JP2014034959A - 過給機付きエンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン減速時にエンジンの減速失火や出力上昇をさせることなく吸気通路に残留するＥＧＲガスを早めに排出して吸気通路を掃気すること。
【解決手段】エンジン１は、過給機７、電子スロットル装置１４、ＥＧＲ通路１７及びＥＧＲ弁１８を備える。過給機７は、一体回転可能なコンプレッサ８及びタービン９を含む。ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂは、タービン９より下流の排気通路５に接続され、出口１７ａはコンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。電子スロットル装置１４より上流であってコンプレッサ８より下流の吸気通路３には、その部分に残留したＥＧＲガスを排気通路５へ流すエアバイパス通路４１が設けられ、同通路４１にはエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）４２が設けられる。電子制御装置（ＥＣＵ）５０は、エンジン１の減速時に過給圧が背圧を上回る期間だけ、ＡＢＶ４２を開弁すると共にＥＧＲ弁１８を閉弁する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エンジンの吸気を昇圧させる過給機を備えたエンジンに係り、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ流してエンジンへ還流させる過給機付きエンジンの排気還流装置に関する。

従来、この種の技術が、例えば、自動車用エンジンにおいて採用されている。排気還流装置（Exhaust Gas Recirculation（ＥＧＲ）装置）は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される燃焼後の排気の一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路へ導き、吸気通路を流れる吸気と混合させて燃焼室へ還流させるようになっている。ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲ弁により調節されるようになっている。このＥＧＲによって、主として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができ、エンジンの部分負荷時における燃費向上を図ることができる。

エンジンの排気は、酸素が含まれていないか酸素が希薄な状態にある。従って、ＥＧＲにより排気の一部を吸気と混ぜることで、吸気中の酸素濃度が低下する。このため、燃焼室では、酸素濃度が低い状態で燃料が燃焼することから、燃焼時のピーク温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。ガソリンエンジンでは、ＥＧＲにより吸気中の酸素含有量を増加させることなく、スロットルバルブをある程度閉じた状態においても、エンジンのポンピングロスを低減することができる。

ここで、近時は、エンジンの更なる燃費向上を図るために、エンジンの全運転領域でＥＧＲを行うことが考えられ、大量ＥＧＲを実現することが求められている。大量ＥＧＲを実現するためには、従前の技術に対し、ＥＧＲ通路の内径を拡大したり、ＥＧＲ弁の弁体や弁座の流路開口面積を大きくしたりする必要がある。

ところで、エンジンの吸気を過給圧により昇圧させる過給機を備えたエンジンにおいてもＥＧＲ装置が設けられることは周知である。下記の特許文献１には、この種のエンジンが記載されている。このエンジンは、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられてタービンにより駆動されるコンプレッサとから構成される過給機を備える。また、タービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路との間にＥＧＲ通路が配置され、ＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられる（低圧ループ式ＥＧＲ装置）。

この種のエンジンは、ＥＧＲ通路の出口からスロットル弁までの吸気通路の経路が比較的長くなっている。そのため、スロットル弁が閉弁されるエンジンの減速時に、図１０（ａ）に示すように、スロットル開度を全閉にし（時刻ｔ１）、要求ＥＧＲ率の急減に合わせてＥＧＲ弁を直ちに閉弁しても、ＥＧＲ通路の出口からスロットル弁まで間の吸気通路に大量のＥＧＲガスが残留してしまう。そのため、残留ＥＧＲガスが吸気に混じり、図１０（ｂ）に示すように、エンジン減速時からのＥＧＲ率の低下が遅れることになる（ＥＧＲ減衰遅れ）。その結果、燃焼室に取り込まれる吸気中のＥＧＲ率が過剰となり、エンジンに減速失火が起きるおそれがあった。このことは、高過給圧からの減速ほど、或いは、エンジン回転速度が低くなるほど、ＥＧＲの減衰遅れ時間が長引く傾向があった。図１０は、エンジン減速前後におけるスロットル開度及びＥＧＲ率の挙動をタイムチャートにより示す。

そこで、特許文献１に記載のエンジンでは、スロットル弁より下流の吸気通路に新気を導入する新気バイパス通路と、新気バイパス通路に配置されたバイパス弁とを備え、エンジンの要求ＥＧＲ率が急減するときに、バイパス弁を開き側に制御すると共にスロットル弁を閉じ側に制御するようになっている。これにより、エンジン減速時に要求ＥＧＲ率が急減する場合に、新気バイパス通路から吸気通路へ新気を導入することにより、吸気通路に残留するＥＧＲガスを掃気すると共に、スロットル弁より下流の吸気通路へ流れたＥＧＲガスと新気を合わせることで、ＥＧＲ率を早期に減衰させるようになっている。

特開２０１２−７５４７号公報

ところが、特許文献１に記載のエンジンでは、エンジン減速時にＥＧＲ率を早期に減衰できるものの、吸気通路へ新気を導入しているだけなので、減速時に燃料カットされない場合には、新気により燃焼室での燃焼圧力が高まり、エンジン出力が上昇してエンジンの減速性が悪化するおそれがあった。そのため、エンジン減速時には、スロットル弁より上流の吸気通路に残留するＥＧＲガスを、エンジンの減速失火や出力上昇をさせることなく、早めに処理し吸気通路を掃気することが望まれている。特に、大量ＥＧＲを想定した場合、エンジン減速時に吸気通路に残留するＥＧＲガスも多くなることから、その必要性が高くなる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジン減速時にエンジンの減速失火や出力上昇をさせることなく吸気通路に残留するＥＧＲガスを早めに処理して吸気通路を掃気できる過給機付きエンジンの排気還流装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの吸気通路と排気通路との間に設けられ、吸気通路における吸気を過給圧により昇圧させるための過給機と、過給機は、吸気通路に配置されたコンプレッサと、排気通路に配置されたタービンと、コンプレッサとタービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含むことと、吸気通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁と、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして吸気通路へ流して燃焼室へ還流させる排気還流通路と、排気還流通路は、その入口がタービンより下流の排気通路に接続され、その出口がコンプレッサより上流の吸気通路に接続されることと、排気還流通路における排気還流ガスの流れを調節するための排気還流弁とを備えた過給機付きエンジンの排気還流装置において、吸気量調節弁が閉弁されるエンジンの減速時に、吸気量調節弁より上流の吸気通路における過給圧が排気通路における背圧を上回る期間だけ、排気還流通路から吸気通路へ流れて吸気量調節弁より上流の吸気通路に残留する排気還流ガスを排気通路へ戻すための排気還流ガス戻し手段を備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、過給機付きエンジンにおいて、排気還流通路の入口がタービンより下流の排気通路に接続され、排気還流通路の出口がコンプレッサより上流の吸気通路に接続されることから、吸気通路に設けられる吸気量調節弁が閉弁されるエンジンの減速時には、排気還流通路から吸気通路へ流れた排気還流ガスが、吸気量調節弁より上流の吸気通路に残留することになる。また、エンジンの減速時には、コンプレッサの回転が低下するまでの間で、吸気量調節弁より上流の吸気通路における過給圧が高くなる。ここで、排気還流ガス戻し手段が、エンジンの減速時に、吸気量調節弁より上流の吸気通路における過給圧が排気通路における背圧を上回る期間だけ、吸気量調節弁より上流の吸気通路に残留する排気還流ガスを排気通路へ戻すことにより、吸気通路から残留する排気還流
ガスが除去され、代わりに吸気通路に吸気が流れ込んで掃気される。また、吸気通路に残留する排気還流ガス又は新気が燃焼室へ流れることがない。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、排気還流ガス戻し手段は、吸気量調節弁より上流であってコンプレッサより下流の吸気通路に残留する排気還流ガスを排気通路へ流す戻し通路と、戻し通路を開閉する戻し開閉弁と、制御手段とを含み、制御手段は、エンジンの減速時に過給圧が背圧を上回る期間だけ、戻し開閉弁を開弁すると共に排気還流弁を閉弁することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、制御手段が、エンジンの減速時に過給圧が背圧を上回る期間だけ、戻し開閉弁を開弁すると共に排気還流弁を閉弁することにより、コンプレッサより下流の吸気通路から戻し通路を介して、吸気通路に残留する排気還流ガスが排気通路へ流れて除去され、代わりに吸気通路に吸気が流れ込んで掃気される。また、吸気通路に残留する排気還流ガス又は新気が燃焼室へ流れることがない。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、排気還流ガス戻し手段は、吸気量調節弁より上流であってコンプレッサより下流の吸気通路をコンプレッサより上流の吸気通路へバイパスするバイパス通路と、バイパス通路を開閉するバイパス開閉弁と、排気還流通路の出口より上流の吸気通路を開閉する吸気開閉弁と、制御手段とを含み、制御手段は、エンジンの減速時に過給圧が背圧を上回る期間だけ、バイパス開閉弁及び排気還流弁を開弁すると共に、吸気開閉弁を閉弁することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、制御手段が、エンジンの減速時に過給圧が背圧を上回る期間だけ、バイパス開閉弁及び排気還流弁を開弁すると共に、吸気開閉弁を閉弁することにより、コンプレッサより下流の吸気通路からバイパス通路、コンプレッサより上流の吸気通路及び排気還流通路を介して、吸気通路に残留する排気還流ガスが排気通路へ流れて除去され、代わりに吸気通路に吸気が流れ込んで掃気される。また、吸気通路に残留する排気還流ガス又は新気が燃焼室へ流れることがない。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段を更に備え、制御手段は、運転状態検出手段により検出される、エンジンの減速前における吸気圧及びエンジンの回転速度、並びにエンジンの減速時における吸気量調節弁の開度に基づき、エンジンの減速時に過給圧が背圧を上回る期間を求めることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２又は３に記載の発明の作用に加え、制御手段が、エンジンの減速前における吸気圧及びエンジンの回転速度、並びにエンジンの減速時における吸気量調節弁の開度に基づき、エンジンの減速時に過給圧が背圧を上回る期間を求める。ここで、エンジンの減速前における吸気圧及びエンジンの回転速度は、エンジンの減速前の過給圧の大きさと相関性を有する。また、エンジンの減速時における吸気量調節弁の開度は、エンジンの減速時からの過給圧の減衰の程度と相関性を有する。従って、これらパラメータにより、過給圧が背圧を上回る期間を推定的に求めることが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、エンジン減速時にエンジンの減速失火や出力上昇をさせることなく吸気通路に残留する排気還流ガスを早めに処理して吸気通路を掃気することができる。

請求項２に記載の発明によれば、エンジン減速時にエンジンの減速失火や出力上昇をさせることなく吸気通路に残留する排気還流ガスを早めに処理して吸気通路を掃気することができる。

請求項３に記載の発明によれば、エンジン減速時にエンジンの減速失火や出力上昇をさせることなく吸気通路に残留する排気還流ガスを早めに処理して吸気通路を掃気することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の発明の効果に加え、吸気通路に残留する排気還流ガスを所定時間だけ一律に排出させる場合と比べ、減速前のエンジンの運転状態に応じて、吸気通路に残留する排気還流ガスを適正に処理することができる。

第１実施形態に係り、過給機付きエンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含むエンジンシステムを示す概略構成図。 同実施形態に係り、ＥＧＲ通路の一部であってＥＧＲ弁が設けられる部分を拡大して示す断面図。 同実施形態に係り、「減速時残留ＥＧＲガス掃気制御」の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、スロットル開度と背圧との関係を示すグラフ。 同実施形態に係り、急減速前のスロットル弁上流側吸気圧と、減速時のスロットル開度と、掃気時間との関係を示す３次元の掃気時間マップ。 同実施形態に係り、制御に関する各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。 第２実施形態に係り、過給機付きエンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含むエンジンシステムを示す概略構成図。 同実施形態に係り、「減速時残留ＥＧＲガス掃気制御」の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、制御に関する各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。 従来例に係り、エンジン減速前後におけるスロットル開度及びＥＧＲ率の挙動を示すタイムチャート。

＜第１実施形態＞
以下、本発明における過給機付きエンジンの排気還流装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態における過給機付きエンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含むエンジンシステムを概略構成図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１の吸気ポート２には、吸気通路３が接続され、排気ポート４には、排気通路５が接続される。吸気通路３の入口には、エアクリーナ６が設けられる。エアクリーナ６より下流の吸気通路３には、排気通路５との間に、吸気通路３における吸気を昇圧させるための過給機７が設けられる。

過給機７は、吸気通路３に配置されたコンプレッサ８と、排気通路５に配置されたタービン９と、コンプレッサ８とタービン９を一体回転可能に連結する回転軸１０とを含む。過給機７は、排気通路５を流れる排気によりタービン９を回転させて回転軸１０を介してコンプレッサ８を一体的に回転させることにより、吸気通路３における吸気を過給圧により昇圧させる、すなわち過給を行うようになっている。

過給機７に隣接して排気通路５には、タービン９を迂回する排気バイパス通路１１が設けられる。この排気バイパス通路１１には、ウェイストゲートバルブ１２が設けられる。ウェイストゲートバルブ１２により排気バイパス通路１１を流れる排気が調節されることにより、タービン９に供給される排気流量が調節され、タービン９及びコンプレッサ８の回転速度が調節され、過給機７による過給圧が調節されるようになっている。

吸気通路３において、過給機７のコンプレッサ８とエンジン１との間には、インタークーラ１３が設けられる。このインタークーラ１３は、コンプレッサ８により昇圧されて高温となった吸気を適温に冷却するためのものである。インタークーラ１３とエンジン１との間の吸気通路３には、サージタンク３ａが設けられる。また、インタークーラ１３より下流であってサージタンク３ａより上流の吸気通路３には、電動式のスロットル弁である電子スロットル装置１４が設けられる。本発明の吸気量調節弁に相当する電子スロットル装置１４は、吸気通路３に配置されるバタフライ形のスロットル弁２１と、そのスロットル弁２１を開閉駆動するためのステップモータ２２と、スロットル弁２１の開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ２３とを備える。電子スロットル装置１４は、運転者によるアクセルペダル２６の操作に応じてスロットル弁２１がステップモータ２２により開閉駆動され、その開度が調節されるように構成される。電子スロットル装置１４の構成として、例えば、特開２０１１−２５２４８２号公報の図１及び図２に記載される「スロットル装置」の基本構成を採用することができる。また、タービン９より下流の排気通路５には、排気を浄化するための排気触媒としての触媒コンバータ１５が設けられる。

エンジン１には、燃焼室１６に燃料を噴射供給するためのインジェクタ２５が設けられる。インジェクタ２５には、燃料タンク（図示略）から燃料が供給されるようになっている。また、エンジン１には、各気筒に対応して点火プラグ２９が設けられる。各点火プラグ２９は、イグナイタ３０から出力される高電圧を受けて点火動作する。各点火プラグ２９の点火時期は、イグナイタ３０による高電圧の出力タイミングにより決定される。

この実施形態において、大量ＥＧＲを実現するためのＥＧＲ装置は、エンジン１の燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）１７と、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲガスの流れを調節するためにＥＧＲ通路１７に設けられた排気還流弁（ＥＧＲ弁）１８とを備える。ＥＧＲ通路１７は、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５と、コンプレッサ８より上流の吸気通路３との間に設けられる。すなわち、排気通路５を流れる排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１７を通じて吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させるために、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａが、コンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。また、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂは、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に接続される。

ＥＧＲ通路１７には、同通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられる。この実施形態で、ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲクーラ２０より下流のＥＧＲ通路１７に配置される。

図２に、ＥＧＲ通路１７の一部であってＥＧＲ弁１８が設けられる部分を拡大して断面図により示す。図１、図２に示すように、ＥＧＲ弁１８は、ポペット弁により、かつ、電動弁により構成される。すなわち、ＥＧＲ弁１８は、ステップモータ３１により駆動される弁体３２を備える。弁体３２は、略円錐形状をなし、ＥＧＲ通路１７に設けられた弁座３３に着座可能に設けられる。ステップモータ３１は直進的に往復運動（ストローク運動）可能に構成された出力軸３４を備え、その出力軸３４の先端に弁体３２が固定される。出力軸３４は軸受３５を介してＥＧＲ通路１７を構成するハウジングに支持される。
そして、ステップモータ３１の出力軸３４をストローク運動させることにより、弁座３３に対する弁体３２の開度が調節されるようになっている。ＥＧＲ弁１８の出力軸３４は、弁体３２が弁座３３に着座する全閉状態から、弁体３２が軸受３５に当接する全開状態までの間で所定のストロークＬ１だけストローク運動可能に設けられる。この実施形態では、大量ＥＧＲを実現するために、従前の技術に比べて弁座３３の開口面積が拡大されている。それに合わせて、弁体３２が大型化されている。このＥＧＲ弁１８の構成として、例えば、特開２０１０−２７５９４１号公報の図１に記載された「ＥＧＲバルブ」の基本構成を採用することができる。

図１に示すように、この実施形態では、電子スロットル装置１４より上流であって過給機７のコンプレッサ８より下流の吸気通路３（電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３）に残留するＥＧＲガスを排気通路５へ戻してその吸気通路３の部分を掃気するためにエアバイパス通路４１が設けられる。本発明の戻し通路に相当するエアバイパス通路４１は、その入口４１ａが、インタークーラ１３より上流であってコン
プレッサ８より下流の吸気通路３に接続され、その出口４１ｂがＥＧＲクーラ２０より上流のＥＧＲ通路１７に接続される。エアバイパス通路４１の途中には、本発明の戻し開閉弁に相当する電動式のエア・バイパス・バルブ（ＡＢＶ）４２が設けられる。ＡＢＶ４２は、弁体をソレノイドにより開閉するように構成される。

この実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて燃料噴射制御、点火時期制御、吸気量制御、ＥＧＲ制御及び「減速時残留ＥＧＲガス掃気制御」等をそれぞれ実行するために、インジェクタ２５、イグナイタ３０、電子スロットル装置１４のステップモータ２２、ＥＧＲ弁１８のステップモータ３１及びＡＢＶ４２が、それぞれエンジン１の運転状態に応じて電子制御装置（ＥＣＵ）５０により制御されるようになっている。ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、所定の制御プログラム等を予め記憶したり、ＣＰＵの演算結果等を一時的に記憶したりする各種メモリと、これら各部と接続される外部入力回路及び外部出力回路とを備える。ＥＣＵ５０は、本発明の制御手段に相当する。外部出力回路には、イグナイタ３０、インジェクタ２５、各ステップモータ２２，３１及びＡＢＶ４２が接続される。外部入力回路には、スロットルセンサ２３をはじめエンジン１の運転状態を検出するための本発明の運転状態検出手段に相当する各種センサ２７，５１〜５５が接続され、各種エンジン信号が入力されるようになっている。

ここで、各種センサとして、スロットルセンサ２３の他に、アクセルセンサ２７、吸気圧センサ５１、回転速度センサ５２、水温センサ５３、エアフローメータ５４及び空燃比センサ５５が設けられる。アクセルセンサ２７は、アクセルペダル２６の操作量であるアクセル開度ＡＣＣＰを検出する。アクセルペダル２６は、エンジン１の動作を操作するための操作手段に相当する。吸気圧センサ５１は、サージタンク３ａにおける吸気圧ＰＭを検出する。すなわち、吸気圧センサ５１は、ＥＧＲ通路１７から吸気通路３へＥＧＲガスが流れ込む位置より下流の吸気通路３（サージタンク３ａ）における吸気圧ＰＭを検出するようになっている。回転速度センサ５２は、エンジン１のクランクシャフト１ａの回転角（クランク角）を検出するとともに、そのクランク角の変化をエンジン１の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥとして検出する。水温センサ５３は、エンジン１の冷却水温ＴＨＷを検出する。すなわち、水温センサ５３は、温度状態検出手段に相当し、エンジン１の温度状態を示す冷却水温ＴＨＷを検出するようになっている。エアフローメータ５４は、エアクリーナ６の直下流の吸気通路３を流れる吸気量Ｇａを検出する。空燃比センサ５５は、触媒コンバータ１５の直上流の排気通路５に設けられ、排気中の空燃比Ａ／Ｆを検出する。

この実施形態において、ＥＣＵ５０は、エンジン１の全運転領域において、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲを制御するためにＥＧＲ弁１８を制御するようになっている。また、ＥＣＵ５０は、エンジン減速時に、後述する制御を実行するようになっている。

ここで、この実施形態では、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａから電子スロットル装置１４までの吸気通路３の経路が比較的長いことから、エンジン１の減速時に電子スロットル装置１４を閉弁制御することで、その経路にＥＧＲガスが滞留又は残留することになる。このため、その残留ＥＧＲガスが燃焼室１６へ流れ込むことでエンジン１の減速失火を招くおそれがある。そこで、この実施形態では、エンジン１の減速時に電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に残留するＥＧＲガスを早めに排気通路５へ戻してその吸気通路３の部分を掃気するために、ＥＣＵ５０が「減速時残留ＥＧＲガス掃気制御」を実行するようになっている。この実施形態で、上記したエアバイパス通路４１、ＡＢＶ４１及びＥＣＵ５０により、本発明の排気還流ガス戻し手段が構成される。

図３に「減速時残留ＥＧＲガス掃気制御」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。

処理がこのルーチンへ移行すると、先ず、ステップ１００で、ＥＣＵ５０は、各種センサ等５１〜５５の検出値等に基づき各種エンジン信号を取り込む。

次に、ステップ１０１で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲがオンか否か、すなわち、ＥＧＲ実行中か否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が否定となる場合、処理をステップ１００へ戻し、この判断結果が肯定となる場合、処理をステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２で、ＥＣＵ５０は、アクセルセンサ２７の検出値に基づき、アクセル開度変化ΔＡＣＣＰを求める。ＥＣＵ５０は、所定の処理周期において今回検出されるアクセル開度ＡＣＣＰと前回検出されたアクセル開度ＡＣＣＰとの差からアクセル開度変化ΔＡＣＣＰを求める。

次に、ステップ１０３で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲオンからのエンジン１の急減速要求が有るか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この急減速要求の有無を、アクセル開度変化ΔＡＣＣＰに基づいて判断する。例えば、アクセル開度変化ΔＡＣＣＰが所定値よりも大きいときに急減速要求が有ったと判断することができる。ＥＣＵ５０は、この判断結果が否定となる場合、処理をステップ１００へ戻し、この判断結果が肯定となる場合、処理をステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８を閉弁する。これにより、ＥＧＲ通路１７を遮断する。

次に、ステップ１０５で、ＥＣＵ５０は、回転速度センサ５２の検出値に基づきエンジン回転速度ＮＥを取り込む。

次に、ステップ１０６で、ＥＣＵ５０は、減速前の吸気圧ＰＭin又はエンジン負荷ＫＬを取り込む。ここで、ＥＣＵ５０は、エンジン１が減速される前の吸気圧ＰＭを、減速前の吸気圧ＰＭinとして取り込む。また、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷ＫＬを、エンジン回転速度ＮＥと吸気量Ｇａ又は吸気圧ＰＭとの関係から求めることができる。

次に、ＥＣＵ５０は、ステップ１０７で、アクセル開度ＡＣＣＰを取り込み、ステップ１０８で、アクセル開度ＡＣＣＰに基づきエンジン減速時の目標スロットル開度ＴＴＡｄを求める。ＥＣＵ５０は、予め設定された目標開度マップ（図示略）を参照することでこの処理を行うことができる。

次に、ステップ１０９で、ＥＣＵ５０は、減速時の目標スロットル開度ＴＴＡｄに基づき電子スロットル装置１４を制御する。これにより、スロットル弁２１が目標スロットル開度ＴＴＡｄへ閉弁され、吸気通路３から燃焼室１６へ取り込まれる吸気量が絞られてエンジン１が減速される。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ５０は、スロットルセンサ２３の検出値に基づき、減速時のスロットル開度ＴＡｄを取り込む。

次に、ステップ１１１で、ＥＣＵ５０は、減速前の吸気圧ＰＭin、エンジン回転速度ＮＥ及び減速時のスロットル開度ＴＡｄに基づき、エンジン減速時の掃気時間Ｔpmtaを求める。ここで、掃気時間Ｔpmtaとは、エンジン減速時にスロットル弁上流側吸気圧ＰＭtaが、背圧ＰＭexに所定値αを加算した値「ＰＭex＋α」を上回る時間を意味する。スロットル弁上流側吸気圧ＰＭtaは、過給機７の動作に伴う過給圧を意味する。ＥＣＵ５０は、この掃気時間Ｔpmtaを、後述する図５に示す掃気時間マップを参照することで求めることができる。

ここで、図４に、スロットル開度ＴＡと背圧ＰＭexとの関係をグラフにより示す。図５に、急減速前のスロットル弁上流側吸気圧ＰＭtaと、減速時のスロットル開度ＴＡｄと、掃気時間Ｔpmtaとの関係を３次元の掃気時間マップにより示す。背圧ＰＭexは、エンジン１から排出される排気ガスの圧力を意味し、図４に示すように、スロットル開度ＴＡが大きくなるに連れて曲線的に増える関係にある。図５に示すように、掃気時間Ｔpmtaは、急減速前のスロットル弁上流側吸気圧ＰＭtaが、大気圧より大きくなるに連れて増大し、減速時のスロットル開度ＴＡｄが大きくなるに連れて減少するように設定される。

そして、ステップ１１２で、ＥＣＵ５０は、求められた掃気時間Ｔpmtaが「０」より大きいか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が否定となる場合、処理をステップ１００へ戻し、この判断結果が肯定となる場合、処理をステップ１１３へ移行する。

ステップ１１３で、ＥＣＵ５０は、ＡＢＶ４２を開弁する。このＡＢＶ４２の開弁により、コンプレッサ８より下流の吸気通路３が、エアバイパス通路４１等を介して排気通路５へ通じることになり、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に残留していたＥＧＲガスが、エアバイパス通路４１を介して排気通路５へ排出されることとなる。

次に、ステップ１１４で、ＥＣＵ５０は、エンジン１が減速を開始してからの経過時間（減速時間）が掃気時間Ｔpmtaを超えたか否かを判断する。そして、ＥＣＵ５０は、この判断結果が否定となる場合、処理をステップ１１３へ戻し、この判断結果が肯定となる場合、処理をステップ１１５へ移行する。

そして、ステップ１１５で、ＥＣＵ５０は、ＡＢＶ４２を閉弁した後、処理をステップ１００へ戻す。このＡＢＶ４２の閉弁により、エアバイパス通路４１が遮断される。

この実施形態の上記制御によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の減速時に、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が背圧ＰＭexを上回る期間だけ、ＡＢＶ４２を開弁すると共にＥＧＲ弁１８を開弁するようになっている。

ここで、上記制御に関する各種パラメータの挙動を図６にタイムチャートにより示す。図６において、時刻ｔ１以前のエンジン１の定常運転時には、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が背圧ＰＭexを上回っている（同図（ｂ））。そして、時刻ｔ１で、アクセル開度ＡＣＣＰが全閉になると、スロットル開度ＴＡが全閉へ向けて閉弁する（同図（ａ））と共に、ＥＧＲ弁１８が全閉に閉弁する（同図（ｄ））。

その後、時刻ｔ２で、スロットル開度ＴＡが全閉になると（同図（ａ））、ＡＢＶ４２が全開へ向けて開弁する（同図（ｃ））。その後、時刻ｔ２〜ｔ３の間で、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）は一旦上昇した後、徐々に低下する（同図（ｂ）太線）。また、背圧ＰＭexは、時刻ｔ２から徐々に低下し、やがて一定値となる（同図（ｂ））。このとき、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に滞留又は残留していたＥＧＲガスは、エアバイパス通路４１を通じて排気通路３へ排出され、その吸気通路３の部分が掃気される。これに対し、時刻ｔ２で、ＡＢＶ４２が開弁しない場合は、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が急上昇した後、徐々に低下する（同図（ｂ）２点鎖線）。このとき、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３では、ＥＧＲガスが残留したままとなる。

そして、時刻ｔ３で、時刻ｔ２からの減速時間が掃気時間Ｔpmtaを超えると、ＡＢＶ４２が全閉へ向けて閉弁する（同図（ｃ））。

以上説明した本実施形態における過給機付きエンジンの排気還流装置によれば、過給機７を備えたエンジン１において、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂがタービン９より下流の排気通路５に接続され、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａがコンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。従って、電子スロットル装置１４が閉弁されるエンジン１の減速時には、ＥＧＲ通路１７から吸気通路３へ流れたＥＧＲガスが、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に残留することになる。また、エンジン１の減速時には、コンプレッサ８の回転が低下するまでの間で、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３における過給圧が高くなる。ここで、排気還流ガス戻し手段は、エンジン１の減速時に、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３におけるスロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が排気通路５における背圧ＰＭexを上回る期間だけ、その吸気通路３の部分に残留するＥＧＲガスを排気通路５へ戻す。より詳細には、ＥＣＵ５０は、エンジン１の減速時に、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が背圧ＰＭexを上回る期間だけ、ＡＢＶ４２を開弁すると共にＥＧＲ弁１８を閉弁する。これにより、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３からエアバイパス通路４１を介して残留ＥＧＲガスが排気通路５へ流れて除去され、代わりにその吸気通路３の部分に吸気が流れ込んで掃気される。また、吸気通路３に残留するＥＧＲガス又は新気が燃焼室１６へ流れることがない。このため、エンジン１の減速時に、エンジン１の減速失火や出力上昇をさせることなく、吸気通路３に残留するＥＧＲガスを早めに処理して吸気通路３を掃気することができる。

この実施形態では、ＥＣＵ５０が、吸気圧センサ５１、回転速度センサ５２及びスロットルセンサ２３により検出される、エンジン１の減速前における吸気圧ＰＭin及びエンジン回転速度ＮＥ、並びにエンジン１の減速時におけるスロットル開度ＴＡに基づき、エンジン１の減速時にスロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が背圧ＰＭexを上回る期間を求める。ここで、エンジン１の減速前における吸気圧ＰＭin及びエンジン回転速度ＮＥは、減速前のスロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）の大きさと相関性を有する。また、エンジン１の減速時におけるスロットル開度ＴＡは、エンジン１の減速時からのスロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）の減衰の程度と相関性を有する。従って、これらパラメータにより、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が背圧ＰＭexを上回る期間、すなわち掃気時間Ｔpmtaを推定的に求めることが可能となる。このため、残留ＥＧＲガスを所定時間だけ一律に排出させる場合と比べ、減速前のエンジン１の運転状態に応じて残留ＥＧＲガスを適正に処理することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明における過給機付きエンジンの排気還流装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の各実施形態において、前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、本発明の排気還流ガス戻し手段の構成と「減速時残留ＥＧＲガス掃気制御」の処理内容の点で第１実施形態と構成が異なる。図７に、この実施形態におけるエンジンシステムを概略構成図により示す。図７に示すように、この実施形態では、エアバイパス通路４１の出口４１ｂが、コンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。すなわち、この実施形態のエアバイパス通路４１は、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３を、コンプレッサ８より上流の吸気通路３へバイパスするように構成される。エアバイパス通路４１は、本発明のバイパス通路に相当し、ＡＢＶ４２は、本発明のバイパス開閉弁に相当する。また、エアクリーナ６より下流であってＥＧＲ通路１７の出口１７ａより上流の吸気通路３には、同吸気通路３を開閉する本発明の吸気開閉弁としての逆止弁４３が設けられる。この逆止弁４３は、吸気通路３に配置されるバタフライ形のスロットル弁４４と、そのスロットル弁４４を開閉駆動するためのステップモータ４５とを備える。このステップモータ４５は、ＥＣＵ５０により制御されるように構成される。

図８に、この実施形態の「減速時残留ＥＧＲガス掃気制御」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。

この図８のフローチャートでは、図３のフローチャートにおけるステップ１０４の処理が省略され、ステップ１１３とステップ１１４との間にステップ２０１とステップ２０２の処理が加えられ、ステップ１１４とステップ１１５との間にステップ２０３とステップ２０４の処理が加えられる点で第１実施形態における図３のフローチャートの処理内容と異なる。

すなわち、ステップ１０３の判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８を閉弁することなく、ステップ１０５へ移行してエンジン回転速度ＮＥを取り込む。

また、ステップ１１２の判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、ステップ１１３で、ＡＢＶ４２を開弁すると共に、ステップ２０１で、逆止弁４３を閉弁し、ステップ２０２で、ＥＧＲ弁１８を開弁する。すなわち、ステップ２０１で、ＥＣＵ５０は、逆止弁４３を閉弁するためにステップモータ４５を駆動制御する。また、ステップ２０２で、ＥＧＲオン状態からの処理であることから、既に開弁しているＥＧＲ弁１８の開弁を継続させる。これらＡＢＶ４２、逆止弁４３及びＥＧＲ弁１８の制御により、コンプレッサ８より下流の吸気通路３が、エアバイパス通路４１、吸気通路３及びＥＧＲ通路１７を介して排気通路５へ通じることになり、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に残留していたＥＧＲガスが、これら各通路４１，３，１７を介して排気通路５へ排出されることとなる。このとき、逆止弁４３が閉弁されているので、残留ＥＧＲガスがエアクリーナ６へ逆流することがなく、エアフローメータ５４をＥＧＲガスから保護することができる。

一方、ステップ１１４の判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、ステップ２０３で、ＥＧＲ弁１８を閉弁し、ステップ２０４で、逆止弁４３を開弁し、ステップ１１５で、ＡＢＶ４２を閉弁する。すなわち、ステップ２０３で、ＥＣＵ５０は、エンジン１の減速時に合わせて開弁していたＥＧＲ弁１８を全閉に閉弁させる。また、ステップ２０４で、ＥＣＵ５０は、逆止弁４３を開弁するためにステップモータ４５を駆動制御する。こ
れらＡＢＶ４２、逆止弁４３及びＥＧＲ弁１８の制御により、エアバイパス通路４１が遮断されると共に、ＥＧＲ通路１７が遮断される。また、逆止弁４３が開弁されるので、エアクリーナ６から吸気通路３への空気の取り込みが可能となる。

この実施形態の上記制御によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の減速時に、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が背圧ＰＭexを上回る期間だけ、ＡＢＶ４２及びＥＧＲ弁１８を開弁すると共に、逆止弁４３を閉弁するようになっている。

ここで、上記制御に関する各種パラメータの挙動を図９にタイムチャートにより示す。図９において、時刻ｔ１以前のエンジン１の定常運転時には、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が背圧ＰＭexを上回っている（同図（ｂ））。そして、時刻ｔ１で、アクセル開度ＡＣＣＰが全閉になると、スロットル開度ＴＡが全閉へ向けて閉弁する（同図（ａ））。このときＥＧＲ弁１８は開弁状態にある（同図（ｄ））。

その後、時刻ｔ２で、スロットル開度ＴＡが全閉になると（同図（ａ））、ＡＢＶ４２が全開へ向かって開弁する（同図（ｃ））と共に、ＥＧＲ弁１８が開弁状態を維持する（同図（ｄ））。また、逆止弁４３が、全開状態から全閉へ向けて閉弁する（同図（ｅ））。その後、時刻ｔ２〜ｔ３の間で、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）は一旦上昇した後、徐々に低下する（同図（ｂ）太線）。また、背圧ＰＭexは、時刻ｔ２から徐々に低下し、やがて一定値となる（同図（ｂ））。このとき、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３に滞留又は残留していたＥＧＲガスは、エアバイパス通路４１、吸気通路３及びＥＧＲ通路１７を通じて排気通路３へ排出され、その吸気通路３の部分が掃気される。これに対し、時刻ｔ２で、ＡＢＶ４２が開弁しない場合は、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が急上昇した後、徐々に低下する（同図（ｂ）２点鎖線）。このとき、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３では、ＥＧＲガスが残留したままとなる。

そして、時刻ｔ３で、時刻ｔ２からの減速時間が掃気時間Ｔpmtaを超えると、ＡＢＶ４２が全閉へ向けて閉弁する（同図（ｃ））と共に、ＥＧＲ弁１８が全閉へ向けて閉弁する（同図（ｄ））。また、逆止弁４３が、全開へ向けて開弁する（同図（ｅ））。

以上説明した本実施形態における過給機付きエンジンの排気還流装置によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の減速時に、スロットル弁上流側吸気圧ＰＭta（過給圧）が背圧ＰＭexを上回る期間だけ、ＡＢＶ４２及びＥＧＲ弁１８を開弁すると共に、逆止弁４３を閉弁する。これにより、電子スロットル装置１４からコンプレッサ８までの間の吸気通路３からエアバイパス通路４１、コンプレッサ８より上流の吸気通路３及びＥＧＲ通路１７を介して残留ＥＧＲガスが排気通路５へ流れて除去され、代わりにその吸気通路３の部分に吸気が流れ込んで掃気される。また、吸気通路３に残留するＥＧＲガス又は新気が燃焼室１６へ流れることがない。このため、エンジン１の減速時に、エンジン１の減速失火や出力上昇をさせることなく、吸気通路３に残留するＥＧＲガスを早めに排気通路５へ処理して吸気通路３を掃気することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

例えば、前記第１実施形態では、エアバイパス通路４１の出口４１ｂをＥＧＲ通路１７に接続したが、エアバイパス通路の出口を排気通路へ直接接続することもできる。

この発明は、例えば、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンにかかわらず自動車用エンジンに利用することができる。

１ エンジン
３ 吸気通路
３ａ サージタンク（吸気通路）
５ 排気通路
７ 過給機
８ コンプレッサ
９ タービン
１０ 回転軸
１４ 電子スロットル装置（吸気量調節弁）
１６ 燃焼室
１７ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１７ａ 出口
１７ｂ 入口
１８ ＥＧＲ弁（排気還流弁）
２３ スロットルセンサ（運転状態検出手段）
２７ アクセルセンサ（運転状態検出手段）
４１ エアバイパス通路（戻し通路、バイパス通路）
４１ａ 入口
４１ｂ 出口
４２ ＡＢＶ（戻し開閉弁、バイパス開閉弁）
４３ 逆止弁（吸気開閉弁）
５０ ＥＣＵ（制御手段）
５１ 吸気圧センサ（運転状態検出手段）
５２ 回転速度センサ（運転状態検出手段）
５３ 水温センサ（運転状態検出手段）
５４ エアフローメータ（運転状態検出手段）
５５ 空燃比センサ（運転状態検出手段）
ＴＡ スロットル開度
ＮＥ エンジン回転速度
ＰＭin 減速前の吸気圧
Ｔpmta 掃気時間

Claims (4)

1. エンジンの吸気通路と排気通路との間に設けられ、前記吸気通路における吸気を過給圧により昇圧させるための過給機と、
   前記過給機は、前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、前記排気通路に配置されたタービンと、前記コンプレッサと前記タービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含むことと、
   前記吸気通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁と、
   前記エンジンの燃焼室から前記排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして前記吸気通路へ流して前記燃焼室へ還流させる排気還流通路と、
   前記排気還流通路は、その入口が前記タービンより下流の前記排気通路に接続され、その出口が前記コンプレッサより上流の前記吸気通路に接続されることと、
   前記排気還流通路における前記排気還流ガスの流れを調節するための排気還流弁と
   を備えた過給機付きエンジンの排気還流装置において、
   前記吸気量調節弁が閉弁される前記エンジンの減速時に、前記吸気量調節弁より上流の前記吸気通路における前記過給圧が前記排気通路における背圧を上回る期間だけ、前記排気還流通路から前記吸気通路へ流れて前記吸気量調節弁より上流の前記吸気通路に残留する前記排気還流ガスを前記排気通路へ戻すための排気還流ガス戻し手段を備えたことを特徴とする過給機付きエンジンの排気還流装置。
2. 前記排気還流ガス戻し手段は、前記吸気量調節弁より上流であって前記コンプレッサより下流の前記吸気通路に残留する排気還流ガスを前記排気通路へ流す戻し通路と、前記戻し通路を開閉する戻し開閉弁と、制御手段とを含み、
   前記制御手段は、前記エンジンの減速時に前記過給圧が前記背圧を上回る期間だけ、前記戻し開閉弁を開弁すると共に前記排気還流弁を閉弁する
   ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付きエンジンの排気還流装置。
3. 前記排気還流ガス戻し手段は、前記吸気量調節弁より上流であって前記コンプレッサより下流の前記吸気通路を前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス開閉弁と、前記排気還流通路の前記出口より上流の前記吸気通路を開閉する吸気開閉弁と、制御手段とを含み、
   前記制御手段は、前記エンジンの減速時に前記過給圧が前記背圧を上回る期間だけ、前記バイパス開閉弁及び前記排気還流弁を開弁すると共に、前記吸気開閉弁を閉弁する
   ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付きエンジンの排気還流装置。
4. 前記エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記運転状態検出手段により検出される、前記エンジンの減速前における吸気圧及び前記エンジンの回転速度、並びに前記エンジンの減速時における前記吸気量調節弁の開度に基づき、前記エンジンの減速時に前記過給圧が前記背圧を上回る期間を求める
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の過給機付きエンジンの排気還流装置。

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