特許 6357902 エンジンの排気再循環方法及び排気再循環装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6357902

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】エンジンの排気再循環方法及び排気再循環装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/08 20160101AFI20180709BHJP

   F02M 26/10 20160101ALI20180709BHJP

   F02M 26/24 20160101ALI20180709BHJP

   F02M 26/52 20160101ALI20180709BHJP

   F02B 37/04 20060101ALI20180709BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20180709BHJP

   F02B 37/24 20060101ALI20180709BHJP

【ＦＩ】

   F02M26/08 301

   F02M26/08 321

   F02M26/08 331

   F02M26/08 341

   F02M26/08 351

   F02M26/10 311

   F02M26/24

   F02M26/52

   F02B37/04 B

   F02B37/00 302F

   F02B37/24

【請求項の数】8

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-124402(P2014-124402)

(22)【出願日】2014年6月17日

(65)【公開番号】特開2016-3614(P2016-3614A)

(43)【公開日】2016年1月12日

【審査請求日】2017年5月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】菊地 武

【審査官】 齊藤 彬

(56)【参考文献】

【文献】 中国実用新案第２０１５１３２５９（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２００７／０４００７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−１０３１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２３２１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６８４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−０３２５６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−２２０４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２３９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１７８４０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１４０９２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２６／０８

Ｆ０２Ｂ ３７／００

Ｆ０２Ｂ ３７／０４

Ｆ０２Ｂ ３７／２４

Ｆ０２Ｍ ２６／１０

Ｆ０２Ｍ ２６／２４

Ｆ０２Ｍ ２６／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの吸排気系に接続されたコンプレッサとタービンからなる低圧段ターボチャージャと、前記低圧段ターボチャージャのコンプレッサで圧縮された吸気を更に圧縮してエンジンの吸気系に供給する高圧段機械式過給機と、エンジンの吸排気マニホルドの出入口を接続し排気を吸気側に環流させる高圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービン出口側の排気をコンプレッサ吸気側に環流させる低圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービンの入口側の排気をコンプレッサの出口側に環流させる中圧排気再循環手段とを備えたエンジンの排気再循環方法であって、
前記エンジンは、前記高圧段機械式過給機の入口側の吸気通路から出口側の吸気通路に吸気をバイパスさせる吸気切り替え通路と、前記吸気切り替え通路に設けられ開度調節可能な吸気切り替えバルブとを備え、
前記高圧排気再循環手段は、吸気側に戻される排気を冷却する高圧排気再循環クーラと、前記高圧排気再循環クーラの入口温度を測定する第１温度センサと、前記高圧排気再循環クーラの出口温度を測定する第２温度センサとを備え、
前記エンジンの運転状態を制御する制御手段が、エンジン回転数と燃料の指示噴射量とに基づいて高圧排気再循環、中圧排気再循環及び低圧排気再循環の各排気再循環モードを切り替える排気再循環切り替えマップを備え、
エンジン回転数、燃料の指示噴射量及び前記排気再循環切り替えマップからエンジンの運転状態を判定すると共に、排気再循環モードを選定し、その選定した排気再循環モードで排気再循環を行うと共に、その排気再循環率を制御し、前記高圧排気再循環手段で排気再循環を行うとき、前記第２温度センサで測定される出口温度と前記第１温度センサで測定される入口温度からガスの逆流を検知し、ガスが排気側から吸気側に戻るように前記吸気切り替えバルブの開度を調節することを特徴とするエンジンの排気再循環方法。

【請求項2】

エンジンの吸排気系に接続されたコンプレッサとタービンからなる低圧段ターボチャージャと、前記低圧段ターボチャージャのコンプレッサで圧縮された吸気を更に圧縮してエンジンの吸気系に供給する高圧段機械式過給機と、エンジンの吸排気マニホルドの出入口を接続し排気を吸気側に環流させる高圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービン出口側の排気をコンプレッサ吸気側に環流させる低圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービンの入口側の排気をコンプレッサの出口側に環流させる中圧排気再循環手段とを備えたエンジンの排気再循環方法であって、
前記低圧段ターボチャージャはタービンのベーン開度が調節可能な可変翼ターボからなり、
前記高圧排気再循環手段は、吸気側に戻される排気を冷却する高圧排気再循環クーラと、前記高圧排気再循環クーラの入口温度を測定する第１温度センサと、前記高圧排気再循環クーラの出口温度を測定する第２温度センサとを備え、
前記エンジンの運転状態を制御する制御手段が、エンジン回転数と燃料の指示噴射量とに基づいて高圧排気再循環、中圧排気再循環及び低圧排気再循環の各排気再循環モードを切り替える排気再循環切り替えマップを備え、
エンジン回転数、燃料の指示噴射量及び前記排気再循環切り替えマップからエンジンの運転状態を判定すると共に、排気再循環モードを選定し、その選定した排気再循環モードで排気再循環を行うと共に、その排気再循環率を制御し、前記高圧排気再循環手段で排気再循環を行うとき、前記第２温度センサで測定される出口温度と前記第１温度センサで測定される入口温度からガスの逆流を検知し、ガスが排気側から吸気側に戻るように前記タービンのベーン開度を調節することを特徴とするエンジンの排気再循環方法。

【請求項3】

エンジンの吸排気系に接続されたコンプレッサとタービンからなる低圧段ターボチャージャと、前記低圧段ターボチャージャのコンプレッサで圧縮された吸気を更に圧縮してエンジンの吸気系に供給する高圧段機械式過給機と、エンジンの吸排気マニホルドの出入口を接続し排気を吸気側に環流させる高圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービン出口側の排気をコンプレッサ吸気側に環流させる低圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービンの入口側の排気をコンプレッサの出口側に環流させる中圧排気再循環手段と、エンジン回転数と燃料の指示噴射量とに基づいて高圧排気再循環、中圧排気再循環及び低圧排気再循環の各排気再循環モードを切り替える排気再循環切り替えマップを有し、エンジン回転数、燃料の指示噴射量及び前記排気再循環切り替えマップからエンジンの運転状態を判定すると共に、排気再循環モードを選定し、その選定した排気再循環モードで排気再循環を行うと共に、その排気再循環率を制御する制御手段と、前記高圧段機械式過給機の入口側の吸気通路から出口側の吸気通路に吸気をバイパスさせる吸気切り替え通路と、前記吸気切り替え通路に設けられ開度調節可能な吸気切り替えバルブとを備え、
前記高圧排気再循環手段は、吸気側に戻される排気を冷却する高圧排気再循環クーラと、前記高圧排気再循環クーラの入口温度を測定する第１温度センサと、前記高圧排気再循環クーラの出口温度を測定する第２温度センサとを備え、
前記制御手段は、前記高圧排気再循環手段で排気再循環を行うとき、前記第２温度センサで測定される出口温度と前記第１温度センサで測定される入口温度からガスの逆流を検知し、ガスが排気側から吸気側に戻るように前記吸気切り替えバルブの開度を調節することを特徴とするエンジンの排気再循環装置。

【請求項4】

エンジンの吸排気系に接続されたコンプレッサとタービンからなる低圧段ターボチャージャと、前記低圧段ターボチャージャのコンプレッサで圧縮された吸気を更に圧縮してエンジンの吸気系に供給する高圧段機械式過給機と、エンジンの吸排気マニホルドの出入口を接続し排気を吸気側に環流させる高圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービン出口側の排気をコンプレッサ吸気側に環流させる低圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービンの入口側の排気をコンプレッサの出口側に環流させる中圧排気再循環手段と、エンジン回転数と燃料の指示噴射量とに基づいて高圧排気再循環、中圧排気再循環及び低圧排気再循環の各排気再循環モードを切り替える排気再循環切り替えマップを有し、エンジン回転数、燃料の指示噴射量及び前記排気再循環切り替えマップからエンジンの運転状態を判定すると共に、排気再循環モードを選定し、その選定した排気再循環モードで排気再循環を行うと共に、その排気再循環率を制御する制御手段とを備え、
前記低圧段ターボチャージャはタービンのベーン開度が調節可能な可変翼ターボからなり、
前記高圧排気再循環手段は、吸気側に戻される排気を冷却する高圧排気再循環クーラと、前記高圧排気再循環クーラの入口温度を測定する第１温度センサと、前記高圧排気再循環クーラの出口温度を測定する第２温度センサとを備え、
前記制御手段は、前記高圧排気再循環手段で排気再循環を行うとき、前記第２温度センサで測定される出口温度と前記第１温度センサで測定される入口温度からガスの逆流を検知し、ガスが排気側から吸気側に戻るように前記タービンのベーン開度を調節することを特徴とするエンジンの排気再循環装置。

【請求項5】

前記制御手段は、エンジン始動時の冷却水温から排気再循環開始可能な暖機状態かどうかを判定し、暖機状態であるとき、排気再循環切り替え制御を行う請求項３又は４に記載のエンジンの排気再循環装置。

【請求項6】

前記制御手段は、エンジン回転数と燃料の指示噴射量とに基づいて排気再循環制御を禁止する排気再循環禁止マップをさらに備え、
エンジン回転数、燃料の指示噴射量及び前記排気再循環禁止マップからエンジンの運転状態を判定し、エンジンの運転が始動モードであるとき排気再循環制御を禁止する請求項３から５のいずれか一項に記載のエンジンの排気再循環装置。

【請求項7】

前記エンジンの吸気通路には、前記中圧排気再循環手段からの排気再循環ガスを冷却する中間クーラが設けられた請求項３から６のいずれか一項に記載のエンジンの排気再循環装置。

【請求項8】

前記エンジンの排気通路には、前記エンジンから前記中圧排気再循環手段に向かう排気を浄化する副排気浄化フィルタが設けられた請求項３から７のいずれか一項に記載のエンジンの排気再循環装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、低圧段ターボチャージャと高圧段機械式過給機とを備えたエンジンの排気再循環方法及び排気再循環装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、スーパーチャージャ等の高圧段機械式過給機と、低圧段ターボチャージャとを切り換えて使う多段過給システムが存在する。多段過給システムは、排気性能と燃費性能の両立を狙ったものである。多段過給システムは、高過給により多くの空気を燃焼室へ送り込む事ができ、良好な燃焼と燃費改善を実現できる。多段過給システムは、ＮＯｘを低減するために排気再循環（以下ＥＧＲ）が必須となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−２２０８２２号公報

【特許文献2】特開２０１１−００７０５１号公報

【特許文献3】特表２００９−５２３９６１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、多段過給システムでは、エンジンの排気を取り出す位置と還流させる位置の圧力関係によっては所望のＥＧＲ率を得られないばかりか、過給された空気がＥＧＲ通路を介して排気側へ逆流するような現象が引き起こされる可能性があった。この現象が発生した場合、ＮＯｘが低減できない上、エンジンの運転状態が不安定となり、サージ領域に入る場合にはターボチャージャが破損する虞があった。

【0005】

例えば、図６（ａ）に示すように、排気マニホルド９から吸気マニホルド８へ排気を環流させる高圧ＥＧＲにおいては、高回転の高負荷領域で排気圧力よりも過給圧が高くなり、ＥＧＲバルブ２２を開けても排気が吸気マニホルド８に入らず、ＮＯｘを下げられないという問題があった。

【0006】

また、図６（ｂ）に示すように、低圧段ターボチャージャ５のタービン１５出口側の排気をコンプレッサ６吸気側に環流させる低圧ＥＧＲにおいては、ＥＧＲバルブ２７がエンジン１から離れているため、ＥＧＲバルブ２７を開けても排気がエンジン１に到達するには時間がかかり、タイムラグが発生する。タイムラグは、特に中回転、中負荷以上の領域で問題となる。またさらに、低圧ＥＧＲにおいては、排気中に含まれる水分（結露水）によってコンプレッサ６のブレード（図示せず）がエロージョンを引き起こす可能性も考えられた。また、低圧ＥＧＲでは、ＥＧＲバルブ２７を開けても高回転、高負荷域ではＥＧＲ率が上がりにくい。

【0007】

また、図６（ｃ）に示すように、本出願人は、上述の高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲの問題を回避する手段として、低圧段ターボチャージャ５のタービン１５の入口側の排気をコンプレッサ６の出口側に環流させる中圧ＥＧＲを未公開で開発中である。中圧ＥＧＲは、排気中のカーボンが高圧段機械式過給機７のロータ及び軸受内のベアリング潤滑部分に入り込み、摩耗を促進させ、高圧段機械式過給機７の耐久性を低下させる問題があった。

【0008】

本発明の目的は、全運転領域で高いＥＧＲ率を実現でき、ＮＯｘ排出量を低減できるエンジンの排気再循環方法及び排気再循環装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述の目的を達成するため、本発明は、エンジンの吸排気系に接続されたコンプレッサとタービンからなる低圧段ターボチャージャと、前記低圧段ターボチャージャのコンプレッサで圧縮された吸気を更に圧縮してエンジンの吸気系に供給する高圧段機械式過給機と、エンジンの吸排気マニホルドの出入口を接続し排気を吸気側に環流させる高圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービン出口側の排気をコンプレッサ吸気側に環流させる低圧排気再循環手段と、前記低圧段ターボチャージャのタービンの入口側の排気をコンプレッサの出口側に環流させる中圧排気再循環手段とを備えたエンジンの排気再循環方法であって、前記エンジンの運転状態を制御する制御手段が、エンジン回転数と燃料の指示噴射量とに基づいて高圧排気再循環、中圧排気再循環及び低圧排気再循環の各排気再循環モードを切り替える排気再循環切り替えマップを備え、エンジン回転数、燃料の指示噴射量及び前記排気再循環切り替えマップからエンジンの運転状態を判定すると共に、排気再循環モードを選定し、その選定した排気再循環モードで排気再循環を行うと共に、その排気再循環率を制御するものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、全運転領域で高いＥＧＲ率を実現でき、ＮＯｘ排出量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施の形態に係るエンジンの排気再循環装置の説明図である。

【図2】排気再循環制御の流れ図である。

【図3】図２の排気再循環切り替え制御の詳細を示す流れ図である。

【図4】図３の制御で用いる排気再循環切り替えマップの図である。

【図5】排気再循環の説明図であり、（ａ）は高圧ＥＧＲモード、（ｂ）は低圧ＥＧＲモード、（ｃ）は中圧ＥＧＲモードを示す。

【図6】従来のＥＧＲの説明図であり、（ａ）は高圧ＥＧＲ、（ｂ）は低圧ＥＧＲ、（ｃ）は中圧ＥＧＲを示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

【0013】

図１に示すように、エンジン１の排気再循環装置２は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等のエンジン１の吸排気系３、４に接続された低圧段ターボチャージャ５と、低圧段ターボチャージャ５のコンプレッサ６で圧縮された吸気を更に圧縮してエンジン１の吸気系３に供給する高圧段機械式過給機７と、エンジン１の吸排気マニホルド８、９の出入口を接続し排気を吸気側に環流させる高圧ＥＧＲ部１０と、低圧段ターボチャージャ５のタービン出口側の排気をコンプレッサ吸気側に環流させる低圧ＥＧＲ部１１と、低圧段ターボチャージャ５のタービン１５の入口側の排気をコンプレッサ６の出口側に環流させる中圧ＥＧＲ部１２と、エンジン１の運転状態を制御する制御装置（以下、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット））１３とを備える。

【0014】

低圧段ターボチャージャ５は、エンジン１の排気通路１４に設けられ排気エネルギーで駆動されるタービン１５と、エンジン１の吸気通路１６に設けられタービン１５からの動力で駆動されるコンプレッサ６とからなる。低圧段ターボチャージャ５はタービン１５のベーン開度が調節可能な可変翼ターボからなる。また、タービン１５下流の排気通路１４には、主排気浄化フィルタ１７が設けられている。主排気浄化フィルタ１７は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）からなる。また、主排気浄化フィルタ１７には、酸化触媒（図示せず）が担持されており、軽油等の炭化水素（ＨＣ）が供給されることで酸化熱を発し、捕集したカーボンを燃焼させて再生されるようになっている。なお、酸化触媒は、主排気浄化フィルタ１７には担持されないものとし、主排気浄化フィルタ１７の上流側に設けられるものとしても良い。

【0015】

高圧段機械式過給機７は、エンジン１からの動力で駆動されるリショルム式スーパーチャージャからなる。高圧段機械式過給機７の入口側と出口側には、高圧段機械式過給機７をバイパスさせるための吸気切り替え通路１８が接続されている。吸気切り替え通路１８には、開度調節可能な吸気切り替えバルブ１９が設けられている。吸気切り替えバルブ１９は、後述するＥＣＵ１３により開度を調節されるようになっている。また、吸気切り替え通路１８の出口よりも下流の吸気通路１６には、吸気クーラ２０が設けられている。

【0016】

高圧ＥＧＲ部１０は、エンジン１の吸気マニホルド８と排気マニホルド９を接続する高圧ＥＧＲ通路２１と、高圧ＥＧＲ通路２１に設けられ開度調節可能な高圧ＥＧＲバルブ２２と、高圧ＥＧＲバルブ２２より排気マニホルド９側の高圧ＥＧＲ通路２１に設けられた高圧ＥＧＲクーラ２３と、高圧ＥＧＲクーラ２３の入口側（排気マニホルド９側）の高圧ＥＧＲ通路２１に設けられ高圧ＥＧＲクーラ２３の入口温度Ｔｅｍｐ．１を測定する第１温度センサ２４と、高圧ＥＧＲクーラ２３の出口側（吸気マニホルド８側）の高圧ＥＧＲ通路２１に設けられ高圧ＥＧＲクーラ２３の出口温度Ｔｅｍｐ．２を測定する第２温度センサ２５とを備える。

【0017】

低圧ＥＧＲ部１１は、タービン１５より下流、かつ、主排気浄化フィルタ１７より下流の排気通路１４とコンプレッサ６より上流の吸気通路１６とを接続する低圧ＥＧＲ通路２６と、低圧ＥＧＲ通路２６に設けられ開度調節可能な低圧ＥＧＲバルブ２７とを備える。また特に、低圧ＥＧＲ通路２６には、ＥＧＲクーラは設けられず、低圧ＥＧＲ通路２６内で結露を発生させないようになっている。また、低圧ＥＧＲ通路２６出口より上流の吸気通路１６には、吸気スロットル２８が設けられている。

【0018】

中圧ＥＧＲ部１２は、タービン１５入口の排気通路１４とコンプレッサ６出口の吸気通路１６を接続する中圧ＥＧＲ通路２９と、中圧ＥＧＲ通路２９に設けられ開度調節可能な中圧ＥＧＲバルブ３０とを備える。また特に、中圧ＥＧＲ通路２９には、ＥＧＲクーラは設けられていない。中圧ＥＧＲ通路２９からのＥＧＲガスは、中圧ＥＧＲ通路２９出口より下流、かつ、吸気切り替え通路１８入口より上流の吸気通路１６に設けられた中間クーラ３１によって冷却されるようになっている。すなわち、中間クーラ３１は、中圧ＥＧＲ通路２９からのＥＧＲガスを冷却すると共に、コンプレッサ６からの吸気を冷却するようになっている。

【0019】

また、中圧ＥＧＲ通路２９入口より上流（排気マニホルド９側）の排気通路１４には、エンジン１から中圧ＥＧＲ通路２９に向かう排気を浄化する副排気浄化フィルタ３２が設けられている。副排気浄化フィルタ３２は、主排気浄化フィルタ１７と同様のものであり、主排気浄化フィルタ１７より小型に形成されている。副排気浄化フィルタ３２は、小型に形成されることにより、設置スペースをとらないようになっている。

【0020】

図４に示すように、ＥＣＵ１３は、エンジン回転数と燃料の指示噴射量とに基づいて高圧ＥＧＲ、中圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲの各ＥＧＲモードを切り替えるＥＧＲ切り替えマップ３３と、エンジン回転数と燃料の指示噴射量とに基づいてＥＧＲ制御を禁止するＥＧＲ禁止マップ３４とを有する。

【0021】

ＥＧＲ切り替えマップ３３は、エンジン回転数と指示噴射量の関係から、低圧ＥＧＲでＮＯｘを効率よく低減できるＬＰＬモード領域３５、高圧ＥＧＲでＮＯｘを効率よく低減できるＨＰＬモード領域３６、中圧ＥＧＲでＮＯｘを効率よく低減できるＭＰＬモード領域３７を規定する。ＥＧＲ切り替えマップ３３は、各領域３５、３６、３７の境界ではヒステリシス３８を持たせている。

【0022】

ＥＧＲ禁止マップ３４は、エンジン回転数と指示噴射量の関係から、エンジン始動モード領域３９を規定する。

【0023】

また、ＥＣＵ１３は、エンジン回転数、燃料の指示噴射量及びＥＧＲ切り替えマップ３３からエンジン１の運転状態を判定すると共に、ＥＧＲモードを選定し、その選定したＥＧＲモードでＥＧＲを行うと共に、そのＥＧＲ率を制御するようになっている。またさらに、ＥＣＵ１３は、エンジン回転数、燃料の指示噴射量及びＥＧＲ禁止マップ３４からエンジンの運転状態を判定し、エンジンの運転が始動モードであるときＥＧＲ制御を禁止するようになっている。

【0024】

次に、図２及び図３を用いてＥＣＵ１３のＥＧＲ制御フローを説明する。図２はメインルーチンを示し、図３はメインルーチンから呼び出すサブルーチンを示す。

【0025】

図２に示すように、ステップＳ１にてエンジン回転数、燃料の指示噴射量、吸入空気量、エンジン水温、外気温、大気圧、過給圧等のエンジン状態の入力を行う。この後、Ｓ２にて、暖機状態の判定を行う。この判定は、エンジン水温ＴｗがＥＧＲ可能な水温Ｔｅｇｒ＿ｏｎを超えているか否か（Ｔｗ＞Ｔｅｇｒ＿ｏｎ）を判定する。エンジン水温ＴｗがＴｅｇｒ＿ｏｎを超えている場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ３に進む。また、ＮＯの場合、ステップＳ１に戻ってエンジン状態の入力を行う。すなわち、暖機が終了するまでステップＳ１、Ｓ２を繰り返して待機する。

【0026】

ステップＳ３では、ＥＧＲの切り替え制御を行う。

【0027】

図３に示すように、ＥＧＲの切り替え制御は、まず、ステップＳ４にてエンジン１の運転モードがＥＧＲ可能な領域か否かを判定する。この判定では、図４に示すＥＧＲ禁止マップ３４を用いる。ステップＳ４では、エンジン回転数、指示噴射量及びＥＧＲ禁止マップ３４に基づいてエンジン１の運転モードがエンジン始動モード領域３９外にあるか否かを判別してエンジン１の運転モードがＥＧＲ可能な領域か否かを判定する。ＥＧＲ可能な領域でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ５に進んでＥＧＲ制御を中止する。ＥＧＲ可能な領域である場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ６に進む。

【0028】

ステップＳ６では、低圧ＥＧＲ（ＬＰＬ：ロープレッシャループ）、高圧ＥＧＲ（ＨＰＬ：ハイプレッシャループ）、中圧ＥＧＲ（ＭＰＬ：ミドルプレッシャループ）の切り替えを行う。この切り替えには、図４に示すＥＧＲ切り替えマップ３３を用いる。ステップＳ６では、エンジン回転数、燃料の指示噴射量及びＥＧＲ切り替えマップ３３からエンジン１の運転状態を判定すると共に、ＥＧＲモードを選定し、選定したＥＧＲのＥＧＲバルブを開くと共に、それ以外のＥＧＲバルブを全閉する。このとき、選定したＥＧＲのＥＧＲバルブは、エンジン１の運転状態が急激に変わらない程度の開度で開く。

【0029】

この後、ステップＳ７に進み、ステップＳ６で選定したＥＧＲモードがＨＰＬであったか否かを判定する。ＨＰＬであった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ８に進み、それ以外の場合（ＮＯの場合）、メインルーチンのステップＳ１０（図２参照）に進む。

【0030】

ステップＳ８では、ＥＧＲガスの逆流判定を行う。具体的には、第１温度センサ２４で測定した高圧ＥＧＲクーラ２３の入口温度Ｔｅｍｐ．１と、第２温度センサ２５で測定した出口温度Ｔｅｍｐ．２とを比較し、出口温度Ｔｅｍｐ．２が入口温度Ｔｅｍｐ．１より高い場合（ＹＥＳの場合）、すなわち、高圧ＥＧＲクーラ２３で冷やされたはずの出口温度Ｔｅｍｐ．２が入口温度Ｔｅｍｐ．１より高くなっている場合、高圧ＥＧＲ通路２１内で逆流が発生しているものと判定し、ステップＳ９に進む。それ以外の場合（ＮＯの場合）、メインルーチンのステップＳ１０（図２参照）に進む。

【0031】

ステップＳ９では、吸気切り替えバルブ１９の開度を開方向に制御して逆流を順方向の流れに変える。具体的には、出口温度Ｔｅｍｐ．２と入口温度Ｔｅｍｐ．１とを参照しながら出口温度Ｔｅｍｐ．２が入口温度Ｔｅｍｐ．１より低くなるまで吸気切り替えバルブ１９の開度を上げる。吸気切り替えバルブ１９の開度が上がることにより、吸気マニホルド８の圧力は下がる。吸気マニホルド８の圧力が排気マニホルド９の圧力より低くなったとき、逆流が順方向の流れに変わる。なお、ステップＳ９では、吸気切り替えバルブ１９の開度を制御するものとしたが、これに替えて、又はこれと並行してタービン１５のベーン開度を閉方向に制御するものとしてもよい。これによりエンジン背圧を上げることができ、逆流を順方向の流れに変えることができる。

【0032】

この後、図２に示すメインルーチンのステップＳ１０に進む。

【0033】

ステップＳ１０では、エンジン回転数、指示噴射量、エンジン水温等を読み込み、これらの値と目標空気量マップ（図示せず）とに基づいて吸入空気量の目標値を取得し、マスフローセンサ（図示せず）で測定される実値と目標値とが同じになるように、選定中ＥＧＲモードのＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御する。なお、吸入空気量の目標値は、目標空気量マップを模した近似式等から算出するものとしてもよい。

【0034】

図５は、選定されなかったモードのＥＧＲ部を図示省略した排気再循環装置の説明図であり、（ａ）は高圧ＥＧＲモード、（ｂ）は低圧ＥＧＲモード、（ｃ）は中圧ＥＧＲモードが選択されている状態を示す。

【0035】

図５（ａ）に示すように、高圧ＥＧＲモードでは、排気マニホルド９から吸気マニホルド８に排気を環流させる。高圧ＥＧＲでは、タービン１５を通過する排気のボリュームが減るため、コンプレッサ６の流量も減りやすい。このため、高回転の高負荷領域で高圧ＥＧＲを用いようとすると、サージラインを越えないようにするのが困難であった。しかし、図４に示すように、本実施の形態では、略中負荷域でのみ高圧ＥＧＲを選択して用いるため、サージラインを越える心配がなく、安定して効率よくＮＯｘを低減できる。また、高圧ＥＧＲクーラ２３の入口温度Ｔｅｍｐ．１と出口温度Ｔｅｍｐ．２から逆流を判定し、逆流が発生したときには吸気切り替えバルブ１９を制御して逆流を順方向の流れに変えるため、ＮＯｘをさらに安定して効率よく低減できる。

【0036】

図５（ｂ）に示すように、低圧ＥＧＲモードでは、タービン１５出口側の排気をコンプレッサ６吸気側に環流させる。図４に示すように、略低負荷域でのみ低圧ＥＧＲを選択して用いるため、タイムラグが問題になることはなく、ＮＯｘを安定して効率よく低減できる。また、低圧ＥＧＲ通路２６にはＥＧＲクーラを設けないものとしたため、ＥＧＲガスで結露が発生するのを防ぐことができ、コンプレッサ６のブレード（図示せず）がエロージョンを引き起こすのを防止できる。

【0037】

図５（ｃ）に示すように、中圧ＥＧＲモードでは、低圧段ターボチャージャ５のタービン１５の入口側の排気をコンプレッサ６の出口側に環流させるため、高回転の高負荷領域であっても高圧段機械式過給機７が吸気を吸い込むことから排気を吸気側に環流させることができ、安定してＮＯｘを低減できる。また、エンジン１から中圧ＥＧＲ部１２に向かう排気は、副排気浄化フィルタ３２によって浄化されるため、カーボンによる高圧段機械式過給機７のロータ（図示せず）及び軸受（図示せず）内のベアリング潤滑部分のダメージを低減できる。

【0038】

このように、エンジン回転数、燃料の指示噴射量及びＥＧＲ切り替えマップ３３からエンジン１の運転状態を判定すると共に、ＥＧＲモードを選定し、その選定したＥＧＲモードでＥＧＲを行うと共に、そのＥＧＲ率を制御するものとしたため、エンジン始動域を除くエンジン運転領域の全域でＥＧＲを行うことができ、ＮＯｘを低減できる。また、ＤｅＮＯｘ触媒等の後処理装置や後処理装置のための制御を省くことができ、製造コストを低減できる。そして、高圧ＥＧＲ、中圧ＥＧＲ、低圧ＥＧＲの使い分けによって低圧段ターボチャージャ５と、高圧段機械式過給機７の効率の良い領域を使い分けることが可能となり、燃費改善ができる。

【符号の説明】

【0039】

１ エンジン
５ 低圧段ターボチャージャ
７ 高圧段機械式過給機
１０ 高圧ＥＧＲ部（高圧排気再循環部）
１１ 低圧ＥＧＲ部（低圧排気再循環部）
１２ 中圧ＥＧＲ部（中圧排気再循環部）
１３ ＥＣＵ（制御手段）
３３ ＥＧＲ切り替えマップ（排気再循環切り替えマップ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】