(57)【要約】【課題】内燃機関の排気還流装置において、加速運転時のＮＯｘのエミッション性能を向上させ、かつ定常運転時の運転安定性を向上させる。【解決手段】気筒上流のサージタンクの上流で、スロットルバルブの直後に排気ガスの還流を行なう第１の排気ガス還流通路と、サージタンクの下流で、各気筒の吸気バルブの直前に排気ガスの還流を行なう第２の排気ガス還流通路とを備える内燃機関において、運転状態に応じた定常目標還流量を算出し、第１の排気ガス還流通路への還流を行ない、更に、加速時には、過渡目標還流量を算出し、第２の排気ガス還流通路への還流を行ない、第１の排気ガス還流通路による還流の遅れを補償する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有し、各気筒へ排気ガスを還流させる、内燃機関の排気還流装置であって、
前記複数の気筒の上流のサージタンクの上流側の、スロットルバルブの直後に排気ガスの還流を行なう第１の排気ガス還流通路と、
前記サージタンクの下流側の、前記各気筒の吸気バルブの直前に排気ガスの還流を行なう第２の排気ガス還流通路と、を備え、
運転状態に対応した目標還流量を算出し、
前記第１の排気ガス還流通路を介して、前記目標還流量を還流させ、
更に、加速運転の場合には、加速による負荷の増加に対応して前記目標還流量に追加する過渡目標還流量を算出し、
前記第２の排気ガス還流通路を介して、前記過渡目標還流量を還流させ、前記第１の排気ガス還流通路を介した各気筒への還流量の増加の遅れを補償する、
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】
排気ガスの還流（ＥＧＲ）は、排気ガスの主成分である不活性ガスの有する熱容量により、燃焼室内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させるものであるが、運転状態に応じて還流量を制御し、又は気筒間の還流量のばらつきを改善する等の目的で、２つの還流通路を備え、吸気通路の２つの異なる位置に還流させる技術が提案されている（特許文献１−５）。特許文献１に記載の技術の一実施形態は、２つの還流通路を、サージタンク上流と、各気筒に通じる複数の吸気ポートに接続するものであり、特許文献２に記載の技術は、２つの還流通路を、吸気通路に対して互いに吸気の流れ方向に位置をずらして接続するものであり、特許文献３に記載の技術は、２つの還流通路を、ターボ過吸気のブロワよりも吸気上流側の吸気通路と、ブロワよりも吸気下流側の吸気通路に接続するものであり、特許文献４に記載の技術は、２つの還流通路を、吸気通路内の混合促進手段の下流側と上流側に接続するものであり、特許文献５に記載の技術は、２つの還流通路を、吸気通路の、排気ガス混合容積の異なる２つの部位に接続するものである。
【０００３】
このうち、特許文献１に記載の発明の一実施形態では、２つの還流通路を、サージタンク上流と、各気筒に通じる複数の吸気ポートに接続し、低負荷時には、還流させる排気ガスを少量としてサージタンク上流へ還流させ、各気筒への還流ガス量を均一化し、高負荷時には、多量の排気ガスを吸気ポートに還流させ、排気ガス還流の応答性を良好とするように構成している。
すなわち、サージタンク上流への還流は、還流ガスと吸入新気との混合均一化に優れているが、気筒から離れているため、即応性に劣り、吸気ポートへの還流は、即応性に優れているが、吸入新気との混合状態が悪く、燃焼の悪化、気筒間のトルクのばらつきの増大等の問題を有しており、両者ともに一長一短がある。そこで、特許文献１に記載の発明では、両者を低負荷時と高負荷時とで使い分け、低負荷時にはサージタンク上流に還流させ、高負荷時には吸気ポートに還流させるようにしたものである。
【０００４】
しかし、この使い分けでは、高負荷定常運転時にも吸気ポートに還流させることになり、運転の安定性に問題がある。すなわち、高負荷運転において吸気ポートに還流させる必要があるのは、高負荷への移行時、すなわち加速時のみであり、高負荷での定常運転時には、還流目標値が急激に変化することはないため、還流ガスをサージタンク上流へ還流させて混合の均一化をはかり、運転の安定化を図るのが有利である。加速時、すなわち非定常な高負荷運転時には、還流目標値が急激に増加し、サージタンク上流への還流では、急激に増加する還流目標値に追従することができないため、加速時のみ吸気ポートに排気ガスを還流させるようにすると有利であるが、従来は、これらの運転状態を適切に使い分ける仕組みがなかった。
【０００５】
【特許文献１】特許第２９９８４５９号公報
【特許文献２】特開平１１−０３６９４９号公報
【特許文献３】特開２００３−２８６９０９号公報
【特許文献４】特開２００６−２５７９４０号公報
【特許文献５】特開２００６−２６６０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明では、２つの還流通路を有する内燃機関において、サージタンク上流への還流通路を、還流ガスの混合性を向上させるように構成し、吸気ポートへの還流通路を、還流の即応性を向上させるように構成するとともに、運転状態を定常状態と加速状態とに分け、それぞれの運転状態に対応して適切に還流を行ない、ＮＯｘのエミッション性能を向上させ、かつ運転安定性を向上させた、内燃機関の排気還流装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、複数の気筒を有し、各気筒へ排気ガスを還流させる、内燃機関の排気還流装置であって、複数の気筒の上流のサージタンクの上流側の、スロットルバルブの直後に排気ガスの還流を行なう第１の排気ガス還流通路と、サージタンクの下流側の、各気筒の吸気バルブの直前に排気ガスの還流を行なう第２の排気ガス還流通路とを備え、運転状態に対応した目標還流量を算出し、第１の排気ガス還流通路を介して、目標還流量を還流させ、更に、加速運転の場合には、加速による負荷の増加に対応して目標還流量に追加する過渡目標還流量を算出し、第２の排気ガス還流通路を介して、過渡目標還流量を還流させ、第１の排気ガス還流通路を介した各気筒への還流量の増加の遅れを補償する、内燃機関の排気還流装置が提供される。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明では、第１の排気ガス還流通路を、サージタンクの上流であってスロットルバルブの直後に排気ガスを還流させる構成として、排気ガスの吸入新気との混合の均一化を向上させ、第２の排気ガス還流通路を、各気筒の吸気バルブの直前に排気ガスを還流させる構成として、排気ガスの還流の即応性を向上させる。また、還流量の制御において、運転状態に対応した定常目標ＥＧＲ流量を算出し、第１の排気ガス還流通路に排気ガスの還流を行なう一方、加速状態かどうかの判定を行ない、加速状態の場合には、過渡目標ＥＧＲ量を算出し、第２の排気ガス還流通路に排気ガスの還流を追加する。このようにして、定常運転時には、混合性のよい排気ガスの還流を行なって、安定した運転を行ない、加速運転時には、急激に増加する目標還流量に対応して、還流量を追従させ、ＮＯｘのエミッション性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、２つの還流通路を有する内燃機関において、サージタンク上流への還流通路を、還流ガスの混合性を向上させるように構成し、吸気ポートへの還流通路を、還流の即応性を向上させるように構成するとともに、運転状態を定常状態と加速状態とに分け、それぞれの運転状態に対応して適切に還流を行ない、ＮＯｘのエミッション性能を向上させ、かつ運転安定性を向上させるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、複数の添付図面において、同一又は相当する部材、部分等には、同一の符号を付している。
【００１１】
図１は、本発明における第１の排気ガス還流通路１２と第２の排気ガス還流通路１３とが排気ガスを吸気通路に還流させる位置を示す説明図である。排気ガスは、排気通路３０から分岐して、還流通路１１によって導かれ、第１の排気ガス還流通路１２と、第２の排気ガス還流通路１３とに分岐する。第１の排気ガス還流通路１２は、吸気通路２０において、サージタンク１０の上流に排気ガスを還流させるように接続するが、スロットルバルブ１６の直後で接続することにより、還流ガスの吸入新気との混合の均一化を向上させている。第２の排気ガス還流通路１３は、吸気ポート２へ排気ガスを還流させるように接続するが、吸気バルブ４の直前に排気ガスを還流させるように構成し、還流の応答性を向上させている。第１の排気ガス還流通路１２及び第２の排気ガス還流通路１３は、それぞれ第１のＥＧＲバルブ１４と、第２のＥＧＲバルブ１５とを備えている。
【００１２】
図２は、本発明において還流量目標値（ＥＧＲ目標値）を達成するための２つの還流量、ＥＧＲ１とＥＧＲ２、の関係を示す概念図である。運転状態が高負荷運転に移行する場合、すなわち加速時において、ＥＧＲ目標値は急激に増加するが、第１の排気ガス還流通路１２から還流する還流ガス量ＥＧＲ１は、応答が遅いため、ＥＧＲ目標値に達するまでに時間遅れを生じる。そこで、本発明においては、応答速度の速いＥＧＲ２によってこの時間遅れを補償する。すなわち、第１の排気ガス還流通路１２は、吸気通路２０において、スロットルバルブ１６直後で、サージタンク１０の上流に排気ガスを還流させるように接続されているため、各気筒から離れており、ここに還流するＥＧＲ１は、応答速度が遅いが、第２の排気ガス還流通路１３は、吸気ポート２において、吸気バルブ４の直前に排気ガスを還流させるように接続されているため、ここに還流するＥＧＲ２は、応答速度が速い。一方、ＥＧＲ２は、吸入新気との混合状態が悪く、ＥＧＲ１は、吸入新気との混合状態が良い。そこで、定常運転時はＥＧＲ１によって排気ガスを還流させ、加速時のみ応答速度の速いＥＧＲ２によって応答の遅れを補うようにすれば有利である。
【００１３】
図３は、上述のＥＧＲ１とＥＧＲ２の制御を行なうためのフローチャートである。この制御は、ＥＣＵで行なうことができる。ステップ１０１でエンジンが始動され、ＥＣＵの電源がオンになると、ステップ１０２で、例えばエンジン冷却水の温度等から暖機状態であるかどうかを判定する。エンジンが暖機状態であるならば、ステップ１０３、ステップ１０４でエンジン回転数Ｎｅ及びスロットルバルブ開度ＴＡをＥＣＵに取り込み、ステップ１０５でエアフローメーターから、定常吸入新気流量ＧａａｆｍをＥＣＵに取り込む。
【００１４】
量産エンジンの制御ロジックには、スロットルバルブ開度、エアフローメーターの信号から、筒内に吸入される空気量をリアルタイムで算出することができる、エアモデルが内蔵されている。ステップ１０６ではこのエアモデルにより、定常吸入新気流量Ｇａａｆｍに対応する吸気管内圧力（定常吸気管圧力）Ｐｍａｆｍを算出する。
【００１５】
ステップ１０７で、エンジン回転数Ｎｅを用いて、目標ＥＧＲ率（ＦＥＧＲｔ）を算出する。ＥＣＵには、このために例えば図４に示すような計算マップが予め記憶されている。ステップ１０８で、この目標ＥＧＲ率（ＦＥＧＲｔ）と定常吸入新気流量Ｇａａｆｍとを用いて、ＥＧＲ１流量の目標値、すなわち、定常目標ＥＧＲ流量（ＭＥＧＲｓｔ）を算出する。
ＭＥＧＲｓｔ＝Ｇａａｆｍ・ＦＥＧＲｔ
【００１６】
更にステップ１０９で排気管圧力ＰｅｘをＥＣＵに取り込み、これと先に求めた定常吸入吸気管圧力Ｐｍａｆｍとを用いて、ステップ１１０で、目標ＥＧＲ流量ＭＥＧＲｓｔを実現できる第１のＥＧＲバルブの開口断面積ＡＥ１を、ＥＣＵに記憶したバルブの流量関係式から算出する。
【００１７】
ステップ１１１で開口断面積ＡＥ１を用いて第１のＥＧＲバルブの開度Ｔｈ１を算出する。ＥＣＵには、このために例えば図５に示すような計算マップが予め記憶されている。
【００１８】
次に、ステップ１１２及びステップ１１３で、前述のエアモデルにより、吸入新気流量先読み値、すなわち現時点で気筒内に吸入される吸入新気流量の計算値Ｇａｆｗｄ、及びＧａｆｗｄにおける吸気管圧力値、すなわち吸気管圧力先読み値Ｐｍｆｗｄを算出する。
【００１９】
ステップ１１４では、以上で求めた吸入新気流量先読み値Ｇａｆｗｄと、定常吸入新気流量Ｇａａｆｍとの差の絶対値が一定値Ｃより大きい場合に、非定常であると判定する。すなわち、
ＡＢＳ｛Ｇａｆｗｄ−Ｇａａｆｍ｝≧Ｃ・・・・・非定常
ＡＢＳ｛Ｇａｆｗｄ−Ｇａａｆｍ｝＜Ｃ・・・・・定常
【００２０】
非定常状態ならば、ステップ１１５において、例えば車両の加速度センサー信号から、加速状態にあるかどうかを判定する。加速状態ならば、ステップ１１６で、ＥＧＲ２流量の目標値、すなわち、過渡目標ＥＧＲ流量（ＭＥＧＲｔｔ）を算出する。
ＭＥＧＲｔｔ＝Ｇａａｆｍ・ＦＥＧＲｔ
【００２１】
ステップ１１７では、ＥＣＲに記憶したバルブの流量関係式から、過渡目標ＥＧＲ流量（ＭＥＧＲｔｔ）に対応する第２のＥＧＲバルブの開口断面積ＡＥ２を算出し、ステップ１１８で計算マップを用いて、開口断面積ＡＥ２から第２のＥＧＲバルブの開度Ｔｈ２を算出する。
【００２２】
ステップ１１５でＮＯの場合、すなわち減速時には、ＥＧＲの流量が過多となり、燃焼が不安定化する。そこでこれを回避するため、ステップ１１９で空燃比リッチ補正、すなわち、燃料噴射弁から噴射する燃料を増加させる制御を行なう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を内燃機関の排気還流装置に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明においてＥＧＲ目標値を達成するための、２つのＥＧＲ量の関係を示す概念図である。
【図３】本発明を内燃機関の排気還流装置に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明するフローチャートである。
【図４】計算用マップの一実施例を示すグラフである。
【図５】計算用マップの一実施例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１    気筒
２    吸気ポート
３    排気ポート
４    吸気バルブ
５    排気バルブ
７    燃料噴射弁
１０    サージタンク
１１    還流通路
１２    第１の排気ガス還流通路
１３    第２の排気ガス還流通路
１４    第１のＥＧＲバルブ
１５    第２のＥＧＲバルブ
１６    スロットルバルブ
２０    吸気通路
３０    排気通路
【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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