(57)【要約】【課題】低圧ＥＧＲ通路を有する内燃機関の排気還流装置において、排気絞り弁の開度制御と低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲの制御とを、双方の制御の自由度を確保しつつ両立させることを可能にする技術を提供する。【解決手段】排気管４にタービン５ｂを有し且つ吸気管３にコンプレッサ５ａを有するターボチャージャ５と、タービン５ｂより下流の排気管４とコンプレッサ５ａより上流の吸気管３とを接続する低圧ＥＧＲ通路３１と、タービン５ｂより下流の排気管４に設けられたフィルタ１３と、を備えた排気還流装置において、フィルタ１３より下流且つ低圧ＥＧＲ通路３１の接続箇所より上流の排気管４に排気絞り弁１９を配置する。フィルタ１３の再生処理時に排気絞り弁１９を閉弁方向に制御する場合においても、低圧ＥＧＲ通路３１の圧力が過剰に上昇しないので、低圧ＥＧＲ弁３２の制御精度を確保でき、好適に低圧ＥＧＲを行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流の排気通路に設けられ排気通路の流路断面積を変更する排気絞り弁と、
を備え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、
前記タービンより下流且つ前記排気絞り弁より上流の排気通路に排気浄化装置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。
【請求項３】
請求項２において、
前記低圧ＥＧＲ通路に設けられ低圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する低圧ＥＧＲ弁と、
前記低圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流する排気の量が所定の目標値となるように前記低圧ＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ制御手段と、
を備え、
前記ＥＧＲ制御手段は、前記排気絞り弁の開度が閉弁方向に制御される場合においても、前記低圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流する排気の量が前記所定の目標値となるように前記低圧ＥＧＲ弁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４】
請求項３において、
前記排気浄化装置は排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを有し、
前記フィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去する再生処理を行う時に、再生処理を行わない時と比較して前記排気絞り弁の開度を閉弁方向に制御するフィルタ再生手段を備え、
前記ＥＧＲ制御手段は、前記フィルタ再生手段によって前記再生処理が行われる場合においても、前記低圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流する排気の量が前記所定の目標値となるように前記低圧ＥＧＲ弁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５】
請求項３において、
前記排気浄化装置は排気浄化触媒を有し、
前記排気浄化触媒の暖機を行う時に、暖機を行わない時と比較して前記排気絞り弁の開度を閉弁方向側に制御する触媒暖機手段を備え、
前記ＥＧＲ制御手段は、前記触媒暖機手段によって前記暖機が行われる場合においても、前記低圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流する排気の量が前記所定の目標値となるように前記低圧ＥＧＲ弁を制御す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、内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘの量を低減する技術として、排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲが知られている。例えば、特許文献１には、ターボチャージャのタービンより下流の排気通路とターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、タービンより上流の排気通路とコンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路とを備え、内燃機関の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ通路と高圧ＥＧＲ通路とを切り替え、或いは併用してＥＧＲを行う内燃機関の排気還流装置が開示されている。
【０００３】
また、内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質（以下、「ＰＭ」という）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という）を備えた内燃機関において、フィルタに所定量以上のＰＭが堆積した場合に、フィルタに流入する排気の温度を昇温することでフィルタに堆積したＰＭを強制的に酸化除去（以下、「再生処理」という）する技術が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献２には、フィルタより下流の排気通路に設けられた排気絞り弁を閉弁して排気絞り弁より上流の排気通路の背圧を上昇させることで内燃機関の負荷を増大させ、内燃機関からの排気の温度を昇温させることによってフィルタの再生処理を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１５０３１９号公報
【特許文献２】特開２００３−３４３２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、フィルタ等の排気浄化装置を備えた内燃機関の排気還流装置では、排気浄化装置より下流の排気通路に低圧ＥＧＲ通路を接続し、低圧ＥＧＲ通路への分岐箇所より下流の排気通路に排気絞り弁を配置する構成が一般的であった。
【０００６】
この構成においては、例えばフィルタの再生処理を実行すべく排気絞り弁を閉弁方向に操作した場合、排気絞り弁より上流側の排気通路の背圧の上昇に伴って低圧ＥＧＲ通路の圧力も上昇してしまう。そのため、低圧ＥＧＲ通路に設けられる流量調節弁の調量精度が低下して、低圧ＥＧＲ通路を介して還流するＥＧＲガス量が過剰になったり過少になったりする可能性があった。そのため、上記のような構成を有する従来の排気還流装置においては、フィルタの再生処理を実行中は低圧ＥＧＲ通路を介した排気の還流を停止することが一般的であった。
【０００７】
しかし、この場合フィルタの再生処理中に十分な量のＥＧＲガスを内燃機関に供給することができなくなり、ＮＯｘの排出量が増大してしまう可能性があった。逆に、大量ＥＧＲが要求される運転状態において、フィルタの再生処理を実行することができなくなり、フィルタに過剰なＰＭが堆積して燃費の悪化やフィルタ破損を招く虞もあった。
【０００８】
このような問題は、フィルタの再生処理時に排気絞り弁を閉弁する場合に限らず、例えば触媒の急速暖機時に排気絞り弁を閉弁する場合や、排気ブレーキを作動させるべく排気絞り弁を閉弁する場合等においても発生する虞があった。
【０００９】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、低圧ＥＧＲ通路を有する排気還流装置において、排気絞り弁の開度制御と低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲの制御とを、双方の制御の自由度を確保しつつ好適に両立させることを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】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気還流装置は、内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、前記低圧ＥＧＲ通路の接続箇所より上流の排気通路に設けられ排気通路の流路断面積を変更する排気絞り弁と、を備える構成とした。
【００１１】
この構成によれば、低圧ＥＧＲ通路は排気絞り弁より下流の排気通路に接続されているため、排気絞り弁の開度が変更された場合においても、排気絞り弁より上流側の排気通路における背圧の変動が低圧ＥＧＲ通路の圧力に影響を及ぼしにくくなる。
【００１２】
例えば、排気絞り弁が閉弁方向に操作される場合、排気絞り弁より上流の排気通路の背圧は上昇するが、この背圧の上昇に伴って低圧ＥＧＲ通路の圧力も上昇してしまうことはない。従って、排気絞り弁が閉弁方向に操作されない場合と同様に低圧ＥＧＲ通路を介した排気の還流を制御することができる。
【００１３】
このように、上記構成によれば、排気絞り弁の開度制御及び低圧ＥＧＲ通路を介した排気の還流の制御の一方が他方の制限となってしまうことを抑制できる。すなわち、排気絞り弁の開度制御にかかわらず、低圧ＥＧＲ通路を介した排気の還流の制御を行うことが可能になる。
【００１４】
排気絞り弁の開度が変更される場合としては、例えば補助ブレーキとして排気ブレーキを使用する場合に排気絞り弁が閉弁方向に操作される場合を例示できる。従来のように排気絞り弁より上流の排気通路に低圧ＥＧＲ通路が接続された構成においては、排気ブレーキ作動時には排気絞り弁より上流の排気通路の背圧が上昇するのに伴って低圧ＥＧＲ通路の圧力も上昇してしまうため、低圧ＥＧＲ通路を介した排気の還流を好適に行えない場合があった。
【００１５】
それに対し本発明の構成によれば、排気ブレーキ作動時においても排気絞り弁より下流の排気通路に接続された低圧ＥＧＲ通路の圧力は大きく変動しない。従って排気ブレーキを作動させない時と同様に低圧ＥＧＲ通路を介した排気の還流を制御して要求されるＥＧＲガス量を吸気通路に還流させることができる。
【００１６】
また、フィルタによって排気中の粒子状物質（ＰＭ）を除去したり、触媒によって排気中の未燃燃料（ＨＣやＣＯ等）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、排気添加燃料等を酸化還元反応させたり、といった排気浄化装置による排気の後処理が行われる構成に本発明を適用する場合には、上記の本発明の構成においてタービンより下流且つ排気絞り弁より上流の排気通路に排気浄化装置を配置すると良い。
【００１７】
このような排気浄化装置を有する内燃機関においては、排気浄化装置による排気の後処理に関連する要求に基づいて排気絞り弁が制御されることがある。しかし、従来の構成では、排気絞り弁を制御した場合の排気絞り弁より上流の排気通路の背圧の変動が低圧ＥＧＲ通路の圧力に影響を与えてしまうため、排気の後処理の要求と低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲの要求とを両立させられない場合があった。
【００１８】
例えばフィルタや触媒を急速に昇温させることを目的として排気絞り弁が閉弁方向に操作される場合があるが、このような場合、従来の構成では低圧ＥＧＲ通路の圧力が上昇してしまうため、低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲを停止せざるを得ない場合があった。
【００１９】
それに対し、本発明の構成によれば、排気絞り弁の開度を閉弁方向に操作した場合においても低圧ＥＧＲ通路の圧力が過剰に上昇することが抑制される。従って、フィルタや触媒を急速昇温すべく排気絞り弁を閉弁方向に操作している時にも、低圧ＥＧＲ通路を介した排気の還流を行い、要求されるＥＧＲガス量の排気を吸気通路に還流させることが可能になる。
【００２０】
本発明は、低圧ＥＧＲ通路に設けられ低圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する低圧ＥＧＲ弁と、低圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流する排気（以下「低圧ＥＧＲガス」とも言う）の量が所定の目標値となるように低圧ＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ制御手段と、を備えた排気還流装置に適用することができる。この構成において、ＥＧＲ制御手段は、排気絞り弁の開度が閉弁方向に制御される場合においても、低圧ＥＧＲガスの量が前記所定の目標値となるように低圧ＥＧＲ弁を制御することができる。
【００２１】
所定の目標値は、例えば内燃機関の運転条件やＰＭ・ＮＯｘ等のエミッション規制値からの要求に基づいて決定される低圧ＥＧＲガスの量であり、予め定められている。
【００２２】
一般に、低圧ＥＧＲ弁による低圧ＥＧＲガスの調量精度は、低圧ＥＧＲ通路の圧力が過剰に高くなると低下するため、低圧ＥＧＲ通路の圧力が過剰に高くなった状態で低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲを実行すると、低圧ＥＧＲガス量が目標値より過剰になったり、逆に過少になったりする虞がある。
【００２３】
そのため、排気絞り弁より上流の排気通路から低圧ＥＧＲガスを取り出すように構成された従来の排気還流装置において、排気絞り弁が閉弁方向に操作されて排気通路の背圧の上昇に伴って低圧ＥＧＲ通路の圧力が過剰に高くなってしまった時には、低圧ＥＧＲ弁を全閉して低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲを停止せざるを得ない場合があった。
【００２４】
それに対し、本発明に係る上記の構成によれば、排気絞り弁が閉弁方向に操作されて排気絞り弁より上流の排気通路の背圧が上昇した場合においても、それに伴って低圧ＥＧＲ通路の圧力が過剰に上昇することが抑制される。
【００２５】
従って、排気絞り弁が閉弁方向に制御される場合においても低圧ＥＧＲ弁による低圧ＥＧＲガスの調量精度が低下することがないので、低圧ＥＧＲガス量が目標値となるように低圧ＥＧＲ弁による低圧ＥＧＲガスの調量を好適に行うことができる。すなわち、排気絞り弁の開度制御による制限を受けることなく低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲの制御を行うことができる。
【００２６】
本発明は、排気浄化装置として排気中のＰＭを捕集するフィルタを備えた内燃機関に適用することができる。
【００２７】
一般に、フィルタには酸化能を有する触媒が担持され、フィルタに捕集されて堆積したＰＭは、フィルタに流入する排気の温度が高温になる運転状態の時（例えば高負荷時）に、触媒の効果により酸化除去される。しかし、このようないわゆるＰＭの連続再生作用が得られない運転状態が継続してフィルタにおけるＰＭ堆積量が許容量を超えた場合には、フィルタを強制的に昇温する昇温処理を実行することによって堆積したＰＭを酸化除去する再生処理が行われる。
【００２８】
この再生処理を実施する具体的な手段として、排気絞り弁を絞ることによって背圧を上昇させ、内燃機関の負荷を増大させ、以て排気の温度を上昇させる方法を採るフィルタ再生手段を備える内燃機関においては、従来のように排気絞り弁より上流の排気通路に低圧ＥＧＲ通路が接続されていると、フィルタの再生処理を実施すべく排気絞り弁を絞った時に、排気通路の背圧と同時に低圧ＥＧＲ通路の圧力も上昇してしまうため、上述したように低圧ＥＧＲ通路を介してＥＧＲを実施することができない場合があった。
【００２９】
そのため、フィルタの再生処理を実行中は低圧ＥＧＲを行うことができず、また、逆に、大量ＥＧＲが要求される運転状態等において低圧ＥＧＲを停止することが困難な場合にはフィルタの再生処理を実行できないという制限があった。
【００３０】
それに対し、このようなフィルタ再生手段を備えた内燃機関に本発明の構成を適用すれば、フィルタ再生手段が再生処理を実行すべく排気絞り弁を閉弁方向に制御した場合においても、低圧ＥＧＲ通路の圧力が過剰に上昇することが抑制されるので、低圧ＥＧＲ弁による低圧ＥＧＲガスの調量精度が低下することが抑制され、低圧ＥＧＲガス量を目標値に好適に制御しつつＥＧＲを行うことが可能になる。
【００３１】
本発明は、排気浄化装置として、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃燃料、排気燃料添加による添加燃料、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等に対する酸化還元能力を有する排気浄化触媒を備えた内燃機関に適用することができる。
【００３２】
一般に、触媒がその酸化能力や還元能力を好適に発揮できるためには触媒が活性化する必要がある。触媒が活性化する条件は様々なものが考えられるが、一般的には触媒床温を所定の活性化温度以上にまで上昇させることで触媒が活性化する。
【００３３】
従って、例えば内燃機関の冷間始動時等のように触媒の温度が低温の時に可及的早期に触媒を活性化させることを目的として、触媒を強制的に昇温する触媒暖機が行われる場合がある。
【００３４】
この触媒暖機を行う具体的な手段として、上記フィルタ再生手段と同様に排気絞り弁を閉弁方向に制御する方法を採る触媒暖機手段を備える内燃機関においては、上述のように、従来構成の排気還流装置の場合触媒暖機と低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲとを両立させることが困難だった。
【００３５】
それに対し、本発明の構成によれば、排気絞り弁を閉弁方向に制御した場合においても低圧ＥＧＲ弁の調量精度の低下を抑制できるので、低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲを好適に実行することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明により、低圧ＥＧＲ通路を有する排気還流装置において、排気絞り弁の開度制御と低圧ＥＧＲ通路を介したＥＧＲの制御とを、双方の制御の自由度を確保しつつ両立させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。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、特に特定的な記載がない限りは、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】
【００３８】
図１は本実施例に係る内燃機関の排気還流装置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示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクルディーゼルエンジンである。
【００３９】
内燃機関１には、吸気管３及び排気管４が接続されている。吸気管３の途中には、吸気管３内を流通する吸気の流量を調節する第２吸気絞り弁９が設けられている。第２吸気絞り弁９は、電動アクチュエータにより開閉される。第２吸気絞り弁９より上流の吸気管３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が設けられている。
【００４０】
インタークーラ８より上流の吸気管３には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。コンプレッサハウジング５ａより上流の吸気管３には、吸気管３内を流通する吸気の流量を調節する第１吸気絞り弁６が設けられている。第１吸気絞り弁６は電動アクチュエータにより開閉される。
【００４１】
第１吸気絞り弁６より上流の吸気管３には、吸気管３内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。エアフローメータ７により内燃機関１の吸入空気量が測定される。
【００４２】
一方、排気管４の途中には、排気管４を流通する排気中に燃料を添加する燃料添加弁１７が設けられている。燃料添加弁１７より下流の排気管４には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。タービンハウジング５ｂより下流の排気管４には、排気浄化装置１０が設けられている。
【００４３】
排気浄化装置１０は、酸化触媒１２と、酸化触媒１２の後段に設けられたパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という）１３とを有している。フィルタ１３には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という）が担持されている。
【００４４】
フィルタ１３は排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」という）を捕集する。また、ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高い時は排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、一方、ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下した時は吸蔵していたＮＯｘを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが還元される。
【００４５】
フィルタ１３には、フィルタ１３の上流側と下流側との差圧を測定する差圧センサ１１が取り付けられている。差圧センサ１１の検出値に基づいてフィルタ１３に堆積しているＰＭの量を検出することができる。排気浄化装置１０より下流の排気管４には、排気管４内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１９が設けられている。排気絞り弁１９は電動アクチュエータにより開閉される。
【００４６】
内燃機関１には、排気管４内を流通する排気の一部を低圧で吸気管３へ再循環させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及び低圧ＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。
【００４７】
低圧ＥＧＲ通路３１は、排気絞り弁１９より下流の排気管４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流且つ第１吸気絞り弁６より下流の吸気管３と、を接続している。低圧ＥＧＲ通路３１を通って排気が低圧で再循環される。本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を通って再循環される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。
【００４８】
低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の流路断面積を変更することにより、低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調節する。低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと内燃機関１の冷却水とで熱交換させることで、低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。
【００４９】
また、内燃機関１には、排気管４内を流通する排気の一部を高圧で吸気管３へ再循環させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１、高圧ＥＧＲ弁４２、及び高圧ＥＧＲクーラ４３を備えて構成されている。
【００５０】
高圧ＥＧＲ通路４１は、タービンハウジング５ｂより上流側の排気管４と、第２吸気絞り弁９より下流の吸気管３と、を接続している。高圧ＥＧＲ通路４１を通って排気が高圧で再循環される。本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を通って再循環される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。
【００５１】
高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１の流路断面積を変更することにより、高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの量を調節する。高圧ＥＧＲクーラ４３は、高圧ＥＧＲクーラ４３を通過する高圧ＥＧＲガスと内燃機関１の冷却水とで熱交換させることで、高圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。
【００５２】
以上述べたように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するコンピュータである。
【００５３】
ＥＣＵ２０には、上記差圧センサ１１の他、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００５４】
また、ＥＣＵ２０には、第１吸気絞り弁６、第２吸気絞り弁９、排気絞り弁１９、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２、及び燃料添加弁１７が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２０によりこれらの機器が制御される。
【００５５】
ここで、本実施例において低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を用いて行われる排気の再循環について説明する。低圧ＥＧＲ装置３０によって行われる排気の再循環と高圧ＥＧＲ装置４０を用いて行われる排気の再循環とは、それぞれ好適に排気の再循環を行うことが可能な内燃機関の運転条件が予め実験的に求められている。本実施例では、内燃機関の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ装置３０と高圧ＥＧＲ装置４０とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環を行うようにしている。
【００５６】
図２は、内燃機関１の運転状態の領域毎に定められた、低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０の切替パターンを示した図である。図２の横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。
【００５７】
図２において、領域ＨＰＬは、内燃機関１の運転状態が低負荷低回転の領域であり、ここでは高圧ＥＧＲ装置４０によって排気の再循環が行われる。図２の領域ＭＩＸは、内燃機関１の運転状態が中負荷中回転の領域であり、ここでは高圧ＥＧＲ装置４０と低圧ＥＧＲ装置３０とが併用されて排気の再循環が行われる。図２の領域ＬＰＬは、内燃機関１の運転状態が高負荷高回転の領域であり、ここでは低圧ＥＧＲ装置３０によって排気の再循環が行われる。図２の領域ＬＰＬより高負荷又は高回転の領域では、排気の再循環は行われない。
【００５８】
このように、内燃機関１の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ装置４０と低圧ＥＧＲ装置３０とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環を行うことによって、広範な運転領域において排気の再循環を行うことができ、ＮＯｘの排出量を低減することが可能になる。
【００５９】
内燃機関１の運転に伴い、フィルタ１３におけるＰＭの堆積量は次第に増加するが、フィルタ１３に堆積したＰＭは、内燃機関１の運転状態が排気の温度が高温になる運転状態である時に連続的に酸化除去される（以下、「連続再生」という）。
【００６０】
一方、アイドル状態や低速走行等、連続再生が行われるほど排気の温度が十分に高温にならない運転状態が長時間継続すると、フィルタ１３におけるＰＭの堆積量が許容限度を超えて増加する場合がある。このような状況を想定して、本実施例では、フィルタ１３に堆積したＰＭの量が所定量を超えた場合に、フィルタ１３に堆積したＰＭを強制的に酸化除去する再生処理を行う。ここで、所定量のＰＭ堆積量とは、内燃機関１の運転に不具合が生じないＰＭ堆積量の上限値であり、予め実験により求められる。
【００６１】
本実施例では、フィルタ１３の再生処理として、まず排気絞り弁１９を通常制御時と比較して閉弁方向に制御する。これにより排気絞り弁１９より上流の排気管４内の背圧が上昇し、内燃機関１の負荷が高まり、燃料噴射量が増加して、内燃機関１からの排気の温度が上昇する。これにより、酸化触媒１２の温度が上昇し、酸化触媒１２が活性化する。ここで燃料添加弁１７から排気中に燃料を添加することにより、添加燃料が酸化触媒１２において酸化反応し、その反応熱によりフィルタ１３に流入する排気の温度が更に上昇する。これにより、フィルタ１３に堆積したＰＭの酸化反応が促進され、フィルタ１３に堆積したＰＭが酸化除去される。
【００６２】
上記のようなフィルタ１３の再生処理自体は従来より行われている。しかし、図３に示すような従来の内燃機関の排気還流装置では、低圧ＥＧＲ通路３１の分岐箇所より下流の排気管４に排気絞り弁１９０が配置されていた。そのため、フィルタ１３の再生処理を実施すべく排気絞り弁１９０を閉弁方向に制御すると、排気絞り弁１９０より上流の排気管４の背圧が上昇するとともに、低圧ＥＧＲ通路３１の圧力も上昇してしまう傾向があった。
【００６３】
低圧ＥＧＲ通路３１が高圧になると低圧ＥＧＲ弁３２による低圧ＥＧＲガス量の調量精度が低下する。そのため、低圧ＥＧＲガス量が目標値より過少となって十分なＮＯｘ低減効果を得られなかったり、逆に低圧ＥＧＲガス量が目標値より過剰となって失火したりする虞があった。
【００６４】
このような問題が起こることを回避するため、従来ではフィルタ１３の再生処理の実行中は低圧ＥＧＲ弁３２を閉弁して低圧ＥＧＲ装置３０による排気の還流を停止することが一般的であった。従って、この間ＥＧＲ率が低下し、ＮＯｘの排出量が増大する場合があった。
【００６５】
それに対し、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１の分岐箇所より上流の排気管４に排気絞り弁１９が配置されているため、フィルタ１３の再生処理を実行すべく排気絞り弁１９を閉弁方向に制御した場合であっても、低圧ＥＧＲ通路３１の圧力が上昇することが抑制される。
【００６６】
従って、フィルタ１３の再生処理中であっても、低圧ＥＧＲ弁３２の調量精度が損なわれることがなく、低圧ＥＧＲ装置３０による排気の還流を行うことが可能になる。これにより、フィルタ１３の再生処理中においても要求されるＥＧＲガス量を吸気管３に還流さ
せることができ、ＮＯｘ排出量を好適に低減させることが可能となる。
【００６７】
なお、図３に示したような構成の従来の排気還流装置においては、低圧ＥＧＲ弁３２の開度を全開にしてもＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に達しない場合に、排気絞り弁１９０を閉弁方向に制御することで低圧ＥＧＲ通路３１の上流側と下流側の差圧を上昇させ、これにより低圧ＥＧＲガス量を増大させる場合があった。この場合、低圧ＥＧＲガス量の調量精度は排気絞り弁１９０の開度制御の精度に依存することになるが、排気絞り弁１９０は高温環境下で作動するため、その制御精度を高めることは難しかった。
【００６８】
これに対し、本実施例では、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が全開の状況において更に低圧ＥＧＲガス量を増加させたい場合には、第１吸気絞り弁６を閉弁方向に制御することで低圧ＥＧＲ通路３１の上流側と下流側の差圧を上昇させるようにしている。この場合、第１吸気絞り弁６は低温環境下で作動するため、高い精度で開度制御を行うことが可能である。
【００６９】
ここで、本実施例における低圧ＥＧＲ弁３２及び高圧ＥＧＲ弁４２の開度制御及びフィルタ１３の再生処理を行う制御ルーチンについて説明する。図４は、該制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００７０】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態を検出する。具体的には、アクセル開度センサ１５の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を検出し、クランクポジションセンサ１６の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転数を読み込む。
【００７１】
次に、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ１０１において検出した内燃機関１の運転状態に応じた目標高圧ＥＧＲ弁開度及び目標低圧ＥＧＲ弁開度を求める。目標高圧ＥＧＲ弁開度及び目標低圧ＥＧＲ弁開度は、それぞれ内燃機関１の機関負荷及び機関回転数に応じて定まる関数又はマップとして予め実験により求められている。
【００７２】
次に、ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁４２の開度が前記ステップＳ１０２において求めた目標高圧ＥＧＲ弁開度となるように高圧ＥＧＲ弁４２を制御するとともに、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が前記ステップＳ１０２において求めた目標低圧ＥＧＲ弁開度となるように低圧ＥＧＲ弁３２を制御する。
【００７３】
次に、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、差圧センサ１１の検出値を読み込み、フィルタ１３の前後差圧を測定する。
【００７４】
次に、ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、前記ステップＳ１０４において検出したフィルタ１３の前後差圧が所定の基準差圧を超えているか否かを判定する。ここで、所定の基準差圧は上記説明した所定量のＰＭ堆積量（ＰＭ堆積量の許容限度）に対応するフィルタ１３の前後差圧である。
【００７５】
前記ステップＳ１０５において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０は、フィルタ１３には許容限度を超えてＰＭが堆積していると判定して、フィルタ１３の再生処理を行うべくステップＳ１０６に進む。一方、前記ステップＳ１０５において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０８に進む。
【００７６】
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２０は、排気絞り弁１９を閉弁方向に制御する。これにより排気管４の背圧が上昇し、内燃機関１の負荷が増大し、内燃機関１からの排気の温度が上昇する。これに伴い、酸化触媒１２の温度が上昇する。従って、続くステップＳ１０７において燃料添加弁１７から燃料添加を行うことによって、添加燃料が酸化触媒１２に
おいて酸化反応し、その際の反応熱によってフィルタ１３に流入する排気の温度が昇温される。これにより、フィルタ１３に堆積したＰＭの酸化反応が促進され、フィルタ１３に堆積したＰＭが酸化除去される。
【００７７】
次に、ＥＣＵ２０はステップＳ１０４に戻り、再度フィルタ１３の前後差圧を測定する。そして、続くステップＳ１０５においてフィルタ１３の前後差圧が前記基準差圧以下であると判定された場合、フィルタ１３におけるＰＭ堆積量は許容限度を下回ったと判定し、ステップＳ１０８に進み、排気絞り弁１９の開度を通常時の開度に戻し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７８】
なお、以上述べた実施の形態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形態には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例では、フィルタ１３の再生処理に伴って排気絞り弁１９が閉弁される場合について説明したが、酸化触媒１２の暖機に伴って排気絞り弁１９が閉弁される場合においても、上記説明と同様に、低圧ＥＧＲ装置３０による排気の還流を通常通り実行することができる。そのため、これらの場合においても、ＮＯｘの生成量を好適に低減することが可能になる。
【００７９】
また、排気絞り弁１９に対して閉弁要求が出される場合としては、排気絞り弁１９を閉弁することで制動力を発生させる排気ブレーキを備える内燃機関の排気還流装置において、排気ブレーキを作動させるべく排気絞り弁１９が閉弁される場合を例示することもできる。
【００８０】
従来構成（図３参照）では、排気ブレーキを作動させるべく排気絞り弁１９０が閉弁にされた場合、低圧ＥＧＲ通路３１の圧力も上昇するため、低圧ＥＧＲ弁３２が圧力の低いガスの調量を行うことを前提に設計された弁であった場合、低圧ＥＧＲ弁３２から排気が漏れる可能性があった。その場合排気ブレーキの制動能力が十分に発揮されない虞があった。それに対し、本実施例（図１参照）によれば、排気絞り弁１９は低圧ＥＧＲ通路３１の接続箇所より上流の排気管４に配置されているため、このような問題が生じることを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施例１に係る内燃機関の排気還流装置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示す図である。
【図２】実施例１における低圧ＥＧＲ装置と高圧ＥＧＲ装置との切り替えマップを示す図である。
【図３】従来の内燃機関の排気還流装置における内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図４】実施例１によるフィルタの再生処理、低圧ＥＧＲ弁及び高圧ＥＧＲ弁の開度制御のルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気管
４     排気管
５     ターボチャージャ
５ａ   コンプレッサハウジング
５ｂ   タービンハウジング
６     第１吸気絞り弁
７     エアフローメータ
８     インタークーラ
９     第２吸気絞り弁
１０   排気浄化装置
１１   差圧センサ
１２   酸化触媒
１３   フィルタ
１４   アクセルペダル
１５   アクセル開度センサ
１６   クランクポジションセンサ
１７   燃料添加弁
１９   排気絞り弁
２０   ＥＣＵ
３０   低圧ＥＧＲ装置
３１   低圧ＥＧＲ通路
３２   低圧ＥＧＲ弁
３３   低圧ＥＧＲクーラ
４０   高圧ＥＧＲ装置
４１   高圧ＥＧＲ通路
４２   高圧ＥＧＲ弁
４３   高圧ＥＧＲクーラ
【図１】
2008008205.tif 000003
【図２】
2008008205.tif 000004
【図３】
2008008205.tif 000005
【図４】
2008008205.tif 000006