(57)【要約】【課題】排気通路を流れる排気を吸気通路に還流させる内燃機関において、排気還流による燃費の向上を図りつつ排気還流通路におけるデポジット堆積を抑制することができる排気還流装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の排気還流通路３０は、排気通路２３における排気浄化装置２７の上流側から吸気通路２２に排気を還流させる上流側還流通路３２と、排気浄化装置２７の下流側から吸気通路２２に排気を還流させる下流側還流通路３３とを備える。電子制御装置６０は、燃焼室１２での煤の発生量に基づいて、上流側還流通路３２を通じて吸気通路２２に還流させる排気の量と下流側還流通路３３を通じて吸気通路２２に還流させる排気の量との比率を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室から排気通路に排出される排気の一部を吸気通路に還流させる排気還流通路を備え、前記排気通路に排気浄化装置が設けられる内燃機関に適用される排気還流装置であって、
前記排気還流通路は、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側から前記吸気通路に排気を還流させる上流側還流通路と、同排気浄化装置の下流側から前記吸気通路に排気を還流させる下流側還流通路とを備え、
前記燃焼室での煤の発生量に基づいて、前記上流側還流通路を通じて前記吸気通路に還流させる排気の量と前記下流側還流通路を通じて前記吸気通路に還流させる排気の量との比率を制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記煤の発生量が所定量以上であるときには、前記下流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させ、前記煤の発生量が所定量未満であるときには、前記上流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させる
ことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記内燃機関は、前記吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと前記燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタとを備え、
前記筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時には前記下流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させ、前記吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時には前記上流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させる
ことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記内燃機関は、前記燃焼室に供給される空気と燃料との重量比である空燃比が理論空燃比となる通常燃焼と理論空燃比未満となるリッチ燃焼とを選択的に実行し、
前記リッチ燃焼の実行時には前記下流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させ、前記通常燃焼の実行時には前記上流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させる
ことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記排気還流通路は、前記吸気通路に接続される吸気側通路を備えており、同吸気側通路の両端部のうちで一方の端部は前記吸気通路に、他方の端部は前記上流側還流通路及び前記下流側還流通路に接続されており、前記他方の端部には前記上流側還流通路を通じて還流される排気の量と前記下流側還流通路を通じて還流される排気の量との比率を調整する調整機構が設けられている
ことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路を流れる排気を吸気通路に還流させる排気還流通路を有する内燃機関の排気還流装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関においては、排気還流通路を通じて排気を吸気通路に還流させることにより、ＮＯｘの排出量の低減や燃費の改善を図るようにしている。
例えば特許文献１に記載の内燃機関は、排気通路に設けられた排気浄化装置の上流側から吸気通路に排気を還流させる排気還流通路を備えている。
【特許文献１】特開２００６−４６１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１に記載の内燃機関には、吸気通路の吸気ポートに燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとが設けられている。
【０００４】
ここで、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時には、吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時に比して噴射された燃料の気化や空気とのミキシングが進みにくい傾向にある。そのため、燃焼室では煤が発生しやすく、こうした煤を主成分とする粒子状物質の発生量も多くなり、排気中の煤や粒子状物質の量が多くなりやすい。しかしながら、上記特許文献１に記載の内燃機関では、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時及び吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時の何れにおいても、排気浄化装置により処理される前の排気が吸気通路に還流される。そのため、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時には、煤や粒子状物質を多く含む排気が排気還流通路を流れることになり、同還流通路にはこれら煤や粒子状物質に起因するデポジットが堆積する虞がある。
【０００５】
そこで、排気浄化装置の上流側ではなく、下流側から吸気通路に排気を還流させる排気還流通路を設けるようにすれば、排気浄化装置によって浄化された排気が排気還流通路に導入されるようになるため、上述したようなデポジットの堆積については抑制することができる。しかしながら、この場合には、吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時において、排気に煤や粒子状物質がさほど多く含まれていないにも拘わらず、排気浄化装置を通過した後の排気が吸気通路に還流されるため、排気に含まれる未燃燃料までもが減少する。そのため、未燃燃料を吸気通路に還流させることにより得ることのできる燃費向上効果が低下する。
【０００６】
なお、燃焼室での煤の発生量は、混合気の燃焼状態に応じて変化する。そのため、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備える内燃機関のみならず、その他の内燃機関であっても上述したような不具合は生じるものであり、従来の内燃機関において、煤の発生量に応じて適切に排気を還流させるという点においては未だ改善の余地を残すものなっている。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気通路を流れる排気を吸気通路に還流させる内燃機関において、排気還流による燃費の向上を図りつつ排気還流通路におけるデポジット堆積を抑制することができる排気還流装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、燃焼室から排気通路に排出される排気の一部を吸気通路に還流させる排気還流通路を備え、前記排気通路に排気浄化装置が設けられる内燃機関に適用される排気還流装置であって、前記排気還流通路は、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側から前記吸気通路に排気を還流させる上流側還流通路と、同排気浄化装置の下流側から前記吸気通路に排気を還流させる下流側還流通路とを備え、前記燃焼室での煤の発生量に基づいて、前記上流側還流通路を通じて前記吸気通路に還流させる排気の量と前記下流側還流通路を通じて前記吸気通路に還流させる排気の量との比率を制御することを要旨とする。
【０００９】
燃焼室で発生する煤が排気に多く含まれる場合、上流側還流通路を通じて排気を吸気通路に還流させると、排気中の煤や煤を主成分とする粒子状物質に起因したデポジットが排気還流通路に堆積しやすくなる。また排気に未燃燃料が含まれる場合、下流側還流通路を通じて排気を吸気通路に還流させると排気中の未燃燃料が排気浄化装置によって減少するため、未燃燃料を吸気通路に還流させることによって得られる燃費向上効果が低下する。
【００１０】
この点、上記構成によれば、排気通路から吸気通路に還流させる排気のうち、排気浄化装置で処理することなく吸気通路に還流させる排気の量と排気浄化装置で処理した後に吸気通路に還流させる排気の量との比率とを、燃焼室で発生する煤の量に基づいて制御することができる。したがって、排気還流通路でのデポジット堆積の原因となる排気中の煤を排気浄化装置によって適切に処理したり、未燃燃料を適切に含んだ状態の排気を吸気通路に還流させたりすることができる。このようにして上記構成によれば、燃費の向上等を図りつつ、排気還流通路におけるデポジット堆積を抑制することができる。
【００１１】
なお上記構成において、上流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量と下流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量との比率を制御するとは、上流側還流通路及び下流側還流通路の双方から吸気通路に排気を還流させつつ、それら上流側還流通路及び下流側還流通路から還流させる排気の量の比率を制御する場合、排気を上流側還流通路のみを通じて吸気通路に還流させる場合、及び下流側還流通路のみを通じて吸気通路に還流させる場合を含むものとする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記煤の発生量が所定量以上であるときには、前記下流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させ、前記煤の発生量が所定量未満であるときには、前記上流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させることを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、燃焼室での煤の発生量が所定量以上であって多いと判断されるときには、排気浄化装置によって処理された排気が下流側還流通路を通じて吸気通路に還流されるため、排気還流通路にデポジットが堆積することを抑制することができる。また、燃焼室での煤の発生量が所定量未満であって排気に煤がさほど多く含まれないときには、上流側還流通路を通じて排気が吸気通路に還流されるため、未燃燃料をできる限り多く含む状態で排気を吸気通路に還流させることができ、燃費の向上を図ることができる。したがって、上記構成によれば、排気を吸気通路に還流させることによって燃費の向上等を図りつつ、排気還流通路におけるデポジット堆積を抑制することができる。
【００１４】
なお、煤の発生量が所定量以上であるか否かは、排気中の煤の量を直接検出することにより判断してもよいし、機関運転状態から推定して判断するようにしてもよい。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記内燃機関は、前記吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと前記燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタとを備え、前記筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時には前記下流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させ、前記吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時には前記上流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させることを要旨とする。
【００１５】
筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時には、吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時に比して排気中の煤や粒子状物質の量が多くなる。この点、上記構成によれば、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時には、燃焼室から排出される排気が排気浄化装置を通過した後に吸気通路に還流されるため、排気中の煤や粒子状物質を低減させた後にこの排気を吸気通路に還流させることができ、排気還流通路にデポジットが堆積することを抑制することができる。また、吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射の実行時には、排気に煤や粒子状物質がさほど多くふくまれないため、排気浄化装置を通過していない排気を吸気通路に還流させることにより、未燃燃料をできる限り多く含んだ状態の排気を吸気通路に還流させることができ、燃費の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記内燃機関は、前記燃焼室に供給される空気と燃料との重量比である空燃比が理論空燃比となる通常燃焼と理論空燃比未満となるリッチ燃焼とを選択的に実行し、前記リッチ燃焼の実行時には前記下流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させ、前記通常燃焼の実行時には前記上流側還流通路を通じて前記吸気通路に排気を還流させることを要旨とする。
【００１７】
リッチ燃焼の実行時には通常燃焼の実行時よりも燃焼室で発生する煤の量が多くなり、これにより排気に含まれる煤の量も多くなる。この点、上記構成によれば、リッチ燃焼が実行されるときには、燃焼室から排出される排気が排気浄化装置を通過した後に吸気通路に還流されるため、排気中の煤を低減させた後にこの排気を吸気通路に還流させることができ、排気還流通路にデポジットが堆積することを抑制することができる。また、通常燃焼が実行されるときには、排気に煤がさほど多くふくまれないため、排気浄化装置を通過していない排気を吸気通路に還流させることにより、未燃燃料をできる限り多く含んだ状態の排気を吸気通路に還流させることができ、燃費の向上を図ることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記排気還流通路は、前記吸気通路に接続される吸気側通路を備えており、同吸気側通路の両端部のうちで一方の端部は前記吸気通路に、他方の端部は前記上流側還流通路及び前記下流側還流通路に接続されており、前記他方の端部には前記上流側還流通路を通じて還流される排気の量と前記下流側還流通路を通じて還流される排気の量との比率を調整する調整機構が設けられていることを要旨とする。
【００１９】
上記構成によれば、調整機構の作動制御を行うことにより、上流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量と下流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量との比率を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の排気還流装置の一実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。
【００２１】
図１に、同排気還流装置が適用される内燃機関１０を示す。図１に示すように本実施形態の内燃機関１０は、車両に搭載されるガソリンエンジンであり、各気筒１１に形成される燃焼室１２と、燃焼室１２に吸入空気を送り込む吸気通路２２と、燃焼室１２での燃焼により生じた排気が排出される排気通路２３とを備えている。燃焼室１２と吸気通路２２及び燃焼室１２と排気通路２３は、それぞれ吸気バルブ２４及び排気バルブ２５により連通・遮断される。
【００２２】
吸気通路２２には、スロットルバルブ２１が設けられており、同スロットルバルブ２１は、図示しないスロットルモータによってその開度が調整されることにより燃焼室１２に供給される吸気の量を調整する。また、吸気通路２２には、吸気ポートに燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタ１４が設けられている。さらに吸気通路２２においてスロットルバルブ２１の下流側には、排気通路２３を流れる排気の一部を吸気通路２２に導入するための排気還流通路３０が接続されている。なお、より詳細には、排気還流通路３０は、吸気側通路３１、上流側還流通路３２及び下流側還流通路３３の３つの通路を備え、吸気通路２２には、排気還流通路３０のうちの吸気側通路３１の一方の端部が接続されている。また、吸気側通路３１には、この吸気側通路３１を流れる排気の流量を調整する排気還流弁３４と吸気通路２２に還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ３６とが設けられている。
【００２３】
各気筒１１には、燃焼室１２に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタ１５と、燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。このようにして本実施形態では、上記吸気通路噴射用インジェクタ１４又は上記筒内噴射用インジェクタ１５により噴射された燃料と、吸気通路２２を流れた空気との混合気に点火プラグ１６からの火花放電により点火がなされて同混合気が燃焼する。これによりこの燃焼のエネルギーによってピストン２６が往復移動し、クランクシャフト２０が回転する。
【００２４】
排気通路２３には、排気浄化装置２７が設けられている。排気浄化装置２７には排気に含まれる炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、窒素酸化物ＮＯｘを清浄化する三元触媒が担持されている。また、排気通路２３において、排気浄化装置２７の上流側の部位には排気還流通路３０の上流側還流通路３２の一方の端部が接続されており、排気浄化装置２７の下流側の部位には排気還流通路３０の下流側還流通路３３の一方の端部が接続されている。
【００２５】
排気還流通路３０において、上流側及び下流側の各還流通路３２，３３における他方の端部は、吸気側通路３１の他方の端部に接続されている。そして、吸気側通路３１、上流側還流通路３２及び下流側還流通路３３の３つの通路が接続される部位には、上流側還流通路３２を通じて還流される排気の量と下流側還流通路３３を通じて還流される排気の量との比率を調整する調整機構である流路切換弁３５が設けられている。この流路切換弁３５は、図１の実線で示される上流側還流通路３２と吸気側通路３１とを連通し且つ吸気側通路３１と下流側還流通路３３との連通を遮断する上流側モードと、図１の破線で示される下流側還流通路３３と吸気側通路３１とを連通し且つ吸気側通路３１と上流側還流通路３２との連通を遮断する下流側モードとに作動位置が切り換え可能に構成されている。そして、吸気側通路３１に設けられる排気還流弁３４が開弁している状態において、流路切換弁３５が上流側モードとなると、排気通路２３における排気浄化装置２７の上流側の排気が上流側還流通路３２及び吸気側通路３１を通じて吸気通路２２に還流され、流路切換弁３５が下流側モードとなると、排気通路２３における排気浄化装置２７の下流側の排気が下流側還流通路３３及び吸気側通路３１を通じて吸気通路２２に還流される。
【００２６】
こうした内燃機関１０の各種制御は、車両に搭載された電子制御装置６０によって行われる。電子制御装置６０は、内燃機関１０の制御にかかる演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。
【００２７】
電子制御装置６０の入力ポートには、内燃機関１０の運転状態を検出する各種センサからの検出信号が入力される。各種センサとしては、クランクシャフト２０の回転速度を検出するＮＥセンサ５１、内燃機関１０の冷却水温を検出する水温センサ５２、運転者によりアクセル踏込み量を検出するアクセルセンサ５３等が挙げられる。
【００２８】
また、電子制御装置６０の出力ポートには、吸気通路噴射用インジェクタ１４、筒内噴射用インジェクタ１５、点火プラグ１６、各種バルブ２１，３４，３５を駆動するアクチュエータ等の駆動回路が接続されている。電子制御装置６０は、各種センサから入力した検出信号に基づいて内燃機関１０の運転状態を把握し、その把握した運転状態に応じて上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうしてスロットルバルブ２１の開度制御、２つのインジェクタ１４，１５による燃料の噴射制御等が行われる。
【００２９】
具体的には、この電子制御装置６０は、例えばアクセルセンサ５３によって検出されたアクセルペダルの踏込量に基づいて吸気量を調整すべくスロットルバルブ２１の開度や各インジェクタ１４，１５によって噴射される燃料噴射量を調整する。また、燃費の向上やＮＯｘの低減を図るべく、所定の条件が成立すると、排気通路２３の排気を吸気通路２２に還流させるべく排気還流弁３４を開弁して排気還流制御を実行する。
【００３０】
また、電子制御装置６０は、内燃機関１０の運転状態に基づいて吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射及び筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射を切り換える。電子制御装置６０は、具体的には、機関負荷が所定負荷以上又は機関回転数が所定回転数以上となると筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射が実行され、機関負荷が所定負荷未満且つ機関回転数が所定回転数未満となると吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射が実行されるように制御する。なお、機関負荷は上記アクセルセンサ５３及びＮＥセンサ５１の検出結果に基づいて把握することができ、機関回転数はＮＥセンサ５１によって検出することができる。このように本実施形態では、２つのインジェクタ１４，１５による燃料噴射を切り換えて実行するようにしている。
【００３１】
ところで、筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射の実行時には、吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射の実行時に比して噴射された燃料の気化や空気とのミキシングが進みにくい傾向にある。そのため、燃焼室１２では煤が発生しやすく、こうした煤を主成分とする粒子状物質の発生量も多くなり、排気中の煤や粒子状物質の量が多くなりやすい。したがって、筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射の実行により排出される煤や粒子状物質を多く含む排気をそのまま排気還流通路３０に流通させると、同還流通路３０には煤や粒子状物質に起因するデポジットが堆積する虞がある。
【００３２】
この点、筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射の実行時には排気浄化装置２７の下流側から吸気通路に排気を還流させる排気還流通路を設けるようにすれば、排気浄化装置２７によって浄化された排気が排気還流通路３０に導入されるようになるため、同還流通路３０におけるデポジットの堆積を抑制することができる。一方、吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射の実行時には、下流側還流通路３３を通じて排気を吸気通路２２に還流させると、排気に粒子状物質がさほど多く含まれていないにも拘わらず、排気浄化装置２７を通過した後の排気が吸気通路２２に還流されるため、排気に含まれる未燃燃料までもが減少する。そのため、未燃燃料を吸気通路２２に還流させることにより得ることのできる燃費向上効果が低下する。
【００３３】
そこで、本実施形態では、電子制御装置６０が、排気還流通路３０におけるデポジット堆積を抑制しつつ燃費の改善を図るべく、燃焼室１２での煤の発生量に基づいて、流路切換弁３５を上流側還流モードと下流側還流モードとに切り換えるようにしている。すなわち、本実施形態において、内燃機関１０の排気還流装置は、排気還流通路３０、排気還流弁３４，流路切換弁３５及びこの電子制御装置６０を備えて構成されている。電子制御装置６０は、具体的には、筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射の実行時には、煤の発生量が所定量以上であるとして流路切換弁３５を下流側還流モードに設定し、吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射の実行時には、煤の発生量が所定量未満であるとして、流路切換弁３５を上流側還流モードに設定する。
【００３４】
以下、電子制御装置６０によって実行される排気還流制御について、図２及び図３に基づいて説明する。なお、図２のフローチャートに示す一連の処理は、内燃機関１０の運転中において例えば所定周期毎に行われる。
【００３５】
図２に示すように、排気還流制御がスタートすると、まずステップＳ１１において、排気還流制御の前提条件が成立しているか否かが判定される。具体的には、例えば冷却水温が所定値以上であること、内燃機関１０の始動時から所定時間以上経過していること等が挙げられる。なお前提条件は特に限定されず、この他にも機関負荷が低負荷から中負荷運転状態であること等を前提条件に含めるようにしてもよい。そして、これらの条件が成立していない場合には否定判定がなされ、現在は排気還流制御を実行するときではないためエンドに移り、本処理を一旦終了する。一方、これらの条件が成立している場合には、肯定判定されてステップＳ１２に移る。
【００３６】
ステップＳ１２では、筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射が実行されているか否かが判定される。具体的には、例えば内燃機関１０の負荷が所定負荷以上又は機関回転数が所定回転数以上である場合には、筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射が実行されていると判断がされて肯定判定がなされ、ステップＳ１３に移り流路切換弁３５が下流側還流モードに設定され、エンドに移る。一方、例えば内燃機関１０の低負荷時など、機関負荷が低く且つ機関回転数が低い場合には、吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射が実行されていると判断されてステップＳ１２において否定判定がなされて、ステップＳ１４に移り流路切換弁３５が上流側還流モードに設定され、エンドに移る。なお、ステップＳ１２においては、機関負荷や機関回転数による判定に代わり、各インジェクタ１４，１５の駆動回路の指令値などから筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射の実行時であるか否かを判定するようにしてもよい。
【００３７】
図３は、２つのインジェクタ１４，１５による燃料噴射態様の変化と流路切換弁３５の還流モードの変化を示している。この図３に示すように、時刻ｔ１までは、吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射が実行されるため、流路切換弁３５が上流側還流モードに設定される。これにより、吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射が実行されて排気に煤や粒子状物質がさほど多く含まれていない状態において、排気浄化装置２７の上流側から排気を吸気通路２２に還流させることにより、排気とともに同排気に含まれる未燃燃料を吸気通路２２に還流させて燃費向上効果を得る。そして、時刻ｔ１に、例えば機関負荷が上昇する等して吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射から筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射に切り換わると、流路切換弁３５が下流側還流モードに切り換わる。これにより、煤が発生しやすい筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射の実行時においては、排気を排気浄化装置２７により浄化した後に排気還流通路３０に導入し、同排気還流通路３０のデポジット堆積を抑制する。
【００３８】
以上詳述したように、本実施形態によれば以下の作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、内燃機関１０が吸気通路噴射用インジェクタ１４と筒内噴射用インジェクタ１５とを備え、排気還流通路３０が、排気通路２３における排気浄化装置２７の上流側から吸気通路２２に排気を還流させる上流側還流通路３２と、同排気浄化装置２７の下流側から吸気通路２２に排気を還流させる下流側還流通路３３とを備えている。そして、電子制御装置６０は、燃焼室１２での煤の発生量に基づいて、上流側還流通路３２を通じて吸気通路２２に還流させる排気の量と下流側還流通路３３を通じて吸気通路２２に還流させる排気の量との比率を制御するようにしている。具体的には、電子制御装置６０は、筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射の実行時には流路切換弁３５を下流側還流モードに設定し、吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射の実行時には流路切換弁３５を上流側還流モードに設定するようにしている。
【００３９】
したがって、筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射の実行時には、燃焼室１２から排出される排気が排気浄化装置２７を通過した後に吸気通路２２に還流されるため、排気中の煤や粒子状物質を低減させた後にこの排気を吸気通路２２に還流させることができ、排気還流通路３０にデポジットが堆積することを抑制することができる。また、吸気通路噴射用インジェクタ１４による燃料噴射の実行時には、排気に煤や粒子状物質がさほど多くふくまれないため、排気浄化装置２７を通過していない排気を吸気通路２２に還流させることにより、未燃燃料をできる限り多く含んだ状態の排気を吸気通路２２に還流させることができ、燃費の向上を図ることができる。したがって、本実施形態では、燃費の向上等を図りつつ、排気還流通路におけるデポジット堆積を抑制することができる。
【００４０】
（２）本実施形態では、排気還流通路３０は吸気通路２２に接続される吸気側通路３１を備えており、吸気側通路３１の両端部のうちで一方の端部は吸気通路２２に、他方の端部は上流側還流通路３２及び下流側還流通路３３に接続されている。そして、吸気側通路３１の他方の端部には、流路切換弁３５が設けられており、この流路切換弁３５は、作動位置が上流側還流モードと下流側還流モードとに切り換えられる。したがって、流路切換弁３５の作動制御を行うことにより、上流側還流通路３２を通じて排気を吸気通路２２に還流させる状態と下流側還流通路３３を通じて排気を吸気通路２２に還流させる状態とを切り換えることができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる内燃機関の排気還流装置の第２の実施形態を、図４〜図６を参照して説明する。
【００４２】
上記第１の実施形態では、インジェクタ１４，１５の切り換えに応じて流路切換弁３５を上流側還流モードと下流側還流モードとに切り換えたことに代わり、この第２の実施形態では、燃焼室で燃焼する混合気の空燃比に応じて流路切換弁３５を上流側還流モードと下流側還流モードとに切り換えるようにしている。
【００４３】
図４に、第２の実施形態の排気還流装置が適用される内燃機関７０を示す。なお、第２の実施形態の内燃機関７０において、第１の実施形態の内燃機関１０と同様の構成の部分には、第１の実施形態と同一の符号を用いその説明を省略する。
【００４４】
この図４に示すように、本実施形態の内燃機関７０は、燃料を噴射するインジェクタとして吸気通路２２に燃料を噴射するインジェクタが設けられていない点が第１の実施形態と異なり、筒内噴射用インジェクタ１５のみを備えて同筒内噴射用インジェクタ１５により燃料噴射が実行される。また、本実施形態では、排気通路２３における排気浄化装置２７の上流側の部位に空燃比センサ５４が設けられている。この空燃比センサ５４は、排気通路２３を流れる排気の成分に基づいて燃焼室１２における混合気の空燃比に応じたリニアな検出値を出力するものである。
【００４５】
本実施形態において、電子制御装置８０の入力ポートには、上記第１の実施形態と同様の各種センサ５１，５２，５３の検出信号に加え、上記空燃比センサ５４の検出信号が入力される。また、本実施形態では、電子制御装置６０が、内燃機関１０において燃焼室１２に供給される空気と燃料との重量比である空燃比が理論空燃比となる通常燃焼と、空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ状態となるリッチ燃焼とが選択的に実行されるように制御する。具体的には、電子制御装置８０は、アクセルセンサ５３やＮＥセンサ５１の検出信号に基づいて内燃機関１０の加速時であると判断されると、燃料噴射量を増大させてリッチ燃焼が実行されるように制御し、加速時以外においては、混合気が理論空燃比で燃焼する通常燃焼が実行されるように制御する。なお、筒内噴射用インジェクタ１５による燃料噴射量の制御は空燃比センサ５４の検出値に基づくフィードバック制御により行われる。
【００４６】
ところで、リッチ燃焼の実行時には通常燃焼の実行時よりも燃焼室で発生する煤の量が多くなり、これにより排気に含まれる煤やこうした煤を主成分とする粒子状物質の発生量も多くなる。したがって、リッチ燃焼時に排出される煤や粒子状物質を多く含む排気をそのまま排気還流通路３０に流通させると、同還流通路３０には煤や粒子状物質に起因するデポジットが堆積する虞がある。この点、リッチ燃焼時には排気浄化装置２７の下流側から吸気通路に排気を還流させる排気還流通路を設けるようにすれば、排気浄化装置２７によって浄化された排気が排気還流通路３０に導入されるようになるため、排気還流通路３０におけるデポジットの堆積を抑制することができる。一方、燃焼室１２において混合気が理論空燃比で燃焼する通常燃焼の実行時には、下流側還流通路３３を通じて排気を吸気通路２２に還流させると、排気に粒子状物質がさほど多く含まれていないにも拘わらず、排気浄化装置２７を通過した後の排気が吸気通路２２に還流されるため、排気に含まれる未燃燃料までもが減少する。そのため、未燃燃料を吸気通路２２に還流させることにより得ることのできる燃費向上効果が低下する。
【００４７】
そこで、本実施形態では、電子制御装置８０が、排気還流通路３０におけるデポジット堆積を抑制しつつ燃費の改善を図るべく、燃焼室１２での煤の発生量に基づいて、流路切換弁３５を上流側還流モードと下流側還流モードとに切り換える。電子制御装置８０は、具体的には、リッチ燃焼の実行時には、煤の発生量が所定量以上であるとして流路切換弁３５を下流側還流モードに設定し、通常燃焼の実行時には、煤の発生量が所定量未満であるとして、流路切換弁３５を上流側還流モードに設定する。以下、電子制御装置８０によって実行される排気還流制御について、図５及び図６に基づいて説明する。図５のフローチャートに示す一連の処理は、内燃機関７０の運転中において例えば所定周期毎に行われる。
【００４８】
図５に示すように、排気還流制御がスタートすると、まずステップＳ２１において、同制御の前提条件が成立しているか否かが判定される。なお、このステップＳ２１の判定は、先の図２に示したフローチャートにおけるステップＳ１１の判定と同じである。そして、ステップＳ２１において、排気還流制御の前提条件が成立していないと判定されるとエンドに移り、本処理を一旦終了し、ステップＳ２１において、排気還流実行条件が成立していると判定されると、ステップＳ２２に移る。
【００４９】
ステップＳ２２では、現在が理論空燃比より混合気に占める燃料の比率が高くなるリッチ燃焼が実行されているか否かが判定される。具体的には、電子制御装置８０は、空燃比センサ５４によって検出される検出信号に基づき、燃焼室１２における混合気の空燃比がリッチであるか否かを判定する。そして、空燃比センサ５４の検出信号により、現在がリッチ燃焼の実行時であると判断されると、ステップＳ２２において肯定判定がなされ、ステップＳ２３に移り流路切換弁３５が下流側還流モードに設定されてエンドに移る。一方、空燃比センサ５４により検出される空燃比が理論空燃比である場合には、現在が通常燃焼の実行時あるとして、ステップＳ２２では否定判定がなされてステップＳ２４に移り流路切換弁３５が上流側還流モードに設定され、エンドに移る。
【００５０】
なお、本実施形態では、ステップＳ２２において、空燃比センサ５４の検出信号に基づいてリッチ燃焼時であるか否かを判定するようにしている。しかしながら、例えばアクセルセンサ５３やＮＥセンサ５１の検出信号に基づいて現在が加速時であるか否かを判定することにより、現在リッチ燃焼時であるか否かを判定してもよく、また筒内噴射用インジェクタ１５への燃料噴射量の指令値に基づいて現在がリッチ燃焼時であるか否かを判定するようにしてもよい。
【００５１】
図６は、燃焼室１２での燃焼状態と変化と流路切換弁３５の還流モードの変化を示している。この図６に示すように、時刻ｔ２までは、理論空燃比での通常燃焼が実行されるため、流路切換弁３５が上流側還流モードに設定される。このように通常燃焼の実行時には、排気に粒子状物質がさほど多く含まれていないため、排気浄化装置２７の上流側から排気を還流させることにより、未燃燃料を吸気通路２２に還流させて燃費向上効果を得る。そして、時刻ｔ２に、内燃機関１０が加速状態となりリッチ燃焼に切り換わると、流路切換弁３５が下流側還流モードに切り替る。これにより、煤が発生しやすいリッチ燃焼の実行時には、排気を排気浄化装置２７により浄化した後に排気還流通路３０に導入して、同排気還流通路３０のデポジット堆積を抑制する。
【００５２】
以上詳述した本実施形態によれば、上記第１の実施形態の（２）の作用効果と以下の作用効果を奏することができる。
（３）本実施形態の内燃機関７０では、リッチ燃焼と通常燃焼とが選択的に実行される。そして、電子制御装置８０は、リッチ燃焼の実行時には流路切換弁３５を下流側還流モードに設定し、通常燃焼の実行時には流路切換弁３５を上流側還流モードが選択するようにしている。これにより排気中の煤が多くなりやすいリッチ燃焼が実行されるときには、燃焼室１２から排出される排気が排気浄化装置２７を通過した後に吸気通路２２に還流されるため、排気中の煤を低減させた後にこの排気を吸気通路２２に還流させることができ、排気還流通路３０にデポジットが堆積することを抑制することができる。また、通常燃焼が実行されるときには、排気に煤がさほど多くふくまれないため、排気浄化装置２７を通過していない排気を吸気通路２２に還流させることにより、未燃燃料をできる限り多く含んだ状態の排気を吸気通路２２に還流させることができ、燃費の向上を図ることができる。
【００５３】
（その他の実施形態）
なお上記実施形態は以下のように適宜変更してもよい。
・上記第２の実施形態では、内燃機関７０が筒内噴射用インジェクタ１５のみを備えるようにしたが、筒内噴射用インジェクタに代わり吸気通路噴射用インジェクタのみを備える構成であってもよい。
【００５４】
・上記各実施形態では、インジェクタ１４，１５の切り換えや燃焼室１２で燃焼する混合気の空燃比が変更されると、流路切換弁３５を上流側還流モードと下流側還流モードとに即座に切り換えるようにしている。しかしながら、流路切換弁を上流側還流モードと下流側還流モードとに切り換えるにあたり、流路切換弁の急激な作動に起因する排気還流通路や排気通路の流れや燃焼室へ供給される排気成分の急変を抑制すべく、流路切換弁をゆっくり作動するようにしてもよい。
【００５５】
すなわち、先の図１に示すような２つのインジェクタによる燃料噴射の切り換えが実行される内燃機関においては、図７に示すように、例えば吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射から筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射に切り換わっても、流路切換弁をゆっくり作動して上流側還流モードから下流側還流モードへと徐々に変更する。そして、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射から吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射に切り換わるときにおいても、同様に、流路切換弁を下流側還流モードから上流側還流モードへと徐々に変更する。なお、このように流路切換弁の還流モードを切り換えるにあたり、流路切換弁の作動が開始してから終了するまでの間は、流路切換弁が図１の実線に示す状態と破線に示す状態との間の状態となり、排気通路における排気浄化装置の上流側及び下流側の双方から排気が吸気通路に還流されることとなる。
【００５６】
また、リッチ燃焼と通常燃焼とで流路切換弁の還流モードを切換える場合においても、同様に、流路切換弁をゆっくりと作動して流路切換弁の還流モードを徐々に変更するようにしてもよい。
【００５７】
・上記各実施形態では、燃料噴射が実行されるインジェクタ１４，１５や燃焼室１２で燃焼する混合気の空燃比に応じて、流路切換弁３５を上流側還流モードと下流側還流モードとの何れかに設定するようにしている。しかしながら、流路切換弁３５の作動位置を、図１及び図４の実線に示す状態と破線に示す状態との間の状態に維持して排気通路２３における排気浄化装置２７の上流側及び下流側の双方から排気が吸気通路２２に還流させる双方還流モードにも設定可能としてもよい。そして、流路切換弁３５を上流側還流モードと下流側還流モードと双方還流モードとの何れかに設定可能とし、さらに双方還流モードにおいては上流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量と下流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量との比率を任意に制御するようにしてもよい。
【００５８】
具体的には、吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの燃料噴射が同時に実行可能な内燃機関においては、図８に示すように、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の比率が高いほど煤の発生量が多くなることから、排気還流制御が実行される場合に下流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量（下流側還流比率）を多くする。すなわち、吸気通路噴射用インジェクタのみによる燃料噴射の実行時（筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の比率０％）には、流路切換弁が上流側還流モードに設定され、筒内噴射用インジェクタのみによる燃料噴射の実行時（筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の比率１００％）には、流路切換弁が下流側還流モードに設定される。そして、吸気通路噴射用インジェクタ及び筒内噴射用インジェクタの双方により燃料噴射が実行されるときには、流路切換弁３５が双方還流モードに設定され、且つ筒内噴射用インジェクタによる燃料比率が高くなるほど下流側還流比率を高くする。
【００５９】
また、図９に示すように、内燃機関がリッチ燃焼と通常燃焼とを行う場合には、リッチ度合が高いほど煤の発生量が多くなることから、下流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量（下流側還流比率）を多くする。すなわち、リッチ度合がかなり高いときには流路切換弁を下流側還流モードに設定し、理論空燃比となると流路切換弁を上流側還流モードに設定し、リッチ度合がその間となる燃焼時には流路切換弁を双方還流モードに設定しつつ且つリッチ度合が低いほど下流側還流比率を低くするようにしてもよい。
【００６０】
・上記各実施形態では、燃料を噴射する２つのインジェクタによる燃料噴射比率や混合気の空燃比に応じて、上流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量と下流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量との比率を制御するようにしている。しかしながら、煤の発生量に基づいて上流側及び下流側の各還流通路から吸気通路に排気を還流させればよく、例えば排気中の煤の量をセンサなどにより直接検出して、検出される煤の発生量に基づいて上流側及び下流側の還流通路を通じて還流される排気の比率を制御するようにしてもよい。そして、その場合には、この比率を任意に制御するようにしてもよいし、単に煤の発生量が所定量以上であるときには、下流側還流通路を通じて吸気通路に排気を還流させ、煤の発生量が所定量未満であるときには、上流側還流通路を通じて吸気通路に排気を還流させるようにしてもよい。さらに、内燃機関の冷却水温などその他の検出結果に基づいて燃焼室における混合気の燃焼状態を推定することにより燃焼室での煤の発生量を推定し、この推定される煤の量に基づいて上流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量と下流側還流通路を通じて吸気通路に還流させる排気の量との比率を制御するようにしてもよい。
【００６１】
・上記各実施形態では、排気還流通路３０が吸気側通路３１を上流側還流通路３２と下流側還流通路３３とを備え、これらの接続部位には流路切換弁３５が調整機構として設けられている。しかしながら、調整機構の態様は流路切換弁３５以外のものであってもよい。また、排気還流通路は、上流側還流通路が排気通路及び吸気通路の双方に直接接続され、下流側還流通路３３も排気通路及び吸気通路の双方に直接接続されて、上流側及び還流側の各還流通路のそれぞれに排気還流弁が設けられる構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明にかかる第１の実施形態において、排気還流装置が適用される内燃機関及びその周辺機構を示す模式図。
【図２】第１の実施形態において、排気還流制御の実行手順を示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態において、２つのインジェクタによる燃料噴射態様と流路切換弁の還流モードの切り換え態様を示すタイミングチャート。
【図４】本発明にかかる第２の実施形態において、排気還流装置が適用される内燃機関及びその周辺機構を示す模式図。
【図５】第２の実施形態において、排気還流制御の実行手順を示すフローチャート。
【図６】第２の実施形態において、燃焼室での燃焼状態と流路切換弁の還流モードの切り換え態様を示すタイミングチャート。
【図７】本発明にかかる他の実施形態において、流路切換弁の還流モードの切り換え態様を示すタイミングチャート。
【図８】本発明にかかる他の実施形態において、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射比率に対する下流側還流比率との関係を示すグラフ。
【図９】本発明にかかる他の実施形態において、空燃比に対する下流側還流比率との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６３】
１０，７０…内燃機関、１１…気筒、１２…燃焼室、１４…吸気通路噴射用インジェクタ、１５…筒内噴射用インジェクタ、１６…点火プラグ、２０…クランクシャフト、２１…スロットルバルブ、２２…吸気通路、２３…排気通路、２４…吸気バルブ、２５…排気バルブ、２６…ピストン、２７…排気浄化装置、３０…排気還流通路、３１…吸気側通路、３２…上流側還流通路、３３…下流側還流通路、３４…排気還流弁、３５…流路切換弁、３６…ＥＧＲクーラ、５１…ＮＥセンサ、５２…水温センサ、５３…アクセルセンサ、５４…空燃比センサ、６０，８０…電子制御装置。
【図１】
2010059879.tif 000003
【図２】
2010059879.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010059879.tif 000008
【図７】
2010059879.tif 000009
【図８】
2010059879.tif 000010
【図９】
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