JP4240045B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）の量を低減する技術として、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」という）装置が知られている。

また、より広い運転領域でＥＧＲを実施可能にする技術として、ターボチャージャのタービン上流の排気をコンプレッサ下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、タービン下流の排気をコンプレッサ上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ装置とを併設し、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置を切り替えて、又は、併用してＥＧＲを行う技術が知られている。

このような技術を採用したＥＧＲ装置としては、内燃機関の要求負荷が低い場合には高圧ＥＧＲ装置を用いてＥＧＲを行い、内燃機関の要求負荷が高い場合には低圧ＥＧＲ装置を用いてＥＧＲを行い、内燃機関の要求負荷が低い領域と高い領域の境界付近では低圧ＥＧＲ装置と高圧ＥＧＲ装置を併用してＥＧＲを行うＥＧＲ装置が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−７６４５６号公報 特開２００４−１５０３１９号公報 特開２００４−１５６５７２号公報 特開２００２−２１６２５号公報

ところで、ＮＯｘ排出量の低減効果を高めるには、ＥＧＲ装置によって内燃機関の吸気系に再循環する排気の量（以下、「ＥＧＲガス量」という）を増加させる必要がある。すなわち、高ＥＧＲ率でＥＧＲを実施する必要がある。

しかし、ＥＧＲ率が高くなると、ＥＧＲの実施に起因する内燃機関の燃料消費率の増加が無視できなくなってくる。

例えば、高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の量（以下、「高圧ＥＧＲガス量」という）が増加した場合、内燃機関の燃焼室に流入するガス温度（以下、「入ガス温度」という）が上昇するため、燃料消費率が増加する可能性がある。また、空燃比の低下、燃焼温度の上昇、スモーク（未燃燃料）発生量の増加等の諸要因によって燃料消費率が増加する可能性もある。

また、高圧ＥＧＲガス量が増加するとターボチャージャのタービンを駆動する排気の量が減少するため、過給圧が低下する。これに対し、可変ノズル開度式ターボチャージャを備えた内燃機関においては、可変ノズルの開度を絞ることで過給圧の低下を抑制する事ができる。しかし、この場合、タービンの前後差圧が上昇し、それによるポンプ損失に起因して燃料消費率が増加する可能性がある。

一方、低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の量（以下、「低圧ＥＧＲガス量」という）を増加させる場合、タービン下流の排気圧力とコンプレッサ上流の吸気圧力の差圧を大きくするために排気絞り弁や吸気絞り弁を絞る場合がある。この場合、排気絞り弁や吸気絞り弁の前後差圧が上昇し、それによるポンプ損失に起因して燃料消費率が増加する可能性がある。

また、低圧ＥＧＲ装置のＥＧＲガス流路は高圧ＥＧＲ装置のＥＧＲガス流路の流路長と比較して長くなる傾向があるため、低圧ＥＧＲガス量が増加した場合、ＥＧＲガス流路の流路抵抗に起因して燃料消費率が増加する可能性もある。

このように、高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量の変化に対して異なる関係を有して内燃機関の燃料消費率に寄与する種々の要因（ポンプ損失、入ガス温度、可変ノズル開度等。以下、「燃料消費率増加要因」と総称する。）があるため、高ＥＧＲ率でＥＧＲを実施する場合には、高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスとの混合比率と燃料消費率との関係を考慮して混合比率を制御することが、燃料消費率の増加を抑制するために重要になってくる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置を切り替えて、或いは併用してＥＧＲを行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関
の燃料消費率の増加を可及的に抑制しつつ高ＥＧＲ率でＥＧＲを実施することを可能にする技術を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャと、
前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を有し、該高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を有し、該低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
を備え、前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気と前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気との混合比率が、
前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率が減少する関係と、
前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率が減少する関係と、
の少なくとも一方の関係を有するところの、混合比率と内燃機関の燃料消費率との関係に基づいて制御されることを特徴とする。

上記の構成による排気浄化システムでは、高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスとの混合比率は、内燃機関の燃料消費率を考慮して定められる。ここで、本発明の排気浄化システムでは、高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスとを混合せず、高圧ＥＧＲ装置のみ或いは低圧ＥＧＲ装置のみを用いてＥＧＲが行われる場合も考えられる。このような場合においては、混合比率を、高圧ＥＧＲガスの割合が１００％、或いは低圧ＥＧＲガスの割合が１００％、等のように定義するものとする。

本発明では、混合比率と燃料消費率との関係に基づいて混合比率が制御される。すなわち、混合比率の変化に対する燃料消費率の減少の仕方に基づいて、燃料消費率が最適になるような混合比率で高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスとを混合することができる。そのため、内燃機関の燃料消費率の増加を抑制しつつ要求ＥＧＲ率でＥＧＲを行うことが可能になる。このような、燃料消費率を最適にする混合比率を以下、「最適比率」という。

ここで、燃料消費率が最適であるとは、所与の条件下で燃料消費率が可及的に小さくされていることを表しており、必ずしも燃料消費率が最小値又は極小値とされるとは限らない。

例えば、内燃機関の燃焼過程におけるＮＯｘ生成量を低減することが所与の条件として与えられている場合には、ＮＯｘ生成量の低減率を犠牲にしない範囲内で可及的に燃料消費率を小さくする混合比率を最適比率として定めてもよい。

このようにして定められた混合比率で高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスとを混合するように高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置を制御することによって、燃料消費率の増加を可及的に抑制しつつ、所与のＮＯｘ生成量の低減率を達成するために要求されるＥＧＲ率でＥＧＲを実施することが可能になる。

また、内燃機関の燃料消費率を低減することが所与の条件として与えられている場合には、燃料消費率の極小値を与える混合比率が存在するところの、前記混合比率と燃料消費率との関係に基づいて、燃料消費率が最小値又は極小値となる混合比率を最適比率として定めても良い。

このようにして定められた混合比率で高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスとを混合するように高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置を制御することで、内燃機関の燃料消費率を可及的に抑制しつつＥＧＲを行うことが可能になる。

また、このように燃料消費率を最適化するように定められた混合比率に対して、さらに、副次的な条件に応じた補正を加えても良い。この場合、高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスは最適比率からずれた混合比率で混合されることになるが、最適比率からのずれを小さい範囲内に制限することで、依然として燃料消費率を低い値に抑制することができ、さらに、副次的な条件を満足することによるメリットをも得られることになる。

例えば、低圧ＥＧＲ通路は通路長が長く、低圧ＥＧＲガス量の変更制御の実行後実際に低圧ＥＧＲガス量が変化するまでの応答遅れが無視できない場合がある。その場合、低圧ＥＧＲガスの比率がある程度以上に高くなると、吸気の酸素濃度の制御の応答性が悪化し、急加速時等において吸気の酸素濃度が十分でなくなる可能性がある。従って、上記のようにして求められた混合比率に対して、低圧ＥＧＲガスの比率が吸気の酸素濃度の制御応答性を悪化させる可能性のある比率を超えないように低圧ＥＧＲガスの割合に上限を設けるようにしても良い。こうすることで、燃料消費率を低い値に抑制しつつ、吸気の酸素濃度の制御応答性を確保することも可能になる。

ところで、混合比率と燃料消費率との関係は、内燃機関の運転状態に応じて変化する場合がある。例えば、内燃機関の運転状態が高負荷の場合と低負荷の場合とで、混合比率と燃料消費率との関係が異なる関数形で表される場合があり得る。その場合、混合比率と燃料消費率との関係が異なるため、燃料消費率を最適化する混合比率も異なる可能性がある。

従って、本発明においては、前記混合比率と燃料消費率との関係において混合比率の変化に応じて燃料消費率が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態によって変化する関係を有するところの、前記混合比率と燃料消費率との関係に基づいて、最適比率を定めるようにしても良い。こうすることで、内燃機関の各運転状態においてより精度良く混合比率を最適比率に制御することが可能になる。

ここで、内燃機関の燃料消費率は、上述したような種々の燃料消費率増加要因に依存して変化する。すなわち、内燃機関の燃料消費率は、各燃料消費率増加要因に依存して変化する一又は複数の成分（以下、「燃料消費率成分」という）からの寄与によって成り立っている。従って、燃料消費率と混合比率との関係は、各燃料消費率成分と混合比率との関係によって特徴付けられる。

そこで、本発明においては、燃料消費率と混合比率との関係を特徴付ける複数の燃料消費率成分と混合比率との関係に基づいて、燃料消費率と混合比率との関係を定めても良い。こうすることで、内燃機関の燃料消費率と混合比率との間に存在する本来の複雑な関係を、混合比率に対して比較的簡単な関係を有する複数の燃料消費率成分と混合比率との関係の組み合わせによって近似することができる。例えば、前記混合比率と燃料消費率との関係は、前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率成分の値が減少する関係と、前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率成分の値が減少する関係と、の少なくとも一方の関係を有するところの、混合比率と前記各燃料消費率成分との関係に基づいて、定めることができる。

この構成では、燃料消費率と混合比率との関係を特徴付ける燃料消費率成分によって、燃料消費率と混合比率との関係を近似することを特徴としている。

すなわち、本発明においては、燃料消費率と混合比率との関係に基づいて最適比率が求められるため、混合比率の変化に対する燃料消費率の変化を表す関数形の特徴を近似することが重要となる。例えば、燃料消費率と混合比率との関係を滑らかな関数で近似することができれば、該関数の混合比率に関する偏微分係数から最適比率を求めることが可能になる。

ところで、燃料消費率成分と混合比率との関係は内燃機関の運転状態によって変化する場合がある。例えば、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど燃料消費率を増加させるように燃料消費率へ寄与する燃料消費率成分や、逆に内燃機関の運転状態が低負荷になるほど燃料消費率を増加させるように燃料消費率へ寄与する燃料消費率成分、或いは、内燃機関の運転状態に対して複雑な依存関係を有して燃料消費率へ寄与する燃料消費率成分等が考えられる。

そこで、燃料消費率と混合比率との関係を、複数の燃料消費率成分と混合比率との関係の組み合わせによって近似する際に、前記混合比率と燃料消費率との関係は、前記混合比率と各燃料消費率成分との関係において混合比率の変化に応じて燃料消費率成分の値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態によって変化する関係を有するところの、前記混合比率と各燃料消費率成分との関係に基づいて、定められるようにすることによって、さらに精度の良い近似を得ることが可能になる。

その結果、さらに精度良く混合比率を最適比率に制御することが可能になり、高ＥＧＲ率と低燃料消費率とをより確実に両立することが可能になる。

燃料消費率成分としては、ＥＧＲの実施に起因して燃料消費率に影響を与える可能性のある燃料消費率成分であって、混合比率に対して異なる依存性を有する、複数の燃料消費率成分に着目し、これらの燃料消費率成分と混合比率との関係に基づいて内燃機関の燃料消費率と混合比率との関係を定めても良い。

詳細には、低圧ＥＧＲガス量が多くなるほど燃料消費率を増加させるように燃料消費率に寄与する燃料消費率成分と、高圧ＥＧＲガス量が多くなるほど燃料消費率を増加させるように燃料消費率に寄与する燃料消費率成分とに着目し、低圧ＥＧＲガス量が多くなるほど燃料消費率を増加させるように燃料消費率に寄与する燃料消費率成分と混合比率との関係と、高圧ＥＧＲガス量が多くなるほど燃料消費率を増加させるように燃料消費率に寄与する燃料消費率成分と混合比率との関係と、の少なくとも一方に基づいて燃料消費率と混合比率との関係を定めても良い。

このように、混合比率が高圧ＥＧＲ寄りになった場合に減少傾向を有する成分と、混合比率が低圧ＥＧＲ寄りになった場合に減少傾向を有する成分と、の２つの異なる傾向を有する成分を組み合わせることによって、種々の燃料消費率増加要因に依存する燃料消費率と混合比率との関係を簡単な関数形で精度良く近似することができる。

従って、このようにして定められた燃料消費率と混合比率との関係に基づいて混合比率を制御することによって、より確実に燃料消費率を抑制することが可能な混合比率として最適比率を定めることが可能になる。

なお、混合比率が高圧ＥＧＲ寄りになるほどその値が減少する傾向を有する燃料消費率成
分及び／又は混合比率が低圧ＥＧＲ寄りになるほどその値が減少する傾向を有する燃料消費率成分に関して、これら各燃料消費率成分と混合比率との関係において、混合比率の変化に応じて燃料消費率成分の値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態によって変化する関係をも考慮して、燃料消費率と混合比率との関係を近似することによって、より確実に燃料消費率を抑制可能な混合比率を求めることが可能になる。

例えば、上記混合比率が高圧ＥＧＲ寄りになるほどその値が減少する燃料消費率成分に関しては、当該燃料消費率成分と混合比率との関係を、当該減少の傾きが、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど大きくなる関係と、当該減少の傾きが、内燃機関の運転状態が低負荷になるほど大きくなる関係と、の少なくとも一方に基づいて定めるようにしても良い。

また、上記混合比率が低圧ＥＧＲ寄りになるほどその値が減少する燃料消費率成分に関しては、当該燃料消費率成分と混合比率との関係を、当該減少の傾きが、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど大きくなる関係と、当該減少の傾きが、内燃機関の運転状態が低負荷になるほど大きくなる関係と、の少なくとも一方に基づいて定めるようにしても良い。

ＥＧＲの実施に起因して燃料消費率に比較的大きな影響を与え得る燃料消費率増加要因としては、上述した入ガス温度、排気絞り弁や吸気絞り弁の前後差圧、可変ノズル式タービンの前後差圧、高圧ＥＧＲ通路や低圧ＥＧＲ通路の流路抵抗等を例示することができる。

入ガス温度に依存して変化する燃料消費率成分（以下、「入ガス温度燃料消費率成分」という）は、入ガス温度の増加関数として燃料消費率に寄与する。そして、入ガス温度は高圧ＥＧＲガス量の増加に伴って上昇する。従って、入ガス温度燃料消費率成分は、高圧ＥＧＲガスの混合比率を低くすることによってその値を小さくすることができる燃料消費率成分、すなわち混合比率が低圧ＥＧＲ側になるほどその値が減少する傾向を有する燃料消費率成分である。

また、内燃機関が低負荷の場合には排気温度が低いので高圧ＥＧＲガスの比率が高くなっても入ガス温度は高くなりにくく、スモークの発生量は多くなりにくい。一方、内燃機関が高負荷の場合には排気温度が高いので高圧ＥＧＲガスの比率が高くなると入ガス温度が高くなりやすく、スモークの発生量が増大し易くなる。

すなわち、入ガス温度燃料消費率成分は、内燃機関が低負荷の場合に高圧ＥＧＲガス量が増加しても大きくなりにくいが、内燃機関が高負荷の場合に高圧ＥＧＲガス量を増加させると大きくなり易い。つまり、内燃機関が高負荷になるほど、高圧ＥＧＲガスの混合比率が低い場合と高い場合との入ガス温度燃料消費率成分の値の差が大きくなる。従って、入ガス温度燃料消費率成分は、高圧ＥＧＲガスの混合比率を低くしたとき（混合比率を低圧ＥＧＲ寄りにしたとき）にその値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど大きくなる燃料消費率成分である。

可変ノズル開度式ターボチャージャのタービンの前後差圧に起因するポンプ損失に依存して変化する燃料消費率成分（以下、「可変ノズル燃料消費率成分」という）は、タービン前後差圧の増加関数として燃料消費率に寄与する。タービンの可変ノズル開度は高圧ＥＧＲガス量の増加に伴う過給圧の低下を補うために絞り側にされるため、タービン前後差圧は高圧ＥＧＲガス量の増加に伴って上昇する。従って、可変ノズル燃料消費率成分は、高圧ＥＧＲガスの混合比率を低くすることによってその値を小さくすることができる燃料消費率成分、すなわち混合比率が低圧ＥＧＲ側になるほどその値が減少する傾向を有する燃料消費率成分である。

また、内燃機関が低負荷の場合には、過給圧が低下すると内燃機関の出力の安定性が悪化するため、高圧ＥＧＲガスの混合比率が高くなることによる過給圧の低下に対して、より確実に過給圧を確保するために可変ノズル開度をより絞り側にする必要がある。一方、内燃機関が高負荷の場合には、多少過給圧が低下しても内燃機関の出力の安定性は悪化しにくいため、高圧ＥＧＲガスの混合比率が高くなることによる過給圧の低下に対して、過給圧の確保のための可変ノズル開度の絞り度合いを少なくすることができる。

すなわち、可変ノズル燃料消費率成分は、内燃機関が低負荷の場合に高圧ＥＧＲガス量が増加すると大きくなり易いが、内燃機関が高負荷の場合に高圧ＥＧＲガス量が増加しても大きくなりにくい。つまり、内燃機関が低負荷になるほど、高圧ＥＧＲガスの混合比率が低い場合と高い場合との可変ノズル燃料消費率成分の値の差が大きくなる。従って、可変ノズル燃料消費率成分は、高圧ＥＧＲガスの混合比率を低くしたとき（混合比率を低圧ＥＧＲ寄りにしたとき）にその値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が低負荷になるほど大きくなる燃料消費率成分である。

排気絞り弁又は吸気絞り弁（以下、「絞り弁」と総称する場合もある）の前後差圧に起因するポンプ損失に依存して変化する燃料消費率成分（以下、「絞り弁燃料消費率成分」という）は、絞り弁前後差圧の増加関数として燃料消費率に寄与する。絞り弁の開度は低圧ＥＧＲガス量を増加させる際に絞り側にされるため、絞り弁前後差圧は低圧ＥＧＲガス量の増加に伴って上昇する。従って、絞り弁燃料消費率成分は、低圧ＥＧＲガスの混合比率を低くすることによってその値を小さくすることができる燃料消費率成分、すなわち混合比率が高圧ＥＧＲ側になるほどその値が減少する傾向を有する燃料消費率成分である。

内燃機関が低負荷の場合には、排気圧力が低く、低圧ＥＧＲ通路の上流と下流の間に差圧が発生しにくいため、十分な低圧ＥＧＲガス量を確保して低圧ＥＧＲガスの混合比率を高くするためには、絞り弁開度を絞り側にしなければならない場合がある。一方、内燃機関が高負荷の場合は排気圧力が高いため、絞り弁開度を絞ることなく低圧ＥＧＲガス量を増加させて低圧ＥＧＲガスの混合比率を高くすることができる。

すなわち、絞り弁燃料消費率成分は、内燃機関が低負荷の時に低圧ＥＧＲガス量を増加させると大きくなり易いが、内燃機関が高負荷の時には低圧ＥＧＲガス量を増加させても大きくなりにくい。つまり、内燃機関が低負荷になるほど、低圧ＥＧＲガスの混合比率が低い場合と高い場合との絞り弁燃料消費率成分の値がの差が大きくなる。従って、絞り弁燃料消費率成分は、低圧ＥＧＲガスの混合比率を低くしたとき（混合比率を高圧ＥＧＲ寄りにしたとき）にその値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が低負荷になるほど大きくなる燃料消費率成分である。

高圧ＥＧＲ通路や低圧ＥＧＲ通路の流路抵抗に依存して変化する燃料消費率成分（以下、「流路抵抗燃料消費率成分」という）は、通路長の増加関数として燃料消費率に寄与する。そして、タービン下流とコンプレッサ上流とを接続する低圧ＥＧＲ通路は、排気マニホールド近傍と吸気マニホールド近傍とを接続する高圧ＥＧＲ通路と比較して通路長が長くなる傾向がある。従って、流路抵抗燃料消費率成分は、低圧ＥＧＲガスの混合比率を低くすることによってその値を小さくすることができる燃料消費率成分、すなわち混合比率が高圧ＥＧＲ側になるほどその値が減少する傾向を有する燃料消費率成分である。

また、内燃機関が高負荷になるほど排気の流量が増加し、低圧ＥＧＲ通路を流れる排気の流量が増加する。流路抵抗に起因するポンプ損失は流路を流れる排気の流量が増加するほど大きくなる。つまり、内燃機関が高負荷になるほど、低圧ＥＧＲガスの混合比率が低い場合と高い場合との流路抵抗燃料消費率成分の値の差が大きくなる。従って、流路抵抗燃料消費率成分は、低圧ＥＧＲガスの混合比率を低くしたとき（混合比率を高圧ＥＧＲ寄り
にしたとき）にその値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど大きくなる燃料消費率成分である。

本発明においては、以上説明したような燃料消費率成分の組み合わせによって近似された燃料消費率と混合比率との関係に基づいて最適比率を定めるようにしても良い。

例えば、本発明の排気浄化システムにおいて、排気通路と低圧ＥＧＲ通路との接続箇所より下流の排気通路に設けられた排気絞り弁、及び／又は、吸気通路と低圧ＥＧＲ通路との接続箇所より上流の吸気通路に設けられた吸気絞り弁が備えられている場合（以下、「絞り弁」と総称する）、前記燃料消費率は、前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分であって、前記絞り弁の前後差圧の増加関数として前記燃料消費率へ寄与する絞り弁燃料消費率成分と、前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分であって、前記内燃機関の燃焼室に流入するガスの温度の増加関数として前記燃料消費率へ寄与する入ガス温度燃料消費率成分と、からの寄与により成り立ち、前記混合比率と燃料消費率との関係を、絞り弁燃料消費率成分と混合比率との関係と、入ガス温度燃料消費率成分と混合比率との関係と、に基づいて定めるようにしても良い。

或いは、本発明の排気浄化システムにおいて、上記絞り弁を備え、さらにターボチャージャが可変ノズル式タービンを有する可変容量ターボチャージャを備えている場合、前記燃料消費率は、前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分であって、前記絞り弁の前後差圧の増加関数として前記燃料消費率へ寄与する絞り弁燃料消費率成分と、前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分であって、前記可変ノズル式タービンの前後差圧の増加関数として前記燃料消費率へ寄与する可変ノズル燃料消費率成分と、からの寄与により成り立ち、前記混合比率と燃料消費率との関係を、絞り弁燃料消費率成分と混合比率との関係と、可変ノズル燃料消費率成分と混合比率との関係と、に基づいて定めるようにしても良い。

また、上記各場合において、絞り弁燃料消費率成分が混合比率を高圧ＥＧＲ寄りにしたとき）にその値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が低負荷になるほど大きくなる燃料消費率成分であり、入ガス温度燃料消費率成分が混合比率を低圧ＥＧＲ寄りにしたとき）にその値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど大きくなる燃料消費率成分であり、可変ノズル燃料消費率成分が混合比率を低圧ＥＧＲ寄りにしたとき）にその値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が低負荷になるほど大きくなる燃料消費率成分であることを考慮して、内燃機関の運転状態に応じた最適比率を求めるようにすることもできる。これにより、より確実に燃料消費率を抑制可能な混合比率として最適比率を求めることができる。

本発明により、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置を併用してＥＧＲを行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関の燃料消費率の増加を可及的に抑制しつつ高ＥＧＲ率でＥＧＲを実施することが可能になる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼルエンジンである。内燃機関１には、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を各気筒毎に備えている。

内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気通路９との接続部近傍には、吸気通路９の流路断面積を変更可能なスロットル弁１２が設けられている。スロットル弁１２より上流には、吸気通路９を流れるガスを冷却するインタークーラ１３が設けられている。インタークーラ１３より上流には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ１０のコンプレッサハウジング６が設けられている。コンプレッサハウジング６の上流にはエアクリーナ４が設けられている。スロットル弁１２は電気配線を介して後述するＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、吸気通路９を流れるガスの流量を調節する事ができる。

内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。排気マニホールド１８にはターボチャージャ１０のタービンハウジング７が接続されている。タービンハウジング７には排気通路１９が接続されている。排気通路１９には排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ２０（以下、単に「フィルタ」と略す）が設けられている。フィルタ２０より下流には排気通路１９の流路断面積を変更可能な排気絞り弁１１が設けられている。排気絞り弁１１より下流において排気通路１９は大気に開放されている。排気絞り弁１１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、排気通路１９を流れる排気の流量を調節する事ができる。

なお、排気通路１９には、フィルタ２０に限らず、排気中のＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や尿素選択還元型ＮＯｘ触媒、排気中の未燃燃料等を酸化する酸化触媒等の排気浄化装置が備えられていても良い。

排気通路１９のフィルタ２０より下流かつ排気絞り弁１１より上流の箇所と、吸気通路９のコンプレッサハウジング６より上流かつエアクリーナ４より下流の箇所とは、低圧ＥＧＲ通路２３によって連通されている。低圧ＥＧＲ通路２３には、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気を冷却する低圧ＥＧＲクーラ１４と、低圧ＥＧＲ通路２３の流路断面積を変更可能な低圧ＥＧＲ弁５が設けられている。低圧ＥＧＲ弁５は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気の量（以下、「低圧ＥＧＲガス量」という）を調節する事ができる。

一方、排気マニホールド１８と吸気マニホールド８とは高圧ＥＧＲ通路１５によって連通されている。高圧ＥＧＲ通路１５には、高圧ＥＧＲ通路１５の流路断面積を変更可能な高圧ＥＧＲ弁２１が設けられている。高圧ＥＧＲ弁２１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、高圧ＥＧＲ通路１５を流れる排気の量（以下、「高圧ＥＧＲガス量」という）を調節する事ができる。

運転席のアクセルペダル３１には、アクセル開度を内燃機関１の負荷として検出する負荷センサ２４が備えられている。また、内燃機関１のクランクシャフト（図示省略）にはクランクシャフトの回転を内燃機関１の回転数として検出するクランクポジションセンサ２５が備えられている。排気通路１９には、排気絞り弁１１の前後差圧を検出する差圧セン
サ２６が備えられている。吸気通路９には吸気の流量を検出するエアフローメータ２７が備えられている。吸気マニホールド８には、吸気マニホールド８内のガスの温度（以下、「入ガス温度」という）を検出する入ガス温度センサ２８が備えられている。これらの諸センサは電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、各センサによる検出信号がＥＣＵ２２に入力されるようになっている。

内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御コンピュータであるＥＣＵ２２が併設されている。ＥＣＵ２２は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、前記各種センサによって検出される内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射等の既知の制御を行うとともに、高圧ＥＧＲ弁２１、低圧ＥＧＲ弁５、スロットル弁１２、排気絞り弁１１に対して開度指令信号を出力する。

上記の構成において、エアクリーナ４から吸気通路９に導かれた空気は、コンプレッサハウジング６、インタークーラ１３、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の燃焼室に過給される。

一方、燃焼室から排出された排気は排気マニホールド１８、集合通路１６を経由し、タービンハウジング７に流入してタービンを駆動し、フィルタ２０において排気中のＰＭが捕集され、排気通路１９を流れて大気中に排出される。

低圧ＥＧＲ弁５が開弁されると、低圧ＥＧＲ通路２３が導通状態となり、フィルタ２０から流出した排気の一部が低圧ＥＧＲ通路２３を経由して吸気通路９に流入する。吸気通路９に流入した低圧ＥＧＲガスはコンプレッサハウジング６、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の燃焼室に過給される。低圧ＥＧＲ通路２３を経由して行われるＥＧＲを、以下、低圧ＥＧＲという。

低圧ＥＧＲガス量は、排気絞り弁１１の開度を調節して排気通路１９における低圧ＥＧＲ通路２３の分岐箇所の排気の圧力を増減することによって調節することができる。例えば、排気絞り弁１１の開度を閉弁側に調節すると、排気通路１９における低圧ＥＧＲ通路２３の分岐箇所における排気の圧力が上昇するため、低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の差圧が増大し、低圧ＥＧＲガス量が増える。

高圧ＥＧＲ弁２１が開弁されると、高圧ＥＧＲ通路１５が導通状態となり、排気マニホールド１８を流れる排気の一部が高圧ＥＧＲ通路１５を経由して吸気マニホールド８に流入し、内燃機関１の燃焼室に還流する。高圧ＥＧＲ通路１５を経由して行われるＥＧＲを、以下、高圧ＥＧＲという。

高圧ＥＧＲガス量は、スロットル弁１２の開度を調節して吸気マニホールド８におけるガスの圧力を増減することによって調節することができる。例えば、スロットル弁１２の開度を閉弁側に調節すると、吸気マニホールド８に流入する吸気の量が減るため、気筒２の吸気行程において吸気マニホールド８内のガスが気筒２に吸入されると、吸気マニホールド８におけるガスの圧力が低下する。そのため、高圧ＥＧＲ通路１５の上流と下流の差圧が増大し、高圧ＥＧＲガス量が増える。

低圧ＥＧＲ及び／又は高圧ＥＧＲによって排気の一部を内燃機関１の燃焼室に再循環させることによって、燃焼室内における燃焼温度が低下し、燃焼過程で発生するＮＯｘの量を低下させることができる。

低圧ＥＧＲ及び高圧ＥＧＲを好適に実施可能な内燃機関の運転状態の条件はそれぞれ異なっている。これに対し、内燃機関の運転状態に応じて低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲを切り替え
て、或いは併用してＥＧＲを行うことにより、広い運転領域でＥＧＲを実施可能にする技術が知られている。

図２は、内燃機関１の運転状態の各領域毎に低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲのいずれによってＥＧＲが行われるかを示した図である。図２の横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の燃料噴射量を表している。燃料噴射量は内燃機関１の負荷を表すパラメータである。

図２において、領域ＨＰＬ（斜線を施した領域）は、内燃機関１の運転状態が低負荷低回転の領域であり、ここでは主に高圧ＥＧＲが行われる。図２の領域ＨＰＬ＋ＬＰＬ（縦線を施した領域）は、内燃機関１の運転状態が中負荷中回転の領域であり、ここでは高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲが併用される。図２の領域ＬＰＬ（影になっている領域）は、内燃機関１の運転状態が高負荷高回転の領域であり、ここでは主に低圧ＥＧＲが行われる。

このように、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲを併用することによって、広範な運転領域においてＥＧＲを行うことが可能になり、ＮＯｘ発生量を低減することが可能になっている。

ところで、ＥＧＲによるＮＯｘ低減効果は、ＥＧＲガス量が増大するほど高くなる。すなわち、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））が高くなるほどＥＧＲによるＮＯｘ低減効果は大きくなる。しかし、ＥＧＲ率が高くなると、ＥＧＲの実施に伴う内燃機関の燃料消費率の増加が無視できなくなってくる。

例えば、ＥＧＲ率を大きくするために低圧ＥＧＲガス量を増加させる場合、排気絞り弁１１の開度を絞り側にして低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の差圧を大きくする場合がある。この場合、排気絞り弁１１の前後差圧が上昇して排気絞り弁１１におけるポンプ損失が増加し、内燃機関１の燃料消費率が増加する原因となる可能性がある。

図３は、ＮＯｘ排出量と低圧ＥＧＲガス量の関係、及びＮＯｘ排出量と燃料消費率の関係を示す図である。図３（Ａ）はＮＯｘ排出量と低圧ＥＧＲガス量との関係を示すグラフである。横軸がＮＯｘ排出量を表し、縦軸が低圧ＥＧＲガス量を表している。図３（Ａ）に示されるように、低圧ＥＧＲガス量が増加するとＥＧＲガス量が増加するため、燃焼過程で発生するＮＯｘの量が減少する。一方、低圧ＥＧＲガス量を増加させる場合排気絞り弁１１の開度が絞り側にされるため、排気絞り弁１１におけるポンプ損失が増加し、内燃機関１の燃料消費率が増加する。従って、図３（Ｂ）に示されるように、ＮＯｘの発生量を減少させると燃料消費率が増加する傾向がある。

また、高圧ＥＧＲガス量が増加した場合にも、入ガス温度が上昇してスモークの発生量が増加し、燃料消費率を増加させる原因となる可能性がある。

このように、高圧ＥＧＲガス量及び低圧ＥＧＲガス量に対して異なる依存性を有する種々の燃料消費率増加要因が存在し、ＮＯｘ低減率と燃料消費率とがトレードオフの関係になる場合がある。そのため、ＮＯｘ低減率を高めるべく高ＥＧＲ率でＥＧＲを実施する場合には、高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスの混合比率と燃料消費率との関係を考慮して混合比率を定め、同一ＥＧＲ率でも燃料消費率を可及的に抑制するようにすることが重要になってくる。

そこで、本実施例の排気浄化システムでは、図２のように内燃機関１の運転状態に応じて高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲを切り替えるだけでなく、内燃機関１の燃料消費率と混合比率との関係をも考慮して高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲの混合比率を決定するようにした。

燃料消費率と混合比率との関係は上記のように種々の燃料消費率増加要因に依存して変化する。すなわち、燃料消費率は、各燃料消費率増加要因に依存して変化する燃料消費率成分からの寄与によって成り立っていると考えることができる。従って、燃料消費率と混合比率との関係は、各燃料消費率成分と混合比率との関係によって特徴付けられる。

そこで、本実施例では、ＥＧＲの実施に起因して燃料消費率に比較的大きな影響を与え得る燃料消費率成分として、入ガス温度に依存して変化する燃料消費率成分（以下、「入ガス温度燃料消費率成分」という）と、排気絞り弁１１の前後差圧に起因するポンプ損失に依存して変化する燃料消費率成分（以下、「絞り弁燃料消費率成分」という）に着目し、これらの燃料消費率成分と混合比率との関係の組み合わせによって燃料消費率と混合比率との関係を近似するようにした。

図４は入ガス温度燃料消費率成分、入ガス温度、混合比率の関係を示す図である。図４（Ａ）は入ガス温度ＴＢと入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）との関係を示す図である。図４（Ａ）の横軸は入ガス温度ＴＢを表し、縦軸は入ガス温燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）を表している。

入ガス温度が高くなるとスモークの発生量が増加し、燃料消費率が増加する傾向がある。従って、図４（Ａ）に示されるように、入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）は入りガス温度ＴＢが高くなるほど大きくなる。すなわち、入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）は入ガス温度ＴＢの増加関数として燃料消費率ＳＦＣに寄与する。

図４（Ｂ）は混合比率Ｒと入ガス温度ＴＢとの関係を示す図である。ここで、混合比率Ｒは高圧ＥＧＲガス量と低圧ＥＧＲガス量との比率を表し、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとの混合比率が高圧ＥＧＲ寄りになるほど図４（Ｂ）の縦軸においてＨＰＬ側の値となり、混合比率が低圧ＥＧＲ寄りになるほど図４（Ｂ）の縦軸においてＬＰＬ側の値となる。本明細書では、混合比率が高圧ＥＧＲ寄りになること（図４（Ｂ）の場合、縦軸においてよりＨＰＬ側の値になること）を「高圧ＥＧＲガスの混合比率が高くなる」と表現し、混合比率が低圧ＥＧＲ寄りになること（図４（Ｂ）の場合、縦軸においてよりＬＰＬ側の値になること）を「低圧ＥＧＲガスの混合比率が高くなる」と表現するものとする。図４（Ｂ）の横軸は入ガス温度ＴＢを表し、縦軸は混合比率Ｒを表している。

高圧ＥＧＲ通路１５の通路長は短く、また高圧ＥＧＲ通路１５にはＥＧＲクーラが備えられていないため、高圧ＥＧＲ通路を流れて吸気マニホールド８に流入する排気の温度は高温になる。従って、高圧ＥＧＲガス量が増加すると入ガス温度ＴＢは増加する傾向がある。すなわち、図４（Ｂ）に示されるように、入ガス温度ＴＢは混合比率Ｒが高圧ＥＧＲ寄りになるほど大きくなる。

以上の各関係から、図４（Ｃ）に示されるように、入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）は混合比率Ｒが低圧ＥＧＲ寄りになるほど小さくなる傾向を有することがわかる。すなわち、本実施例の入ガス温燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）は本発明における「低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分」の一例である。

一方、図５は絞り弁燃料消費率成分、絞り弁前後差圧、混合比率の関係を示す図である。図５（Ａ）は絞り弁前後差圧ΔＰと絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）との関係を示す図である。図５（Ａ）の横軸は絞り弁前後差圧ΔＰ、縦軸は絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）を表している。

絞り弁前後差圧ΔＰが大きくなると排気絞り弁１１におけるポンプ損失が増加するため、
燃料消費率が増加する傾向がある。すなわち、図５（Ａ）に示されるように、絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）は絞り弁前後差圧ΔＰが大きくなるほど大きくなり、絞り弁前後差圧ΔＰの増加関数として燃料消費率ＳＦＣに寄与する。

図５（Ｂ）は混合比率Ｒと絞り弁前後差圧ΔＰとの関係を示す図である。図５（Ｂ）の横軸は絞り弁前後差圧ΔＰを表し、縦軸は混合比率Ｒを表している。

排気絞り弁１１を絞り側にすると排気絞り弁１１より上流における排気の圧力が増加するため、低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の差圧が大きくなり、低圧ＥＧＲガス量が増加する。すなわち、図５（Ｂ）に示されるように、絞り弁前後差圧ΔＰは混合比率Ｒが低圧ＥＧＲ寄りになるほど大きくなる。

以上の各関係から、図５（Ｃ）に示されるように、絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）は混合比率Ｒが高圧ＥＧＲ寄りになるほど小さくなる傾向を有することがわかる。すなわち、本実施例の絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）は本発明における「高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分」の一例である。

これら混合比率Ｒに対して異なる関係を有する２つの燃料消費率成分の組み合わせによって、燃料消費率ＳＦＣと混合比率Ｒとの関係を近似することができる。

図６は、燃料消費率ＳＦＣ、入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）、及び絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）と混合比率Ｒとの関係を示す図である。図６の横軸は混合比率Ｒ、縦軸は燃料消費率ＳＦＣ又は各燃料消費率成分を表す。

図６に示されるように、混合比率Ｒが低圧ＥＧＲ寄りになるほど小さくなる傾向を有する入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）と、混合比率Ｒが高圧ＥＧＲ寄りになるほど小さくなる傾向を有する絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）との、混合比率Ｒに対して異なる依存性を有する２つの燃料消費率成分を組み合わせることによって、燃料消費率ＳＦＣと混合比率Ｒとの関係は下に凸の関数によって近似されることになる。

従って、高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスの混合比率が、図６の燃料消費率ＳＦＣのグラフの極小値を与える混合比率Ｒｔｒｇになるように高圧ＥＧＲ弁開度、低圧ＥＧＲ弁開度、スロットル弁１２の開度、排気絞り弁１１の開度等を制御することによって、燃料消費率を可及的に抑制しつつ所望のＥＧＲ率でＥＧＲを行うことが可能になる。これにより、ＮＯｘ低減効果を高めるべくＥＧＲのさらなる高ＥＧＲ率化が必要になった場合においても、燃料消費率の増加を可及的に抑制しつつＥＧＲ率を高めることが可能になる。

ところで、上記の入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）と混合比率Ｒとの関係、及び、絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）と混合比率Ｒとの関係は、内燃機関の運転状態に依存して変化する場合がある。

図７は、入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）と混合比率Ｒとの関係が、内燃機関１の運転状態に対して有している依存関係を示す図である。図７の横軸は混合比率Ｒを表し、縦軸は入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）を表している。図７のグラフ（１）は内燃機関の運転状態が低負荷の場合、グラフ（２）は内燃機関の運転状態が中負荷の場合、グラフ（３）は内燃機関の運転状態が高負荷の場合の各場合における、入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）と混合比率Ｒとの関係を示している。

内燃機関の運転状態が高負荷になるほど排気の温度は上昇し、入ガス温度ＴＢも上昇する
傾向がある。上述のように入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）は入ガス温度ＴＢの増加関数であるので、図７に示されるように、混合比率Ｒが低圧ＥＧＲ寄りになるほど入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）が減少するときの減少の傾きは、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど大きくなる。

一方、図８は、絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）と混合比率Ｒとの関係が、内燃機関１の運転状態に対して有している依存関係を示す図である。図８の横軸は混合比率Ｒを表し、縦軸は絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）を表している。図８のグラフ（１）は内燃機関の運転状態が低負荷の場合、グラフ（２）は内燃機関の運転状態が中負荷の場合、グラフ（３）は内燃機関の運転状態が高負荷の場合の各場合における、絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）と混合比率Ｒとの関係を示している。

内燃機関の運転状態が低負荷になるほど排気の圧力は下がり、低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の差圧が小さくなるので、同じ低圧ＥＧＲガス量を確保するためには排気絞り弁１１の絞り量を多くする必要がある。排気絞り弁１１の開度が絞り側になるほど排気絞り弁１１の前後差圧ΔＰは大きくなり、それに伴って絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）も大きくなる。そのため、図８に示されるように、混合比率Ｒが高圧ＥＧＲ寄りになるほど絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）が減少するときの減少の傾きは、内燃機関の運転状態が低負荷になるほど大きくなる。

図９は、以上説明したような燃料消費率成分と混合比率との関係が有する、内燃機関の運転状態に対する依存関係を考慮した場合の、燃料消費率と混合比率との関係を示す図である。図９の横軸は混合比率Ｒを表し、縦軸は燃料消費率ＳＦＣを表している。

図９のグラフ（１）は内燃機関の運転状態が低負荷の時の燃料消費率ＳＦＣと混合比率Ｒとの関係を表すグラフであり、その関数形は、図７のグラフ（１）で表される入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）と図８のグラフ（１）で表される絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）との組み合わせによって求められる。

図９のグラフ（２）は内燃機関の運転状態が中負荷の時の燃料消費率ＳＦＣと混合比率Ｒとの関係を表すグラフであり、その関数形は、図７のグラフ（２）で表される入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）と図８のグラフ（２）で表される絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）との組み合わせによって求められる。

図９のグラフ（３）は内燃機関の運転状態が高負荷の時の燃料消費率ＳＦＣと混合比率Ｒとの関係を表すグラフであり、その関数形は、図７のグラフ（３）で表される入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）と図８のグラフ（３）で表される絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）との組み合わせによって求められる。

図９のグラフ（１）〜（３）で示されるように、燃料消費率と混合比率との関係を表す関数形は、内燃機関の運転状態に応じて変化する。これに伴って、燃料消費率の極小値を与える混合比率Ｒｔｒｇも内燃機関の運転状態に応じて変化することになる。

図９では、内燃機関の運転状態が低負荷の場合の最適比率がＲｔｒｇ１、内燃機関の運転状態が中負荷の場合の最適比率がＲｔｒｇ２、内燃機関の運転状態が高負荷の場合の最適比率がＲｔｒｇ３で表されている。図９に示されるように、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど低圧ＥＧＲ寄りの混合比率が最適比率となる傾向がある。

このように、燃料消費率成分の内燃機関の運転状態に対する依存性をも考慮することによって、燃料消費率ＳＦＣと混合比率Ｒとの関係の近似精度を高めることが可能になる。こ
れにより、より確実に燃料消費率を抑制することを可能にする混合比率で高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスを混合してＥＧＲを行うことができる。その結果、高ＥＧＲ率化と低燃料消費率とを両立する事が可能になる。

上述した入ガス温度燃料消費率成分ＳＦＣ（ＴＢ）と混合比率Ｒとの関係や、絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）と混合比率Ｒとの関係、また、それらの内燃機関の運転状態に対する依存関係、最適比率等は予め実験等により求められ、ＥＣＵ２２のＲＯＭに記録されている。そして、ＥＣＵ２２は内燃機関の運転状態に応じて定められている最適比率を読み込み、該最適比率で高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲを実施すべく、高圧ＥＧＲ弁２１の開度、低圧ＥＧＲ弁５の開度、スロットル弁１２の開度、排気絞り弁１１の開度を制御する。

以下、ＥＣＵ２２によって行われる高圧ＥＧＲ弁２１及び低圧ＥＧＲ弁５の開度制御について、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。図１０のフローチャートはこの制御を行うためのルーチンを示すフローチャートであり、このルーチンはＥＣＵ２２によって所定期間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２２は、内燃機関１の運転状態を検出する。具体的には、クランクポジションセンサ２５によるクランク角度の検出値から内燃機関１の機関回転数ＮＥを求めるとともに、アクセル開度センサ２４によるアクセル開度の検出値から内燃機関１の機関負荷ＱＦＩＮを求める。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２２は、エアフローメータ２７による吸入空気量Ｇｎの検出値を読み込むとともに、目標ＥＧＲ率ＥＲを読み込む。目標ＥＧＲ率ＥＲは予め定められた目標値であり、ＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されている。目標ＥＧＲ率ＥＲは、例えば、排出ガス規制値と該規制値に対する適合マージンとを考慮して定められた目標ＮＯｘ低減率に基づいて、該目標ＮＯｘ低減率を達成するために要求されるＥＧＲ率として定められる。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２２は、高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスの混合比率Ｒの目標値Ｒｔｒｇを読み込む。この目標混合比率Ｒｔｒｇは、上述したように内燃機関１の運転状態（ＮＥ及びＱＦＩＮ）に応じて定められる最適比率であり、予め実験等により求められ、内燃機関１の運転状態の関数又はマップとしてＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されている。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２２は、前記ステップＳ１０２で検出した吸入空気量Ｇｎ、目標ＥＧＲ率ＥＲ、及び、前記ステップＳ１０３で読み込んだ目標混合比率Ｒｔｒｇに基づいて、高圧ＥＧＲ弁２１の開度ＤＨの目標値ＤＨｔｒｇ及び低圧ＥＧＲ弁５の開度ＤＬの目標値ＤＬｔｒｇを求める。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２２は、前記ステップＳ１０４で求めた高圧ＥＧＲ弁２１の目標開度ＤＨｔｒｇを制御指令値として高圧ＥＧＲ弁２１の弁開度を制御するとともに、前記ステップＳ１０４で求めた低圧ＥＧＲ弁５の目標開度ＤＬｔｒｇを制御指令値として低圧ＥＧＲ弁５の弁開度を制御する。

ＥＣＵ２２が以上のステップを実行する事により、目標ＮＯｘ低減率を達成するために要求されるＥＧＲ率を、最適比率で混合された高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲによって実現することができる。これにより、燃料消費率の増大を可及的に抑制しつつ目標ＮＯｘ低減率を達成することが可能になる。

ところで、実際には様々な要因により高圧ＥＧＲガス量や低圧ＥＧＲガス量は、高圧ＥＧＲ弁開度や低圧ＥＧＲ弁開度の制御指令値から想定される量（すなわち、目標高圧ＥＧＲガス量又は目標低圧ＥＧＲガス量）からずれる場合がある。

例えば、本実施例の場合では、フィルタ２０を構成するフィルタに多量のＰＭが堆積してフィルタの圧力損失が大きくなった場合に、フィルタ２０の下流における圧力が低下し、低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の間に十分な差圧が得られなくなる可能性がある。この場合、低圧ＥＧＲ弁開度が目標低圧ＥＧＲ弁開度に制御されていても、低圧ＥＧＲガス量が目標低圧ＥＧＲガス量に達しない可能性がある。そうすると、混合比率は目標混合比率Ｒｔｒｇと比較して高圧ＥＧＲ寄りになるため、燃料消費率を好適に抑制できなくなる虞がある。また、ＥＧＲ率が低下する可能性もあるため、目標ＮＯｘ低減率を達成できなくなる虞もある。

また、同じくフィルタのＰＭ堆積量が多くなった場合、排気マニホールド１８とフィルタ２０の間の排気の圧力が増加するため、高圧ＥＧＲガス量は目標高圧ＥＧＲガス量より増える可能性がある。この場合も混合比率が高圧ＥＧＲ寄りになり、入ガス温度ＴＢが上昇して燃料消費率が好適に抑制できなくなる可能性がある。

そこで、本実施例の高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度制御ルーチンでは、上記のような場合に対応して、ステップＳ１０５で高圧ＥＧＲ弁２１及び低圧ＥＧＲ弁５の弁開度をステップＳ１０４で求められた目標開度をそれぞれの制御指令値として制御した後、実際の混合比率と目標混合比率とを比較し、その比較結果に基づいて高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度の補正ルーチンを実行するようにした。

具体的には、入ガス温度ＴＢをモニターする事によって混合比率Ｒが目標混合比率Ｒｔｒｇと等しくなっているか否かを判定し、この判定結果に応じて高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度の微調整を行うようにした。

ここで、実際の混合比率を検出するために入りガス温度ＴＢをモニターするのは、本実施例の高圧ＥＧＲ通路１５にはＥＧＲクーラが備えられていないため、入ガス温度ＴＢが比較的精度良く高圧ＥＧＲガス量を反映すると考えられるからである。

図１１は燃料消費率ＳＦＣ、入ガス温度ＴＢ、絞り弁前後差圧ΔＰ、混合比率Ｒの関係を示す図である。図１１（Ａ）は燃料消費率ＳＦＣと混合比率Ｒとの関係を示すグラフである。図１１（Ｂ）は入りガス温度ＴＢと混合比率Ｒとの関係を示すグラフである。図１１（Ｃ）は絞り弁前後差圧ΔＰと混合比率Ｒとの関係を示すグラフである。

図１１に示されるように、燃料消費率ＳＦＣを極小値とする混合比率として目標混合比率Ｒｔｒｇが定められ、この目標混合比率Ｒｔｒｇに対応する入ガス温度として目標入りガス温度ＴＢｔｒｇが定められる。

実際の混合比率が目標混合比率Ｒｔｒｇより高圧ＥＧＲ寄りになっている場合は、グラフ（Ｂ）の点Ｘで示されるように、入ガス温度ＴＢは目標入ガス温度ＴＢｔｒｇより高くなる。一方、実際の混合比率が目標混合比率Ｒｔｒｇより低圧ＥＧＲ寄りになっている場合は、グラフ（Ｂ）の点Ｙで示されるように、入ガス温度ＴＢは目標入ガス温度ＴＢｔｒｇより低くなる。

このように、入ガス温度ＴＢをモニターすることによって実際の混合比率が目標混合比率からずれているか否かを判定することができる。

なお、高圧ＥＧＲ通路１５にＥＧＲクーラを備えた構成においては、入ガス温度ＴＢ以外のパラメータを混合比率Ｒの指標としてモニターするようにしても良い。

図１０に戻り、まず、ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２２は、入ガス温度センサ２８による入ガス温度ＴＢの検出値を読み込む。

次いでステップＳ１０７では、ＥＣＵ２２は、前記ステップＳ１０６で検出した入ガス温度ＴＢが目標入りガス温度ＴＢｔｒｇと等しくなっているか否かを判定する。ここで、目標入りガス温度ＴＢｔｒｇは、混合比率が目標混合比率Ｒｔｒｇになっている場合に想定される入ガス温度であり、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されている。

なお、入ガス温度ＴＢが目標入りガス温度ＴＢｔｒｇと等しくなっているとは、入ガス温度ＴＢが目標入りガス温度ＴＢｔｒｇを含む所定の温度範囲に入っていることを意味するものとする。具体的には、所定値δ（＞０）に対して、｜ＴＢ−ＴＢｔｒｇ｜≦δが成り立つことを意味するものとする。図１０のフローチャートのステップＳ１０７における「ＴＢ＝ＴＢｔｒｇ」という表記における等号は上記の意味で用いているものである。

前記ステップＳ１０７において肯定判定された場合（｜ＴＢ−ＴＢｔｒｇ｜≦δ）、ＥＣＵ２２は、高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスの混合比率が目標混合比率Ｒｔｒｇになっていると判定して本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、前記ステップＳ１０７において否定判定された場合（｜ＴＢ−ＴＢｔｒｇ｜＞δ）、ＥＣＵ２２は、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲの混合比率が目標混合比率Ｒｔｒｇになっていないと判定して、続くステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２２は、入ガス温度ＴＢが目標入りガス温度ＴＢｔｒｇと比較して高いか否かを判定する。

ステップＳ１０８において否定判定された場合（ＴＢ＜ＴＢｔｒｇ−δ）、入ガス温度ＴＢが目標入りガス温度ＴＢｔｒｇより低いので、混合比率Ｒが目標混合比率Ｒｔｒｇからずれて低圧ＥＧＲ寄りになっている可能性がある（図１１（Ｂ）のグラフ上の点Ｙに相当する）。

この場合、高圧ＥＧＲガス量が目標高圧ＥＧＲガス量より少なくなっている可能性があるため、続くステップＳ１１４において、ＥＣＵ２２は、高圧ＥＧＲ弁２１の開度ＤＨを開き側に補正する。これにより、高圧ＥＧＲガス量が増加し、混合比率は目標混合比率Ｒｔｒｇに近付く。高圧ＥＧＲ弁開度ＤＨを開き側に補正した後、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０６に戻る。

一方、ステップＳ１０８において肯定判定された場合（ＴＢ＞ＴＢｔｒｇ＋δ）、入ガス温度ＴＢが目標入りガス温度ＴＢｔｒｇより高いので、混合比率Ｒが目標混合比率Ｒｔｒｇからずれて高圧ＥＧＲ寄りになっている可能性がある（図１１（Ｂ）のグラフ上の点Ｘに相当する）。

この場合、低圧ＥＧＲガス量が目標低圧ＥＧＲガス量より少なくなっている可能性があるため、低圧ＥＧＲ弁５の開度ＤＬを開き側に補正する事で低圧ＥＧＲガス量を増加させる補正を行う。以下、低圧ＥＧＲガス量の補正制御について説明する。

まず、ステップＳ１０９において、ＥＣＵ２２は、低圧ＥＧＲ弁５の開度ＤＬが全開であ
るか否かを判定する。

ここで、低圧ＥＧＲ弁５が全開であるか否かを確認するのは次の理由による。すなわち、混合比率Ｒが目標混合比率Ｒｔｒｇからずれて高圧ＥＧＲ寄りになっている場合、上述のように、フィルタ２０のフィルタに多量のＰＭが堆積している事が原因の一つとして考えられる。その場合、フィルタにおけるＰＭの堆積状態によっては、低圧ＥＧＲ弁を全開にしても低圧ＥＧＲガス量が目標低圧ＥＧＲガス量に達しない場合もあり得る。そのような場合は、低圧ＥＧＲ弁開度の補正によって混合比率を高圧ＥＧＲ寄りから目標混合比率Ｒｔｒｇに近づける事は難しいため、低圧ＥＧＲ弁開度を補正する以外の手段を講じる必要がある。

ステップＳ１０９で否定判定された場合、ＥＣＵ２２は、低圧ＥＧＲ弁５の開度ＤＬを開き側に補正することによって、低圧ＥＧＲガス量を増加させる。その後、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０６に戻る。

一方、ステップＳ１０９で肯定判定された場合、低圧ＥＧＲ弁５が全開であるにもかかわらず低圧ＥＧＲガス量が目標低圧ＥＧＲガス量より少ないことを意味する。この場合、フィルタ２０を構成するフィルタに多量のＰＭが堆積して圧力損失が大きくなり、低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の間に十分な差圧が得られなくなっている可能性がある。

従って、低圧ＥＧＲガス量を目標値に近づけるためには、フィルタに堆積したＰＭを酸化・除去するフィルタ再生処理を実施して、フィルタにおける圧力損失を低減する必要がある。但し、フィルタ再生処理を頻繁に実施するとフィルタの耐久性に影響を与える虞があるため、フィルタ再生処理は特定の条件（以下、「フィルタ再生条件」という）が成立した場合にのみ実施することが好ましい。

フィルタ再生条件としては、フィルタにおけるＰＭの堆積量が所定量以上になる事、前回フィルタ再生処理を実施してからの運転時間が所定時間以上となった事、等の条件を例示する事ができる。

従って、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１０９で肯定判定された場合、続くステップＳ１１１においてフィルタ再生条件が成立しているか否かを判定し、肯定判定された場合は、ステップＳ１１２に進んでフィルタ再生処理を実行する。これにより、フィルタにおけるＰＭの堆積量が減少してフィルタにおける圧力損失が低減され、低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の間に十分な差圧が生じるようになる。よって低圧ＥＧＲガス量が増加し、混合比率を目標混合比率Ｒｔｒｇに近付ける事ができる。

一方、ステップＳ１１１において否定判定された場合、フィルタ再生処理を実行する以外の方法によって低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の間に十分な差圧を生じさせる必要がある。この場合、続くステップＳ１１３において、ＥＣＵ２２は排気絞り弁１１の開度を絞り側に制御する。

これにより、低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の差圧を大きくすることができる。この場合、排気絞り弁１１の開度を絞っているため、排気絞り弁１１におけるポンプ損失が増大し、燃料消費率が増加する可能性があるが、ＥＧＲガス量の不足が解消されるため目標ＥＧＲ率を確保することができる。従って目標ＮＯｘ低減率を達成することができる。

このように、本実施例では、ＮＯｘ低減率が所定の目標ＮＯｘ低減率（例えば規制値と適合マージンを勘案して定められる）にすることを所与の条件として、この条件下で燃料消費率を可及的に抑制するように低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスの混合比率が定められる
。従って、前記ステップＳ１１３のように、燃料消費率を極小とする混合比率から若干ずれた混合比率で低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスが混合される場合もあり得る。

次に、本発明の異なる実施例について説明する。

図１２は本実施例に係る内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。本実施例はその構成において実施例１とは以下の点で相違している。

吸気マニホールド８には、吸気マニホールド８内のガスの圧力（以下、「入ガス圧力」という）を検出する入ガス圧力センサ２９が備えられている。

高圧ＥＧＲ通路１５の途中には、高圧ＥＧＲガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ１７が設けられている。

排気マニホールド１８には、排気マニホールド１８内のガスの圧力（以下、「出ガス圧力」という）を検出する出ガス圧力センサ３０が備えられている。

ターボチャージャ１０のタービンにはタービンの流量特性を可変にするノズルベーン３２が備えられ、このノズルベーン３２の開度を調節することでターボチャージャ１０の過給圧を連続的に可変制御することができるようになっている。

入ガス圧力センサ２９、出ガス圧力センサ３０は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、各センサによる検出信号がＥＣＵ２２に入力されるようになっている。また、ノズルベーン３２の駆動装置は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２から出力される制御信号によってノズルベーン３２の開度を調節する。

なお、以下では、図１に示された実施例１に係る内燃機関とその吸排気系の構成と実質的に同一の構成要素には、同一の名称及び符号を用いることとし、詳しい説明は省略する。

本実施例のターボチャージャ１０のような可変容量ターボチャージャを備えた内燃機関では、高圧ＥＧＲガス量が増加してタービンを駆動する排気の量が減少した場合であっても、ノズルベーン３２の開度を絞り側にすることで過給圧の低下を抑制する事ができる。しかし、この場合タービン前後差圧が増加するため、タービンにおけるポンプ損失が増加し、燃料消費率を増加させる原因となる可能性がある。

従って、本実施例の構成では、可変ノズル開度式ターボチャージャによる上記のような過給圧制御が行われる場合、タービン前後差圧に依存して変化する燃料消費率成分（以下、「可変ノズル燃料消費率成分」という）が、ＥＧＲの実施に起因する燃料消費率の変化に対して比較的大きな寄与をする燃料消費率成分の一つとなっている。

そこで、本実施例では、ＥＧＲの実施に伴う内燃機関１の燃料消費率の変化を、可変ノズル燃料消費率成分と混合比率との関係、及び、絞り弁燃料消費率成分と混合比率との関係の組み合わせによって近似するようにした。

図１３は可変ノズル燃料消費率成分、タービン前後差圧、混合比率の関係を示す図である。図１３（Ａ）はタービン前後差圧ΔＰ２と可変ノズル燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ２）との関係を示す図である。図１３（Ａ）の横軸はタービン前後差圧ΔＰ２を表し、縦軸は可変ノズル燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ２）を表している。

タービン前後差圧ΔＰ２が大きくなるとタービンにおけるポンプ損失が増加するため、燃料消費率が増加する。すなわち、図１３（Ａ）に示されるように、可変ノズル燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ２）はタービン前後差圧ΔＰ２が大きくなるほど大きくなり、タービン前後差圧ΔＰ２の増加関数として燃料消費率ＳＦＣに寄与する。

図１３（Ｂ）は混合比率Ｒとタービン前後差圧ΔＰ２との関係を示す図である。図１３（Ｂ）の横軸はタービン前後差圧ΔＰ２を表し、縦軸は混合比率Ｒを表している。上記のように、高圧ＥＧＲガス量の増加に伴ってノズルベーン３２の開度が絞り側にされると、タービン前後差圧ΔＰ２が上昇する傾向がある。すなわち、図１３（Ｂ）に示されるように、タービン前後差圧ΔＰ２は混合比率Ｒが高圧ＥＧＲ寄りになるほど大きくなる。

以上の各関係から、図１３（Ｃ）に示されるように、可変ノズル燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ２）は混合比率Ｒが低圧ＥＧＲ寄りになるほど小さくなる傾向を有することがわかる。すなわち、本実施例の可変ノズル燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ２）は本発明における「低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分」の一例である。

一方、図１４は絞り弁燃料消費率成分、絞り弁前後差圧、混合比率の関係を示す図である。図１４（Ａ）は絞り弁前後差圧ΔＰと絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）との関係を示す図である。図１４（Ａ）の横軸は絞り弁前後差圧ΔＰ、縦軸は絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）を表している。

絞り弁前後差圧ΔＰが大きくなると排気絞り弁１１におけるポンプ損失が増加するため、燃料消費率が増加する。すなわち、図１４（Ａ）に示されるように、絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）は絞り弁前後差圧ΔＰが大きくなるほど大きくなり、絞り弁前後差圧ΔＰの増加関数として燃料消費率ＳＦＣに寄与する。

図１４（Ｂ）は混合比率Ｒと絞り弁前後差圧ΔＰとの関係を示す図である。図１４（Ｂ）の横軸は絞り弁前後差圧ΔＰを表し、縦軸は混合比率Ｒを表している。排気絞り弁１１を絞り側にすると排気絞り弁１１より上流における排気の圧力が増加するため、低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の差圧が大きくなり、低圧ＥＧＲガス量が増加する。すなわち、図１４（Ｂ）に示されるように、絞り弁前後差圧ΔＰは混合比率Ｒが低圧ＥＧＲ寄りになるほど大きくなる。

以上の各関係から、図１４（Ｃ）に示されるように、絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）は混合比率Ｒが高圧ＥＧＲ寄りになるほど小さくなる傾向を有することがわかる。すなわち、本実施例の絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）は本発明における「高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分」の一例である。

これら混合比率Ｒに対して異なる関係を有する２つの燃料消費率成分の組み合わせによって、燃料消費率ＳＦＣと混合比率Ｒとの関係を近似することができる。

図１５は、燃料消費率ＳＦＣ、可変ノズル燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ２）、及び絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）と混合比率Ｒとの関係を示す図である。図１５の横軸は混合比率Ｒ、縦軸は燃料消費率ＳＦＣ又は燃料消費率成分を表す。

図１５に示されるように、混合比率Ｒが低圧ＥＧＲ寄りになるほど小さくなる傾向を有する可変ノズル燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ２）と、混合比率Ｒが高圧ＥＧＲ寄りになるほど小さくなる傾向を有する絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）との、混合比率に対して
異なる依存性を有する２つの燃料消費率成分を組み合わせることによって、燃料消費率ＳＦＣと混合比率Ｒとの関係は下に凸の関数によって近似されることになる。

従って、高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスの混合比率が、図１５の燃料消費率ＳＦＣのグラフの極小値を与える混合比率Ｒｔｒｇになるように高圧ＥＧＲ弁開度、低圧ＥＧＲ弁開度、スロットル弁１２の開度、排気絞り弁１１の開度、ノズルベーン３２の開度等を制御することによって、燃料消費率を可及的に抑制しつつ所望のＥＧＲ率でＥＧＲを行うことが可能になる。これにより、ＮＯｘ低減効果を高めるべくＥＧＲのさらなる高ＥＧＲ率化が必要になった場合においても、燃料消費率の増加を可及的に抑制しつつＥＧＲ率を高めることが可能になる。

上述した可変ノズル燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ２）と混合比率Ｒとの関係、絞り弁燃料消費率成分ＳＦＣ（ΔＰ）と混合比率Ｒとの関係、それらの内燃機関の運転状態に対する依存関係、最適比率等は予め実験等により求められ、ＥＣＵ２２内のＲＯＭに記録されている。そして、ＥＣＵ２２は内燃機関の運転状態に応じた最適比率を読み込み、該最適比率で高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲを実施すべく、高圧ＥＧＲ弁２１の開度、低圧ＥＧＲ弁５の開度を制御する。

ＥＣＵ２２によって行われる高圧ＥＧＲ弁２１と低圧ＥＧＲ弁５の開度制御ルーチン、及び、開度補正制御ルーチンについては、実施例１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

なお、本実施例では、高圧ＥＧＲクーラ１７において高圧ＥＧＲガスが冷却されるため、実施例１の場合と比較して高圧ＥＧＲガス量の増減が入ガス温度ＴＢに反映されにくい。従って、本実施例では、実際の混合比率を検出するために入ガス温度ＴＢ以外のパラメータをモニターするようにしても良い。例えば、入ガス圧力や、入ガス圧力と出ガス圧力との差圧等によって、高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度の制御指令値から想定される混合比率と実際の混合比率とのずれを検出するようにしても良い。

なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得る。例えば、本実施例では、内燃機関の燃料消費率と混合比率との関係を、入ガス温度燃料消費率成分、絞り弁燃料消費率成分、或いは可変ノズル燃料消費率成分といった複数の燃料消費率成分の組み合わせによって近似したが、近似関数形を求めるために用いられる燃料消費率成分はこれらに限られない。

また、高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度の補正制御において、高圧ＥＧＲ通路は通路長が短いため、高圧ＥＧＲ弁開度補正に対する応答（実施例１の場合入ガス温度ＴＢの変化）が速いのに対し、低圧ＥＧＲ通路は通路長が長いため、低圧ＥＧＲ弁開度補正に対する応答（実施例１の場合入ガス温度ＴＢの変化）が遅い傾向がある。従って、この弁開度補正制御においては、高圧ＥＧＲ弁開度の補正をフィードバック制御により行い、低圧ＥＧＲ弁開度の補正をオープンループ制御により行うようにしても良い。

また、上記のように低圧ＥＧＲガス量の変化は低圧ＥＧＲ弁の開度制御に対する応答性が遅いため、混合比率が低圧ＥＧＲ寄りに偏っている場合には、例えば急加速時のように内燃機関の負荷が急激に変化する状況において、要求ＥＧＲ率にＥＧＲ率が追随できなくなる虞がある。その場合、吸気ガスにおける酸素濃度が要求酸素濃度を満足するまでに応答遅れが生じ、好適な燃焼が行われなくなる可能性もある。

そこで、低圧ＥＧＲ寄りの混合比率の値に所定の限界値を設定し、本発明の最適比率がその限界値を超えて低圧ＥＧＲ寄りに偏っている場合には、目標混合比率を最適比率ではな
く該限界値に設定するようにしても良い。これにより、燃料消費率を可及的に抑制するとともに急加速時のドライバビリティも維持しつつ、ＮＯｘ低減率を高める事が可能になる。

また、上記の実施例では低圧ＥＧＲ通路２３の上流と下流の間の差圧を高める必要がある場合に排気絞り弁１１の開度を絞るようにしているが、吸気通路９のコンプレッサハウジング６より上流に吸気絞り弁を設け、これを絞る事によっても同様の効果を得る事ができる。この場合、吸気絞り弁の開度を絞る事に因るポンプ損失とそれに起因する燃料消費率増加に関しても排気絞り弁１１を備えた場合と同様の性質を有する。

また、高圧ＥＧＲ弁開度及び低圧ＥＧＲ弁開度の補正制御は、上記の実施例において開示したものに限られるものではなく、実際の混合比率を目標混合比率に近付ける事が可能であればどのような制御でも良い。

本発明の実施例１の内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例１の内燃機関の運転状態の領域毎に低圧ＥＧＲ又は高圧ＥＧＲのいずれによってＥＧＲが行われるかを示した図である。 本発明の実施例１の内燃機関のＮＯｘ排出量、低圧ＥＧＲガス量、及び燃料消費率の関係を示す図である。 本発明の実施例１の入ガス温燃料消費率成分、入ガス温度、及び混合比率の関係を示す図である。 本発明の実施例１の絞り弁燃料消費率成分、絞り弁前後差圧、及び混合比率の関係を示す図である。 本発明の実施例１の燃料消費率、入ガス温燃料消費率成分、及び絞り弁燃料消費率成分と混合比率との関係を示す図である。 本発明の実施例１の入ガス温燃料消費率成分と混合比率との関係が有する、内燃機関の運転状態に対する依存関係を示す図である。 本発明の実施例１の絞り弁燃料消費率成分と混合比率との関係が有する、内燃機関の運転状態に対する依存関係を示す図である。 本発明の実施例１において、入ガス温燃料消費率成分及び絞り弁燃料消費率成分と混合比率との関係が有する、内燃機関の運転状態に対する依存関係を考慮した場合の、燃料消費率と混合比率との関係を示す図である。 本発明の実施例１における高圧ＥＧＲ弁及び低圧ＥＧＲ弁の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例１の燃料消費率、入ガス温度、及び絞り弁前後差圧と混合比率との関係を示す図である。 本発明の実施例２の内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例２の可変ノズル燃料消費率成分、タービン前後差圧、及び混合比率の関係を示す図である。 本発明の実施例２の絞り弁燃料消費率成分、絞り弁前後差圧、及び混合比率の関係を示す図である。 本発明の実施例２の燃料消費率、可変ノズル燃料消費率成分及び絞り弁燃料消費率成分と混合比率の関係を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ エアクリーナ
５ 低圧ＥＧＲ弁
６ コンプレッサハウジング
７ タービンハウジング
８ 吸気マニホールド
９ 吸気通路
１０ ターボチャージャ
１１ 排気絞り弁
１２ スロットル弁
１３ インタークーラ
１４ 低圧ＥＧＲクーラ
１５ 高圧ＥＧＲ通路
１７ 高圧ＥＧＲクーラ
１８ 排気マニホールド
１９ 排気通路
２０ 排気浄化装置
２１ 高圧ＥＧＲ弁
２２ ＥＣＵ
２３ 低圧ＥＧＲ通路
２４ アクセル開度センサ
２５ クランクポジションセンサ
２６ 差圧センサ
２７ エアフローメータ
２８ 入ガス温度センサ
２９ 入ガス圧力センサ
３０ 出ガス圧力センサ
３１ アクセルペダル
３２ ノズルベーン

Claims (9)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャと、
   前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を有し、該高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
   前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を有し、該低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
   を備え、前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、
   前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気と前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気との混合比率が、
   前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率が減少する関係と、
   前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率が減少する関係と、
   の少なくとも一方の関係
   を有するところの、混合比率と内燃機関の燃料消費率との関係に基づいて、燃料消費率を減少させるように制御されることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 請求項１において、
   前記混合比率は、燃料消費率の極小値を与える混合比率が存在するところの、前記混合比率と燃料消費率との関係に基づいて、燃料消費率が極小値となる混合比率に制御されることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
3. 請求項１又は２において、
   前記混合比率は、
   前記混合比率と燃料消費率との関係において混合比率の変化に応じて燃料消費率が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態によって変化する関係
   を有するところの、前記混合比率と燃料消費率との関係に基づいて、制御されることを特
   徴とする内燃機関の排気浄化システム。
4. 請求項１又は２において、
   前記燃料消費率は、複数の燃料消費率成分からの寄与により成り立ち、
   前記混合比率と燃料消費率との関係は、
   前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率成分の値が減少する関係と、
   前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率成分の値が減少する関係と、
   の少なくとも一方の関係
   を有するところの、混合比率と前記各燃料消費率成分との関係に基づいて、定められることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
5. 請求項４において、
   前記混合比率と燃料消費率との関係は、
   前記混合比率と各燃料消費率成分との関係において混合比率の変化に応じて燃料消費率成分の値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態によって変化する関係
   を有するところの、前記混合比率と各燃料消費率成分との関係に基づいて、定められることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
6. 請求項５において、
   前記混合比率と各燃料消費率成分との関係は、
   高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率成分の値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど大きくなる関係と、
   高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率成分の値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が低負荷になるほど大きくなる関係と、
   の少なくとも一方に基づいて定められることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
7. 請求項５において、
   前記混合比率と各燃料消費率成分との関係は、
   低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率成分の値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が高負荷になるほど大きくなる関係と、
   低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほど燃料消費率成分の値が減少する場合の減少の傾きが、内燃機関の運転状態が低負荷になるほど大きくなる関係と、
   の少なくとも一方に基づいて定められることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
8. 請求項４〜７のいずれかにおいて、
   前記排気通路と前記低圧ＥＧＲ通路との接続箇所より下流の排気通路及び／又は前記吸気通路と前記低圧ＥＧＲ通路との接続箇所より上流の吸気通路に設けられた絞り弁を更に備え、
   前記燃料消費率は、
   前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分であって、前記絞り弁の前後差圧の増加関数として前記燃料消費率へ寄与する絞り弁燃料消費率成分と、
   前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分であって、前記内燃機関の燃焼室に流入するガスの温度の増加関数と
   して前記燃料消費率へ寄与する入ガス温度燃料消費率成分と、
   からの寄与により成り立ち、
   前記混合比率と燃料消費率との関係は、
   前記混合比率と絞り弁燃料消費率成分との関係と、
   前記混合比率と入ガス温度燃料消費率成分との関係と、
   に基づいて定められることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
9. 請求項４〜７のいずれかにおいて、
   前記排気通路と前記低圧ＥＧＲ通路との接続箇所より下流の排気通路及び／又は前記吸気通路と前記低圧ＥＧＲ通路との接続箇所より上流の吸気通路に設けられた絞り弁を更に備え、
   前記ターボチャージャは可変ノズル式タービンを有する可変容量ターボチャージャであり、
   前記燃料消費率は、
   前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分であって、前記絞り弁の前後差圧の増加関数として前記燃料消費率へ寄与する絞り弁燃料消費率成分と、
   前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の混合比率が高くなるほどその値が減少する燃料消費率成分であって、前記可変ノズル式タービンの前後差圧の増加関数として前記燃料消費率へ寄与する可変ノズル燃料消費率成分と、
   からの寄与により成り立ち、
   前記混合比率と燃料消費率との関係は、
   前記混合比率と絞り弁燃料消費率成分との関係と、
   前記混合比率と可変ノズル燃料消費率成分との関係と、
   に基づいて定められることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
   
   

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