(57)【要約】【課題】ＥＧＲ方式の切り替えによる諸状態の変化を円滑にするエンジンシステムを提供する。【解決手段】高圧ＥＧＲ手段と低圧ＥＧＲ手段とコンピュータ２７とを備え、コンピュータ２７は、エンジン回転速度と燃料量を直交二軸とするエンジン状態平面に、低圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるＬＰＥＧＲ領域と、高圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるＨＰＥＧＲ領域と、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段のいずれか一方の稼働又は両方の稼働が可能な遷移領域とが定義され、コンピュータ２７は、現在のエンジン回転速度と燃料量とにより上記エンジン状態平面を参照することで、稼働させるＥＧＲ手段を決定する。【選択図】図１
2010065592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気マニホールドから吸気マニホールドに排気ガスを還流する高圧ＥＧＲ手段と、排気ガス排出配管から吸気管に排気ガスを還流する低圧ＥＧＲ手段と、エンジン負荷に応じて上記低圧ＥＧＲ手段のみを稼働するか、上記高圧ＥＧＲ手段のみを稼働するか、上記低圧ＥＧＲ手段と上記高圧ＥＧＲ手段の両方を稼働させるかを判断して上記低圧ＥＧＲ手段と上記高圧ＥＧＲ手段を制御するコンピュータとを備え、
上記コンピュータは、エンジン回転速度と燃料量を直交二軸とするエンジン状態平面に、上記低圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるＬＰＥＧＲ領域と、上記高圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるＨＰＥＧＲ領域と、上記低圧ＥＧＲ手段と上記高圧ＥＧＲ手段のいずれか一方の稼働又は両方の稼働が可能な遷移領域とが定義され、
上記コンピュータは、現在のエンジン回転速度と燃料量とにより上記エンジン状態平面を参照することで、稼働させるＥＧＲ手段を決定することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
小容量駆動・大容量駆動が切り替え可能なターボチャージャを備え、
上記コンピュータは、上記低圧ＥＧＲ手段のみを稼働するときは上記ターボチャージャを小容量駆動に切り替え、上記高圧ＥＧＲ手段のみを稼働するときは上記ターボチャージャを大容量駆動に切り替えることを特徴とする請求項１記載のエンジンシステム。
【請求項３】
上記エンジンは、ＰＣＩ燃焼方式による燃料早期噴射が可能なエンジンであり、
上記コンピュータの上記エンジン状態平面に、燃料早期噴射を行うＰＣＩ領域と燃料早期噴射を行わない非ＰＣＩ領域とが定義され、
上記ＰＣＩ領域は、上記ＬＰＥＧＲ領域に含まれていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンシステム。
【請求項４】
上記コンピュータの上記エンジン状態平面に、上記低圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい低圧ＥＧＲ推奨領域と上記高圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい高圧ＥＧＲ推奨領域とを区画するＥＧＲ境界線が定義され、
上記ＥＧＲ境界線より低圧ＥＧＲ推奨領域側に所定の距離以上離れた領域が上記ＬＰＥＧＲ領域と定義され、上記ＥＧＲ境界線より高圧ＥＧＲ推奨領域側に所定の距離以上離れた領域が上記ＨＰＥＧＲ領域と定義され、上記ＥＧＲ境界線より所定の距離未満の領域が上記遷移領域と定義されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のエンジンシステム。
【請求項５】
上記コンピュータは、現在のエンジン回転速度、燃料量及び過去のエンジン回転速度、燃料量により、上記エンジン状態平面における未来のエンジン回転速度、燃料量を予測し、
上記コンピュータは、過去のエンジン回転速度、燃料量が上記ＬＰＥＧＲ領域か上記ＨＰＥＧＲ領域にあり、現在のエンジン回転速度、燃料量が上記遷移領域に移ったとき、
上記予測したエンジン回転速度、燃料量が上記ＥＧＲ境界線を超えて他のＥＧＲ推奨領域側に移らなければ、稼働させるＥＧＲ手段を過去のまま維持し、
上記予測したエンジン回転速度、燃料量が上記ＥＧＲ境界線を超えて他のＥＧＲ推奨領域側に移れば、上記低圧ＥＧＲ手段と上記高圧ＥＧＲ手段の両方の稼働を開始させることを特徴とする請求項４記載のエンジンシステム。
【請求項６】
上記コンピュータは、エンジン回転速度を上記ＥＧＲ境界線の最高回転速度で割った正規化回転速度と燃料量を上記ＥＧＲ境界線のエンジン回転速度＝０における燃料量で割った正規化燃料量とで上記エンジン状態平面が定義され、上記ＥＧＲ境界線が円、直線等の四次以下の関数で定義されることを特徴とする請求項４又は５記載のエンジンシステム。
【請求項７】
上記コンピュータは、上記ＬＰＥＧＲ領域と上記遷移領域との境界となる下限境界線が上記ＥＧＲ境界線に対して正規化回転速度、正規化燃料量が所定比小さい線で定義され、上記遷移領域と上記ＨＰＥＧＲ領域との境界となる上限境界線が上記ＥＧＲ境界線に対して正規化回転速度、正規化燃料量が所定比大きい線で定義されることを特徴とする請求項６記載のエンジンシステム。
【請求項８】
上記コンピュータは、エンジン回転速度と燃料量を直交二軸とするエンジン状態平面の場所ごとに、ＥＧＲを行わない場合の空気量にＥＧＲ量を加えた混合ガス量が定義され、  上記コンピュータは、現在のエンジン回転速度と燃料量とにより上記エンジン状態平面を参照してＥＧＲ量を決定するＭＡＦ制御の機能を有し、
上記コンピュータは、上記ＬＰＥＧＲ領域では上記低圧ＥＧＲ手段に上記ＭＡＦ制御を適用し、上記ＨＰＥＧＲ領域では上記高圧ＥＧＲ手段に上記ＭＡＦ制御を適用し、上記遷移領域では一方のＥＧＲ手段に上記ＭＡＦ制御を適用しつつ他方のＥＧＲ手段については開度が漸減する制御を行うことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ方式の切り替えによる諸状態の変化を円滑にするエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気マニホールド（高圧部）から吸気マニホールド（高圧部）にＥＧＲガスを還流させるＨＰＥＧＲ（High Pressure EGR）方式に対し、より大量のＥＧＲを行う方式として、排気マニホールドに取り付けたターボチャージャのタービンの出口（低圧部）からターボチャージャのコンプレッサ入口（低圧部）にＥＧＲガスを還流させるＬＰＥＧＲ（Low Pressure EGR）方式が注目を浴びている。
【０００３】
従来のＬＰＥＧＲ方式を行うエンジンシステムを図１５に示す。このエンジンシステム１５１は、エンジン２の排気マニホールド３から取り出した排気がタービン４に供給される高圧段ターボチャージャ５と、高圧段ターボチャージャ５のタービン４から出る排気を調整する高圧排気調整弁６と、高圧段ターボチャージャ５のタービン４から出る排気と排気マニホールド３から分岐される排気とを切り替えて低圧段ターボチャージャ７のタービン８に供給する排気切替弁９と、排気切替弁９から供給される排気でタービン８が駆動される低圧段ターボチャージャ７と、低圧段ターボチャージャ７のタービン８の出口から大気までを繋ぐ排気ガス排出配管１０と、排気ガス排出配管１０に挿入され排気ガスから粒子状物質を除去するＤＰＦ（Diesel Paticulate Filter）１１と、排気ガス排出配管１０に挿入され排気ガスから窒素酸化物を除去するＮＯｘ触媒式窒素酸化物除去装置１２と、ＤＰＦ１１を通過した後の排気ガスをＥＧＲガスとして排気ガス排出配管１０から分岐する低圧ＥＧＲ配管１７と、その低圧ＥＧＲ配管１７に挿入された低圧ＥＧＲクーラ１８と、低圧ＥＧＲ配管１７におけるＥＧＲガスの量を調節する低圧ＥＧＲバルブ１９と、大気から低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０までを繋ぎその途中に低圧ＥＧＲ配管１７が合流されている吸気管２１と、その吸気管２１の低圧ＥＧＲ配管合流箇所より大気側に挿入された吸気スロットル（絞り弁）２２と、低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０の出力を高圧段ターボチャージャ５のコンプレッサ２３の入力に繋ぐ低圧ターボ出力ガス配管２４と、高圧段ターボチャージャ５のコンプレッサ２３の出力と低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０の出力とを切り替える吸気切替弁２５と、吸気切替弁２５で選択されたガスをエンジン２の吸気マニホールド１３に提供する高圧ガス配管２６とを備える。
【０００４】
このエンジンシステム１５１は、ターボチャージャが２段に設けられた２ステージターボシステムを採用しているが、ターボチャージャが１段のみのシングルターボシステムでも、ＬＰＥＧＲの概要は同じである。
【０００５】
このエンジンシステム１５１の制御は、コンピュータ２７で行われる。コンピュータ２７は、エンジン回転速度、エンジン空気量（吸入空気量とも言う）、エンジン燃料量（燃料投入量とも言う；以下では、燃料量と称す）など、ＥＧＲ制御に必要なセンサ信号を入力している。コンピュータ２７は、排気切替弁９のアクチュエータ、低圧ＥＧＲバルブ１９のアクチュエータ、吸気切替弁２５のアクチュエータ、高圧排気調整弁６のアクチュエータなど、ＥＧＲ制御に必要なアクチュエータに駆動信号を出力することができる。
【０００６】
このエンジンシステム１５１では、低圧段ターボチャージャ７のタービン８から出てＤＰＦ１１を通過した後の排気ガスをＥＧＲガスとして排気ガス排出配管１０から分岐し、低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０に還流させる。低圧ＥＧＲ配管１７には、ＥＧＲガスが吸気管２１の新気（取り込んだ外気）と合流する箇所より上流に低圧ＥＧＲバルブ１９があり、低圧ＥＧＲバルブ１９の開口面積を調節（開度調節）することで、新気に合流させるＥＧＲガス量が調節される。
【０００７】
低圧ＥＧＲバルブ１９の開度調節は、エンジン回転速度、燃料量、吸入空気量をセンサでセンシングし、コンピュータ２７において、エンジン２にＥＧＲガスを負荷した後の空気量が適切な空気量になるように開度を演算し、低圧ＥＧＲバルブ１９のアクチュエータに駆動信号を出力することで行われる。
【０００８】
コンピュータ２７には、エンジン回転速度と燃料量をパラメータにして吸入空気量を引き当てるマップが形成されている。ＥＧＲ制御を行わないときの各エンジン回転速度と各燃料量における吸入空気量をＭ０とし、マップの各エンジン回転速度と各燃料量による参照先に格納されている吸入空気量をＭ（Ｎ，Ｑ）とすると、ＥＧＲ量は、Ｍ（Ｎ，Ｑ）−Ｍ０となる。言い換えると、ＥＧＲ制御を行わないときの吸入空気量Ｍ０にＥＧＲ量を加えた値がマップ化されている。エンジン回転速度と燃料量ごとに吸入空気量Ｍ（Ｎ，Ｑ）を与えれば、そのエンジン状態に対するＥＧＲ量が一義的に決まる。これを吸入空気量制御方式（以下、ＭＡＦ制御方式）と呼ぶ。
【０００９】
エンジンにかかる負荷が低く、ＥＧＲ経路出口とＥＧＲ経路入口との圧力差が極小のときは、吸気管２１のＥＧＲガスが合流する箇所より上流に設けられた吸気スロットル２２を絞ることで、ＥＧＲガスが合流する箇所に流れ込む新気を減らす。これにより、ＥＧＲ経路出口の圧力を下げて、圧力差を拡大させてＥＧＲガスを吸気管２１に導入しやすくする。
【００１０】
エンジンにかかる負荷が増すと、ＥＧＲ経路出口とＥＧＲ経路入口との圧力差が大きくなるので、吸気スロットル２２は全開にする
コンピュータ２７には、エンジン回転速度と燃料量をパラメータにして吸気スロットル２２の開度を引き当てる空気量マップが形成されている。従って、エンジン回転速度と燃料量が入力されると吸気スロットル２２の開度が空気量マップで指定された開度に制御される。このような吸気スロットル制御が行われている下で、前述の吸入空気量制御方式によるＥＧＲ量（又はＥＧＲ率）が調節される。
【００１１】
次に、従来のＨＰＥＧＲ方式を行うエンジンシステム１６１を図１６に示す。このエンジンシステム１６１は、エンジン２の排気マニホールド３から取り出した排気がタービン４に供給される高圧段ターボチャージャ５と、高圧段ターボチャージャ５のタービン４から出る排気を調整する高圧排気調整弁６と、高圧段ターボチャージャ５のタービン４から出る排気と排気マニホールド３から分岐される排気とを切り替えて低圧段ターボチャージャ７のタービン８に供給する排気切替弁９と、排気切替弁９から供給される排気でタービン８が駆動される低圧段ターボチャージャ７と、低圧段ターボチャージャ７のタービン８の出口から大気までを繋ぐ排気ガス排出配管１０と、排気ガス排出配管１０に挿入され排気ガスから粒子状物質を除去するＤＰＦ１１と、排気ガス排出配管１０に挿入され排気ガスから窒素酸化物を除去するＮＯｘ触媒式窒素酸化物除去装置１２と、エンジン２の排気マニホールド３から排気ガスをＥＧＲガスとして取り出してエンジン２の吸気マニホールド１３に送る高圧ＥＧＲ配管１４と、その高圧ＥＧＲ配管１４に挿入された高圧ＥＧＲクーラ１５と、高圧ＥＧＲ配管１４におけるＥＧＲガスの量を調節する高圧ＥＧＲバルブ１６と、大気から低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０までを繋ぐ吸気管２１と、その吸気管２１に挿入された吸気スロットル２２と、低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０の出力を高圧段ターボチャージャ５のコンプレッサ２３の入力に繋ぐ低圧ターボ出力ガス配管２４と、高圧段ターボチャージャ５のコンプレッサ２３の出力と低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０の出力とを切り替える吸気切替弁２５と、吸気切替弁２５で選択されたガスをエンジン２の吸気マニホールド１３に提供する高圧ガス配管２６とを備える。
【００１２】
図１６のエンジンシステム１６１においても図１５のエンジンシステム１５１と同様に、コンピュータ２７は、エンジン回転速度、エンジン空気量、エンジン燃料量（燃料量）など、ＥＧＲ制御に必要なセンサ信号を入力し、排気切替弁９のアクチュエータ、高圧ＥＧＲバルブ１６のアクチュエータ、吸気切替弁２５のアクチュエータ、高圧排気調整弁６のアクチュエータなど、ＥＧＲ制御に必要なアクチュエータに駆動信号を出力することができる。
【００１３】
近年、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と煤とを同時に低減するための燃焼方式として、燃料の早期噴射を行い、予混合燃焼を主体とさせる燃焼方式（ＰＣＩ燃焼方式と称す）が注目を浴びている。ＰＣＩ燃焼方式では、過早着火やノッキングを防止する手段として、大量のＥＧＲを行うことが一般的である。そのＥＧＲ率は、５０〜８０％である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ＥＧＲ方式の問題点、燃焼方式の問題点、及びこれらを組み合わせたときの問題点について以下に述べる。なお、ＰＣＩ燃焼方式以外の、拡散燃焼が主体となる燃焼方式は、従来燃焼方式と称する。
【００１５】
ＨＰＥＧＲ方式では、ターボチャージャのタービンの上流である排気マニホールドからＥＧＲガスを抜き出し、そのＥＧＲガスを吸気マニホールドに入れる。このためターボチャージャのタービンを通るガス量が減る。エンジンの負荷が同一であるとして比較すると、大量のＥＧＲを行うほどターボが働かなくなり、ターボチャージャのコンプレッサがエンジンに過給する新気量が減る。その結果、軽負荷領域（エンジンが比較的軽負荷となるエンジン回転速度と燃料量で表される領域を指す；エンジンが比較的高負荷となる領域は高負荷領域と言い、これらの中間的な領域は中負荷領域と言う）においては、排気ガス規制対応として比較的大量のＥＧＲを行うことが要求されるにもかかわらず、空気過剰率λを大きく上げることができない。
【００１６】
ＬＰＥＧＲ方式では、ターボチャージャのタービンの下流である排気ガス排出配管からＥＧＲガスを抜き出し、そのＥＧＲガスをターボチャージャのコンプレッサの上流である吸気管に入れる。このため排気ガスの全量がターボチャージャのタービンを通る。よって、ＨＰＥＧＲ方式に比べて同一ＥＧＲ量でも空気過剰率λを上げることができる。同一空気過剰率λではＥＧＲ率を上げることができる。しかし、その反面、従来燃焼方式による燃焼で生成した煤がＥＧＲガスに伴いターボチャージャのコンプレッサを通り、インタークーラ（図示せず）を通る。このため、コンプレッサ翼やインタークーラのガス通路が汚染され、コンプレッサ効率の低下、インタークーラの冷却能力の低下が経年変化として発生する。
【００１７】
ＰＣＩ燃焼方式は、従来燃焼方式に比べてＮＯｘや煤が大幅に減少する。しかし、ＰＣＩ燃焼方式は、燃料を早期に噴射するため、過早期着火やノッキングを生じやすく、軽負荷領域でしか使用できない。過早期着火やノッキングを抑制するには、ＥＧＲを大量に行い給気の酸素濃度を低減させる燃焼制御を行うか、エンジン筒内の圧縮空気（ＥＧＲガスと空気の混合ガス）の温度を下げることで燃焼の反応速度を抑制する燃焼制御を行うしかない。給気酸素濃度低減のために行うＥＧＲは、空気過剰率λが１．０未満となると理論空気量が不足する。理論空気量が不足すると、ＰＣＩ燃焼方式においても大量の煤が発生する。この煤が発生する空気過剰率λになるときがＰＣＩ燃焼方式の理論的限界となる。また、エンジン筒内の圧縮空気（ＥＧＲガスと空気の混合ガス）の温度を下げるには、圧縮比を下げることが有効であるが、圧縮比を下げると始動性の悪化や理論熱効率の低下が生じる。
【００１８】
次に、ＨＰＥＧＲ方式とＰＣＩ燃焼方式を組み合わせるとする。ＨＰＥＧＲ方式では、軽負荷領域のときターボチャージャの効率が低いので、排気マニホールドの内圧が過給圧に比べて十分に高くなり、軽負荷領域でのＥＧＲは行いやすい。軽負荷領域で使用するターボチャージャと高負荷領域で使用するターボチャージャのように、ターボチャージャを複数段に設けておき、エンジン負荷に応じてターボチャージャを切り替える複数ステージターボシステムにおいては、軽負荷領域用の小容量のターボチャージャを使用することで軽負荷領域でも過給率を上げることができる。よって、ＰＣＩ燃焼方式により早期噴射が行われる軽負荷領域でも過給率を上げることができ、大量にＥＧＲを行っても空気過剰率λを高く維持することができる。その結果、より広い負荷領域で早期噴射を行うことができる。つまり、ＰＣＩ燃焼方式を行うことができるエンジン負荷領域（以下、ＰＣＩ領域と称す）が拡大する。
【００１９】
しかし、エンジン負荷が増してくると、ＰＣＩ領域から従来燃焼領域（従来燃焼方式しかできない負荷領域）に移ることになる。このＰＣＩ領域から従来燃焼領域に移るとき、ＥＧＲ量が減少するためタービンを駆動する排気ガス量が急激に増加する。その結果、ガス流量の小さい小容量のターボチャージャでは、排気マニホールドの内圧が過給圧よりも非常に高くなり、ポンピングロスが増大する。ＨＰＥＧＲ方式では、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの冷却能力をいかに高めても、ＥＧＲクーラの冷却媒体がエンジン冷却水であるため、エンジン冷却水の温度以下には冷却できない。例えば、ＥＧＲクーラを通ったＥＧＲガスの温度は８０℃近辺である。吸気マニホールド内にて新気とＥＧＲガスが混合されるので、吸気マニホールド内の吸入ガス（新気とＥＧＲガスの混合ガス）の温度は比較的高くなる。その温度は、例えば、５０〜６０℃である。このように、エンジン筒内圧縮ガス温度が上がるので、空気過剰率λが上がったほどにはＰＣＩ領域は拡大しない。
【００２０】
次に、ＬＰＥＧＲ方式とＰＣＩ燃焼方式を組み合わせるとする。ＬＰＥＧＲ方式に、ＨＰＥＧＲ方式に用いたのと同じ小容量のターボチャージャを用いると、排気ガスの全量がタービンを通ることになる。このため、ＨＰＥＧＲ方式に比べてターボチャージャが行うことができる仕事量が増え、エンジン筒内に供給するガス（新気とＥＧＲガスの混合ガス）の量が増大する。その結果、ＥＧＲガス混合後の吸気酸素濃度を同一とした場合、ＨＰＥＧＲ方式に比べて空気過剰率λを上げることができ、ＰＣＩ領域の拡大が期待できる。また、コンプレッサの上流で新気とＥＧＲガスが混合された混合ガスは、コンプレッサを通過した後、インタークーラ（図示せず）で冷却されるので、吸気マニホールド内の吸入ガスの温度はＨＰＥＧＲ方式に比べて低く、ＨＰＥＧＲ方式よりもＰＣＩ領域の拡大が期待できる。
【００２１】
しかし、ＬＰＥＧＲ方式に、ＨＰＥＧＲ方式に用いたのと同じ小容量のターボチャージャを用いると、エンジン負荷がより低いときにターボチャージャの許容回転速度に達する。従って、ＨＰＥＧＲ方式と同じエンジン負荷までターボチャージャを用いるには、ターボチャージャの容量を大きくしなければならない。ターボチャージャの容量を大きくすると、エンジン負荷が軽負荷での過給率は下がる。このため、ＰＣＩ領域は上記期待したほどは拡大しない。また、タービン、コンプレッサの仕事がＨＰＥＧＲ方式に比べて大きいため、従来燃焼領域でもＰＣＩ燃焼領域でもポンピングロスが大きい。また、従来燃焼領域では、コンプレッサ翼やインタークーラのガス通路が汚染され、コンプレッサ効率の低下、インタークーラの冷却能力の低下が経年変化として発生する。
【００２２】
以上のように、いずれの組み合わせにも問題点がある。
【００２３】
ＥＧＲ方式とターボ方式の組み合わせとして、排気ガス浄化に効率的なものは、エンジン負荷が軽負荷のときは小容量のターボチャージャとＬＰＥＧＲ方式の組み合わせ、エンジン負荷が中負荷のときは中容量のターボチャージャとＬＰＥＧＲ方式又はＨＰＥＧＲ方式の組み合わせ、エンジン負荷が大負荷のときは高容量のターボチャージャとＨＰＥＧＲ方式の組み合わせである。ただし、これらの組み合わせに必要な装置を全て装備するエンジンシステムは、３種類以上のターボチャージャを装備することになる。
【００２４】
図１７に示されるように、燃料量に対する吸気マニホールド（図中は給気ＭＦＤ）内のガス温度特性をＬＰＥＧＲ（Low Pressure EGR）方式とＨＰＥＧＲ（High Pressure EGR）方式についてプロットする。このグラフによると、ＨＰＥＧＲ方式のほうが全般的にガス温度が高く、特に燃料量が少ないときに両方式のガス温度の差が大きい。
【００２５】
図１８に示されるように、エンジン回転速度と燃料量を直交二軸とする状態平面に、ＬＰＥＧＲ方式とＨＰＥＧＲ方式についてＰＣＩ限界をプロットする。ＰＣＩ限界とは、エンジン回転速度と燃料量で示されるエンジン負荷が図１８のグラフにおいてＰＣＩ限界を示す線よりも下にあるとき、ＰＣＩ燃焼方式で煤が発生せず、エンジン回転速度と燃料量で示されるエンジン負荷がＰＣＩ限界を示す線よりも上にあるとき、ＰＣＩ燃焼方式で煤が発生するという意味を持つ。図１８中、ＰＣＩ限界を示す線よりも下の領域がＰＣＩ領域（ＰＣＩ燃焼方式を行うことができる負荷領域）となる。
【００２６】
このグラフによると、全てのエンジン回転速度においてＨＰＥＧＲ方式よりＬＰＥＧＲ方式のほうがＰＣＩ限界となる燃料量が高い。ＰＣＩ限界を示す線よりも下の領域がＰＣＩ領域であるから、ＬＰＥＧＲ方式は、ＨＰＥＧＲ方式よりＰＣＩ領域が広く、比較的に燃料量が多くてもＰＣＩ燃焼方式を行うことができることがわかる。
【００２７】
次に、２種類の方式のＥＧＲ装置を装備し、エンジン負荷によってＥＧＲ装置を切り替えるという組み合わせを検討する。図１５、図１６に示した従来のエンジンシステムは、いずれも２種類のターボチャージャを装備したエンジンシステムである。このような２ステージターボシステムを備えたエンジンシステムにおいて、ＬＰＥＧＲ方式のＥＧＲ装置とＨＰＥＧＲ方式のＥＧＲ装置とを装備する。エンジン負荷が軽負荷〜中負荷のとき、小容量のターボチャージャとＬＰＥＧＲ方式の組み合わせで動作し、エンジン負荷が中負荷〜高負荷のとき、大容量のターボチャージャとＨＰＥＧＲ方式の組み合わせで動作するものとする。このとき、エンジン状態平面中のエンジン負荷が軽負荷〜中負荷となる領域には、ＰＣＩ限界が含まれる。
【００２８】
この組み合わせでは、ＰＣＩ燃焼方式が行われている軽負荷領域では、ＬＰＥＧＲ方式により、ターボチャージャの過給仕事をＨＰＥＧＲ方式よりも増やし、かつ、吸気マニホールド内ガス温度を下げてＰＣＩ領域を拡大する。中〜高負荷領域では、ＨＰＥＧＲ方式により供給ガス量（新気とＥＧＲガス）の直線的な増大を抑えることで小容量ターボチャージャと大容量ターボチャージャの容量比を近付けることができる。この結果、切り替え時に発生する過給圧の段差を小さくできるので、両ターボチャージャの切り替えを円滑に行うことができる。また、高負荷領域での供給ガス量の低下により燃焼圧（Pmax）を下げることができる。
【００２９】
しかしながら、この組み合わせでは、ＬＰＥＧＲ方式とＨＰＥＧＲ方式でターボチャージャを通るガス量が異なるので、ＥＧＲ方式の切り替え時のＥＧＲ量が意図したＥＧＲ量よりも過大、過小になる状況が発生する。すなわち、同一のエンジン負荷にてＥＧＲ方式が変わった瞬間には、過給圧が同じなら吸気組成や吸気量又はその両方が異なる。吸気量が同一なら過給圧とタービン入口圧が異なることになるので、ポンピングロスの大きな変化により軸出力の円滑な切り替わりが阻害される。これにより、ＥＧＲ方式が切り替わった瞬間に軸出力に段差が生じる。
【００３０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＥＧＲ方式の切り替えによる諸状態の変化を円滑にするエンジンシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気マニホールドから吸気マニホールドに排気ガスを還流する高圧ＥＧＲ手段と、排気ガス排出配管から吸気管に排気ガスを還流する低圧ＥＧＲ手段と、エンジン負荷に応じて上記低圧ＥＧＲ手段のみを稼働するか、上記高圧ＥＧＲ手段のみを稼働するか、上記低圧ＥＧＲ手段と上記高圧ＥＧＲ手段の両方を稼働させるかを判断して上記低圧ＥＧＲ手段と上記高圧ＥＧＲ手段を制御するコンピュータとを備え、上記コンピュータは、エンジン回転速度と燃料量を直交二軸とするエンジン状態平面に、上記低圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるＬＰＥＧＲ領域と、上記高圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるＨＰＥＧＲ領域と、上記低圧ＥＧＲ手段と上記高圧ＥＧＲ手段のいずれか一方の稼働又は両方の稼働が可能な遷移領域とが定義され、上記コンピュータは、現在のエンジン回転速度と燃料量とにより上記エンジン状態平面を参照することで、稼働させるＥＧＲ手段を決定するものである。
【００３２】
小容量駆動・大容量駆動が切り替え可能なターボチャージャを備え、上記コンピュータは、上記低圧ＥＧＲ手段のみを稼働するときは上記ターボチャージャを小容量駆動に切り替え、上記高圧ＥＧＲ手段のみを稼働するときは上記ターボチャージャを大容量駆動に切り替えてもよい。
【００３３】
上記エンジンは、ＰＣＩ燃焼方式による燃料早期噴射が可能なエンジンであり、上記コンピュータの上記エンジン状態平面に、燃料早期噴射を行うＰＣＩ領域と燃料早期噴射を行わない非ＰＣＩ領域とが定義され、上記ＰＣＩ領域は、上記ＬＰＥＧＲ領域に含まれていてもよい。
【００３４】
上記コンピュータの上記エンジン状態平面に、上記低圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい低圧ＥＧＲ推奨領域と上記高圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい高圧ＥＧＲ推奨領域とを区画するＥＧＲ境界線が定義され、上記ＥＧＲ境界線より低圧ＥＧＲ推奨領域側に所定の距離以上離れた領域が上記ＬＰＥＧＲ領域と定義され、上記ＥＧＲ境界線より高圧ＥＧＲ推奨領域側に所定の距離以上離れた領域が上記ＨＰＥＧＲ領域と定義され、上記ＥＧＲ境界線より所定の距離未満の領域が上記遷移領域と定義されてもよい。
【００３５】
上記コンピュータは、現在のエンジン回転速度、燃料量及び過去のエンジン回転速度、燃料量により、上記エンジン状態平面における未来のエンジン回転速度、燃料量を予測し、上記コンピュータは、過去のエンジン回転速度、燃料量が上記ＬＰＥＧＲ領域か上記ＨＰＥＧＲ領域にあり、現在のエンジン回転速度、燃料量が上記遷移領域に移ったとき、上記予測したエンジン回転速度、燃料量が上記ＥＧＲ境界線を超えて他のＥＧＲ推奨領域側に移らなければ、稼働させるＥＧＲ手段を過去のまま維持し、上記予測したエンジン回転速度、燃料量が上記ＥＧＲ境界線を超えて他のＥＧＲ推奨領域側に移れば、上記低圧ＥＧＲ手段と上記高圧ＥＧＲ手段をの両方の稼働を開始させてもよい。
【００３６】
上記コンピュータは、エンジン回転速度を上記ＥＧＲ境界線の最高回転速度で割った正規化回転速度と燃料量を上記ＥＧＲ境界線のエンジン回転速度＝０における燃料量で割った正規化燃料量とで上記エンジン状態平面が定義され、上記ＥＧＲ境界線が円、直線等の四次以下の関数で定義されてもよい。
【００３７】
上記コンピュータは、上記ＬＰＥＧＲ領域と上記遷移領域との境界となる下限境界線が上記ＥＧＲ境界線に対して正規化回転速度、正規化燃料量が所定比小さい線で定義され、上記遷移領域と上記ＨＰＥＧＲ領域との境界となる上限境界線が上記ＥＧＲ境界線に対して正規化回転速度、正規化燃料量が所定比大きい線で定義されてもよい。
【００３８】
上記コンピュータは、エンジン回転速度と燃料量を直交二軸とするエンジン状態平面の場所ごとに、ＥＧＲを行わない場合の空気量にＥＧＲ量を加えた混合ガス量が定義され、上記コンピュータは、現在のエンジン回転速度と燃料量とにより上記エンジン状態平面を参照してＥＧＲ量を決定するＭＡＦ制御の機能を有し、上記コンピュータは、上記ＬＰＥＧＲ領域では上記低圧ＥＧＲ手段に上記ＭＡＦ制御を適用し、上記ＨＰＥＧＲ領域では上記高圧ＥＧＲ手段に上記ＭＡＦ制御を適用し、上記遷移領域では一方のＥＧＲ手段に上記ＭＡＦ制御を適用しつつ他方のＥＧＲ手段については開度が漸減する制御を行ってもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４０】
（１）ＥＧＲ方式の切り替えによる諸状態の変化を円滑にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００４２】
図１に示されるように、本発明に係るエンジンシステム１は、エンジン２の排気マニホールド３から取り出した排気がタービン４に供給される高圧段ターボチャージャ５と、高圧段ターボチャージャ５のタービン４から出る排気を調整する高圧排気調整弁６と、高圧段ターボチャージャ５のタービン４から出る排気と排気マニホールド３から分岐される排気とを切り替えて低圧段ターボチャージャ７のタービン８に供給する排気切替弁９と、排気切替弁９から供給される排気でタービン８が駆動される低圧段ターボチャージャ７と、低圧段ターボチャージャ７のタービン８の出口から大気までを繋ぐ排気ガス排出配管１０と、排気ガス排出配管１０に挿入され排気ガスから粒子状物質を除去するＤＰＦ１１と、排気ガス排出配管１０に挿入され排気ガスから窒素酸化物を除去するＮＯｘ触媒式窒素酸化物除去装置１２と、エンジン２の排気マニホールド３から排気ガスをＥＧＲガスとして取り出してエンジン２の吸気マニホールド１３に送る高圧ＥＧＲ配管１４と、その高圧ＥＧＲ配管１４に挿入された高圧ＥＧＲクーラ１５と、高圧ＥＧＲ配管１４におけるＥＧＲガスの量を調節する高圧ＥＧＲバルブ１６と、ＤＰＦ１１を通過した後の排気ガスをＥＧＲガスとして排気ガス排出配管１０から分岐する低圧ＥＧＲ配管１７と、その低圧ＥＧＲ配管１７に挿入された低圧ＥＧＲクーラ１８と、低圧ＥＧＲ配管１７におけるＥＧＲガスの量を調節する低圧ＥＧＲバルブ１９と、大気から低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０までを繋ぎその途中に低圧ＥＧＲ配管１７が合流されている吸気管２１と、その吸気管２１の低圧ＥＧＲ配管合流箇所より大気側に挿入された吸気スロットル２２と、低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０の出力を高圧段ターボチャージャ５のコンプレッサ２３の入力に繋ぐ低圧ターボ出力ガス配管２４と、高圧段ターボチャージャ５のコンプレッサ２３の出力と低圧段ターボチャージャ７のコンプレッサ２０の出力とを切り替える吸気切替弁２５と、吸気切替弁２５で選択されたガスをエンジン２の吸気マニホールド１３に提供する高圧ガス配管２６とを備える。
【００４３】
このエンジンシステム１の制御は、コンピュータ２７で行われる。コンピュータ２７は、エンジン回転速度、エンジン空気量、エンジン燃料量（単に燃料量とも称する）など、ＥＧＲ制御に必要な信号を図示しないセンサから入力することができる。コンピュータ２７は、これらのセンサからの入力信号を適宜なサンプリング時間で繰り返しサンプリングし、現在の信号値と過去における適宜な時間分の信号値をメモリに蓄積し必要に応じて演算に使用するようになっている。また、コンピュータ２７は、排気切替弁９のアクチュエータ、高圧ＥＧＲバルブ１６のアクチュエータ、低圧ＥＧＲバルブ１９のアクチュエータ、吸気切替弁２５のアクチュエータ、高圧排気調整弁６のアクチュエータなど、ＥＧＲ制御に必要なアクチュエータに駆動信号を出力することができる。
【００４４】
高圧ＥＧＲ配管１４、高圧ＥＧＲバルブ１６は、高圧ＥＧＲ手段を構成する。低圧ＥＧＲ配管１７、低圧ＥＧＲバルブ１９は、低圧ＥＧＲ手段を構成する。このように、本発明のエンジンシステム１は、エンジン２の排気マニホールド３から吸気マニホールド１３に排気ガスを還流する高圧ＥＧＲ手段と、排気ガス排出配管１０から吸気管２１に排気ガスを還流する低圧ＥＧＲ手段とを共に備える。
【００４５】
本発明にあっては、コンピュータ２７は、エンジン負荷に応じて低圧ＥＧＲ手段のみを稼働するか、高圧ＥＧＲ手段のみを稼働するか、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の両方を稼働させるかを判断して低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段を制御するようになっている。
【００４６】
コンピュータ２７は、エンジン回転速度と燃料量をエンジン負荷の指標とし、この指標に従ってＥＧＲ手段を選択的に稼働するようになっている。すなわち、コンピュータ２７は、回転速度と燃料量を直交二軸とするエンジン状態平面に、低圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるＬＰＥＧＲ領域と、高圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるＨＰＥＧＲ領域と、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段のいずれか一方の稼働又は両方の稼働が可能な遷移領域とがメモリ上に定義されている（図２〜図１０参照）。コンピュータ２７は、現在のエンジン回転速度と燃料量とにより上記エンジン状態平面を参照することで、稼働させるＥＧＲ手段を判断するようにプログラムが構成されている。
【００４７】
図１のエンジンシステム１は、高圧段ターボチャージャ５と低圧段ターボチャージャ７とを備えた２ステージターボシステムである。エンジンシステム１は、高圧段ターボチャージャ５と低圧段ターボチャージャ７の組合わせにより、小容量駆動と大容量駆動とが切り替え可能となっている。ターボチャージャの種類や個数に拘わらず、小容量駆動と大容量駆動とが切り替え可能なターボチャージャを備えていれば、本発明は実施できる。
【００４８】
コンピュータ２７は、低圧ＥＧＲ手段のみを稼働するとき（エンジン２が軽〜中負荷であってＬＰＥＧＲ領域に相当）は、小容量駆動と大容量駆動とが切り替え可能な上記ターボチャージャを小容量駆動に切り替え、高圧ＥＧＲ手段のみを稼働するとき（エンジン２が中〜高負荷であってＨＰＥＧＲ領域に相当）は上記ターボチャージャを大容量駆動に切り替えるようにプログラムが構成されている。
【００４９】
エンジン２は、ＰＣＩ燃焼方式による燃料早期噴射が可能なエンジン２である。そこで、コンピュータ２７のエンジン状態平面には、燃料早期噴射を行うＰＣＩ領域と燃料早期噴射を行わない非ＰＣＩ領域とが定義されている。ＰＣＩ領域は、ＬＰＥＧＲ領域に完全に含まれており、非ＰＣＩ領域の一部がＬＰＥＧＲ領域に含まれている（図２〜図４参照）。
【００５０】
コンピュータ２７のメモリ上に定義されているエンジン状態平面は、低圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい低圧ＥＧＲ推奨領域と高圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい高圧ＥＧＲ推奨領域とを区画するＥＧＲ境界線が定義される。このＥＧＲ境界線より低圧ＥＧＲ推奨領域側に所定の距離以上離れた領域がＬＰＥＧＲ領域と定義されている。ＥＧＲ境界線より高圧ＥＧＲ推奨領域側に所定の距離以上離れた領域がＨＰＥＧＲ領域と定義されている。そして、ＥＧＲ境界線より所定の距離未満の領域が遷移領域と定義されている（図４〜図１０参照）。
【００５１】
図１のエンジンシステム１は、ＰＣＩ領域を含むエンジン２が軽〜中負荷のＬＰＥＧＲ領域では、ターボチャージャが小容量駆動でＥＧＲ方式がＬＰＥＧＲ方式とし、エンジン２が中〜高負荷のＨＰＥＧＲ領域では、ターボチャージャが大容量駆動でＥＧＲ方式がＨＰＥＧＲ方式という組み合わせで動作するものである。そして、ＬＰＥＧＲ領域とＨＰＥＧＲ領域のＥＧＲ境界線の付近には、遷移領域が設けられる。遷移領域では、ＥＧＲ方式の切り替えに際し、円滑な諸状態の変化を得るためのアルゴリズムを実行するようになっている。
【００５２】
コンピュータ２７は、現在のエンジン回転速度、燃料量及び過去のエンジン回転速度、燃料量により、上記エンジン状態平面における未来のエンジン回転速度、燃料量を予測するようにプログラムが構成されている。また、コンピュータ２７は、過去のエンジン回転速度、燃料量がＬＰＥＧＲ領域かＨＰＥＧＲ領域にあり、現在のエンジン回転速度、燃料量が遷移領域に移ったとき、予測したエンジン回転速度、燃料量がＥＧＲ境界線を超えて他のＥＧＲ推奨領域側に移らなければ、稼働させるＥＧＲ手段を過去のまま維持し、予測したエンジン回転速度、燃料量が上記ＥＧＲ境界線を超えて他のＥＧＲ推奨領域側に移れば、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の両方の稼働を開始させるようにプログラムが構成されている。
【００５３】
さらに、コンピュータ２７のメモリにおいては、エンジン回転速度をＥＧＲ境界線の最高回転速度で割った正規化回転速度と燃料量をＥＧＲ境界線のエンジン回転速度＝０における燃料量で割った正規化燃料量とでエンジン状態平面が定義されている（図３〜図１０参照）。ＥＧＲ境界線は、円、直線等の四次以下の関数で定義するのが望ましい。
【００５４】
コンピュータ２７のメモリにおいては、ＬＰＥＧＲ領域と遷移領域との境界となる下限境界線がＥＧＲ境界線に対して正規化回転速度、正規化燃料量が所定比小さい線で定義されていると共に、コンピュータ２７のメモリにおいては、遷移領域とＨＰＥＧＲ領域との境界となる上限境界線がＥＧＲ境界線に対して正規化回転速度、正規化燃料量が所定比大きい線で定義されている（図４〜図１０参照）。
【００５５】
コンピュータ２７のメモリには、エンジン回転速度と燃料量を直交二軸とするエンジン状態平面の場所ごとに、ＥＧＲを行わない場合の空気量にＥＧＲ量を加えた混合ガス量が定義されている。ただし、これについては図示しない。コンピュータ２７は、現在のエンジン回転速度と燃料量とにより上記エンジン状態平面を参照してＥＧＲ量を決定するＭＡＦ制御の機能を有する。本発明にあっては、コンピュータ２７は、ＬＰＥＧＲ領域では低圧ＥＧＲ手段にＭＡＦ制御を適用し、ＨＰＥＧＲ領域では高圧ＥＧＲ手段にＭＡＦ制御を適用し、遷移領域では一方のＥＧＲ手段にＭＡＦ制御を適用しつつ他方のＥＧＲ手段については開度が漸減する制御を行うようにプログラムが構成されている。
【００５６】
以下、本発明の動作とその原理を詳細に説明する。
【００５７】
図２に示されるように、本発明のエンジンシステム１にあっては、ＥＧＲ方式の切り替えの判断に用いるために、エンジン回転速度Ｎと燃料量Ｑを直交二軸とするエンジン状態平面が定義される。エンジン状態平面は、メモリ上においてはエンジン回転速度Ｎと燃料量Ｑをパラメータとして検索可能なマップで表現するのが望ましい。エンジン状態平面に描かれる境界線等の曲線は関数で定義してもよい。以下では、図２のようなエンジン状態平面を領域マップと呼ぶ。
【００５８】
また、エンジンシステム１には、領域マップとは別に、従来より、ＭＡＦ制御に用いるために、エンジン回転速度と燃料量を直交二軸とするエンジン状態平面の場所ごとに混合ガス量が定義されている。以下では、このＭＡＦ制御用エンジン状態平面（図示せず）はＥＧＲマップと呼ぶ。
【００５９】
図２の領域マップは、横軸にエンジン回転数Ｎ（ｒｐｍ）を取り、縦軸に燃料量Ｑ（ｍｍ3／ｓｔ）を取り、低圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい低圧ＥＧＲ推奨領域と上記高圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい高圧ＥＧＲ推奨領域とを区画するＥＧＲ境界線ＢＬを定義したものである。
【００６０】
図２の領域マップには、ＰＣＩ限界ＰＬが示されている。これについては、図４で説明する。
【００６１】
図３に示されるように、エンジン回転速度Ｎを低圧ＥＧＲ推奨領域における最高回転速度となるＥＧＲ境界線ＢＬの最高回転速度Ｎｍａｘで割ったものを正規化回転速度Ｎ＊とし、燃料量Ｑを低圧ＥＧＲ推奨領域における最大燃料量となるＥＧＲ境界線ＢＬのエンジン回転速度＝０における燃料量Ｑｍａｘで割ったものを正規化燃料量Ｑ＊とする。この正規化回転速度Ｎ＊と正規化燃料量Ｑ＊とを直交二軸としてエンジン状態平面（領域マップ）を定義する。図３の領域マップでは、横軸はエンジン回転数Ｎ＊（単位無し）、縦軸は燃料量Ｑ＊（単位無し）となり、ＥＧＲ境界線ＢＬが座標（１，０）と座標（０，１）を通ることになる。
【００６２】
例えば、ＥＧＲ境界線ＢＬは、
ａ１×Ｑ＊4＋ａ２×Ｑ＊3
＋ａ３×Ｑ＊2＋ａ４×Ｑ＊＋ａ５
＝ｂ１×Ｎ＊4＋ｂ２×Ｎ＊3
＋ｂ３×Ｎ＊2＋ｂ４×Ｎ＊＋ｂ５         （１）
ａ１〜ａ５，ｂ１〜ｂ５は定数
という近似式で定義する。近似式は、直線関数、二次関数、三次関数、四次関数、円関数、楕円関数などを用いることができる。後述のように、あるＥＧＲ方式から他のＥＧＲ方式に制御を遷移させる際に、遷移領域に突入した後にＥＧＲ境界線に到達する座標を演算により予測する。このとき、方程式の解として代数の一般解が得られる四次以下の関数を採用するのが望ましい。
【００６３】
遷移領域の上限境界線ＵＢと下限境界線ＤＢを定義する。図４には下限境界線ＤＢの定義のみ示す。上限境界線ＵＢは、高圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるエンジン状態から遷移領域のエンジン状態に入る境界線である。下限境界線ＤＢは、低圧ＥＧＲ手段のみ稼働が許容されるエンジン状態から遷移領域のエンジン状態に入る境界線である。上限境界線ＵＢより上かつ右がＨＰＥＧＲ領域となり、下限境界線ＤＢより下かつ左がＬＰＥＧＲ領域となり、上限境界線ＵＢと下限境界線ＤＢに挟まれたところが遷移領域となる。上限境界線ＵＢ、下限境界線ＤＢは、前述のような近似式で定義するとよい。
【００６４】
下限境界線ＤＢは、ＥＧＲ境界線ＢＬに対して正規化回転速度Ｎ＊、正規化燃料量Ｑ＊が所定比小さい線で定義される。上限境界線ＵＢは、ＥＧＲ境界線ＢＬに対して正規化回転速度Ｎ＊、正規化燃料量Ｑ＊が所定比大きい線で定義される。例えば、ＥＧＲ境界線ＢＬの±５％の範囲を遷移領域とすると、上限境界線ＵＢはＥＧＲ境界線ＢＬの各座標×１．０５から得られ、下限境界線ＤＢはＥＧＲ境界線ＢＬの各座標×０．９５から得られる。これ以後の説明は、ＥＧＲ境界線ＢＬの座標の±５％に上限境界線ＵＢ、下限境界線ＤＢを定義したものとする。
【００６５】
なお、エンジンシステム１において、最適な上限境界線ＵＢ、下限境界線ＤＢは、実機を用いた実験によって調査をして定めるのが望ましい。
【００６６】
図４には、
Ｎ＊2＋Ｑ＊2＝１                                （２）
で定義される円弧近似のＥＧＲ境界線ＢＬと、実測で求めたＥＧＲ境界線ＢＬと、
Ｎ＊2＋Ｑ＊2＝０．９５2                         （３）
で定義される下限境界線ＤＢが示されている。
【００６７】
本発明では、ＬＰＥＧＲ領域にＰＣＩ領域が含まれる。すなわち、図４に示されるように、ＰＣＩ限界ＰＬがＬＰＥＧＲ領域（下限境界線ＤＢの下かつ左）にある。ＰＣＩ限界より下がＰＣＩ領域、ＰＣＩ限界より上が非ＰＣＩ領域である。
【００６８】
図５（ａ）に、ＥＧＲ境界線ＢＬを直線近似した場合の領域マップを示し、図５（ｂ）に、ＥＧＲ境界線ＢＬを円弧近似した場合の領域マップを示す。いずれの場合も、ＥＧＲ境界線ＢＬの座標の±５％に下限境界線ＤＢ、上限境界線ＵＢを定義したものであり、下限境界線ＤＢ、上限境界線ＵＢ、遷移領域が直線的又は円弧的な形状となる。上限境界線ＵＢより上かつ右がＨＰＥＧＲ領域、下限境界線ＤＢより下かつ左がＬＰＥＧＲ領域、上限境界線ＵＢと下限境界線ＤＢの間が遷移領域である。これらの定義は図６〜図８まで同様である。図２、図３では、ＥＧＲ境界線ＢＬによって低圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい低圧ＥＧＲ推奨領域と高圧ＥＧＲ手段の稼働が望ましい高圧ＥＧＲ推奨領域の２つの領域が区画された。しかし、ＥＧＲ境界線ＢＬ上においてＥＧＲ方式を切り替えるようにすると、エンジンの諸状態が急激に変化することがある。本発明においては、図５以降のように、下限境界線ＤＢ、上限境界線ＵＢによってＬＰＥＧＲ領域、遷移領域、ＨＰＥＧＲ領域の３つの領域が区画されることになる。
【００６９】
コンピュータ２７は、現在のエンジン回転速度Ｎと燃料量Ｑをそれぞれのセンサにより測定し、正規化回転速度Ｎ＊と正規化燃料量Ｑ＊を求める。上式（１）の右辺の値、
ａ１×Ｑ＊4＋ａ２×Ｑ＊3
＋ａ３×Ｑ＊2＋ａ４×Ｑ＊＋ａ５         （４）
と左辺の値、
ｂ１×Ｎ＊4＋ｂ２×Ｎ＊3
＋ｂ３×Ｎ＊2＋ｂ４×Ｎ＊＋ｂ５         （５）
とを比較することで、現在のＥＧＲ方式が決定される。
【００７０】
例えば、今、エンジン始動直後とすると、アイドリング状態であるので、
ａ１×Ｑ＊4＋ａ２×Ｑ＊3
＋ａ３×Ｑ＊2＋ａ４×Ｑ＊＋ａ５
＜ｂ１×Ｎ＊4＋ｂ２×Ｎ＊3
＋ｂ３×Ｎ＊2＋ｂ４×Ｎ＊＋ｂ５         （６）
となる。このときのエンジン負荷を表す領域マップの点Ｅ（Ｎ＊，Ｑ＊）は、図示のように、ＬＰＥＧＲ領域に位置する。よって、コンピュータ２７は、低圧ＥＧＲ手段のみを稼働させる。
【００７１】
なお、点Ｅから上向きに垂線を立てＥＧＲ境界線ＢＬに交差させると、その交差点Ｅｂから正規化回転速度Ｎ＊に対応するＥＧＲ境界線ＢＬ上の正規化燃料量Ｑ＊が分かる。
【００７２】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、その後、エンジン負荷が高まり、エンジン回転速度Ｎと燃料量Ｑが増えたとする。このとき、
（ａ１×Ｑ＊4＋ａ２×Ｑ＊3
＋ａ３×Ｑ＊2＋ａ４×Ｑ＊＋ａ５）0.95
＝（ｂ１×Ｎ＊4＋ｂ２×Ｎ＊3
＋ｂ３×Ｎ＊2＋ｂ４×Ｎ＊＋ｂ５）0.95       （７）
となったとする。式（７）の添え字０．９５は、エンジン負荷が下限境界線ＤＢに至ったことを示す。なお、添え字が１．０５であればエンジン負荷が上限境界線ＵＢにあることを示す。
【００７３】
エンジン負荷が式（７）の関係に至ったときの正規化回転速度をＮ０＊、正規化燃料量をＱ０＊とし、領域マップに点Ｅ０を示す。エンジン負荷が式（７）の関係に至る直前の正規化回転速度をＮｍ＊、正規化燃料量をＱｍ＊とし、領域マップに点Ｅｍを示す。コンピュータ２７は、点Ｅｍと点Ｅ０を通る直線とＥＧＲ境界線ＢＬの方程式を解いて両者が交わる点Ｅ１（Ｎ１＊，Ｑ１＊）を将来の予測点として求める。領域マップ上の点Ｅ１は、エンジン負荷を表す点の軌跡がＥＧＲ境界線ＢＬに至る点を表す。このとき、エンジン負荷が将来、ＥＧＲ境界線ＢＬに至るという予測が成立する。よって、コンピュータ２７は、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の両方の稼働を開始させる。
【００７４】
これに対し、点Ｅｍと点Ｅ０を通る直線とＥＧＲ境界線ＢＬの方程式が実根を持たない場合もある。また、解（Ｎ１＊，Ｑ１＊）が１＞Ｎ１＊＞０かつ１＞Ｑ１＊＞０とならない場合がある。これは現実のエンジンには有り得ない解である。これらの場合は、エンジン負荷が将来、ＥＧＲ境界線ＢＬに至らないという予測が成立する。よって、コンピュータ２７は、稼働させるＥＧＲ手段を過去のまま維持する。図６のように、過去に低圧ＥＧＲ手段のみを稼働させていたときは、低圧ＥＧＲ手段のみの稼働が維持される。
【００７５】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、エンジン負荷が高負荷から軽くなって上限境界線ＵＢを下に越えたとする。直前の過去のエンジン負荷を表す領域マップの点Ｅｍ（Ｎｍ＊，Ｑｍ＊）はＨＰＥＧＲ領域に位置し、コンピュータ２７が高圧ＥＧＲ手段のみを稼働させている。現在のエンジン負荷は上限境界線ＵＢの点Ｅ０（Ｎ０＊，Ｑ０＊）である。コンピュータ２７は、点Ｅｍと点Ｅ０を通る直線とＥＧＲ境界線ＢＬの方程式を解いて両者が交わる点Ｅ１（Ｎ１＊，Ｑ１＊）を求める。エンジン負荷が将来、ＥＧＲ境界線ＢＬに至るという予測が成立すれば、コンピュータ２７は、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の両方の稼働を開始させる。
【００７６】
図８（ａ）に示されるように、直前の過去のエンジン負荷を表す領域マップの点Ｅｍ（Ｎｍ＊，Ｑｍ＊）がＨＰＥＧＲ領域に位置し、コンピュータ２７が高圧ＥＧＲ手段のみを稼働させており、エンジン負荷が軽くなって上限境界線ＵＢの点Ｅ０（Ｎ０＊，Ｑ０＊）に至ったとする。コンピュータ２７は、点Ｅｍと点Ｅ０を通る直線とＥＧＲ境界線ＢＬの方程式を解いて両者が交わる点Ｅ１（Ｎ１＊，Ｑ１＊）を求めるが、方程式が実根を持たない。つまり、点Ｅｍと点Ｅ０を通る直線はＥＧＲ境界線ＢＬに交わらない。このとき、コンピュータ２７は、高圧ＥＧＲ手段のみを稼働させることを維持する。
【００７７】
図８（ｂ）に示されるように、直前の過去のエンジン負荷を表す領域マップの点Ｅｍ（Ｎｍ＊，Ｑｍ＊）がＨＰＥＧＲ領域に位置し、コンピュータ２７が高圧ＥＧＲ手段のみを稼働させており、エンジン負荷が軽くなって上限境界線ＵＢの点Ｅ０（Ｎ０＊，Ｑ０＊）に至ったとする。コンピュータ２７は、点Ｅｍと点Ｅ０を通る直線とＥＧＲ境界線ＢＬの方程式を解いて両者が交わる点Ｅ１（Ｎ１＊，Ｑ１＊）を求めるが、現実のエンジンには有り得ない解（この例では燃料量が負）が得られたので、コンピュータ２７は、高圧ＥＧＲ手段のみを稼働させることを維持する。
【００７８】
エンジン負荷が高負荷から軽負荷へと負荷減少時に上限境界線ＵＢの点Ｅ０（Ｎ０＊，Ｑ０＊）に到達した時点、あるいはエンジン負荷が軽負荷から高負荷へと負荷増加時に下限境界線ＤＢの点Ｅ０（Ｎ０＊，Ｑ０＊）到達した時点において、コンピュータ２７は、ＥＧＲバルブの開度（ＨＰＥＧＲ領域における負荷減少時は高圧ＥＧＲバルブ１６、ＬＰＥＧＲ領域における負荷増加時は低圧ＥＧＲバルブ１９）を固定値として記憶する。また、コンピュータ２７は、予測される点Ｅ１（Ｎ１＊，Ｑ１＊）でのＥＧＲバルブの開度（同上）を０とする。コンピュータ２７は、点Ｅ０から点Ｅ１に移行する間のＥＧＲバルブの開度は正規化回転速度Ｎ＊に対し直線補間する。すなわち、ＥＧＲバルブの開度が上記記憶した固定値から０まで直線的に減少するよう制御する。
【００７９】
図９に示されるように、エンジン負荷が高負荷から軽負荷へと負荷減少時（つまり高圧ＥＧＲ手段のみ稼働させていたとき）に、領域マップ上で直前の過去の点Ｅｍから現在の点Ｅ０に到達すると、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の両方の稼働を開始させることになる。このとき、コンピュータ２７は、点Ｅ０から予測される点Ｅ１まで、上記直線補間で求めた開度で高圧ＥＧＲ手段の高圧ＥＧＲバルブ１６を制御する。また、この間、コンピュータ２７は、ＭＡＦ制御によって低圧ＥＧＲ手段の低圧ＥＧＲバルブ１９を制御する。これにより、エンジン負荷が実際に点Ｅ１を通過するときには、高圧ＥＧＲ手段の高圧ＥＧＲバルブ１６は開度が０となるので、ＨＰＥＧＲ領域から遷移領域に入った点Ｅ０より、遷移領域からＬＰＥＧＲ領域に入る点Ｅ２までのＥＧＲ方式の切り替えが円滑になる。
【００８０】
図１０に示されるように、エンジン負荷が軽負荷から高負荷へと負荷増加時（つまり低圧ＥＧＲ手段のみ稼働させていたとき）に、領域マップ上で直前の過去の点Ｅｍから現在の点Ｅ０に到達すると、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の両方の稼働を開始させることになる。このとき、コンピュータ２７は、点Ｅ０から予測される点Ｅ１まで、上記直線補間で求めた開度で低圧ＥＧＲ手段の低圧ＥＧＲバルブ１９を制御する。また、この間、コンピュータ２７は、ＭＡＦ制御によって高圧ＥＧＲ手段の高圧ＥＧＲバルブ１６を制御する。これにより、エンジン負荷が実際に点Ｅ１を通過するときには、低圧ＥＧＲ手段の低圧ＥＧＲバルブ１９は開度が０となるので、ＬＰＥＧＲ領域から遷移領域に入った点Ｅ０より、遷移領域からＨＰＥＧＲ領域に入る点Ｅ２までのＥＧＲ方式の切り替えが円滑になる。
【００８１】
上記直線補間で求めた開度に１より小さい定数Ａ又はＢを掛けることで上記直線補間で求めた開度より小さい開度を低圧ＥＧＲ手段又は高圧ＥＧＲ手段への指示開度としてもよい。これにより、遷移領域内における当該ＥＧＲ手段の開度を上記直線補間で求めた開度とは異ならせることができる。当該ＥＧＲ手段とＭＡＦ制御されているもう一方のＥＧＲ手段との間で、ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）の分担比率を任意に変化させるようにしてもよい。
【００８２】
以上説明したように、本発明は、１個以上のターボチャージャを備えたエンジンシステムにおいて、エンジン回転速度と燃料量が示すエンジン状態に応じて複数方式のＥＧＲ手段を切り替える際に、ある方式のＥＧＲ手段が推奨される領域と他のＥＧＲ手段が推奨される領域との境界線に重ねて有限幅の遷移領域を定義し、遷移領域では、複数のＥＧＲ方式を併用しつつ、段階的あるいは無段階的に推奨されるＥＧＲ手段に切り替えていき、遷移領域を出たときには推奨されるＥＧＲ手段のみの稼働となるようにした。これにより、ＥＧＲ方式の差異による吸入空気量、排気ガス量の急激な変化を緩和することができ、ＥＧＲ手段の切り替えに伴う諸状態の変化が円滑となる。この結果、有害な排気ガスの発生を抑制すると共に、燃費の意図しない悪化を抑制することができる。また、燃料早期噴射を行うＰＣＩ領域がＬＰＥＧＲ領域に含まれており、ＬＰＥＧＲ領域よりもエンジン負荷が高いところにＨＰＥＧＲ領域があるので、低圧ＥＧＲ手段の問題点であるコンプレッサ翼やインタークーラ内面の汚損を防止することができ、給気系の経年変化を抑制することができる。
【００８３】
図１１及び図１２に、本発明のエンジンシステム１における制御の流れを示す。ただし、ＰＣＩに関する制御、ターボチャージャの小容量駆動・大容量駆動の切り替え制御に関しては、省略する。
【００８４】
以下の説明及びフローチャート内では、コンピュータ制御手順記述の慣例に従い、長方形ボックスで示されるステップの等式（＝）は右辺の値を左辺に代入することを意味し、菱形ボックスで示されるステップの等式・不等式は右辺の値と左辺の値の一致判定・大小判定を意味する。
【００８５】
ステップＳ１。車両のキースイッチが運転者によってオンされる。これにより、車両内の制御用電源が立ち上がり、コンピュータ２７が起動され、以下のステップがコンピュータ２７によって実行開始される。
【００８６】
ステップＳ２。変数Ｑ１＊、Ｎ１＊、Ｉ、Ｋ、Ｊ、Ｈ、Ｊ＊、Ｈ＊をそれぞれ０とする。変数Ｑ１＊は正規化燃料量、Ｎ１＊は正規化回転速度、Ｉ、Ｋ、Ｊ、Ｈ、Ｊ＊、Ｈ＊は、いずれもエンジン状態が領域間を遷移することで発生するフロー制御用の二値の変数（いわゆるフラグ）である。変数Ｉは、遷移領域に初めて入ったときにＩ＝１というフラグが立てられるようになっている。変数Ｋは、遷移領域にいるときにＫ＝１というフラグが立てられるようになっている。変数の組み合わせ（Ｊ＊，Ｈ＊）が（１，０）の場合は、ＬＰＥＧＲ領域（後述するＱ＊＜Ｆ0.95（Ｎ＊）の領域）にいるか又はＬＰＥＧＲ領域を通過後に遷移領域（後述するＦ1.05（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊））に入ったことを意味する。（Ｊ＊，Ｈ＊）が（０，１）の場合は、ＨＰＥＧＲ領域（後述するＱ＊＞Ｆ1.05（Ｎ＊））にいるか又はＨＰＥＧＲ領域を通過後に遷移領域に入ったことを意味する。
【００８７】
ステップＳ３。エンジン制御や本発明のＥＧＲ制御に必要な各種マップを読み取る。
【００８８】
ステップＳ４。運転者の始動操作に基づき、エンジンを始動する。
【００８９】
ステップＳ５。各センサによりエンジン回転速度Ｎ（ｒｐｍ）、投入燃料量Ｑ（ｍｍ3／ｓｔ）、吸入空気量ＭＡＦ（ｇ／ｃｙｌ）を読み取る。
【００９０】
ステップＳ６。ステップＳ５で読み取ったエンジン回転速度Ｎを低圧ＥＧＲ推奨領域における最高回転速度Ｎｍａｘで割り、正規化回転速度Ｎ＊とし、投入燃料量Ｑを低圧ＥＧＲ推奨領域における最大燃料量Ｑｍａｘで割り、正規化燃料量Ｑ＊とする。
【００９１】
ステップＳ７。ＥＧＲ境界線ＢＬを近似する関数Ｆ（ｘ）、下限境界線ＤＢを近似する関数Ｆ0.95（ｘ）、上限境界線ＵＢを近似する関数Ｆ1.05（ｘ）のｘに正規化回転速度Ｎ＊を与えてこれら関数の値を求め、正規化燃料量Ｑ＊と比較する。Ｑ＊＜Ｆ0.95（Ｎ＊）であれば、ステップＳ７−１に進む。そうでなければステップＳ９に進む。
【００９２】
ステップＳ７−１。エンジン負荷がＬＰＥＧＲ領域にある。Ｊ＝１，Ｈ＝０を代入すると共に、Ｊ＊，Ｈ＊にＪ，Ｈの値を代入する。なお、エンジン始動直後は必ずステップＳ７の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ７−１でＪ＝１，Ｈ＝０となる。
【００９３】
ステップＳ８。エンジン負荷がＬＰＥＧＲ領域にあるので、低圧ＥＧＲ手段のみ稼働させる。
【００９４】
ステップＳ８−１。高圧ＥＧＲ手段の高圧ＥＧＲバルブ１６の開度を０に固定する。
【００９５】
ステップＳ８−２。ステップＳ５でセンサから読み取る吸入空気量ＭＡＦがＥＧＲマップで規定されたＭＡＦ０となるように低圧ＥＧＲ手段の低圧ＥＧＲバルブ１９を開度制御する。ステップＳ２３に進む。
【００９６】
ステップＳ９。Ｆ（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊）であれば、ステップＳ１０に進む。そうでなければステップＳ１３に進む。
【００９７】
ステップＳ１０。エンジン負荷が遷移領域のＥＧＲ境界線ＢＬより下限境界線ＤＢ側にある。初めてこの領域に来たとき、変数Ｊ＊はＱ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊）となる直前の値、つまりステップＳ７−１で代入されたＪ＊＝１となっている。従って、変数の組み合わせ（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）は（１，０，０，０）である。これはエンジン負荷がＬＰＥＧＲ領域から遷移領域に入ったことを意味する。ステップＳ１０では（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）が（１，０，０，０）かどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１２に進む。ステップＳ１２からはステップＳ３０に進むが、ステップＳ３０以降に行う遷移領域でのＥＧＲ制御手順は後に詳述するが、フラグとフローについてのみ示すと、ステップＳ３０ではＩ＝１，Ｋ＝１として遷移領域でのＥＧＲ制御の後、ステップＳ５に戻る。ステップＳ１０でＮＯであればステップＳ１１に進む。
【００９８】
ステップＳ１１。（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）が（１，０，１，１）かどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１２に進む。ＮＯであればステップＳ７−１に進む。
【００９９】
ステップＳ１３。Ｆ1.05（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ（Ｎ＊）であれば、ステップＳ１４に進む。そうでなければステップＳ１８に進む。
【０１００】
ステップＳ１４。（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）が（１，０，０，０）かどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２０に進む。ＮＯであればステップＳ１５に進む。
【０１０１】
ステップＳ１５。（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）が（０，１，０，０）かどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１２に進む。ＮＯであればステップＳ１６に進む。
【０１０２】
ステップＳ１６。（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）が（０，１，１，１）かどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１２に進む。ＮＯであればステップＳ１７に進む。ステップＳ１７からはステップＳ５に戻ることになる。
【０１０３】
なお、ステップＳ９からステップＳ１１及びステップＳ１３からステップＳ１６にあっては、エンジン負荷が遷移領域にあることを意味する。エンジン負荷が軽負荷から増加してＥＧＲ境界線ＢＬに達した場合、Ｑ＊≒Ｆ（Ｎ＊）となるが、これはステップＳ３０で判定される。その後、ステップＳ３０−２にてＫ＝０，Ｉ＝０が代入されると、（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）は（１，０，０，０）となる。このようにエンジン負荷が軽負荷から増加してＥＧＲ境界線ＢＬに達した場合、ステップＳ２０以降のＥＧＲ制御手順が実行されることになる。
【０１０４】
ステップＳ１８。エンジン負荷が増加し、Ｑ＊＞Ｆ1.05（Ｎ＊）となった。すなわち、エンジン負荷がＨＰＥＧＲ領域にある。Ｈ＝１，Ｊ＝０を代入し、ステップＳ１９に進む。
【０１０５】
ステップＳ１９。Ｊ＊，Ｈ＊に現在のＪ，Ｈの値（０，１）を代入し、ステップＳ２０に進む。
【０１０６】
ステップＳ２０。エンジン負荷がＨＰＥＧＲ領域にあるので、高圧ＥＧＲ手段のみ稼働させる。
【０１０７】
ステップＳ２０−１。低圧ＥＧＲ手段の低圧ＥＧＲバルブ１９の開度を０に固定する。
【０１０８】
ステップＳ２０−２。ステップＳ５でセンサから読み取る吸入空気量ＭＡＦがＥＧＲマップで規定されたＭＡＦ０となるように高圧ＥＧＲ手段の高圧ＥＧＲバルブ１６を開度制御する。ステップＳ２３に進む。
【０１０９】
ステップＳ２３。過去の正規化回転速度Ｎｍ＊に現在のＮ＊を代入し、過去の正規化燃料量Ｑｍ＊に現在のＱ＊を代入した後、ステップＳ５に戻る。
【０１１０】
エンジン負荷が減少している場合に、ステップＳ５から流れてステップＳ１３に来たときは、（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）は（０，１，０，０）である。この場合は、ステップＳ２０には進まず、ステップＳ１２を経て、ステップＳ３０に進む。また、ステップＳ３０以降を経由してステップＳ５から流れてステップＳ１３に来たときは、（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）は（０，１，１，１）である。この場合は、エンジン負荷が減少してＦ（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊）が成立するまではステップＳ１３→ステップＳ１４→ステップＳ１５→ステップＳ１６→ステップＳ３０という流れが繰り返される。
【０１１１】
ステップＳ３０。遷移領域でのＥＧＲ制御手順を実行開始する。
【０１１２】
ステップＳ３０−１。Ｑ１＊とＦ（Ｎ＊）の差の絶対値と所定の許容値Δとを比較する。言い換えると、Ｑ１＊≒Ｆ（Ｎ＊）かどうかを判定する。ＹＥＳであればステップＳ３０−２に進む。ＮＯであればステップＳ３０−３に進む。
【０１１３】
ステップＳ３０−２。Ｉ＝０，Ｋ＝０，Ｈ＝０を代入すると共に変数Ｑ１＊＝０とする。ステップＳ３１へ進み、ステップＳ３１からステップＳ５に戻る。
【０１１４】
ステップＳ３０−３。Ｋ＝１とし、サブルーチンＡ（図１２）に進む。
【０１１５】
ステップＳ３０以降の意味を解説すると、エンジン負荷がＦ（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊）のときは、（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）が（１，０，０，０）であるか又は（１，０，１，１）の場合にこの遷移領域でのＥＧＲ制御手順が開始される。エンジン負荷がＦ1.05（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊）のときは、（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）が（０，１，０，０）であるか又は（０，１，１，１）の場合にこの遷移領域でのＥＧＲ制御手順が開始される。
【０１１６】
ステップＳ３０−１では、エンジン負荷が変化し、領域マップ上における軌跡の将来を予測したとき、ＥＧＲ境界線ＢＬに到達するか否かを判定する。Ｑ１＊は正規化回転速度Ｎ＊における正規化燃料量Ｑ＊の予測点である。Ｆ（Ｎ＊）は正規化回転速度Ｎ＊におけるＥＧＲ境界線ＢＬ上の点（図５（ａ）及び図５（ｂ）の交差点Ｅｂ）である。両者の差の絶対値が微小値であるΔ以下となった場合には、予測点がＥＧＲ境界線ＢＬに到達したと判断できる。よって、ステップＳ３０−２に進むことになる。以後は、領域に関係なくＥＧＲ方式を切り替えることになる。ステップＳ３０−２では、変数Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ，Ｑ１＊を全て０にすることになる。
【０１１７】
予測点がＥＧＲ境界線ＢＬに到達していないと判断された場合、ステップＳ３０−３に進み、変数Ｋに１を代入してサブルーチンＡに進み遷移領域でのＥＧＲ制御手順を継続することになる。なお、予測を行う演算式には、関数の近似解法を用いる。
【０１１８】
エンジン負荷が減少してＱ＊≒Ｆ（Ｎ＊）となった場合、ステップＳ３０−２においてＩ＝０，Ｋ＝０が代入されるため、（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）は（０，１，０，０）に戻されて、流れはステップＳ５に戻る。その状態からエンジン負荷がさらに減少してＦ（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊）となると、（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）は（０，１，０，０）であるので、ステップＳ９→ステップＳ１０→ステップＳ１１→ステップＳ７−１と流れることになる。従って、エンジン負荷が遷移領域にある場合における低圧ＥＧＲ手段のＭＡＦ制御が行われることになる。
【０１１９】
エンジン負荷がさらに減少してＱ＊＜Ｆ0.95（Ｎ＊）になると、ステップＳ５からの流れはステップＳ７からステップＳ７−１に流れる。Ｊ＝１，Ｈ＝０，Ｊ＊＝Ｊ，Ｈ＊＝Ｈという代入が行われ、変数の組み合わせ（Ｊ＊，Ｈ＊）＝（１，０）となり、低圧ＥＧＲ手段のＭＡＦ制御が行われることになる。変数の組み合わせ（Ｊ＊，Ｈ＊，Ｋ，Ｉ）はエンジン始動直後に戻る。その後も、これまで述べた通りのＥＧＲ制御が繰り返される。
【０１２０】
サブルーチンＡのステップＳ４０−１（ここより図１２）。Ｉ＝１かどうかを判定する。ＹＥＳであればステップＳ４０−９へ進む。ＮＯであればステップＳ４０−２へ進む。初めて遷移領域でのＥＧＲ制御手順に入ったときは、Ｉ＝０である。
【０１２１】
ステップＳ４０−２。低圧ＥＧＲバルブ１９の開度ＬＡ０と高圧ＥＧＲバルブ１６の開度ＨＡ０を読み取る。ステップＳ４０−３に進む。
【０１２２】
ステップＳ４０−３。Ｎ０＊＝Ｎ＊を代入し、Ｑ０＊＝Ｑ＊を代入すると共に、Ｉ＝１を代入する。
【０１２３】
ステップＳ４０−４。エンジン負荷が遷移領域に入る直前の正規化回転速度Ｎｍ＊、正規化燃料量をＱｍ＊（領域マップ上の点Ｅｍ）と、エンジン負荷が遷移領域に到達したときの正規化回転速度Ｎ０＊、正規化燃料量Ｑ０＊（領域マップ上の点Ｅ０）を通る直線とＥＧＲ境界線ＢＬ（Ｑ＊＝Ｆ（Ｎ＊））の方程式を解いて両者が交わる点Ｅ１（Ｎ１＊，Ｑ１＊）を将来の予測点として求める。この予測点は、エンジン負荷が増加又は減少によりＥＧＲ境界線ＢＬに到達する予測点である。ステップＳ４０−５に進む。
【０１２４】
ステップＳ４０−５。ステップＳ４０−４における演算で、方程式が実根を持たないとき（図８（ａ）参照）、領域マップ上における軌跡が将来、ＥＧＲ境界線ＢＬに到達しないという予測がなされたことになる。よって、ステップＳ４０−５では、実根を持つかどうかを判定し、ＮＯ（実根を持たない）であれば、ステップＳ４０−６に進む。ＹＥＳであればステップＳ４０−８に進む。
【０１２５】
ステップＳ４０−６。Ｉ＝０，Ｋ＝０を代入し、Ｑ１＊＝０を代入する。ステップＳ４０−７に進む。ステップＳ４０−７からはステップＳ５（図１１）に戻ることになる。
【０１２６】
ステップＳ４０−８。ステップＳ４０−４における演算で、方程式が実根を持ったとしても、解である（Ｎ１＊，Ｑ１＊）が現実のエンジンに有り得るかどうか調べる必要がある（図８（ｂ）参照）。よって、ステップＳ４０−８では、０＜Ｎ１＊＜１かつ０＜Ｑ１＊＜１かどうかを判定する。ＮＯであれば、ステップＳ４０−６に進む。ＹＥＳであればステップＳ４０−９に進む。
【０１２７】
ステップＳ４０−９。エンジン状態が遷移領域に入った場合は、常に、Ｆ1.05（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊）である。このときＦ（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊）であれば、ＬＰＥＧＲ領域から遷移領域に入ったことが判断できる。それ以外であれば、ＨＰＥＧＲ領域から遷移領域に入ったことが判断できる。そこで、ステップＳ４０−９では、Ｆ（Ｎ＊）＞Ｑ＊＞Ｆ0.95（Ｎ＊）かどうか判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０−１０に進む。ＮＯであればステップＳ４０−１２に進む。
【０１２８】
ステップＳ４０−１０。エンジン状態がＬＰＥＧＲ領域から遷移領域に入った場合である。ステップＳ４０−４で演算したＥＧＲ境界線ＢＬに到達する予測点Ｅ１（Ｎ１＊，Ｑ１＊）と遷移領域への浸入点Ｅ０（Ｎ０＊，Ｑ０＊）との間で、現在点Ｅ（Ｎ＊，Ｑ＊）に対する開度ＬＡ０を直線補間により求める。この開度ＬＡ０で低圧ＥＧＲバルブ１９を制御する。すなわち、ステップＳ４０−１０では、ＥＶＬ（低圧ＥＧＲバルブ１９のアクチュエータ駆動量）に、
ＥＶＬ＝Ａ×ＬＡ０×（Ｎ１＊−Ｎ＊）／（Ｎ１＊−Ｎ０＊）
を代入する。ステップＳ４０−１１に進む。なお、正の定数Ａは１以下の値を持ち、開度制御においてバルブを締める割合を調整する定数である。
【０１２９】
ステップＳ４０−１１。ステップＳ４０−１０のＥＧＲ制御で不足するＥＧＲ量を、ステップＳ５でセンサから読み取る現在の吸入空気量ＭＡＦに対する目標値であるＥＧＲマップで規定されたＭＡＦ０の差より求め、吸入空気量ＭＡＦがＥＧＲマップで規定された目標値ＭＡＦ０となるように高圧ＥＧＲ手段の高圧ＥＧＲバルブ１６を開度制御する。つまり、高圧ＥＧＲバルブ１６にＭＡＦ制御が適用される。サブルーチンＡを終了し、図１１の制御フローに戻る。
【０１３０】
ステップＳ４０−１２。エンジン状態がＨＰＥＧＲ領域から遷移領域に入った場合である。ステップＳ４０−４で演算したＥＧＲ境界線ＢＬに到達する予測点Ｅ１（Ｎ１＊，Ｑ１＊）と遷移領域への浸入点Ｅ０（Ｎ０＊，Ｑ０＊）との間で、現在点Ｅ（Ｎ＊，Ｑ＊）に対する開度ＬＡ０を直線補間により求める。この開度ＬＡ０で高圧ＥＧＲバルブ１６を制御する。すなわち、ステップＳ４０−１２では、ＥＶＨ（高圧ＥＧＲバルブ１６のアクチュエータ駆動量）に、
ＥＶＨ＝Ｂ×ＨＡ０×（Ｎ１＊−Ｎ＊）／（Ｎ１＊−Ｎ０＊）
を代入する。ステップＳ４０−１３に進む。なお、正の定数Ｂは１以下の値を持ち、開度制御においてバルブを締める割合を調整する定数である。
【０１３１】
ステップＳ４０−１３。ステップＳ４０−１２のＥＧＲ制御で不足するＥＧＲ量を、ステップＳ５でセンサから読み取る現在の吸入空気量ＭＡＦに対する目標値であるＥＧＲマップで規定されたＭＡＦ０の差より求め、吸入空気量ＭＡＦがＥＧＲマップで規定されたＭＡＦ０となるように低ＥＧＲ手段の低ＥＧＲバルブ１９を開度制御する。つまり、低圧ＥＧＲバルブ１９にＭＡＦ制御が適用される。サブルーチンＡを終了し、図１１の制御フローに戻る。
【０１３２】
図１１に示されるように、流れは、サブルーチンＡから戻ると、ステップＳ５に進むことになる。
【０１３３】
次に、図１３及び図１４に、本発明のエンジンシステム１の他の実施形態による制御の流れを示す。この制御フローは、図１１及び図１２の制御フローに対してサブルーチンＡ終了からステップＳ５に至る途中に、ステップＳ２４を挿入すると共に、変数Ｉを除去したものである。ステップＳ２４では、Ｎｍ＊＝Ｎ＊を代入し、Ｑｍ＊＝Ｑ＊を代入する。変数ＩはステップＳ２をはじめ、あらゆるステップで除去されている。これにより、予測点（Ｎ１＊，Ｑ１＊）が一つ前のエンジン状態を用いて常時演算され修正されるので、予測点（Ｎ１＊，Ｑ１＊）の予測精度が向上する。
【０１３４】
本発明は、エンジン状態平面（領域マップ）に、ＬＰＥＧＲ領域とＨＰＥＧＲ領域と遷移領域とを定義したが、領域の種類分割をさらに増やしてもよい。この場合でも、エンジン回転速度と燃料量によりエンジン状態がどの領域にあるかを判定し、領域ごとに適切なＥＧＲ手段の稼働を行うようにするとよい。図１１〜図１４の制御フローは、関数Ｆ（Ｎ＊）の種類を増やし、関数Ｆ（Ｎ＊）とＱ＊の大小関係で分岐する経路を増やすことで、多様なＥＧＲ手段の稼働が可能となる。これにより、ＬＰＥＧＲ領域とＨＰＥＧＲ領域との間における、ＥＧＲ方式の切り替えによる諸状態の変化をより円滑にする遷移制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンシステムの構成図である。
【図２】エンジン回転速度を横軸とし燃料量を縦軸とするエンジン状態平面（領域マップ）である。
【図３】正規化回転速度を横軸とし正規化燃料量を縦軸とする領域マップである。
【図４】ＥＧＲ境界線を円弧近似した場合の下限境界線を定義したエンジン状態平面（領域マップ）である。
【図５】本発明のエンジンシステムの動作を説明する図であり、（ａ）はＥＧＲ境界線を直線近似した場合の下限境界線、上限境界線、ＬＰＥＧＲ領域、ＨＰＥＧＲ領域、遷移領域を定義した領域マップ、（ｂ）はＥＧＲ境界線を円弧近似した場合の下限境界線、上限境界線、ＬＰＥＧＲ領域、ＨＰＥＧＲ領域、遷移領域を定義した領域マップである。
【図６】本発明のエンジンシステムの動作を説明する図であり、（ａ）はＥＧＲ境界線を円弧近似した場合のエンジン負荷が軽負荷から高まるときを示した領域マップ、（ｂ）はＥＧＲ境界線を直線近似した場合のエンジン負荷が軽負荷から高まるときを示した領域マップである。
【図７】本発明のエンジンシステムの動作を説明する図であり、（ａ）はＥＧＲ境界線を円弧近似した場合のエンジン負荷が高負荷から軽くなるときを示した領域マップ、（ｂ）はＥＧＲ境界線を直線近似した場合のエンジン負荷が高負荷から軽くなるときを示した領域マップである。
【図８】本発明のエンジンシステムの動作を説明する図であり、（ａ）はＥＧＲ境界線を円弧近似した場合のエンジン負荷が高負荷でＥＧＲ境界線に到達しないと予測されるときを示した領域マップ、（ｂ）はＥＧＲ境界線を直線近似した場合のエンジン負荷が高負荷でＥＧＲ境界線に到達しないと予測されるときを示した領域マップである。
【図９】本発明のエンジンシステムの動作を説明する図であり、エンジン負荷が高負荷（ＨＰＥＧＲ領域）から軽負荷（ＬＰＥＧＲ領域）へと減少するときを示した領域マップである。
【図１０】本発明のエンジンシステムの動作を説明する図であり、エンジン負荷が軽負荷（ＬＰＥＧＲ領域）から高負荷（ＨＰＥＧＲ領域）へと増加するときを示した領域マップである。
【図１１】本発明のエンジンシステムの基本となる制御の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明のエンジンシステムの基本となる制御の流れを示すフローチャートである。
【図１３】本発明のエンジンシステムの基本となる制御の流れを示すフローチャートである。
【図１４】本発明のエンジンシステムの基本となる制御の流れを示すフローチャートである。
【図１５】従来のエンジンシステムの構成図である。
【図１６】従来のエンジンシステムの構成図である。
【図１７】燃料量に対する吸気マニホールド内のガス温度特性図である。
【図１８】エンジン状態平面におけるＰＣＩ限界を示す図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１  エンジンシステム
２  エンジン
３  排気マニホールド
４  高圧段ターボチャージャのタービン
５  高圧段ターボチャージャ
６  高圧排気調整弁
７  低圧段ターボチャージャ
８  低圧段ターボチャージャのタービン
９  排気切替弁
１０  排気ガス排出配管
１１  ＤＰＦ
１２  ＮＯｘ触媒式窒素酸化物除去装置
１３  吸気マニホールド
１４  高圧ＥＧＲ配管
１５  高圧ＥＧＲクーラ
１６  高圧ＥＧＲバルブ
１７  低圧ＥＧＲ配管
１８  低圧ＥＧＲクーラ
１９  低圧ＥＧＲバルブ
２０  低圧段ターボチャージャのコンプレッサ
２１  吸気管
２２  吸気スロットル
２３  高圧段ターボチャージャのコンプレッサ
２４  低圧ターボ出力ガス配管
２５  吸気切替弁
２６  高圧ガス配管
２７  コンピュータ
【図１】
2010065592.tif 000003
【図２】
2010065592.tif 000004
【図３】
2010065592.tif 000005
【図４】
2010065592.tif 000006
【図５】
2010065592.tif 000007
【図６】
2010065592.tif 000008
【図７】
2010065592.tif 000009
【図８】
2010065592.tif 000010
【図９】
2010065592.tif 000011
【図１０】
2010065592.tif 000012
【図１１】
2010065592.tif 000013
【図１２】
2010065592.tif 000014
【図１３】
2010065592.tif 000015
【図１４】
2010065592.tif 000016
【図１５】
2010065592.tif 000017
【図１６】
2010065592.tif 000018
【図１７】
2010065592.tif 000019
【図１８】
2010065592.tif 000020