake passage 28a and outputs it to the ECU 19 is provided in the intake pipe 28 upstream of the compressor 41a of the supercharger.
  • the exhaust gas purification device 42 for detoxifying harmful substances generated by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 12 includes an exhaust pipe 39 that defines an exhaust passage 39a downstream of the turbine 41b of the supercharger 41. It is arranged on the way.
  • Exhaust purification apparatus 42 of this embodiment has at least oxidative catalytic converter 42a, DPF (D iesel P articulate F ilter) and, it is also possible to add other catalytic converter, such as NO X catalyst.
  • the intake air supplied into the combustion chamber 12 together with the EGR gas recirculated into the intake passage 28a via the EGR passage 43a forms a mixture with the fuel injected from the fuel injection valve 11 into the combustion chamber 12. .
  • the piston 23 spontaneously ignites and burns immediately before the compression top dead center of the piston 23, and the exhaust generated thereby is exhausted from the exhaust pipe 39 to the atmosphere through the exhaust purification device 42.
  • the combustion temperature of the air-fuel mixture decreases due to CO 2 contained in the intake air, the amount of nitrogen oxides generated with the combustion of the air-fuel mixture is suppressed.
  • EGR gas having a low oxygen concentration is stored in the EGR passage 43a, the supply of fuel from the fuel injection valve 11 is stopped, and an engine start request is issued.
  • the engine 10 is stopped.
  • the engine start motor 56 (see FIG. 2) is driven to supply fuel from the fuel injection valve 11 to the combustion chamber 12 of the engine 10 again.
  • the EGR control valve 44 is opened to add the EGR gas stored in the EGR passage 43a to the intake air in the intake passage 28a. Thereby, EGR control is performed from the time of the first explosion at engine restart.
  • the “engine stop request” in the present invention refers to a case where the depression amount of the accelerator pedal 24 is 0 and the vehicle speed is 0 during the operation of the engine 10 as in the idling operation state of the vehicle.
  • the “engine start request” in the present invention refers to a case where the driver depresses the accelerator pedal 24 for starting the vehicle from a state where the engine 10 is stopped by the “engine stop request”.
  • the ECU 19 constituting part of the oxygen concentration lowering means and the exhaust pressure raising means of the present invention includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an A / D converter, an input / output interface, etc. (not shown).
  • the ECU 19 in the present embodiment grasps the operating state of the engine 10 and the vehicle on which the engine 10 is mounted based on detection information from the accelerator opening sensor 25, the water temperature sensor 34, the crank angle sensor 35, the air flow meter 55, and the like. To do.
  • the fuel injection valve 11, the variable valve mechanism 16, the throttle valve 29, the EGR control valve 44, the variable vane, the on-off valve 45, and the engine start motor are operated so that the engine 10 can be smoothly operated according to a preset program. 56 and the like are controlled.
  • the ECU 19 in this embodiment includes the previous operating state determination unit 21, the intake / exhaust valve opening / closing timing changing unit 20, the intake / exhaust valve opening / closing timing setting unit 22, the throttle opening setting unit 30, the throttle valve driving unit 31, and the fuel.
  • a starting motor driving unit 47 is provided. It also has more.
  • the driving state determination unit 21 grasps the driving state of the vehicle and the engine 10 based on detection information from the accelerator opening sensor 25, the water temperature sensor 34, the crank angle sensor 35, the air flow meter 55, and the like. The operating state determination unit 21 also determines whether or not there is an engine stop request or an engine start request.
  • the starter motor drive unit 57 controls the operation of the engine starter motor 56 connected to the crankshaft 38 via a joint (not shown) based on an ON signal of an ignition key switch (not shown) or a previous engine start request.
  • the engine starting motor 56 performs motoring of the engine 10.
  • cooling water temperature T W of the engine 10 detected by the water temperature sensor 34 determines whether or not the threshold value T R or first at step S10, cooling water temperature T W of the engine 10 is equal to or more than a threshold T R Until this step of S10 is repeated. If the engine 10 is in a stable non warm-up state of combustion, so it is not desirable to transition to the EGR control, the threshold value T R is the minimum value of the cooling water temperature can be performed EGR control smoothly, in general Is set to around 80 ° C.
  • step S10 is the step in a cooling water temperature T W is the threshold T R above, that is, when it is determined that it is possible to perform the EGR control smoothly is whether the engine stop request proceeds to step S11 judge. If it is determined that there is no engine stop request, the process returns to step S10 and the above determination is repeated.
  • step S11 If it is determined in step S11 that there is an engine stop request, the process proceeds to step S12, and processing for delaying the closing timing of the intake valve 17 is performed. As a result, the amount of intake air introduced into the combustion chamber 12 of the engine 10 is reduced, the oxygen concentration in the exhaust gas obtained by combustion is reduced, and the exhaust gas having a low oxygen concentration flows into the EGR passage 43a as EGR gas.
  • step S14 determines in step S14 the count value C n of the timer whether or not reached the predetermined value C R1. Then, until the count value C n of the timer at this step S14 reaches a predetermined value C R1, S12, S13 steps are repeated. Timer count value C n in step in S14 has reached the predetermined value C R1, i.e. the exhaust of the low oxygen concentration in an amount corresponding to the displacement of the engine 10 is determined to have been led into the EGR passage 43a as EGR gas If so, the process proceeds to step S15.
  • the on-off valve 45 is closed, the fuel injection from the fuel injection valve 11 is stopped, the engine 10 is temporarily stopped, and the process of delaying the closing timing of the intake valve 17 is finished, and the timer count value C Reset n to 0.
  • the low-oxygen concentration EGR gas stored in the EGR passage 43a between the EGR control valve 44 and the on-off valve 45 is isolated from the heat exchanger 46.
  • moisture contained in the EGR gas stored in the EGR passage 43a between the EGR control valve 44 and the opening / closing valve 45 is condensed and adhered to the inner wall of the EGR pipe 43 as water droplets. Problems can be prevented.
  • step S16 determines whether or not there is an engine start request, and step S16 is repeated until there is an engine start request. If it is determined in step S16 that there is an engine start request, the process proceeds to step S17, and engine start processing, that is, the engine start motor 56 is driven to perform motoring.
  • step S18 the EGR control valve 44 is opened to start EGR control, and fuel is injected from the fuel injection valve 11 to shift the motoring engine 10 to an operating state. Start up. It is determined at step S19 the count value C n of the timer whether or not reached the predetermined value C R2. Then, until the count value C n of the timer at this step S14 reaches a predetermined value C R2, S18 step, i.e. the timer count-up is repeated.
  • the closing timing of the on-off valve 45 is changed from the closing timing of the EGR control valve 44. Timer control is performed so as to be after a certain time. However, it is also possible to estimate the exhaust flow rate flowing into the EGR passage 43a from the exhaust passage 39a after raising the exhaust pressure by the exhaust pressure raising means, and to control the closing timing of the on-off valve 45. More specifically, when there is a request for stopping the engine, the exhaust pressure is raised by the exhaust pressure increasing means and the EGR control valve 44 closes the EGR passage 43a, and then is discharged from the engine 10 and stored in the EGR passage 43a. The amount of gas, that is, the exhaust flow rate is continuously calculated. When the integrated value of the exhaust flow rate reaches the exhaust amount of the engine 10, the on-off valve 45 is closed.
  • the EGR control valve 44 is operated to supply the low-oxygen concentration EGR gas stored in the EGR passage 43a to the intake passage 28a. Can be included in inspiration. As a result, EGR control can be reliably performed from the first explosion cylinder, and the amount of nitrogen oxides can be further reduced.
  • variable valve mechanism 16 is employed as the oxygen concentration lowering means of the present invention.
  • the fuel injection valve 11 can be used in place of the variable valve mechanism 16.
  • the opening of the variable vanes of the throttle valve 29 and the supercharger 41 are set to be small simultaneously with the fuel injection from the fuel injection valve 11 so as to reduce the drive torque. Yes.
  • step S12 and S15 in FIG. 3 are simply replaced with the steps of S22 and S25, and the other steps are basically the same as those in the embodiment shown in FIG. That is, if it is determined in step S11 that there is an engine stop request, the process proceeds to step S22, and the variable vanes of the throttle valve 29 and the supercharger 41 are simultaneously changed with the fuel injection from the fuel injection valve 11. Set each opening to a small value. As a result, the pressure of the low oxygen concentration exhaust gas discharged from the engine 10 to the exhaust passage 39a is temporarily increased, and the low pressure EGR gas having a high pressure is caused to flow into the EGR passage 43a.
  • step S13 the EGR control valve 44 is closed and the timer is counted up. After a predetermined time, the process proceeds to step S25.
  • step S25 the on-off valve 45 is closed and the fuel injection from the fuel injection valve 11 is stopped to temporarily stop the engine 10. Furthermore, although resets the count value C n of the timer to 0 with return variable vanes of the turbocharger 41 in the fully open state, the subsequent steps are exactly the same process as the previous embodiment, the description thereof is omitted.
  • variable vane and the vane actuator 51 of the turbine 41b of the supercharger 41 can be used as the exhaust pressure increasing means in the present invention.
  • any one that can change the opening degree of the variable vane using the hydraulic pressure or the actuator during the operation of the engine 10 may be used, and a conventionally known one can be appropriately employed. It is.
  • the throttle valve 29 and the supercharger 41 are employed as the exhaust pressure boosting means of the present invention, but the variable valve mechanism 16 can also be used.
  • the intake / exhaust valve opening / closing timing setting unit 22 performs setting so that the opening timing of the exhaust valve 18 is advanced so that the exhaust pressure discharged from the engine 10 increases based on the engine stop request.
  • the intake / exhaust valve opening / closing timing changing unit 20 drives the variable valve mechanism 16 so that the opening timing of the exhaust valve 18 becomes the timing set by the intake / exhaust valve opening / closing timing setting unit 22.
  • step S11 determines that there is an engine stop request
  • step S32 the opening timing of the exhaust valve 18 can be advanced at the same time as the fuel injection from the fuel injection valve 11 is increased.
  • the variable valve mechanism 16 is driven.
  • the exhaust pressure discharged from the engine 10 to the exhaust passage 39a temporarily rises, and the low-oxygen concentration EGR gas that has become high pressure flows into the EGR passage 43a.
  • step S13 the EGR control valve 44 is closed and the timer is counted up. After a predetermined time, the process proceeds to step S35.
  • step S35 the on-off valve 45 is closed and the fuel injection from the fuel injection valve 11 is stopped to temporarily stop the engine 10. Furthermore, although resets the count value C n of the timer to 0 with undo the opening timing of the exhaust valve 18, the subsequent steps are exactly the same process as the previous embodiment, the description thereof is omitted.
  • the torque change accompanying the fuel injection is suppressed by the advance angle of the opening timing of the exhaust valve 18.
  • variable valve mechanism 16 and the supercharger 41 having a variable vane can be simultaneously used as the exhaust pressure increasing means in the present invention.
  • the exhaust pressure boosting means other than the supercharger 41 having the variable valve mechanism 16 and the variable vane the following may be employed. That is, a throttle valve capable of temporarily reducing the cross-sectional area of the exhaust passage 39a downstream of the communicating portion between the exhaust passage 39a and the other end of the EGR passage 43a, and an actuator for driving the throttle valve You can present what you have.
  • a throttle valve capable of temporarily reducing the cross-sectional area of the exhaust passage 39a downstream of the communicating portion between the exhaust passage 39a and the other end of the EGR passage 43a
  • an actuator for driving the throttle valve You can present what you have.
  • an exhaust brake device incorporating a similar mechanism can be used.

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Abstract

　本発明による排気還流装置(４０)は、一端が吸気通路(２８ａ)に連通すると共に他端が排気通路(３９ａ)に連通し、内燃機関(１０)から排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路(２８ａ)に導くためのＥＧＲ通路(４３ａ)と、このＥＧＲ通路(４３ａ)の一端側に配されて当該ＥＧＲ通路(４３ａ)を流れるＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ制御弁(４４)と、ＥＧＲ通路(４３ａ)の他端側に配されてＥＧＲ通路(４３ａ)を開閉するための開閉弁(４５)と、この開閉弁(４５)とＥＧＲ制御弁(４４)との間のＥＧＲ通路(４３ａ)に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段(１１，１６，１９，２９，４１)とを具え、エンジン停止要求があった場合、低酸素濃度のＥＧＲガスをエンジン始動要求があるまでＥＧＲ通路(４３ａ)に貯留する。

Description

排気還流装置およびこの排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法
　本発明は、排気の一部を吸気に加えることによってエミッション、つまり窒素酸化物の発生量を抑制できるようにした排気還流装置およびこの排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法に関する。
　排気通路内を流れる排気の一部を吸気通路から燃焼室内に戻し、燃焼室内における混合気の燃焼温度を低下させることにより、排気中に占める窒素酸化物の割合を低減させるようにしたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気還流）装置が知られている。このＥＧＲ装置においては、両端が吸気通路と排気通路とに連通するＥＧＲ通路の途中にこのＥＧＲ通路を開閉し得るＥＧＲ制御弁を介装し、所定の運転領域にて排気を吸気通路側へ還流させている。
　近年、排気の浄化に対する社会的要求が著しく高まっており、このような観点から車両が停止中の場合には内燃機関の作動を停止させ、燃料の無駄な消費を抑制すると同時に二酸化炭素の無駄な排出を防止する、いわゆるアイドルストップ制御も推進されている。しかしながら、このようなアイドルストップ制御における内燃機関の再始動時には、ＥＧＲ通路には有効となる排気が介在していないため、特に始動の最初に燃料と共に燃焼室に供給される吸気に対し、排気を含ませることが困難である。
　このような問題を解決する技術が特許文献１にて提案されている。すなわち、アイドルストップ制御において、内燃機関の停止時に排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路に一時的に貯留しておき、内燃機関の再始動時、特に最初に供給される燃料が燃焼する初爆気筒に対し、このＥＧＲガスを吸気に加えて供給できるようにしている。
特開２００７－２６２９０２号公報
　特許文献１において、ＥＧＲ通路に一時的に貯留されるＥＧＲガスは、内燃機関の停止直前の排気通路を流れていた排気の一部であり、低酸素濃度のＥＧＲガスをＥＧＲ通路に貯留することが本質的に困難である。このため、内燃機関の再始動時にＥＧＲ弁を開弁しても、ＥＧＲ通路から吸気通路に送り出すことができるＥＧＲガスの量が実質的に不足傾向となり、狙い通りの制御を正確に行うことができない。
　本発明の目的は、内燃機関を一時的に停止してからこれを再始動させる際に、低酸素濃度のＥＧＲガスを吸気に加えることができるようにした排気還流装置およびこの排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法を提供することにある。
　本発明の第１の形態は、一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、内燃機関から排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の一端側に配されて当該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ制御弁と、前記ＥＧＲ通路の他端側に配されて前記ＥＧＲ通路を開閉するための開閉弁と、この開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段とを具えたことを特徴とする排気還流装置にある。
　本発明において、内燃機関に対する停止要求があった場合、酸素濃度低下手段により排気通路を流れる低酸素濃度の排気をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路に導く。そして、ＥＧＲ制御弁によりＥＧＲ通路を閉止し、さらに開閉弁を閉じて吸気通路側の圧力と排気通路側の圧力との差圧に応じたＥＧＲガスをＥＧＲ制御弁と開閉弁との間のＥＧＲ通路に一時的に閉じ込めた後、内燃機関を停止する。この場合、ＥＧＲ通路に一時的に貯留されるＥＧＲガスは、酸素濃度低下手段により低酸素濃度のものとなっている。この状態で内燃機関に対する始動要求があった場合、ＥＧＲ制御弁が直ちに開弁して低酸素濃度のＥＧＲガスが吸気通路に導かれ、ここを流れる吸気と混合される。開閉弁はＥＧＲ制御弁の開弁後、一時的に貯留されていたＥＧＲガスの消費、つまり吸気通路への流出に伴って開弁状態へと切り替えられ、内燃機関に対する停止要求のあった以前の状態に戻る。
　本発明の第１の形態による排気還流装置において、酸素濃度低下手段が内燃機関の可変動弁機構およびこの可変動弁機構の作動を制御する制御手段とを含むことができる。
　あるいは、酸素濃度低下手段が内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁と、この燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを含むことができる。この場合、酸素濃度低下手段がスロットル弁および可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機を含み、制御手段がこれらスロットル弁および可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機の可変ノズルベーンの作動を制御するものであってよい。または、酸素濃度低下手段が可変動弁機構をさらに含み、制御手段が可変動弁機構の作動を制御するものであってよい。
　酸素濃度低下手段は、ＥＧＲ通路の他端が連通する部分の排気通路を流れる排気圧を上昇させるための排気昇圧手段を含むことができる。この場合、排気昇圧手段が内燃機関の可変動弁機構と、この可変動弁機構およびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むことができる。あるいは、排気昇圧手段が可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機と、この可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機の可変ノズルベーンおよびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むものであってよい。あるいは、排気昇圧手段が排気通路とＥＧＲ通路の他端との連通部分よりも下流側の排気通路を絞るための絞り弁と、この絞り弁およびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むことができる。
　本発明の第２の形態は、一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、内燃機関から排出される排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の一端側に配されて当該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ制御弁と、前記ＥＧＲ通路の他端側に配されて前記ＥＧＲ通路を開閉するための開閉弁とを有する排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法であって、内燃機関の停止要求があった場合に前記開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるステップと、前記開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させた後に前記ＥＧＲ制御弁を閉止するステップと、前記ＥＧＲ制御弁を閉止した後に前記開閉弁を閉止すると共に内燃機関を停止させるステップとを具えたことを特徴とするものである。
　本発明の第２の形態による内燃機関の運転制御方法において、開閉弁とＥＧＲ制御弁との間のＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるステップが内燃機関の吸気弁の閉弁時期を遅らせるステップを含むことができる。
　あるいは、開閉弁とＥＧＲ制御弁との間のＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるステップが内燃機関に対する燃料供給量を増量させるステップを含むことができる。この場合、開閉弁とＥＧＲ制御弁との間のＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるステップが吸入空気量を減少させると共に排気通路を絞るステップをさらに含むものであってよい。または、開閉弁とＥＧＲ制御弁との間のＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるステップが内燃機関の排気弁の開弁時期を早めるステップをさらに含むものであってよい。
　また、開閉弁とＥＧＲ制御弁との間のＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるステップが排気通路を流れる排気の圧力を上昇させるステップを含むことができる。この場合、排気通路を流れる排気の圧力を上昇させるステップが内燃機関の排気弁の開弁時期を早めるステップを含むものであってよい。あるいは、排気通路を流れる排気の圧力を上昇させるステップが可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機の可変ノズルベーンの開度を小さくするステップを含むものであってよい。または、排気通路を流れる排気の圧力を上昇させるステップが排気通路とＥＧＲ通路の他端との連通部分よりも下流側の排気通路を絞るステップを含むものであってよい。
　内燃機関の停止要求後に内燃機関の始動要求があった場合、内燃機関をモータリングさせるステップと、ＥＧＲ制御弁を開弁してＥＧＲ通路に一時的に貯留されたＥＧＲガスを吸気に含ませてモータリング中の内燃機関に供給するステップと、ＥＧＲガスを混合した吸気が導かれるモータリング中の内燃機関の燃焼室に燃料を供給して内燃機関を始動させるステップと、内燃機関が始動した後に内燃機関のモータリングを終了すると共に開閉弁を開放状態に切り換えるステップとをさらに具えることができる。
　本発明の排気還流装置によると、ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段を具えているので、内燃機関に対する停止要求があった場合、低酸素濃度のＥＧＲガスをＥＧＲ通路に閉じ込めておくことができる。この結果、内燃機関の再始動時に初爆時からＥＧＲ制御を有効に行うことが可能となる。
　酸素濃度低下手段が内燃機関の可変動弁機構およびこの可変動弁機構の作動を制御する制御手段とを含む場合、吸気弁の閉弁時期を遅くするだけで排気中の酸素濃度を容易に低下させることができる。
　酸素濃度低下手段が内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁と、この燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを含む場合、内燃機関に対する燃料供給量を増量させることによって、排気中の酸素濃度を容易に低下させることができる。特に、酸素濃度低下手段がスロットル弁および可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機をさらに含み、制御手段がこれらスロットル弁および可変ノズルベーンの作動を制御する場合、燃料供給量の増量に伴うトルク変動を抑制することができる。しかも、高圧のＥＧＲガスをＥＧＲ通路に閉じ込めておくことが可能となる。酸素濃度低下手段が制御手段によって作動を制御される可変動弁機構をさらに含む場合も同様な効果を得ることができる。
　ＥＧＲ通路の他端が連通する部分の排気通路を流れる排気圧を上昇させるための排気昇圧手段を酸素濃度低下手段が含む場合、より高圧のＥＧＲガスをＥＧＲ通路に閉じ込めておくことができる。特に、排気昇圧手段が内燃機関の可変動弁機構と、この可変動弁機構およびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含む場合、排気弁の開弁時期を変更するだけで排気通路を流れる排気圧の昇圧を容易に行うことができる。排気昇圧手段が可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機と、この可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機の可変ノズルベーンおよびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含む場合も同様な効果を得ることができる。排気昇圧手段が排気通路とＥＧＲ通路の他端との連通部分よりも下流側の排気通路を絞るための絞り弁と、この絞り弁およびＥＧＲ制御弁および開閉弁の作動を制御する制御手段とを含む場合も同様である。
　本発明の内燃機関の運転制御方法によると、ＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させた後、ＥＧＲ制御弁を閉止し、次いで開閉弁を閉止すると共に内燃機関を停止させるようにしたので、低酸素濃度のＥＧＲガスを確実にＥＧＲ通路に閉じ込めておくことができる。このため、内燃機関の再始動時に初爆時からＥＧＲ制御を有効に行うことが可能となる。
　内燃機関に対する燃料供給量を増量させることによって、ＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させる場合、吸入空気量を減少させると共に排気通路を絞ることにより、燃料供給量の増量に伴うトルク変動を抑制することが可能となる。内燃機関の排気弁の開弁時期を早めることによっても同様な効果を得ることができる。
　ＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるステップが排気通路を流れる排気の圧力を上昇させるステップを含む場合、高圧のＥＧＲガスをＥＧＲ通路に閉じ込めておくことができるので、内燃機関の再始動時に初爆時からＥＧＲ制御を確実に行うことが可能となる。
本発明による排気還流装置を圧縮点火方式の内燃機関に応用した一実施形態の概念図である。 図１に示した実施形態における制御ブロック図である。 図１に示した実施形態における排気還流装置の制御の流れを模式的に示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態による排気還流装置の制御の流れを模式的に示すフローチャートである。 本発明の別な実施形態による排気還流装置の制御の流れを模式的に示すフローチャートである。
　本発明による排気還流装置を圧縮点火方式の内燃機関に応用した実施形態について、図１～図５を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の適用対象となるものに要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火方式の内燃機関に対しても本発明は有効である。
　本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図２に示す。すなわち、本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火方式の多気筒内燃機関である。しかしながら、単気筒の内燃機関であっても本発明を適用し得ることは言うまでもない。
　燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１３および排気ポート１４が形成されたシリンダーヘッド１５には、可変動弁機構１６（図２参照）と、先の燃料噴射弁１１とが組み込まれている。
　本実施形態における可変動弁機構１６は、吸気ポート１３を開閉する吸気弁１７および排気ポート１４を開閉する排気弁１８を含み、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁１７および排気弁１８の開閉タイミングを変更し得るものである。この可変動弁機構１６は、エンジン１０の運転中に油圧やアクチュエーターなどを用いて吸排気弁１７，１８の開閉時期を変更し得るものであればよく、従来から周知のものを適宜採用することが可能である。本発明の酸素濃度低下手段に加え、排気昇圧手段としても利用することができる可変動弁機構１６は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１９の吸排気弁開閉時期変更部２０にてその開閉時期を早めたり、逆に遅めたりすることができるようになっている。この吸排気弁開閉時期変更部２０は、ＥＣＵ１９の運転状態判定部２１にて判定される車両の運転状態に基づき、吸排気弁開閉時期設定部２２にて設定される吸排気弁１７，１８の開閉時期となるように、可変動弁機構１６を駆動する。本実施形態においては、後述するエンジン停止要求に基づき、吸気弁１７の閉弁時期が遅くなるように吸排気弁開閉時期変更部２０が可変動弁機構１６を駆動する。
　本発明の酸素濃度低下手段として機能させることができる燃料噴射弁１１は、これら吸気弁１７および排気弁１８に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨んで配されている。本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料である軽油を圧縮行程の終了直前、つまりピストン２３の圧縮上死点直前にのみ燃焼室１２内に直接噴射する直噴単噴射型式のものである。しかしながら、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程の途中においてにも噴射する多噴射型式のものや、吸気ポート１３内に噴射するポート噴射形式のものなどを採用することも可能である。
　燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル２４の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ１９により制御され、本発明の酸素濃度低下手段として機能させることかできる。アクセルペダル２４の踏み込み量は、アクセル開度センサー２５により検出され、その検出情報がＥＣＵ１９に出力される。より具体的には、アクセル開度センサー２５からの検出信号を含む車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１９の燃料噴射設定部２６がエンジン１０の駆動トルク、つまり燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量、つまり供給量と、その噴射時期とを設定する。ＥＣＵ１９の燃料噴射弁駆動部２７は、この燃料噴射設定部２６にて設定された燃料噴射量に対応した燃料が設定された噴射時期に噴射されるように、燃料噴射弁１１を駆動する。
　吸気ポート１３に連通するようにシリンダーヘッド１５に連結されて吸気ポート１３と共に吸気通路２８ａを画成する吸気管２８の途中には、吸気通路２８ａの開度を調整するためのスロットル弁２９が組み込まれている。本発明の酸素濃度低下手段の一部として機能させることができるスロットル弁２９の開度は、アクセル開度センサー２５によって検出されるアクセルペダル２４の踏み込み量や車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１９のスロットル開度設定部３０にて設定される。そして、このスロットル開度設定部３０にて設定された開度となるように、ＥＣＵ１９のスロットル弁駆動部３１がスロットルアクチュエーター３２を介してスロットル弁２９の駆動を行う。
　ピストン２３が往復動するシリンダーブロック３３には、水温センサー３４と、クランク角センサー３５とが取り付けられている。水温センサー３４は、燃焼室１２を囲むようにシリンダーブロック３３に形成された水ジャケット３６内を流れる冷却水の温度を検出してこれをＥＣＵ１９に出力する。クランク角センサー３５は、連接棒３７を介してピストン２３が連結されるクランク軸３８の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１９に出力する。ＥＣＵ１９は、水温センサー３４からの情報に基づいて暖機運転の必要性の有無などを把握する一方、クランク角センサー３５からの情報に基づいてクランク軸３８の回転位相やエンジン回転数を実時間で把握する。
　エンジン１０には、排気通路３９ａ内を流れる排気の一部を吸気通路２８ａに導くＥＧＲ装置４０と、排気タービン式過給機４１と、排気浄化装置４２とが組み込まれている。
　排気中の窒素酸化物の低減や燃費の向上を企図したＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ通路４３ａを画成するＥＧＲ管４３と、このＥＧＲ管４３に相隔てて設けられるＥＧＲ制御弁４４および開閉弁４５と、熱交換器４６とを具えている。
　ＥＧＲ管４３は、排気ポート１４と共に排気通路３９ａを画成する排気管３９に一端が連通すると共に他端が上述したスロットル弁２９とこのスロットル弁２９よりも下流側に配されたサージタンク４７との間の吸気管２８内に連通している。
　吸気管２８とＥＧＲ管４３との接続部分に近接してＥＧＲ管４３の一端側に配され、ＥＣＵ１９によりその作動が制御されるＥＧＲ制御弁４４は、車両の運転状態に基づき、ＥＧＲ通路４３ａから吸気通路２８ａへと還流されるＥＧＲガスの流量を制御する。より具体的には、エンジン１０が予め設定されたＥＧＲ運転領域にあることを運転状態判定部２１が判定した場合、ＥＣＵ１９のＥＧＲ量設定部４８は、この時の車両の運転状態に応じたＥＧＲ量、つまりＥＧＲ制御弁４４の開度を設定する。ＥＣＵ１９のＥＧＲ弁駆動部４９は、ＥＧＲ量設定部４８にて設定された開度にＥＧＲ制御弁４４を制御し、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路４３ａを塞ぐように閉じた状態に保持する。エンジン停止要求があった場合にもＥＧＲ制御弁４４は閉止状態に保持される。
　排気管３９とＥＧＲ管４３との接続部分側に配される開閉弁４５は、ＥＧＲ通路４３ａを単純に開閉するためのものであり、ＥＣＵ１９によってその開閉動作が制御される。より具体的には、ＥＣＵ１９の開閉弁駆動部５０は、先のエンジン停止要求やエンジン始動要求に基づき、あらかじめ設定されたプログラムに従って開閉弁４５の開閉を制御する。より具体的には、ＥＧＲ制御弁４４を閉弁してから一定時間後に開閉弁４５を閉止するが、この閉止時期はエンジン１０からの排気流量がＥＧＲ制御弁４４を閉弁してからエンジン１０の排気量に達した時点を想定している。また、エンジン始動要求に基づいてＥＧＲ制御弁４４に対するＥＧＲ制御を開始してから一定時間後に開閉弁４５を全開状態に切り換えるが、この切り換え時期も全気筒での燃料の燃焼が完了した時点を想定している。
　本実施形態では、閉止したＥＧＲ制御弁４４と開閉弁４５とで仕切られるＥＧＲ通路４３ａの容積がエンジン１０の排気量とほぼ同じになるように、ＥＧＲ制御弁４４と開閉弁４５との間隔およびこれらの間のＥＧＲ通路４３ａの内径が適切に設定されている。
　ＥＧＲ通路４３ａに流入する排気の温度を低減させるための熱交換器４６は、ＥＧＲ管４３の他端側、つまり排気管３９およびＥＧＲ管４３の接続部分と開閉弁４５との間に位置するＥＧＲ管４３の途中に配されている。この熱交換器４６には、シリンダーブロック３３に形成された水ジャケット３６を流れる冷却水が導かれ、高温の排気を効率よく冷却することによって、ＥＧＲ通路４３ａに導かれるＥＧＲガスの充填効率を高める。
　排気タービン式過給機（以下、単に過給機と記述する）４１は、排気通路３９ａを流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行い、吸気の充填効率を高めるためのものである。この過給機４１は、コンプレッサー４１ａと、このコンプレッサー４１ａと一体に回転するタービン４１ｂとで主要部が構成された可変ノズルベーン付きターボ過給機である。コンプレッサー４１ａは、スロットル弁２９よりも上流側に位置する吸気管２８の途中に組み込まれている。タービン４１ｂは、排気ポート１４に連通するようにシリンダーヘッド１５に連結された排気管３９の途中に組み込まれている。
　本実施形態におけるタービン４１ｂは、車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１９によりベーンアクチュエーター５１（図２参照）を介して開度が制御される図示しない可変ノズルベーン（以下、単に可変ベーンと記述する）を具えている。つまり、ベーンアクチュエーター５１を作動して可変ベーンの開度を変更することにより、排気の運動エネルギーの利用効率を変え、結果として吸気の充填効率を変更することができる。ＥＣＵ１９のベーン開度設定部５２は、エンジン回転速度や車両の運転状態に基づいて過給機４１のタービン４１ｂのベーン開度を設定する。ＥＣＵ１９のベーン駆動部５３は、このベーン開度設定部５２にて設定されたベーン開度となるように、ベーンアクチュエーター５１を介して可変ベーンを駆動する。本実施形態における過給機４１は、先のスロットル弁２９と共に本発明の酸素濃度低下手段に加え、排気昇圧手段としても機能させることができる。
　なお、高温の排気にさらされるタービン４１ｂ側からの伝熱によりコンプレッサー４１ａを介して加熱される吸気温を低下させるため、コンプレッサー４１ａとサージタンク４７との間の吸気通路２８ａの途中には、インタークーラー５４が組み込まれている。また、過給器のコンプレッサー４１ａよりも上流側の吸気管２８には、ここの吸気通路２８ａを流れる吸気の流量を検出してこれをＥＣＵ１９に出力するエアーフローメーター５５が設けられている。
　燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置４２は、過給機４１のタービン４１ｂよりも下流側の排気通路３９ａを画成する排気管３９の途中に配されている。本実施形態における排気浄化装置４２は、少なくとも酸化触媒コンバーター４２ａを有するが、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)や、ＮＯＸ触媒などの他の触媒コンバーターを追加することも可能である。
　従って、ＥＧＲ通路４３ａを介して吸気通路２８ａ内に還流されるＥＧＲガスと共に燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン２３の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が排気浄化装置４２を通って排気管３９から大気中に排出される。この場合、吸気中に含まれるＣＯ２によって混合気の燃焼温度が低下するため、混合気の燃焼に伴って生成する窒素酸化物の量が抑制されることとなる。
　ここで、車両の運転中にエンジン停止要求があった場合、ＥＧＲ通路４３ａに低酸素濃度のＥＧＲガスを蓄えておき、燃料噴射弁１１からの燃料の供給を停止し、エンジン始動要求があるまでエンジン１０を停止する。エンジン始動要求があった場合、エンジン始動モーター５６（図２参照）を駆動して再び燃料噴射弁１１からエンジン１０の燃焼室１２に燃料を供給する。この時、ＥＧＲ制御弁４４を開弁してＥＧＲ通路４３ａに蓄えられていたＥＧＲガスを吸気通路２８ａの吸気に加える。これにより、エンジン再始動の初爆時からＥＧＲ制御が行われるようにする。なお、本発明における「エンジン停止要求」とは、車両のアイドリング運転状態のように、エンジン１０の運転中にアクセルペダル２４の踏み込み量が０かつ車速が０となった場合を言う。また、本発明における「エンジン始動要求」とは、「エンジン停止要求」によってエンジン１０を停止した状態から、運転者が車両の発進のためにアクセルペダル２４が踏み込まれた場合を言う。
　本発明の酸素濃度低下手段および排気昇圧手段の一部を構成するＥＣＵ１９は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出力インタフェースなどを含むマイクロコンピュータを含む。本実施形態におけるＥＣＵ１９は、アクセル開度センサー２５，水温センサー３４，クランク角センサー３５，エアーフローメーター５５などからの検出情報に基づき、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握する。そして、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，可変動弁機構１６，スロットル弁２９，ＥＧＲ制御弁４４，可変ベーン，開閉弁４５，エンジン始動モーター５６などの作動を制御する。このため、本実施形態におけるＥＣＵ１９は、先の運転状態判定部２１，吸排気弁開閉時期変更部２０，吸排気弁開閉時期設定部２２，スロットル開度設定部３０，スロットル弁駆動部３１，燃料噴射設定部２６，燃料噴射弁駆動部２７，ＥＧＲ量設定部４８，ＥＧＲ弁駆動部４９，開閉弁駆動部５０，ベーン開度設定部５２，ベーン駆動部５３に加え、始動モーター駆動部４７をさらに具えている。
　運転状態判定部２１は、アクセル開度センサー２５，水温センサー３４，クランク角センサー３５，エアーフローメーター５５などからの検出情報に基づいて車両およびエンジン１０の運転状態を把握する。この運転状態判定部２１では、エンジン停止要求やエンジン始動要求の有無なども併せて判定される。
　始動モーター駆動部５７は、図示しないイグニッションキースイッチのオン信号や先のエンジン始動要求に基づき、クランク軸３８に図示しない継手を介して接続するエンジン始動モーター５６の作動を制御する。エンジン始動モーター５６は、エンジン１０のモータリングを行う。
　このような本実施形態におけるＥＧＲ制御に関する手順は、図３に示すフローチャートに従って行われる。すなわち、まずＳ１０のステップにて水温センサー３４によって検出されるエンジン１０の冷却水温ＴＷが閾値ＴＲ以上であるか否かを判定し、エンジン１０の冷却水温ＴＷが閾値ＴＲ以上となるまでこのＳ１０のステップが繰り返される。エンジン１０が燃焼の安定しない暖機状態にある場合、ＥＧＲ制御に移行することは望ましくないので、この閾値ＴＲはＥＧＲ制御を円滑に行うことができる冷却水温の最低値であり、一般的には８０℃前後に設定される。
　Ｓ１０のステップにて冷却水温ＴＷが閾値ＴＲ以上である、すなわちＥＧＲ制御を円滑に行うことができると判断した場合には、Ｓ１１のステップに移行してエンジン停止要求があるか否かを判定する。ここで、エンジン停止要求がないと判断した場合には、Ｓ１０のステップに戻って上述の判断が繰り返される。
　Ｓ１１のステップにてエンジン停止要求があると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して吸気弁１７の閉弁時期を遅らせる処理を行う。これにより、エンジン１０の燃焼室に１２に導かれる吸気量を少なくし、燃焼によって得られる排気中の酸素濃度を低下させ、低酸素濃度の排気をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４３ａに流入させる。
　次いで、Ｓ１３のステップにてタイマーのカウントアップを行うと共にＥＧＲ制御弁４４を閉止し、Ｓ１４のステップにてタイマーのカウント値Ｃｎが所定値ＣＲ１に達したか否かを判定する。そして、このＳ１４のステップにてタイマーのカウント値Ｃｎが所定値ＣＲ１に達するまで、Ｓ１２，Ｓ１３のステップが繰り返される。Ｓ１４のステップにてタイマーのカウント値Ｃｎが所定値ＣＲ１に達している、すなわちエンジン１０の排気量に相当する量の低酸素濃度の排気がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４３ａに導かれたと判断した場合には、Ｓ１５のステップに移行する。ここでは、開閉弁４５を閉止すると共に燃料噴射弁１１からの燃料噴射を停止してエンジン１０を一時的に停止させ、さらに吸気弁１７の閉弁時期を遅らせる処理を終えると共にタイマーのカウント値Ｃｎを０にリセットする。
　上述した操作により、ＥＧＲ制御弁４４と開閉弁４５との間のＥＧＲ通路４３ａに貯留される低酸素濃度のＥＧＲガスは、熱交換器４６から隔離された状態となる。このため、本実施形態ではＥＧＲ制御弁４４と開閉弁４５との間のＥＧＲ通路４３ａに蓄えられたＥＧＲガスに含まれる水分が凝縮してＥＧＲ管４３の内壁に水滴となって付着するような不具合を防止することができる。
　しかる後、Ｓ１６のステップに移行してエンジン始動要求があるか否かを判定し、エンジン始動要求があるまでＳ１６のステップが繰り返される。Ｓ１６のステップにてエンジン始動要求があると判断した場合には、Ｓ１７のステップに移行してエンジン始動処理、すなわちエンジン始動モーター５６を駆動してモータリングを行う。次いで、Ｓ１８のステップにてＥＧＲ制御弁４４を開弁してＥＧＲ制御を開始すると共に燃料噴射弁１１から燃料の噴射を行ってモータリング中のエンジン１０を運転状態に移行させ、同時にタイマーのカウントアップを開始する。そして、Ｓ１９のステップにてタイマーのカウント値Ｃｎが所定値ＣＲ２に達したか否かを判定する。そして、このＳ１４のステップにてタイマーのカウント値Ｃｎが所定値ＣＲ２に達するまで、Ｓ１８のステップ、つまりタイマーのカウントアップが繰り返される。
　Ｓ１９のステップにてタイマーのカウント値Ｃｎが所定値ＣＲ２に達した、すなわち全気筒にて燃焼があったと判断した場合には、Ｓ２０のステップにて開閉弁４５を開放状態に移行させる。つまり、排気通路３９ａからＥＧＲ通路４３ａに排気をＥＧＲガスとして再び導入し、車両の運転状態に応じた通常のＥＧＲ制御をＥＧＲ制御弁４４によって行う。また、タービン４１ｂの可変ベーンの開度を全閉状態から車両の運転状態に応じた通常の制御へと移行させる。さらに、タイマーのカウント値Ｃｎを０にリセットする。
　エンジン停止要求が出力される運転状態においては、エンジン１０が常にほぼ一定の運転状態となっていることから、上述した実施形態では開閉弁４５の閉弁タイミングをＥＧＲ制御弁４４の閉弁時期から一定時間後となるように、タイマー制御を行っている。しかしながら、排気昇圧手段によって排気圧を上昇させた後、排気通路３９ａからＥＧＲ通路４３ａに流入する排気流量を推定し、開閉弁４５の閉弁タイミングを制御するようにしてもよい。より具体的には、エンジン停止要求があった場合、排気昇圧手段によって排気圧を上昇させてＥＧＲ制御弁４４がＥＧＲ通路４３ａを閉止した後、エンジン１０から排出されてＥＧＲ通路４３ａに蓄えられるＥＧＲガスの量、つまり排気流量を連続的に算出する。そして、この排気流量の積算値がエンジン１０の排気量に達した時点で開閉弁４５を閉弁する。
　このように、エンジン１０の始動要求に基づき、エンジン１０を再び運転状態に移行させる際に、ＥＧＲ制御弁４４を操作してＥＧＲ通路４３ａに蓄えられた低酸素濃度のＥＧＲガスを吸気通路２８ａの吸気に含ませることができる。この結果、初爆の気筒から確実にＥＧＲ制御が可能となり、窒素酸化物の量をさらに少なくすることができる。
　上述した実施形態においては、本発明の酸素濃度低下手段として可変動弁機構１６を採用したが、可変動弁機構１６に代えて燃料噴射弁１１を利用することも可能である。この場合、エンジン停止要求があるような車両の運転状態において燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量を増量すると、トルク変動が発生して乗員に違和感を与える可能性がある。このため、本実施形態においては、燃料噴射弁１１からの燃料の増量噴射と同時にスロットル弁２９および過給機４１の可変ベーンの開度をそれぞれ小さく設定し、駆動トルクの低減を図るようにしている。なお、スロットル弁２９および過給機４１の可変ベーンの開度をそれぞれ小さく設定することにより、排気の低酸素濃度化をさらに進めることができることに加え、吸気圧と排気圧との差圧が大きくなって排気圧を高めることも可能となる。この結果、高圧かつ低酸素濃度のＥＧＲガスをＥＧＲ通路４３ａに蓄えることが可能であり、エンジン始動要求後のエンジン１０の再始動時に所望の量のＥＧＲガスをより確実に吸気に加えることができる。
　このような実施形態におけるＥＧＲ制御に関する手順は、図４に示すフローチャートに従って行われる。但し、先の図３のＳ１２，Ｓ１５のステップがＳ２２，Ｓ２５のステップに入れ代わっただけであり、他のステップは基本的に先の図３に示した実施形態の場合と全く同じである。すなわち、Ｓ１１のステップにてエンジン停止要求があると判断した場合には、Ｓ２２のステップに移行して燃料噴射弁１１からの燃料の増量噴射と同時にスロットル弁２９および過給機４１の可変ベーンの開度をそれぞれ小さく設定する。これにより、エンジン１０から排気通路３９ａに排出される低酸素濃度の排気の圧力を一時的に上昇させ、高圧となった低酸素濃度のＥＧＲガスをＥＧＲ通路４３ａに流入させる。次いで、Ｓ１３のステップにてＥＧＲ制御弁４４を閉止すると共にタイマーのカウントアップを行って所定時間後にＳ２５のステップに移行する。Ｓ２５のステップでは、開閉弁４５を閉止すると共に燃料噴射弁１１からの燃料噴射を停止してエンジン１０を一時的に停止させる。さらに、過給機４１の可変ベーンを全開状態に戻すと共にタイマーのカウント値Ｃｎを０にリセットするが、これ以降のステップは先の実施形態と全く同じ処理であるので、説明を省略する。
　このように、本実施形態においてエンジン停止要求があった場合、可変ベーンの開度が最少に絞られ、過給機４１のタービン４１ｂよりも上流側の排気通路３９ａの排気圧が高められる。この結果、高圧かつ低酸素濃度のＥＧＲガスをＥＧＲ通路４３ａへ導くことができる。つまり、本実施形態では過給機４１のタービン４１ｂの可変ベーンおよびベーンアクチュエーター５１を本発明における排気昇圧手段として利用することができる。このような過給機４１としては、エンジン１０の運転中に油圧やアクチュエーターなどを用いて可変ベーンの開度を変更し得るものであればよく、従来から周知のものを適宜採用することが可能である。
　上述した実施形態においては、本発明の排気昇圧手段としてスロットル弁２９および過給機４１を採用したが、可変動弁機構１６を利用することも可能である。この場合、吸排気弁開閉時期設定部２２は、エンジン停止要求に基づいてエンジン１０から排出される排気圧が上昇するように、排気弁１８の開弁時期が早まるような設定を行う。吸排気弁開閉時期変更部２０は、排気弁１８の開弁時期が吸排気弁開閉時期設定部２２にて設定された時期となるように、可変動弁機構１６を駆動する。
　このような実施形態におけるＥＧＲ制御に関する手順は、図５に示すフローチャートに従って行われる。但し、先の図４のＳ２２，Ｓ２５のステップがＳ３２，Ｓ３５のステップに入れ代わっただけであり、他のステップは基本的に先の図４に示した実施形態の場合と全く同じである。すなわち、Ｓ１１のステップにてエンジン停止要求があると判断した場合には、Ｓ３２のステップに移行して燃料噴射弁１１からの燃料の増量噴射と同時に排気弁１８の開弁時期が早まるように可変動弁機構１６が駆動される。これにより、エンジン１０から排気通路３９ａに排出される排気圧が一時的に上昇し、高圧となった低酸素濃度のＥＧＲガスをＥＧＲ通路４３ａに流入させる。次いで、Ｓ１３のステップにてＥＧＲ制御弁４４を閉止すると共にタイマーのカウントアップを行って所定時間後にＳ３５のステップに移行する。Ｓ３５のステップでは、開閉弁４５を閉止すると共に燃料噴射弁１１からの燃料噴射を停止してエンジン１０を一時的に停止させる。さらに、排気弁１８の開弁時期を元に戻すと共にタイマーのカウント値Ｃｎを０にリセットするが、これ以降のステップは先の実施形態と全く同じ処理であるので、説明を省略する。
　本実施形態においても、燃料の増量噴射に伴うトルク変化が排気弁１８の開弁時期の進角によって抑制されることとなる。
　なお、上述した可変動弁機構１６と可変ベーンを具えた過給機４１とを本発明における排気昇圧手段として同時に併用することも可能である。また、可変動弁機構１６や可変ベーンを具えた過給機４１以外の排気昇圧手段として、次のようなものも採用することができよう。すなわち、排気通路３９ａとＥＧＲ通路４３ａの他端との連通部分よりも下流側の排気通路３９ａの通路断面積を一時的に絞ることが可能な絞り弁と、これを駆動するためのアクチュエーターとを具えたものを提示することができる。その一例として、特開２０１０－２４２６１７号公報に開示されたものが知られている。また、これと同様な機構が組み込まれた排気ブレーキ装置を流用することもできる。
　このように、本発明はその請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
　１０　エンジン
　１１　燃料噴射弁
　１２　燃焼室
　１３　吸気ポート
　１４　排気ポート
　１５　シリンダーヘッド
　１６　可変動弁機構
　１７　吸気弁
　１８　排気弁
　１９　ＥＣＵ
　２０　吸排気弁開閉時期変更部
　２１　運転状態判定部
　２２　吸排気弁開閉時期設定部
　２３　ピストン
　２４　アクセルペダル
　２５　アクセル開度センサー
　２６　燃料噴射設定部
　２７　燃料噴射弁駆動部
　２８　吸気管
　２８ａ　吸気通路
　２９　スロットル弁
　３０　スロットル開度設定部
　３１　スロットル弁駆動部
　３２　スロットルアクチュエーター
　３３　シリンダーブロック
　３４　水温センサー
　３５　クランク角センサー
　３６　水ジャケット
　３７　連接棒
　３８　クランク軸
　３９　排気管
　３９ａ　排気通路
　４０　ＥＧＲ装置
　４１　排気タービン式過給機
　４１ａ　コンプレッサー
　４１ｂ　タービン
　４２　排気浄化装置
　４２ａ　酸化触媒コンバーター
　４３　ＥＧＲ管
　４３ａ　ＥＧＲ通路
　４４　ＥＧＲ制御弁
　４５　開閉弁
　４６　熱交換器
　４７　サージタンク
　４８　ＥＧＲ量設定部
　４９　ＥＧＲ弁駆動部
　５０　開閉弁駆動部
　５１　ベーンアクチュエーター
　５２　ベーン開度設定部
　５３　ベーン駆動部
　５４　インタークーラー
　５５　エアーフローメーター
　５６　エンジン始動モーター
　５７　始動モーター駆動部
　ＴＷ　冷却水温
　ＴＲ　閾値
　Ｃｎ　カウント値
　ＣＲ１，ＣＲ２　所定値

Claims (19)

  1. 　一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、内燃機関から排出される排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、
    　このＥＧＲ通路の一端側に配されて当該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ制御弁と、
    　前記ＥＧＲ通路の他端側に配されて前記ＥＧＲ通路を開閉するための開閉弁と、
    　この開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段と
    　を具えたことを特徴とする排気還流装置。
  2. 　前記酸素濃度低下手段が内燃機関の可変動弁機構およびこの可変動弁機構の作動を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
  3. 　前記酸素濃度低下手段が内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁と、この燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
  4. 　前記酸素濃度低下手段がスロットル弁および可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機をさらに含み、前記制御手段がこれらスロットル弁および可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機の可変ノズルベーンの作動を制御するものであることを特徴とする請求項３に記載の排気還流装置。
  5. 　前記酸素濃度低下手段が可変動弁機構をさらに含み、前記制御手段がこの可変動弁機構の作動を制御するものであることを特徴とする請求項３に記載の排気還流装置。
  6. 　前記酸素濃度低下手段は、前記ＥＧＲ通路の他端が連通する部分の前記排気通路を流れる排気圧を上昇させるための排気昇圧手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の排気還流装置。
  7. 　前記排気昇圧手段が内燃機関の可変動弁機構と、この可変動弁機構および前記ＥＧＲ制御弁および前記開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項６に記載の排気還流装置。
  8. 　前記排気昇圧手段が可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機と、この可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機の可変ノズルベーンおよび前記ＥＧＲ制御弁および前記開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項６に記載の排気還流装置。
  9. 　前記排気昇圧手段が前記排気通路と前記ＥＧＲ通路の他端との連通部分よりも下流側の前記排気通路を絞るための絞り弁と、この絞り弁および前記ＥＧＲ制御弁および前記開閉弁の作動を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項６に記載の排気還流装置。
  10. 　一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、内燃機関から排出される排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の一端側に配されて当該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ制御弁と、前記ＥＧＲ通路の他端側に配されて前記ＥＧＲ通路を開閉するための開閉弁とを有する排気還流装置が組み込まれた内燃機関の運転制御方法であって、
    　内燃機関の停止要求があった場合に前記開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させるステップと、
    　前記開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させた後に前記ＥＧＲ制御弁を閉止するステップと、
    　前記ＥＧＲ制御弁を閉止した後に前記開閉弁を閉止すると共に内燃機関を停止させるステップと
    　を具えたことを特徴とする内燃機関の運転制御方法。
  11. 　前記開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させる前記ステップが内燃機関の吸気弁の閉弁時期を遅らせるステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の運転制御方法。
  12. 　前記開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させる前記ステップが内燃機関に対する燃料供給量を増量させるステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の運転制御方法。
  13. 　前記開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させる前記ステップが吸入空気量を減少させると共に前記排気通路を絞るステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の運転制御方法。
  14. 　前記開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させる前記ステップが内燃機関の排気弁の開弁時期を早めるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の運転制御方法。
  15. 　前記開閉弁と前記ＥＧＲ制御弁との間の前記ＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガス中の酸素濃度を低下させる前記ステップが前記排気通路を流れる排気の圧力を上昇させるステップを含むことを特徴とする請求項１０から請求項１４の何れかに記載の内燃機関の運転制御方法。
  16. 　前記排気通路を流れる排気の圧力を上昇させる前記ステップが内燃機関の排気弁の開弁時期を早めるステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の運転制御方法。
  17. 　前記排気通路を流れる排気の圧力を上昇させる前記ステップが可変ノズルベーン付き排気タービン式過給機の可変ノズルベーンの開度を小さくするステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の運転制御方法。
  18. 　前記排気通路を流れる排気の圧力を上昇させる前記ステップが前記排気通路と前記ＥＧＲ通路の他端との連通部分よりも下流側の前記排気通路を絞るステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の運転制御方法。
  19. 　内燃機関の停止要求後に内燃機関の始動要求があった場合、内燃機関をモータリングさせるステップと、
    　前記ＥＧＲ制御弁を開弁して前記ＥＧＲ通路に一時的に貯留されたＥＧＲガスを吸気に含ませてモータリング中の内燃機関に供給するステップと、
    　ＥＧＲガスを混合した吸気が導かれるモータリング中の内燃機関の燃焼室に燃料を供給して内燃機関を始動させるステップと、
    　内燃機関が始動した後に内燃機関のモータリングを終了すると共に前記開閉弁を開放状態に切り換えるステップと
    　をさらに具えたことを特徴とする請求項１０から請求項１８の何れかに記載の内燃機関の運転制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005325811A (ja) * 2004-05-17 2005-11-24 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼制御方法
JP2007262902A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Isuzu Motors Ltd エンジンの燃焼制御方法及び燃焼制御装置
JP2008045406A (ja) * 2006-08-10 2008-02-28 Toyota Motor Corp Ｅｇｒ制御装置
JP2008101592A (ja) * 2006-10-20 2008-05-01 Toyota Motor Corp 圧縮着火式内燃機関の制御システム
JP2008144596A (ja) * 2006-12-06 2008-06-26 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2008274872A (ja) * 2007-05-01 2008-11-13 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気還流制御装置
JP2009209724A (ja) * 2008-03-03 2009-09-17 Nissan Motor Co Ltd エンジンの制御装置
JP2010053825A (ja) * 2008-08-29 2010-03-11 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005325811A (ja) * 2004-05-17 2005-11-24 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼制御方法
JP2007262902A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Isuzu Motors Ltd エンジンの燃焼制御方法及び燃焼制御装置
JP2008045406A (ja) * 2006-08-10 2008-02-28 Toyota Motor Corp Ｅｇｒ制御装置
JP2008101592A (ja) * 2006-10-20 2008-05-01 Toyota Motor Corp 圧縮着火式内燃機関の制御システム
JP2008144596A (ja) * 2006-12-06 2008-06-26 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2008274872A (ja) * 2007-05-01 2008-11-13 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気還流制御装置
JP2009209724A (ja) * 2008-03-03 2009-09-17 Nissan Motor Co Ltd エンジンの制御装置
JP2010053825A (ja) * 2008-08-29 2010-03-11 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置

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