(57)【要約】【課題】ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、排気通路に備えたセンサの測定値に基づいて行われるＥＧＲ制御を、内燃機関のより広い運転領域において実行可能にする技術を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化手段と、前記排気浄化手段より下流側の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を調節するＥＧＲガス量調節手段と、排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを調節する調節手段と、排気の所定の特性を測定する測定手段と、前記測定手段による測定値に基づいて前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が所定の閾値より速い場合、排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングが遅くなるように前記調節手段を制御する。【選択図】図６
2010229873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化手段と、
前記排気浄化手段より下流側の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を調節するＥＧＲガス量調節手段と、
排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを調節する調節手段と、
排気の所定の特性を測定する測定手段と、
前記測定手段による測定値に基づいて前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が所定の閾値より速い場合、排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングが遅くなるように前記調節手段を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記調節手段は、排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するまでに流通する経路の通路容積を変更する手段を有し、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記閾値より速い場合、前記通路容積を拡大させるように前記調節手段を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記調節手段は、前記内燃機関の排気量を調節する手段を有し、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記閾値より速い場合、前記内燃機関の排気量を減少させるように前記調節手段を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記調節手段は、前記内燃機関の吸気通路に流入する空気量を調節する手段を有し、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記閾値より速い場合、前記内燃機関の吸気通路に流入する空気量を減少させるように前記調節手段を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項５】
請求項１において、
前記排気浄化手段よりも上流側の排気通路に設けられたタービンと前記ＥＧＲ通路の接続箇所より下流側の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有する過給機と、
前記タービンより上流側の排気通路と前記コンプレッサより下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、
を更に備え、
前記調節手段は、前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気及び前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の総量に対する前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の量の比率を調節する手段を有し、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記閾値より速い場合、前記比率を高くするように前記調節手段を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項６】
請求項１において、
前記調節手段は、
前記内燃機関の排気量を調節する手段と、
前記内燃機関の吸気通路に流入する空気量を調節する手段と、
前記排気浄化手段よりも上流側の排気通路に設けられたタービンと前記ＥＧＲ通路の接続箇所より下流側の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有する過給機と、前記タービンより上流側の排気通路と前記コンプレッサより下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、を更に備えた構成において、前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気及び前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の総量に対する前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の量の比率を調節する手段と、
の少なくともいずれかを有し、更に、
前記調節手段は、排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するまでに流通する経路の通路容積を変更する手段を有し、
前記制御手段は、
前記内燃機関の回転数が前記閾値より速く且つ負荷が所定負荷より高い場合、前記通路容積を拡大させるように前記調節手段を制御し、
前記内燃機関の回転数が前記閾値より速く且つ負荷が前記所定負荷以下の場合、前記調節手段が前記各手段のうちいずれを有しているかに応じて、前記内燃機関の排気量を減少させるか、前記内燃機関の吸気通路に流入する空気量を減少させるか、又は、前記比率を高くするか、のうち少なくともいずれかとなるように前記調節手段を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
前記排気の特性を変化させる変化手段を更に備え、
前記制御手段は、前記変化手段により前記排気の特性を変化させ、当該特性の変化が前記測定手段により測定されるタイミングを推定し、当該推定したタイミングと、前記変化手段による排気の特性の変化が実際に前記測定手段により測定されるタイミングと、の誤差に基づいて、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量の制御を補正することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記制御手段は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を所定流量以下に制御した状態で、前記変化手段により前記排気の特性を変化させることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項９】
内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化手段と、
前記排気浄化手段より下流側の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を調節するＥＧＲガス量調節手段と、
排気の所定の特性を測定する測定手段と、
前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量が、前記測定手段による測定値に基づいて設定される目標値となるように、前記ＥＧＲガス量調節手段を制御する制御手段と、
前記測定手段による測定値が得られてから、当該測定された特性を有する排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの時間差が、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量が前記目標値となるように前記ＥＧＲガス量調節手段の制御を開始してから、実際に前記吸気通路に流入する排気の量が当該目標値に一致するまでの時間差よりも、前記内燃機関の回転数に依らず長くなるなるように、前記ＥＧＲガス量調節手段及び前記測定手段を配置することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記排気通路における前記ＥＧＲ通路の分岐部から前記測定手段による測定が行われる位置までの経路の、排気の流れの向きに沿って測った通路容積に対して、
前記排気通路における前記ＥＧＲ通路の分岐部から前記ＥＧＲガス量調節手段までの経路の、排気の流れの向きに沿って測った通路容積が、
一定以上大きくなるように、前記測定手段及び前記ＥＧＲガス量調節手段を配置することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
前記排気浄化手段より上流側の排気に燃料を添加する燃料添加手段を更に備え、
前記測定手段は、排気の空燃比を測定する手段であり、
前記制御手段は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気が流入する条件下で前記燃料添加手段によって排気に燃料が添加される場合に、当該燃料の添加に伴う排気の空燃比の変動に起因して前記内燃機関の吸気の空燃比が変動しないように、前記測定手段による測定値に基づいて前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を制御する手段であることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＥＧＲ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気の一部を吸気通路に流入させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関が知られている。また、排気通路にＰＭフィルタやＮＯｘ触媒等の排気浄化装置を備えた内燃機関において、排気浄化装置の上流側の排気に燃料を添加してＰＭフィルタの再生処理やＮＯｘ触媒の還元処理を行うことが知られている。
【０００３】
排気に燃料が添加されると、添加された燃料が排気中や排気浄化装置において化学反応することによって、排気中の酸素が消費され、排気の酸素濃度が低下する。ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、燃料の添加に伴って酸素濃度の低下した排気がＥＧＲ装置によって吸気通路に流入すると、内燃機関の吸気の酸素濃度が変動し、内燃機関において燃焼変動が生じたり排気性能が悪化したりする可能性がある。
【０００４】
この問題に対して、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において排気に燃料添加を行う場合に、添加する燃料量に応じてＥＧＲガス量を減少させることによって、吸気の酸素濃度の変動を抑制することを図った技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０８７２３号公報
【特許文献２】特開平１１−１５９４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この問題に対して、燃料添加に伴う排気の酸素濃度の変動を排気通路に備えた空燃比センサによって測定し、その測定値に基づいてＥＧＲ制御を行うことによって吸気の変動を抑制するようにすることも考えられる。
【０００７】
このように排気通路に備えた空燃比センサによる測定値に基づいてＥＧＲ制御を行う場合、空燃比センサ及びＥＧＲ弁の搭載位置の関係によっては、空燃比センサによる測定値が得られてからその空燃比の排気がＥＧＲ弁を通過するまでの時間が短過ぎて、当該測定値に基づいてＥＧＲ制御を行うために必要な時間を確保できない可能性がある。
【０００８】
特に、内燃機関の回転数が高くなるほど排気がＥＧＲ弁に到達するタイミングが早くなるので、内燃機関の高速回転領域では空燃比センサによる測定値に基づいたＥＧＲ制御を好適に実行できないという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、排気通路に備えたセンサの測定値に基づいて行われるＥＧＲ制御を、内燃機関のより広い運転領域において実行可能にする技術を提供することを目的とする。また、本発明は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、ＥＧＲ装置による排気の再循環が行われる条件下で排気へ燃料が供給される場合に、燃料供給に伴って吸気の空燃比が変動しないように排気通路に備えた空燃比センサの測定値に基づいて行われるＥＧＲ制御を、内燃機関のより広い運転領域において実行可能にする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ制御システムは、
内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化手段と、
前記排気浄化手段より下流側の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を調節するＥＧＲガス量調節手段と、
排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを調節する調節手段と、
排気の所定の特性を測定する測定手段と、
前記測定手段による測定値に基づいて前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が所定の閾値より速い場合、排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングが遅くなるように前記調節手段を制御することを特徴とする。
【００１１】
測定手段による測定値が得られてから、当該測定された特性を有する排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するまでには、遅れがある（以下、「還流遅れ」という）。また、ＥＧＲガス量が所定の目標値となるようにＥＧＲガス量調節手段の制御を開始してから、実際のＥＧＲガス量が当該目標値に一致するまでにも、遅れがある（以下、「応答遅れ」という）。
【００１２】
測定手段による測定値に基づいてＥＧＲガス量制御を行うためには、測定手段による測定値が得られてから、当該測定された特性を有する排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの間に、当該測定値に基づいて求められる目標ＥＧＲガス量に実際のＥＧＲガス量を一致させるために必要な時間を確保できなければならない。つまり、還流遅れが応答遅れより短い場合、測定手段による測定値に基づくＥＧＲガス量制御は成立しなくなる。
【００１３】
ここで、還流遅れは内燃機関の回転数が高くなるほど短くなる傾向がある。従って、内燃機関が高回転数の運転条件において、測定手段による測定値に基づくＥＧＲガス量制御が成立しなくなる虞がある。
【００１４】
この点本発明のＥＧＲ制御システムでは、内燃機関の回転数が所定の閾値より高回転数の運転条件において、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを遅くする制御が行われる。従って、還流遅れが拡大する。これにより、内燃機関が高回転数の運転条件においても、還流遅れが応答遅れより短くならないようにすることができる。つまり、内燃機関のより広い運転領域において、測定手段による測定値に基づくＥＧＲガス量制御が好適に成立するようにすることが可能となる。
【００１５】
ここで内燃機関の回転数に関する「所定の閾値」とは、還流遅れが応答遅れ以上となるか否かを判定するための内燃機関の回転数の基準値である。例えば、還流遅れが応答遅れより短くならない回転数の上限値に基づいて定めることができる。また、「排気の所定の特性」とは、例えば排気の空燃比、酸素濃度、温度、ＮＯｘ量等であり、これらの特性を測定する測定手段は、空燃比センサ、酸素濃度センサ、温度センサ、ＮＯｘセンサ等である。
【００１６】
本発明において、
前記調節手段は、排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するまでに流通する経路の通路容積を変更する手段を有し、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記閾値より速い場合、前記通路容積を拡大
させるように前記調節手段を制御するようにしても良い。
【００１７】
排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するまでに流通する経路の通路容積が拡大することにより、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを遅らせることができる。
【００１８】
本発明において、
前記調節手段は、前記内燃機関の排気量を調節する手段を有し、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記閾値より速い場合、前記内燃機関の排気量を減少させるように前記調節手段を制御するようにしても良い。
【００１９】
内燃機関の排気量が減少することにより、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの経路を流通する際の流量が減少するので、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを遅らせることができる。
【００２０】
本発明において、
前記調節手段は、前記内燃機関の吸気通路に流入する空気量を調節する手段を有し、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記閾値より速い場合、前記内燃機関の吸気通路に流入する空気量を減少させるように前記調節手段を制御するようにしても良い。
【００２１】
内燃機関の吸気通路に流入する空気量が減少することにより、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの経路を流通する際の流量が減少するので、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを遅らせることができる。
【００２２】
本発明において、
前記排気浄化手段よりも上流側の排気通路に設けられたタービンと前記ＥＧＲ通路の接続箇所より下流側の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有する過給機と、
前記タービンより上流側の排気通路と前記コンプレッサより下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、
を更に備え、
前記調節手段は、前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気及び前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の総量に対する前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の量の比率を調節する手段を有し、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記閾値より速い場合、前記比率を高くするように前記調節手段を制御するようにしても良い。
【００２３】
ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気及び高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の総量が等しい条件下で高圧ＥＧＲガス量の比率が高くなるとこにより、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の流量が減少する。よって、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの経路を流通する際の流量が減少するので、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを遅らせることができる。
【００２４】
本発明においては、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを遅らせるための手段として、上記のような種々の手段を用いることができるが、これらの手段を内燃機関の負荷に応じて選択するようにしても良い。
【００２５】
例えば、本発明において、
前記調節手段は、
前記内燃機関の排気量を調節する手段と、
前記内燃機関の吸気通路に流入する空気量を調節する手段と、
前記排気浄化手段よりも上流側の排気通路に設けられたタービンと前記ＥＧＲ通路の
接続箇所より下流側の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有する過給機と、前記タービンより上流側の排気通路と前記コンプレッサより下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、を更に備えた構成において、前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気及び前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の総量に対する前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の量の比率を調節する手段と、
の少なくともいずれかを有し、更に、
前記調節手段は、排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するまでに流通する経路の通路容積を変更する手段を有し、
前記制御手段は、
前記内燃機関の回転数が前記閾値より速く且つ負荷が所定負荷より高い場合、前記通路容積を拡大させるように前記調節手段を制御し、
前記内燃機関の回転数が前記閾値より速く且つ負荷が前記所定負荷以下の場合、前記調節手段が前記各手段のうちいずれを有しているかに応じて、前記内燃機関の排気量を減少させるか、前記内燃機関の吸気通路に流入する空気量を減少させるか、又は、前記比率を高くするか、のうち少なくともいずれかとなるように前記調節手段を制御するようにしても良い。
【００２６】
内燃機関の排気量を減少させたり、空気量を減少させたり、高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の比率を高くしたりするように調節手段を制御すると、吸気温度や吸入空気量に影響があるため、特に高負荷運転状態では出力不足や排気悪化等の問題が生じる可能性がある。一方、通路容積を拡大させるように調節手段を制御する場合には、吸気温度や吸入空気量への影響が小さいので、高負荷運転状態においてもそのような問題が生じる虞はない。
【００２７】
上記構成において、内燃機関の負荷に関する「所定負荷」とは、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングが遅くなるようにする制御を、内燃機関の排気量を減少させる制御や、空気量を減少させる制御や、或いは高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の比率を高くする制御により実施した場合に、出力不足や排気悪化等の問題が生じるか否かを判定するための、内燃機関の負荷の基準値である。
【００２８】
上記構成によれば、所定負荷より負荷が高い高負荷の運転状態においては、通路容積を拡大させるように調節手段の制御が行われるので、内燃機関の出力不足や排気悪化といった問題が生じることを抑制しつつ、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを遅らせることが可能となる。
【００２９】
測定手段による測定値に基づくＥＧＲガス量制御は、測定手段による測定値に基づいてＥＧＲガス量の目標値を算出し、当該測定された特性を有する排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングを還流遅れに基づいて推定し、当該タイミングにおいて実際のＥＧＲガス量が算出した目標値に一致するように応答遅れを考慮してＥＧＲガス量調節手段を制御することによって行うことができる。
【００３０】
従って、測定手段による測定値に基づくＥＧＲガス量制御を精度良く行うためには、還流遅れを精度良く推定する必要がある。ところが、排気の流通環境の経時的な変化や製品毎のばらつき等によって、推定精度が十分でなくなる場合がある。
【００３１】
そこで、本発明において、
前記排気の特性を変化させる変化手段を更に備え、
前記制御手段は、前記変化手段により前記排気の特性を変化させ、当該特性の変化が前記測定手段により測定されるタイミングを推定し、当該推定したタイミングと、当該特性の変化が実際に前記測定手段により測定されるタイミングと、の誤差に基づいて、前記Ｅ
ＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量の制御を補正するようにしても良い。
【００３２】
このように、変化手段によって意図的に排気の特性を変化させ、当該特性の変化が測定手段によって測定されるタイミングの推定値と実測値との誤差を求めることにより、排気の流通環境の現状と推定の前提とのずれを把握することができる。このずれは還流遅れの推定値にも同様に影響していると考えられるので、この誤差に基づいて還流遅れの推定値を補正することができる。これにより、測定手段による測定値に基づくＥＧＲガス量制御を、排気の流通環境の経時的な変化や製品毎のばらつき等に応じて補正することが可能となる。よって、測定手段による測定値に基づくＥＧＲガス量制御を精度良く実行することが可能となる。
【００３３】
このような補正処理のために排気の特性を意図的に変化させた場合に、当該特性の変化した排気がＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入すると、吸気の特性が変化してしまう場合がある。そうすると燃焼変動や排気悪化が生じる虞がある。
【００３４】
そこで、本発明において、
前記制御手段は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を所定流量以下に制御した状態で、前記変化手段により前記排気の特性を変化させるようにしても良い。
【００３５】
ここで、「所定流量」とは、変化手段により特性が変化させられた排気がその流量で吸気通路に流入したとしても燃焼変動や排気悪化の程度が許容範囲内に収まるようなＥＧＲガス量である。ＥＧＲガス量を所定流量以下にすることは、ＥＧＲガス量をゼロにすることを含む。
【００３６】
このように、排気の特性を変化させても吸気の特性への影響が無視できるような条件下でＥＧＲガス量制御の補正処理を行うことによって、燃焼変動や排気悪化を招くことなく補正処理を行うことが可能となる。
【００３７】
以上説明した本発明のＥＧＲ制御システムは、内燃機関の回転数が閾値より早い高回転数の運転条件において還流遅れが応答遅れより短くなるので、そのような高回転数の運転条件において還流遅れを拡大させる制御を行うことによって、還流遅れが応答遅れより短くならないようにすることを旨とする。これにより、高回転数の運転条件を含む内燃機関の広い運転領域において測定手段による測定値に基づいたＥＧＲガス量制御が成立するようにすることができる。
【００３８】
これに対して、内燃機関の回転数に依らず常に還流遅れが応答遅れ以上となるように、測定手段及びＥＧＲガス量調節手段を配置することにより、高回転数の運転条件を含む内燃機関の広い運転領域において測定手段による測定値に基づいたＥＧＲガス量制御が成立するようにしても良い。
【００３９】
すなわち、本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システムは、
内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化手段と、
前記排気浄化手段より下流側の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量を調節するＥＧＲガス量調節手段と、
排気の所定の特性を測定する測定手段と、
前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量が、前記測定手段による測
定値に基づいて設定される目標値となるように、前記ＥＧＲガス量調節手段を制御する制御手段と、
前記測定手段による測定値が得られてから、当該測定された特性を有する排気が前記ＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの時間差が、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に流入する排気の流量が前記目標値となるように前記ＥＧＲガス量調節手段の制御を開始してから、実際に前記吸気通路に流入する排気の量が当該目標値に一致するまでの時間差よりも、前記内燃機関の回転数に依らず長くなるように、前記ＥＧＲガス量調節手段及び前記測定手段を配置するようにしても良い。
【００４０】
ＥＧＲガス量調節手段及び測定手段をこのように配置すれば、測定手段による測定値が得られてから、当該測定された特性を有する排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するまでの間に、当該測定値に基づいて求められる目標ＥＧＲガス量に実際のＥＧＲガス量を一致させるために必要な時間を、内燃機関の回転数に依らず常に確保することができる。従って、内燃機関の回転数に依らず常に測定手段による測定値に基づいたＥＧＲガス量の制御が成立するようにできる。
【００４１】
このような測定手段及びＥＧＲガス量調節手段の配置としては、例えば、
前記排気通路における前記ＥＧＲ通路の分岐部から前記測定手段による測定が行われる位置までの経路の、排気の流れの向きに沿って測った通路容積に対して、
前記排気通路における前記ＥＧＲ通路の分岐部から前記ＥＧＲガス量調節手段までの経路の、排気の流れの向きに沿って測った通路容積が、
一定以上大きくなるように、前記測定手段及び前記ＥＧＲガス量調節手段を配置することができる。
【００４２】
「排気の流れの向きに沿って測った通路容積」とは、以下の意味で正負を定義した容積である。すなわち、ＥＧＲ通路の分岐部より排気の流れに沿って下流側に測定手段が配置される場合には、当該分岐部から測定手段までの経路の、排気の流れの向きに沿って測った通路容積は正であるとする。一方、ＥＧＲ通路の分岐部より排気の流れに沿って上流側に測定手段が配置される場合には、当該分岐部から測定手段までの経路の、排気の流れの向きに沿って測った通路容積は負とする。
【００４３】
ここで「一定以上大きくする」とは、例えば、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングが最も早くなる内燃機関の運転条件において、ＥＧＲ通路の分岐部から測定手段までの経路を排気が流通するのに要する時間と、ＥＧＲ通路の分岐部からＥＧＲガス量調節手段までの経路を排気が流通するのに要する時間と、の差が、ＥＧＲガス量制御の応答遅れ以上となるように、両経路の容積に差を設けることである。「排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングが最も早くなる内燃機関の運転条件」は、内燃機関が最高回転数としても良いし、内燃機関の最も頻繁に使用される運転領域における最高回転数としても良い。
【００４４】
排気に燃料を添加する燃料添加弁を備えた構成において、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気が流入する条件下で燃料添加弁から排気に燃料が添加されると、当該燃料添加に伴って空燃比の変動した排気がＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入し、それによって吸気の空燃比が変動し、燃焼変動や排気悪化をもたらす場合がある。
【００４５】
これに対して、燃料添加に伴って変動した空燃比を測定手段によって測定し、その測定結果に基づいて、当該変動した空燃比の排気がＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入しても吸気の空燃比が変動しないように、ＥＧＲガス量を制御することにより、燃料添加時に燃焼変動や排気悪化が生じることを抑制できる。
【００４６】
このように、燃料添加時の吸気の空燃比の変動を抑制するように、排気の空燃比の測定値に基づいて行われるＥＧＲガス量の制御を、ここではリッチスパイク対応制御と称する。リッチスパイク対応制御を行うことにより、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気が流入する運転条件下においても、燃焼変動や排気悪化を招くことなく燃料添加を行うことが可能となるので、内燃機関のより広い運転領域において、ＰＭ再生処理やＮＯｘ還元処理等の排気燃料添加を伴う排気浄化処理等を行うことが可能となる。
【００４７】
リッチスパイク対応制御は、測定手段による測定値に基づいてＥＧＲガス量を制御することにより行われるので、上述したように内燃機関の回転数が高い運転条件下で好適に実行できない場合があった。そのため、高回転数の運転条件下では排気への燃料添加を行うことができず、従って排気燃料添加を伴う排気浄化処理を実施可能な運転条件が限られるという問題があった。
【００４８】
これに対して、リッチスパイク対応制御を行うＥＧＲ制御システムについて本発明を適用することにより、高回転数の運転条件下においてもリッチスパイク対応制御を行うことが可能となる。従って、内燃機関のより広い運転領域において、ＰＭ再生処理やＮＯｘ還元処理等の排気燃料添加を伴う排気浄化処理を実施することが可能となる。
【００４９】
ＥＧＲ通路を介して吸気通路に流入する排気の流量を絞った上で排気に燃料を添加することによって、排気がＥＧＲガス量調節手段に到達するタイミングの推定を補正することができる。上記リッチスパイク対応制御を実施する直前にこの補正処理を行うようにしても良い。これにより、リッチスパイク対応制御をより好適に実施することが可能となる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、排気通路に備えたセンサの測定値に基づいて行われるＥＧＲ制御を、内燃機関のより広い運転領域において実行することが可能になる。また、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、ＥＧＲ装置による排気の再循環が行われる条件下で排気へ燃料が添加される場合に、燃料添加に伴う吸気の空燃比の変動を抑制するように排気通路に備えた空燃比センサの測定値に基づいて行われるＥＧＲ制御を、内燃機関のより広い運転領域において実行することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１及び２に係るＥＧＲ制御システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例１〜３に係るＥＧＲ制御システムにおけるＥＧＲ制御マップを示す図である。
【図３】実施例１〜３に係るＥＧＲ制御システムにおける低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数と低圧ＥＧＲガス量との関係を示す図である。
【図４】実施例１及び２に係るＥＧＲ制御システムにおいて還流遅れが低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れ以上である場合に、燃料添加弁から排気に燃料添加を行ったときの燃料添加指令値（図（Ａ））、燃料添加弁付近の排気の空燃比（図（Ｂ））、空燃比センサ付近の排気の空燃比（図（Ｃ））、低圧ＥＧＲ弁付近の排気の空燃比（図（Ｄ））、当該燃料添加に伴う排気の空燃比の変動に起因して吸気の空燃比が変動しないための目標空気量（図（Ｅ））及び目標低圧ＥＧＲガス量（図（Ｆ））、低圧ＥＧＲ弁への開度指令値（図（Ｇ））、実際の低圧ＥＧＲガス量（図（Ｈ））、の時間変化の一例を示すタイムチャートである。
【図５】実施例１及び２に係るＥＧＲ制御システムにおいて還流遅れが低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れより短い場合に燃料添加弁から排気に燃料添加を行ったときの燃料添加指令値（図（Ａ））、燃料添加弁付近の排気の空燃比（図（Ｂ））、空燃比センサ付近の排気の空燃比（図（Ｃ））、低圧ＥＧＲ弁付近の排気の空燃比（図（Ｄ））、当該燃料添加に伴う排気の空燃比の変動に起因して吸気の空燃比が変動しないための目標空気量（図（Ｅ））及び目標低圧ＥＧＲガス量（図（Ｆ））、低圧ＥＧＲ弁への開度指令値（図（Ｇ））、実際の低圧ＥＧＲガス量（図（Ｈ））、の時間変化の一例を示すタイムチャートである。
【図６】実施例１に係るＥＧＲ制御システムにおけるリッチスパイク対応制御を表すフローチャートである。
【図７】実施例２に係るＥＧＲ制御システムにおける還流遅れの推定値の補正処理を説明するためのタイムチャートである。図（Ａ）は燃料添加指令値、図（Ｂ）は燃料添加弁付近の排気の空燃比、図（Ｃ）は空燃比センサ付近の排気の空燃比、図（Ｄ）は低圧ＥＧＲ弁付近の排気の空燃比の時間変化、実測値、推定値又は補正値の一例を示す。
【図８】実施例２に係るＥＧＲ制御システムにおける還流遅れの推定値の補正処理を表すフローチャートである。
【図９】実施例３に係るＥＧＲ制御システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。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】
【００５３】
実施例１に係る内燃機関のＥＧＲ制御システムを説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関のＥＧＲ制御システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。図１においてエンジン１は４つの気筒２を備え、各気筒２には気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２９が備えられている。エンジン１には、エンジン１のクランクシャフトの回転角度を測定するクランク角度センサ２２と、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を測定するアクセル開度センサ２７と、が備えられている。各気筒２は吸気マニホールド５及び排気マニホールド６に連通している。
【００５４】
吸気マニホールド５には吸気通路３が接続されている。吸気通路３には、排気マニホールド６内の排気の一部を高温高圧で吸気通路３に導く高圧ＥＧＲ通路９が接続されている。本実施例においては、高圧ＥＧＲ通路９が、本発明における高圧ＥＧＲ通路に相当する。高圧ＥＧＲ通路９の接続部より上流側の吸気通路３には、吸気通路３の流路面積を変更可能な第１スロットル弁２３が備えられている。第１スロットル弁２３より上流側の吸気通路３には、吸気を冷却するインタークーラ１１が備えられている。インタークーラ１１より上流側の吸気通路３には、過給機のコンプレッサ７が備えられている。コンプレッサ７より上流側の吸気通路３には、排気通路４内の排気の一部を低温低圧で吸気通路３に導く低圧ＥＧＲ通路１２が接続されている。本実施例においては、低圧ＥＧＲ通路１２が、本発明におけるＥＧＲ通路に相当する。低圧ＥＧＲ通路１２の接続部より上流側の吸気通路３には、吸気通路３の流路面積を変更可能な第２スロットル弁２４が備えられている。第２スロットル弁２４より上流側の吸気通路３には、吸気通路３に流入する空気量を測定するエアフローメータ２５が備えられている。エアフローメータ２５より上流側の吸気通路３には、空気中の異物を取り除くエアクリーナ２６が備えられている。
【００５５】
排気マニホールド６には上述した高圧ＥＧＲ通路９が接続されており、排気マニホールド６と吸気通路３とを連通している。また、排気マニホールド６には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁２１が備えられている。また、排気マニホールド６には排気通路４が接続されている。排気通路４には、過給機のタービン８が備えられている。タービン８より下流側の排気通路４には、排気浄化装置１７が備えられている。排気浄化装置１７は、排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ１８及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１９を有す
る。本実施例においては、排気浄化装置１７が、本発明における排気浄化手段に相当する。排気浄化装置１７より下流側の排気通路４における分岐部３０において、上述した低圧ＥＧＲ通路１２が排気通路４から分岐している。分岐部３０より下流側の排気通路４には、排気の空燃比を測定する空燃比センサ２０が備えられている。本実施例においては、排気の空燃比が、本発明における排気の特性に相当し、空燃比センサ２０が、本発明における測定手段に相当する。
【００５６】
高圧ＥＧＲ通路９には、高圧ＥＧＲ通路９の流路面積を変更する高圧ＥＧＲ弁１０が備えられている。高圧ＥＧＲ弁１０の開度を変更することによって、高圧ＥＧＲ通路９を介して吸気通路３に再循環する排気（以下、高圧ＥＧＲガスという）の流量を調節することができる。また、低圧ＥＧＲ通路１２には、低圧ＥＧＲ通路１２の流路面積を変更する低圧ＥＧＲ弁１４が備えられている。低圧ＥＧＲ弁１４の開度を変更することによって、低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に再循環する排気（以下、低圧ＥＧＲガスという）の流量を調節することができる。本実施例においては、低圧ＥＧＲ弁１４が、本発明におけるＥＧＲガス量調節手段に相当する。
【００５７】
低圧ＥＧＲ弁より上流側（すなわち、排気通路４側）の低圧ＥＧＲ通路１２には、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ１３が備えられている。低圧ＥＧＲクーラ１３の上流側と下流側とは、バイパス通路１５によって連通している。バイパス通路１５には、低圧ＥＧＲ通路１２を流通する低圧ＥＧＲガスのうちの低圧ＥＧＲクーラ１３を通過するガス量とバイパス通路１５を通過するガス量とを調節するバイパス弁１６が備えられている。バイパス弁１６の開度を調節することにより、低圧ＥＧＲガスの流通経路として、低圧ＥＧＲクーラ１３のみを通過する経路、バイパス通路１５のみを通過する経路、及び、低圧ＥＧＲクーラ１３及びバイパス通路１５の両方を通過する経路を設定可能である。本実施例においては、バイパス通路１５及びバイパス弁１６が、本発明における調節手段の有する「通路容積を変更する手段」に相当する。
【００５８】
エンジン１にはエンジン１の運転を制御するコンピュータであるＥＣＵ２８が併設されている。ＥＣＵ２８には、上述したクランク角度センサ２２、エアフローメータ２５、空燃比センサ２０、アクセル開度センサ２７が接続されており、これら各センサによる測定データがＥＣＵ２８に入力される。また、ＥＣＵ２８には、上述した燃料噴射弁２９、高圧ＥＧＲ弁１０、第１スロットル弁２３、低圧ＥＧＲ弁１４、バイパス弁１６、第２スロットル弁２４、燃料添加弁２１が接続されており、これら各機器の動作がＥＣＵ２８からの指令により制御される。ＥＣＵ２８はＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を備えた既知の構成を有し、接続された上記各センサから入力される測定データからエンジン１の運転状態や運転者の要求を取得し、それに基づいて上記各機器の制御目標値を算出し、各機器の動作を制御する。
【００５９】
本実施例のＥＧＲ制御システムでは、高圧ＥＧＲ通路９及び低圧ＥＧＲ通路１２の２系統のＥＧＲ通路を介した排気の再循環を行うことができる。高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環と、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環とは、エンジン１の運転条件に応じて切り替えられる。図２はエンジン１の運転条件（ここでは機関回転数及び機関負荷）に応じて定められる、高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環及び低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環の切り替え制御マップの概念図である。
【００６０】
図２に示すように、低負荷低回転の運転領域（図２で「ＨＰＬ」と表された領域）では、高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環が行われ、それより負荷及び／又は回転数の高い運転領域（図２で「ＨＰＬ＋ＬＰＬ」と表された領域）では高圧ＥＧＲ通路９及び低圧ＥＧＲ通路１２を併用して排気の再循環が行われ、それよりさらに負荷及び／又は回転数の高い運転領域（図２で「ＬＰＬ」と表された領域）では低圧ＥＧＲ通路１２を介した排
気の再循環が行われる。
【００６１】
各領域において高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量の目標値が設定され、高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量が当該目標値となるように、高圧ＥＧＲ弁１０及び低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御が行われる。
【００６２】
本実施例では、排気浄化装置１７について、公知の排気浄化処理が行われる。例えば、フィルタ１８に捕集されたＰＭの量がフィルタ再生処理の実施要否を判定するために定められた基準量に達したと判定されたときに、燃料添加弁２１から排気中に燃料が添加され、フィルタ１８に捕集されたＰＭを酸化させてフィルタ１８から除去する処理を行う。また、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵されたＮＯｘの量がＮＯｘ還元処理の実施要否を判定するために定められた基準量に達したと判定されたときに、燃料添加弁２１から排気中に燃料が添加され、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵されたＮＯｘをＮＯｘ触媒１９から放出させて還元浄化する処理を行う。また、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵された硫黄の量が硫黄被毒回復処理の実施要否を判定するために定められた基準量に達したと判定されたときに、燃料添加弁２１から排気中に燃料が添加され、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵された硫黄をＮＯｘ触媒１９から除去する処理が行われる。その他、触媒活性化等の各種触媒処理の実施のために、燃料添加弁２１から排気中に燃料を添加する。
【００６３】
燃料添加弁２１から排気中に燃料が添加されると、添加された燃料と排気中の酸素との化学反応が進行し、排気中の酸素が消費されるため、排気の空燃比が変動する。低圧ＥＧＲ通路１２を介して排気の再循環が行われる運転条件下で燃料添加弁２１による排気への燃料添加が行われると、空燃比の変動した排気が低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に再循環することになるので、エンジン１の吸気の空燃比が変動し、燃焼変動や排気悪化を招く虞がある。
【００６４】
そこで、本実施例のシステムでは、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環が行われる運転条件下で燃料添加弁２１による排気への燃料添加を行う場合には、燃料添加に伴って変動した空燃比を空燃比センサ２０によって測定し、その測定結果に基づいて、当該変動した空燃比の排気が低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に流入しても吸気の空燃比が変動しないように低圧ＥＧＲガス量を制御する。
【００６５】
このように、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環が行われる運転条件下で排気への燃料添加を行う場合に、当該燃料添加に起因して吸気の空燃比が変動しないように低圧ＥＧＲガス量を制御することを、本実施例では「リッチスパイク対応制御」と称する。
【００６６】
低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環が行われる運転条件下においても、リッチスパイク対応制御を実施することにより、燃焼変動や排気悪化を招くことなく排気への燃料添加を行うことが可能になる。従って、エンジン１のより広い運転領域において、排気への燃料添加を行うことが可能となる。これにより、エンジン１のより広い運転領域において、排気への燃料添加を伴う排気浄化処理を行うことができる。
【００６７】
本実施例のシステムでは、排気浄化装置１７より下流側の排気通路４に備えられた空燃比センサ２０による測定結果に基づいてリッチスパイク対応制御が行われるので、低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に流入する排気の空燃比を精度良くリッチスパイク対応制御における低圧ＥＧＲガス量の制御に反映させることができる。よって、排気燃料添加に起因して吸気の空燃比が変動することを好適に抑制することが可能である。
【００６８】
ここで、低圧ＥＧＲガス量の目標値に応じた低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御が開始されてから、実際の低圧ＥＧＲガス量（低圧ＥＧＲ弁１４を通過する低圧ＥＧＲガス量）が当該
目標値に一致するまでには、低圧ＥＧＲ弁１４やその駆動装置（例えば低圧ＥＧＲ弁１４を駆動するモータなど）の応答特性等に基づく遅れがある。この遅れを本実施例では「応答遅れ」と称する。低圧ＥＧＲガス量制御に係る応答遅れは、低圧ＥＧＲ弁１４やその駆動装置の構成等に依って決まる略一定の時間である。
【００６９】
一方、同時にエンジン１から排出された排気が、空燃比センサ２０によってその空燃比が測定されるタイミングと、低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングと、の間には、時間差がある。この時間差を本実施例では「還流遅れ」と称する。この還流遅れは、排気が空燃比センサ２０に到達するまでに流通する経路と、低圧ＥＧＲ弁１４に到達するまでに流通する経路との相違や、それら各経路を流通する際の排気の流量の相違等に基づく。
【００７０】
本実施例のＥＧＲ制御システムの構成においては、同時にエンジン１から排出された排気は、排気通路４における低圧ＥＧＲ通路１２の分岐部３０までは同一の経路を流通するが、空燃比センサ２０によってその空燃比が測定される排気は、低圧ＥＧＲ通路１２の分岐部３０を通過後、排気通路４における図１で網模様を施した部分の経路（容積ＶＡ）を流通して、空燃比センサ２０に到る。
【００７１】
一方、排気通路４における低圧ＥＧＲ通路１２の分岐部３０から低圧ＥＧＲ通路１２に流入した低圧ＥＧＲガスは、低圧ＥＧＲ通路１２における図１で斜線を施した部分の経路を流通して、低圧ＥＧＲ弁１４に到達する。この経路の容積はバイパス弁１６による上記の経路選択に応じて異なる。例えば、バイパス弁１６により、低圧ＥＧＲクーラ１３のみを通過する経路が選択されている場合には、低圧ＥＧＲガスの流通経路の容積はＶＢである。バイパス弁１６により、低圧ＥＧＲクーラ１３及びバイパス通路１５（容積ＶＣ）を通過する経路が選択されている場合には、低圧ＥＧＲガスの流通経路の容積はＶＢ＋ＶＣである。
【００７２】
本実施例のＥＧＲ制御システムの構成では、還流遅れは、分岐部３０から低圧ＥＧＲ通路１２に流入しなかった排気が容積ＶＡの経路を流通するのに要する時間と、分岐部３０から低圧ＥＧＲ通路１２に流入した排気が容積ＶＢ（或いはＶＢ＋ＶＣ等）の経路を流通するのに要する時間と、の差に基づく。
【００７３】
低圧ＥＧＲ通路１２に流入した排気が容積ＶＢの経路を流通するのに要する時間（以下、低圧ＥＧＲ通路流通時間という）をサイクル数で表すと、数１のようになる。
【数１】
2010229873.tif 000003
【００７４】
これを以下「低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数」と称する。数１において、ＶＢは上述したように排気通路４における低圧ＥＧＲ通路１２の分岐部３０から低圧ＥＧＲ弁１４までの低圧ＥＧＲ通路１２の容積（バイパス通路１５を通過しない経路が選択されている場合）、βは低圧ＥＧＲ通路１２及び高圧ＥＧＲ通路９を介して吸気通路３に再循環する排気の総量（以下「全ＥＧＲガス量」という）Ｇｅｇｒに対する、低圧ＥＧＲガス量Ｇｌｐｌの比率Ｇｌｐｌ／Ｇｅｇｒの逆数（Ｇｅｇｒ／Ｇｌｐｌ）、Ｖはエンジン１の排気量、ηは体積効率、αは温度圧力補正係数であり、低圧ＥＧＲガスの温度Ｔａ、圧力Ｐａ、吸気マニホールド５における吸気の温度Ｔｂ、圧力Ｐｂとした場合、
2010229873.tif 000004
である。
【００７５】
図３は、種々の低圧ＥＧＲガス量における低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数を、数１の式による計算及び実測により求めてそれぞれプロットした図である。図３の横軸は低圧ＥＧＲガス量であり、縦軸は低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数である。図３に示すように、数１による計算値は実測値をよく説明しており、低圧ＥＧＲガス量が多くなるほど低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数は少なくなる傾向がある。
【００７６】
そして、この低圧ＥＧＲガス量と低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数との関係を、エンジン１の回転数を変化させて（１２００〜２４００ｒｐｍ）調べると、この関係はエンジン１の回転数に依らないことが見出された。すなわち、低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数は、エンジン１の回転数に依らず、低圧ＥＧＲガス量で略決まると考えられる。
【００７７】
従って、等低圧ＥＧＲガス量条件では低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数は一定だが、サイクル数を時間に換算すると、エンジン１の回転数が高くなるほど短くなるので、等低圧ＥＧＲガス量条件では、低圧ＥＧＲ通路流通時間はエンジン１の回転数が高くなるほど短くなる。上述した還流遅れは、低圧ＥＧＲ通路流通時間と、分岐部３０から空燃比センサ２０までの排気通路４の経路を排気が流通するのに要する時間と、の差であるから、エンジン１の回転数に対する関係は、上記低圧ＥＧＲ通路流通時間とエンジン１の回転数との関係と同様であると考えられる。
【００７８】
すなわち、還流遅れは、低圧ＥＧＲ通路１２や排気通路４の構成や空燃比センサ２０や低圧ＥＧＲ弁１４の搭載位置に依るとともに、エンジン１の回転数にも大きく依存し、エンジン１の回転数が早くなるほど還流遅れは短くなる傾向がある。この点、低圧ＥＧＲ弁１４や排気系の構成等によって略一定であるの低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れと異なる。
【００７９】
本実施例のリッチスパイク対応制御では、空燃比センサ２０による排気の空燃比の測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量を制御するので、上記の還流遅れと低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れを考慮する必要がある。還流遅れと応答遅れとを考慮したリッチスパイク対応制御について、図４に基づいて説明する。
【００８０】
図４は、燃料添加弁２１から燃料添加が行われた場合の、燃料添加弁２１付近の排気空燃比、空燃比センサ２０付近の排気空燃比、低圧ＥＧＲ弁１４付近の排気空燃比、リッチスパイク対応制御において吸気の空燃比を変動させないように求められる目標空気量及び目標低圧ＥＧＲガス量、当該目標低圧ＥＧＲガス量に対応する低圧ＥＧＲ弁１４への開度指令値、及び、実際の低圧ＥＧＲガス量、の時間変化の一例を示した図である。
【００８１】
図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において燃料添加弁２１から排気に燃料添加が行われると、図４（Ｂ）に示すように燃料添加弁２１付近の排気の空燃比がリッチに変化する。このリッチ空燃比の排気は、排気通路４を流れ、排気浄化装置１７及び分岐部３０を通過して、図４（Ｃ）に示すように時刻ｔ２において空燃比センサ２０に到達する。そして、この排気の空燃比が空燃比センサ２０によって測定され、その測定結果に基づいて、図４（Ｅ）・図４（Ｆ）に示すように、当該空燃比の排気が低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に流入しても吸気の空燃比に変動をもたらさないような空気量や低圧ＥＧＲガス量の目標値が算出される。燃料添加に伴って空燃比の変動した排気が吸気通路３に流入す
る場合であっても、空気量を図４（Ｅ）に示す目標値に制御すれば、或いは、吸気通路３に流入する低圧ＥＧＲガス量を図４（Ｆ）に示す目標値に制御すれば、吸気の空燃比が変動することを抑制できる。
【００８２】
ここで、実際に低圧ＥＧＲ弁１４を通過する排気の空燃比が図４（Ｃ）のような変動を見せるのは、図４（Ｄ）に示すように、空燃比センサ２０において当該変動が観測される時刻ｔ２から還流遅れΔｔ１経過後のタイミングである時刻ｔ４である。燃料添加に起因する吸気の空燃比の変動を抑制するためには、燃料添加に伴って空燃比の変動した排気が低圧ＥＧＲ弁１４を通過するタイミングｔ４において、実際の低圧ＥＧＲガス量が図４（Ｆ）に示す目標値に一致しなければならない。
【００８３】
そこで、本実施例のリッチスパイク対応制御では、空燃比センサ２０によって図４（Ｃ）のような空燃比の変動が測定されると、当該測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量の目標値を算出するとともに、還流遅れΔｔ１に基づいて当該空燃比の排気が低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングｔ４を推定し、当該タイミングにおいて実際の低圧ＥＧＲガス量が目標値に一致するように、低圧ＥＧＲガス量の制御を行う。
【００８４】
すなわち、図４（Ｇ）に示すように、応答遅れΔｔ２を考慮して、空燃比の変動した排気が低圧ＥＧＲ弁１４を通過するタイミングｔ４より応答遅れΔｔ２だけ早いタイミングｔ３において、図４（Ｆ）に示す低圧ＥＧＲガス量の目標値に応じた低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御を開始する。これにより、図４（Ｈ）に示すように、空燃比の変動した排気が低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングｔ４において、実際の低圧ＥＧＲガス量が図４（Ｆ）に示す目標値に一致するようにすることができる。
【００８５】
このように、空燃比センサ２０による排気の空燃比の測定値が得られた後、還流遅れΔｔ１及び応答遅れΔｔ２を考慮して低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御を行うことにより、当該測定された空燃比の排気が低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングと、当該測定値に基づいて算出された目標値に実際の低圧ＥＧＲガス量が一致するタイミングと、を合わせることができる。従って、吸気の空燃比の変動をリッチスパイク対応制御によって好適に抑制することが可能になる。
【００８６】
還流遅れΔｔ１は、上記の低圧ＥＧＲ通路流通時間と同様の考え方に基づいて、エンジン１の運転条件、ＥＧＲ制御の条件、体積効率、分岐部３０から空燃比センサ２０までの経路容積と分岐部３０から低圧ＥＧＲ弁１４までの経路容積との差、温度圧力補正係数、体積効率等に基づいて推定する。
【００８７】
なお、ここでは、低圧ＥＧＲガス量が図４（Ｆ）のように算出された目標値となるように低圧ＥＧＲ弁１４の開度を制御する場合について説明したが、低圧ＥＧＲガス量が当該目標値となるように第２スロットル弁２４の開度を制御しても良いし、空気量が図４（Ｅ）のように算出された目標値となるように低圧ＥＧＲ弁１４や第２スロットル弁２４の開度を制御しても良い。いずれの場合でも、低圧ＥＧＲガス量制御や空気量制御には、低圧ＥＧＲ弁１４や第２スロットル弁２４の構成等に基づく応答遅れが存在するので、上記の説明と同様にして還流遅れ及び応答遅れを考慮したリッチスパイク対応制御を行うことができる。
【００８８】
図４に示した例のように、還流遅れΔｔ１が制御応答遅れΔｔ２以上である場合には、空燃比センサ２０による排気の空燃比の測定結果に基づいて低圧ＥＧＲガス量の目標値が算出されてから（時刻ｔ２）、低圧ＥＧＲガス量を当該目標値に変化させるための低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御を開始するまでに（時刻ｔ３）、還流遅れΔｔ１と応答遅れΔｔ２との差に相当する遅延を設けることにより、当該目標値の算出の基礎となった空燃比の排
気が低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングで、実際の低圧ＥＧＲガス量を当該目標値に一致させるようにすることができる。
【００８９】
しかしながら、還流遅れΔｔ１が応答遅れΔｔ２より短い場合には、図５に示すように、空燃比センサ２０による排気の空燃比の測定結果に基づいて低圧ＥＧＲガス量の目標値が算出された時点（時刻ｔ２）において、即座に、低圧ＥＧＲガス量を当該目標値に変化させるための低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御を開始したとしても、当該目標値の算出の基礎となった空燃比の排気が低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミング（時刻ｔ４）に対して、実際の低圧ＥＧＲガス量が当該目標値に一致するタイミング（時刻ｔ５）が間に合わない。
【００９０】
そのため、空燃比センサ２０による測定値に基づいた低圧ＥＧＲガス量制御を行うために必要な時間を確保することができず、リッチスパイク対応制御が成立しない。
【００９１】
上述したように、応答遅れΔｔ２は低圧ＥＧＲ弁１４等の構成によって略一定であるが、還流遅れΔｔ１はエンジン１の運転条件に依存し、エンジン１の回転数が高くなるほど還流遅れΔｔ２は短くなる傾向がある。従って、エンジン１の回転数がある程度以上早い高速回転の運転条件においては、還流遅れΔｔ１が応答遅れΔｔ２より短くなる可能性があり、リッチスパイク対応制御が成立しなくなることが考えられる。その場合、リッチスパイク対応制御が成立しない高回転数の運転条件下では、吸気の空燃比を変動させることなく排気に燃料添加を行うことが困難となるため、燃料添加を伴う排気浄化処理を実施可能な運転領域が低回転数の運転領域に限られることになる。
【００９２】
そこで、本実施例のＥＧＲ制御システムでは、エンジン１の回転数が所定の閾値Ｎｅ０より速い高回転数の運転条件において排気への燃料添加を行う場合には、還流遅れを拡大する制御を行うことにより、リッチスパイク対応制御が成立可能になるようにした。ここで、閾値Ｎｅ０は、還流遅れが低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れより短くなるか否かを判定するためのエンジン１の回転数の基準値であり、還流遅れが低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れより短くならない回転数の上限値に基づいて定める。
【００９３】
本実施例では、「還流遅れを拡大する制御」として、次の３種類の制御を使い分ける。
【００９４】
還流遅れを拡大する第１の制御として、低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ弁１４に到達するまでに流通する経路の容積を拡大する制御を行う。具体的には、エンジン１の回転数が閾値Ｎｅ０以下の場合には、低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲクーラ１３のみを通過するようにバイパス弁１６を切り替え、エンジン１の回転数が閾値Ｎｅ０より速い場合には、低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲクーラ１３及びバイパス通路１５の両方を通過するようにバイパス弁１６を切り替える。本実施例においては、バイパス弁１６及びバイパス通路１５が、本発明における調節手段に相当する。また、機関回転数に応じてバイパス弁１６を切り替える制御を行うＥＣＵ２８が、本発明における制御手段に相当する。
【００９５】
低圧ＥＧＲガスの流通経路の容積を拡大することは、数１においてＶＢを大きくすることに相当する（数１の分母がＶＢからＶＢ＋ＶＣに変わる）。従って、低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数が増加するので、還流遅れを拡大することができる。
【００９６】
還流遅れを拡大する第２の制御として、全ＥＧＲガス量に対する高圧ＥＧＲガス量の割合を高くする制御を行う。具体的には、図２のＥＧＲ制御マップにおける「ＨＰＬ＋ＬＰＬ」領域において、通常時よりも高圧ＥＧＲガス量を増加させるとともに低圧ＥＧＲガス量を減少させる。また、図２の「ＬＰＬ」領域においては、高圧ＥＧＲ通路９を介した排気の再循環を行うとともに、通常時よりも低圧ＥＧＲガス量を減少させる。本実施例にお
いては、低圧ＥＧＲガス量及び高圧ＥＧＲガス量を変更する低圧ＥＧＲ弁１４、高圧ＥＧＲ弁１０、第１スロットル弁２３、第２スロットル弁２４が、本発明における調節手段に相当する。また、機関回転数に応じて高圧ＥＧＲガスの割合を高くするようにこれらの弁開度を変更する制御を行うＥＣＵ２８が、本発明における制御手段に相当する。
【００９７】
全ＥＧＲガス量に対する高圧ＥＧＲガス量の割合を高くすることは、数１においてβを大きくすることに相当する。従って、低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数が増加するので、還流遅れを拡大することができる。
【００９８】
還流遅れを拡大する第３の制御として、吸気通路３に流入する空気量を減らす制御を行う。具体的に、第１スロットル弁２３や第２スロットル弁２４の開度を通常時よりも閉じ側の開度にする。本実施例においては、第１スロットル弁２３や第２スロットル弁２４が、本発明における調節手段に相当する。また、機関回転数に応じて空気量を減量するようにこれらの弁開度を変更する制御を行うＥＣＵ２８が、本発明における制御手段に相当する。
【００９９】
空気量を減らすことは、数１においてηを小さくすることに相当する。従って、低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数が増加するので、還流遅れを長くすることができる。
【０１００】
ここで、還流遅れを拡大する第２及び第３の制御において、高圧ＥＧＲガスの比率を高くしたり、空気量を減少させたりする場合、吸気温度や吸入空気量が影響を受けるため、特にエンジン１が高負荷の運転条件では、出力不足や排気悪化の原因となる可能性がある。
【０１０１】
そこで本実施例では、還流遅れを拡大すべき条件が成立する場合に、エンジン１の負荷が所定負荷Ｌ０より高い場合には、還流遅れを拡大する制御として上記第１の制御、すなわち低圧ＥＧＲガスの流通経路の容積を拡大する制御を選択し、エンジン１の負荷が当該所定負荷Ｌ０以下の場合には、還流遅れを拡大する制御として上記第２の制御又は第３の制御、すなわち高圧ＥＧＲガスの比率を高くする制御又は空気量を減少させる制御を選択するようにした。
【０１０２】
ここで、「所定負荷」は、還流遅れを拡大する制御として高圧ＥＧＲガスの比率を高くしたり空気量を減少させたりする制御を行った場合に、出力不足や排気悪化等の問題が生じるか否かを判定するための機関負荷の基準値である。本実施例では、出力不足や排気悪化を招くことなく高圧ＥＧＲガスの比率を高くしたり空気量を減少させたりする還流遅れ拡大制御を実行可能な機関負荷の上限値に基づいて定める。
【０１０３】
このように、還流遅れを拡大すべき条件が成立する場合におけるエンジン１の負荷に応じて、還流遅れを拡大させる制御を上記３種類の制御から選択するようにすることにより、エンジン１の高負荷運転領域においても、出力不足や排気悪化を招くことなく、還流遅れを拡大する制御を行うことが可能となる。
【０１０４】
なお、エンジン１が排気量可変の構成を有する場合には、当該構成に対して排気量を減らす制御を行うことによって還流遅れを長くすることもできる。排気量を減らすことは、数１においてＶを小さくすることに相当する。従って、この場合も低圧ＥＧＲ通路流通サイクル数が増加するので、還流遅れを長くすることができる。排気量を減らすとエンジン１の燃焼に影響する可能性があるので、還流遅れを拡大する制御の選択肢として排気量を減らす制御を含む場合には、上記所定負荷以下の軽負荷運転領域でのみ選択されるようにすることが好ましい。
【０１０５】
また、本実施例では還流遅れを拡大する制御として上記のように３つの制御から選択可能な構成としたが、本発明を実施するためには還流遅れを拡大する制御を少なくとも一つ実行可能な構成を備えていればよい。その場合、より広い負荷条件で還流遅れ拡大制御を実行することが可能となるように、還流遅れを拡大する制御として低圧ＥＧＲガスの流通経路を拡大する制御を実行可能な構成を備えるようにすることが好ましい。そうすれば高負荷の運転領域においても好適に還流遅れを拡大する制御を実行することができる。
【０１０６】
ここで、以上説明した本実施例に係るリッチスパイク対応制御の実行手順について、図６に基づいて説明する。図６は、本実施例のリッチスパイク対応制御のフローチャートである。本実施例のシステムでは、エンジン１の運転中このフローチャートに従った処理が所定の間隔で繰り返しＥＣＵ２８により実行される
【０１０７】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２８は、エンジン１の運転状態を取得する。ここでは、ＥＣＵ２８はクランク角度センサ２２によるクランク角度の測定値とアクセル開度センサ２７によるアクセルペダルの踏み込み量とに基づいて、エンジン１の回転数及び負荷を算出する。
【０１０８】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２８は、排気に燃料添加を行う条件が成立しているか否かを判定する。上述したように、フィルタ１８に捕集されたＰＭの量が上述した基準量に達したか否か、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵されたＮＯｘの量が上述した基準量に達したか否か、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵された硫黄の量が上述した基準量に達したか否か、フィルタ１８に担持される触媒やＮＯｘ触媒１９を活性化させるべき条件が成立しているか否か等を判定する。ステップＳ１０２において排気燃料添加の実行条件が成立していると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２８はステップＳ１０３の処理に進む。ステップＳ１０２において排気燃料添加の実行条件が成立していないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２８はこのフローチャートのルーチンを一旦抜ける。
【０１０９】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２８は、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環が行われる条件が成立しているかを判定する。低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環が行われる条件については、ステップＳ１０１で取得したエンジン１の運転状態と、図２に示したＥＧＲ制御マップとを参照して判定する。ステップＳ１０３において、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環の実行条件が成立していると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２８はステップＳ１０４の処理に進む。ステップＳ１０３において、低圧ＥＧＲ通路１２を介した排気の再循環の実行条件が成立していないと判定された場合（Ｎｏ）、燃料添加に伴ってリッチ化した排気が低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に流入しないため、リッチスパイク対応制御を行う必要はない。よってこの場合ＥＣＵ２８はステップＳ１０９の処理に進み、リッチスパイク対応制御を行うことなく、排気燃料添加を実行する。
【０１１０】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２８は、還流遅れを拡大する制御を行うべき条件が成立しているか否かを判定する。ここでは、ステップＳ１０１において取得した機関回転数が上述した閾値Ｎｅ０より速いか否かを判定する。ステップＳ１０４において機関回転数が閾値Ｎｅ０より速いと判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２８はステップＳ１０５の処理に進む。ステップＳ１０４において機関回転数が閾値Ｎｅ０以下であると判定された場合（Ｎｏ）、還流遅れは低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れ以上であるため、還流遅れを拡大する制御を行うことなくリッチスパイク対応制御を実行可能である。よってこの場合ＥＣＵ２８はステップＳ１０８の処理に進み、還流遅れを拡大する制御を行うことなく、排気燃料添加及びリッチスパイク対応制御を実行する。
【０１１１】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２８は、還流遅れを拡大する制御として上述した３
種類の制御のいずれを選択するかを決定する。ここでは、ステップＳ１０１において取得した機関負荷が所定負荷Ｌ０以下であるか否かを判定する。ステップＳ１０５において機関負荷が所定負荷Ｌ０以下であると判定された場合（Ｙｅｓ）、エンジン１の出力不足や排気悪化を招くことなく高圧ＥＧＲガスの比率を高める制御や空気量を減量する制御によって還流遅れを拡大する制御を実行することが可能である。よってこの場合ＥＣＵ２８はステップＳ１０６の処理に進み、高圧ＥＧＲガスの割合を高くする制御又は空気量を減少させる制御を実行する。
【０１１２】
一方、ステップＳ１０５において機関負荷が所定負荷Ｌ０より高いと判定された場合（Ｎｏ）、高圧ＥＧＲガスの比率を高める制御や空気量を減少させる制御は出力不足や排気悪化を招く可能性があるので、低圧ＥＧＲガスの流通経路の容積を拡大する制御によって還流遅れを拡大する制御を実行する。よってこの場合ＥＣＵ２８はステップＳ１０７の処理に進み、低圧ＥＧＲガスの流通経路の容積を拡大する制御を実行する。具体的には、上述したように、低圧ＥＧＲガスの流通経路が低圧ＥＧＲクーラ１３及びバイパス通路１５の両方を通過する経路となるようにバイパス弁１６を切り替える。
【０１１３】
ステップＳ１０５の判定結果に応じてステップＳ１０６又はステップＳ１０７の処理を実行したＥＣＵ２８は、ステップＳ１０８の処理に進み、排気燃料添加及びリッチスパイク対応制御を実行する。ステップＳ１０６又はステップＳ１０７の処理を実行することにより還流遅れが拡大しているので、閾値Ｎｅ０より高回転数の運転条件下においても、還流遅れが低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れより短くなることはない。従って、好適にリッチスパイク対応制御を行うことができ、排気燃料添加に起因して吸気の空燃比が変動することを好適に抑制することが可能となる。
【実施例２】
【０１１４】
次に本発明の実施例２を説明する。実施例１のリッチスパイク対応制御においては、エンジン１の運転条件やＥＧＲ制御条件等に基づいて還流遅れΔｔ１を推定し、当該還流遅れに基づいて、燃料添加に伴うリッチ空燃比の排気が低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングを推定し、当該タイミングから低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅Δｔ２れだけ早いタイミングで低圧ＥＧＲ弁１４の開度制御を開始する。従って、リッチスパイク対応制御の精度は、還流遅れΔｔ１の推定精度に依っている。ところが、排気通路４や排気浄化装置１７等の排気の流通環境の経時的な変化や製品毎のばらつきによって、還流遅れの推定精度が十分でなくなる可能性がある。
【０１１５】
そこで、本実施例では、リッチスパイク対応制御の実施前に、還流遅れの推定値を補正する処理を行うようにした。
【０１１６】
具体的には、まず低圧ＥＧＲ弁１４を全閉まで絞った状態とし、燃料添加弁２１から燃料添加を行う。そして、当該燃料添加に伴う排気の空燃比の変動が空燃比センサ２０によって測定されるタイミングを推定し、当該推定したタイミングと、この燃料添加に伴う排気の空燃比の変動が実際に空燃比センサ２０によって測定されるタイミングと、の誤差に基づいて、還流遅れの推定値を補正する。
【０１１７】
この補正処理について、図７に基づいて説明する。
【０１１８】
図７は、燃料添加弁２１から補正処理のための燃料添加が行われた場合の、燃料添加弁２１付近の排気空燃比、空燃比センサ２０付近の排気空燃比、低圧ＥＧＲ弁１４付近の排気空燃比、の時間変化の一例を示した図である。
【０１１９】
図７（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、低圧ＥＧＲ弁１４を全閉にするとともに
燃料添加弁２１から補正処理のための燃料添加が行われる。この燃料添加に伴い、図７（Ｂ）に示すように燃料添加弁２１付近の排気の空燃比がリッチに変化する。このリッチ化した空燃比の排気が空燃比センサ２０に到達するタイミングの現在の推定値が、図７（Ｃ）の破線で示すように時刻ｔ２ｅであるとする。
【０１２０】
この燃料添加に伴う排気の空燃比の変動が実際に空燃比センサ２０によって測定された時刻は、図７（Ｃ）の実線で示すように時刻ｔ２ｍであったとする。この場合、空燃比センサ２０において空燃比の変動が測定されるタイミングとして、実際のタイミングよりも遅いタイミングが推定されていることになる。この推定誤差δ（＝ｔ２ｅ−ｔ２ｍ）は、燃料添加弁２１から空燃比センサ２０までの経路における排気の流通の現状と推定演算の前提との間のずれに起因するものと考えられる。
【０１２１】
ここで、還流遅れは、排気が分岐部３０から空燃比センサ２０までの経路を流通する時間と、低圧ＥＧＲガスが分岐部３０から低圧ＥＧＲ弁１４までの経路を流通する時間と、の差に基づく時間差である。これら還流遅れに関係する経路における排気の流通の現状と推定演算の前提との間にも、上記の燃料添加弁２１から空燃比センサ２０までの経路におけるずれと同様のずれが生じ、還流遅れの推定値に誤差δ’を生じさせると考えられる。従って本実施例では、この還流遅れの誤差δ’を、上記の排気が空燃比センサ２０に到達するタイミングの推定誤差δに基づいて算出する（δ’＝ｆ（δ））。
【０１２２】
そして、図７（Ｄ）に示すように、還流遅れの推定値Δｔ１ｅを誤差δ’だけ短い値Δｔ１ｃに補正する。これにより、低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ弁１４に到達する時刻の推定値ｔ４ｅも誤差δ’だけ早い時刻ｔ４ｃに補正される。
【０１２３】
本実施例では、補正処理のために排気に燃料を添加することによって排気の空燃比を変化させる燃料添加弁２１が、本発明における変化手段に相当する。
【０１２４】
図７の例では、補正処理のための燃料添加に伴う排気空燃比の変動が空燃比センサ２０において観測されるタイミングの実測値が推定値より早い場合について説明したが、逆に実測値が推定値より遅い場合には、当該実測値と推定値とのずれに基づいて、還流遅れの推定値を長い値に補正する。
【０１２５】
このような補正を行うことにより、排気の流通環境の経時的な変化や製品毎のばらつきによらず、リッチスパイク対応制御における低圧ＥＧＲガスの低圧ＥＧＲ弁１４への到達タイミングを精度良く推定することが可能となる。
【０１２６】
また、この補正処理のための燃料添加は、低圧ＥＧＲ弁１４を全閉にした状態で行われるので、当該燃料添加に伴って吸気の空燃比が変動することはない。なお、低圧ＥＧＲ弁１４を全閉まで絞らず、低圧ＥＧＲガス量が所定流量以下となるような開度に低圧ＥＧＲ弁１４を開弁した状態で、補正処理のための燃料添加を行うようにしても良い。ここで「所定流量」とは、補正のための燃料添加に伴ってリッチ化した排気がその流量で吸気通路３に流入したとしても、それに起因する吸気の空燃比の変動が許容範囲内に収まるような低圧ＥＧＲガス量の上限値に基づいて定める。「吸気の空燃比の変動が許容範囲内」とは、当該吸気の空燃比の変動に起因する燃焼変動や排気悪化の程度が許容範囲内であることを意味する。
【０１２７】
実施例１で説明したリッチスパイク対応制御を実行する前に、本実施例で説明した上記の補正処理を行うようにすれば、燃料添加に伴う吸気の空燃比の変動をリッチスパイク対応制御によってより確実に抑制することが可能となる。
【０１２８】
図８は、本実施例に係る還流遅れの推定値の補正処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートで示される処理は、実施例１で説明したリッチスパイク対応制御の実行条件が成立した場合に、ＥＣＵ２８によって実行される。すなわち、図６において、ステップＳ１０２において排気燃料添加実行条件が成立していると判定され、且つ、ステップＳ１０３において低圧ＥＧＲ実行条件が成立していると判定された場合に、ステップＳ１０４の処理に進む前に、本フローチャートの処理が実行される。或いは、ステップＳ１０８の排気燃料添加及びリッチスパイク対応制御の実行前に本フローチャートの処理を実行しても良い。
【０１２９】
本実施例の補正処理が開始されると、まずステップＳ２０１において、ＥＣＵ２８は、エンジン１の運転状態を取得する。ステップＳ２０１の処理内容は図６のステップＳ１０１の処理内容と同等であるので説明を省略する。
【０１３０】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２８は、低圧ＥＧＲ弁１４を全閉にする。これにより、吸気の空燃比への影響を無視することが可能な条件が成立する。
【０１３１】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２８は、補正処理のための燃料添加を実行する。
【０１３２】
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ２８は、この燃料添加に伴う排気の空燃比の変動が空燃比センサ２０によって測定されるタイミングの推定値ｔ２ｅを算出する。
【０１３３】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ２８は、この燃料添加に伴う排気の空燃比の変動が実際に空燃比センサ２０によって測定されたタイミングｔ２ｍを取得する。
【０１３４】
ステップＳ２０６において、ＥＣＵ２８は、ステップＳ２０４において算出した推定値ｔ２ｅと、ステップＳ２０５において取得した実測値ｔ２ｍとの間の誤差δを算出し、この誤差δに基づいて、還流遅れの推定値の誤差δ’を算出する。
【０１３５】
ステップＳ２０７において、ＥＣＵ２８は、ステップＳ２０６において算出した還流遅れの推定誤差δ’に基づいて、還流遅れの推定値を補正する。
【０１３６】
なお、本実施例では、還流遅れの推定値Δｔ１ｅを補正する場合について説明したが、低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングの推定値ｔ４ｅを補正するようにしても良い。本実施例の補正処理は、リッチスパイク対応制御において、還流遅れΔｔ１の推定値に基づいて低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングを推定する場合に適用して好適である。一方、低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングの推定値ｔ４ｅを補正するようにする場合は、リッチスパイク対応制御において、低圧ＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ弁１４に到達するタイミングを直接推定する場合に適用して好適である。
【０１３７】
また、本実施例では、意図的に空燃比の変動を作り出し、その変動が空燃比センサ２０に到達するタイミングを推定及び測定することによって、排気の流通環境の現状を把握するようにしたが、排気の到達を推定及び測定できれば、意図的に変動させる排気の特性やその測定手段はどのようなものであっても良い。例えば、何らかの燃焼制御によって意図的に排気温度を変化させ、排気通路４に設けた温度センサによって当該排気温度の変化を測定されるタイミングを推定及び実測し、両者の比較に基づいて排気の流通環境の現状把握及び還流遅れの推定値の補正を行うこともできる。その他、酸素濃度やＮＯｘ量等の排気の特性の変化を酸素濃度センサやＮＯｘセンサ等によって測定することによって、排気が到達するタイミングの推定値及び実測値を比較しても良い。
【実施例３】
【０１３８】
以上説明した実施例１及び２では、エンジンの高回転数の運転条件において還流遅れが低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れより短くなるので、そのような高回転数の運転条件において還流遅れを拡大させる制御を行うことによって、還流遅れが応答遅れより短くならないようにすることを旨とする。
【０１３９】
これに対し本実施例では、エンジンの回転数によらず常に還流遅れが低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れ以上となるように、空燃比センサ及び低圧ＥＧＲ弁の搭載位置を定めることを旨とする。
【０１４０】
図９は本実施例のＥＧＲ制御システムの概略構成を示す図である。実施例１及び２と同等の構成要素については同一の名称及び符号を用いて詳細な説明を省略する。本実施例では、還流遅れが、エンジン１の回転数に依らず常に低圧ＥＧＲガス量制御の応答遅れ以上となるように、空燃比センサ２００及び低圧ＥＧＲ弁１４０の搭載位置を定める。具体的には、分岐部３０から低圧ＥＧＲ弁１４０までの低圧ＥＧＲ通路１２の経路の容積ＶＢ２が、分岐部３０から空燃比センサ２００までの排気通路４の経路の容積ＶＡ２よりも、一定以上大きくなるように、空燃比センサ２００の搭載位置、低圧ＥＧＲ弁１４０の搭載位置、低圧ＥＧＲ通路１２及び排気通路４の配管長や配管径等の構成を定める。
【０１４１】
ここで「一定以上大きくなる」とは、エンジン１の所定の最高回転数の運転条件において、排気が分岐部３０から低圧ＥＧＲ弁１４０までの低圧ＥＧＲ通路１２の経路を流通する時間と、分岐部３０から空燃比センサ２００までの排気通路４の経路を流通する時間と、の差Δｔ１’が、低圧ＥＧＲガス量が所定の目標値となるように低圧ＥＧＲ弁１４０の開度制御を開始してから、実際の低圧ＥＧＲガス量が当該目標値に一致するまでの時間Δｔ２’以上となることである。
【０１４２】
本実施例のように空燃比センサ２００及び低圧ＥＧＲ弁１４０の配置や、低圧ＥＧＲ通路１２及び排気通路４の構成を決定することにより、実施例１及び２で説明したような還流遅れを拡大する制御を実行しなくても、空燃比センサ２００の測定値に基づいた低圧ＥＧＲガス量制御がエンジン１の回転数によらず常に成立するようにすることができる。
【０１４３】
なお、上記「所定の最高回転数」を、エンジンの出力可能な最高回転数ではなく、エンジン１が最も頻繁に使用される運転領域の最高回転数に設定しても良い。例えば、市街地走行が主な用途として想定される車両に搭載するエンジンでは、エンジンの出力可能な最高回転数で運転される頻度は低い。従って、市街地走行で想定される運転領域の最高回転数までの運転領域で常に還流遅れが応答遅れ以上となるように低圧ＥＧＲ弁１４０や空燃比センサ２００の搭載位置を決定し、当該最高回転数を超える回転数の運転条件において還流遅れが応答遅れより短くなった場合に、実施例１及び２で説明した還流遅れを拡大する制御を実行するようにしても良い。
【０１４４】
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例は、燃料添加弁２１によって排気中に燃料添加を行う場合に、吸気の空燃比の変動を抑制すべく実行されるリッチスパイク対応制御に本発明を適用した例であるが、副噴射によって排気に燃料を供給する場合に、吸気の空燃比の変動を抑制すべく実行されるリッチスパイク対応制御に本発明を適用することもできる。
【０１４５】
また、排気への燃料添加や燃料供給を行う場合のリッチスパイク対応制御に限らず、排気通路に備えた空燃比センサによる測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量の制御を行うシステム全般に対して本発明を適用することができる。また、空燃比センサに限らず、排気の
酸素濃度を取得するセンサであればどのようなものであっても良い。また、本実施例では、排気通路４における分岐部３０より下流側に空燃比センサ２０が取り付けられる場合について説明したが、空燃比センサ２０の取り付け位置は分岐部３０より上流側であっても良い。そのような場合、還流遅れΔｔ１は上記実施例の場合よりも長くなるので、還流遅れを拡大する制御を実行すべきか否かを判断するための回転数の閾値Ｎｅ０を上記実施例の場合よりも高回転側にしても良い。
【０１４６】
また、低圧ＥＧＲガスの流通経路の容積を拡大する手段として、上記実施例のように低圧ＥＧＲクーラ１３のバイパス通路１５を利用するのではなく、低圧ＥＧＲガスの流通経路の容積を拡大するための副通路を別途低圧ＥＧＲ通路１２に備え、低圧ＥＧＲガスの流通経路の容積を拡大すべきときに当該副通路を通過する経路が選択されるように制御しても良い。
【０１４７】
空燃比センサ２０に限らず排気系に備えられた何らかの測定手段による測定値に基づいて低圧ＥＧＲガス量の制御を行うシステムであれば、エンジンの高回転数の運転領域において低圧ＥＧＲガス量制御が間に合わなくなるという本発明の課題が同様に発生する可能性があるので、そのようなシステム全般に本発明を適用することによって、エンジンの高回転数の運転領域を含む広い運転領域で低圧ＥＧＲガス量制御が成立するようにすることができるという効果が得られる。
【符号の説明】
【０１４８】
１     エンジン
２     気筒
３     吸気通路
４     排気通路
５     吸気マニホールド
６     排気マニホールド
７     コンプレッサ
８     タービン
９     高圧ＥＧＲ通路
１０   高圧ＥＧＲ弁
１１   インタークーラ
１２   低圧ＥＧＲ通路
１３   低圧ＥＧＲクーラ
１４   低圧ＥＧＲ弁
１５   バイパス通路
１６   バイパス弁
１７   排気浄化装置
１８   フィルタ
１９   吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２０   空燃比センサ
２１   燃料添加弁
２２   クランク角度センサ
２３   第１スロットル弁
２４   第２スロットル弁
２５   エアフローメータ
２６   エアクリーナ
２７   アクセル開度センサ
２８   ＥＣＵ
２９   燃料噴射弁
３０   分岐部
【図１】
2010229873.tif 000005
【図２】
2010229873.tif 000006
【図３】
2010229873.tif 000007
【図４】
2010229873.tif 000008
【図５】
2010229873.tif 000009
【図６】
2010229873.tif 000010
【図７】
2010229873.tif 000011
【図８】
2010229873.tif 000012
【図９】
2010229873.tif 000013