(57)【要約】【課題】排ガス特性およびドライバビリティを良好に保てるとともに、ＮＯｘの発生を最大限、抑制することができる内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供する。【解決手段】この内燃機関３のＥＧＲ制御装置１では、第１ＥＧＲ通路１１ａと第２ＥＧＲ通路１０ａを介して、排気通路６に排出された排ガスの一部を吸気通路５に還流させる。また、ＥＧＲ制御弁８ａ，１０ｂの開度を制御することによって、排ガスの還流量を制御する。さらに、吸気通路５のうちの、ＥＧＲ制御弁よりも下流側で、かつ第１ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側の部分であるＥＧＲ還流部５ａを流れる吸気中の酸素の割合を、第１酸素割合ＯＡＣＴとして取得し、この第１酸素割合が目標酸素割合ＯＣＭＤになるように、ＥＧＲ制御弁の開度を制御する。【選択図】図３
2010168958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路と排気通路に接続され、当該排気通路に排出された排ガスの一部を前記吸気通路に還流させるための第１ＥＧＲ通路と、
前記吸気通路の前記第１ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側と前記排気通路の前記第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に接続され、排ガスの一部を前記吸気通路に還流させるための第２ＥＧＲ通路と、
前記吸気通路の前記第２ＥＧＲ通路との接続部の付近、および前記第２ＥＧＲ通路の少なくとも一方に設けられたＥＧＲ制御弁と、
当該ＥＧＲ制御弁の開度を制御することによって、排ガスの還流量を制御する排ガス還流量制御手段と、
前記吸気通路のうちの、前記ＥＧＲ制御弁よりも下流側で、かつ前記第１ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側の部分であるＥＧＲ還流部を流れる吸気中の酸素の割合を、第１酸素割合として取得する第１酸素割合取得手段と、
当該取得された前記第１酸素割合の目標となる目標酸素割合を設定する目標酸素割合設定手段と、を備え、
前記排ガス還流量制御手段は、前記取得された前記第１酸素割合が前記目標酸素割合になるように、前記ＥＧＲ制御弁の開度を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【請求項２】
前記目標酸素割合設定手段は、前記ＥＧＲ還流部を流れる吸気中の酸素の量と不活性ガスの量との比が一定になるように前記目標酸素割合を設定することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【請求項３】
前記排気通路内の排ガス中の酸素の割合を第２酸素割合として取得する第２酸素割合取得手段をさらに備え、
前記排ガス還流量制御手段は、前記取得された第２酸素割合が低いほど、前記第２ＥＧＲ通路を介した排ガスの還流量が減少側になるように前記ＥＧＲ制御弁の開度を制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転領域を判定する運転領域判定手段をさらに備え、
前記目標酸素割合設定手段は、前記判定された内燃機関の運転領域に応じて、前記目標酸素割合を設定することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【請求項５】
前記運転領域判定手段は、前記内燃機関の運転領域の判定として、前記内燃機関が暖機運転中であるか否かを判定し、
前記目標酸素割合設定手段は、前記内燃機関が暖機運転中であると判定されたときには、前記目標酸素割合を、暖機運転中でないと判定されたときよりも大きな値に設定することを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は過給機を有し、
当該過給機は、
前記排気通路に設けられたタービンと、
前記吸気通路に設けられ、前記タービンと一体に回転するコンプレッサと、
前記排気通路に設けられ、過給圧を制御するための過給圧制御弁と、を有し、
前記第１ＥＧＲ通路は、前記排気通路の前記タービンよりも上流側に接続され、
前記第２ＥＧＲ通路は、前記排気通路の前記タービンよりも下流側に接続されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲを制御する内燃機関のＥＧＲ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関のＥＧＲ制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、過給機、高圧ＥＧＲ装置および低圧ＥＧＲ装置を備えている。この過給機は、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ、タービンと一体に回転するコンプレッサなどで構成されている。また、高圧ＥＧＲ装置および低圧ＥＧＲ装置はいずれも、排ガスの一部を吸気通路に還流させるものである。高圧ＥＧＲ装置は、排気通路のタービンよりも上流側と吸気通路のコンプレッサよりも下流側に接続された高圧ＥＧＲ通路と、この高圧ＥＧＲ通路に設けられた高圧ＥＧＲ制御弁で構成されている。また、低圧ＥＧＲ装置は、排気通路のタービンよりも下流側と吸気通路のコンプレッサよりも上流側に接続された低圧ＥＧＲ通路と、この低圧ＥＧＲ通路に設けられた低圧ＥＧＲ制御弁で構成されている。
【０００３】
このＥＧＲ制御装置では、内燃機関の回転数などに応じ、高圧ＥＧＲ制御弁および低圧ＥＧＲ制御弁の開度を制御することによって、吸気通路に還流する排ガスの還流量を制御する。具体的には、内燃機関の回転数が低く、かつ負荷が低いときには、内燃機関の回転数およびアクセル開度に応じて、目標酸素濃度を算出する。そして、高圧ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の吸気通路を流れる吸気の酸素濃度が目標酸素濃度になるように、高圧ＥＧＲ制御弁および低圧ＥＧＲ制御弁の双方の開度を制御する。一方、内燃機関の回転数および負荷がともに高いときには、高圧ＥＧＲ制御弁および低圧ＥＧＲ制御弁をいずれも全閉状態に制御することによって、排ガスの還流を禁止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２７０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のＥＧＲ制御装置では、内燃機関の回転数などの内燃機関の運転状態に応じて、低圧ＥＧＲ制御弁および高圧ＥＧＲ制御弁の開度を変更する。しかし、低圧ＥＧＲ通路は、高圧ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側において吸気通路に接続されているため、吸気通路の低圧ＥＧＲ通路との接続部から燃焼室までの距離が比較的長いことで、排ガスの応答遅れは大きくなる。このため、内燃機関の運転状態の変化に応じて低圧ＥＧＲ制御弁の開度を変更しても、排ガスの応答遅れによる影響によって、燃焼室に供給される吸気の酸素濃度は目標酸素濃度に即座には追従しない。その結果、内燃機関の燃焼状態が不安定になることがあり、その場合には、排ガス特性やドライバビリティが低下する。特に、排ガスの還流量が多く、酸素濃度が低すぎる場合には、失火することがある。また、内燃機関の加速時には、燃焼に必要な酸素が不足することで、加速の応答性が低下し、ドライバビリティが悪化してしまう。
【０００６】
さらに、従来のＥＧＲ制御装置では、内燃機関の回転数および負荷が高いときには、排ガスの還流を禁止する。しかし、内燃機関の回転数や負荷が高いときには、燃焼温度が上昇することによって、ＮＯｘの生成量が増大する傾向にあるため、排ガスの還流を禁止することによって、多くのＮＯｘが発生してしまう。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、排ガス特性およびドライバビリティを良好に保てるとともに、ＮＯｘの発生を最大限、抑制することができる内燃機関のＥＧＲ制御装置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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る内燃機関３のＥＧＲ制御装置１は、吸気通路５と排気通路６に接続され、排気通路６に排出された排ガスの一部を吸気通路５に還流させるための第１ＥＧＲ通路（実施形態における（以下、本項において同じ）高圧ＥＧＲ通路１１ａ）と、吸気通路５の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側と排気通路６の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に接続され、排ガスの一部を吸気通路５に還流させるための第２ＥＧＲ通路（低圧ＥＧＲ通路１０ａ）と、吸気通路５の第２ＥＧＲ通路との接続部の付近、および第２ＥＧＲ通路の少なくとも一方に設けられたＥＧＲ制御弁（低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂ、スロットル弁８ａ）と、ＥＧＲ制御弁の開度を制御することによって、排ガスの還流量を制御する排ガス還流量制御手段（ＥＣＵ２、図３のステップ４，５）と、吸気通路５のうちの、ＥＧＲ制御弁よりも下流側で、かつ第１ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側の部分であるＥＧＲ還流部（低圧ＥＧＲ還流部５ａ）を流れる吸気中の酸素の割合を、第１酸素割合（実酸素濃度ＯＡＣＴ）として取得する第１酸素割合取得手段（エアフローセンサ２１、第１酸素濃度センサ２２、第２酸素濃度センサ２３、ＥＣＵ２、図４のステップ１１）と、取得された第１酸素割合の目標となる目標酸素割合（目標酸素濃度ＯＣＭＤ）を設定する目標酸素割合設定手段（ＥＣＵ２、図４のステップ１３，１４）と、を備え、排ガス還流量制御手段は、取得された第１酸素割合が目標酸素割合になるように、ＥＧＲ制御弁の開度を制御することを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関のＥＧＲ制御装置によれば、吸気通路と排気通路に第１ＥＧＲ通路および第２ＥＧＲ通路が接続されている。第２ＥＧＲ通路は、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側と、排気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に接続されている。これらの第１ＥＧＲ通路および第２ＥＧＲ通路を介して、排気通路に排出された排ガスの一部を吸気通路に還流させる。また、第２ＥＧＲ通路を介した排ガスの還流量は、ＥＧＲ制御弁の開度を制御することによって、制御される。
【００１０】
さらに、吸気通路のうちの、ＥＧＲ制御弁よりも下流側で、かつ第１ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側の部分であるＥＧＲ還流部を流れる吸気中の酸素の割合を第１酸素割合として取得し、この第１酸素割合が、目標酸素割合になるようにＥＧＲ制御弁の開度を制御する。これにより、第２ＥＧＲ通路を介した排ガスの還流量が制御され、第１酸素割合が目標酸素割合になるように制御される。以上のように、ＥＧＲ還流部、すなわち第１ＥＧＲ通路との合流直前の第１酸素割合を目標酸素割合に制御するので、前述した従来のＥＧＲ制御装置と異なり、第２ＥＧＲ通路から吸気通路に還流した後、燃焼室に供給されるまでの排ガスの応答遅れの影響を排除でき、安定した燃焼状態を確保することができる。その結果、排ガス特性およびドライバビリティを良好に保つことができる。
【００１１】
また、ＥＧＲ還流部は比較的長いため、還流した排ガスの温度は低下しやすい。このため、第２ＥＧＲ通路を介して少量の排ガスを還流させるだけでも、ＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。本発明によれば、第１酸素割合が目標酸素割合になるように、第２ＥＧＲ通路を介して排ガスを常に、還流させるので、排ガス特性およびドライバビリティを良好に保ちながら、ＮＯｘの発生を最大限、抑制することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３のＥＧＲ制御装置１において、目標酸素割合設定手段は、ＥＧＲ還流部を流れる吸気中の酸素の量と不活性ガスの量との比が一定になるように目標酸素割合を設定することを特徴とする。
【００１３】
排ガスには、不活性ガスだけでなく、燃焼室で燃焼されずに排出された酸素が含まれている。このため、ＥＧＲ還流部を流れる吸気中の酸素には、新気中の酸素以外に、排ガス中の酸素も含まれる。このような観点から、本発明によれば、ＥＧＲ還流部を流れる吸気中の酸素の量と不活性ガスの量との比が一定になるように目標酸素割合を設定する。したがって、この目標酸素割合を用い、ＥＧＲ制御弁の開度を制御することによって、吸気中の正味の酸素割合を常に一定にすることができる。このため、より安定した燃焼状態を確保することができる結果、排ガス特性およびドライバビリティをより良好に保つことができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３のＥＧＲ制御装置１において、排気通路６内の排ガス中の酸素の割合を第２酸素割合（第２酸素濃度ＬＡＦ２）として取得する第２酸素割合取得手段（第２酸素濃度センサ２３）をさらに備え、排ガス還流量制御手段は、取得された第２酸素割合が低いほど、第２ＥＧＲ通路を介した排ガスの還流量が減少側になるようにＥＧＲ制御弁の開度を制御することを特徴とする。
【００１５】
排ガス中の酸素割合が低いほど、排ガス中の不活性ガスは多いため、第２ＥＧＲ通路を介して同じ量の排ガスを還流しても、ＥＧＲ還流部の酸素割合は低くなる。本発明によれば、取得した排ガスの酸素割合である第２酸素割合が低いほど、第２ＥＧＲ通路を介した排ガスの還流量を減少側に制御する。これにより、多くの新気を取り入れ、吸気中の酸素割合を高めることによって、第１酸素割合を適切に制御でき、それにより、排ガス特性およびドライバビリティをより良好に保つことができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３のＥＧＲ制御装置１において、内燃機関３の運転領域を判定する運転領域判定手段（水温センサ３０、ＥＣＵ２、図４のステップ１２）をさらに備え、目標酸素割合設定手段は、判定された内燃機関３の運転領域に応じて、目標酸素割合を設定することを特徴とする。
【００１７】
排ガス特性やドライバビリティを良好に保つのに必要な酸素割合は、内燃機関の通常運転時や、暖機運転時、フィルタの再生時などのような内燃機関の運転領域に応じて異なる。このような観点から、本発明によれば、判定された内燃機関の運転領域に基づいて目標酸素割合を設定するので、運転領域ごとに、それに適した目標酸素割合を設定することができる。したがって、そのようにして設定した目標酸素割合を用い、ＥＧＲ制御弁の開度を制御することによって、内燃機関のいずれの運転領域においても排ガス特性およびドライバビリティを良好に保つことができる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の内燃機関３のＥＧＲ制御装置１において、運転領域判定手段は、内燃機関３の運転領域の判定として、内燃機関３が暖機運転中であるか否かを判定し、目標酸素割合設定手段は、内燃機関が暖機運転中であると判定されたときには、目標酸素割合を、暖機運転中でないと判定されたときよりも大きな値に設定することを特徴とする。
【００１９】
内燃機関の暖機運転中には、安定した燃焼状態を確保するため、より多くの酸素量が必要になる。本発明によれば、内燃機関が暖機運転中であると判定されたときには、それ以外のときよりも、目標酸素割合を大きな値に設定する。このため、燃焼に必要な酸素を確保できる結果、暖機運転を適切に行うことができる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関３のＥＧＲ制御装置１において、内燃機関３は過給機（ターボチャージャ７）を有し、過給機は、排気通路６に設けられたタービン（タービンブレード７ｂ）と、吸気通路５に設けられ、タービンと一体に回転するコンプレッサ（コンプレッサブレード７ａ）と、排気通路６に設けられ、過給圧を制御するための過給圧制御弁（可変ベーン７ｃ）と、を有し、第１ＥＧＲ通路は、排気通路６のタービンよりも上流側に接続され、第２ＥＧＲ通路は、排気通路６のタービンよりも下流側に接続されていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、第１ＥＧＲ通路は、排気通路のタービンよりも上流側に接続され、第２ＥＧＲ通路は、排気通路のタービンよりも下流側に接続されている。このため、排ガスを第２ＥＧＲ通路を介して還流させることによって、第１ＥＧＲ通路による排ガスの還流量を減少させることができる。これにより、タービンを通過する排ガスの量を十分に確保でき、過給機の良好な過給動作を確保しながら、酸素割合を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。
【図２】ＥＧＲ制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】ＥＧＲ制御処理を示すメインフローである。
【図４】目標低圧ＥＧＲ量の算出処理を示すサブルーチンである。
【図５】目標低圧ＥＧＲ量のリミット処理を示すサブルーチンである。
【図６】図５の処理で用いられるテーブルの一例である。
【図７】低圧ＥＧＲ還流部内の吸気中の酸素量と不活性ガス量との関係を示す図である。
【図８】内燃機関の運転状態と目標酸素濃度として設定される第１所定値および第２所定値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図２に示すように、本実施形態によるＥＧＲ制御装置１は、後述する各種の制御処理を実行するためのＥＣＵ２を備えており、図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３に適用される。エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば直列４気筒型のディーゼルエンジンであり、ターボチャージャ７、低圧ＥＧＲ装置１０および高圧ＥＧＲ装置１１などを備えている。
【００２４】
エンジン３のシリンダヘッド３ａには、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４が、燃焼室３ｂに臨むように取り付けられている。このインジェクタ４の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。
【００２５】
ターボチャージャ７は、吸気通路５に設けられたコンプレッサブレード７ａと、排気通路６に設けられ、コンプレッサブレード７ａと一体に回転するタービンブレード７ｂと、複数の可変ベーン７ｃ（２つのみ図示）と、可変ベーン７ｃを駆動するベーンアクチュエータ７ｄなどを備えている。
【００２６】
このターボチャージャ７では、排気通路６を流れる排ガスによってタービンブレード７ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード７ａも同時に回転することによって、吸気を過給する過給動作が行われる。
【００２７】
可変ベーン７ｃは、タービンブレード７ｂを収容するハウジング（図示せず）の壁部に回動自在に取り付けられており、ベーンアクチュエータ７ｄに機械的に連結されている。可変ベーン７ｃの開度は、ＥＣＵ２により、ベーンアクチュエータ７ｄを介して制御される。これにより、タービンブレード７ｂに吹き付けられる排ガスの量が変化するのに伴い、タービンブレード７ｂおよびコンプレッサブレード７ａの回転速度が変化することによって、過給圧が制御される。
【００２８】
また、吸気通路５には、上流側から順に、エアフローセンサ２１、第１酸素濃度センサ２２およびスロットル弁機構８が設けられている。このうち、エアフローセンサ２１および第１酸素濃度センサ２２は、コンプレッサブレード７ａの上流側に配置されている。エアフローセンサ２１は、エンジン３に吸入される吸気量ＱＡを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。第１酸素濃度センサ２２は、新気の酸素濃度を第１酸素濃度ＬＡＦ１として連続的に検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２９】
スロットル弁機構８は、スロットル弁８ａおよびこれを駆動するＴＨアクチュエータ８ｂなどで構成されている。スロットル弁８ａは、コンプレッサブレード７ａの上流側で、かつ低圧ＥＧＲ装置１０の後述する低圧ＥＧＲ通路１０ａとの接続部のすぐ上流側に配置され、吸気通路５内に回動自在に設けられている。ＴＨアクチュエータ８ｂは、モータと減速ギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものである。スロットル弁８ａの開度は、ＥＣＵ２からの制御入力Ｕ＿ＴＨに応じて、ＴＨアクチュエータ８ｂを介して制御され、それにより、スロットル弁８ａを通過する新気の量が制御される。なお、このスロットル弁８ａは通常、全開状態に制御される。
【００３０】
排気通路６のタービンブレード７ｂよりも下流側には、第２酸素濃度センサ２３およびＤＰＦ９が、上流側から順に設けられている。第２酸素濃度センサ２３は、排ガスの酸素濃度を第２酸素濃度ＬＡＦ２として連続的に検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＤＰＦ９は、排ガス中の煤などのパティキュレートを捕集することによって、排ガスを浄化する。
【００３１】
前述した低圧ＥＧＲ装置１０および高圧ＥＧＲ装置１１はいずれも、排気通路６に排出された排ガスの一部を吸気通路５に還流させるものである。
【００３２】
低圧ＥＧＲ装置１０は、吸気通路５のコンプレッサブレード７ａよりも上流側と排気通路６のタービンブレード７ｂよりも下流側に接続された低圧ＥＧＲ通路１０ａと、この低圧ＥＧＲ通路１０ａを開閉する低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂなどで構成されている。
【００３３】
低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂは、そのリフトが連続的に変化する電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂの開度は、ＥＣＵ２からの制御入力Ｕ＿ＥＧＲＬに応じて制御され、それにより、低圧ＥＧＲ通路１０ａを介して還流する排ガスの還流量（以下「低圧ＥＧＲ量」という）が制御される。
【００３４】
また、低圧ＥＧＲ通路１０ａの低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂの付近には、ＥＧＲ弁開度センサ２４が設けられている（図２参照）。このＥＧＲ弁開度センサ２４は、低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂの開度（以下「低圧ＥＧＲ弁開度」という）ＬＥＧＲＬを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３５】
さらに、低圧ＥＧＲ通路１０ａには、低圧ＥＧＲ圧センサ２５および低圧ＥＧＲ温センサ２６が設けられている。低圧ＥＧＲ圧センサ２５は、低圧ＥＧＲ通路１０ａ内の圧力（以下「低圧ＥＧＲ圧」という）ＰＥＧＲＬを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。低圧ＥＧＲ温センサ２６は、低圧ＥＧＲ通路１０ａ内の温度（以下「低圧ＥＧＲ温」という）ＴＥＧＲＬを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３６】
高圧ＥＧＲ装置１１は、吸気通路５のコンプレッサブレード７ａよりも下流側と排気通路６のタービンブレード７ｂよりも上流側に接続された高圧ＥＧＲ通路１１ａと、この高圧ＥＧＲ通路１１ａを開閉する高圧ＥＧＲ制御弁１１ｂなどで構成されている。
【００３７】
高圧ＥＧＲ制御弁１１ｂは、そのリフトが連続的に変化する電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。高圧ＥＧＲ制御弁１１ｂの開度は、ＥＣＵ２からの制御入力Ｕ＿ＥＧＲＨに応じて制御され、それにより、高圧ＥＧＲ通路１１ａを介して還流する排ガスの還流量（以下「高圧ＥＧＲ量」という）が制御される。
【００３８】
また、高圧ＥＧＲ通路１１ａには、高圧ＥＧＲ圧センサ２７および高圧ＥＧＲ温センサ２８が設けられている。高圧ＥＧＲ圧センサ２７は、高圧ＥＧＲ通路１１ａ内の圧力（以下「高圧ＥＧＲ圧」という）ＰＥＧＲＨを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。高圧ＥＧＲ温センサ２８は、高圧ＥＧＲ通路１１ａ内の温度（以下「高圧ＥＧＲ温」という）ＴＥＧＲＨを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３９】
また、エンジン３には、クランク角センサ２９が設けられている。このクランク角センサ２９は、マグネットロータ２９ａおよびＭＲＥピックアップ２９ｂで構成されており、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４０】
ＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストンが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。
【００４１】
エンジン３の本体には、水温センサ３０が設けられている。この水温センサ３０は、エンジン３のシリンダブロック（図示せず）内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４２】
さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ３１から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。
【００４３】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜３１の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射制御処理や、低圧ＥＧＲ装置１０および高圧ＥＧＲ装置１１による低圧ＥＧＲ量および高圧ＥＧＲ量の制御を含むＥＧＲ制御処理などの各種の制御処理を実行する。
【００４４】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、排ガス還流量制御手段、第１酸素割合取得手段、目標酸素割合設定手段および運転領域判定手段に相当する。
【００４５】
図３は、上述したＥＧＲ制御処理を示すフローチャートである。本処理は、所定時間ごとに実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、目標総ＥＧＲ量ＱＥＧＲＴＣＭＤを算出する。この目標総ＥＧＲ量ＱＥＧＲＴＣＭＤは、低圧ＥＧＲ装置１０および高圧ＥＧＲ装置１１によって還流すべき排ガスの総還流量の目標値である。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。
【００４６】
次に、低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂの開度の目標となる目標低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬＣＭＤを算出する（ステップ２）。
【００４７】
図４は、この目標低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬＣＭＤの算出処理を示すサブルーチンである。本処理では、まずステップ１１において、検出された吸気量ＱＡ、第１および第２酸素濃度ＬＡＦ１，ＬＡＦ２と、後述する低圧ＥＧＲ量ＱＥＧＲＬを用い、次式（１）に従って、吸気通路５のうちの、低圧ＥＧＲ通路１０ａとの接続部から高圧ＥＧＲ通路１１ａとの接続部までの部分（以下「低圧ＥＧＲ還流部」という）５ａを流れる吸気（新気と低圧ＥＧＲ通路１０ａを介して還流された排ガス）の実酸素濃度ＯＡＣＴを算出する。
【数１】
2010168958.tif 000003
なお、低圧ＥＧＲ量ＱＥＧＲＬは、低圧ＥＧＲ圧センサ２５および低圧ＥＧＲ温センサ２６でそれぞれ検出された低圧ＥＧＲ圧ＰＥＧＲＬおよび低圧ＥＧＲ温ＴＥＧＲＬを用い、気体の状態方程式に基づいて、算出される。
【００４８】
次に、検出されたエンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＲＥＦ（例えば５０℃）以上であるか否かを判別する（ステップ１２）。この判別結果がＮＯで、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＲＥＦよりも低いときには、エンジン３が暖機運転中であると判定し、第１所定値ＯＲＥＦ１を、低圧ＥＧＲ還流部５ａ内の吸気の目標酸素濃度ＯＣＭＤとして設定する（ステップ１３）。この第１所定値ＯＲＥＦ１は、大気の酸素濃度よりも小さな一定値に設定されている。
【００４９】
一方、ステップ１２の判別結果がＹＥＳで、ＴＷ≧ＴＷＲＥＦのときには、エンジン３が暖機運転中でなく、通常運転中であると判定し、第２所定値ＯＲＥＦ２を目標酸素濃度ＯＣＭＤとして設定する（ステップ１４）。この第２所定値ＯＲＥＦ２は、前述した暖機運転中に設定される第１所定値ＯＲＥＦ１よりも小さな一定値に設定されている（図８参照）。
【００５０】
このように、エンジン３が暖機運転中のときと通常運転中のときで目標酸素濃度ＯＣＭＤを持ち替えるとともに、暖機運転中には、目標酸素濃度ＯＣＭＤをより大きな値に設定するので、酸素量の割合を高めることによって、安定した燃焼状態を確保することができる。
【００５１】
前記ステップ１３または１４に続くステップ１５では、ステップ１１で算出した実酸素濃度ＯＡＣＴが設定した目標酸素濃度ＯＣＭＤになるように、フィードバック制御により目標低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬＣＭＤを算出し、その後、本処理を終了する。
【００５２】
以上のように、目標酸素濃度ＯＣＭＤを一定の第１または第２所定値ＯＲＥＦ１，ＯＲＥＦ２に設定するとともに、実酸素濃度ＯＡＣＴが目標酸素濃度ＯＣＭＤになるように制御するので、図７に示すように、低圧ＥＧＲ還流部５ａ内の吸気中の酸素の量と不活性ガスの量との比（図中のａ：ｂの比）は、暖機運転および通常運転のそれぞれにおいて、ターボチャージャ７による過給動作の有無や過給圧にかかわらず、第１または第２所定値ＯＲＥＦ１，ＯＲＥＦ２に応じた一定値に制御される。
【００５３】
図３に戻り、前記ステップ２に続くステップ３では、算出した目標低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬＣＭＤに対してリミット処理を行う。
【００５４】
図５は、この目標低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬＣＭＤのリミット処理を示すサブルーチンである。本処理では、まずステップ２１において、第２酸素濃度センサ２３で検出された第２酸素濃度ＬＡＦ２に基づき、図６に示すテーブルを検索することによって、目標低圧ＥＧＲ弁開度の上限値ＬＥＧＲＬＬＭＴを算出する。このテーブルでは、上限値ＬＥＧＲＬＬＭＴは、第２酸素濃度ＬＡＦ２が低いほど、排ガス中の不活性ガスが多いことから、低圧ＥＧＲ還流部５ａの酸素濃度が低くなりすぎないようにするために、より小さな値に設定されている。
【００５５】
次に、目標低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬＣＭＤが上限値ＬＥＧＲＬＬＭＴ以下であるか否かを判別する（ステップ２２）。この判別結果がＹＥＳのときには、本処理をそのまま終了する一方、この判別結果がＮＯで、ＬＥＧＲＬＣＭＤ＞ＬＥＧＲＬＬＭＴのときには、目標低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬＣＭＤを上限値ＬＥＧＲＬＬＭＴに設定した（ステップ２３）後、本処理を終了する。
【００５６】
図３に戻り、前記ステップ３に続くステップ４では、設定された目標低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬＣＭＤに基づいて、低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂの制御入力Ｕ＿ＥＧＲＬを算出する。この制御入力Ｕ＿ＥＧＲＬが低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂに出力されることによって、低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬが目標低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬＣＭＤに制御される。
【００５７】
次に、スロットル弁８ａの制御入力Ｕ＿ＴＨを算出する（ステップ５）。具体的には、制御入力Ｕ＿ＴＨは、原則として、スロットル弁８ａを全開状態に保持するように算出される。また、低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬが全開状態に達し、かつ実酸素濃度ＯＡＣＴが目標酸素濃度ＯＣＭＤに収束していないとき、すなわち、低圧ＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲＬを全開状態に制御しても、低圧ＥＧＲ量が不足し、目標酸素濃度ＯＣＭＤに対して実酸素濃度ＯＡＣＴが高いときには、実酸素濃度ＯＡＣＴが目標酸素濃度ＯＣＭＤになるように、フィードバック制御により制御入力Ｕ＿ＴＨが算出される。具体的には、制御入力Ｕ＿ＴＨは、実酸素濃度ＯＡＣＴが高くなるほど、スロットル弁８ａの開度がより閉じ側になるように算出される。この制御入力Ｕ＿ＴＨがＴＨアクチュエータ８ｂに出力されることによって、スロットル弁８ａの開度が制御される。これにより、スロットル弁８ａが閉じ側に制御され、スロットル弁８ａよりも下流側の吸気通路５内の負圧が増大し、より多くの排ガスが低圧ＥＧＲ通路１０ａを介して吸気通路５に還流することによって、実酸素濃度ＯＡＣＴが低下し、目標酸素濃度ＯＣＭＤに収束する。
【００５８】
以上のように、低圧ＥＧＲ還流部５ａの酸素濃度は、基本的に、低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂの開度によって制御され、また、低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂが全開状態に達した後には、スロットル弁８ａの開度によって制御され、以上により、実酸素濃度ＯＡＣＴが目標酸素濃度ＯＣＭＤになるように制御される。
【００５９】
次いで、前記ステップ１で算出した目標総ＥＧＲ量ＱＥＧＲＴＣＭＤから低圧ＥＧＲ量ＱＥＧＲＬを減算する（＝ＱＥＧＲＴＣＭＤ−ＱＥＧＲＬ）ことによって、目標高圧ＥＧＲ量ＱＥＧＲＨＣＭＤを算出する（ステップ６）。
【００６０】
そして、高圧ＥＧＲ量ＱＥＧＲＨが目標高圧ＥＧＲ量ＱＥＧＲＨＣＭＤに収束するように、フィードバック制御により高圧ＥＧＲ制御弁１１ａの制御入力Ｕ＿ＥＧＲＨを算出し（ステップ７）、本処理を終了する。なお、高圧ＥＧＲ量ＱＥＧＲＨは、高圧ＥＧＲ圧センサ２７および高圧ＥＧＲ温センサ２８でそれぞれ検出された高圧ＥＧＲ圧ＰＥＧＲＨおよび高圧ＥＧＲ温ＴＥＧＲＨを用い、気体の状態方程式に基づいて、算出される。これにより、低圧ＥＧＲ装置１０および高圧ＥＧＲ装置１１を介した排ガスの総還流量が、目標総ＥＧＲ量ＱＥＧＲＴＣＭＤになるように制御される。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、低圧ＥＧＲ還流部５ａの実酸素濃度ＯＡＣＴが目標酸素濃度ＯＣＭＤになるように低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂおよびスロットル弁８ａを制御するので、低圧ＥＧＲ通路１０ａから吸気通路５に還流した後、燃焼室３ｂに供給されるまでの排ガスの応答遅れの影響を排除でき、安定した燃焼状態を確保することができる結果、排ガス特性およびドライバビリティを良好に保つことができる。
【００６２】
また、低圧ＥＧＲ通路１０ａを介して、より低温の排ガスを常に還流させるので、ＮＯｘの発生を最大限、抑制でき、排ガス特性をさらに向上させることができる。
【００６３】
さらに、目標酸素濃度ＯＣＭＤが運転領域（暖機運転時と他の運転時）に応じた第１または第２所定値ＯＲＥＦ１，ＯＲＥＦ２に設定されるので、各運転領域において、低圧ＥＧＲ還流部５ａ内の吸気中の酸素量と不活性ガス量との比が一定になり、吸気の正味の酸素濃度を常に一定にすることができる。それにより、より安定した燃焼状態を確保することができる結果、排ガス特性およびドライバビリティをより良好に保つことができる。
【００６４】
また、排ガスの酸素濃度を表す第２酸素濃度ＬＡＦ２が低いほど、上限値ＬＥＧＲＬＬＭＴをより小さな値に設定することによって、低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂの開度をより厳しく制限するので、低圧ＥＧＲ量がより減少側に制御されることにより、多くの新気を取り入れることができる。それにより、低圧ＥＧＲ還流部５ａの酸素濃度を高めることができ、実酸素濃度ＯＡＣＴを適切に制御できる結果、排ガス特性およびドライバビリティをより良好に保つことができる。
【００６５】
さらに、エンジン３の暖機運転中には、目標酸素濃度ＯＣＭＤをより大きな値に設定するので、燃焼に必要な酸素を確保できる結果、暖機運転を適切に行うことができる。
【００６６】
また、高圧ＥＧＲ通路１１ａに加え、低圧ＥＧＲ通路１０ａを介して排ガスを還流させるので、タービンブレード７ｂを通過する排ガスの量を十分に確保でき、ターボチャージャ７の良好な過給動作を確保しながら、低圧ＥＧＲ還流部５ａの酸素濃度を適切に制御することができる。
【００６７】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、実酸素濃度ＯＡＣＴを制御するための低圧ＥＧＲ制御弁として、低圧ＥＧＲ制御弁１０ｂおよびスロットル弁８ａの双方を用いているが、いずれか一方を用いてもよい。
【００６８】
また、実施形態では、低圧ＥＧＲ還流部５ａ内の吸気の実酸素濃度ＯＡＣＴを、第１および第２酸素濃度ＬＡＦ１，ＬＡＦ２および低圧ＥＧＲ量ＱＥＧＲＬを用いて推定しているが、これに限らず、低圧ＥＧＲ還流部５ａに設けたセンサによって直接、検出してもよい。さらに、実施形態では、排ガスの酸素濃度を、第２酸素濃度センサ２３で直接、検出しているが、これに限らず、排ガスの酸素濃度と密接な関係にあるパラメータを用いて推定してもよい。また、第２酸素濃度ＬＡＦ２を、ＤＰＦ９よりも上流側で検出しているが、下流側で検出してもよい。
【００６９】
さらに、実施形態では、目標酸素濃度ＯＣＭＤを、エンジン３が暖機運転中にあるか否かに応じて持ち替えているが、これに代えて、またはこれとともに、他の運転領域、例えば、エンジン３が触媒の再生中や触媒に蓄積した硫黄分の除去中などの運転領域にあるか否かに応じて持ち替えてもよい。
【００７０】
また、実施形態では、過給機は、吸気通路５および排気通路６に設けられたコンプレッサブレード７ａおよびタービンブレード７ｂなどで構成されたターボチャージャ７であるが、これに限らず、排気通路にタービンを有しないスーパーチャージャでもよい。さらに、実施形態では、本発明を過給機を有する内燃機関に適用しているが、これに限らず、過給機を有していない内燃機関に適用してもよい。
【００７１】
さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  ＥＧＲ制御装置
２  ＥＣＵ（排ガス還流量制御手段、第１酸素割合取得手段、目標酸素割合設定手段
および運転領域判定手段）
３  エンジン
５  吸気通路
５ａ  低圧ＥＧＲ還流部（ＥＧＲ還流部）
６  排気通路
７  ターボチャージャ（過給機）
７ａ  コンプレッサブレード（コンプレッサ）
７ｂ  タービンブレード（タービン）
７ｃ  可変ベーン（過給圧制御弁）
８ａ  スロットル弁（ＥＧＲ制御弁）
１０ａ  低圧ＥＧＲ通路（第２ＥＧＲ通路）
１０ｂ  低圧ＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ制御弁）
１１ａ  高圧ＥＧＲ通路（第１ＥＧＲ通路）
２１  エアフローセンサ（第１酸素割合取得手段）
２２  第１酸素濃度センサ（第１酸素割合取得手段）
２３  第２酸素濃度センサ（第１酸素割合取得手段、第２酸素割合取得手段）
３０  水温センサ（運転領域判定手段）
ＯＡＣＴ  実酸素濃度（第１酸素割合）
ＯＣＭＤ  目標酸素濃度（目標酸素割合）
ＬＡＦ２  第２酸素濃度（第２酸素割合）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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