(57)【要約】【課題】  還流ガスが余計に吸気通路に流入して燃焼室内での燃焼を妨げることを抑える。【解決手段】  エンジン１の排気還流装置は、排気通路１２のうち触媒ユニット１４よりも上流側の触媒上流部１２ａから排気を還流させる第１還流通路３１と、排気通路１２のうち触媒ユニット１４よりも下流側の触媒下流部１２ｂから排気を還流させる第２還流通路３２と、吸気通路へと還流されてくる還流ガスの流量を調整するＥＧＲ量調整バルブ４１と、二路切り替え弁４２と、Ｃ／Ｕ５０とを備える。二路切り替え弁４２は、第１還流通路３１が開・第２還流通路３２が閉の第１状態と第１還流通路３１が閉・第２還流通路３２が開の第２状態とを切り替える。Ｃ／Ｕ５０は、還流量急速減少要求時に、ＥＧＲ量調整バルブ４１を制御するとともに、二路切り替え弁４２が第１状態になるように制御する。【選択図】      図１
2005188289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路のうち触媒よりも排気の流れの上流側に位置する触媒上流部から内燃機関の吸気通路へと延び、排気を還流させる第１還流通路と、
前記排気通路のうち前記触媒よりも排気の流れの下流側に位置する触媒下流部から前記吸気通路へと延び、排気を還流させる第２還流通路と、
前記第１還流通路および／または前記第２還流通路を介して前記吸気通路へと還流されてくる排気である還流ガスの流量を調整する流量調整機構と、
前記第１還流通路の開状態と閉状態とを切り替える２状態切り替え機構と、
前記還流ガスの流量を急速に減少させる必要がある還流量急速減少要求時に、前記流量調整機構を制御するとともに、前記第１還流通路が閉状態になるように前記２状態切り替え機構を制御する制御部と、
を備えた、内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記２状態切り替え機構は、前記第１還流通路による排気の還流が起こる第１状態と、前記第２還流通路による排気の還流が起こる第２状態と、を切り替えるものであり、
前記制御部は、前記還流量急速減少要求時に、前記第２状態が生じるように前記切り替え機構を制御する、
請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
前記２状態切り替え機構は、前記第１還流通路を開閉する第１開閉弁であり、
前記第２還流通路を開閉する第２開閉弁をさらに備え、
前記制御部は、前記還流量急速減少要求時に、少なくとも前記第１開閉弁によって前記第１還流通路を閉める、
請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記還流量急速減少要求時に、前記第１開閉弁によって前記第１還流通路を閉めるとともに、前記第２開閉弁によって前記第２還流通路を閉める、
請求項３に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項５】
前記流量調整弁は、前記制御部から送られてくるパルス信号の数に従って回転するステップモータによって作動する弁である、
請求項１から４のいずれかに記載の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、特に、排気通路に触媒が設けられた内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車のエンジン等の内燃機関において、排気の一部を吸気通路に還流させる排気還流装置を持つものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている内燃機関では、排気管（排気通路）のうち触媒装置の下流の部分からＥＧＲ管（還流通路）によって吸気管（吸気通路）へと排気を還流させている。
【０００４】
また、排気通路のうち触媒の上流の部分から吸気通路へと排気を還流させる構成を採る自動車用エンジンも存在する。
【０００５】
このように排気を還流させ、還流通路に設置される流量調整弁を制御することによって、ポンプ損失や冷却損失の低減が図られ、比熱比を増大させることもできるため、燃費向上の効果を得ることができるようになる。
【特許文献１】特開２００３−８３０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような排気還流によって燃費改善を図る内燃機関において、還流させる排気（以下、還流ガスという。）の量を増やせば、更なる燃費向上が達成できる場合がある。還流ガスの量を増やす観点から考えると、排気通路のうち触媒の下流の部分から排気を取り出すよりも、排気通路のうち触媒の上流の部分から排気を取り出すほうが、還流ガスの圧力が高くなり有利である。
【０００７】
但し、排気通路のうち触媒の上流の部分から排気を取り出すときには、触媒を通過していない排気が還流ガスとして吸気通路に流入することになり、還流ガスがブローバイガスなどと反応して吸気通路を汚損する恐れがある。このため、排気通路のうち触媒の上流の部分から排気を還流ガスとして取り出すときには、燃焼室における燃焼安定性の観点から決まる還流ガスの上限量よりも小さい量を上限値として設定し、燃費向上の観点を犠牲にして吸気通路の汚損抑制を優先させている。
【０００８】
これに対し、排気通路のうち触媒の下流の部分から排気を取り出す場合には、触媒を通過した後の排気を還流ガスとして吸気通路に戻すので吸気通路が汚損しにくいという利点があるが、触媒での圧力損失によって還流ガスの圧力が低くなるため、内燃機関が高負荷のときのように吸気通路内の負圧の絶対値（以下、吸気負圧という。）が小さいときは、吸気通路内に十分な還流ガスが流入してこないという問題が生じる。
【０００９】
本発明の課題は、還流される排気（還流ガス）による吸気通路内の汚損を抑制しつつ、多くの還流ガスを吸気通路へと流入させることのできる内燃機関の排気還流装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の更なる課題は、還流される排気（還流ガス）による吸気通路内の汚損を抑制しつつ多くの還流ガスを吸気通路へと流入させることのできる内燃機関において、還流ガスが余計に吸気通路に流入して燃焼室内での燃焼を妨げてしまう不具合を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、第１還流通路と、第２還流通路と、流量調整機構と、２状態切り替え機構と、制御部とを備えている。第１還流通路は、内燃機関の排気通路の触媒上流部から内燃機関の吸気通路へと延びる通路であり、触媒上流部から排気を還流させる。触媒上流部は、排気通路のうち触媒よりも排気の流れの上流側に位置する部分である。第２還流通路は、排気通路の触媒下流部から吸気通路へと延びる通路であり、触媒下流部から排気を還流させる。触媒下流部は、排気通路のうち触媒よりも排気の流れの下流側に位置する部分である。流量調整機構は、第１還流通路および／または第２還流通路を介して吸気通路へと還流されてくる排気である還流ガスの流量を調整する。２状態切り替え機構は、第１還流通路の開状態と閉状態とを切り替える。そして、制御部は、還流量急速減少要求時に、流量調整機構を制御するとともに、第１還流通路が閉状態になるように２状態切り替え機構を制御する。還流量急速減少要求時とは、還流ガスの流量を急速に減少させる必要がある時であり、還流ガスの流量を急速にゼロにする必要がある時を含む。
【００１２】
ここでは、排気が、第１還流通路および／または第２還流通路によって、排気通路から吸気通路へと還流する。第１還流通路を介した排気通路から吸気通路への排気の還流は、２状態切り替え機構によって止めることが可能である。そして、制御部は、還流量急速減少要求時に、この第１還流通路を介した還流を止めさせる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、触媒を通過する前の比較的清浄度が低く比較的圧力の高い排気を第１還流通路により吸気通路へと還流させることができるとともに、触媒を通過した後の比較的清浄度が高く比較的圧力の低い排気を第２還流通路により吸気通路へと還流させることができる。さらに、触媒を通過する前の吸気通路を汚損する可能性のある排気の第１還流通路を介した吸気通路への還流を、２状態切り替え機構によって止めることが可能である。
【００１４】
したがって、触媒を通過した後の比較的圧力の低い排気を第２還流通路により吸気通路へと還流させることで十分な量の排気が吸気通路に還流するときには、第２還流通路だけによって触媒を通過した後の比較的清浄度の高い排気を吸気通路へと還流させ、吸気通路内の吸気負圧が小さく第２還流通路による還流だけでは十分な量の排気を還流させることができないときには、触媒を通過する前の比較的圧力の高い排気を第１還流通路により吸気通路へと還流させることができるようになる。このように制御することができるため、本発明の内燃機関の還流制御装置では、原則としては触媒を通過した後の比較的清浄度の高い排気を第２還流通路経由で還流させ、必要に応じて触媒を通過する前の比較的圧力の高い排気を第１還流通路により吸気通路へと還流させることが可能になり、還流される排気による吸気通路内の汚損を抑制しつつ、多くの排気を吸気通路へと還流させることが実現できる。
【００１５】
また、ここでは、還流ガスの流量を調整する流量調整機構が設けられており、還流量急速減少要求時には流量調整機構により速やかに還流ガスの流量を絞ることが望ましい。しかし、一般に、流量調整機構は、流量を調整するという機能を持っている代わりに、そのような機能を持たない開閉弁や切り替え弁といった２状態を切り替える機構に較べて、動作速度が遅いという特性を持つ。例えば、ステップモータを駆動源とし、パルス数（ステップ数）に応じて開度が変わる流量調整弁では、全開状態や半開状態から全閉状態に移行させるために多くのパルスをステップモータに送る必要があるので、全閉状態に移行するまでに比較的長い時間がかかってしまう。このため、還流量急速減少要求時に制御部から流量調整弁に還流ガスの流量を絞る指令が出たとしても、実際に還流ガスの流量が所望値
に絞られるまでには幾らかの時間が経過してしまう。この時間中に余計な還流ガスが吸気通路へと流れ込むと、内燃機関の燃焼室内での燃焼が妨げられて失火などの不具合が生じる恐れがある。
【００１６】
これに鑑み、本発明では、還流量急速減少要求時において、第１還流通路が閉状態になるように２状態切り替え機構を制御して、第１還流通路および第２還流通路のうち少なくとも第１還流通路を介した還流を止めさせている。このようにすれば、触媒を通過する前の比較的圧力の高い排気が吸気通路に還流してこなくなる。すると、第２還流通路を介した還流が止まっていないときにも、第２還流通路を通ってくる還流ガスは触媒を通過した後の比較的圧力の低い排気であるため、流量調整機構による還流ガスの流量の絞りが遅れた場合であっても、吸気通路に余計に流れ込む還流ガスの量が少なく抑えられることになる。また、第１還流通路を介した還流に加え、第２還流通路を介した還流も止まれば、流量調整機構による還流ガスの流量の絞りが遅れた場合にも、吸気通路に余計に流れ込む還流ガスは殆どなくなる。これにより、還流ガスが余計に吸気通路に流入して内燃機関の燃焼室内での燃焼を妨げてしまう不具合が抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜エンジンの概略構成および動作＞
本発明の一実施形態に係る排気還流装置が用いられるエンジン（内燃機関）およびその制御装置を、図１に示す。
【００１８】
エンジン１は、吸気通路２、燃焼室７、排気通路１２、電制スロットル５、吸気バルブ６、排気バルブ１１、燃料噴射弁９、点火プラグ１０、触媒ユニット１４、コントロールユニット（制御部）５０などから構成されている。また、このエンジン１の排気還流装置は、後述のように、排気通路１２から吸気通路２へと排気を還流させる還流通路３１，３２，３６，３８と、ＥＧＲ量調整バルブ４１と、二路切り替え弁４２とを有している。
【００１９】
吸気通路２は、燃焼室７に空気を吸入させるための通路である。吸気通路２には、エアクリーナ３、エアーフローメータ４、電制スロットル５が配置されている。エアーフローメータ４の信号がコントロールユニット５０に送られると、コントロールユニット５０が燃焼室７へ吸入させる吸入空気量を演算し、電制スロットル５に指令を送る。電制スロットル５は、燃焼室７への吸入空気量を調整するためのスロットルバルブであり、コントロールユニット５０からの指令に基づき燃焼室７に入る空気の量を調節する。
【００２０】
また、吸気通路２は、図２に示すように、燃焼室７の手前で、燃焼室７に開口する第１吸気ポート２ａと第２吸気ポート２ｂとに分岐している。これらの吸気ポート２ａ，２ｂに対して、タンブル制御弁２２が設けられている。また、吸気ポート２ａ，２ｂには、タンブル制御弁２２のシャフト近傍から燃焼室７側に延びる分割プレート２１も設けられている。分割プレート２１は、吸気ポート２ａ，２ｂの内部空間を上下に２分割し、吸気ポート２ａ，２ｂの内部空間を上側通路と下側通路とに分ける。このうち、下側通路は、タンブル制御弁２２により開閉される。タンブル制御弁２２によって吸気ポート２ａ，２ｂの下側通路を閉じた状態で吸気が為されると、燃焼室７内におけるタンブル流が強化される。
【００２１】
吸気バルブ６は、吸気通路２を流れてくる空気を、所定のタイミングで燃焼室７に導入させる。これらの吸気バルブ６は、図示しないクランクシャフトの回転に応じて回転する吸気カムにより駆動される。
【００２２】
燃焼室７は、シリンダヘッド下面と、シリンダ内壁と、ピストン８の冠面とにより形成される空間（すきま容積部）である。ピストン８は、シリンダ内壁に沿って往復運動をするものであり、その冠面にはキャビティ８ａが設けられている。
【００２３】
燃焼室７の上部には、燃料噴射弁９および点火プラグ１０が配設されている。点火プラグ１０は、燃焼室７の上部の中央に配置されている。燃料噴射弁９は、筒内（燃焼室７内）に直接燃料を噴射する装置である。燃料は、燃料噴射弁９から燃焼室７内に直接燃料を噴射できるように、図示しない高圧燃料ポンプで昇圧されている。
【００２４】
高圧燃料ポンプから燃料噴射弁９へと燃料を送る高圧燃料配管には燃圧センサが配置されており、その燃圧センサの信号はコントロールユニット５０に送られる。運転状態に応じて必要な燃圧が変化するため、コントロールユニット５０により高圧燃料ポンプの作動制御が行なわれる。また、コントロールユニット５０には、アクセルペダル６１の踏み込み量に応じてアクセル開度を検出するアクセル開度センサ６２、クランク角センサ、冷却水温センサの各信号が入力される。これらのアクセル信号、クランク角信号および冷却水温センサ信号を基に、コントロールユニット５０は、それぞれ、要求トルク、エンジン回転数、エンジン温度を演算し、エンジン１の運転状態および要求トルクに応じて、燃料噴射弁９や点火プラグ１０を作動させる。
【００２５】
コントロールユニット５０は、燃料噴射弁９からの燃料噴射のタイミングを変えることで、暖機後の低負荷時には燃焼室７内で成層燃焼を行わせ、それ以外のときには均質燃焼を行わせる。また、コントロールユニット５０は、電制スロットル５を、成層燃焼時にはアクセル開度に見合ったトルクを発生するスロットル開度に制御し、均質燃焼時はアクセル開度に見合ったスロットル開度に制御する。
【００２６】
成層燃焼時には、圧縮行程中に燃料噴射弁９が燃料噴射を行い、ピストン８のキャビティ８ａ内およびその上空の領域に比較的大きな混合気の塊を形成させて点火プラグ１０の周りに混合気を集中させるとともに、その混合気の周囲を燃料のない空気層とする。この状態で点火プラグ１０により点火して成層燃焼を行うと、超希薄燃焼となって燃費が向上する。このような成層燃焼を行う運転領域（成層域）は、後述する図４に示す成層域Ａである。
【００２７】
一方、均質燃焼時には、吸気行程中に燃料噴射弁９が燃料噴射を行い、燃焼室７の全域に均質な混合気を形成させる。このように燃焼室７内の混合気の空燃比が全体的に均一である状態で燃焼を行うと、すなわち均質燃焼を行うと、成層燃焼に較べて高い出力を出すことができる。均質燃焼を行う運転領域（均質域）は、図４に示す均質域Ｂ，Ｃである。均質燃焼は、図４に示すように、概ね中高負荷時に行われる。
【００２８】
排気通路１２は、燃焼室７内で燃焼した後のガスを排気として燃焼室７から排出するための通路である。この排気通路１２と燃焼室７との間に配置される排気バルブ１１は、図示しないクランクシャフトの回転に応じて回転する排気カムにより駆動される。排気バルブ１１が開くと、燃焼室７内のガスは、排気通路１２に導かれて排出される。排気通路１２には、排気空燃比センサ１３と、排気を浄化するための触媒ユニット１４と、排気の圧力を検出する排気圧センサ５２とが配設されている。また、触媒ユニット１４には、温度センサ（図示せず）が設置されている。これらの各センサにより検出された排気空燃比、排気圧力および触媒温度のデータは、随時コントロールユニット５０に送られる。コントロールユニット５０は、排気空燃比センサ１３の出力値が排気浄化に必要な空燃比になるように、燃料噴射弁９から噴射する燃料量を演算する。また、コントロールユニット５０は、触媒ユニット１４の温度センサで検出された触媒温度に応じて、触媒ユニット１４の触媒活性状態を判定する。さらに、コントロールユニット５０は、後述の二路切り替え弁４２の制御において、排気圧センサ５２により測定される圧力データを使用する。
【００２９】
触媒ユニット１４は、上流側触媒１４ａおよび下流側触媒１４ｂを有するタンデム型の触媒ユニットである。この触媒ユニット１４を排気が通過する際に、排気中のＮＯｘが還元し、排気中のＨＣ，ＣＯが酸化して、排気が浄化される。なお、触媒ユニット１４を通
過する前の排気通路１２の触媒上流部１２ａにある排気（以下、触媒上流側排気という。）と、触媒ユニット１４を通過した後の排気通路１２の触媒下流部１２ｂにある排気（以下、触媒下流側排気という。）とを比較すると、排気圧力は、触媒上流側排気のほうが触媒下流側排気よりも触媒ユニット１４における圧力損失分だけ大きく、排気温度は、触媒上流側排気のほうが触媒下流側排気よりも触媒ユニット１４における化学反応による反応熱の分だけ低くなる。
【００３０】
エンジン１の排気還流装置は、主として、第１還流通路３１と、第２還流通路３２と、共用還流通路３６，３８と、ＥＧＲ量調整バルブ（流量調整機構）４１と、二路切り替え弁（２状態切り替え機構）４２とから構成されている。
【００３１】
第１還流通路３１は、排気通路１２の触媒上流部１２ａから触媒上流側排気を吸気通路２へと還流させるために設けられる通路であり、触媒上流部１２ａから吸気通路２へと延びている。
【００３２】
第２還流通路３２は、排気通路１２の触媒下流部１２ｂから触媒下流側排気を吸気通路２へと還流させるために設けられる通路であり、触媒下流部１２ｂから吸気通路２へと延びている。これらの第１、第２還流通路３１，３２の端部は、二路切り替え弁４２を介して共用還流通路３６，３８と連通する。
【００３３】
二路切り替え弁４２は、電磁式の弁であり、第１還流通路３１と共用還流通路３６とが連通する第１状態と、第２還流通路３２と共用還流通路３６とが連通する第２状態とに、選択的に切り替わる。コントロールユニット５０からの指令により二路切り替え弁４２が第１状態に切り替わっているときには、触媒上流側排気が共用還流通路３６，３８へと流れて吸気通路２に流入することになるが、触媒下流側排気は二路切り替え弁４２によって遮断され第２還流通路３２から共用還流通路３６へと流れていかない。一方、二路切り替え弁４２が第２状態に切り替わっているときには、触媒下流側排気が共用還流通路３６，３８へと流れて吸気通路２に流入することになるが、触媒上流側排気は二路切り替え弁４２によって遮断され第１還流通路３１から共用還流通路３６へと流れていかない。
【００３４】
言い換えれば、二路切り替え弁４２は、第１還流通路３１が共用還流通路３６と連通して第１還流通路３１による還流が起こる第１状態と、第１還流通路３１が共用還流通路３６と連通せず第１還流通路３１による還流が起こらない第２状態との２つの状態のうち、いずれか１つの状態に切り替わることになる。
【００３５】
ＥＧＲ量調整バルブ４１は、共用還流通路３６と共用還流通路３８との間に配置されており、共用還流通路３６，３８を流れて吸気通路２へと流れ込む排気である還流ガスの量を調整する。このＥＧＲ量調整バルブ４１は、図３に示すように、主として、筐体７１と、弁座７２と、弁体７３と、弁軸７４と、ステップモータ７５とから構成されている。筐体７１には、共用還流通路３６，３８と連通する入口部７１ａおよび出口部７１ｂとが形成されている。また、筐体７１の入口部７１ａと出口部７１ｂとの間には、弁座７２が固定されている。この弁座７２の入口部７１ａ側には弁体７３が配置され、弁体７３は、弁座７２と接触して入口部７１ａと出口部７１ｂとの連通を遮断する役割や、弁座７２から段々と離れて入口部７１ａと出口部７１ｂとの連通の程度（弁開度）を変化させる役割を果たす。弁体７３は、弁軸７４の先端に固定されており、ステップモータ７５の可逆回転により図３における上下方向に移動する。具体的には、ステップモータ７５のコイルへの通電制御によるロータの可逆回転が送りネジ機構に伝わり、その送りネジ機構を介して弁軸７４が往復移動し、弁体７３が弁座７２に対して接近・離反する。図３の点線で示すものは、弁座７２に対して離反した弁体７３の一状態である。
【００３６】
ステップモータ７５は、ステッピングモータ、ステッパー、パルスモータなどと呼ばれるモータであり、コントロールユニット５０から入力されてくるパルス信号の総数（以下、ステップ数という。）に応じてロータが回転する。ここでは、３０ステップだけステッ
プ数がステップモータ７５に入力されると、ＥＧＲ量調整バルブ４１が概ね半開状態となる。この半開状態のＥＧＲ量調整バルブ４１を全閉させるためには、図６（ａ）の１点鎖線に示すように、（ｔ２−ｔ０）だけ時間がかかる。半開状態のＥＧＲ量調整バルブ４１にコントロールユニット５０から時刻ｔ０に全閉指令が送られたとしても、そこから実際にＥＧＲ量調整バルブ４１が全閉状態となるまでには、（ｔ２−ｔ０）だけの時間がかかることになる。
【００３７】
一方、二路切り替え弁４２は、電磁力によって第１状態と第２状態との２つの状態のうちいずれかの状態に切り替わるものであることから、図６（ａ）の２点鎖線で示すように、第１状態から第２状態に切り替わるまでに（ｔ１−ｔ０）だけしか時間がかからない。図６（ａ）に示すように、（ｔ２−ｔ０）＞（ｔ１−ｔ０）であり、二路切り替え弁４２が第１状態から第２状態に切り替わるのに要する時間は、ＥＧＲ量調整バルブ４１が半開状態から全閉状態に移行するのに要する時間よりもかなり短い。
【００３８】
＜排気還流装置の制御＞
コントロールユニット５０は、図４に示す運転領域と排気還流との相関マップに基づき、エンジン１の要求トルク（負荷）およびエンジン回転数に応じて排気還流を制御する。これにより、各運転領域においては、以下のように排気還流が為される。
【００３９】
図４のマイナストルク領域Ｄにおいては、排気還流は実施されない。
【００４０】
図４の成層域Ａにおいては、排気還流が実施される。ここでは、還流ガスの取り出しが排気通路１２の触媒下流部１２ｂから行われるように、二路切り替え弁４２を、第２還流通路３２と共用還流通路３６とが連通する第２状態にする。これにより、触媒下流側排気が、排気通路１２の触媒下流部１２ｂから取り出され、還流ガスとして共用還流通路３６，３８を介して吸気通路２へと流れる。
【００４１】
図４の均質域Ｂにおいても、排気還流が実施される。但し、要求トルクおよび回転数が比較的小さい領域（ａ）では、成層域Ａのときと同様に排気通路１２の触媒下流部１２ｂから触媒下流側排気が取り出されるのに対し、要求トルクおよび回転数が比較的大きい領域（ｂ）では排気通路１２の触媒上流部１２ａから触媒上流側排気が取り出される。すなわち、均質域Ｂのうち領域（ｂ）では、還流ガスの取り出しが排気通路１２の触媒上流部１２ａから行われるように、二路切り替え弁４２を、第１還流通路３１と共用還流通路３６とが連通する第１状態に切り替える。これにより、触媒上流側排気が、排気通路１２の触媒上流部１２ａから取り出され、還流ガスとして共用還流通路３６，３８を介して吸気通路２へと流れるようになる。
【００４２】
図４の均質域Ｃにおいては、排気還流は実施されない。
【００４３】
また、排気還流を実施するときに、コントロールユニット５０は、要求トルクおよび回転数に基づき予め決められているＥＧＲ率になるように、ＥＧＲ量調整バルブ４１の弁開度を決め、その弁開度に応じたステップ数をＥＧＲ量調整バルブ４１のステップモータ７５に送る。
【００４４】
さらに、排気還流の実施中において、コントロールユニット５０は、アクセル開度センサ６２のアクセル信号からアクセルペダル６１の踏み込み量が急激に少なくなったと判断したときには、急減速要求ありと認識し、電制スロットル５のスロットル開度を急速に絞るとともに、ＥＧＲ量調整バルブ４１に全閉指令を出し、後述するように二路切り替え弁４２が第２状態となるように制御を行う。すなわち、コントロールユニット５０は、急減速要求ありと認識したときに、吸気通路２を介して多くの還流ガスが燃焼室７に流れて燃焼室７内で失火が生じてしまうことを抑えるため、急速に還流ガス流量が減少するように、ＥＧＲ量調整バルブ４１に全閉指令を出すとともに、二路切り替え弁４２が第２状態と
なるように指令を送る。これらの指令が図６（ａ）に示す時刻ｔ０に送られたとすると、ＥＧＲ量調整バルブ４１は例えば時刻ｔ２に全閉状態となり、二路切り替え弁４２は例えば時刻ｔ１に第１状態から第２状態への切り替え動作を完了する。コントロールユニット５０がＥＧＲ量調整バルブ４１に全閉指令を出してからＥＧＲ量調整バルブ４１が実際に全閉状態になるまでの間（ｔ２−ｔ０）にも還流ガスが吸気通路２に流れ込むことになるが、二路切り替え弁４２が第２状態への切り替えを完了した時刻ｔ１以降については、比較的排気圧力の低い排気通路１２の触媒下流部１２ｂから排気が取り出されて還流ガスとしてＥＧＲ量調整バルブ４１へと流れてくるようになるので、還流ガスの圧力が低くなり、吸気通路２に流れ込む還流ガスの流量が少なく抑えられる。
【００４５】
次に、図５の制御フローを参照して、上記のような排気還流を実現させるための二路切り替え弁４２の状態切り替え制御について説明を行う。
【００４６】
まず、ステップＳ１では、排気通路１２と吸気通路２との差圧が演算される。排気通路１２の圧力は、排気通路１２の触媒下流部１２ｂに設置されている排気圧センサ５２によって測定されており、吸気通路２の圧力は、吸気通路２に設置されている吸気圧センサ５１によって測定されている。
【００４７】
次に、ステップＳ２では、排気通路１２と吸気通路２との差圧がしきい値以上であるか否かが判断される。しきい値は、要求されている還流ガス量（以下、要求還流ガス量という。）に対応する形で予め作成されたマップから導かれる値であり、要求還流ガス量を確保するために必要な差圧の値である。このマップをルックアップして、コントロールユニット５０は、しきい値を要求還流ガス量から導き出す。
【００４８】
ステップＳ２で排気通路１２と吸気通路２との差圧がしきい値よりも少ないと判断した場合には、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、急減速要求の有無が判断される。急減速要求は、上述のように、アクセル開度センサ６２のアクセル信号からアクセルペダル６１の踏み込み量が急激に少なくなったとコントロールユニット５０が判断したときに発生する要求である。この急減速要求があるときには、燃焼室７内における燃焼安定性の観点から、還流ガスの流量を急速に減少させる必要がある。なお、急減速要求は、実際に運転状態が変わる前に発生するものであり、実際の運転状態から求められる要求還流ガス量の変化に先立って生じる。
【００４９】
ステップＳ３で急減速要求がないと判断された場合には、ステップＳ４に移行し、触媒上流部１２ａから触媒上流側排気が取り出され還流ガスとして吸気通路２へと流れるように、具体的には二路切り替え弁４２が第１還流通路３１と共用還流通路３６とを連通させる第１状態となるように、二路切り替え弁４２を制御する。
【００５０】
一方、ステップＳ２で排気通路１２と吸気通路２との差圧がしきい値以上確保されていると判断された場合、およびステップＳ３で急減速要求があると判断された場合には、ステップＳ５に移行して、触媒下流部１２ｂから触媒下流側排気が取り出され還流ガスとして吸気通路２へと流れるように、具体的には二路切り替え弁４２が第２還流通路３２と共用還流通路３６とを連通させる第２状態となるように、二路切り替え弁４２を制御する。
【００５１】
このように、エンジン１のコントロールユニット５０は、成層域Ａや均質域Ｂのうち比較的要求トルクや負荷が小さい領域（ａ）においては、触媒下流部１２ｂから触媒下流側排気が取り出され還流ガスとして吸気通路２へと送られるように、二路切り替え弁４２の状態を決定（制御）している。また、均質域Ｂのうち比較的要求トルクや負荷が大きい領域（ｂ）では、要求還流ガス量が多いにもかかわらず排気通路１２と吸気通路２との差圧が十分に確保されていない状態となることに鑑み、触媒下流部１２ｂよりも排気圧力の高い触媒上流部１２ａから触媒上流側排気が取り出され還流ガスとして吸気通路２へと送られるように、二路切り替え弁４２の状態を決定している。
【００５２】
一方、急減速要求があり、還流ガスの流量を急速に減少させる必要があるときには、ステップＳ３からステップＳ５に移行し、二路切り替え弁４２が第１状態にあり触媒上流部１２ａから触媒上流側排気が還流ガスとしてＥＧＲ量調整バルブ４１を経て吸気通路２へと還流している状態のときであっても、その二路切り替え弁４２の状態を第１状態から第２状態へと切り替える。これにより、急減速要求に伴いコントロールユニット５０から全閉指令を受けたＥＧＲ量調整バルブ４１が実際に全閉状態になるまでに時間がかかるときにも、図６（ａ）に示すように二路切り替え弁４２が第１状態から第２状態に素早く切り替わるため、還流ガスの圧力が低くなって、ＥＧＲ量調整バルブ４１が実際に全閉状態になるまでの間にＥＧＲ量調整バルブ４１を経て吸気通路２へと流れ込んでしまう還流ガスの流量を少なく抑えることができている。
【００５３】
＜本エンジンの排気還流装置の特徴＞
（１）
エンジン１の排気還流装置は、触媒ユニット１４を通過する前の比較的圧力の高い触媒上流側排気を第１還流通路３１により吸気通路２へと還流させることができるとともに、触媒ユニット１４を通過した後の比較的圧力の低い触媒下流側排気を第２還流通路３２により吸気通路２へと還流させることができる。さらに、触媒ユニット１４を通過する前の吸気通路２を汚損する恐れのある触媒上流側排気の第１還流通路３１を介した吸気通路２への還流を、二路切り替え弁４２を第２状態とすることで遮断することができる。
【００５４】
このような構成を利用して、コントロールユニット５０は、触媒ユニット１４を通過した後の比較的圧力の低い触媒下流側排気を第２還流通路３２により吸気通路２へと還流させることで十分な量の排気が吸気通路２に還流するときには、二路切り替え弁４２で第１還流通路３１を閉めて第２還流通路３２だけによって比較的清浄度の高い触媒下流側排気を吸気通路２へと還流させ、排気通路１２と吸気通路２との差圧が十分に確保されておらず第２還流通路３２による還流だけでは十分な量の排気を還流させることができないときには、二路切り替え弁４２を第１状態として、比較的圧力の高い触媒上流側排気を第１還流通路３１により吸気通路２へと還流させている。このような制御が行われるため、エンジン１では、低負荷・低回転の運転領域で排気還流を行うときには、触媒ユニット１４を通過する前の触媒上流部１２ａの触媒上流側排気が還流してこないので還流ガスによる吸気通路２内の汚損が少なくなるとともに、高負荷・高回転の運転領域で大量の還流ガスが要求されるときには、排気圧力の高い触媒上流側排気を吸気通路２へと還流させ、大きな還流ガス量を確保することが可能になっている。
【００５５】
言い換えれば、エンジン１では、排気通路１２のうち触媒上流部１２ａからのみ排気を還流ガスとして還流させる構成を採る場合に較べて、還流ガスとブローバイガスとの混合による吸気通路２内でのガム状物質の発生が抑えられ、他の手当をしなくても、バルブ類が固着するなどの不具合の発生が殆どなくなる。また、エンジン１では、排気通路１２のうち触媒下流部１２ｂからのみ排気を還流ガスとして還流させる構成を採る場合に較べて、高負荷・高回転の運転領域においても大量の還流ガス量を確保することができるようになり、更なる燃費向上が実現されるようになる。
【００５６】
（２）
エンジン１では、排気還流の実施中において、コントロールユニット５０が、アクセル開度センサ６２のアクセル信号からアクセルペダル６１の踏み込み量が急激に少なくなったと判断したときに、急減速要求ありと認識し、電制スロットル５のスロットル開度を急速に絞るとともに、ＥＧＲ量調整バルブ４１に全閉指令を出す。これにより、燃焼室７に余計な還流ガスが流入して失火してしまうといった不具合の解消を図っている。
【００５７】
しかし、ステップモータ７５により駆動するＥＧＲ量調整バルブ４１は、流量を調整するという機能を持っている代わりに、そのような機能を持たない二路切り替え弁４２のようなものに較べて、動作速度が遅い。ここでは、図６（ａ）に示すように、二路切り替え弁４２が第１状態から第２状態に切り替わるのに要する時間（ｔ１−ｔ０）は、ＥＧＲ量調整バルブ４１が半開状態から全閉状態に移行するのに要する時間（ｔ２−ｔ０）よりも、かなり短くなっている。
【００５８】
そして、ここでは、ＥＧＲ量調整バルブ４１が半開状態から全閉状態に移行するのに要する時間（ｔ２−ｔ０）の間に余計な還流ガスが吸気通路２へと流れ込んで燃焼室７で失火が起こる可能性をゼロに近づけるために、急減速要求があったときには、ＥＧＲ量調整バルブ４１に全閉指令を出すとともに、二路切り替え弁４２が第２状態になるように制御を行っている（図５のステップＳ３，ステップＳ４参照）。これにより、第１還流通路３１を介する排気通路１２の触媒上流部１２ａからの触媒上流側排気の還流が遮断され、第２還流通路３２を介して触媒下流部１２ｂの比較的圧力の低い触媒下流側排気がＥＧＲ量調整バルブ４１を通って吸気通路２へと流れる状態に変わるため、ＥＧＲ量調整バルブ４１が実際に全閉状態になるまでの間にＥＧＲ量調整バルブ４１をすり抜けて吸気通路２へと余計に流れ込む還流ガスの量が、少なく抑えられるようになっている。図６（ｂ）は、急減速要求があったときに第１状態の二路切り替え弁４２を第２状態に切り替える制御を行ったときと行わなかったときとの、還流ガス流量の時間的変化を比較したグラフである。二路切り替え弁４２の切り替えが有るときの還流ガス流量は、二路切り替え弁４２の切り替えが無いときの還流ガス流量に較べて少なくなる。すなわち、急減速要求があったときに、ＥＧＲ量調整バルブ４１に全閉指令を出すとともに、二路切り替え弁４２の状態を第１状態から第２状態に切り替えることによって、吸気通路２に流れ込む還流ガスの流量を早く減少させることができている。なお、図６（ｂ）において２点鎖線で示すカーブは、急減速要求があってＥＧＲ量調整バルブ４１および二路切り替え弁４２に上記の指令が出された時刻ｔ０以降における負荷（エンジントルク）の減少の具合を示すものである。
【００５９】
＜変形例＞
（Ａ）
上記実施形態においては、二路切り替え弁４２によって触媒上流部１２ａの触媒上流側排気を還流させるか触媒下流部１２ｂの触媒下流側排気を還流させるかを切り替えているが、二路切り替え弁４２に代えて、図７（ｂ）に示すように２つの開閉弁１４１，１４２を還流通路３１，３２に設けてもよい。図７（ａ）は、比較のために上記実施形態のエンジン１の排気還流装置を模式化した図である。
【００６０】
第１開閉弁１４１は、第１還流通路３１に設けられており、第１還流通路３１を通る触媒上流側排気の還流を遮断することができる。具体的には、第１開閉弁１４１は、開状態と閉状態とを選択的に切り替えることができる電磁式操作弁であり、コントロールユニット５０の指令により開閉する。
【００６１】
第２開閉弁１４２は、第２還流通路３２に設けられており、第２還流通路３２を通る排気の流れを遮断することができる。具体的には、第２開閉弁１４２は、開状態と閉状態とを選択的に切り替えることができる電磁式操作弁であり、コントロールユニット５０の指令により開閉する。
【００６２】
このように排気還流装置を構成した場合にも、触媒ユニット１４を通過する前の比較的圧力の高い触媒上流側排気を第１還流通路３１により吸気通路２へと還流させることができるとともに、触媒ユニット１４を通過した後の比較的圧力の低い触媒下流側排気を第２還流通路３２により吸気通路２へと還流させることができる。さらに、触媒ユニット１４を通過する前の吸気通路２を汚損する可能性のある触媒上流側排気の第１還流通路３１を介した吸気通路２への還流を、第１開閉弁１４１を閉めることによって遮断することがで
きる。
【００６３】
したがって、比較的圧力の低い触媒下流側排気を第２還流通路３２により吸気通路２へと還流させることで十分な量の排気が吸気通路２に還流するときには、第１開閉弁１４１を閉めて第２還流通路３２だけによって比較的清浄度の高い触媒下流側排気を吸気通路２へと還流させ、吸気負圧が低く第２還流通路３２による還流だけでは十分な量の排気を還流させることができないときには、第１開閉弁１４１を開けて、比較的圧力の高い触媒上流側排気を第１還流通路３１により吸気通路２へと還流させることができる。このように制御すれば、還流される排気による吸気通路２内の汚損が少なくなるとともに、多くの排気を吸気通路２へと還流させることができる。
【００６４】
また、急減速要求がある場合には、ＥＧＲ量調整バルブ４１に全閉指令を出すとともに、第１開閉弁１４１および第２開閉弁１４２の両方が閉状態になるように制御する。２状態を切り替える電磁式の第１開閉弁１４１および第２開閉弁１４２の動作は明らかにＥＧＲ量調整バルブ４１の動作よりも速いため、全閉指令が出てから実際にＥＧＲ量調整バルブ４１が全閉状態になるよりも早く、第１開閉弁１４１および第２開閉弁１４２が閉まって排気通路１２の触媒上流部１２ａからも触媒下流部１２ｂからも排気が還流しない状態になる。これにより、ＥＧＲ量調整バルブ４１が全閉状態に移行するのに要する時間の間に余計な還流ガスが吸気通路２へと流れ込んで燃焼室７で失火が起こる可能性を、限りなくゼロに近づけることができるようになる。
【００６５】
なお、第１開閉弁１４１を開けて第１還流通路３１により触媒上流側排気を吸気通路２へと還流させる際には、触媒上流部１２ａの触媒上流側排気が触媒ユニット１４をバイパスして触媒下流部１２ｂへと流れないように、第２開閉弁１４２を閉めておくことが望ましい。
【００６６】
また、図８に示すように、第２開閉弁１４２の代わりに逆止弁２４２を第２還流通路３２に設置することも考えられる。この場合には、急減速要求がある場合に、ＥＧＲ量調整バルブ４１に全閉指令を出すとともに、第１開閉弁１４１が閉状態になるように制御することになる。
【００６７】
（Ｂ）
上記実施形態では、アクセル開度センサ６２のアクセル信号からアクセルペダル６１の踏み込み量が急激に少なくなったと判断したときに、コントロールユニット５０が急減速要求ありと認識している。
【００６８】
このような急減速要求の認識方法の代わりに、コントロールユニット５０は、アイドルスイッチがＯＮの状態になった時に急減速要求を認識する、ブレーキスイッチがＯＮの状態になった時に急減速要求を認識する、あるいは、エンジン１を搭載する車両に減速センサを設け、その減速センサにより急な減速状態が検出された時に急減速要求を認識するといった方法を採用してもよい。
【００６９】
（Ｃ）
上記実施形態における、触媒上流部１２ａの触媒上流側排気を還流させるか触媒下流部１２ｂの触媒下流側排気を還流させるかの切り替え、すなわち二路切り替え弁４２の状態切り替えの制御においては、図５に示すように、急減速要求がないときには、排気通路１２と吸気通路２との差圧というパラメータだけを用いている。
【００７０】
このような排気通路１２と吸気通路２との差圧に基づく制御に代えて、排気通路１２と吸気通路２との差圧の大小および要求される還流ガス流量の大小に基づいて二路切り替え弁４２の切り替えを行うことも可能である。
【００７１】
また、排気通路１２と吸気通路２との差圧の演算において、上記実施形態では排気圧セ
ンサ５２および吸気圧センサ５１の測定値を用いているが、例えば排気圧センサ５２の設置を省いて排気通路１２の圧力として推定値を用いることも考えられる。
【００７２】
さらに、これらのパラメータに代えて、要求トルク（負荷）および回転数をパラメータとし、図４に示す運転領域と排気還流との相関マップにおける領域（ａ），（ｂ）間の点線を境界として二路切り替え弁４２の状態切り替えを行ってもよい。
【００７３】
（Ｄ）
上記実施形態では、燃焼室７において成層燃焼を行う運転領域（成層域）を有するエンジン１の排気還流装置に対して発明を適用しているが、本発明は、ＭＰＩ仕様の成層域がないエンジンの排気還流装置に対しても適用が可能である。
【００７４】
また、上記実施形態では、成層域においては常に排気通路１２の触媒下流部１２ｂから排気を取り出して吸気通路２へと還流させているが、将来的に成層域においても多量の還流ガスが必要となるようなエンジンが登場してきたときには、成層域において触媒上流部１２ａの排気を還流させるか触媒下流部１２ｂの排気を還流させるかの切り替えを行う可能性もある。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る内燃機関の排気還流装置では、原則としては触媒を通過した後の比較的清浄度の高い排気を第２還流通路経由で還流させ、必要に応じて触媒を通過する前の比較的圧力の高い排気を第１還流通路により吸気通路へと還流させることができ、還流される排気による吸気通路内の汚損が少なく且つ多くの排気を吸気通路へ還流させることができる装置として有用である。
【００７６】
それに加え、本発明に係る内燃機関の排気還流装置では、還流量急速減少要求時において、第１還流通路が閉状態になるように２状態切り替え機構を制御して、第１還流通路を介した還流を止めさせるため、還流ガスが余計に吸気通路に流入して内燃機関の燃焼室内での燃焼を妨げてしまう不具合が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る排気還流装置が用いられるエンジンの概略構成図である。
【図２】燃焼室の上面図である。
【図３】ＥＧＲ量調整バルブの側面一部断面図である。
【図４】運転領域と排気還流との相関マップを示す図である。
【図５】二路切り替え弁の状態切り替え制御フローである。
【図６】（ａ）急減速要求時以降のＥＧＲ量調整バルブの開度および二路切り替え弁の状態切り替えの時間的変化を示すグラフである。
【００７８】
（ｂ）急減速要求時以降の還流ガス流量および負荷の時間的変化を示すグラフである。
【図７】（ａ）  排気還流装置の模式図である。
【００７９】
（ｂ）  変形例に係る排気還流装置の模式図である。
【図８】変形例に係る排気還流装置の模式図である。
【符号の説明】
【００８０】
１      エンジン
２      吸気通路
１２      排気通路
１４      触媒ユニット
１４ａ    上流側触媒
１４ｂ    下流側触媒
３１      第１還流通路
３２      第２還流通路
３６      共用還流通路
３８      共用還流通路
４１      ＥＧＲ量調整バルブ（流量調整機構）
４２      二路切り替え弁（２状態切り替え機構）
５０      コントロールユニット（制御部）
７５      ステップモータ
１４１      第１開閉弁
１４２      第２開閉弁
【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】
2005188289.tif 000008
【図７】
2005188289.tif 000009
【図８】
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