内燃機関の排気還流装置
【課題】内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を求める精度が低下した場合であっても、正確なＥＧＲガス比率のＥＧＲガスの制御を行う技術を提供する。
【解決手段】低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧が、当該差圧を求める精度が低下したか低下していないかの閾値となる所定差圧以下の場合に、機関回転速度、内燃機関の燃料噴射量、及び排気流量から排気中のＨＣ量を推定し、酸化触媒の上流の排気温度及びＨＣ量から酸化触媒の発熱量を推定し、発熱量から酸化触媒の浄化率を推定し、酸化触媒の上流の排気温度及び浄化率からＳＶ比を推定し、ＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出し、酸化触媒通過ガス流量と目標流量との関係に応じて低圧ＥＧＲガスの還流量と高圧ＥＧＲガスの還流量とを制御する。
【解決手段】低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧が、当該差圧を求める精度が低下したか低下していないかの閾値となる所定差圧以下の場合に、機関回転速度、内燃機関の燃料噴射量、及び排気流量から排気中のＨＣ量を推定し、酸化触媒の上流の排気温度及びＨＣ量から酸化触媒の発熱量を推定し、発熱量から酸化触媒の浄化率を推定し、酸化触媒の上流の排気温度及び浄化率からＳＶ比を推定し、ＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出し、酸化触媒通過ガス流量と目標流量との関係に応じて低圧ＥＧＲガスの還流量と高圧ＥＧＲガスの還流量とを制御する。
【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】
ターボチャージャのタービンより下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込みターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置と、タービンより上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込みコンプレッサより下流の吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置とを備えるものが知られている。そして、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧から、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率を算出する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０３８６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の技術では、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を取得するために、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との夫々に圧力センサを配置して夫々の圧力を検出し、その圧力差によって前後差圧を求めている。
しかし、内燃機関の運転状態が低負荷のときには、低圧ＥＧＲ装置内の圧力が低くなり過ぎるため、前後差圧を求める精度が低下し、正確なＥＧＲガス比率を求めることができなくなってしまう。そうすると、ＥＧＲガスの制御にズレが生じ、排気エミッションが悪化する場合がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を求める精度が低下した場合であっても、正確なＥＧＲガス比率のＥＧＲガスの制御を行う技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路に配置された酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンより上流の前記排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより下流の前記吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置と、
前記低圧ＥＧＲ装置及び前記高圧ＥＧＲ装置を併用して低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスの両方のＥＧＲガスを還流させている場合に、前記低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を取得する前後差圧取得手段と、
前記前後差圧取得手段によって取得された前後差圧が、当該差圧を求める精度が低下したか低下していないかの閾値となる所定差圧以下の場合に、酸化触媒通過ガス流量を算出
する酸化触媒通過ガス流量算出手段と、
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段によって算出された酸化触媒通過ガス流量と、目標流量との関係に応じて、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量と、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量とを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。
ここで、所定差圧とは、前後差圧取得手段によって取得された前後差圧が、それ以下となると、当該差圧を求める精度が低下してしまう値であり、当該差圧を求める精度が低下したか当該差圧を求める精度が低下していないかの閾値である。
これによると、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧が正確でなくなる場合に、酸化触媒通過ガス流量を算出し、当該酸化触媒通過ガス流量と目標流量との関係に応じて、両ＥＧＲガスの還流量を制御する。これにより、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率の精度が向上する。したがって、ＥＧＲガスの制御にズレが生じ難くなり、排気エミッションの悪化を抑制することができる。また、酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多いために生じる酸化触媒のＨＣ被毒も抑制できる。
【０００７】
前記制御手段は、前記酸化触媒通過ガス流量算出手段によって算出された酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多い場合には、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を減少させ、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、前記酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも少ない場合には、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を減少させるとよい。
これによると、酸化触媒通過ガス量を目標流量に調整できる。これにより、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率の精度が向上する。
【０００８】
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段は、機関回転速度、前記内燃機関の燃料噴射量、及び排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、前記酸化触媒の発熱量を推定し、推定した発熱量から前記酸化触媒の浄化率を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出するとよい。
これによると、新たな検出手段を設けることなく酸化触媒の発熱量を推定でき、コストアップを抑制できる。
【０００９】
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段は、前記酸化触媒の上流及び下流の排気温度から、前記酸化触媒の発熱量を推定し、推定した発熱量から前記酸化触媒の浄化率を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出するとよい。
これによると、精度よく容易に酸化触媒の発熱量を推定できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を求める精度が低下した場合であっても、正確なＥＧＲガス比率のＥＧＲガスの制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る内燃機関の運転状態に対応した低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との使い分けのパターンを示す図である。
【図３】実施例１に係る酸化触媒通過ガス流量を用いたＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】実施例１に係るＳＶ比を求めるマップを示す図である。
【図５】実施例１の他の例に係る内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００１３】
＜実施例１＞
（内燃機関）
図１に、本発明の実施例１に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関、及びその吸気系・排気系の概略構成を示す。図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。各気筒２には、燃料としての軽油が供給され気筒２内へ軽油を適宜の量且つ適宜のタイミングで噴射する燃料噴射弁３が設けられている。内燃機関１には、吸気通路４及び排気通路５が接続されている。
【００１４】
（吸気系）
内燃機関１に接続された吸気通路４の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャのコンプレッサ６ａが配置されている。コンプレッサ６ａよりも上流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の流量を調節する第１スロットル弁７が配置されている。この第１スロットル弁７は、電動アクチュエータにより開閉される。第１スロットル弁７よりも上流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する新気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ８が配置されている。このエアフローメータ８により、内燃機関１に吸入される吸入空気量（新気流量）が測定される。
コンプレッサ６ａよりも下流の吸気通路４には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ９が配置されている。インタークーラ９よりも下流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の流量を調節する第２スロットル弁１０が配置されている。この第２スロットル弁１０は、電動アクチュエータにより開閉される。
これら吸気通路４及びそれに配置された機器が内燃機関１に吸気を取り入れるための吸気系を構成している。
【００１５】
（排気系）
一方、内燃機関１に接続された排気通路５の途中には、ターボチャージャのタービン６ｂが配置されている。タービン６ｂよりも下流の排気通路５には、排気浄化装置１１が配置されている。排気浄化装置１１は、酸化触媒１１ａと当該酸化触媒１１ａの後段に配置されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下単にフィルタという）１１ｂとを有して構成される。フィルタ１１ｂには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下単にＮＯｘ触媒という）が担持されている。
これら排気通路５及びそれに配置された機器が内燃機関１から排気を排出させるための排気系を構成している。
【００１６】
（低圧ＥＧＲ装置）
そして、内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路４へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。本実施例では、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。
低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲガスが流通する低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁３２と、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ３３と、を有する。
低圧ＥＧＲ通路３１は、酸化触媒１１ａを有する排気浄化装置１１よりも下流側の排気
通路５と、コンプレッサ６ａよりも上流かつ第１スロットル弁７よりも下流側の吸気通路４とを接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧ＥＧＲガスとして低圧で内燃機関１へ送り込まれる。
低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲクーラ３３よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１に配置され、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの流量（還流量）を調節する。この低圧ＥＧＲ弁３２は、電動アクチュエータにより開閉される。
なお、低圧ＥＧＲガスの流量の調節は、低圧ＥＧＲ弁３２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第１スロットル弁７の開度を調整することにより、或いは不図示の排気絞り弁の開度を調節することにより、低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより低圧ＥＧＲガスの流量を調節することができる。
低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲ通路３１の途中に配置される。低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲクーラ３３内を通過する低圧ＥＧＲガスと機関冷却水とで熱交換をして、低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。
【００１７】
（高圧ＥＧＲ装置）
一方、内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路４へ還流（再循環）させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。本実施例では、高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。
高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲガスが流通する高圧ＥＧＲ通路４１と、高圧ＥＧＲ通路４１を流通する高圧ＥＧＲガスの還流量を制御する高圧ＥＧＲ弁４２と、を有する。
高圧ＥＧＲ通路４１は、タービン６ｂよりも上流側の排気通路５と、第２スロットル弁１０よりも下流側の吸気通路４とを接続している。この高圧ＥＧＲ通路４１を通って、排気が高圧ＥＧＲガスとして高圧で内燃機関１へ送り込まれる。
高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１に配置され、高圧ＥＧＲ通路４１の通路断面積を調整することにより、該高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの流量（還流量）を調節する。この高圧ＥＧＲ弁４２は、電動アクチュエータにより開閉される。
なお、高圧ＥＧＲガスの流量の調節は、高圧ＥＧＲ弁４２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第２スロットル弁１０の開度を調整することにより、高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより高圧ＥＧＲガスの流量を調節することができる。また、ターボチャージャのタービン６ｂが可変容量型の場合には、タービン６ｂの流量特性を変更するノズルベーンの開度を調整することによっても高圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。
【００１８】
（ＥＣＵ）
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１２が併設されている。ＥＣＵ１２は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
ＥＣＵ１２には、エアフローメータ８、低圧ＥＧＲ装置３０の入口において低圧ＥＧＲ装置３０に流入する排気の圧力を検出する第１圧力センサ１３、低圧ＥＧＲ装置３０の出口において低圧ＥＧＲ装置３０から低圧ＥＧＲガスが流出した直後の吸気の圧力を検出する第２圧力センサ１４、酸化触媒１１ａの上流の排気の温度を検出する第１排気温度センサ１５、機関回転速度を検出するクランクポジションセンサ１６、及び運転者がアクセルペダル１７を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し内燃機関１の燃料噴射量を定める機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。
一方、ＥＣＵ１２には、燃料噴射弁３、第１スロットル弁７、第２スロットル弁１０、低圧ＥＧＲ弁３２、及び高圧ＥＧＲ弁４２の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１２によりこれらの機器が制御される。
【００１９】
（ＥＧＲ制御）
そして、本実施例における内燃機関１では、図２に示すように、運転状態に応じて、低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との使い分けを行っている。図２に、内燃機関１の運転状態に対応した低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との使い分けのパターンを示す。図２の横軸は内燃機関１の機関回転速度を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。高負荷と高回転の少なくともどちらかの運転状態においては、低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いて低圧ＥＧＲガスの還流のみを行う。この低圧ＥＧＲガスの還流のみを行う領域をＬＰＬ領域という。中負荷の運転状態においては、低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を併用して低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との両方を行う。この低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との両方を行う領域をＭＰＬ領域という。低負荷の運転状態においては、高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いて高圧ＥＧＲガスの還流のみを行う。この高圧ＥＧＲガスの還流のみを行う領域をＨＰＬ領域という。
これにより、ＨＰＬ領域では、応答性に優れる高圧ＥＧＲガスを還流させることで、ＥＧＲ運転の応答性を確保している。また、ＬＰＬ領域では、低温の低圧ＥＧＲガスを還流させて、ＥＧＲガスの温度が過剰に高温になることを抑制している。その結果、より広い運転状態で排気を還流するＥＧＲ運転を実現している。
【００２０】
（ＭＰＬ領域でのＥＧＲ制御）
ＭＰＬ領域では、上記のように低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を併用している。ここで、ＭＰＬ領域では、第１、第２圧力センサ１３，１４が検出する圧力の差、即ち低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を用いて、還流している低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率を算出している。そして、ＥＧＲガス比率が目標比率となるように低圧ＥＧＲ弁３２や高圧ＥＧＲ弁４２等を制御している。
内燃機関１に還流する両ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスが多すぎると、タービン６ｂの上流における排気の背圧が上昇し、内燃機関１のポンピングロスが増加することにより、燃費が悪化する弊害が生じてしまう。一方、両ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスが少なすぎると、高圧ＥＧＲガスの還流量が相対的に増加し、内燃機関１に流入する吸気の温度が上昇し、スモークやＮＯｘの発生量が増加する弊害が生じてしまう。これらの弊害を回避するため、ＥＧＲガス比率を目標比率となるよう制御している。
【００２１】
しかし、内燃機関１の運転状態が低負荷のときには、低圧ＥＧＲ装置３０内の圧力が低くなり過ぎるため、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を求める精度が低下し、正確なＥＧＲガス比率を求めることができなくなってしまう。そうすると、ＥＧＲガスの制御にズレが生じ、排気エミッションが悪化する場合がある。また、両ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの割合が増加する側にズレが生じると、酸化触媒通過ガス流量が増加し、酸化触媒１１ａのＨＣ被毒が促進されてしまう場合もある。
【００２２】
そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧が正確でなくなる場合に、酸化触媒通過ガス流量を算出し、当該酸化触媒通過ガス流量と目標流量との関係に応じて、両ＥＧＲガスの還流量を制御する。
具体的には、まず、ＭＰＬ領域の場合に、第１、第２圧力センサ１３，１４の検出値から、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を取得する。
次に、取得された前後差圧が、当該差圧を求める精度が低下したか低下していないかの閾値となる所定差圧以下の場合に、クランクポジションセンサ１６が検出する機関回転速度、アクセル開度センサ１８から求まる内燃機関１の燃料噴射量、並びにエアフローメータ８が検出する新気流量と内燃機関１の燃料噴射量とから求まる排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、第１排気温度センサ１５が検出する酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定し、推定した発熱量から酸化触媒１１ａの浄化率を推定し、酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ
比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出する。
ここで、所定差圧とは、先に取得された前後差圧が、それ以下となると、当該差圧を求める精度が低下してしまう値であり、当該差圧を求める精度が低下したか当該差圧を求める精度が低下していないかの閾値である。
そして最終的に、算出された酸化触媒通過ガス流量と、目標流量との関係に応じて、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量と、高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量とを制御する。
このときの制御としては、算出された酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多い場合には、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を減少させ、高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を増加させる。一方、算出された酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも少ない場合には、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を減少させる。
【００２３】
このような本実施例によると、酸化触媒通過ガス量を目標流量に調整できる。これにより、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率の精度が向上する。したがって、ＥＧＲガスの制御にズレが生じ難くなり、排気エミッションの悪化を抑制することができる。また、酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多いために生じる酸化触媒のＨＣ被毒も抑制できる。
【００２４】
また、本実施例では、クランクポジションセンサ１６が検出する機関回転速度、アクセル開度センサ１８から求まる内燃機関１の燃料噴射量、並びにエアフローメータ８が検出する新気流量と内燃機関１の燃料噴射量とから求まる排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、第１排気温度センサ１５が検出する酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定する。
これによると、新たなセンサ等の検出手段を設けることなく酸化触媒１１ａの発熱量を推定でき、コストアップを抑制できる。
【００２５】
（酸化触媒通過ガス流量を用いたＥＧＲ制御ルーチン）
本実施例に係る酸化触媒通過ガス流量を用いたＥＧＲ制御ルーチンについて説明する。図３は本実施例に係る酸化触媒通過ガス流量を用いたＥＧＲ制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１２によって、所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００２６】
Ｓ１０１では、内燃機関１の運転状態がＭＰＬ領域であるか否か判別する。
ここでの判別は、クランクポジションセンサ１６が検出する機関回転速度とアクセル開度センサ１８が検出する機関負荷とを予め実験などにより求めた図２に示すマップに取り込み、ＭＰＬ領域であり、ＭＰＬ領域での低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を併用したＥＧＲ制御が行われているか否かで判断する。
Ｓ１０１においてＭＰＬ領域であると肯定判定された場合には、Ｓ１０２へ移行する。Ｓ１０１においてＭＰＬ領域ではないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００２７】
Ｓ１０２では、第１、第２圧力センサ１３，１４の検出値から、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を取得する。
Ｓ１０２のステップを実行するＥＣＵ１２が、本発明の前後差圧取得手段に対応する。
【００２８】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で取得された前後差圧が、当該差圧が正確でなくなるか正確であるかの閾値となる所定差圧以下か否かを判別する。
Ｓ１０３において肯定判定された場合には、Ｓ１０４へ移行する。Ｓ１０３において否
定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００２９】
Ｓ１０４では、クランクポジションセンサ１６が検出する機関回転速度、アクセル開度センサ１８から求まる内燃機関１の燃料噴射量、並びにエアフローメータ８が検出する新気流量と内燃機関１の燃料噴射量とから求まる排気流量から、排気中のＨＣ量を推定する。
排気中のＨＣ量は、機関回転速度、燃料噴射量、及び排気流量を、予め求めてあるマップに取り込むことで推定できる。
【００３０】
Ｓ１０５では、第１排気温度センサ１５が検出する酸化触媒１１ａの上流の排気温度及びＳ１０４で推定したＨＣ量から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定する。
酸化触媒１１ａの発熱量は、酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定したＨＣ量を、予め求めてあるマップに取り込むことで推定できる。
【００３１】
Ｓ１０６では、推定した酸化触媒１１ａの発熱量から酸化触媒１１ａの浄化率を推定する。
酸化触媒１１ａの浄化率は、推定した酸化触媒１１ａの発熱量を、予め求めてあるマップに取り込むことで推定できる。
【００３２】
Ｓ１０７では、第１排気温度センサ１５が検出する酸化触媒１１ａの上流の排気温度及びＳ１０６で推定した浄化率からＳＶ比を推定する。
ここで、ＳＶ比とは、酸化触媒通過ガス流量と酸化触媒容量との比であり、図４に示すように、酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び酸化触媒１１ａの浄化率を、予め求めてあるマップに取り込むことで求めることができる。
【００３３】
Ｓ１０８では、Ｓ１０７で推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出する。
「酸化触媒通過ガス流量」＝「酸化触媒容量」×「ＳＶ比」の式より求めることができる。酸化触媒容量は、予め求めておくことができる。
Ｓ１０４〜Ｓ１０８のステップを実行するＥＣＵ１２が、本発明の酸化触媒通過ガス流量算出手段に対応する。
【００３４】
Ｓ１０９では、酸化触媒通過ガス流量が目標流量に一致するか否かを判別する。目標流量は、内燃機関１の運転状態に応じて定められる。
Ｓ１０９において肯定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。Ｓ１０９において否定判定された場合には、Ｓ１１０へ移行する。
【００３５】
Ｓ１１０では、酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多いか否かを判別する。
Ｓ１１０において肯定判定された場合には、Ｓ１１１へ移行する。Ｓ１１０において否定判定された場合には、Ｓ１１２へ移行する。
【００３６】
Ｓ１１１では、低圧ＥＧＲガスの還流量を減少させると共に、高圧ＥＧＲガスの還流量を増加させる。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
還流量の増減は各種ＥＧＲ弁を制御することや、上記した還流量を調整する制御により行うことができる。また、還流量の増減の程度は、目標流量との差が大きい程大きくする等すればよい。
【００３７】
Ｓ１１２では、低圧ＥＧＲガスの還流量を増加させると共に、高圧ＥＧＲガスの還流量を減少させる。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００３８】
以上本ルーチンによると、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を求める精度
が低下した場合であっても、正確なＥＧＲガス比率のＥＧＲガスの制御を行うことができる。
【００３９】
本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
上述の実施例では、機関回転速度、内燃機関の燃料噴射量、及び排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定していた。しかしこれに限られない。例えば、図５に示すように、酸化触媒１１ａの上流の排気温度を検出する第１排気温度センサ１５の他に、酸化触媒１１ａの下流の排気温度を検出する第２排気温度センサ１９を設け、酸化触媒１１ａの上流及び下流の排気温度から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定するようにしてもよい。この場合には、図３のルーチンにおいて、Ｓ１０４及びＳ１０５のステップを、酸化触媒１１ａの上流及び下流の排気温度から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定するステップに変更すればよい。この場合であると、精度よく容易に酸化触媒１１ａの発熱量を推定できる。
【符号の説明】
【００４０】
１：内燃機関、２：気筒、３：燃料噴射弁、４：吸気通路、５：排気通路、６ａ：コンプレッサ、６ｂ：タービン、７：第１スロットル弁、８：エアフローメータ、９：インタークーラ、１０：第２スロットル弁、１１：排気浄化装置、１１ａ：酸化触媒、１１ｂ：フィルタ、１２：ＥＣＵ、１３：第１圧力センサ、１４：第２圧力センサ、１５：第１排気温度センサ、１６：クランクポジションセンサ、１７：アクセルペダル、１８：アクセル開度センサ、１９：第２排気温度センサ、３０：低圧ＥＧＲ装置、３１：低圧ＥＧＲ通路、３２：低圧ＥＧＲ弁、３３：低圧ＥＧＲクーラ、４０：高圧ＥＧＲ装置、４１：高圧ＥＧＲ通路、４２：高圧ＥＧＲ弁
【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】
ターボチャージャのタービンより下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込みターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置と、タービンより上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込みコンプレッサより下流の吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置とを備えるものが知られている。そして、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧から、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率を算出する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０３８６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の技術では、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を取得するために、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との夫々に圧力センサを配置して夫々の圧力を検出し、その圧力差によって前後差圧を求めている。
しかし、内燃機関の運転状態が低負荷のときには、低圧ＥＧＲ装置内の圧力が低くなり過ぎるため、前後差圧を求める精度が低下し、正確なＥＧＲガス比率を求めることができなくなってしまう。そうすると、ＥＧＲガスの制御にズレが生じ、排気エミッションが悪化する場合がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を求める精度が低下した場合であっても、正確なＥＧＲガス比率のＥＧＲガスの制御を行う技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路に配置された酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンより上流の前記排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより下流の前記吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置と、
前記低圧ＥＧＲ装置及び前記高圧ＥＧＲ装置を併用して低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスの両方のＥＧＲガスを還流させている場合に、前記低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を取得する前後差圧取得手段と、
前記前後差圧取得手段によって取得された前後差圧が、当該差圧を求める精度が低下したか低下していないかの閾値となる所定差圧以下の場合に、酸化触媒通過ガス流量を算出
する酸化触媒通過ガス流量算出手段と、
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段によって算出された酸化触媒通過ガス流量と、目標流量との関係に応じて、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量と、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量とを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。
ここで、所定差圧とは、前後差圧取得手段によって取得された前後差圧が、それ以下となると、当該差圧を求める精度が低下してしまう値であり、当該差圧を求める精度が低下したか当該差圧を求める精度が低下していないかの閾値である。
これによると、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧が正確でなくなる場合に、酸化触媒通過ガス流量を算出し、当該酸化触媒通過ガス流量と目標流量との関係に応じて、両ＥＧＲガスの還流量を制御する。これにより、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率の精度が向上する。したがって、ＥＧＲガスの制御にズレが生じ難くなり、排気エミッションの悪化を抑制することができる。また、酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多いために生じる酸化触媒のＨＣ被毒も抑制できる。
【０００７】
前記制御手段は、前記酸化触媒通過ガス流量算出手段によって算出された酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多い場合には、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を減少させ、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、前記酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも少ない場合には、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を減少させるとよい。
これによると、酸化触媒通過ガス量を目標流量に調整できる。これにより、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率の精度が向上する。
【０００８】
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段は、機関回転速度、前記内燃機関の燃料噴射量、及び排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、前記酸化触媒の発熱量を推定し、推定した発熱量から前記酸化触媒の浄化率を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出するとよい。
これによると、新たな検出手段を設けることなく酸化触媒の発熱量を推定でき、コストアップを抑制できる。
【０００９】
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段は、前記酸化触媒の上流及び下流の排気温度から、前記酸化触媒の発熱量を推定し、推定した発熱量から前記酸化触媒の浄化率を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出するとよい。
これによると、精度よく容易に酸化触媒の発熱量を推定できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を求める精度が低下した場合であっても、正確なＥＧＲガス比率のＥＧＲガスの制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る内燃機関の運転状態に対応した低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との使い分けのパターンを示す図である。
【図３】実施例１に係る酸化触媒通過ガス流量を用いたＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】実施例１に係るＳＶ比を求めるマップを示す図である。
【図５】実施例１の他の例に係る内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００１３】
＜実施例１＞
（内燃機関）
図１に、本発明の実施例１に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関、及びその吸気系・排気系の概略構成を示す。図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。各気筒２には、燃料としての軽油が供給され気筒２内へ軽油を適宜の量且つ適宜のタイミングで噴射する燃料噴射弁３が設けられている。内燃機関１には、吸気通路４及び排気通路５が接続されている。
【００１４】
（吸気系）
内燃機関１に接続された吸気通路４の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャのコンプレッサ６ａが配置されている。コンプレッサ６ａよりも上流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の流量を調節する第１スロットル弁７が配置されている。この第１スロットル弁７は、電動アクチュエータにより開閉される。第１スロットル弁７よりも上流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する新気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ８が配置されている。このエアフローメータ８により、内燃機関１に吸入される吸入空気量（新気流量）が測定される。
コンプレッサ６ａよりも下流の吸気通路４には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ９が配置されている。インタークーラ９よりも下流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の流量を調節する第２スロットル弁１０が配置されている。この第２スロットル弁１０は、電動アクチュエータにより開閉される。
これら吸気通路４及びそれに配置された機器が内燃機関１に吸気を取り入れるための吸気系を構成している。
【００１５】
（排気系）
一方、内燃機関１に接続された排気通路５の途中には、ターボチャージャのタービン６ｂが配置されている。タービン６ｂよりも下流の排気通路５には、排気浄化装置１１が配置されている。排気浄化装置１１は、酸化触媒１１ａと当該酸化触媒１１ａの後段に配置されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下単にフィルタという）１１ｂとを有して構成される。フィルタ１１ｂには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下単にＮＯｘ触媒という）が担持されている。
これら排気通路５及びそれに配置された機器が内燃機関１から排気を排出させるための排気系を構成している。
【００１６】
（低圧ＥＧＲ装置）
そして、内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路４へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。本実施例では、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。
低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲガスが流通する低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲ弁３２と、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ３３と、を有する。
低圧ＥＧＲ通路３１は、酸化触媒１１ａを有する排気浄化装置１１よりも下流側の排気
通路５と、コンプレッサ６ａよりも上流かつ第１スロットル弁７よりも下流側の吸気通路４とを接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧ＥＧＲガスとして低圧で内燃機関１へ送り込まれる。
低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲクーラ３３よりも下流の低圧ＥＧＲ通路３１に配置され、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの流量（還流量）を調節する。この低圧ＥＧＲ弁３２は、電動アクチュエータにより開閉される。
なお、低圧ＥＧＲガスの流量の調節は、低圧ＥＧＲ弁３２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第１スロットル弁７の開度を調整することにより、或いは不図示の排気絞り弁の開度を調節することにより、低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより低圧ＥＧＲガスの流量を調節することができる。
低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲ通路３１の途中に配置される。低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲクーラ３３内を通過する低圧ＥＧＲガスと機関冷却水とで熱交換をして、低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。
【００１７】
（高圧ＥＧＲ装置）
一方、内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路４へ還流（再循環）させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。本実施例では、高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。
高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲガスが流通する高圧ＥＧＲ通路４１と、高圧ＥＧＲ通路４１を流通する高圧ＥＧＲガスの還流量を制御する高圧ＥＧＲ弁４２と、を有する。
高圧ＥＧＲ通路４１は、タービン６ｂよりも上流側の排気通路５と、第２スロットル弁１０よりも下流側の吸気通路４とを接続している。この高圧ＥＧＲ通路４１を通って、排気が高圧ＥＧＲガスとして高圧で内燃機関１へ送り込まれる。
高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１に配置され、高圧ＥＧＲ通路４１の通路断面積を調整することにより、該高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの流量（還流量）を調節する。この高圧ＥＧＲ弁４２は、電動アクチュエータにより開閉される。
なお、高圧ＥＧＲガスの流量の調節は、高圧ＥＧＲ弁４２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第２スロットル弁１０の開度を調整することにより、高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより高圧ＥＧＲガスの流量を調節することができる。また、ターボチャージャのタービン６ｂが可変容量型の場合には、タービン６ｂの流量特性を変更するノズルベーンの開度を調整することによっても高圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。
【００１８】
（ＥＣＵ）
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１２が併設されている。ＥＣＵ１２は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
ＥＣＵ１２には、エアフローメータ８、低圧ＥＧＲ装置３０の入口において低圧ＥＧＲ装置３０に流入する排気の圧力を検出する第１圧力センサ１３、低圧ＥＧＲ装置３０の出口において低圧ＥＧＲ装置３０から低圧ＥＧＲガスが流出した直後の吸気の圧力を検出する第２圧力センサ１４、酸化触媒１１ａの上流の排気の温度を検出する第１排気温度センサ１５、機関回転速度を検出するクランクポジションセンサ１６、及び運転者がアクセルペダル１７を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し内燃機関１の燃料噴射量を定める機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。
一方、ＥＣＵ１２には、燃料噴射弁３、第１スロットル弁７、第２スロットル弁１０、低圧ＥＧＲ弁３２、及び高圧ＥＧＲ弁４２の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１２によりこれらの機器が制御される。
【００１９】
（ＥＧＲ制御）
そして、本実施例における内燃機関１では、図２に示すように、運転状態に応じて、低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との使い分けを行っている。図２に、内燃機関１の運転状態に対応した低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との使い分けのパターンを示す。図２の横軸は内燃機関１の機関回転速度を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。高負荷と高回転の少なくともどちらかの運転状態においては、低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いて低圧ＥＧＲガスの還流のみを行う。この低圧ＥＧＲガスの還流のみを行う領域をＬＰＬ領域という。中負荷の運転状態においては、低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を併用して低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との両方を行う。この低圧ＥＧＲガスの還流と高圧ＥＧＲガスの還流との両方を行う領域をＭＰＬ領域という。低負荷の運転状態においては、高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いて高圧ＥＧＲガスの還流のみを行う。この高圧ＥＧＲガスの還流のみを行う領域をＨＰＬ領域という。
これにより、ＨＰＬ領域では、応答性に優れる高圧ＥＧＲガスを還流させることで、ＥＧＲ運転の応答性を確保している。また、ＬＰＬ領域では、低温の低圧ＥＧＲガスを還流させて、ＥＧＲガスの温度が過剰に高温になることを抑制している。その結果、より広い運転状態で排気を還流するＥＧＲ運転を実現している。
【００２０】
（ＭＰＬ領域でのＥＧＲ制御）
ＭＰＬ領域では、上記のように低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を併用している。ここで、ＭＰＬ領域では、第１、第２圧力センサ１３，１４が検出する圧力の差、即ち低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を用いて、還流している低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率を算出している。そして、ＥＧＲガス比率が目標比率となるように低圧ＥＧＲ弁３２や高圧ＥＧＲ弁４２等を制御している。
内燃機関１に還流する両ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスが多すぎると、タービン６ｂの上流における排気の背圧が上昇し、内燃機関１のポンピングロスが増加することにより、燃費が悪化する弊害が生じてしまう。一方、両ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスが少なすぎると、高圧ＥＧＲガスの還流量が相対的に増加し、内燃機関１に流入する吸気の温度が上昇し、スモークやＮＯｘの発生量が増加する弊害が生じてしまう。これらの弊害を回避するため、ＥＧＲガス比率を目標比率となるよう制御している。
【００２１】
しかし、内燃機関１の運転状態が低負荷のときには、低圧ＥＧＲ装置３０内の圧力が低くなり過ぎるため、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を求める精度が低下し、正確なＥＧＲガス比率を求めることができなくなってしまう。そうすると、ＥＧＲガスの制御にズレが生じ、排気エミッションが悪化する場合がある。また、両ＥＧＲガス中の低圧ＥＧＲガスの割合が増加する側にズレが生じると、酸化触媒通過ガス流量が増加し、酸化触媒１１ａのＨＣ被毒が促進されてしまう場合もある。
【００２２】
そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧が正確でなくなる場合に、酸化触媒通過ガス流量を算出し、当該酸化触媒通過ガス流量と目標流量との関係に応じて、両ＥＧＲガスの還流量を制御する。
具体的には、まず、ＭＰＬ領域の場合に、第１、第２圧力センサ１３，１４の検出値から、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を取得する。
次に、取得された前後差圧が、当該差圧を求める精度が低下したか低下していないかの閾値となる所定差圧以下の場合に、クランクポジションセンサ１６が検出する機関回転速度、アクセル開度センサ１８から求まる内燃機関１の燃料噴射量、並びにエアフローメータ８が検出する新気流量と内燃機関１の燃料噴射量とから求まる排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、第１排気温度センサ１５が検出する酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定し、推定した発熱量から酸化触媒１１ａの浄化率を推定し、酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ
比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出する。
ここで、所定差圧とは、先に取得された前後差圧が、それ以下となると、当該差圧を求める精度が低下してしまう値であり、当該差圧を求める精度が低下したか当該差圧を求める精度が低下していないかの閾値である。
そして最終的に、算出された酸化触媒通過ガス流量と、目標流量との関係に応じて、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量と、高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量とを制御する。
このときの制御としては、算出された酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多い場合には、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を減少させ、高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を増加させる。一方、算出された酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも少ない場合には、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、高圧ＥＧＲ装置４０によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を減少させる。
【００２３】
このような本実施例によると、酸化触媒通過ガス量を目標流量に調整できる。これにより、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとのＥＧＲガス比率の精度が向上する。したがって、ＥＧＲガスの制御にズレが生じ難くなり、排気エミッションの悪化を抑制することができる。また、酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多いために生じる酸化触媒のＨＣ被毒も抑制できる。
【００２４】
また、本実施例では、クランクポジションセンサ１６が検出する機関回転速度、アクセル開度センサ１８から求まる内燃機関１の燃料噴射量、並びにエアフローメータ８が検出する新気流量と内燃機関１の燃料噴射量とから求まる排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、第１排気温度センサ１５が検出する酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定する。
これによると、新たなセンサ等の検出手段を設けることなく酸化触媒１１ａの発熱量を推定でき、コストアップを抑制できる。
【００２５】
（酸化触媒通過ガス流量を用いたＥＧＲ制御ルーチン）
本実施例に係る酸化触媒通過ガス流量を用いたＥＧＲ制御ルーチンについて説明する。図３は本実施例に係る酸化触媒通過ガス流量を用いたＥＧＲ制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１２によって、所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００２６】
Ｓ１０１では、内燃機関１の運転状態がＭＰＬ領域であるか否か判別する。
ここでの判別は、クランクポジションセンサ１６が検出する機関回転速度とアクセル開度センサ１８が検出する機関負荷とを予め実験などにより求めた図２に示すマップに取り込み、ＭＰＬ領域であり、ＭＰＬ領域での低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を併用したＥＧＲ制御が行われているか否かで判断する。
Ｓ１０１においてＭＰＬ領域であると肯定判定された場合には、Ｓ１０２へ移行する。Ｓ１０１においてＭＰＬ領域ではないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００２７】
Ｓ１０２では、第１、第２圧力センサ１３，１４の検出値から、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を取得する。
Ｓ１０２のステップを実行するＥＣＵ１２が、本発明の前後差圧取得手段に対応する。
【００２８】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で取得された前後差圧が、当該差圧が正確でなくなるか正確であるかの閾値となる所定差圧以下か否かを判別する。
Ｓ１０３において肯定判定された場合には、Ｓ１０４へ移行する。Ｓ１０３において否
定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００２９】
Ｓ１０４では、クランクポジションセンサ１６が検出する機関回転速度、アクセル開度センサ１８から求まる内燃機関１の燃料噴射量、並びにエアフローメータ８が検出する新気流量と内燃機関１の燃料噴射量とから求まる排気流量から、排気中のＨＣ量を推定する。
排気中のＨＣ量は、機関回転速度、燃料噴射量、及び排気流量を、予め求めてあるマップに取り込むことで推定できる。
【００３０】
Ｓ１０５では、第１排気温度センサ１５が検出する酸化触媒１１ａの上流の排気温度及びＳ１０４で推定したＨＣ量から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定する。
酸化触媒１１ａの発熱量は、酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定したＨＣ量を、予め求めてあるマップに取り込むことで推定できる。
【００３１】
Ｓ１０６では、推定した酸化触媒１１ａの発熱量から酸化触媒１１ａの浄化率を推定する。
酸化触媒１１ａの浄化率は、推定した酸化触媒１１ａの発熱量を、予め求めてあるマップに取り込むことで推定できる。
【００３２】
Ｓ１０７では、第１排気温度センサ１５が検出する酸化触媒１１ａの上流の排気温度及びＳ１０６で推定した浄化率からＳＶ比を推定する。
ここで、ＳＶ比とは、酸化触媒通過ガス流量と酸化触媒容量との比であり、図４に示すように、酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び酸化触媒１１ａの浄化率を、予め求めてあるマップに取り込むことで求めることができる。
【００３３】
Ｓ１０８では、Ｓ１０７で推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出する。
「酸化触媒通過ガス流量」＝「酸化触媒容量」×「ＳＶ比」の式より求めることができる。酸化触媒容量は、予め求めておくことができる。
Ｓ１０４〜Ｓ１０８のステップを実行するＥＣＵ１２が、本発明の酸化触媒通過ガス流量算出手段に対応する。
【００３４】
Ｓ１０９では、酸化触媒通過ガス流量が目標流量に一致するか否かを判別する。目標流量は、内燃機関１の運転状態に応じて定められる。
Ｓ１０９において肯定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。Ｓ１０９において否定判定された場合には、Ｓ１１０へ移行する。
【００３５】
Ｓ１１０では、酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多いか否かを判別する。
Ｓ１１０において肯定判定された場合には、Ｓ１１１へ移行する。Ｓ１１０において否定判定された場合には、Ｓ１１２へ移行する。
【００３６】
Ｓ１１１では、低圧ＥＧＲガスの還流量を減少させると共に、高圧ＥＧＲガスの還流量を増加させる。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
還流量の増減は各種ＥＧＲ弁を制御することや、上記した還流量を調整する制御により行うことができる。また、還流量の増減の程度は、目標流量との差が大きい程大きくする等すればよい。
【００３７】
Ｓ１１２では、低圧ＥＧＲガスの還流量を増加させると共に、高圧ＥＧＲガスの還流量を減少させる。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００３８】
以上本ルーチンによると、低圧ＥＧＲ装置３０の入口と出口との前後差圧を求める精度
が低下した場合であっても、正確なＥＧＲガス比率のＥＧＲガスの制御を行うことができる。
【００３９】
本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
上述の実施例では、機関回転速度、内燃機関の燃料噴射量、及び排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、酸化触媒１１ａの上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定していた。しかしこれに限られない。例えば、図５に示すように、酸化触媒１１ａの上流の排気温度を検出する第１排気温度センサ１５の他に、酸化触媒１１ａの下流の排気温度を検出する第２排気温度センサ１９を設け、酸化触媒１１ａの上流及び下流の排気温度から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定するようにしてもよい。この場合には、図３のルーチンにおいて、Ｓ１０４及びＳ１０５のステップを、酸化触媒１１ａの上流及び下流の排気温度から、酸化触媒１１ａの発熱量を推定するステップに変更すればよい。この場合であると、精度よく容易に酸化触媒１１ａの発熱量を推定できる。
【符号の説明】
【００４０】
１：内燃機関、２：気筒、３：燃料噴射弁、４：吸気通路、５：排気通路、６ａ：コンプレッサ、６ｂ：タービン、７：第１スロットル弁、８：エアフローメータ、９：インタークーラ、１０：第２スロットル弁、１１：排気浄化装置、１１ａ：酸化触媒、１１ｂ：フィルタ、１２：ＥＣＵ、１３：第１圧力センサ、１４：第２圧力センサ、１５：第１排気温度センサ、１６：クランクポジションセンサ、１７：アクセルペダル、１８：アクセル開度センサ、１９：第２排気温度センサ、３０：低圧ＥＧＲ装置、３１：低圧ＥＧＲ通路、３２：低圧ＥＧＲ弁、３３：低圧ＥＧＲクーラ、４０：高圧ＥＧＲ装置、４１：高圧ＥＧＲ通路、４２：高圧ＥＧＲ弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路に配置された酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンより上流の前記排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより下流の前記吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置と、
前記低圧ＥＧＲ装置及び前記高圧ＥＧＲ装置を併用して低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスの両方のＥＧＲガスを還流させている場合に、前記低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を取得する前後差圧取得手段と、
前記前後差圧取得手段によって取得された前後差圧が、当該差圧を求める精度が低下したか低下していないかの閾値となる所定差圧以下の場合に、酸化触媒通過ガス流量を算出する酸化触媒通過ガス流量算出手段と、
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段によって算出された酸化触媒通過ガス流量と、目標流量との関係に応じて、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量と、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量とを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記酸化触媒通過ガス流量算出手段によって算出された酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多い場合には、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を減少させ、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、
前記酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも少ない場合には、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段は、機関回転速度、前記内燃機関の燃料噴射量、及び排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、前記酸化触媒の発熱量を推定し、推定した発熱量から前記酸化触媒の浄化率を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段は、前記酸化触媒の上流及び下流の排気温度から、前記酸化触媒の発熱量を推定し、推定した発熱量から前記酸化触媒の浄化率を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路に配置された酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンより上流の前記排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより下流の前記吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置と、
前記低圧ＥＧＲ装置及び前記高圧ＥＧＲ装置を併用して低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスの両方のＥＧＲガスを還流させている場合に、前記低圧ＥＧＲ装置の入口と出口との前後差圧を取得する前後差圧取得手段と、
前記前後差圧取得手段によって取得された前後差圧が、当該差圧を求める精度が低下したか低下していないかの閾値となる所定差圧以下の場合に、酸化触媒通過ガス流量を算出する酸化触媒通過ガス流量算出手段と、
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段によって算出された酸化触媒通過ガス流量と、目標流量との関係に応じて、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量と、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量とを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記酸化触媒通過ガス流量算出手段によって算出された酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも多い場合には、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を減少させ、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、
前記酸化触媒通過ガス流量が目標流量よりも少ない場合には、前記低圧ＥＧＲ装置によって還流される低圧ＥＧＲガスの還流量を増加させ、前記高圧ＥＧＲ装置によって還流される高圧ＥＧＲガスの還流量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段は、機関回転速度、前記内燃機関の燃料噴射量、及び排気流量から、排気中のＨＣ量を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定したＨＣ量から、前記酸化触媒の発熱量を推定し、推定した発熱量から前記酸化触媒の浄化率を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
前記酸化触媒通過ガス流量算出手段は、前記酸化触媒の上流及び下流の排気温度から、前記酸化触媒の発熱量を推定し、推定した発熱量から前記酸化触媒の浄化率を推定し、前記酸化触媒の上流の排気温度及び推定した浄化率からＳＶ比を推定し、推定したＳＶ比から酸化触媒通過ガス流量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７９４２５（Ｐ２０１１−１７９４２５Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５３４９（Ｐ２０１０−４５３４９）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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