(57)【要約】【課題】機関暖機のために排気熱を有効に活用することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】各気筒２は、タービン２４ｂに通じる第１排気通路３２を開閉する第１排気弁３０Ａと、タービン２４ｂ下流に通じる第２排気通路３４を開閉する第２排気弁３０Ｂとを有する。第１排気通路３２のタービン２４ｂ上流と吸気通路１８とは、ＥＧＲ通路４２により接続されている。ＥＧＲ通路４２の途中と第２排気通路３４とは、連絡通路５０により接続されている。連絡通路５０の接続位置よりも上流のＥＧＲ通路４２には、エンジン冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うＥＧＲクーラ４６が設けられている。エンジン冷間時には、第１排気通路３２を流れる排気ガスの一部が、ＥＧＲ通路４２及び連絡通路５０を通って第２排気通路３４に導かれる。【選択図】図１
2009191678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記過給機のタービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第１排気通路の前記タービンの上流と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中と前記第２排気通路とを接続する連絡通路と、
前記連絡通路が接続された位置よりも上流の前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記内燃機関の冷却水と前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスとの間で熱交換を行うＥＧＲクーラとを備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記排気制御弁の開度を制御する制御手段とを更に備え、
前記制御手段は、機関冷間時に前記排気制御弁を開弁することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記排気制御弁の開度を制御する制御手段と、
前記内燃機関の過給圧を取得する過給圧取得手段とを更に備え、
前記制御手段は、前記過給圧が基準値以上である場合に、前記排気制御弁を開弁することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記排気制御弁の開度を制御する制御手段と、
前記連絡通路が接続された位置よりも上流の前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ触媒とを更に備え、
前記制御手段は、機関冷間時又は空燃比リッチ時に、前記排気制御弁を開弁することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記連絡通路が接続された位置よりも下流の前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記排気制御弁及び前記ＥＧＲ弁の開度を制御する制御手段とを更に備え、
前記制御手段は、ＥＧＲ要求量が基準値以下である場合に、前記排気制御弁を開弁した後に、前記ＥＧＲ弁の開度を制御することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記連絡通路が接続された位置よりも下流の前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記排気制御弁及び前記ＥＧＲ弁の開度を制御する制御手段とを更に備え、
前記制御手段は、減速時に、減速前に比して前記排気制御弁の開度を大きくすると共に前記ＥＧＲ弁の開度を小さくすることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に係り、特にＥＧＲの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒毎に、タービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、タービンを通らない第２排気通路を開閉する第２排気弁とを備えた装置（独立排気エンジン）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の装置によれば、タービンと、第１排気通路と第２排気通路の合流点との間に、吸気系へのＥＧＲ通路が接続されている。
【０００３】
また、第１排気弁と連通する排気通路と、第２排気弁と連通する排気通路とが相互に接続された後、タービンに導かれる装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２の装置によれば、一方の排気通路にのみＥＧＲ通路が接続され、このＥＧＲ通路の接続箇所よりも下流の排気通路に制御弁が設けられている。この制御弁の制御により、確実にＥＧＲを環流させることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１０４４９号公報
【特許文献２】特開２００２−３０９８０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、通常は、機関冷間時にＥＧＲ弁が閉弁されるため、ＥＧＲが行われない。そうすると、排気ガスはＥＧＲ通路に導かれず、そのまま排気系を通過するだけである。よって、従来は、機関暖機のために排気熱を有効に活用することができていなかった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、機関暖機のために排気熱を有効に活用することが可能な内燃機関の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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記過給機のタービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第１排気通路の前記タービンの上流と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中と前記第２排気通路とを接続する連絡通路と、
前記連絡通路が接続された位置よりも上流の前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記内燃機関の冷却水と前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスとの間で熱交換を行うＥＧＲクーラとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記排気制御弁の開度を制御する制御手段とを更に備え、
前記制御手段は、機関冷間時に前記排気制御弁を開弁することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記排気制御弁の開度を制御する制御手段と、
前記内燃機関の過給圧を取得する過給圧取得手段とを更に備え、
前記制御手段は、前記過給圧が基準値以上である場合に、前記排気制御弁を開弁することを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記排気制御弁の開度を制御する制御手段と、
前記連絡通路が接続された位置よりも上流の前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ触媒とを更に備え、
前記制御手段は、機関冷間時又は空燃比リッチ時に、前記排気制御弁を開弁することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１の発明において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記連絡通路が接続された位置よりも下流の前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記排気制御弁及び前記ＥＧＲ弁の開度を制御する制御手段とを更に備え、
前記制御手段は、ＥＧＲ要求量が基準値以下である場合に、前記排気制御弁を開弁した後に、前記ＥＧＲ弁の開度を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１の発明において、
前記連絡通路の途中に設けられた排気制御弁と、
前記連絡通路が接続された位置よりも下流の前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記排気制御弁及び前記ＥＧＲ弁の開度を制御する制御手段とを更に備え、
前記制御手段は、減速時に、減速前に比して前記排気制御弁の開度を大きくすると共に前記ＥＧＲ弁の開度を小さくすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明では、ＥＧＲ通路と第２排気通路とが連絡通路により接続されている。第１排気通路のタービン上流の排気圧は、第２排気通路の排気圧よりも高い。このため、第１排気通路を流れる排気ガスの一部を、吸気通路だけでなく、第２排気通路に環流させることができる。第１の発明によれば、第１排気通路から取り出した排気ガスをＥＧＲ通路を介して第２排気通路に流すことにより、ＥＧＲクーラに排気ガスを流すことができる。ＥＧＲクーラでは、機関冷却水と排気ガスとの間で熱交換が行われる。これにより、機関暖機のために排気熱を有効に活用することができる。
【００１４】
第２の発明では、機関冷間時に、連絡通路の途中に設けられた排気制御弁が開弁される。これにより、機関冷間時に、ＥＧＲクーラに排気ガスを流すことができる。従って、排気熱により内燃機関の冷却水を暖めることができる。よって、内燃機関の暖機性を向上させることができる。これにより、排気エミッション特性を向上させることができる。
【００１５】
第３の発明では、過給圧が基準値以上である場合に、排気制御弁が開弁される。これにより、タービンに供給される排気ガス量が減らされる。その結果、タービン回転数及び過給圧を低くすることができる。従って、排気制御弁により過給圧を制御可能であるため、従来過給機と一体構成されていたウエストゲート弁を省略することができる。
【００１６】
第４の発明では、パティキュレートが発生しやすい機関冷間時および空燃比リッチ時に、排気制御弁が開弁される。ＥＧＲ触媒により排気ガス中のパティキュレートを浄化することで、パティキュレートの排出量を減少させることができる。さらに、タービンをバイパスして第２排気通路に導かれる排気ガス量が増えるため、触媒の暖機性を向上させることができ、排気エミッション特性を向上させることができる。
【００１７】
第５の発明では、ＥＧＲ要求量が基準値以下である場合には、排気制御弁が開弁された後に、ＥＧＲ弁の開度が制御される。排気制御弁が開弁されると、閉弁時に比してＥＧＲ弁前後の差圧が小さくされる。これにより、ＥＧＲ弁の一定開度変化に対するＥＧＲの制御量が少なくされる。この状態で、ＥＧＲ弁の開度制御が行われるため、微小なＥＧＲ量の調整を行うことができる。従って、第５の発明によれば、ＥＧＲ制御性を向上させることができる。
【００１８】
第６の発明では、減速時に、減速前に比して排気制御弁の開度が大きくされると共に、ＥＧＲ弁の開度が小さくされる。ここで、減速時にＥＧＲ弁の開度を小さくすると、ＥＧＲ前後の差圧が著しく増加するため、ＥＧＲ量が過渡的に上昇してしまう。しかし、減速前に比して排気制御弁の開度を大きくすることで、ＥＧＲ前後の差圧を低減することができるため、減速時のＥＧＲ量の過渡的な上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２０】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。本実施の形態１のシステムは、過給機（ターボチャージャ）を有する独立排気エンジンシステムである。
【００２１】
図１に示すシステムは、複数の気筒２を有するエンジン１を備えている。エンジン１として、例えば、直列４気筒のディーゼルエンジンを用いることができる。各気筒２のピストン（図示せず）は、それぞれクランク機構を介して共通のクランク軸４に接続されている。クランク軸４の近傍には、クランク軸４の回転角度（クランク角CA）を検出するクランク角センサ５が設けられている。また、エンジン１には、冷却水温Twを検出する水温センサ３が設けられている。
【００２２】
エンジン１は、各気筒２に対応して、インジェクタ６を有している。インジェクタ６は、高圧の燃料を気筒２内に直接噴射するように構成されている。各インジェクタ６は、共通のデリバリーパイプ７に接続されている。デリバリーパイプ７は、燃料ポンプ８を介して燃料タンク９に連通している。
【００２３】
また、エンジン１は、各気筒２に対応して吸気ポート１０を有している。吸気ポート１０には、複数の吸気弁１２が設けられている。吸気弁１２には、吸気弁１２の開弁特性（開閉時期及びリフト量）を変更可能な可変動弁機構１３が接続されている。可変動弁機構１３としては、公知の電磁駆動弁機構や機械式もしくは油圧式可変動弁機構等を用いることができる。
【００２４】
また、各吸気ポート１０は、共通の吸気マニホールド１６に接続されている。吸気マニホールド１６には、過給圧センサ１７が設けられている。過給圧センサ１７は、後述するコンプレッサ２４ａによって過給された空気（以下「過給空気」という。）の圧力、すなわち、吸気系圧力である過給圧PIMを測定するように構成されている。
【００２５】
吸気マニホールド１６には吸気通路１８が接続されている。吸気通路１８の途中には、スロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０は、スロットルモータ２１により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２０は、アクセル開度センサ２３により検出されるアクセル開度AA等に基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ２０の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ２２が設けられている。スロットルバルブ２０の上流には、過給空気を冷却するためのインタークーラ２５が設けられている。
【００２６】
インタークーラ２５の上流には、過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、図示しない連結軸を介してタービン２４ｂと連結されている。タービン２４ｂは、後述する第１排気通路３２に設けられている。このタービン２４ｂが排気動圧（排気エネルギ）により回転駆動されることに伴って、コンプレッサ２４ａが回転駆動される。コンプレッサ２４ａの上流には、エアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６は、吸入空気量Gaを検出するように構成されている。
【００２７】
また、エンジン１は、各気筒２に対応して第１排気弁３０Ａと第２排気弁３０Ｂとを有している。第１排気弁３０Ａは、タービン２４ｂに通じる第１排気通路３２を開閉するものである。タービン２４ｂは、第１排気通路３２を流通する排気動圧によって回転駆動されるように構成されている。また、第２排気弁３０Ｂは、タービン２４ｂに通じない第２排気通路３４、すなわち、タービン２４ｂをバイパスする第２排気通路３４を開閉するものである。
【００２８】
これらの排気弁３０Ａ，３０Ｂには、排気弁３０Ａ，３０Ｂの開弁特性（開閉時期及びリフト量）を変更可能な可変動弁機構３１が接続されている。可変動弁機構３１としては、上記可変動弁機構１３と同様に、公知の電磁駆動弁機構や機械式もしくは油圧式可変動弁機構等を用いることができる。
【００２９】
第１排気通路３２と第２排気通路３４の合流点３５よりも下流の排気通路３６には、排気空燃比を検出する空燃比センサ３８が設けられている。空燃比センサ３８の下流には、始動時触媒３９としての酸化触媒が設けられている。酸化触媒３９は、ＨＣやＣＯを酸化する機能を有する。
【００３０】
酸化触媒３９の下流には、ＮＯｘ触媒４０が設けられている。ＮＯｘ触媒４０は、空燃比が理論空燃比より大きい雰囲気中、つまり理論空燃比よりリーンな雰囲気中では排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中、つまり理論空燃比以下のリッチの雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。このＮＯｘ触媒４０は、排気ガス中のパティキュレート（particulate）を捕集する機能を併せ持っている。なお、酸化触媒３９とＮＯｘ触媒４０とは、１つの容器内に収納されていてもよい。
【００３１】
タービン２４ｂよりも上流の第１排気通路３２には、ＥＧＲ通路４２の一端が接続されている。このＥＧＲ通路４２の他端は、吸気通路１８に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路４２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。
【００３２】
ＥＧＲ通路４２の途中には、ＥＧＲ触媒４４が設けられている。ＥＧＲ触媒４４として酸化触媒を用いることができる。ＥＧＲ触媒４４下流のＥＧＲ通路４２には、ＥＧＲクーラ４６が設けられている。ＥＧＲクーラ４６は、ＥＧＲ通路４２を流れる排気ガスを、機関冷却水により冷却するように構成されている。このＥＧＲクーラ４６において、排気ガスと機関冷却水との熱交換が行われる。
【００３３】
ＥＧＲクーラ４６下流のＥＧＲ通路４２には、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁４８が設けられている。ＥＧＲ弁４８は、吸気通路１８近傍のＥＧＲ通路４２に設けられている。ＥＧＲ弁４８は、駆動源としてステッピングモータ（図示せず）を有している。このＥＧＲ弁４８が開弁されると、排気ガスの一部がＥＧＲ触媒４４及びＥＧＲクーラ４６を通って吸気通路１８に戻される。ＥＧＲ弁４８の開度を大きくするほど、ＥＧＲ通路４２を通る排気ガス量（すなわち、外部ＥＧＲ量もしくは外部ＥＧＲ率）を増大させることができる。
【００３４】
ＥＧＲ弁４８とＥＧＲクーラ４６の間のＥＧＲ通路４２には、連絡通路５０の一端が接続されている。連絡通路５０の他端は、第２排気通路３４に接続されている。連絡通路５０の途中には、連絡通路５０内の排気ガス流量を制御する排気制御弁５２が設けられている。
【００３５】
本実施の形態１のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力側には、水温センサ３、クランク角センサ５、過給圧センサ１７、スロットル開度センサ２２、アクセル開度センサ２３、エアフロメータ２６、空燃比センサ３８等が接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、燃料ポンプ８、可変動弁機構１３，３１、スロットルモータ２１、ＥＧＲ弁４８、排気制御弁５２等が接続されている。
ＥＣＵ６０は、クランク角CAに基づいて、エンジン回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、吸入空気量Ga等に基づいて、エンジン負荷（負荷率）KL[%]を算出する。また、ＥＣＵ６０は、吸入空気量Ga及び目標空燃比から、インジェクタ６からの燃料噴射量Qを算出する。この燃料噴射量Qは、公知のフィードバック制御等により補正され得る。また、ＥＣＵ６０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼルエンジン１の運転状態を制御する。
【００３６】
［実施の形態１の特徴］
上記システムでは、タービン２４ｂ上流にＥＧＲ通路４２が接続されている。排気圧が高いタービン２４ｂ上流からＥＧＲの取り出しを行うことで、過給時に多量の外部ＥＧＲを実施することができる。
【００３７】
ところで、エンジンが冷間状態であるとき（以下「エンジン冷間時」という。）には、燃焼安定性を確保するため、通常は外部ＥＧＲが実施されない。すなわち、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁が閉弁されるため、吸気通路への排気ガスの環流が実施されない。そうすると、排気ガスは、そのまま排気系を通るだけである。この場合、エンジン暖機のために排気熱を有効に活用できていない。
【００３８】
そこで、本実施の形態１のシステムでは、ＥＧＲクーラ４６下流のＥＧＲ通路４２と、第２排気通路３４とを接続する連絡通路５０を設けた。そして、連絡通路５０の途中に、排気制御弁５２を設けた。
そして、エンジン冷間時に、この排気制御弁５２が開弁される。このとき、第１排気通路３２におけるタービン２４ｂ上流の排気圧の方が、第２排気通路３４の排気圧よりも高い。これにより、ＥＧＲ弁４８が閉弁された場合（すなわち、外部ＥＧＲが実施されない場合）であっても、第１排気通路３２の排気ガスの一部が、ＥＧＲ通路４２、連絡通路５０及び第２排気通路３４を流れることとなる。よって、外部ＥＧＲを実施しない場合であっても、排気ガスがＥＧＲクーラ４６を通ることとなる。このＥＧＲクーラ４６では、排気ガスと機関冷却水との間で熱交換が行われる。このため、エンジン１が冷間状態であるときには、排気熱によって機関冷却水が暖められる。そうすると、エンジン１の暖機を促進することができ、燃費向上や排気エミッション特性の向上を図ることができる。
【００３９】
［実施の形態１における具体的処理］
図２は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の間隔毎に起動されるものである。
【００４０】
図２に示すルーチンによれば、先ず、冷却水温Twを取得する（ステップ１００）。このステップ１００では、水温センサ３により検出された冷却水温Twが、ＥＣＵ６０内に読み込まれる。次に、上記ステップ１００で取得された冷却水温Twが基準値Twth以下であるか否かを判別する（ステップ１０２）。このステップ１０２では、冷却水温Twに基づいて、エンジン冷間時であるか否かが判別される。
【００４１】
上記ステップ１０２で冷却水温Twが基準値Twth以下であると判別された場合には、エンジン冷間時であると判断される。この場合、排気制御弁５２が開弁される（ステップ１０４）。これにより、第１排気通路３２を流れる排気ガスの一部が、ＥＧＲ通路４２及び連絡通路５０を介して第２排気通路３４に流れる。その結果、ＥＧＲ通路４２に設けられたＥＧＲクーラ４６を排気ガスが流れるため、排気熱により機関冷却水が暖められる。ステップ１０４の処理の後、本ルーチンを終了する。
【００４２】
一方、上記ステップ１０２で冷却水温Twが基準値Twthよりも高いと判別された場合には、エンジン１の暖機が終了しているため、連絡通路５０に排気ガスを流す必要がないと判断される。すなわち、排気熱により機関冷却水を暖める必要がないと判断される。この場合、排気制御弁５２が閉弁される（ステップ１０６）。その後、本ルーチンを終了する。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態１では、エンジン冷間時（すなわち、冷却水温Twが基準値Twth以下である場合）に、排気制御弁５２が開弁される。そうすると、第１排気通路３２と第２排気通路３４とが、ＥＧＲ通路４２及び連絡通路５０を介して連通する。第１排気通路３２のタービン２４ｂ上流の排気圧の方が、第２排気通路３４の排気圧よりも高い。よって、第１排気通路３２を流れる排気ガスの一部が、ＥＧＲ通路４２及び連絡通路５０を介して第２排気通路３４に流れる。その結果、ＥＧＲ通路４２に設けられたＥＧＲクーラ４６を排気ガスが流れるため、排気熱により機関冷却水を暖めることができる。従って、エンジン１の暖機性を向上させることができるため、燃費効果や排気エミッション特性を向上させることができる。
【００４４】
ところで、本実施の形態１では、ＥＧＲ触媒４４がＥＧＲクーラ４６よりも上流側に設けられているが、連絡通路５０の接続点４７よりも上流側のＥＧＲ通路４２であればＥＧＲ触媒４４及びＥＧＲクーラ４６の設置位置は任意である。例えば、ＥＧＲ触媒４４をＥＧＲクーラ４６よりも下流側に設けてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態１では、本発明をディーゼルエンジンに適用した場合について説明したが、本発明をガソリンエンジンに適用した場合に適用してもよい。
【００４６】
尚、本実施の形態１においては、過給機２４が第１の発明における「過給機」に、タービン２４ｂが第１の発明における「タービン」に、第１排気通路３２が第１の発明における「第１排気通路」に、第１排気弁３０Ａが第１の発明における「第１排気弁」に、第２排気通路３４が第１の発明における「第２排気通路」に、第２排気弁３０Ｂが第１の発明における「第２排気弁」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、ＮＯｘ触媒４０が第１の発明における「触媒」に、ＥＧＲ通路４２が第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、連絡通路５０が第１の発明における「連絡通路」に、ＥＧＲクーラ４６が第１の発明における「ＥＧＲクーラ」に、排気制御弁５２が第２〜第６の発明における「排気制御弁」に、ＥＧＲ触媒４４が第４の発明における「ＥＧＲ触媒」に、ＥＧＲ弁４８が第５及び第６の発明における「ＥＧＲ弁」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０２，１０４の処理を実行することにより第２の発明における「制御手段」が実現されている。
【００４７】
実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００４８】
［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、エンジン冷間時（暖機中）は排気制御弁５２が開弁され、エンジン１の暖機後は排気制御弁５２が閉弁される。
ところで、過給圧を制御するために、従来はウエストゲート弁が過給機と一体構成されている。このウエストゲート弁を開くことで、タービンをバイパスして排気することができる。その結果、タービン回転数及び過給圧を低くすることができる。
【００４９】
本実施の形態２では、過給圧PIMが目標値PIMtrg以上となったときに、排気制御弁５２を開弁する。これにより、ＥＧＲ通路４２及び連絡通路５０を介して第２排気通路３４に供給される排気ガス量、すなわち、タービン２４ｂをバイパスする排気ガス量を増やすことができる。よって、タービン２４ｂに供給される排気ガス量を減らすことができ、タービン回転数及び過給圧を低くすることができる。従って、排気制御弁５２により過給圧制御を実施することができる。
【００５０】
［実施の形態２における具体的処理］
図３は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の間隔毎に起動されるものである。
【００５１】
図３に示すルーチンによれば、図２に示すルーチンと同様に、冷却水温Twを取得し（ステップ１００）、取得した冷却水温Twが基準値Twth以下であるか否かを判別する（ステップ１０２）。このステップ１０２で冷却水温Twが基準値Twth以下であると判別された場合、すなわちエンジン冷間時には、排気制御弁５２が開弁される（ステップ１０４）。その後、本ルーチンを終了する。
【００５２】
上記ステップ１０２で冷却水温Twが基準値Twthよりも高いと判別された場合には、過給圧PIMを取得する（ステップ１０７）。このステップ１０７では、過給圧センサ１７により検出された過給圧PIMが、ＥＣＵ６０内に読み込まれる。そして、上記ステップ１０７で取得された過給圧PIMが目標過給圧PIMtrgよりも高いか否かを判別する（ステップ１０８）。この目標過給圧PIMtrgは、本ルーチンとは別のルーチンにより算出された値が読み込まれる。このステップ１０８では、タービン２４ｂをバイパスする排気ガス量を増やす必要があるか否かが判別される。
【００５３】
上記ステップ１０８で過給圧PIMが目標過給圧PIMtrgよりも高いと判別された場合には、タービン２４ｂをバイパスする排気ガス量を増やす必要があると判断される。この場合、排気制御弁５２が開弁される（ステップ１０４）。その後、本ルーチンを終了する。
【００５４】
一方、上記ステップ１０８で過給圧PIMが目標過給圧PIMtrg以下であると判別された場合には、排気制御弁５２が閉弁される（ステップ１１０）。その後、本ルーチンを終了する。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態２では、過給圧PIMが目標過給圧PIMtrgよりも高い場合に、排気制御弁５２が開弁される。これにより、タービン２４ｂに供給される排気ガス量が減少せしめられる。その結果、タービン回転数（ターボ回転数）及び過給圧PIMを低くすることができる。このように排気制御弁５２を用いて過給圧制御が可能であるため、従来過給機と一体構成されていたウエストゲート弁を省略することができる。
【００５６】
尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０２，１０４の処理を実行することにより第２の発明における「制御手段」が、ステップ１０８，１０４の処理を実行することにより第３の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００５７】
実施の形態３．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５８】
［実施の形態３の特徴］
エンジン冷間時（例えば、エンジン始動直後等）には、筒内で燃料と空気のミキシング不良が発生しやすいため、パティキュレートが発生しやすい。さらに、エンジン冷間時には、ＮＯｘ触媒４０が十分に暖機されていない可能性が高い。その結果、車両から排出されるパティキュレートの量が増加する可能性がある。
【００５９】
また、ＯＴ増量やリッチスパイク等が実施される空燃比リッチ時には、吸入空気に対して燃料が過多となる。このため、筒内燃焼時の酸素不足により、パティキュレートが発生しやすい。さらに、空燃比リッチ時には、ＮＯｘ触媒４０の浄化率が低下する。その結果、エンジン冷間時と同様に、車両から排出されるパティキュレートの量が増加する可能性が高い。
【００６０】
そこで、本実施の形態３では、空燃比リッチ時や、エンジン冷間時に、排気制御弁５２が開弁される。このとき、第１排気通路３２におけるタービン２４ｂ上流の排気圧の方が、第２排気通路３４の排気圧よりも高い。これにより、ＥＧＲ弁４８が閉弁された場合であっても、第１排気通路３２の排気ガスの一部が、ＥＧＲ通路４２、連絡通路５０及び第２排気通路３４を流れることとなる。
【００６１】
ここで、図１に示すように、ＥＧＲ通路４２にはＥＧＲ触媒４４が設けられている。ＥＧＲ触媒４４として用いられる酸化触媒は、パティキュレート浄化機能をある程度有している。このため、空燃比リッチ時や、エンジン始動開始直後等のエンジン冷間時に、ＥＧＲ触媒４４に積極的に排気ガスを導入することにより、車両からのパティキュレート排出量を減少させることができる。
【００６２】
なお、酸化触媒にパティキュレート浄化機能（例えば、トラップ機能や連続浄化機能）を付与したものをＥＧＲ触媒４４として用いてもよい。これにより、ＥＧＲ触媒４４によるパティキュレート低減効果が増大するため、車両からのパティキュレート排出量を更に低減することができる。
【００６３】
［実施の形態３における具体的処理］
図４は、本実施の形態３において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の間隔毎に起動されるものである。
【００６４】
図４に示すルーチンによれば、先ず、冷却水温Twと空燃比A/Fとを取得する（ステップ１０１）。このステップ１０１では、水温センサ３により検出された冷却水温Twと、空燃比センサ３８により検出された空燃比A/Fとが、ＥＣＵ６０内に読み込まれる。なお、空燃比A/Fは、吸入空気量Gaや燃料噴射量Q等により推定してもよい。
【００６５】
次に、図２に示すルーチンと同様に、冷却水温Twが基準値Twth以下であるか否かを判別する（ステップ１０２）。このステップ１０２で冷却水温Twが基準値Tw以下であると判別された場合、すなわち、エンジン冷間時には、パティキュレート排出量が増加する可能性が高いと判断される。つまり、ＥＧＲ触媒４４に積極的に排気ガスを導く必要があると判断される。よって、この場合、排気制御弁５２が開弁される（ステップ１０４）。
【００６６】
一方、上記ステップ１０２で冷却水温Twが基準値Twthよりも高いと判別された場合、すなわち、エンジン暖機完了後には、上記ステップ１０１で所得された空燃比A/Fが基準値よりもリッチであるか否かを判別する（ステップ１０３）。このステップ１０３で空燃比A/Fがリッチであると判別された場合も、上記のエンジン冷間時と同様に、パティキュレート排出量が増加する可能性が高いため、ＥＧＲ触媒４４に積極的に排気ガスを導く必要があると判断される。よって、この場合も、排気制御弁５２が開弁される（ステップ１０４）。このステップ１０４の処理の後、本ルーチンを終了する。
【００６７】
上記ステップ１０３で空燃比A/Fがリッチではないと判別された場合、すなわち、空燃比A/Fがリーンもしくはストイキである場合には、パティキュレート排出量が増加する可能性が低いと判断される。この場合、排気制御弁５２が閉弁される（ステップ１０６）。このステップ１０６の処理の後、本ルーチンを終了する。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態３では、エンジン冷間時および空燃比リッチ時、すなわち、パティキュレート排出量が増加する可能性が高い場合に、排気制御弁５２が開弁される。そうすると、第１排気通路３２を流れる排気ガスの一部が、ＥＧＲ通路４２及び連絡通路５０を介して第２排気通路３４に流れる。その結果、ＥＧＲ通路４２に設けられたＥＧＲ触媒４４を排気ガスが流れる。このＥＧＲ触媒４４は、パティキュレートの浄化性能を有する。このため、空燃比リッチ時や、エンジン始動開始直後等のエンジン冷間時に、車両からのパティキュレート排出量を減少させることができる。
【００６９】
尚、本実施の形態３においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０２，１０３，１０４の処理を実行することにより第４の発明における「制御手段」が実現されている。
【００７０】
実施の形態４．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００７１】
［実施の形態４の特徴］
排気制御弁５２が閉弁されている状態では、ＥＧＲ弁４８上流の圧力は、タービン２４ｂ上流の第１排気通路３２の圧力に相当する。ＥＧＲ弁４８下流の圧力は、吸気通路１８の圧力、すなわち、過給圧PIMに相当する。ＥＧＲ弁４８前後の差圧が大きい場合には、ＥＧＲ弁４８の一定開度変化量に対するＥＧＲの変化量が大きくなってしまう。
【００７２】
ところで、軽負荷時には、ＥＧＲ要求量が小さく、一般的に吸気系圧力が小さい。このため、かかる軽負荷時には、ＥＧＲ弁４８前後の差圧が大きくなりやすい。そうすると、ＥＧＲ量を制度良く制御することができなくなる可能性がある。
【００７３】
そこで、本実施の形態４では、軽負荷時に、排気制御弁５２を開弁することで、ＥＧＲ弁４８前後の差圧を小さくする。これにより、ＥＧＲ弁４８の一定開度変化量に対するＥＧＲの変化量を小さくすることができる。つまり、ＥＧＲ弁４８の１ステップあたりのＥＧＲ調整量を小さくすることができる。よって、軽負荷時に、ＥＧＲ量を精度良く制御することができる。
【００７４】
ところで、排気制御弁５２を開弁すると、ＥＧＲクーラ４６を流れる排気ガス量が増大する。これにより、ＥＧＲクーラ４６の冷却能が低下するため、ＥＧＲガスの温度が高くなる。高負荷時には、ノッキングの問題があるため、ＥＧＲガスの温度上昇は好ましくない。これに対して、軽負荷時には、筒内で低温燃焼するため、筒内に高温のＥＧＲガスを導入する方が好ましく、逆に低温のＥＧＲガスの導入は好ましくない。よって、軽負荷時のＥＧＲガスの温度上昇は、燃焼安定性の観点からはむしろ好適である。
【００７５】
［実施の形態４における具体的処理］
図５は、本実施の形態４において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の間隔毎に起動されるものである。
【００７６】
図５に示すルーチンによれば、先ず、エンジン負荷KLを取得する（ステップ１１０）。このステップ１１０では、例えば、吸入空気量Ga等から算出されたエンジン負荷KLが読み込まれる。次に、上記ステップ１１０で取得されたエンジン負荷KLに基づいて、ＥＧＲ要求量を算出する（ステップ１１２）。このステップ１１２では、例えば、エンジン負荷KLとの関係でＥＧＲ要求量が規定されたマップを参照して、ＥＧＲ要求量が算出される。該マップによれば、軽負荷時のＥＧＲ要求量が、高負荷時のＥＧＲ要求量よりも小さく算出される。
【００７７】
次に、上記ステップ１１２で算出されたＥＧＲ要求量が基準値以下であるか否かを判別する（ステップ１１４）。この基準値は、ＥＧＲ要求量が微小量であるか否かを判別するための閾値である。このステップ１１４でＥＧＲ要求量が基準値よりも大きいと判別された場合には、排気制御弁５２が閉弁される（ステップ１１８）。そして、ＥＧＲ弁開度を算出する（ステップ１２０）。このステップ１２０の処理の後、本ルーチンを終了する。
【００７８】
一方、上記ステップ１１４でＥＧＲ要求量が基準値以下であると判別された場合には、排気制御弁５２が開弁される（ステップ１１６）。これにより、ＥＧＲ弁４８前後の差圧を小さくすることができる。そして、ＥＧＲ弁開度を算出する（ステップ１２０）。このステップ１２０では、ＥＧＲ要求量との関係でＥＧＲ弁開度が規定されたマップを参照して、ＥＧＲ弁開度が算出される。このとき、ＥＧＲ弁４８前後の差圧が小さくされているため、ＥＧＲ弁の分解能が小さくされている。よって、ＥＧＲ量の微調整を精度良く行うことができる。
【００７９】
以上説明したように、本実施の形態４では、ＥＧＲ要求量が基準値以下であると判別された場合には、排気制御弁５２が開弁される。そうすると、ＥＧＲ弁４８上流の圧力が低くなるため、排気制御弁５２閉弁時に比してＥＧＲ弁４８前後の差圧が小さくなる。この状態で、ＥＧＲ弁４８の開度が制御されるため、軽負荷時のＥＧＲの微調整を精度良く行うことができる。
【００８０】
尚、本実施の形態４においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１４，１１６，１２０の処理を実行することにより第５の発明における「制御手段」が実現されている。
【００８１】
実施の形態５．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態５のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いることができる。
【００８２】
［実施の形態５の特徴］
ＥＧＲ実施時に減速する場合、エンジン負荷が急激に減少する。この場合、ＥＧＲ要求量も急激に減少する。このため、新気量を急激に減少させると共に、ＥＧＲ量を減らす必要がある。
【００８３】
そこで、本実施の形態５では、減速時に図６に示す制御を実施する。図６は、本実施の形態５において、減速時の制御を示すタイミングチャートである。
詳細には、図６（Ａ）はエンジン負荷の変化を、図６（Ｂ）はＥＧＲ要求量の変化を、図６（Ｃ）はＥＧＲ開度の変化を、図６（Ｄ）は排気制御弁の開度の変化を、それぞれ示している。さらに、図６（Ｅ）は吸気系圧力の変化を、図６（Ｆ）はＥＧＲ弁前後の差圧の変化を、図６（Ｇ）はＥＧＲ流量の変化を、それぞれ示している。
【００８４】
図６に示すように、時刻ｔ１では、エンジン負荷KLは高く、ＥＧＲが実施されている。そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて減速要求があると、エンジン負荷KLが急激に低くなり、このエンジン負荷KLの変化に伴ってＥＧＲ要求量も急激に小さくなる。
【００８５】
かかるエンジン負荷KL及びＥＧＲ要求量の急変に対して、ＥＧＲ弁４８の開度の応答性は低い。図６（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ５にかけて、ＥＧＲ弁４８の開度はゆっくり小さくなる。一方、エンジン負荷KLの変化に伴って、新気量が減らされるため、図６（Ｅ）に示すように、吸気系圧力が急激に低くなる。
【００８６】
ここで、本実施の形態５に対する比較例として、時刻ｔ２〜時刻ｔ５において、図６（Ｄ）中に破線で示すように、排気制御弁５２を閉じたままにしておくとする。そうすると、図６（Ｅ）中に破線で示すように、ＥＧＲ弁４８前後の差圧が急激に大きくなる。このため、図６（Ｇ）中に破線で示すように、過渡的にＥＧＲ流量が増大してしまう。これにより、ノッキングが発生する場合がある。
【００８７】
本実施の形態５では、排気制御弁５２の開度制御により、かかる過渡的なＥＧＲ流量の増大を避けるようにする。具体的には、ＥＧＲ弁開度を小さくすると共に、図６（Ｄ）中に実線で示すように、高負荷時に比して排気制御弁５２の開度を大きくする。すなわち、減速時に、減速前に比して排気制御弁５２の開度を大きくする。
これにより、ＥＧＲ弁４８上流の圧力が低くなるため、図６（Ｆ）に実線で示すように、ＥＧＲ弁４８前後の差圧を小さくすることができる。その結果、図６（Ｇ）に実線で示すように、減速時の過渡的なＥＧＲ流量の増大を防ぐことができる。
従って、本実施の形態５によれば、減速時にＥＧＲ弁４８前後の差圧増大に起因する過渡的なＥＧＲ流量の増大を防ぐことで、ノッキングの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態４において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態５において、減速時の制御を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
１    エンジン
１８  吸気通路
３０Ａ  第１排気弁
３０Ｂ  第２排気弁
３２  第１排気通路
３４  第２排気通路
４０  ＮＯｘ触媒
４２  ＥＧＲ通路
４４  ＥＧＲ触媒
４６  ＥＧＲクーラ
４８  ＥＧＲ弁
５０  連絡通路
５２  排気制御弁
６０  ＥＣＵ
【図１】
2009191678.tif 000003
【図２】
2009191678.tif 000004
【図３】
2009191678.tif 000005
【図４】
2009191678.tif 000006
【図５】
2009191678.tif 000007
【図６】
2009191678.tif 000008