(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＧＲ装置において、過給圧が最高レベルに達している状態で排気ガスを還流しても、過給圧を最高レベルに維持して最高トルクの低下を抑制する。【解決手段】ＥＧＲ装置１の制御手段２４は、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも大きい場合に、高圧ＥＧＲ流路１１を通じてスロットル弁７の下流側からタービン５の上流側に吸気ガスを導入する。また、排気ガスの還流量は、低圧ＥＧＲ弁１４に対する動作制御により操作される。これにより、タービン５の上流側では、排気ガス中に含まれる未燃燃料が吸気ガスにより酸化される。このため、タービン５およびコンプレッサ６の仕事を増やすことができるので、過給圧が最高レベルに達している状態で排気ガスを還流しても、過給圧を最高レベルに維持して吸気ガスの内燃機関２への吸入量を低下させず、最高トルクの低下を抑制することができる。【選択図】図１
2012057497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスのエネルギーによりタービンを回転させるとともにこのタービンが発生する回転力でコンプレッサを駆動することにより、前記内燃機関に吸入させる吸気ガスを圧縮し、圧縮後の吸気ガスをスロットル弁経由で前記内燃機関に送り込むターボチャージャーを備え、
前記タービンよりも上流側の排気ラインと前記スロットル弁よりも下流側の吸気ラインとを接続し、前記タービンの上流側の排気ガスの一部を前記スロットル弁よりも下流側で吸気ガスに還流する高圧ＥＧＲ流路と、
前記タービンよりも下流側の排気ラインと前記コンプレッサよりも上流側の吸気ラインとを接続し、前記タービンの下流側の排気ガスの一部を前記コンプレッサよりも上流側で吸気ガスに還流する低圧ＥＧＲ流路とを形成し、
前記高圧ＥＧＲ流路には、前記高圧ＥＧＲ流路におけるガスの流れを調節する高圧ＥＧＲ弁が配され、
前記低圧ＥＧＲ流路には、前記低圧ＥＧＲ流路におけるガスの流れを調節する低圧ＥＧＲ弁が配されるＥＧＲ装置において、
前記スロットル弁よりも下流側の吸気ガスの圧力を検出する吸気圧検出手段と、前記タービンよりも上流側の排気ガスの圧力を検出する排気圧検出手段と、前記高圧ＥＧＲ弁および前記低圧ＥＧＲ弁の動作を制御する制御手段とを備え、
この制御手段は、前記吸気圧検出手段による検出値が前記排気圧検出手段による検出値よりも大きい場合に、前記高圧ＥＧＲ流路を通じて前記スロットル弁の下流側から前記タービンの上流側に流入させる吸気ガスの流量に対して目標値を算出し、
前記高圧ＥＧＲ弁は、前記高圧ＥＧＲ流路を通る前記吸気ガスの流量の目標値に応じて動作制御され、
排気ガスの還流量は、前記低圧ＥＧＲ弁に対する動作制御により操作されることを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲ装置において、
前記タービンの上流側から前記スロットル弁の下流側に向かって排気ガスが前記高圧ＥＧＲ流路を通過するのを防止する排気ガス通過防止手段と、
この排気ガス通過防止手段の機能を解除して、排気ガスに前記高圧ＥＧＲ流路を通過させる解除手段とを備え、
前記解除手段は、前記制御手段により動作制御されることを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＥＧＲ装置において、
前記高圧ＥＧＲ流路に配されて、前記タービンの上流側から前記スロットル弁の下流側に向かって排気ガスが前記高圧ＥＧＲ流路を通過するのを防止する排気ガス通過防止手段と、
この排気ガス通過防止手段を迂回するように前記高圧ＥＧＲ流路から分岐し、再度、前記高圧ＥＧＲ流路に合流する迂回流路に配されて、この迂回流路におけるガスの流れを調節する解除弁とを備え、
前記解除弁は、前記制御手段により動作制御されることを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載のＥＧＲ装置において、
前記制御手段は、前記タービンよりも上流側の排気ガスの温度に対する上限値を設定し、
前記高圧ＥＧＲ流路を通る前記吸気ガスの流量の目標値は、前記タービンよりも上流側の排気ガスの温度が前記上限値以下となる範囲で最大となるように算出されることを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のＥＧＲ装置において、
前記制御手段は、
前記タービンよりも上流側の排気ガスの温度の数値を、前記スロットル弁よりも下流側の吸気ガスの圧力、および前記内燃機関の回転数を変数とする関数として記憶しており、
この関数を利用して前記タービンよりも上流側の排気ガスの温度を推定することを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項６】
請求項４に記載のＥＧＲ装置において、
前記制御手段は、
前記上限値を、前記スロットル弁よりも下流側の吸気ガスの圧力、および前記内燃機関の回転数を変数とする関数として記憶しており、
この関数を利用して前記上限値を設定することを特徴とするＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャーを備えるＥＧＲ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関から排気された排気ガスの一部を吸気ラインに還流して内燃機関に吸入させるＥＧＲ装置では、ターボチャージャーを備えるものが公知である。
ここで、ターボチャージャーとは、例えば、排気ガスのエネルギー（運動エネルギーおよび熱エネルギー）によりタービンを回転させるとともにこのタービンが発生する回転力でコンプレッサを駆動することにより、内燃機関に吸入させる吸気ガスを圧縮し、圧縮後の吸気ガスをスロットル弁経由で内燃機関に送り込むものである。
【０００３】
このようなＥＧＲ装置では、ターボチャージャーにより強制的に圧縮されて吸入される吸気ガスの圧力（過給圧）が最高レベルに達している場合、吸気ガスの成分は新気のみであり、排気ガスは還流されていない。
【０００４】
このため、過給圧が最高レベルに達している状態で排気ガスを還流すると、排気ガスの温度が低下して排気ガスのエネルギーが減少し、タービンの仕事が減少してしまう。その一方で、排気ガスを還流しても排気ガスのエネルギーを減らすことなく過給圧を最高レベルに維持しようとするには、新気の吸入量をできるだけ減らさずに、還流した排気ガスを追加的に内燃機関に吸入させなければならないので、コンプレッサのなすべき仕事が増加してしまう。
【０００５】
したがって、過給圧が最高レベルに達している状態で排気ガスを還流すると、過給圧が最高レベルを維持できなくなって吸気ガスの内燃機関への吸入量が低下し、最高トルクが低下してしまう。
なお、特許文献１には、ターボチャージャー付きのＥＧＲ装置において、高圧ＥＧＲ流路と低圧ＥＧＲ流路とが形成され、高圧、低圧ＥＧＲ流路にそれぞれ排気ガスの流れを調節するＥＧＲ弁が配されているものが開示されている。
【０００６】
ここで、高圧ＥＧＲ流路とは、タービンよりも上流側の排気ラインとスロットル弁よりも下流側の吸気ラインとを接続し、タービンの上流側の排気ガスの一部をスロットル弁よりも下流側で吸気ガスに還流するための流路である。また、低圧ＥＧＲ流路とは、タービンよりも下流側の排気ラインとコンプレッサよりも上流側の吸気ラインとを接続し、タービンの下流側の排気ガスの一部をコンプレッサよりも上流側で吸気ガスに還流するための流路である。
【０００７】
そして、特許文献１のＥＧＲ装置によれば、低負荷時に低圧ＥＧＲ流路を閉鎖して高圧ＥＧＲ流路のみにより排気ガスを還流する。また、主に高負荷時のように、スロットル弁下流側の吸気ガスの圧力がタービン上流側の排気ガスの圧力よりも大きくなって高圧ＥＧＲ流路による排気ガスの還流が不可能である時に、高圧ＥＧＲ流路を閉鎖して低圧ＥＧＲ流路のみにより排気ガスを還流する。
【０００８】
さらに、特許文献１のＥＧＲ装置によれば、高圧、低圧ＥＧＲ流路の両方を通じて排気ガスを還流する場合には、運転条件に応じて高圧、低圧ＥＧＲ流路のそれぞれにおける排気ガスの流量の目標値を設定し、これらの目標値に応じて高圧、低圧ＥＧＲ流路それぞれのＥＧＲ弁が動作制御される。
【０００９】
しかし、特許文献１のように、高圧ＥＧＲ流路と低圧ＥＧＲ流路とが形成され、高圧、低圧ＥＧＲ流路にそれぞれ排気ガスの流れを調節するＥＧＲ弁が配されているＥＧＲ装置でも、過給圧が最高レベルに達している状態で排気ガスを還流すると、過給圧が最高レベルを維持できなくなって吸気ガスの内燃機関への吸入量が低下し、最高トルクが低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１３０２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ターボチャージャーを備えるＥＧＲ装置において、過給圧が最高レベルに達している状態で排気ガスを還流しても、過給圧を最高レベルに維持して吸気ガスの内燃機関への吸入量を低下させず、最高トルクの低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、ＥＧＲ装置は、内燃機関から排出される排気ガスのエネルギーによりタービンを回転させるとともにタービンが発生する回転力でコンプレッサを駆動することにより、内燃機関に吸入させる吸気ガスを圧縮し、圧縮後の吸気ガスをスロットル弁経由で内燃機関に送り込むターボチャージャーを備える。
【００１３】
また、ＥＧＲ装置は、タービンよりも上流側の排気ラインとスロットル弁よりも下流側の吸気ラインとを接続し、タービンの上流側の排気ガスの一部をスロットル弁よりも下流側で吸気ガスに還流する高圧ＥＧＲ流路と、タービンよりも下流側の排気ラインとコンプレッサよりも上流側の吸気ラインとを接続し、タービンの下流側の排気ガスの一部をコンプレッサよりも上流側で吸気ガスに還流する低圧ＥＧＲ流路とを形成する。
【００１４】
また、高圧ＥＧＲ流路には、高圧ＥＧＲ流路におけるガスの流れを調節する高圧ＥＧＲ弁が配され、低圧ＥＧＲ流路には、低圧ＥＧＲ流路におけるガスの流れを調節する低圧ＥＧＲ弁が配される。
【００１５】
さらに、ＥＧＲ装置は、スロットル弁よりも下流側の吸気ガスの圧力を検出する吸気圧検出手段と、タービンよりも上流側の排気ガスの圧力を検出する排気圧検出手段と、高圧ＥＧＲ弁および低圧ＥＧＲ弁の動作を制御する制御手段とを備える。
【００１６】
また、制御手段は、吸気圧検出手段による検出値が排気圧検出手段による検出値よりも大きい場合に、高圧ＥＧＲ流路を通じてスロットル弁の下流側からタービンの上流側に流入させる吸気ガスの流量に対して目標値を算出し、高圧ＥＧＲ弁は、高圧ＥＧＲ流路を通る吸気ガスの流量の目標値に応じて動作制御される。また、排気ガスの還流量は、低圧ＥＧＲ弁に対する動作制御により操作される。
【００１７】
ここで、例えば、内燃機関の回転数が高いときに過給圧が最高レベルに達している場合、スロットル弁下流側の吸気ガスの圧力（以下、スロットル下流圧と呼ぶ。）がタービン上流側の排気ガスの圧力（以下、タービン上流圧と呼ぶ。）よりも大きくなっている。よって、請求項１の手段によれば、内燃機関の回転数が高く過給圧が最高レベルに達している場合、高圧ＥＧＲ流路を通じてスロットル弁の下流側からタービンの上流側に吸気ガスが導入される。このため、タービンの上流側では、排気ガス中に含まれる未燃燃料が吸気ガスにより酸化される。
【００１８】
この結果、タービンの上流側で排気ガスの熱エネルギーを増やすことができるとともに、排気ガスの流量自体を増やすことができるので、タービンおよびコンプレッサの仕事を未燃燃料の酸化に応じて増やすことができる。したがって、過給圧が最高レベルに達している状態で、低圧ＥＧＲ流路を介して排気ガスを還流しても、コンプレッサの仕事を増やすことにより、新気の吸入量を減らさずに、還流した排気ガスを追加的に内燃機関に吸入させることができる。
【００１９】
また、新気の吸入量を減らさずに、還流した排気ガスを追加的に内燃機関に吸入させるので、排気ガスの流量がさらに増加する。このため、さらにタービンおよびコンプレッサの仕事を増やすことができる。
以上により、ターボチャージャーを備えるＥＧＲ装置において、過給圧が最高レベルに達している状態で排気ガスを還流しても、過給圧を最高レベルに維持して吸気ガスの内燃機関への吸入量を低下させず、最高トルクの低下を抑制することができる。
【００２０】
また、過給圧が最高レベルにあるときでも排気ガスの還流を行うことができるので、点火時期を進角させてもノックを抑制することができる。このため、燃費やトルクを向上することができる。
【００２１】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、ＥＧＲ装置は、タービンの上流側からスロットル弁の下流側に向かって排気ガスが高圧ＥＧＲ流路を通過するのを防止する排気ガス通過防止手段と、  排気ガス通過防止手段の機能を解除して、排気ガスに高圧ＥＧＲ流路を通過させる解除手段とを備え、解除手段は、制御手段により動作制御される。
スロットル下流圧がタービン上流圧よりも平均的に大きくても、排気脈動により瞬間的に、タービン上流圧がスロットル下流圧よりも大きくなることがある。
【００２２】
そこで、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも平均的に大きい場合に、排気ガス通過防止手段により、タービン上流側からスロットル弁下流側に排気ガスが流入するのを阻止することで、高圧ＥＧＲ流路を経由する排気ガスの還流を防止する。これにより、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも平均的に大きく、排気ガスの還流を低圧ＥＧＲ流路のみを経由して行うべき場合に、排気ガスの還流量の推定精度が低下するのを阻止することができる。
【００２３】
また、中低負荷時のように、高圧ＥＧＲ流路を経由して排気ガスを還流すべき場合には、解除手段により排気ガス通過防止手段の機能を解除して排気ガスに高圧ＥＧＲ流路を通過させることで、高圧ＥＧＲ流路を経由する排気ガスの還流を実現することができる。
【００２４】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、ＥＧＲ装置は、高圧ＥＧＲ流路に配されて、タービンの上流側からスロットル弁の下流側に向かって排気ガスが高圧ＥＧＲ流路を通過するのを防止する排気ガス通過防止手段と、排気ガス通過防止手段を迂回するように高圧ＥＧＲ流路から分岐し、再度、高圧ＥＧＲ流路に合流する迂回流路に配されて、迂回流路におけるガスの流れを調節する解除弁とを備え、解除弁は、制御手段により動作制御される。
これにより、請求項２の手段と同様の作用効果を奏することができる。
【００２５】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、制御手段は、タービンよりも上流側の排気ガスの温度に対する上限値を設定する。そして、高圧ＥＧＲ流路を通る吸気ガスの流量の目標値は、タービンよりも上流側の排気ガスの温度が上限値以下となる範囲で最大となるように算出される。
【００２６】
高圧ＥＧＲ流路を経由してスロットル弁の下流側からタービンの上流側に吸気ガスが導入されている場合、タービンの上流側の排気ガスの温度（以下、タービン上流温と呼ぶ。）は、未燃燃料の酸化によって上昇する。このため、昇温した排気ガスにより、エキゾーストマニホールドやタービン等の排気系構成部品が熱破壊される虞が高まる。
【００２７】
そこで、タービン上流温について上限値を設定してタービン上流温が上限値以下となるように、高圧ＥＧＲ流路を通る吸気ガスの流量の目標値を算出する。これにより、未燃燃料の酸化によるタービンおよびコンプレッサの仕事増加の効果を最大限に高めつつ、排気系構成部品の熱破壊の虞を低減することができる。
【００２８】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段によれば、制御手段は、タービンよりも上流側の排気ガスの温度の数値を、スロットル弁よりも下流側の吸気ガスの圧力、および内燃機関の回転数を変数とする関数として記憶しており、関数を利用してタービンよりも上流側の排気ガスの温度を推定する。
これにより、タービン上流温の実値を得るために温度センサを追加する必要がなくなるので、ＥＧＲ装置をコストダウンすることができる。
【００２９】
〔請求項６の手段〕
請求項６の手段によれば、制御手段は、上限値を、スロットル弁よりも下流側の吸気ガスの圧力、および内燃機関の回転数を変数とする関数として記憶しており、関数を利用して上限値を設定する。
これにより、例えば、上限値を熱破壊に耐えうる数値よりも低くなるように、内燃機関の運転状態に応じて設定することができる。このため、制御の遅れやむだ時間等によるタービン上流温の過昇温を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ＥＧＲ装置の構成図である（実施例１）。
【図２】上限値算出用関数、およびスロットル下流圧と内燃機関の回転数との相関を示す相関図である（実施例１）。
【図３】ＥＧＲ装置の制御方法を示すメインのフローチャートである（実施例１）。
【図４】ＥＧＲ装置の制御方法を示すサブのフローチャートである（実施例１）。
【図５】ＥＧＲ装置の作用を示すタイムチャートである（実施例１）。
【図６】ＥＧＲ装置の構成図である（実施例２）。
【図７】（ａ）は解除手段により排気ガス通過防止手段の機能が解除されていない状態を示す構成図であり、（ｂ）は解除手段により排気ガス通過防止手段の機能が解除されている状態を示す構成図である（実施例２）。
【図８】ＥＧＲ装置の構成図である（実施例３）。
【図９】温度推定用関数、およびスロットル下流圧と内燃機関の回転数との相関を示す相関図である（実施例４）。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
実施形態１のＥＧＲ装置は、内燃機関から排出される排気ガスのエネルギーによりタービンを回転させるとともにタービンが発生する回転力でコンプレッサを駆動することにより、内燃機関に吸入させる吸気ガスを圧縮し、圧縮後の吸気ガスをスロットル弁経由で内燃機関に送り込むターボチャージャーを備える。
【００３２】
また、ＥＧＲ装置は、タービンよりも上流側の排気ラインとスロットル弁よりも下流側の吸気ラインとを接続し、タービンの上流側の排気ガスの一部をスロットル弁よりも下流側で吸気ガスに還流する高圧ＥＧＲ流路と、タービンよりも下流側の排気ラインとコンプレッサよりも上流側の吸気ラインとを接続し、タービンの下流側の排気ガスの一部をコンプレッサよりも上流側で吸気ガスに還流する低圧ＥＧＲ流路とを形成する。
【００３３】
また、高圧ＥＧＲ流路には、高圧ＥＧＲ流路におけるガスの流れを調節する高圧ＥＧＲ弁が配され、低圧ＥＧＲ流路には、低圧ＥＧＲ流路におけるガスの流れを調節する低圧ＥＧＲ弁が配される。
【００３４】
さらに、ＥＧＲ装置は、スロットル弁よりも下流側の吸気ガスの圧力を検出する吸気圧検出手段と、タービンよりも上流側の排気ガスの圧力を検出する排気圧検出手段と、高圧ＥＧＲ弁および低圧ＥＧＲ弁の動作を制御する制御手段とを備える。
【００３５】
また、制御手段は、吸気圧検出手段による検出値が排気圧検出手段による検出値よりも大きい場合に、高圧ＥＧＲ流路を通じてスロットル弁の下流側からタービンの上流側に流入させる吸気ガスの流量に対して目標値を算出し、高圧ＥＧＲ弁は、高圧ＥＧＲ流路を通る吸気ガスの流量の目標値に応じて動作制御される。また、排気ガスの還流量は、低圧ＥＧＲ弁に対する動作制御により操作される。
【００３６】
また、制御手段は、タービンよりも上流側の排気ガスの温度に対する上限値を設定する。そして、高圧ＥＧＲ流路を通る吸気ガスの流量の目標値は、タービンよりも上流側の排気ガスの温度が上限値以下となる範囲で最大となるように算出される。
さらに、制御手段は、上限値を、スロットル弁よりも下流側の吸気ガスの圧力、および内燃機関の回転数を変数とする関数として記憶しており、関数を利用して上限値を設定する。
【００３７】
実施形態２のＥＧＲ装置は、タービンの上流側からスロットル弁の下流側に向かって排気ガスが高圧ＥＧＲ流路を通過するのを防止する排気ガス通過防止手段と、排気ガス通過防止手段の機能を解除して、排気ガスに高圧ＥＧＲ流路を通過させる解除手段とを備え、解除手段は、制御手段により動作制御される。
【００３８】
実施形態３のＥＧＲ装置は、高圧ＥＧＲ流路に配されて、タービンの上流側からスロットル弁の下流側に向かって排気ガスが高圧ＥＧＲ流路を通過するのを防止する排気ガス通過防止手段と、排気ガス通過防止手段を迂回するように高圧ＥＧＲ流路から分岐し、再度、高圧ＥＧＲ流路に合流する迂回流路に配されて、迂回流路におけるガスの流れを調節する解除弁とを備え、解除弁は、制御手段により動作制御される。
【００３９】
実施形態４のＥＧＲ装置によれば、制御手段は、タービンよりも上流側の排気ガスの温度の数値を、スロットル弁よりも下流側の吸気ガスの圧力、および内燃機関の回転数を変数とする関数として記憶しており、関数を利用してタービンよりも上流側の排気ガスの温度を推定する。
【実施例】
【００４０】
〔実施例１の構成〕
実施例１のＥＧＲ装置１の構成を、図１に基づいて説明する。
ＥＧＲ装置１は、内燃機関２から排気された排気ガスの一部を吸気ライン３に還流して内燃機関２に吸入させるものであり、ターボチャージャー４を備える。
ここで、ターボチャージャー４とは、例えば、排気ガスのエネルギー（運動エネルギーおよび熱エネルギー）によりタービン５を回転させるとともにタービン５が発生する回転力でコンプレッサ６を駆動することにより、内燃機関２に吸入させる吸気ガスを圧縮し、圧縮後の吸気ガスをスロットル弁７経由で内燃機関２に送り込むものである。
【００４１】
また、ＥＧＲ装置１は、タービン５よりも上流側の排気ライン８とスロットル弁７よりも下流側の吸気ライン３とを接続し、タービン５の上流側の排気ガスの一部をスロットル弁７よりも下流側で吸気ガスに還流する高圧ＥＧＲ流路１１と、タービン５よりも下流側の排気ライン８とコンプレッサ６よりも上流側の吸気ライン３とを接続し、タービン５の下流側の排気ガスの一部をコンプレッサ６よりも上流側で吸気ガスに還流する低圧ＥＧＲ流路１２とを形成する。
【００４２】
また、高圧ＥＧＲ流路１１には、高圧ＥＧＲ流路１１におけるガスの流れを調節する高圧ＥＧＲ弁１３が配され、低圧ＥＧＲ流路１２には、低圧ＥＧＲ流路１２におけるガスの流れを調節する低圧ＥＧＲ弁１４が配される。さらに、高圧、低圧ＥＧＲ流路１１、１２には、それぞれ、高圧、低圧ＥＧＲ弁１３、１４よりも排気ライン８の側で排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１５、１６が配され、コンプレッサ６とスロットル弁７との間の吸気ライン３には、コンプレッサ６により圧縮された吸気ガスを冷却するインタークーラ１７が配されている。
【００４３】
また、ＥＧＲ装置１は、スロットル弁７よりも下流側の吸気ガスの圧力（スロットル下流圧）を検出する吸気圧検出手段２０と、タービン５よりも上流側の排気ガスの圧力（タービン上流圧）を検出する排気圧検出手段２１と、タービン５よりも上流側の排気ガスの温度（タービン上流温）を検出する排気温検出手段２２と、内燃機関２の回転数を検出する機関回転数検出手段２３と、高圧ＥＧＲ弁１３および低圧ＥＧＲ弁１４等の動作を制御する制御手段２４とを備える。
【００４４】
ここで、吸気圧、排気圧検出手段２０、２１、排気温検出手段２２、および機関回転数検出手段２３は周知のセンサである。そして、排気温検出手段２２は、排気ライン８において排気圧検出手段２１よりも下流側に配され、吸気圧検出手段２０は、吸気ライン３においてスロットル弁７よりも下流側に配されている。
【００４５】
また、制御手段２４は、各種の検出手段から検出信号の入力を受け、各種の制御処理等を行って制御信号を出力する周知構造のマイコン、および制御信号の入力により各種弁のアクチュエータである電動モータ等に通電する駆動回路等を含んで構成されている。
【００４６】
また、排気ライン８には、ターボチャージャー４による吸気ガスの過剰な圧縮を抑制する場合に開弁するウェストゲートバルブ２６が、タービン５を迂回するように配され、タービン５またはウェストゲートバルブ２６を経由した排気ガスは触媒２７に導かれる。また、吸気ライン３には、コンプレッサ６の上流側にエアクリーナ２８が配され、エアクリーナ２８を介して新気が吸気ライン３に導入される。
【００４７】
そして、高圧ＥＧＲ流路１１は、吸気圧検出手段２０とスロットル弁７との間の吸気ライン３と、排気圧検出手段２１と排気温検出手段２２との間の排気ライン８とを接続しており、低圧ＥＧＲ流路１２は、エアクリーナ２８とコンプレッサ６との間の吸気ライン３と、触媒２７よりも下流側の排気ライン８とを接続している。
【００４８】
〔実施例１の特徴〕
実施例１のＥＧＲ装置１の特徴を、図１および図２に基づいて説明する。
まず、制御手段２４は、吸気圧検出手段２０による検出値が排気圧検出手段２１による検出値よりも大きい場合（つまり、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも大きい場合）、高圧ＥＧＲ流路１１を通じてスロットル弁７の下流側の吸気ライン３からタービン５の上流側の排気ライン８に吸気ガスが流入するように高圧ＥＧＲ弁１３の動作を制御する。
【００４９】
すなわち、制御手段２４は、例えば、内燃機関２の回転数が高く過給圧が最高レベルに達してスロットル下流圧がタービン上流圧よりも大きくなっている場合、高圧ＥＧＲ流路１１を通じて吸気ライン３から排気ライン８に流入させる吸気ガスの流量に対して目標値を算出する。そして、高圧ＥＧＲ弁１３は、高圧ＥＧＲ流路１１を通る吸気ガスの流量（以下、高圧側通過吸気量と呼ぶ。）の目標値に応じて動作制御される。なお、排気ガスの還流量は、低圧ＥＧＲ弁１４に対する動作制御により操作される。
【００５０】
そして、高圧ＥＧＲ流路１１を通じてスロットル弁７の下流側からタービン５の上流側に吸気ガスが導入され、タービン５の上流側の排気ライン８では、排気ガス中に含まれる未燃燃料が導入された吸気ガスにより酸化される。このため、タービン５の上流側で排気ガスの熱エネルギーが増えるとともに、排気ガスの流量自体が増えるので、タービン５およびコンプレッサ６の仕事が未燃燃料の酸化に応じて増加する。
【００５１】
また、制御手段２４は、タービン上流温に対する上限値、つまり、排気温検出手段２２の検出値に対する上限値を設定する。そして、高圧側通過吸気量の目標値は、タービン上流温が上限値以下となる範囲で最大となるように算出される。
さらに、制御手段２４は、タービン上流温に対する上限値を、スロットル下流圧、および内燃機関２の回転数を変数とする関数（以下、上限値算出用関数と呼ぶ。）として記憶しており、上限値算出用関数を利用して上限値を設定する。
【００５２】
ここで、上限値は、未燃燃料の酸化に伴って昇温した排気ガスによるエキゾーストマニホールドやタービン５等の排気系構成部品の熱破壊を考慮して設定すべきものである。また、上限値算出用関数は、例えば、図２に示すようなスロットル下流圧と内燃機関２の回転数との相関に基づいて設定されている。また、上限値算出用関数は、例えば、図２に示す関数線に従うように設定されている。この関数線によれば、上限値は、関数線上を図示右上に移動するほど（つまり、スロットル下流圧が大きいほど、かつ内燃機関２の回転数が大きいほど、）小さい数値となる。
【００５３】
〔実施例１の制御方法〕
実施例１のＥＧＲ装置１による制御方法を、図３に示すメインのフローチャート、および図４に示すサブのフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ１でスロットル下流圧の数値を読み込み、ステップＳ２でタービン上流圧の数値を読み込む。ここで、ステップＳ１で読み込まれる数値は吸気圧検出手段２０による検出値であり、ステップＳ２で読み込まれる数値は排気圧検出手段２１による検出値である。
【００５４】
次に、ステップＳ３で、スロットル下流圧の数値がタービン上流圧の数値よりも大きいか否かを判断する。そして、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも大きいと判断すれば（ＹＥＳ）、ステップＳ４に進み、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも大きくないと判断すれば（ＮＯ）、ステップＳ５に進む。
【００５５】
ステップＳ４では、過給圧が高レベルであるとみなし、高圧ＥＧＲ流路１１における通過ガス流量の目標値算出に対するモードとして、過給圧高レベルモードを選択して実行する。ここで、過給圧高レベルモードとは、高圧ＥＧＲ流路１１を通じてスロットル弁７の下流側からタービン５の上流側に吸気ガスを流入させて未燃燃料の酸化を促進するため、高圧側通過吸気量の目標値を算出するものである。
【００５６】
また、過給圧高レベルモードにおける目標値算出は、図４に示すサブのフローチャートに従って実行される。
サブのフローチャートでは、まず、ステップＳ４−１でタービン上流温の数値を読み込む。ステップＳ４−１で読み込まれる数値は、排気温検出手段２２による検出値である。
【００５７】
次に、ステップＳ４−２でタービン上流温に対する上限値を算出する。この上限値の算出には、図２の相関に基づく上限値算出用関数が利用される。
次に、ステップＳ４−３で、タービン上流温が上限値よりも大きいか否かを判断する。そして、タービン上流温が上限値よりも大きいと判断すれば（ＹＥＳ）、ステップＳ４−４に進み、タービン上流温が上限値よりも大きくないと判断すれば（ＮＯ）、ステップＳ４−５に進む。
【００５８】
ステップＳ４−４では、排気系構成部品の熱破壊の虞が高いとみなして未燃燃料の酸化を抑制するべく、例えば、前回の処理で算出された高圧側通過吸気量の目標値から減算すべき低減量を算出する。そして、ステップＳ４−４からステップＳ４−５に進む。
【００５９】
ステップＳ４−５では、高圧側通過吸気量の目標値を算出する。ここで、ステップＳ４−３からステップＳ４−４を経由することなくステップＳ４−５に進んだ場合、例えば、空燃比に基づき推定される未燃燃料の流量に応じて目標値を算出する。また、ステップＳ４−４を経由してステップＳ４−５に進んだ場合、ステップＳ４−４で算出した低減量を利用して目標値を算出する。この結果、ステップＳ４−５において、高圧側通過吸気量の目標値は、タービン上流温が上限値以下となる範囲で最大となるように算出される。
以上により、過給圧高レベルモードにおける目標値算出が終了する。
【００６０】
ステップＳ５では、過給圧が通常以下であるとみなし、高圧ＥＧＲ流路１１における通過ガス流量の目標値算出に対するモードとして、過給圧通常モードを選択して実行する。ここで、過給圧通常モードとは、高圧ＥＧＲ流路１１を通じてタービン５の上流側からスロットル弁７の下流側に排気ガスを還流するものであり、通常のＥＧＲ操作に基づき高圧ＥＧＲ流路１１における排気ガス通過量の目標値を算出するものである。
そして、ステップＳ６で、高圧側通過吸気量、または排気ガス通過量の目標値に基づいて、高圧ＥＧＲ弁１３の開度の目標値を算出する。
【００６１】
〔実施例１の作用〕
実施例１のＥＧＲ装置１の作用を、図５に示すタイムチャートに基づいて説明する。
例えば、アクセルペダルの踏み込みを開始し、一定の時間的割合でアクセル開度を増加していき、その後、アクセル開度を一定の大きさに保つ場合を考える。この場合、過給圧は、当初、通常以下のレベルにあり、アクセル開度が増加している途中で高レベルに変化する。
【００６２】
まず、時間ｔ１でアクセルペダルの踏み込みが開始される。これにより、内燃機関２の負荷が上昇を開始し、過給圧も上昇を開始する。
なお、時間ｔ１以前では、内燃機関２は低負荷であってタービン上流圧の方がスロットル下流圧よりも大きいため、高圧ＥＧＲ流路１１では、吸気ガスの通過はなく排気ガスの還流が行われている。また、排気ガスの還流は、高圧ＥＧＲ流路１１のみで行われており、低圧ＥＧＲ流路１２では行われていない。
【００６３】
アクセル開度の増加に伴い、内燃機関２の負荷が上昇していくとともに過給圧も上昇していく。これにより、タービン上流圧およびスロットル下流圧は、互いの差分を縮小しながら上昇していく。また、高圧ＥＧＲ弁１３の開度が大きくなっていき、高圧ＥＧＲ弁１３の開度上昇に応じて、高圧ＥＧＲ流路１１を通じて還流される排気ガスの流量も大きくなっていく。
【００６４】
次に、時間ｔ２で、低圧ＥＧＲ流路１２を介する排気ガスの還流が開始され、その後、低圧ＥＧＲ流路１２を介する排気ガスの還流量が増加していき、併せて、高圧ＥＧＲ流路１１を介する排気ガスの還流量が低減していく。
次に、時間ｔ３で、スロットル下流圧とタービン上流圧とが等しくなり、高圧ＥＧＲ流路１１を経由する排気ガスの還流が不可能になると、高圧ＥＧＲ弁１３の開度がゼロになり、排気ガスの還流は低圧ＥＧＲ流路１２のみで行われるようになる。
【００６５】
その後、過給圧の上昇に併せて、スロットル下流圧の方がタービン上流圧よりも大きくなり、互いの差分も拡大していく。また、スロットル下流圧の方がタービン上流圧よりも大きくなったことで、過給圧が高レベルになっていると見なされ、タービン５の上流側に吸気ガスを流入させて未燃燃料の酸化を促進するべく、高圧ＥＧＲ弁１３の開度がゼロから再度大きくなっていき、高圧ＥＧＲ弁１３の開度上昇に応じて高圧側通過吸気量が大きくなっていく。
【００６６】
〔実施例１の効果〕
実施例１のＥＧＲ装置１によれば、制御手段２４は、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも大きい場合に、高圧側通過吸気量に対して目標値を算出し、高圧ＥＧＲ弁１３は、高圧側通過吸気量の目標値に応じて動作制御される。また、排気ガスの還流量は、低圧ＥＧＲ弁１４に対する動作制御により操作される。
【００６７】
ここで、例えば、内燃機関２の回転数が高いときに過給圧が最高レベルに達している場合、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも大きくなっている。そこで、内燃機関２の回転数が高く過給圧が最高レベルに達している場合に、高圧ＥＧＲ流路１１を通じてスロットル弁７の下流側からタービン５の上流側に吸気ガスを導入する。これにより、タービン５の上流側では、排気ガス中に含まれる未燃燃料が吸気ガスにより酸化される。
【００６８】
このため、タービン５の上流側で排気ガスの熱エネルギーを増やすことができるとともに、排気ガスの流量自体を増やすことができるので、タービン５およびコンプレッサ６の仕事を未燃燃料の酸化に応じて増やすことができる。したがって、過給圧が最高レベルに達している状態でも、コンプレッサ６の仕事を増やすことが可能である。この結果、従来のように排気ガスの還流量がゼロで過給圧が最高レベルに達している場合に比べて、新気の吸入量を減らさずに、低圧ＥＧＲ流路１２を介して還流した排気ガスを追加的に内燃機関２に吸入させることができる。
【００６９】
また、新気の吸入量が減ることなく、還流された排気ガスが追加的に内燃機関２に吸入されるので、排気ガスの流量がさらに増加する。このため、さらにタービン５およびコンプレッサ６の仕事を増やすことができる。
以上により、ターボチャージャー４を備えるＥＧＲ装置１において、過給圧が最高レベルに達している状態で排気ガスを還流しても、過給圧を最高レベルに維持して吸気ガスの内燃機関２への吸入量を低下させず、最高トルクの低下を抑制することができる。
【００７０】
また、過給圧が最高レベルにあるときでも排気ガスの還流を行うことができるので、点火時期を進角させてもノックを抑制することができる。このため、燃費やトルクを向上することができる。
【００７１】
また、制御手段２４は、タービン上流温に対する上限値を算出し、タービン上流温が上限値以下となる範囲で最大となるように高圧側通過吸気量の目標値を算出する。
これにより、未燃燃料の酸化によるタービン５およびコンプレッサ６の仕事増加の効果を最大限に高めつつ、未燃燃料の酸化によって昇温した排気ガスによる排気系構成部品の熱破壊の虞を低減することができる。
【００７２】
また、制御手段２４は、上限値を、スロットル下流圧、および内燃機関２の回転数を変数とする上限値算出用関数として記憶しており、上限値算出用関数を利用して上限値を設定する。
これにより、例えば、上限値を熱破壊に耐えうる数値よりも低くなるように、内燃機関２の運転状態に応じて設定することができる。このため、制御の遅れやむだ時間等によるタービン上流温の過昇温を防止することができる。
【００７３】
〔実施例２〕
実施例２のＥＧＲ装置１は、図６および図７に示すように、タービン５の上流側からスロットル弁７の下流側に向かって排気ガスが高圧ＥＧＲ流路１１を通過するのを防止する排気ガス通過防止手段３０と、排気ガス通過防止手段３０の機能を解除して、排気ガスに高圧ＥＧＲ流路１１を通過させる解除手段３１とを備え、解除手段３１は、制御手段２４により動作制御される。
【００７４】
ここで、排気ガス通過防止手段３０は、例えば、タービン５の上流側からスロットル弁７の下流側への排気ガスの通過を遮断するとともに、スロットル弁７の下流側からタービン５の上流側への吸気ガスの通過を許容する逆止弁である。また、解除手段３１は、例えば、電磁ソレノイドによる磁気力により解除棒３２を突出させて逆止弁に当接させ、さらに解除棒３２を突出させることにより逆止弁を弾性変形させて強制的に開弁するものである。
【００７５】
これにより、吸気ガスを通過させるために高圧ＥＧＲ弁１３を開弁しているときに、排気脈動により高圧ＥＧＲ流路１１を排気ガスが通過するのを阻止することができる。すなわち、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも平均的に大きくても、排気脈動により瞬間的に、タービン上流圧がスロットル下流圧よりも大きくなることがある。
【００７６】
そこで、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも平均的に大きい場合に、排気ガス通過防止手段３０により、タービン５の上流側からスロットル弁７の下流側に排気ガスが流入するのを阻止することで、高圧ＥＧＲ流路１１を経由する排気ガスの還流を防止する。これにより、スロットル下流圧がタービン上流圧よりも平均的に大きく、排気ガスの還流を低圧ＥＧＲ流路１２のみを経由して行うべき場合に、排気ガスの還流量の推定精度が低下するのを阻止することができる。
【００７７】
また、中低負荷時のように、高圧ＥＧＲ流路１１を経由して排気ガスを還流すべき場合には、解除手段３１により排気ガス通過防止手段３０の機能を強制的に解除して排気ガスに高圧ＥＧＲ流路１１を通過させることで、高圧ＥＧＲ流路１１を経由する排気ガスの還流を実現することができる。
【００７８】
〔実施例３〕
実施例３のＥＧＲ装置１によれば、図８に示すように、排気ガス通過防止手段３０を迂回するように高圧ＥＧＲ流路１１から分岐し、再度、高圧ＥＧＲ流路１１に合流する迂回流路３４が設けられている。そして、迂回流路３４には、迂回流路３４におけるガスの流れを調節する解除弁３５が配され、解除弁３５は、制御手段２４により動作制御される。
これにより、実施例２のＥＧＲ装置１と同様の作用効果を奏することができる。
【００７９】
〔実施例４〕
実施例４のＥＧＲ装置１によれば、制御手段２４は、タービン上流温の数値を、スロットル下流圧、および内燃機関２の回転数を変数とする関数（以下、温度推定用関数と呼ぶ。）として記憶しており、温度推定用関数を利用してタービン上流温を推定する。
【００８０】
温度推定用関数は、例えば、図９に示すようなスロットル下流圧と内燃機関２の回転数との相関に基づいて設定されている。また、温度推定用関数は、例えば、図９に示す関数線に従うように設定されている。この関数線によれば、タービン上流温の数値は、関数線上を図示右上に移動するほど（つまり、スロットル下流圧が大きいほど、かつ内燃機関２の回転数が大きいほど）大きい数値となる。
【００８１】
これにより、排気温検出手段２２としての温度センサが不要になり、吸気圧検出手段２０、機関回転数検出手段２３および制御手段２４等により排気温検出手段２２の機能を代替できるので、ＥＧＲ装置１をコストダウンすることができる。
【００８２】
〔変形例〕
ＥＧＲ装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例のＥＧＲ装置１によれば、制御手段２４は、タービン上流温に対する上限値を、スロットル下流圧、および内燃機関２の回転数を変数とする上限値算出用関数を利用して設定したが、上限値を一定の数値として設定してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１  ＥＧＲ装置
２  内燃機関
３  吸気ライン
４  ターボチャージャー
５  タービン
６  コンプレッサ
７  スロットル弁
８  排気ライン
１１  高圧ＥＧＲ流路
１２  低圧ＥＧＲ流路
１３  高圧ＥＧＲ弁
１４  低圧ＥＧＲ弁
２０  吸気圧検出手段
２１  排気圧検出手段
２４  制御手段
３０  排気ガス通過防止手段
３１  解除手段
３４  迂回流路
３５  解除弁
【図１】
2012057497.tif 000003
【図２】
2012057497.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012057497.tif 000006
【図５】
2012057497.tif 000007
【図６】
2012057497.tif 000008
【図７】
2012057497.tif 000009
【図８】
2012057497.tif 000010
【図９】
2012057497.tif 000011