(57)【要約】  エンジンシステム１は、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ１０と、排気弁２３を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁可能で、かつ、排気弁２３の開弁および閉弁の位相を変更する油圧ＶＶＴ機構２７と、排気マニホルドに連結したＥＧＲ通路１６を遮断可能な遮断弁１６３と、ターボチャージャ１４の過給効率を制御する可変ノズルベーン機構１４１と、を備える。エンジンＥＣＵ１０は、油圧ＶＶＴ機構２７を調節して排気弁２３を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させて、前サイクルの排ガスの一部（内部ＥＧＲ）を燃焼室に導入する。また、エンジンＥＣＵ１０は、遮断弁１６３、油圧ＶＶＴ機構２７、および可変ノズルベーン機構１４１を調節し、燃焼室への内部ＥＧＲの導入量を制御する。
2012140751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気弁を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁可能な可変動弁手段と、
前記排気弁の開弁および閉弁の位相を変更する位相変更手段と、
前記内燃機関の排気マニホルドの容積と前記排気マニホルドに連通する空間の容積との和である排気系容積を変更可能な排気系容積変更手段と、
前記内燃機関の排ガスのエネルギを利用して吸入空気を過給する過給機の過給効率を制御する過給効率制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記可変動弁手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の前記排気弁を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させ、前記内燃機関の燃焼室から排気側に流出した排ガスの一部を前記燃焼室に導入する制御を実行し、
前記可変動弁手段の制御によって前記燃焼室へ導入される排ガスの導入量が目標導入量未満である場合に、前記排気系容積変更手段が前記排気系容積を小さくする制御を実行することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記排気系容積変更手段の制御が実行された後の前記燃焼室へ導入される排ガスの導入量が目標導入量未満である場合に、前記位相変更手段が前記排気弁の開弁および閉弁の位相を進角させる制御を実行することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記位相変更手段の制御が実行された後の前記燃焼室へ導入される排ガスの導入量が目標導入量未満である場合に、前記過給効率制御手段が前記過給機の過給効率を向上させる制御を実行することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記可変動弁手段の制御によって前記燃焼室へ導入される排ガスの導入量が目標導入量を超える場合に、前記過給効率制御手段が前記過給機の過給効率を低下させる制御を実行することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記位相変更手段が前記内燃機関の排気行程における前記排気弁の閉弁位相をピストン上死点の位相よりも遅角させる制御を実行し、かつ、前記排気系容積変更手段が前記排気系容積を小さくする制御を実行し、
前記可変動弁手段は、前記位相変更手段の制御と前記排気系容積変更手段の制御とが実行された後に、前記内燃機関の前記排気弁を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させ、前記内燃機関の燃焼室に残留する排ガスを排気側へ流出させる制御を実行することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記過給効率制御手段は、前記位相変更手段の制御と前記排気系容積変更手段の制御とが実行された後の前記過給機の過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きい場合に、前記過給機の過給効率を低下させる制御を実行することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記過給機よりも上流の排気側と吸気側とを連通し、排ガスの一部を前記吸気通路に還流させる排ガス還流通路と、
前記排ガス還流通路の排ガス入口部分の近傍に設けられた遮断弁と、を備え、
前記排気系容積変更手段は、前記遮断弁を閉鎖することで排気系容積を小さくすることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（特にディーゼル機関）において、燃焼室から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減するために、排ガスの一部を燃焼室に導入する排ガス還流（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）を行う技術が知られている。ＥＧＲを行う手法としては、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲ通路を設けて、排気通路を流通する排ガスの一部を吸気通路に流入させる手法（以下、外部ＥＧＲという）が広く知られている。【０００３】
また、ＥＧＲを行う手法としては、外部ＥＧＲのほかに、前サイクルの既燃ガスを利用する手法（以下、内部ＥＧＲという）がある。内部ＥＧＲを実行する内燃機関の技術としては、内燃機関の吸気行程に排気弁を開くことで、前サイクルに燃焼室から排気側に流出した既燃ガス（排ガス）の一部を再び燃焼室に導入する技術が特許文献１に開示されている。また、内燃機関の吸気弁と排気弁とが共に閉じた負のバルブオーバーラップ期間を可変とすることで内部ＥＧＲの導入量を制御する技術が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４４７１３号公報
【特許文献２】特開２００７−３０３３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような内部ＥＧＲの実行によって燃焼室に導入される排ガスの量は、内燃機関の吸気側と排気側との圧力バランスによって変化する。特に、内燃機関には排気側の圧力が周期的に変動する排気脈動が生じるために、吸気側と排気側との圧力差を把握せずに内部ＥＧＲの制御を行うと、燃焼室へ導入される排ガスの実導入量が目標導入量と大きく異なってしまう場合がある。【０００６】
また、内部ＥＧＲの実行が要求されない運転領域では、燃焼室への吸入空気の導入量を増大させるために、できるだけ既燃ガスを燃焼室から排気側に排出させることが望ましい。このような内燃機関の運転領域では、排気脈動によって排気側の圧力が吸気側の圧力を下回るタイミングに排気弁を開弁させることで、燃焼室の既燃ガスを掃気して吸入空気の導入量を増大させることができる。このような掃気制御についても、吸気側と排気側との圧力差を把握せずに排気弁を開弁させると充分な掃気効果が得られない場合がある。【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気弁を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁可能な可変動弁手段と、前記排気弁の開弁および閉弁の位相を変更する位相変更手段と、前記内燃機関の排気マニホルドの容積と前記排気マニホルドに連通する空間の容積との和である排気系容積を変更可能な排気系容積変更手段と、前記内燃機関の排ガスのエネルギを利用して吸入空気を過給する過給機の過給効率を制御する過給効率制御手段と、を備えることを特徴とする。【０００９】
上記のように、可変動弁手段、位相変更手段、排気系容積変更手段および過給効率制御手段を備える構成によって、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。【００１０】
特に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記可変動弁手段が、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の前記排気弁を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させ、前記内燃機関の燃焼室から排気側に流出した排ガスの一部を前記燃焼室に導入する制御を実行し、前記可変動弁手段の制御によって前記燃焼室へ導入される排ガスの導入量が目標導入量未満である場合に、前記排気系容積変更手段が前記排気系容積を小さくする制御を実行する構成であってもよい。【００１１】
内燃機関の排気系容積を小さくすると排気脈動が強まる、すなわち排気側の圧力が高まることが知られている。そのため、上記の構成により、内燃機関の排気系容積を小さくして排気側の圧力を高めることで、燃費を悪化させることなく燃焼室への排ガスの導入量を増大させることができる。よって、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。【００１２】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記排気系容積変更手段の制御が実行された後の前記燃焼室へ導入される排ガスの導入量が目標導入量未満である場合に、前記位相変更手段が前記排気弁の開弁および閉弁の位相を進角させる制御を実行する構成であってもよい。【００１３】
上記の構成により、排気弁の開弁の位相を進角させて排気側の圧力を高めると共に、排気弁の閉弁の位相を進角させて燃焼室に排ガスを閉じ込めることで、燃費の悪化を抑制しつつ燃焼室への排ガスの導入量を増大させることができる。よって、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。【００１４】
そして、本発明の内燃機関の制御装置は、前記位相変更手段の制御が実行された後の前記燃焼室へ導入される排ガスの導入量が目標導入量未満である場合に、前記過給効率制御手段が前記過給機の過給効率を向上させる制御を実行する構成であってもよい。【００１５】
上記の構成により、過給機の過給効率を向上させて排気側の圧力を高めることで、燃焼室への排ガスの導入量を増大させることができる。よって、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。【００１６】
更に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記可変動弁手段の制御によって前記燃焼室へ導入される排ガスの導入量が目標導入量を超える場合に、前記過給効率制御手段が前記過給機の過給効率を低下させる制御を実行する構成であってもよい。【００１７】
上記の構成により、過給機の過給効率を低下させて排気側の圧力を低減することで、燃焼室への排ガスの導入量を減少させることができる。よって、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。【００１８】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記位相変更手段が前記内燃機関の排気行程における前記排気弁の閉弁位相をピストン上死点の位相よりも遅角させる制御を実行し、かつ、前記排気系容積変更手段が前記排気系容積を小さくする制御を実行し、前記可変動弁手段が、前記位相変更手段の制御と前記排気系容積変更手段の制御とが実行された後に、前記内燃機関の前記排気弁を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させ、前記内燃機関の燃焼室に残留する排ガスを排気側へ流出させる制御を実行する構成であってもよい。【００１９】
上記の構成により、内部ＥＧＲの実行が要求されない運転領域において、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回ったときに排気弁を開弁させることができることから、燃焼室の既燃ガスを適切に掃気することができる。よって、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。【００２０】
そして、本発明の内燃機関の制御装置は、前記過給効率制御手段が、前記位相変更手段の制御と前記排気系容積変更手段の制御とが実行された後の前記過給機の過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きい場合に、前記過給機の過給効率を低下させる制御を実行する構成であってもよい。【００２１】
上記の構成により、過給機の過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きい場合に、過給機の過給効率を低下させて排気側の圧力を低減することで、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回る機会を増大させることができる。よって、燃焼室の既燃ガスを適切に掃気することができることから、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。【００２２】
更に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記過給機よりも上流の排気側と吸気側とを連通し、排ガスの一部を前記吸気通路に還流させる排ガス還流通路と、前記排ガス還流通路の排ガス入口部分の近傍に設けられた遮断弁と、を備え、前記排気系容積変更手段が、前記遮断弁を閉鎖することで排気系容積を小さくする構成であってもよい。【００２３】
上記の構成により、内燃機関の排気系容積を排ガス還流通路の容積ぶん小さくすることができることから、排気側の圧力を適切に制御することができる。よって、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。
【図２】図２は、実施例のエンジンの一気筒の構成例を示した断面図である。
【図３】図３は、エンジンの排気側の圧力挙動とバルブリフト例を示している。
【図４】図４は、エンジンＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、エンジンの吸気側および排気側の圧力挙動とバルブリフト例を示している。
【図６】図６は、エンジンＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。【００２８】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０を備えている。また、エンジンシステム１は、エンジン１００の排気マニホルド１３の下流側にターボチャージャ１４を備えており、ターボチャージャ１４の過給効率を制御する可変ノズルベーン機構１４１を備えている。そして、エンジンシステム１は、エンジン１００の排気弁２３のバルブタイミングを変更する油圧ＶＶＴ機構２７を備えている。更に、エンジンシステム１は、エンジン１００のＥＧＲ通路１６の排ガス入口部分に遮断弁１６３を備えている。また、エンジンシステム１は、エンジン１００の冷却水温を検出する水温センサ４２、エンジン１００の排ガス温度を検出する排気温センサ４３、および外部の気圧を検出する気圧センサ４４を備えている。【００２９】
図２は、実施例のエンジン１００の一気筒の構成例を示した断面図である。エンジン１００は、車両に搭載される４気筒ディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンは、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフト２１に連結されている。【００３０】
エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４６からの吸入空気量、クランク角センサ４１からのピストンの位置等の情報に基づき、燃料の噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量および噴射タイミングで燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ１７より噴射された燃料は、燃焼室内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って燃焼室内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。そして、混合気は、ピストンの上昇運動により燃焼室内で圧縮されて着火することで燃焼し、燃焼室内を膨張させてピストンを下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト２１の軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。この場合、エンジン１００は、４気筒に限定されず、多気筒ディーゼルエンジンを適用することができる。また、エンジン１００は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンが好ましいが、それに限定されない。
なお、エンジン１００は、本発明の内燃機関の一構成例である。【００３１】
クランクシャフト２１の軸の近傍には、クランク角センサ４１が設けられている。クランク角センサ４１は、クランクシャフト２１軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、運転時のクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度など、クランク角に関する情報を取得する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、取得したクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度に基づきエンジン回転数やエンジントルクを算出してエンジン１００の出力を認識する。【００３２】
エンジン１００の燃焼室の周辺にはその内部を冷却水が循環するウォータジャケットが設けられており、ウォータジャケットには冷却水の温度を測定するための水温センサ４２が設けられている。水温センサ４２は、ウォータジャケット内部の冷却水の温度を検出して結果をエンジンＥＣＵ１０へ送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０はエンジン１００の冷却水の温度を認識する。この場合、水温センサ４２は、エンジン１００内部を循環する冷却水の温度を検出可能な任意の位置に設けることができる。また、エンジンＥＣＵ１０は、水温センサ４２の検出結果に代えて、排ガス温度等の他の検出温度から冷却水温を認識してもよいし、エンジン１００の運転履歴から冷却水温を推定する構成であってもよい。【００３３】
各燃焼室には複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図２には吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室の各吸気ポートには、それぞれ吸気弁２２が配置されており、吸気弁２２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２４が配置されている。更に、燃焼室の各排気ポートには、それぞれ排気弁２３が配置されており、排気弁２３を開閉駆動させるための排気カムシャフト２５が配置されている。【００３４】
吸気弁２２および排気弁２３はクランクシャフト２１の回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト２４および排気カムシャフト２５の回転により開閉され、吸気ポートおよび排気ポートと燃焼室とを連通・遮断する。なお、吸気弁２２、および排気弁２３の位相は、クランク角を基準にして表される。【００３５】
吸気カムシャフト２４は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構２６を有している。この電動ＶＶＴ機構２６はエンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータで吸気カムシャフト２４を回転させる。それにより吸気カムシャフト２４のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、吸気弁２２のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト２４の回転位相は、吸気カム角センサ４８にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、吸気カムシャフト２４の位相を取得することができるとともに、吸気弁２２の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト２４の位相は、クランク角を基準にして表される。【００３６】
排気カムシャフト２５は油圧ＶＶＴ機構２７を有している。この油圧ＶＶＴ機構２７はエンジンＥＣＵ１０の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）で排気カムシャフト２５を回転させる。それにより排気カムシャフト２５のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、排気弁２３のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト２５の回転位相は、排気カム角センサ４９にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、排気カムシャフト２５の位相を取得することができるとともに、排気弁２３の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト２５の位相は、クランク角を基準にして表される。更に、油圧ＶＶＴ機構２７は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりＯＣＶを調節することでエンジン１００の吸気行程に排気弁２３を開弁させることができる。本実施例の油圧ＶＶＴ機構２７は油圧駆動式であるが、吸気カムシャフト２４と同様の電動式であってもよい。
なお、油圧ＶＶＴ機構２７は、本発明の可変動弁手段および位相変更手段の一構成例である。【００３７】
図１に戻り、エンジン１００は、インジェクタ１７、コモンレール１８、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。燃料タンクより低圧燃料ポンプにより吸引された燃料は、高圧燃料ポンプにてコモンレール１８へ高圧で吐出し蓄圧される。【００３８】
コモンレール１８は、インジェクタ１７に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプから圧送された燃料は、コモンレール１８内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、高圧配管を通じて各燃焼室のインジェクタ１７に供給される。また、コモンレール１８にはレール圧センサおよび減圧弁が設けられている。エンジンＥＣＵ１０は、レール圧センサから出力されたコモンレール１８内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁を開放するように指示する。そして、減圧弁より燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁より排出された燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンクへと戻される。【００３９】
各燃焼室には、それぞれインジェクタ１７が装着されている。コモンレール１８より高圧配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ１７にてエンジン気筒内の燃焼室に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４６からの吸入空気量、およびクランク角センサ４１からのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室内へ燃料を高圧噴射する。インジェクタ１７のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。この場合、インジェクタ１７は、エンジン１００の仕様に応じて燃焼室の任意の位置に装着することができる。【００４０】
エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する吸気マニホルド１１が接続されている。吸気マニホルド１１は、吸気通路１２によってエアフロメータ４６、ディーゼルスロットル１９、インタークーラ、ターボチャージャ１４のコンプレッサを介してエアクリーナに連結されており、エンジン１００の外部から取り込まれた吸入空気を各燃焼室内へ導入する。【００４１】
ディーゼルスロットル１９にはスロットルポジションセンサ４７が設けられている。エアフロメータ４６およびスロットルポジションセンサ４７は、それぞれ吸気通路１２を通過する吸入空気量、およびディーゼルスロットル１９の弁開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気マニホルド１１へ導入される吸入空気量を認識し、ディーゼルスロットル１９の弁開度を調節することでエンジン１００の運転に必要な吸入空気を燃焼室へ導入する。
ディーゼルスロットル１９は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、ディーゼルスロットル１９の弁開度を任意に変更可能なその他の機構を適用してもよい。【００４２】
更に、エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する排気マニホルド１３が接続されている。排気マニホルド１３は、排気通路１５によってターボチャージャ１４の排気タービンを介して排気浄化装置３０に連結されており、燃焼後の排ガスをエンジン１００の外部へと排出させる。【００４３】
ターボチャージャ１４は、排ガスの運動エネルギを利用して排気タービンを回転させ、エアクリーナを通過した吸入空気を圧縮してインタークーラへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラで冷却された後に吸気マニホルド１１へと導入される。
ターボチャージャ１４は、可変ノズル式ターボチャージャ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｎｏｚｚｌｅ  Ｔｕｒｂｏ，以下、ＶＮＴと略記する）であって、排気タービン側に可変ノズルベーン機構１４１が設けられている。この可変ノズルベーン機構１４１の開度を調整することにより、タービンインペラ翼への排ガスの流入角度を制御して、吸気マニホルド１１へ導入する吸入空気の過給圧を調節する。例えば、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくすると、より多くの排ガスがタービンインペラ翼に流入するために排ガスのエネルギ利用率が高くなって過給効率が向上する。また、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより大きくすると、タービンインペラ翼に流入する排ガス量がより少なくなるために排ガスのエネルギ利用率が低くなって過給効率が低下する。この場合、ターボチャージャ１４はＶＮＴに限られず、ウェイストゲートによって過給圧の調節（排ガスのエネルギ利用率の制御）を行う構成であってもよい。
なお、ターボチャージャ１４は、本発明の過給機の一構成例である。また、可変ノズルベーン機構１４１は、本発明の過給効率制御手段の一構成例である。【００４４】
排気浄化装置３０は、エンジン１００の排ガスを浄化するものであって、排ガス中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する浄化触媒３１と、煤などの粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦ３２とを有している。この場合、排気浄化装置３０は、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸蔵還元触媒を組み合わせたＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｌａｔｅ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）を適用してもよい。【００４５】
排気浄化装置３０の上流側の排気通路１５には、エンジン１００の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ４５、および排ガスの温度を検出する排気温センサ４３が設けられている。これによって、エンジンＥＣＵ１０は、様々な負荷状態におけるエンジン１００の空燃比、および排ガスの温度を認識することができる。【００４６】
排気マニホルド１３は、ＥＧＲ通路１６によって吸気マニホルド１１と連通されている。ＥＧＲ通路１６へと流入した排ガスは、ＥＧＲクーラ１６１にて冷却された後にＥＧＲバルブ１６２で流量を調節されつつ吸気マニホルド１１へ進み、吸入空気とともに燃焼室内へ導入される。ＥＧＲバルブ１６２は、エンジンＥＣＵ１０の指令に従ってバルブ開度を調節することで、吸気マニホルド１１への排ガスの還流量を適切な量へと調節する。これらＥＧＲ通路１６、ＥＧＲクーラ１６１およびＥＧＲバルブ１６２は、排気マニホルド１３を流通する排ガスの一部を吸気マニホルド１１に還流供給するための外部ＥＧＲとして機能する。
なお、ＥＧＲ通路１６は本発明の排ガス還流通路の一構成例である。【００４７】
遮断弁１６３は、排気マニホルド１３とＥＧＲ通路１６との接続部位、すなわちＥＧＲ通路１６の排ガス入口部分に設けられている。遮断弁１６３は、エンジンＥＣＵ１０の指示に従ってＥＧＲ通路１６を遮断可能に構成されている。遮断弁１６３によってＥＧＲ通路１６を遮断することで、エンジン１００の排気系容積（少なくとも排気マニホルド１３およびＥＧＲ通路１６の容積の和）をＥＧＲ通路１６の容積ぶん縮小することができる。一方、遮断弁１６３を開いてＥＧＲ通路１６を開放することで、エンジン１００の排気系容積をＥＧＲ通路１６の容積ぶん拡大することができる。この場合、遮断弁１６３はＥＧＲ通路１６の任意の位置に設けることができるが、ＥＧＲ通路１６の排ガス入口部分に設けることで、エンジン１００の排気系容積をより大きく変更することができる。
なお、遮断弁１６３は、本発明の排気系容積変更手段の一構成例である。【００４８】
気圧センサ４４は、エンジン１００を搭載する車両の外部の気圧を検出し、結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、車両の外部の気圧を認識する。【００４９】
エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられた複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてエンジン１００の運転動作を統合的に制御する。【００５０】
更に、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転状態に応じて油圧ＶＶＴ機構２７、遮断弁１６３および可変ノズルベーン機構１４１を調節し、エンジン１００の燃焼室に排ガスを導入する制御（内部ＥＧＲ）を実行する。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行する内部ＥＧＲの制御について説明する。【００５１】
まず、エンジンＥＣＵ１０は、受信した水温センサ４２、排気温センサ４３および気圧センサ４４の検出結果に基づいて、エンジン１００の内部ＥＧＲを実行する要求があるか否かを判断する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、水温センサ４２が検出した冷却水の温度が、エンジン１００が冷間運転状態にあると判断できる所定の温度（例えば５０℃）未満である場合に内部ＥＧＲを実行する要求があると判断する。また、エンジンＥＣＵ１０は、排気温センサ４３が検出した排ガスの温度が、低温であると判断できる所定の温度（例えば５０℃）未満である場合に内部ＥＧＲを実行する要求があると判断する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、気圧センサ４４が検出した外部の気圧が、エンジン１００を搭載する車両が高地にあると判断できる所定の気圧（例えば９００ｈＰａ）未満である場合に内部ＥＧＲを実行する要求があると判断する。【００５２】
例えば、エンジン１００が冷間運転状態や低出力領域にあるときは排ガスの温度が比較的低温であるために、ＥＧＲ通路１６を流通して冷却された排ガス（外部ＥＧＲ）を燃焼室に導入すると燃焼温度が過剰に低下して燃焼が悪化してしまう場合がある。また、エンジン１００の外部の気圧が低い状態にある場合は、通常よりも燃焼室に導入される酸素量が低下するために、より低温の外部ＥＧＲを燃焼室に導入すると酸素量が不足して燃焼が悪化してしまう場合がある。そのため、例えばエンジン１００がこのような運転領域にある場合には、比較的高温である前サイクルの排ガス（内部ＥＧＲ）を燃焼室に導入することで、燃焼の悪化を抑制しつつＮＯｘの排出量を低減させることができる。この場合、エンジンＥＣＵ１０は、排気温センサ４３の検出結果に代えて、クランク角センサ４１の検出結果から算出したエンジン１００の出力に基づきエンジン１００の排ガス温度を認識してもよい。【００５３】
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の内部ＥＧＲを実行する要求があると判断すると、油圧ＶＶＴ機構２７に指令してエンジン１００の排気弁２３を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させて、排気側に流出した排ガスの一部を燃焼室に導入する。
図３は、エンジン１００の排気側の圧力挙動とバルブリフト例を示している。なお、図３は、多気筒エンジンの一例として４気筒エンジンの挙動について示している。エンジン１００のある１気筒の排気行程において排気弁２３が開弁されると、燃焼室から排気側に排ガスが排出されることで排気側の圧力が上昇する。この排気側の圧力の上昇が各気筒の排気行程で生じることで、エンジン１００の排気側の圧力が周期的に変動する排気脈動が生じる。そして、エンジン１００のある１気筒が吸気行程にあるときは、前記１気筒の次々気筒が排気行程にあるために排気側の圧力が上昇している。そのため、ある１気筒の吸気行程で排気弁２３を開弁させると、排気側の高い圧力によって前サイクルで排気側に流出した排ガスの一部が燃焼室に流入する。このように、エンジン１００の排気行程で排気弁２３を開弁させることで、前サイクルの排ガス（内部ＥＧＲ）を燃焼室へ導入することができる。【００５４】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼室に導入された排ガス（内部ＥＧＲ）の実導入量が目標導入量未満であるか否かを判断する。この場合、例えば予め過給圧と筒内ガス量との相関マップをエンジン１００の出力ごとに準備し、エンジンＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶させておくことにより、内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満であるか否かを迅速かつ適切に判断することができる。エンジンＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満でない（目標導入量以上である）と判断した場合、可変ノズルベーン機構１４１に開度をより大きくするよう指令して、ターボチャージャ１４の過給効率を低下させる。これによって、タービンインペラ翼に流入する排ガス量がより少なくなるために、エンジン１００の排ガス流れの抵抗が低下して排気側の圧力が低減する。そのため、吸気行程で排気弁２３を開弁させたときに燃焼室へ導入される内部ＥＧＲの量を減少させることができる。
エンジンＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量に達するまで、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより大きくする制御を実行する。【００５５】
一方、エンジンＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満であると判断した場合、遮断弁１６３に閉鎖を指令してＥＧＲ通路１６を遮断させて、エンジン１００の排気系容積をより小さくする。
エンジン１００の排気系容積を小さくすると、排ガスが流通可能な容積が小さくなることで排気脈動の振幅が大きくなる（図３参照）ために、吸気行程で排気弁２３を開弁したときに燃焼室へ導入される内部ＥＧＲの量が増大する。そして、エンジン１００の運転中にＥＧＲ通路１６を遮断しても燃費が悪化することはない。よって、ＥＧＲ通路１６を遮断して排気系容積を小さくすることで、燃費を悪化させることなく燃焼室への内部ＥＧＲの導入量を増大させることができる。【００５６】
遮断弁１６３の閉鎖によってＥＧＲ通路１６が遮断された後に、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼室に導入された内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満であるか否かを判断する。エンジンＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満でない（目標導入量以上である）と判断した場合は、前述したように可変ノズルベーン機構１４１に開度をより大きくするよう指令して、ターボチャージャ１４の過給効率を低下させる。【００５７】
一方、エンジンＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満であると判断した場合、油圧ＶＶＴ機構２７に指令して排気弁２３の開弁および閉弁の位相を現状より進角させる（図３参照）。
エンジン１００における排気側の圧力の立ち上がりはエンジン回転数と排気弁の開弁タイミングによって決まり、同一のエンジン回転数では排気弁２３の開弁タイミングが早いほど排気側の圧力が大きくなる。そのため、排気行程における排気弁２３の開弁の位相を現状より進角させることで、排気側の圧力を高めて吸気行程で排気弁２３を開弁したときに燃焼室へ導入される内部ＥＧＲの量を増大させることができる。また、排気弁２３の閉弁の位相を進角させることで、排ガス（内部ＥＧＲ）を燃焼室に閉じ込めて排気側に流出することを抑制することができる。そして、エンジン１００の運転中に排気弁２３の開弁および閉弁の位相を現状より進角させても燃費が悪化する度合いは少ない。よって、排気弁２３の開弁および閉弁の位相を現状より進角させることで、燃費の悪化を抑制しつつ燃焼室への排ガスの導入量を増大させることができる。この場合、排気弁２３の位相の進角量は、予め台上試験等で作成したエンジン１００の出力と進角量との相関マップに基づき設定することができる。【００５８】
排気弁２３の開弁および閉弁の位相を進角させた後に、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼室に導入された内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満であるか否かを判断する。エンジンＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満でない（目標導入量以上である）と判断した場合は、前述したように可変ノズルベーン機構１４１に開度をより大きくするよう指令して、ターボチャージャ１４の過給効率を低下させる。【００５９】
一方、エンジンＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満であると判断した場合、可変ノズルベーン機構１４１に開度をより小さくするよう指令して、ターボチャージャ１４の過給効率を向上させる。
可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくすると、より多くの排ガスがタービンインペラ翼に流入するためにエンジン１００の排ガス流れの抵抗が増大して排気側の圧力が上昇する。そのため、吸気行程で排気弁２３を開弁させたときに燃焼室へ導入される内部ＥＧＲの量を増大させることができる。ここで、エンジン１００の運転中に可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくすると、ポンプ損失が増大して燃費が悪化する。本実施例では、前述した２つの制御によって内部ＥＧＲの導入量が増大して目標導入量により近づいた状態になっているために、可変ノズルベーン機構１４１の開度の変更度合いをより少なくすることができる。すなわち、エンジンＥＣＵ１０は、これらの制御を実行することによってエンジン１００の燃費の悪化を最小限に抑制しつつ、内部ＥＧＲによる燃焼室への排ガスの導入量を適切に制御することができる。【００６０】
エンジンＥＣＵ１０は、燃焼室への内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量となるまで上記の制御を繰り返す。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明の可変動弁手段、位相変更手段、排気系容積変更手段および過給効率制御手段の一構成例である。【００６１】
このように、本実施例のエンジンシステム１は、エンジン１００の運転状態に応じて油圧ＶＶＴ機構２７、遮断弁１６３および可変ノズルベーン機構１４１を調節することで、エンジン１００の燃焼室への内部ＥＧＲの導入量を適切に制御することができる。また、本実施例のエンジンシステム１は、燃焼室への内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満である場合に、まず最も燃費への悪影響が少ないＥＧＲ通路１６を遮断する制御を実行して内部ＥＧＲの導入量を増大させる。そして、次に燃費への悪影響が少ない排気弁２３の位相をより進角させる制御を実行し、その後に可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくする制御を実行する。すなわち、燃費への悪影響が少ない制御を優先して実行することで、エンジン１００の燃費の悪化を最小限に抑制しつつ、燃焼室への内部ＥＧＲの導入量を増大させることができる。【００６２】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム１の動作を説明する。図４は、エンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジンシステム１は、油圧ＶＶＴ機構２７、遮断弁１６３および可変ノズルベーン機構１４１を備えており、エンジン１００の運転状態に応じて油圧ＶＶＴ機構２７、遮断弁１６３および可変ノズルベーン機構１４１を調節することで、燃焼室への内部ＥＧＲの導入量を調整する制御をエンジンＥＣＵ１０が実行する。【００６３】
エンジンＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、エンジンＥＣＵ１０は、その制御の処理中、水温センサ４２、排気温センサ４３および気圧センサ４４の検出結果を常に受信する。【００６４】
まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１で、受信した水温センサ４２、排気温センサ４３および気圧センサ４４の検出結果に基づいて、エンジン１００の内部ＥＧＲを実行する要求があるか否かを判断する。ここで、具体的な判断手法については前述したために、その詳細な説明は省略する。内部ＥＧＲを実行する要求がない場合（ステップＳ１／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０は制御の処理を終了する。内部ＥＧＲを実行する要求がある場合（ステップＳ１／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は次のステップＳ２へ進む。【００６５】
ステップＳ２で、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の排気弁２３を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させるよう油圧ＶＶＴ機構２７に指令して、排気側に流出した排ガスの一部を燃焼室に導入する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２の処理を終えると、次のステップＳ３へ進む。【００６６】
ステップＳ３で、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼室に導入された内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満であるか否かを判断する。ここで、具体的な判断手法については前述したために、その詳細な説明は省略する。内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満でない（目標導入量以上である）場合（ステップＳ３／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ９へ進む。内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満である場合（ステップＳ３／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は次のステップＳ４へ進む。【００６７】
ステップＳ４で、エンジンＥＣＵ１０は、ＥＧＲ通路１６を遮断させるよう遮断弁１６３に閉鎖を指令して、エンジン１００の排気系容積をより小さくすることで排気側の圧力を増大させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ４の処理を終えると、次のステップＳ５へ進む。【００６８】
ステップＳ５で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ４の処理の後にエンジン１００の燃焼室に導入された内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満であるか否かを判断する。内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満でない（目標導入量以上である）場合（ステップＳ５／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ９へ進む。内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満である場合（ステップＳ５／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は次のステップＳ６へ進む。【００６９】
ステップＳ６で、エンジンＥＣＵ１０は、排気弁２３の開弁および閉弁の位相を現状より進角させるよう油圧ＶＶＴ機構２７に指令して、排気側の圧力を増大させつつ燃焼室から内部ＥＧＲが排出されるのを抑制する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ６の処理を終えると、次のステップＳ７へ進む。【００７０】
ステップＳ７で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ６の処理の後にエンジン１００の燃焼室に導入された内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満であるか否かを判断する。内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満でない（目標導入量以上である）場合（ステップＳ７／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ９へ進む。内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満である場合（ステップＳ７／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は次のステップＳ８へ進む。【００７１】
ステップＳ８で、エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１に開度をより小さくするよう指令して、ターボチャージャ１４の過給効率を向上させて排気側の圧力を増大させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ８の処理を終えると、制御の処理を終了する。【００７２】
ステップＳ３、ステップＳ５およびステップＳ７の判断結果がＮＯであるとき、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ９へ進む。ステップＳ９で、エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１に開度をより大きくするよう指令して、ターボチャージャ１４の過給効率を低下させて排気側の圧力を減少させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ９の処理を終えると、制御の処理を終了する。【００７３】
この制御を実行することで、エンジン１００の燃費の悪化を最小限に抑制しつつ、燃焼室への内部ＥＧＲの導入量を適切に制御することができる。【００７４】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、エンジンＥＣＵと、エンジンの排気弁を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁可能で、かつ、排気弁の開弁および閉弁の位相を変更する油圧ＶＶＴ機構と、排気マニホルドに連結したＥＧＲ通路を遮断可能な遮断弁と、ターボチャージャの過給効率を制御する可変ノズルベーン機構と、を備え、エンジンの運転状態に応じて油圧ＶＶＴ機構、遮断弁および可変ノズルベーン機構を調節することで、エンジンの燃焼室への内部ＥＧＲの導入量を適切に制御することができる。【００７５】
また、本実施例のエンジンシステムは、燃焼室への内部ＥＧＲの実導入量が目標導入量未満である場合に、燃費への悪影響が少ない制御を優先して実行することで、エンジンの燃費の悪化を最小限に抑制しつつ、燃焼室への内部ＥＧＲの導入量を増大させることができる。
【実施例２】
【００７６】
つづいて、本発明の実施例２について説明する。本実施例のエンジンシステム２は、実施例１の制御に加えて、エンジン１００の内部ＥＧＲの実行が要求されない運転領域において、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回ったときに排気弁を開弁させる掃気制御を実行する点でエンジンシステム１と相違している。【００７７】
エンジン１００を搭載する車両の加速時や登坂時では、エンジン１００の出力を迅速に上昇させるために、燃焼室へ導入する吸入空気量を増大させることが要求される。このような運転領域では、既燃ガス（排ガス）を可能な限り燃焼室から排気側に排出させる、すなわち燃焼室への内部ＥＧＲの導入量をできるだけ少なくすることが望ましい。本実施例のエンジンシステム２は、エンジン１００の運転状態に応じて油圧ＶＶＴ機構２７、遮断弁１６３および可変ノズルベーン機構１４１を調節することで、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回るタイミングに排気弁２３を開弁させて燃焼室の排ガスを掃気する制御（掃気制御）を実行することができる。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行する掃気制御について説明する。【００７８】
まず、エンジンＥＣＵ１０は、受信したクランク角センサ４１の検出結果に基づいて、エンジン１００の掃気制御を実行する要求があるか否かを判断する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ４１が検出したクランク角加速度が、エンジン１００を搭載する車両が加速状態または登坂状態にあると判断できる所定の角加速度以上である場合に掃気制御を実行する要求があると判断する。この場合、エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ４１からの送信情報に限られずに、ドライバのアクセル操作情報等の他の情報に基づいて掃気制御の実行要求を判断してもよい。【００７９】
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の掃気制御を実行する要求があると判断すると、油圧ＶＶＴ機構２７に指令してエンジン１００の排気行程における排気弁２３の閉弁位相をピストン上死点の位相よりも遅角させる。
図５は、エンジン１００の吸気側および排気側の圧力挙動とバルブリフト例を示している。なお、図５は、多気筒エンジンの一例として４気筒エンジンの挙動について示している。エンジン１００のある１気筒の排気行程において、排気弁２３の閉弁位相がピストン上死点の位相よりも進角している、すなわちピストンの上昇途中で排気弁２３が閉弁されると、燃焼室から排ガス（内部ＥＧＲ）が排出しきれずに残留する。一方、排気弁２３の閉弁位相がピストン上死点の位相よりも遅角している、すなわちピストンの上昇後に排気弁２３が閉弁されると、燃焼室の排ガス（内部ＥＧＲ）がほとんど排出されるために内部ＥＧＲの残留量が少なくなる。このように、エンジン１００の排気行程における排気弁２３の閉弁位相をピストン上死点の位相よりも遅角させることで、前サイクルの排ガス（内部ＥＧＲ）の残留量をより少なくすることができる。【００８０】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、遮断弁１６３に閉鎖を指令してＥＧＲ通路１６を遮断させて、エンジン１００の排気系容積をより小さくする。
エンジン１００の吸気行程において、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回ったタイミングで排気弁２３を開弁させる（図５参照）と、排気側と吸気側との圧力差によって燃焼室に残留した排ガス（内部ＥＧＲ）が排気側に排出される。ここで、エンジン１００の排気系容積を小さくすると、排ガスが流通可能な容積が小さくなることで排気脈動の振幅が大きくなる（図３参照）ために、ターボチャージャ１４の過給効率が向上して過給圧が上昇する。それによって、吸気側の圧力が上昇することから、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回る機会が増大する。よって、ＥＧＲ通路１６を遮断して排気系容積を小さくすることで、エンジン１００の掃気制御の実行機会を増大させることができる。【００８１】
上記の制御につづいて、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の掃気制御の実行が可能であるか否かを判断する。具体的には、エンジン１００の吸気行程において排気側の圧力が吸気側の圧力を下回る状態が存在する場合に、エンジン１００の掃気制御の実行が可能であると判断する。この場合、例えば吸気圧と排気圧との差および排気脈動の振幅から、掃気制御の実行が可能であるか否かを迅速かつ適切に判断することができる。エンジンＥＣＵ１０は、掃気制御の実行が可能であると判断した場合、油圧ＶＶＴ機構２７に指令してエンジン１００の排気弁２３を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させることで掃気制御を実行する（図５参照）。これによって、排気側と吸気側との圧力差によって燃焼室に残留した排ガス（内部ＥＧＲ）が排気側へ流出するために、エンジン１００の燃焼室へ導入する吸入空気量を増大させることができる。【００８２】
一方、エンジンＥＣＵ１０は、掃気制御の実行が可能でない（不可能である）と判断した場合、更に、ターボチャージャ１４の実過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きいか否かを判断する。ここで、実過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きい状態とは、ターボチャージャ１４の実過給圧を低下させる余地が充分にある状態、すなわちエンジン１００の排気側の圧力を低減させる余地が充分にある状態をいう。
エンジンＥＣＵ１０は、ターボチャージャ１４の実過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きくない場合は、排気側の圧力を低減させる余地が充分にない状態であると判断する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の掃気制御の実行が不可能であると判断して制御の処理を終了する。【００８３】
一方、エンジンＥＣＵ１０は、ターボチャージャ１４の実過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きい場合には、排気側の圧力を低減させる余地が充分にある状態であると判断する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１に開度をより大きくするよう指令して、ターボチャージャ１４の過給効率を低下させる。これによって、タービンインペラ翼に流入する排ガス量がより少なくなるために、エンジン１００の排ガス流れの抵抗が低下して排気側の圧力が低減することから、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回る機会が増大する。よって、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより大きくすることで、エンジン１００の掃気制御の実行機会を増大させることができる。【００８４】
上記の制御の後に、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の掃気制御の実行が可能であるか否かを判断する。掃気制御の実行が可能であると判断した場合、エンジンＥＣＵ１０は、前述したように油圧ＶＶＴ機構２７に指令してエンジン１００の排気弁２３を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させて、燃焼室に残留した排ガス（内部ＥＧＲ）を排気側へ流出させる。掃気制御の実行が不可能であると判断した場合、エンジンＥＣＵ１０は制御の処理を終了する。【００８５】
このように、本実施例のエンジンシステム２は、エンジン１００の運転状態に応じて油圧ＶＶＴ機構２７、遮断弁１６３および可変ノズルベーン機構１４１を調節することで、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回るタイミングに排気弁２３を開弁させることができる。よって、排気側と吸気側との圧力差を利用して燃焼室に残留した排ガス（内部ＥＧＲ）を適切に排気側へ流出させることができることから、燃焼室へ導入する吸入空気量を増大させることができる。【００８６】
また、本実施例のエンジンシステム２は、ターボチャージャ１４の実過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きい場合に、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより大きくさせて排気側の圧力を低減させることができる。よって、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回る機会を増大させることができることから、エンジン１００の掃気制御の実行機会を増大させることができる。【００８７】
以下に、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム２の動作を説明する。図６は、エンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジンシステム２は、エンジン１００の運転状態に応じて油圧ＶＶＴ機構２７、遮断弁１６３および可変ノズルベーン機構１４１を調節することで、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回るタイミングに排気弁２３を開弁させる制御（掃気制御）をエンジンＥＣＵ１０が実行する。【００８８】
エンジンＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、エンジンＥＣＵ１０は、その制御の処理中、クランク角センサ４１の検出結果を常に受信する。【００８９】
まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１０で、受信したクランク角センサ４１の検出結果に基づいて、エンジン１００の掃気制御を実行する要求があるか否かを判断する。ここで、具体的な判断手法については前述したために、その詳細な説明は省略する。掃気制御を実行する要求がない場合（ステップＳ１０／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０は制御の処理を終了する。掃気制御を実行する要求がある場合（ステップＳ１０／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は次のステップＳ１１へ進む。【００９０】
ステップＳ１１で、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の排気行程における排気弁２３の閉弁位相をピストン上死点の位相よりも遅角させるよう油圧ＶＶＴ機構２７に指令して、燃焼室の排ガス（内部ＥＧＲ）残留量を低下させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１１の処理を終えると、次のステップＳ１２へ進む。【００９１】
ステップＳ１２で、エンジンＥＣＵ１０は、ＥＧＲ通路１６を遮断させるよう遮断弁１６３に閉鎖を指令して、エンジン１００の排気系容積をより小さくして排気脈動を強めることでターボチャージャ１４の過給圧を上昇させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１２の処理を終えると、次のステップＳ１３へ進む。【００９２】
ステップＳ１３で、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の掃気制御の実行が可能であるか否かを判断する。ここで、具体的な判断手法については前述したために、その詳細な説明は省略する。掃気制御の実行が可能である場合（ステップＳ１３／ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１８へ進む。掃気制御の実行が可能でない（不可能である）場合（ステップＳ１３／ＮＯ）は、エンジンＥＣＵ１０は次のステップＳ１４へ進む。【００９３】
ステップＳ１４で、エンジンＥＣＵ１０は、ターボチャージャ１４の実過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きいか否かを判断する。ここで、実過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きい状態については前述したために、その詳細な説明は省略する。実過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きくない場合（ステップＳ１４／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０は、排気側の圧力を低減させる余地が充分にない状態であると判断し、ステップＳ１７へ進む。実過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きい場合（ステップＳ１４／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は、排気側の圧力を低減させる余地が充分にある状態であると判断し、次のステップＳ１５へ進む。【００９４】
ステップＳ１５で、エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１に開度をより大きくするよう指令して、ターボチャージャ１４の過給効率を低下させて排気側の圧力を低減させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１５の処理を終えると、次のステップＳ１６へ進む。【００９５】
ステップＳ１６で、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の掃気制御の実行が可能であるか否かを判断する。掃気制御の実行が可能である場合（ステップＳ１６／ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１８へ進む。掃気制御の実行が可能でない（不可能である）場合（ステップＳ１６／ＮＯ）は、エンジンＥＣＵ１０は次のステップＳ１７へ進む。【００９６】
ステップＳ１４およびステップＳ１６の判断結果がＮＯであるとき、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７で、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の吸気行程において排気側の圧力が吸気側の圧力を下回るタイミングが存在せず、掃気制御の実行が不可能であると判断して制御の処理を終了する。【００９７】
ステップＳ１３およびステップＳ１６の判断結果がＹＥＳであるとき、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８で、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の排気弁２３を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させるよう油圧ＶＶＴ機構２７に指令して、排気側と吸気側との圧力差を利用して燃焼室に残留した排ガス（内部ＥＧＲ）を排気側へ流出させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１８の処理を終えると、制御の処理を終了する。【００９８】
この制御を実行することで、エンジン１００の内部ＥＧＲの実行が要求されない運転領域において、排気側と吸気側との圧力差を利用して燃焼室に残留した排ガス（内部ＥＧＲ）を適切に排気側へ流出させることができる。よって、燃焼室へ導入する吸入空気量を増大させることができる。【００９９】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの運転状態に応じて、油圧ＶＶＴ機構が排気行程における排気弁の閉弁位相をピストン上死点の位相よりも遅角させる制御を実行し、かつ、遮断弁がＥＧＲ通路１６を遮断する制御を実行した後に、油圧ＶＶＴ機構が排気弁を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させることで、排気側と吸気側との圧力差を利用してエンジンの燃焼室に残留する排ガス（内部ＥＧＲ）を排気側へ流出させることができる。よって、エンジン１００の内部ＥＧＲの実行が要求されない運転領域において、燃焼室へ導入する吸入空気量を増大させることができる。【０１００】
また、本実施例のエンジンシステムは、油圧ＶＶＴ機構が排気弁の閉弁位相の遅角制御を実行し、かつ、遮断弁がＥＧＲ通路１６を遮断する制御を実行した後のターボチャージャの過給圧が目標過給圧よりも所定以上大きい場合に、ターボチャージャの過給効率を低下させて排気側の圧力を低減させることができる。よって、排気側の圧力が吸気側の圧力を下回る機会を増大させることができることから、エンジンの掃気制御の実行機会を増大させることができる。【０１０１】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。【０１０２】
例えば、内燃機関の排気系容積を変更する手段はＥＧＲ通路の開閉制御に限られない。例えば、別途、排気マニホルドに所定の容積を有する副室を設けて、排気マニホルドと副室との連通を制御することによって排気系容積を変更する構成であってもよいし、排気系容積を変更可能なその他の構成であってもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１，２  エンジンシステム
１０  エンジンＥＣＵ（可変動弁手段，位相変更手段，排気系容積変更手段，過給効率制御手段）
１３  排気マニホルド
１４  ターボチャージャ（過給機）
１６  ＥＧＲ通路（排ガス還流通路）
２３  排気弁
２７  油圧ＶＶＴ機構（可変動弁手段，位相変更手段）
４１  クランク角センサ
４２  水温センサ
４３  排気温センサ
４４  気圧センサ
１００  エンジン（内燃機関）
１４１  可変ノズルベーン機構（過給効率制御手段）
１６３  遮断弁（排気系容積変更手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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