(57)【要約】【課題】ＥＧＲクーラやＥＧＲバルブに堆積物による閉塞が生じるのを回避しつつ、ＮＯｘの大幅な低減を図ることができる車両用内燃機関の排気再循環装置を提供する。【解決手段】ＥＧＲクーラ６３と、ＥＧＲバルブ６２と、バイパス通路６４の開度を変化させるＥＧＲクーラバイパスバルブ６５と、バイパス通路６４上の触媒ユニット６６と、機関運転状態を検出するセンサ群３５、３７、３８および７１〜７４と、ＥＣＵ５０とを備え、ＥＣＵ５０は、センサ群の検出情報に基づいてエンジン１０の排気中に含まれるＨＣおよびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルを判定し、その判定結果に応じてＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度を制御する機能を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用内燃機関の排気通路側から吸気通路側に排気の一部を還流させる排気還流通路の一部を冷却通路とする排気冷却器と、
前記排気還流通路の下流側に配置され、前記排気還流通路から前記吸気通路側への排気還流量を変化させるように開度を変化させることができる排気還流バルブと、
前記吸気通路側に還流する排気を前記排気冷却器をバイパスして前記排気還流バルブに供給するバイパス通路上に配置され、前記バイパス通路を通る排気量を変化させるように開度を変化させることができるバイパスバルブと、
前記排気還流バルブと前記バイパスバルブの間の前記バイパス通路上に配置され、前記バイパス通路を通る排気を浄化する触媒ユニットと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関の排気中に含まれる炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルを判定し、該判定結果に応じて前記バイパスバルブの開度を制御するバイパス制御手段と、を備えた車両用内燃機関の排気再循環装置。
【請求項２】
前記運転状態検出手段が、前記内燃機関の回転数と負荷を検出することを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置。
【請求項３】
前記バイパス制御手段が、前記内燃機関の排気中に含まれる炭化水素の濃度が他の運転領域より増大する第１運転領域と、前記内燃機関の排気中に含まれるスモークの濃度が他の運転領域より増大する第２運転領域と、前記第１運転領域および前記第２運転領域より高出力となる第３運転領域とのうち、いずれの運転領域で前記内燃機関が運転されているかを前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて判定し、該判定結果に基づいて前記バイパスバルブの開度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置。
【請求項４】
前記運転状態検出手段が、前記内燃機関の吸気管内の空気の温度および圧力を検出し、
前記バイパス制御手段が、前記炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルと、前記吸気管内の空気の温度および圧力とに応じて、前記バイパスバルブの開度を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置。
【請求項５】
前記内燃機関の出力特性と運転条件に応じて設定される排気再循環率の目標値を記憶する記憶手段と、
前記排気還流バルブの開度を検出するバルブ開度検出手段と、
前記運転状態検出手段および前記バルブ開度検出手段の検出情報に基づき、前記内燃機関の運転状態に応じた排気再循環率の目標値と前記排気還流バルブの開度に対応する実排気再循環率の偏差を縮小するよう前記排気還流バルブの開度を制御するフィードバック制御手段と、をさらに備え、
前記バイパス制御手段が、前記バイパスバルブの開度を変化させるときには、前記フィードバック制御手段による前記排気還流バルブの開度の制御を停止させることを特徴とする請求項４に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置。
【請求項６】
前記バイパス制御手段が、前記バイパスバルブの開度を変化させるときの変化量に応じて、前記フィードバック制御手段による前記排気還流バルブの開度の制御を停止させる停止時間を可変設定することを特徴とする請求項５に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置。
【請求項７】
前記バイパス制御手段が、前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関が過渡運転状態にあるか否かを判定し、前記内燃機関の過渡運転状態であると判定したときには前記停止時間を定常状態における前記停止時間より短時間に制限することを特徴とする請求項６に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用内燃機関の排気再循環装置に関し、特にＥＧＲ（排気再循環）通路にＥＧＲクーラとそれをバイパスするバイパス通路の開閉制御を行うバイパスバルブとが装着された車両用ディーゼル機関に好適な排気再循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用のディーゼルエンジンにおいては、排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させることへの高度な要求に応えるべく排気の一部を吸気側に還流させる排気再循環装置を装備したものがあり、そのＥＧＲ経路にＥＧＲクーラとそれをバイパスするバイパス通路を開閉制御するバイパスバルブを装着したものが多用されてきている。
【０００３】
このような車両用内燃機関の排気再循環装置においては、吸入空気流量に対する排気還流量の割合であるＥＧＲ率（排気再循環率＝ＥＧＲ流量／吸入空気流量）や排気温度を運転状態に好適なものとするために、排気還流量を制御するＥＧＲバルブの開度やバイパスバルブの開度を的確に制御する必要がある。
【０００４】
従来のこの種のＥＧＲ装置としては、ターボ過給機の排気タービンより下流側の排気をターボ過給機のコンプレッサより上流側に還流させる低圧側の排気還流通路にＥＧＲクーラとバルブを設けるとともに、ターボ過給機の排気タービンより上流側の排気をターボ過給機のコンプレッサより下流側に還流させる高圧側の排気還流通路に触媒ユニットとバルブを設けて、両排気管流通路に流れる排気ガスの流量を制御するようにして、要求負荷が高くても低温燃焼できるようにしたもの（例えば、特許文献1参照)が知られている。
【０００５】
また、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路の開度を制御するＥＧＲバイパスバルブと、排気還流経路をＥＧＲクーラ側とバイパス通路側のうちいずれかに切り替えるバイパスバルブと、バイパス通路を通る排気中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒とを設けて、エンジン側でのポスト噴射による燃料添加時にＥＧＲクーラをバイパスさせた排気還流経路に切り替えるようにし、燃料添加に起因してＥＧＲクーラ内でのコーキング（冷却により結露した未燃燃料分をバインダとしてＰＭが付着し目詰まりを起こす状態）が生じるのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、ＥＧＲガス温度の制御応答性を高めるべくＥＧＲクーラとそれをバイパスするバイパス通路の下流側に両者からの排気流量比を調節してＥＧＲバルブに供給することができる３方弁型の流量調節弁を設けるとともに、その流量調節弁の弁体がＥＧＲクーラ側の粘着性の高い堆積物によってエンジン停止中にバルブシート部分に固着してしまうのを防止すべく、エンジン停止時にＥＧＲクーラ側の弁体を開弁状態にしておくようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
さらに、ＥＧＲ率の実測値が予め設定した目標ＥＧＲ率マップ中の目標値より大きい場合にはＥＧＲバルブの開度を減少させるといった補正を行うとともに、排気圧変動時にはその補正に用いる補正値を更新するフィードバック制御を行い、その一方で、ＤＰＦ再生装置や排気ブレーキ、可変マフラー等の排気圧干渉デバイスが作動するときにはそれによる圧力変動が収束するまで補正値の更新を一時的に停止するようにしたものも知られている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００５−７６４５６号公報
【特許文献２】特開２００６−２３３９４７号公報
【特許文献３】特開２００５−９８２７８号公報
【特許文献４】特開平７−１６６９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のような従来の車両用内燃機関の排気再循環装置にあっては、ＥＧＲクーラ前に触媒を搭載することになる構成では、ＥＧＲクーラで冷却されるはずのＥＧＲガスの温度が上がってしまい、スモークやＮＯｘの削減面で難点があるとともに、ＥＧＲクーラの目詰まりも生じ易かった。一方、ＥＧＲクーラをバイパスさせる排気還流が多くなる構成では、ＥＧＲ率を増加させた場合に排気ガス中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）の濃度が高くなり、下流側のＥＧＲバルブに堆積物による閉塞が生じ易くなるという問題があった。すなわち、従来の車両用内燃機関の排気再循環装置にあっては、ＥＧＲクーラやＥＧＲバルブにスモークの堆積物による閉塞が生じるのを回避しつつ、ＮＯｘの大幅な低減を図ることが困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、ＥＧＲクーラやＥＧＲバルブにスモークの堆積物による閉塞が生じるのを回避しつつ、ＮＯｘの大幅な低減を図ることができる車両用内燃機関の排気再循環装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る車両用内燃機関の排気再循環装置は、上記目的達成のため、（１）車両用内燃機関の排気通路側から吸気通路側に排気の一部を還流させる排気還流通路の一部を冷却通路とする排気冷却器と、前記排気還流通路の下流側に配置され、前記排気還流通路から前記吸気通路側への排気還流量を変化させるように開度を変化させることができる排気還流バルブと、前記吸気通路側に還流する排気を前記排気冷却器をバイパスして前記排気還流バルブに供給するバイパス通路上に配置され、前記バイパス通路を通る排気量を変化させるように開度を変化させることができるバイパスバルブと、前記排気還流バルブと前記バイパスバルブの間の前記バイパス通路上に配置され、前記バイパス通路を通る排気を浄化する触媒ユニットと、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関の排気中に含まれる炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルを判定し、該判定結果に応じて前記バイパスバルブの開度を制御するバイパス制御手段と、を備えたものである。
【００１１】
この構成により、内燃機関の排気中に含まれる炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルが運転状態検出手段の検出情報に基づいて判定され、その判定結果に応じてバイパスバルブの開度が制御される。この場合、触媒ユニットで発熱した排気ガスが排気冷却器で再度冷却されることはなく、吸気温度が上昇するから、排気ガスに含まれるＴＨＣ（全炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）の濃度が有効に低減される。したがって、従来はＴＨＣが大幅に増加してしまうために制約されていた軽負荷運転領域における排気再循環量を増量させ、ＮＯｘの低減を図ることができる。また、高負荷側では、排気冷却器側に排気還流させることができ、排気冷却器の性能を悪化させる弊害もない。なお、ここにいうバイパスバルブの開度制御は、ＯＮ／ＯＦＦ制御であっても可変制御であってもよい。
【００１２】
上記（１）に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置は、好ましくは、（２）前記運転状態検出手段が、前記内燃機関の回転数と負荷を検出するものである。
【００１３】
この場合、エンジン回転数と負荷の検出情報に基づいて、排気中に含まれる炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルが的確に判定でき、従来はＴＨＣが大幅に増加してしまうために制約されていた軽負荷運転領域における排気再循環量を増量させ、ＮＯｘの低減を図ることができる。また、既存の運転状態検出手段を用いて制御手段が作動できることになる。
【００１４】
上記（１）又は（２）に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置は、（３）前記バイパス制御手段が、前記内燃機関の排気中に含まれる炭化水素の濃度が他の運転領域より増大する第１運転領域と、前記内燃機関の排気中に含まれるスモークの濃度が他の運転領域より増大する第２運転領域と、前記第１運転領域および前記第２運転領域より高出力となる第３運転領域とのうち、いずれの運転領域で前記内燃機関が運転されているかを前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて判定し、該判定結果に基づいて前記バイパスバルブの開度を制御するのが好ましい。
【００１５】
この場合、特に、排気中に含まれる炭化水素や一酸化炭素の濃度が他の運転領域より増大する第１運転領域において、従来と同等の炭化水素レベルでＥＧＲ量を増量するころで、ＮＯｘの大幅低減ができる。なお、第２運転領域においては、第３運転領域に近付くほど排気冷却気側を流れる排気量が多くなるようにバイパスバルブ開度を変化させるのが好ましく、第３運転領域では排気再循環をカットするのが好ましい。
【００１６】
さらに、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の車両用内燃機関の排気再循環装置においては、（４）前記運転状態検出手段が、前記内燃機関の吸気管内の空気の温度および圧力を検出し、前記バイパス制御手段が、前記炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルと、前記吸気管内の空気の温度および圧力とに応じて、前記バイパスバルブの開度を制御するのが好ましい。
【００１７】
この場合、前記炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルでバイパスバルブの開度を制御する場合に比べて、排気還流バルブの閉塞等のアクチュエータ類の劣化および環境条件の影響を受け難くなり、スモークやＴＨＣの排出量の増加を抑えることができる。
【００１８】
さらに、上記（４）に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置においては、（５）前記内燃機関の出力特性と運転条件に応じて設定される排気再循環率の目標値を記憶する記憶手段と、前記排気還流バルブの開度を検出するバルブ開度検出手段と、前記運転状態検出手段および前記バルブ開度検出手段の検出情報に基づき、前記内燃機関の運転状態に応じた排気再循環率の目標値と前記排気還流バルブの開度に対応する実排気再循環率の偏差を縮小するよう前記排気還流バルブの開度を制御するフィードバック制御手段と、をさらに備え、前記バイパス制御手段が、前記バイパスバルブの開度を変化させるときには、前記フィードバック制御手段による前記排気還流バルブの開度の制御を停止させるものであるのが好ましい。
【００１９】
この構成により、前記炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベル、あるいは更に吸気管内の空気の温度および圧力に基づくバイパスバルブの開度制御と、排気還流バルブの開度を制御するフィードバック制御とが干渉してハンチングを生じ、収束しないといったことが防止される。
【００２０】
また、上記（５）に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置においては、（６）前記バイパス制御手段が、前記バイパスバルブの開度を変化させるときの変化量に応じて、前記フィードバック制御手段による前記排気還流バルブの開度の制御を停止させる停止時間を可変設定するものであるのがよい。
【００２１】
この構成により、バイパスバルブの開度変化に要する必要最低限の時間だけフィードバック制御手段による排気還流バルブの開度制御を停止させることができ、排気再循環制御の追従性を担保して所要のＮＯｘレベルを確保することができる。
【００２２】
さらに、上記（６）に記載の車両用内燃機関の排気再循環装置においては、（７）前記バイパス制御手段が、前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関が過渡運転状態にあるか否かを判定し、前記内燃機関の過渡運転状態であると判定したときには前記停止時間を定常状態における前記停止時間より短時間に制限するのが好ましい。
【００２３】
この場合、内燃機関の過渡運転状態では、フィードバック制御手段による排気還流バルブの開度制御停止時間が、例えば所定の上限時間内に制限されるので、過渡運転時においても排気再循環制御の追従性を担保して所要のＮＯｘレベルを確保することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、内燃機関の排気中に含まれる炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルに応じてバイパスバルブの開度を制御するようにしているので、触媒ユニットで発熱した排気ガスを排気冷却器で再度冷却することなく再循環させて排気ガスに含まれるＴＨＣ、ＣＯの濃度を有効に低減させることができ、従来はＴＨＣが大幅に増加してしまうために制約されていた軽負荷運転領域における排気再循環量を増量させ、ＮＯｘ低減を図ることができ、排気冷却器や排気還流バルブにスモークの堆積物による閉塞が生じるのを回避しつつ、ＮＯｘの大幅な低減を図ることができる車両用内燃機関の排気再循環装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用内燃機関の排気再循環装置を示す図であり、本発明を多気筒ディーゼル機関に適用した例を示している。また、図２は、一実施形態の排気再循環装置における排気冷却器周辺の構成を示す部分拡大図で、（ａ）はそのバイパス通路を開放させるとともにＥＧＲバルブ（排気還流バルブ）を開弁させた状態を示し、（ｂ）はバイパス通路を閉止させるとともにＥＧＲバルブを開弁させた状態を示している。
【００２７】
まず、その構成について説明する。
【００２８】
図１に示すように、車両用内燃機関であるエンジン１０は複数の気筒１１を有しており、このエンジン１０には、各気筒１１内の燃焼室（詳細を図示していない）に燃料を噴射するコモンレール型の燃料噴射装置１２と、燃焼室に空気を吸入させる吸気装置１３と、燃焼室からの排気ガスを排気させる排気装置１４と、排気装置１４内の排気エネルギを利用して吸気装置１３内の空気を圧縮し燃焼室に空気を過給するターボ過給機１５と、排気の一部を吸気側に還流させ再循環させる排気還流装置１６とが装備されている。
【００２９】
燃料噴射装置１２は、図外の燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧の燃圧（燃料圧力）に加圧し吐出するサプライポンプ２１と、そのサプライポンプ２１からの燃料が導入されるコモンレール２２と、このコモンレール２２を通して供給される燃料を後述するＥＣＵ（電子制御ユニット）５０からの噴射指令信号に対応するタイミング及び開度（デューティー比）で燃焼室内に噴射する燃料噴射弁２３とを含んで構成されている。
【００３０】
サプライポンプ２１は例えばエンジン１０の回転動力を利用して駆動され、コモンレール２２はサプライポンプ２１から供給された高圧燃料を均等に保ちながら複数の燃料噴射弁２３に分配・供給する。燃料噴射弁２３は、電磁駆動される公知のニードル弁で構成され、所定時間毎のパルス状の噴射指令信号に応じてその所定時間中の開弁時間の比率を制御されることにより、噴射指令信号に応じた燃料噴射量の燃料（例えば軽油）を燃焼室内に噴射・供給することができる。
【００３１】
燃料噴射装置１２は、さらに、サプライポンプ２１で汲み上げた燃料の一部を排気装置１４内に噴射する燃料添加ノズル２４を有しており、燃料添加ノズル２４は所定圧以上の燃圧で燃料が付与されたときに開弁して、排気装置１４の排気マニホルド４１内に燃料を噴射するようになっている。
【００３２】
吸気装置１３には、吸気マニホルド３１と、それより上流側の吸気管３２と、吸気管３２の上流側でフィルタにより吸入空気を清浄化するエアクリーナ３３と、ターボ過給機１５より下流側で過給により昇温した吸入空気を冷却するインタークーラ３４と、吸入空気流量（新気の吸気量）を検出するエアフローメータ３５と、エンジン１０内への吸気量を調整するスロットルバルブ３６と、吸気マニホルド３１内の吸気（吸入空気）の温度を検知する吸気温度センサ３７と、吸気マニホルド３１内の吸気の圧力（過給圧）を検知する吸気管内圧力センサ３８とが、それぞれ装着されている。また、ターボ過給機１５の近傍の吸気管３２にはターボ過給機１５をバイパスする吸気バイパス通路３２ａが設けられおり、その吸気バイパス通路３２ａの開閉を制御する吸気バイパスバルブ３９が装着されている。これらの構成自体は公知のものと同様である。
【００３３】
排気装置１４は、排気マニホルド４１と、それより下流側の排気管４２と、ターボ過給機１５より下流側の排気管４２に装着された排気後処理装置４４と、を含んで構成されている。排気後処理装置４４は、例えば排気中の酸素濃度や未燃燃料成分（ＨＣ）を適宜調整することで、排気中のＮＯｘをＮＯ２やＮＯに還元し排気中のＨＣやＣＯと反応させてＮ２としたり、ＨＣやＣＯを酸化させてＨ２ＯやＣＯ２としたりすることができ、燃料添加ノズル２４からの燃料噴射はそのために利用できるようになっている。
【００３４】
ターボ過給機１５は、互いに回転方向一体に連結された吸入空気コンプレッサ１５ａおよび排気タービン１５ｂを有し、排気タービン１５ｂを排気エネルギにより回転させて吸入空気コンプレッサ１５ａを回転させるもので、エンジン１０内に正圧の空気を吸入させることができる。
【００３５】
ターボ過給機１５における排気タービン１５ｂは、例えば公知の可変ノズル方式のものであり、詳細は図示しないが、タービン翼周りの排気通路に複数の可動ノズルベーンが配置され、その可動ノズルベーンの回動によって排気タービン１５ｂを駆動する排気の流速（タービン翼に対する相対流速）を増加させるように可変ノズルを絞り、あるいは、その相対流速を減少させるように可変ノズルを開くことができる。この可変ノズル方式のターボ過給機１５の可変ノズルを操作するアクチュエータ（図示していない）はＥＣＵ５０によって制御されるようになっている。
【００３６】
排気還流装置１６は、エンジン１０内の燃焼室をバイパスして排気マニホルド４１内の排気通路と吸気マニホルド３１内の吸気通路とを連通させる排気還流用のＥＧＲ通路６１（排気還流通路）を有しており、このＥＧＲ通路６１には、排気還流量を調整するＥＧＲバルブ６２（排気還流バルブ）と、ＥＧＲ通路６１を通って還流する排気を冷却するＥＧＲクーラ６３（排気冷却器）とが設けられている。ＥＧＲ通路６１は、エンジン１０の排気通路側から吸気通路側に排気の一部を還流させる排気還流通路であり、ＥＧＲクーラ６３はその排気還流通路の一部を冷却通路としている。また、ＥＧＲバルブ６２は、排気還流通路を吸気通路に接続させる開弁状態と、その接続を制限、例えば遮断する閉弁状態とに切り替え可能になっており、例えば所定時間当りの開弁指示信号の供給時間の長さ（デューティー比）を変化させることでその開度を制御することができるようになっている。勿論、ＥＧＲバルブ６２は、回動式の弁体の回動角度を全開位置から全閉位置までの間で変化させるようなタイプのものでもよい。
【００３７】
排気還流装置１６には、さらに、排気通路側から吸気通路側に還流する排気をＥＧＲクーラ６３をバイパスしてＥＧＲバルブ６２に供給することができるバイパス通路６４と、ＥＧＲクーラ６３の入口６３ａの近傍に位置するＥＧＲ通路６１からバイパス通路６４への分岐部分に配置されたＥＧＲクーラバイパスバルブ６５（バイパスバルブ）と、排気ガス中の未燃燃料分を酸化処理するフロースルー型のＥＧＲ酸化触媒である触媒ユニット６６とが設けられている。ここで、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５は、バイパス通路６４を通る排気量を変化させるように開度を変化させることができるバイパスバルブとなっており、例えばバイパス通路６４を開放する開弁状態と、このバイパス通路６４を閉止する閉弁状態との間で開度を変化させることができるようになっている。また、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５は、例えば所定時間当りの開弁指示信号供給時間の長さ（デューティー比）を変化させることで開度を制御することができるようになっている。なお、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５は、回動式の弁体の停止角度に応じて開度が決まるようなタイプのものでもよい。
【００３８】
図２に示すように、ＥＧＲバルブ６２は、具体的には、例えば弁体部６２ａを駆動部６２ｂによって同図中の上下方向に移動させ、ＥＧＲ通路６１内に位置する連通穴６２ｃを開閉するようになっており、例えば公知のＤＣモータ駆動式の高応答のものである。また、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５は、その開弁によりバイパス通路６４を開放するとともにＥＧＲクーラ６３の入口６３ａ側を閉止し、図２（ｂ）に示すように、その閉弁によりバイパス通路６４を閉止するとともにＥＧＲクーラ６３入口６３ａ側を開放するようになっている。このＥＧＲクーラバイパスバルブ６５は、支持軸部６５ａにより板状の弁体部６５ｂを回動させることで、図２（ａ）中に実線で示す開弁位置と図２（ｂ）中に実線で示す閉弁位置とに切り替えられるようになっている。
【００３９】
一方、サプライポンプ２１の通電制御、燃料噴射弁２３による燃料噴射量の制御、スロットルバルブ３６の開度制御、吸気バイパスバルブ３９の開度制御、ＥＧＲバルブ６２やＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度制御等は、ＥＣＵ５０（バイパス制御手段）による電子制御によってなされるようになっており、ＥＣＵ５０は所定時間毎に所定の制御プログラムを実行するように構成されている。
【００４０】
図１に示すように、ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３、ＥＥＰＲＯＭ５４（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路５６、および、駆動回路等を含む出力インターフェース回路５７を含んで構成されている。
【００４１】
ＥＣＵ５０の入力インターフェース回路５６には、エアフローメータ３５、吸気温度センサ３７、吸気管内圧力センサ３８、ＥＧＲバルブ６２の弁体部６２ａの変位（バルブリフト量）からＥＧＲバルブ６２の開度を検出するＥＧＲバルブ開度センサ６８（バルブ開度検出手段）、図外のアクセルペダルの踏み込みを検出するアクセル開度センサ７１、スロットルバルブ３６の開度を検出するスロットル開度センサ７２、所定角度単位のクランク回転からエンジン回転数に対応する信号を出力するエンジン回転数センサ７３、エンジン１０が搭載された車両の走行速度または車輪回転速度を検出する車速センサ７４等がそれぞれ接続されており、これらのセンサ群３５、３７、３８、６８および７１〜７４からの情報がＥＣＵ５０に取り込まれるようになっている。
【００４２】
ＥＣＵ５０の出力インターフェース回路５７には、図示しないそれぞれの駆動回路を介してサプライポンプ２１、複数の燃料噴射弁２３、ＥＧＲバルブ６２およびＥＧＲクーラバイパスバルブ６５が接続されている。
【００４３】
ＥＣＵ５０のＲＯＭ５２には、入力インターフェース回路５６に取り込まれるアクセル開度センサ７１からの要求負荷と、エンジン回転数センサ７３からのエンジン回転数等を所定時間毎に取り込んで、エンジン１０の燃焼室内への燃料噴射量を算出するための演算処理プログラムが格納されている。
【００４４】
また、ＲＯＭ５２（記憶手段）には、エンジン１０の各運転状態について予め測定された炭化水素排出量を記憶させたＨＣマップと、ＮＯｘ低減のために最適なＥＧＲ率をエンジン１０の運転状態であるエンジン回転数および負荷（例えばアクセル開度あるいは燃料噴射量に代表される）に応じて目標値ＥＧＲ率となるように設定されたＥＧＲバルブ開度マップと、エンジン回転数および負荷に基づいてエンジン１０の排気中に含まれるＨＣ（炭化水素）およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルを判定するための濃度判定プログラムと、その濃度判定の結果に応じてＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度を制御するバイパス制御プログラムとが、それぞれ格納されている。
【００４５】
図３は、本実施形態に係る車両用内燃機関の排気再循環装置における運転領域毎のＥＧＲ制御の切り替えのイメージを示す説明図である。
【００４６】
この図３に示すように、ＲＯＭ５２の格納された濃度判定プログラムおよびバイパス制御プログラムは、エンジン１０の排気中に含まれるＴＨＣ（全炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）の濃度が他の運転領域より増大するＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１（第１運転領域）と、エンジン１０の排気中に含まれるスモークの濃度が他の運転領域より増大するＥＧＲクーラ領域Ａ２（第２運転領域）と、ＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１およびＥＧＲクーラ領域Ａ２より高出力となるＥＧＲカット領域Ａ３（第３運転領域）とのうち、いずれの運転領域でエンジン１０が運転されているかをセンサ群３５、３７、３８、６８および７１〜７４の検出情報、特にエンジン回転数（ｒｐｍ）とエンジン負荷（Ｎ・ｍ）に基づいて判定し、その判定結果に基づいてＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度を制御するものである。
【００４７】
同図に示すように、ＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１は、エンジン負荷およびエンジン回転数共に低い低出力の運転領域となり、ＥＧＲクーラ領域Ａ２（第２運転領域）は、ＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１よりも高負荷および高エンジン回転数側の運転領域となり、ＥＧＲカット領域Ａ３は、ＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１およびＥＧＲクーラ領域Ａ２よりも更に高負荷および高エンジン回転数側の運転領域となっている。ここで、各領域Ａ１、Ａ２、Ａ３では、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲガスの還流量を増加させる場合にそれによって増加する成分が異なり、ＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１ではＴＨＣ（全炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）の濃度が高くなり、ＥＧＲクーラ領域Ａ２ではスモークの排出量が増加する。
【００４８】
ＥＣＵ５０は、上述の濃度判定プログラムにより、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて、ＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１、ＥＧＲクーラ領域Ａ２およびＥＧＲカット領域Ａ３の別を判定するとともに、ＥＧＲバルブ６２の開度値をＥＧＲ開度マップから抽出して、その開度値に対応する指令信号をＥＧＲバルブ６２の駆動部６２ｂに出力する。
【００４９】
また、ＥＣＵ５０は、上述の濃度判定プログラムおよびバイパス制御プログラムにより、エンジン１０の運転領域がＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１であると判定すると、ＥＧＲクーラ６３でなくバイパス通路６４を通して排気還流させ、エンジン１０の運転領域がＥＧＲクーラ領域Ａ２あると判定すると、ＥＧＲクーラ６３側の排気通路を開き、高負荷側、高回転側になるほどＥＧＲクーラ６３を通る排気の流量を増加させるように、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度を制御するようになっている。すなわち、ＥＧＲクーラ領域Ａ２において、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度は、ＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１とＥＧＲクーラ領域Ａ２の境界線Ｂ１上の運転状態では１００％（バイパス側）となり、ＥＧＲクーラ領域Ａ２とＥＧＲカット領域Ａ３の境界線Ｂ２上の運転状態では０％（ＥＧＲクーラ側）となり、その間の運転状態においては境界線Ｂ２に近付くほどバイパス側開度を小さくしてＥＧＲクーラ６３を通る還流排気流量を増加させるようになっている。
【００５０】
また、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて把握されるＨＣおよびスモークの濃度レベルに応じたバイパス制御を実行することに加えて、吸気温度センサ３７および吸気管内圧力センサ３８によって検出される吸気マニホルド３１内の吸入空気温度Ｔａおよび吸入空気圧力Ｐａに応じて、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度を補正する制御を実行するようになっている。
【００５１】
図４は、本実施形態に係る車両用内燃機関の排気再循環装置における、吸気マニホルド内の吸気温度および吸気圧に基づくＥＧＲクーラバイパスバルブの開度補正値の設定条件を示す模式的なグラフであり、（ａ）は吸気温度とその開度補正値の関係を示し、（ｂ）は吸気圧とその開度補正値の関係を示している。
【００５２】
同図に示すように、本実施形態においては、吸入空気温度Ｔａが低いほどバイパス通路６４を通る還流排気量が増えるような補正値が設定され、同様に、吸入空気圧力Ｐａが低いほどバイパス通路６４を通る還流排気量が増えるような補正値が設定される。
【００５３】
さらに、ＥＣＵ５０は、センサ群３５、３７、３８、６８および７１〜７４と、ＥＧＲバルブ開度センサ６８との検出情報に基づき、エンジン１０の運転状態、例えばエンジン回転数およびエンジン負荷に応じたＥＧＲ率（＝ＥＧＲ流量／吸入空気流量）の目標値と、ＥＧＲバルブ６２の開度に対応する実際のＥＧＲ率（実排気再循環率）との偏差に応じて、その偏差をなくすようＥＧＲバルブ６２の開度を制御するフィードバック制御手段の機能を有している。
【００５４】
バイパス制御手段としてのＥＣＵ５０は、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度を変化させるときには、フィードバック制御手段の機能によるＥＧＲバルブ６２の開度の制御を一時停止するようになっており、その停止時間はバイパス制御手段による開度制御の前後におけるＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度の変化量に応じて設定されるようになっている。バイパス制御手段としてのＥＣＵ５０は、また、センサ群３５、３７、３８、６８および７１〜７４の検出情報に基づいて、エンジン１０が過渡運転状態にあるか否かを判定し、エンジン１０の過渡運転状態には、上述の停止時間を過渡運転状態でない通常の停止時間より短くなるように、例えば所定の上限時間内に制限するようになっている。
【００５５】
加えて、ＥＣＵ５０は、例えばアイドル時や低負荷時にはターボ過給機１５の排気タービン１５ｂの可変ノズルを絞って排気後処理装置４４に流入する排気温度を高めることができるようになっている。
【００５６】
次に、作用について説明する。
【００５７】
上述のように構成された本実施形態の車両用内燃機関の排気再循環装置では、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じたＥＧＲ率の目標値と、ＥＧＲバルブ６２の開度に対応する実際のＥＧＲ率（実排気再循環率）との偏差に応じて、ＥＧＲバルブ６２の開度がＥＧＲ開度マップとＥＧＲバルブ開度センサ６８の検出情報等を基にフィードバック制御される。また、エンジン１０の排気中に含まれるＨＣおよびスモークの濃度レベルがアクセル開度センサ７１およびエンジン回転数センサ７３等の検出情報に基づいて判定され、その判定結果に応じてＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度が制御される。
【００５８】
このような制御状態においては、エンジン回転数と負荷の検出情報に基づいて、排気中に含まれるＨＣおよびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルが的確に判定されることから、既存のセンサ群３５、３７、３８、６８および７１〜７５を用いて的確なフィードバック制御およびバイパス制御ができることになる。
【００５９】
また、バイパス通路６４を通る際に触媒ユニット６６内で発熱した排気ガスがＥＧＲクーラ６３で再度冷却されることがなく、吸気マニホルド３１内の吸入空気温度Ｔａ（いわゆるインマニ温度）が上昇することから、排気ガス中に含まれるＴＨＣやＣＯの濃度が有効に低減される。したがって、従来であればＴＨＣが大幅に増加してしまうためにＥＧＲガス流量が制約されていた軽負荷運転領域、すなわちＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１におけるＥＧＲガス流量を増量させることができ、従来と同等のＨＣレベルでＥＧＲ量の増量に対応するＮＯｘの大幅低減ができることになる。
【００６０】
図５は、本発明の一実施形態に係る車両用内燃機関の排気再循環装置におけるＮＯｘ低減効果を従来例と対比して示す作用説明図であり、同図（ａ）は一実施形態において高回転・高負荷の運転状態から低回転・低負荷の運転状態に移行したときのＥＧＲクーラバイパス状態、ＴＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度、ＥＧＲ率、吸気マニホルド内の温度(同図中ではインマニ温度と記す)および過給圧の変化を示し、同図（ｂ）は従来例において高回転・高負荷の運転状態から低回転・低負荷の運転状態に移行したときのＥＧＲクーラバイパス状態、ＴＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度、ＥＧＲ率、吸気マニホルド内の温度および過給圧の変化を示している。
【００６１】
図５（ａ）に示すＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）のように、本実施形態では、高回転・高負荷の運転状態から低回転・低負荷の運転状態に移行したときには、エンジン１０の運転領域がＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１であると判定され、触媒ユニット６６付のバイパス通路６４が開放されてＥＧＲガス流量が増量されるから、従来と同等のＨＣレベルであればＥＧＲ量を大幅に増量することでき、ＮＯｘを大幅に低減させることができる。
【００６２】
さらに、ＥＧＲクーラバイパス領域Ａ１よりエンジン１０の高負荷側のＥＧＲクーラ領域Ａ２では、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５が運転状態に応じて排気をＥＧＲクーラ６３側に還流させることから、ＥＧＲクーラ６３によるＮＯｘ低減効果が得られる。
【００６３】
また、吸気マニホルド３１内の吸入空気温度Ｔａおよび吸入空気圧力Ｐａをバイパスバルブ６５の開度制御に反映しているので、ＨＣおよびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルのみでＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度を制御する場合に比べて、ＥＧＲバルブ６２の閉塞等のアクチュエータ類の劣化および環境条件の影響を受け難くなり、スモークやＴＨＣの排出量の増加を抑えることができる。
【００６４】
それに加えて、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度変化に要する必要最低限の時間の間は、フィードバック制御手段の機能によるＥＧＲバルブ６２の開度制御を停止させるので、ＨＣおよびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベル、あるいは更に吸気マニホルド３１内の吸入空気温度Ｔａおよび吸入空気圧力Ｐａに基づくＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度制御と、ＥＧＲバルブ６２の開度のフィードバック制御とが干渉してハンチングを生じ、収束しないといったような事態を未然に防止することができ、ＥＧＲフィードバック制御の追従性を担保して所要のＮＯｘレベルを確保することができる。
【００６５】
また、エンジン１０の過渡運転状態では、フィードバック制御手段の機能によるＥＧＲバルブ６２の開度制御停止時間が、定常運転時のそれより短時間になるよう所定の上限時間内に制限されるので、過渡運転時においてもＥＧＲ開度フィードバック制御の追従性を担保して所要のＮＯｘレベルを確保することができる。
【００６６】
このように、本実施形態では、エンジン１０の排気中に含まれるＨＣおよびスモークのうち少なくとも一方、好適には双方の濃度レベルに応じてＥＧＲクーラバイパスバルブ６５の開度を制御するようにしているので、触媒ユニット６６で発熱した排気ガスをＥＧＲクーラ６３で再度冷却することなく再循環させて排気ガスに含まれるＴＨＣ、ＣＯの濃度を有効に低減させることができ、従来はＴＨＣが大幅に増加してしまうために制約されていた軽負荷運転領域におけるＥＧＲ量を増量させ、ＮＯｘ低減を図ることができ、ＥＧＲクーラ６３やＥＧＲバルブ６２にスモークの堆積物による閉塞が生じるのを回避しつつ、ＮＯｘの大幅な低減を図ることができる車両用エンジン１０の排気再循環装置を提供することができる。
【００６７】
なお、上述の実施形態においては、バイパスバルブが排気冷却器の入口側で、バイパス開放時に排気冷却器の入口を閉止するように構成されていたが、バイパスバルブはバイパス通路のみの開閉制御を行うバルブであってもよいことはいうまでもない。
【００６８】
以上説明したように、本発明では、内燃機関の排気中に含まれる炭化水素およびスモークのうち少なくとも一方の濃度レベルに応じてバイパスバルブの開度を制御するようにしているので、触媒ユニットで発熱した排気ガスを排気冷却器で再度冷却することなく再循環させて排気ガスに含まれるＴＨＣ、ＣＯの濃度を有効に低減させることができ、従来はＴＨＣが大幅に増加してしまうために制約されていた軽負荷運転領域における排気再循環量を増量させることでＮＯｘを低減させることができ、排気冷却器や排気還流バルブにスモークの堆積物による閉塞が生じるのを回避しつつ、ＮＯｘの大幅な低減を図ることができるという効果を奏するものであり、車両用内燃機関の排気再循環装置、特に排気還流通路に排気冷却器とそれをバイパスするバイパス通路の開閉制御を行うバイパスバルブとが装着された車両用ディーゼル機関に好適な車両用内燃機関の排気再循環装置全般に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用内燃機関の排気再循環装置を示す図であり、本発明を多気筒ディーゼル機関に適用した例を示している。
【図２】一実施形態の排気再循環装置における排気冷却器周辺の構成を示す部分拡大図で、（ａ）はそのバイパス通路を開放させつつ排気還流バルブを閉弁させた状態を示し、（ｂ）はバイパス通路を閉止させつつ排気還流バルブを開弁させた状態を示している。
【図３】一実施形態に係る車両用内燃機関の排気再循環装置における運転領域毎のＥＧＲ制御の切り替えのイメージを示す説明図である。
【図４】一実施形態に係る車両用内燃機関の排気再循環装置における、吸気マニホルド内の吸気温度および吸気圧に基づくＥＧＲクーラバイパスバルブの開度補正値の設定条件を示す模式的なグラフであり、（ａ）は吸気温度とその開度補正値の関係を示し、（ｂ）は吸気圧とその開度補正値の関係を示している。
【図５】一実施形態に係る車両用内燃機関の排気再循環装置におけるＮＯｘ低減効果を従来例と対比して示す作用説明図であり、同図（ａ）は一実施形態において高回転・高負荷の運転状態から低回転・低負荷の運転状態に移行したときのＥＧＲクーラバイパス状態、ＴＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度、ＥＧＲ率、吸気マニホルド内の温度(同図中ではインマニ温度と記す)および過給圧の変化を示し、同図（ｂ）は従来例において高回転・高負荷の運転状態から低回転・低負荷の運転状態に移行したときのＥＧＲクーラバイパス状態、ＴＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度、ＥＧＲ率、吸気マニホルド内の温度および過給圧の変化を示している。
【符号の説明】
【００７０】
１０  エンジン（車両用内燃機関）
１２  燃料噴射装置
１３  吸気装置
１４  排気装置
１５  ターボ過給機
１６  排気還流装置
２１  サプライポンプ
２２  コモンレール
２３  燃料噴射弁
２４  燃料添加ノズル
３１  吸気マニホルド（吸気管）
３２  吸気管
３２ａ  吸気バイパス通路
３３  エアクリーナ
３４  インタークーラ
３５  エアフローメータ（運転状態検出手段）
３６  スロットルバルブ
３７  吸気温度センサ（運転状態検出手段）
３８  吸気管内圧力センサ（運転状態検出手段）
３９  吸気バイパスバルブ
４１  排気マニホルド
４２  排気管
４４  排気後処理装置
５０  ＥＣＵ（電子制御ユニット、バイパス制御手段、判定手段）
５１  ＣＰＵ
５２  ＲＯＭ（記憶手段）
５３  ＲＡＭ
５４  ＥＥＰＲＯＭ
５６  入力インターフェース回路
５７  出力インターフェース回路
６１  ＥＧＲ通路
６２  ＥＧＲバルブ（排気還流バルブ）
６２ａ  弁体部
６２ｂ  駆動部
６２ｃ  連通穴
６３  ＥＧＲクーラ
６４  バイパス通路
６５  ＥＧＲクーラバイパスバルブ
６５ａ  支持軸部
６５ｂ  弁体部
６６  触媒ユニット
６８  ＥＧＲバルブ開度センサ（運転状態検出手段、バルブ開度検出手段）
７１  アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
７２  スロットル開度センサ（運転状態検出手段）
７３  エンジン回転数センサ（運転状態検出手段）
７４  車速センサ（運転状態検出手段）
Ａ１  ＥＧＲクーラバイパス領域（第1運転領域）
Ａ２  ＥＧＲクーラ領域（第２運転領域）
Ａ３  ＥＧＲカット領域（第３運転領域）
Ｂ１、Ｂ２  境界線
【図１】
2008280868.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008280868.tif 000006
【図５】
2008280868.tif 000007