(57)【要約】【課題】エンジンの運転状態に応じて選択した吸気バルブの閉じ時期、点火装置の点火時期、およびＥＧＲ率に基づいてエンジン出力の向上を図る制御を行う場合において、リッチ運転領域が一時的に拡大して高ＥＧＲ運転領域と重複したときの対策を講じる。【解決手段】空燃比運転に関する境界が境界(i)から境界(ii)に変更されると仮定する。そうすると、境界の変更後は、目標ＥＧＲ率が高い値に設定される領域（高ＥＧＲ運転領域）と、リッチ運転領域とが部分的に重複することになる。そこで、高ＥＧＲ運転領域とリッチ運転領域が重複する領域に現動作点があると判定した場合、目標ＥＧＲ率を強制的に下げる。加えて、駆動カムに関する境界を境界(I)から境界(II)に変更して、小カムを選択する領域を拡大させる。【選択図】図１２
2018184837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブを駆動するカムプロフィールの異なる２種類の吸気カムと、排気タービンおよび吸気コンプレッサを備える過給機と、前記排気タービンの下流に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の下流を流れる排気を外部ＥＧＲガスとして前記吸気コンプレッサの上流に還流するＥＧＲ装置と、筒内の混合気に点火する点火装置と、を備えるエンジンを制御する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、
エンジントルクとエンジン回転速度とで特定される前記エンジンの運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率および目標空燃比を設定すると共に、前記吸気バルブの駆動カムを選択し、
前記目標ＥＧＲ率が所定の高ＥＧＲ率に設定される高ＥＧＲ運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記駆動カムとして第１カムを選択すると共に、前記吸気バルブの閉じ時期を、エンジン回転速度と過給圧を固定した条件下で吸入効率が最も高くなるクランク角を含む第１クランク角区間に設定し、
前記高ＥＧＲ運転領域よりも高トルク・高回転速度側の運転領域に位置し、尚且つ、前記目標ＥＧＲ率が前記所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に設定される低ＥＧＲ運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記第１カムよりも作用角およびリフト量の小さい第２カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を、前記第１クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、前記第１クランク角区間よりも吸入効率が低い第２クランク角区間に設定すると共に、前記点火装置の点火時期を、前記高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側に変更し、
前記目標空燃比がリッチに設定されるリッチ運転領域と、前記高ＥＧＲ運転領域とが重複する領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記目標空燃比を前記所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に変更し、前記第２カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を前記第２クランク角区間に設定すると共に、前記点火時期を、前記高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側に変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記高ＥＧＲ運転領域と、低ＥＧＲ運転領域とを、前記エンジンの運転状態に関連付けたＥＧＲマップと、
前記目標空燃比がストイキに設定されるストイキ運転領域と、前記リッチ運転領域とを、前記エンジンの運転状態に関連付けた空燃比マップと、
前記駆動カムとして前記第１カムを選択する第１カム運転領域と、前記駆動カムとして前記第２カムを選択する第２カム運転領域と、を前記エンジンの運転状態に関連付けた駆動カムマップと、を備え、
前記ＥＧＲマップと前記空燃比マップを重ね合わせたときに、前記リッチ運転領域と前記高ＥＧＲ運転領域が重複するか否かを判定し、
前記リッチ運転領域と前記高ＥＧＲ運転領域が重複すると判定した場合は、前記リッチ運転領域の全てが前記第２カム運転領域内に収まるように、前記第１カム運転領域と前記第２カム運転領域のカム境界を変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記エンジンは、前記排気タービンの迂回通路に設けられるウェイストゲートバルブを更に備え、
前記制御装置は、
前記ウェイストゲートバルブの開度を前記エンジンの運転状態に関連付けた開度マップであって、前記駆動カム毎に設けられ、前記ウェイストゲートバルブの開度を全閉じする全閉じラインが規定された開度マップを備え、
前記リッチ運転領域と前記高ＥＧＲ運転領域が重複すると判定した場合は、前記リッチ運転領域の全てが前記第２カム運転領域内に収まり、尚且つ、前記第２カム用の開度マップにおける全閉じラインよりも低回転速度側に位置するように、前記カム境界を変更することを特徴とする請求項２に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】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−２０６４４２号公報には、内燃機関の空燃比制御装置が開示されている。空燃比制御装置の制御対象であるエンジンは、排気センサと、排気浄化触媒と、燃料噴射弁と、を備えている。空燃比制御装置は、エンジンが第１運転領域で運転されているときに、排気センサの出力に基づいたフィードバック制御を行う。フィードバック制御では、排気センサの出力がストイキに近づくように燃料噴射弁の駆動時間が制御される。
【０００３】
空燃比制御装置は、また、エンジンが第２運転領域で運転されているときに、リッチ運転制御を行う。第２運転領域は、第１運転領域よりも高負荷側または高回転側に位置する運転領域である。このような第２運転領域でエンジンが運転されているときは、排気浄化触媒の床温が上昇し易い。リッチ運転制御では、オープンループ制御に基づいた空燃比のリッチ化が行われる。リッチ運転制御が行われると、余剰ＨＣの気化潜熱によって排気温度が下がる。従って、エンジンが第２運転領域で運転されているときの床温の過剰な上昇を抑えることができる。
【０００４】
空燃比制御装置は、また、エンジンの運転状態が第１運転領域から第２運転領域に突入したときに、第２運転領域への突入後の暫くの間、フィードバック制御を継続して行う。フィードバック制御の継続時間は、第２運転領域への突入前の第１運転領域での運転継続期間に応じて増減される。運転継続期間が長くなるほど、第２運転領域への突入後に床温が上昇し易くなる。運転継続期間に応じてフィードバック制御の継続時間を増減させれば、床温の過剰な上昇に対する安全を担保し、尚且つ、燃料消費率を低く抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０６４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第２運転領域への突入後の制御は、第１運転領域を一時的に拡大または縮小する制御ということができる。このような領域可変制御は、第２運転領域に対しても適用できる。何故なら、第２運転領域での運転継続期間が長くなるほど、運転状態が第２運転領域から第１運転領域に突入したときに、床温が上昇し易くなるからである。領域可変制御を第２運転領域に対して適用すると、第２運転領域が一時的に拡大または縮小することになる。
【０００７】
ところで、本発明者は、エンジンの運転状態に応じて選択した吸気バルブの閉じ時期、点火装置の点火時期、およびＥＧＲ率に基づいた制御の検討を行っている。検討に係る制御の制御対象であるエンジンは、吸気バルブを駆動する２種類の吸気カムと、過給ＥＧＲシステムと、排気浄化触媒としての三元触媒と、点火装置と、を備えている。
【０００８】
２種類の吸気カムは、作用角およびリフト量が相対的に大きい大カム、および、作用角およびリフト量が相対的に小さい小カムである。大カムは、所定条件下での吸入効率が最大となるクランク角を含む第１クランク角区間において吸気バルブを閉じるように構成されている。小カムは、第１クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、所定条件下での吸入効率が相対的に低くなる第２クランク角区間において吸気バルブを閉じるように構成されている。
【０００９】
過給ＥＧＲシステムは、排気タービンおよび吸気コンプレッサを備える過給機と、排気浄化触媒の下流を流れる排気を吸気コンプレッサの上流側に還流させるＥＧＲ装置と、を備えるシステム（所謂ＬＰＬ−ＥＧＲシステム）である。
【００１０】
検討に係る制御では、ＥＧＲ率の目標値（以下、「目標ＥＧＲ率」ともいう。）が所定の高い値に設定される高ＥＧＲ運転領域において大カムが選択される。検討に係る制御では、また、目標ＥＧＲ率が所定の高い値よりも低い値に設定される低ＥＧＲ運転領域において小カムが選択される。検討に係る制御では、更に、小カムを選択するときには、大カムを選択するときに比べて点火時期を進角させる。このような制御によれば、高ＥＧＲ運転領域と低ＥＧＲ運転領域の両方においてエンジン出力の向上を図ることができる。
【００１１】
ところが、検討に係る制御に加えて上述した領域可変制御が行われると、次の問題が生じることが明らかとなった。即ち、これらの制御が並行して行われると、領域可変制御によって一時的に拡大したリッチ運転領域が、高ＥＧＲ運転領域と重複する場合が出てくる。そうすると、重複に係る領域での運転中に余剰ＨＣが筒内から排出されることになる。しかし、リッチ運転領域での運転中は、三元触媒が本来の浄化能力を発揮することができない。また、高ＥＧＲ運転領域での運転中は、三元触媒を通過した排気が外部ＥＧＲガスとして吸気系に還流される。従って、重複に係る領域での運転中は、余剰ＨＣに由来するデポジットが吸気系に生じ易くなってしまう。
【００１２】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものである。即ち、エンジンの運転状態に応じて選択した吸気バルブの閉じ時期、点火装置の点火時期、およびＥＧＲ率に基づいてエンジン出力の向上を図る制御を行う場合において、リッチ運転領域が一時的に拡大して目標ＥＧＲ率が所定の高い値に設定される運転領域と重複したときの対策を講じることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明は、上述した課題を解決するための内燃機関の制御装置である。
前記制御装置は、吸気バルブを駆動するカムプロフィールの異なる２種類の吸気カムと、排気タービンおよび吸気コンプレッサを備える過給機と、前記排気タービンの下流に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の下流を流れる排気を外部ＥＧＲガスとして前記吸気コンプレッサの上流に還流するＥＧＲ装置と、筒内の混合気に点火する点火装置と、を備えるエンジンを制御する。
前記制御装置は、エンジントルクとエンジン回転速度とで特定される前記エンジンの運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率および目標空燃比を設定すると共に、前記吸気バルブの駆動カムを選択する。
前記制御装置は、前記目標ＥＧＲ率が所定の高ＥＧＲ率に設定される高ＥＧＲ運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記駆動カムとして第１カムを選択すると共に、前記吸気バルブの閉じ時期を、エンジン回転速度と過給圧を固定した条件下で吸入効率が最も高くなるクランク角を含む第１クランク角区間に設定する。
前記制御装置は、前記高ＥＧＲ運転領域よりも高トルク・高回転速度側の運転領域に位置し、尚且つ、前記目標ＥＧＲ率が前記所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に設定される低ＥＧＲ運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記第１カムよりも作用角およびリフト量の小さい第２カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を、前記第１クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、前記第１クランク角区間よりも吸入効率が低い第２クランク角区間に設定すると共に、前記点火装置の点火時期を、前記高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側に変更する。
前記制御装置は、前記目標空燃比がリッチに設定されるリッチ運転領域と、前記高ＥＧＲ運転領域とが重複する領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記目標空燃比を前記所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に変更し、前記第２カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を前記第２クランク角区間に設定すると共に、前記点火時期を、前記高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側に変更する。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、次の特徴を有する。
前記制御装置は、
前記高ＥＧＲ運転領域と、低ＥＧＲ運転領域とを、前記エンジンの運転状態に関連付けたＥＧＲマップと、
前記目標空燃比がストイキに設定されるストイキ運転領域と、前記リッチ運転領域とを、前記エンジンの運転状態に関連付けた空燃比マップと、
前記駆動カムとして前記第１カムを選択する第１カム運転領域と、前記駆動カムとして前記第２カムを選択する第２カム運転領域と、を前記エンジンの運転状態に関連付けた駆動カムマップと、を備える。
前記制御装置は、前記ＥＧＲマップと前記空燃比マップを重ね合わせたときに、前記リッチ運転領域と前記高ＥＧＲ運転領域が重複するか否かを判定する。
前記制御装置は、前記リッチ運転領域と前記高ＥＧＲ運転領域が重複すると判定した場合は、前記リッチ運転領域の全てが前記第２カム運転領域内に収まるように、前記第１カム運転領域と前記第２カム運転領域のカム境界を変更する。
【００１５】
第３の発明は、第１または第２の発明において、次の特徴を有する。
前記エンジンは、前記排気タービンの迂回通路に設けられるウェイストゲートバルブを更に備える。
前記制御装置は、
前記ウェイストゲートバルブの開度を前記エンジンの運転状態に関連付けた開度マップであって、前記駆動カム毎に設けられ、前記ウェイストゲートバルブの開度を全閉じする全閉じラインが規定された開度マップを備える。
前記制御装置は、前記リッチ運転領域と前記高ＥＧＲ運転領域が重複すると判定した場合は、前記リッチ運転領域の全てが前記第２カム運転領域内に収まり、尚且つ、前記第２カム用の開度マップにおける全閉じラインよりも低回転速度側に位置するように、前記カム境界を変更する。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、高ＥＧＲ運転領域でエンジンが運転されている場合、吸気バルブの駆動カムとして第１カムを選択し、第１クランク角区間で吸気バルブを閉じることができる。高ＥＧＲ運転領域でエンジンが運転されている場合は、目標ＥＧＲ率が高い値に設定されるので、ノッキング限界は高い。また、第１クランク角区間は、エンジン回転速度と過給圧を固定した条件下で吸入効率が最も高くなるクランク角を含む。そのため、第１カムを選択して第１クランク角区間で吸気バルブを閉じれば、エンジン出力を向上させることができる。
【００１７】
また、第１の発明によれば、低ＥＧＲ運転領域でエンジンが運転されている場合、吸気バルブの駆動カムとして第２カムを選択し、第２クランク角区間で吸気バルブを閉じると共に、高ＥＧＲ運転領域における点火時期に比べて進角側の点火時期において混合気に点火できる。低ＥＧＲ運転領域でエンジンが運転されている場合は、運転状態が高ＥＧＲ運転領域にある場合よりも目標ＥＧＲ率が低い値に設定される。そのため、ノッキング限界としては下がることになる。この点、第２カムは第１カムよりも作用角およびリフト量が小さく、また、第２クランク角区間は第１クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、第１クランク角区間よりも吸入効率が低い。そのため、第２カムを選択して第２クランク角区間で吸気バルブを閉じれば、吸入効率を下げてノッキング限界の低下を抑えることができる。また、高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側の点火時期において混合気に点火すれば、吸入効率の低下分を補ってエンジン出力の低下を抑えることができる。
【００１８】
また、第１の発明によれば、リッチ運転領域と高ＥＧＲ運転領域とが重複する領域でエンジンが運転されている場合、目標ＥＧＲ率を所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に変更し、吸気バルブの駆動カムとして第２カムを選択し、第２クランク角区間で吸気バルブを閉じると共に、高ＥＧＲ運転領域における点火時期に比べて進角側の点火時期において混合気に点火できる。目標ＥＧＲ率を所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に変更すれば、外部ＥＧＲの量を減らすことができるので、余剰ＨＣに由来するデポジットの発生を抑えることができる。しかしその一方で、ノッキング限界としては下がることになる。この点、第２カムを選択して第２クランク角区間で吸気バルブを閉じれば、吸入効率を下げてノッキング限界の低下を抑えることができる。また、高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側の点火時期において混合気に点火すれば、吸入効率の低下分を補ってエンジン出力の低下を抑えることができる。
【００１９】
第２の発明によれば、リッチ運転領域と高ＥＧＲ運転領域が重複すると判定された場合に、リッチ運転領域の全てが第２カム運転領域内に収まるように、第１カム運転領域と第２カム運転領域のカム境界を変更することができる。従って、リッチ運転領域と高ＥＧＲ運転領域とが重複する領域でエンジンが運転されている場合に、吸気バルブの駆動カムとして第２カムを必ず選択することが可能となる。
【００２０】
第３の発明によれば、リッチ運転領域の全てが第２カム運転領域内に収まるだけでなく、第２カム用の開度マップにおける全閉じラインよりも低回転速度側に位置するようにカム境界を変更することができる。そのため、第２カム用の開度マップにおける全閉じラインよりも低回転速度側の運転領域において吸気バルブの駆動カムとして第２カムが選択されるのを回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステムの構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るシステムが備える２種類の吸気カムのカムプロフィールの一例を説明する図である。
【図３】エンジンの運転領域と目標ＥＧＲ率の関係の一例を示す図である。
【図４】エンジンの運転領域と、吸気バルブを駆動するカムとの関係の一例を示す図である。
【図５】吸気バルブの閉じ時期の一例を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態１の制御の前提となるエンジン制御による効果を説明する図である。
【図７】吸気バルブの閉じ時期と筒内乱れとの関係の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１の制御の前提となるエンジン制御例を説明するタイムチャートである。
【図９】吸気バルブの閉弁時期と、吸入効率との関係の一例を示した図である。
【図１０】エンジンの運転領域と目標空燃比の関係の一例を示す図である。
【図１１】図１０で説明したリッチ運転領域が拡大したときの問題を説明する図である。
【図１２】駆動カムに関する境界の変更手法を説明する図である。
【図１３】本発明の実施の形態１の制御例を説明する図である。
【図１４】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵが実行する処理ルーチンの一例を示す図である。
【図１５】エンジンの運転領域とＷＧＶの開度の関係の一例を示す図である。
【図１６】エンジンの運転領域とＷＧＶの開度の関係の他の例を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態１の制御に従って駆動カムに関する境界を変更するときの問題を説明する図である。
【図１８】本発明の実施の形態２における駆動カムに関する境界の調整手法を説明する図である。
【図１９】本発明の実施の形態２の制御例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
実施の形態１．
先ず、本発明の実施の形態１について図１乃至図１４を参照しながら説明する。
【００２４】
［システム構成例の説明］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステムの構成例を示す概略図である。図１に示すシステムは、車両に搭載される内燃機関のシステムである。図１に示すシステムは、駆動源としての内燃機関（以下、「エンジン」ともいう。）１０を備えている。エンジン１０は、４ストローク型のレシプロエンジンであり、直列３気筒型のエンジンでもある。なお、エンジン１０の気筒数および気筒配列は図１の例に限定されない。エンジン１０の幾何学的圧縮比は、比較的高い１１以上とされている。エンジン１０の各気筒には、吸気管１２および排気管１４が連通している。
【００２５】
先ず、エンジン１０の吸気系について説明する。吸気管１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流には、ターボ過給機１８のコンプレッサ１８ａが設けられている。コンプレッサ１８ａは、排気管１４に設けられたタービン１８ｂの回転により駆動して、吸気を圧縮する。コンプレッサ１８ａの下流には、電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０の下流には、各気筒の吸気ポートに接続される吸気マニホールド２２が設けられている。吸気マニホールド２２には、水冷式のインタークーラ２４が内蔵されている。インタークーラ２４に流入した吸気は、冷却管２６を流れる冷却水との熱交換によって冷却される。
【００２６】
次に、エンジン１０の排気系について説明する。排気管１４には、ターボ過給機１８のタービン１８ｂが取り付けられている。タービン１８ｂはコンプレッサ１８ａと連結されている。排気管１４を流れる排気のエネルギによりタービン１８ｂが回転する。排気管１４の途中には、タービン１８ｂを迂回するバイパス管２８が設けられている。バイパス管２８には、ＷＧＶ（ウェイストゲートバルブ）３０が設けられている。ＷＧＶ３０の開度は、図１５に示す関係（後述）に従って制御される。但し、タービン１８ｂよりも上流側の排気管圧（背圧）が規定値よりも高くなると、ＷＧＶ３０が強制的に開かれる。ＷＧＶ３０が開かれると、タービン１８ｂの上流を流れる排気の一部がバイパス管２８を経由してタービン１８ｂの下流に流入する。タービン１８ｂの下流には、排気を浄化するための触媒３２，３４が備えられている。触媒３２，３４は、触媒雰囲気がストイキ近傍にあるときに排気中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する三元触媒である。
【００２７】
次に、エンジン１０のＥＧＲ系について説明する。エンジン１０は、ＬＰＬ−ＥＧＲ（低圧ループ−ＥＧＲ）装置３６を備えている。ＬＰＬ−ＥＧＲ装置３６は、触媒３２，３４の間の排気管１４と、コンプレッサ１８ａよりも上流側の吸気管１２とを接続するＥＧＲ管３８を備えている。ＥＧＲ管３８の途中には、水冷式のＥＧＲクーラ４０が設けられている。ＥＧＲクーラ４０に流入した排気（即ち、外部ＥＧＲガス）は、冷却管４２を流れる冷却水との熱交換によって冷却される。ＥＧＲクーラ４０の下流には、電子制御式のＥＧＲバルブ４４が設けられている。ＥＧＲバルブ４４の開度を変更すると、ＥＧＲ管３８から吸気管１２に流入する外部ＥＧＲガスの流量が変化する。ＥＧＲバルブ４４の開度が大きくなると、ＥＧＲ率（吸気に占める外部ＥＧＲガスの割合をいう。以下同じ。）が高くなる。
【００２８】
次に、エンジン１０の動弁系について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係るシステムが備える２種類の吸気カムのカムプロフィール（リフト量および作用角の少なくとも一方を意味する。）の一例を説明する図である。図２に示すように、本実施の形態１に係るシステムは、通常カムと小カムの２種類の吸気カムを備えている。小カムは、通常カムよりも小さい作用角とリフト量を有している。通常カム（以下、「大カム」ともいう。）と小カムは、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトに支持されている。また、大カムと小カムは、１気筒あたり２組支持されている。この理由は、１気筒あたり２つの吸気バルブが配設されているためである。但し、本発明における１気筒あたりの吸気バルブの数は１つでもよいし、３つ以上でもよい。
【００２９】
大カムと小カムを支持するカムシャフトには、ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）が設けられている。ＶＶＴは、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相差を変更することによって、吸気バルブの開弁特性を変更する機構である。ＶＶＴは、タイミングチェーン等を介してクランクシャフトと連結されたハウジングと、ハウジング内に設けられてカムシャフトの端部に取り付けられたベーン体と、を備えている。ハウジングとベーン体とによって区画された油圧室内に油圧を供給することで、ベーン体をハウジングに対して相対回転させ、ひいては、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相差を変更することができる。ＶＶＴに供給する油圧の制御は、油圧供給ラインに設けた油圧制御弁によって行われる。ＶＶＴの仕組みは公知であり、また、本発明においてその構成に限定はないので、ＶＶＴに関するこれ以上の説明は省略する。
【００３０】
図１に戻り、システムの構成例の説明を続ける。図１に示すシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等を備えている。ＥＣＵ５０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、エアフローメータ５２、クランク角センサ５４、過給圧センサ５６、水温センサ５８、背圧センサ６０および空燃比センサ６２が含まれる。エアフローメータ５２は、エアクリーナ１６の近傍に設けられて吸入空気量を検出する。クランク角センサ５４は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力する。過給圧センサ５６は、スロットルバルブ２０よりも上流側の吸気管圧（過給圧）を検出する。水温センサ５８は、エンジン１０の冷却水温を検出する。背圧センサ６０は、タービン１８ｂよりも上流側の排気管圧（背圧）を検出する。空燃比センサ６２は、触媒３２の上流を流れる排気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する。
【００３１】
ＥＣＵ５０は、取り込んだ各種センサの信号を処理して所定の制御プログラムまたは制御マップに従って各種アクチュエータを操作する。各種アクチュエータには、上述したスロットルバルブ２０およびＷＧＶ３０が含まれる。また、各種アクチュエータには、筒内に燃料を噴射するインジェクタ７０、筒内の混合気に点火する点火装置７２、ＶＶＴ７４、および吸気バルブを駆動する吸気カム（以下、「駆動カム」ともいう。）を切り替えるカム切り替え機構７６も含まれる。
【００３２】
［実施の形態１の制御の前提となるエンジン制御（以下、「前提制御」ともいう。）］
図３は、エンジンの運転領域と目標ＥＧＲ率の関係の一例を示す図である。図３の関係は、事前のシミュレーションに基づいて作成されたものである。図３に等高線で示すように、目標ＥＧＲ率は、中トルク・中回転速度域において最も高い値に設定されている。これは、使用頻度が特に高い中トルク・中回転速度域のＥＧＲ率を高めて熱効率を向上させるためである。また、目標ＥＧＲ率は、使用頻度が相対的に低い周辺の領域ほど低い値に設定されている。具体的に、高トルク域や低トルク域では、中トルク域に比べて目標ＥＧＲ率が低い値に設定されている。同様に、高回転速度域や低回転速度域では、中回転速度域に比べて目標ＥＧＲ率が低い値に設定されている。本実施の形態１では、図３に示した関係が制御マップとしてＥＣＵのＲＯＭに記憶されており、この制御マップに実際の運転状態を適用することによってＥＧＲバルブの開度が制御される。
【００３３】
また、本実施の形態１では、エンジン出力を向上させる目的で、上述した目標ＥＧＲ率に、吸気バルブの閉じ時期を組み合わせるエンジン制御が行われる。図４は、エンジンの運転領域と、吸気バルブを駆動するカムとの関係の一例を示す図である。図４に示すように、多くの運転領域では大カムが選択される。小カムが選択されるのは、高トルク・高回転速度域のみにおいてである。本実施の形態１では、図４に示した関係が制御マップとしてＥＣＵのＲＯＭに記憶されており、この制御マップに実際の運転状態を適用することによってカム切り替え機構による切り替え動作が制御される。
【００３４】
図５は、吸気バルブの閉じ時期の一例を説明する図である。図５に示すように、駆動カムが大カムの場合は、下死点（ＡＢＤＣ＝０）よりも遅いクランク角区間ＣＡ１において吸気バルブが閉じられる。一方、駆動カムが小カムの場合は、下死点を含むクランク角区間ＣＡ２において吸気バルブが早閉じされる。図５に示すクランク角区間ＣＡ１，ＣＡ２に幅があるのは、ＶＶＴによって吸気バルブの閉じ時期が変更されるためである。但し、使用頻度の高い運転領域でのエンジン出力を向上させるため、大カムを駆動カムとする場合は、吸入効率が最大となるクランク角が含まれるようにクランク角区間ＣＡ１が設定される。一方、リフト量の小さい小カムを駆動カムとする場合は、吸入効率が最大となるクランク角が含まれないようにクランク角区間ＣＡ２が設定される。なお、図５に示す吸入効率は、例えば、エンジン回転速度と過給圧を固定した運転条件下で求めることができる。
【００３５】
図５において高トルク・高回転速度域で小カムを選択するのは、この運転領域で大カムを選択するとノッキングが発生し易くなるためである。ノッキングは、中トルク〜高トルク域において発生し易い。但し、図３で説明したように、中トルク・中回転速度域においては目標ＥＧＲ率が高い値に設定されている。これは、ノッキング限界が高められていることを意味している。また、図３で説明したように、高トルク・高回転速度域では、中トルク・中回転速度域に比べて目標ＥＧＲ率が低い値に設定される。そのため、図３の動作線に示すようにエンジンの運転状態が推移した場合、目標ＥＧＲ率が徐々に上がって最大値に達し、その後、減少に転じて現動作点に至ることになる。従って仮に、この期間に亘って大カムを選択し続けた場合には、目標ＥＧＲ率の低下に伴いノッキング限界が下がっているにも関わらず、実圧縮比が高い状態が続くことになる。故に、点火時期を遅角化せざるを得ず、エンジン出力の低下が避けられなくなる。
【００３６】
この点、本実施の形態１では、高トルク・高回転速度域で小カムを選択するので、実圧縮比が高い状態を解消して吸入効率を低下させることができる。従って、ノッキング限界の低下を抑えて、点火時期の遅角化を回避することができる。また、高トルク・高回転速度域では背圧が高く、大カムを選択した場合は背圧が規定値を大きく上回ることでＷＧＶが開かれることになる。しかし、小カムに切り替えれば、吸入効率の意図的な低下に伴い背圧も低下するので、背圧が規定値を下回ることでＷＧＶの開度が小さくなる。そのため、過給圧を高めることが可能となり、小カムの選択による吸入効率の低下を補うことができるようになる。従って、エンジン出力を向上させることが可能となる。
【００３７】
図６は、本発明の実施の形態１の制御の前提となるエンジン制御による効果を説明する図である。図６に示すように、ＥＧＲ率の低下時に大カムを選択し続ける場合は、ＥＧＲ率の低下後にエンジンの最大出力が低下する（破線矢印）。これに対し、本実施の形態１の前提制御によれば、目標ＥＧＲ率の低下時に大カムから小カムに切り替えるので、エンジンの最大出力の低下を抑えることができる（実線矢印）。なお、低下後の目標ＥＧＲ率の値は、ゼロでもよいし、ゼロより大きくてもよい。
【００３８】
ところで、駆動カムを大カムから小カムに切り替えて吸気バルブの閉じ時期を変更すると、吸入効率だけでなく燃焼速度も低下する。図７は、吸気バルブの閉じ時期と筒内乱れとの関係の一例を示す図である。図７に示すように、駆動カムが小カムの場合は、駆動カムが大カムの場合に比べて筒内乱れが小さくなる。そのため、駆動カムを大カムから小カムに切り替えた場合は、燃焼速度が遅くなり、エンジン出力が低下する可能性がある。しかし、本実施の形態１のように幾何学的圧縮比が高い内燃機関においては、燃焼速度の低下よりも吸入効率の低下に伴う過給圧の上昇の方が強く影響するので、エンジン出力の低下が抑えられている（図６参照）。因みに、幾何学的圧縮比が１０程度の通常の過給エンジンの場合は、燃焼速度の低下の影響が相対的に強くなり、エンジン出力が低下し易くなる。
【００３９】
次に、図８を参照しながら、本実施の形態１の前提制御の具体例を説明する。図８は、本発明の実施の形態１の制御の前提となるエンジン制御例を説明するタイムチャートである。図８のタイムチャートには、図３で説明した動作線に沿ってエンジンの運転状態が目標ＥＧＲ率の高い領域（即ち、中トルク・中回転速度域）から目標ＥＧＲ率の低い領域（即ち、高トルク・高回転速度域）に移行するときの各種物理量や制御パラメータの推移が描かれている。そのため、図８に示すＥＧＲ率は時刻ｔ１を境に低下し、その一方で同図に示す過給圧や筒内空気量は概ね上昇し続ける。
【００４０】
図８に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけてＥＧＲ率が低下する。これは、図３で説明した目標ＥＧＲ率の低下に伴い、ＥＧＲバルブの開度が閉じ側に変更されるためである。ＥＧＲ率が低下するとノッキング限界が下がるので、ＥＧＲ率の変更中は点火時期が遅角側に変更され続ける。また、点火時期の遅角化に伴い、筒内圧が最大となるクランク角θ＿Ｐｍａｘが遅角側に移動する。
【００４１】
本実施の形態１の前提制御では、ＥＧＲ率の変更中に駆動カムの切り替えを行わない。この理由は、大カムから小カムへの切り替えをＥＧＲバルブの変更と同時並行で行うと、燃焼が不安定になりトルク変動が大きくなるためである。更に言うと、駆動カムの切り替えは、ＥＧＲ率の変更が完了する時刻ｔ２でも開始されず、時刻ｔ３まで待機状態とされる。駆動カムを切り替える代わりに、時刻ｔ２では、燃料の噴射時期が進角側に変更される。噴射時期は、圧縮行程中のクランク角から吸気行程中のクランク角に変更される。この理由は、駆動カムが大カムの場合は筒内乱れが確保できエンジン出力が向上できる一方で、駆動カムを小カムに切り替えた後は筒内乱れが低下するためである。この点、時刻ｔ２で噴射時期を進角して吸気行程中のクランク角に変更すれば、吸気と燃料の混合を促進できるので、エンジン出力の低下を抑えることが可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態１の前提制御では、時刻ｔ２において吸気バルブの閉弁時期の遅角側への変更が開始される。閉弁時期の遅角側への変更は、駆動カムの切り替え前後で吸入効率が一致するように、駆動カムが大カムである間にＶＶＴの油圧制御弁を制御することにより行われる。図９は、吸気バルブの閉弁時期と、吸入効率との関係の一例を示した図である。図９に示すように、吸入効率は、下死点付近のクランク角を中心として略対称となる特性を示す。対称中心のクランク角が下死点と一致していないのは過給圧が影響している。大カムと小カムの作用角差はカムの設計段階で既に分かっている。そのため、図９に示す特性に基づけば、駆動カムの切り替え前後で吸入効率が一致する吸気バルブの閉弁時期を特定できる。
【００４３】
駆動カムの切り替えは、ＶＶＴによる吸気バルブの閉弁時期の変更が完了した時刻ｔ３において開始される。この理由は、大カムから小カムへの切り替えを噴射時期の変更、または、吸気バルブの閉弁時期の変更と同時並行で行うと、燃焼が不安定になりトルク変動が大きくなるためである。また、時刻ｔ３では、点火時期が進角側に変更される。時刻ｔ３での点火時期の進角度合いは、筒内圧が最大となるクランク角θ＿Ｐｍａｘが時刻ｔ１でのクランク角θ＿Ｐｍａｘと略等しくなるような値に設定される。但し、時刻ｔ３での点火時期は、時刻ｔ１での点火時期よりも進角側に変更される。このような点火時期の進角側の変更により、駆動カムの切り替えに伴う吸入効率と燃焼速度の低下が補われて、エンジン出力の低下が抑えられる。
【００４４】
既に述べたように、高トルク・高回転速度域で小カムを選択すると、ノッキング限界の低下を抑えることができる。そのため、時刻ｔ３で変更された点火時期は、時刻ｔ３から暫くの間、更に進角側に変更され続けることになる。また、小カムへの切り替えが完了した時刻ｔ４以降は、吸入効率の意図的な低下に伴ってＷＧＶの開度が小さくなる。そのため、時刻ｔ３まで上昇傾向にあった過給圧が、時刻ｔ４以降も更に上昇する。また、時刻ｔ４以降の過給圧の上昇に伴い、筒内空気量も増える。従って、図８の最上段に示すように、大カムから小カムへの切り替え前後において、エンジン出力を上昇し続けることが可能となる。
【００４５】
［実施の形態１の制御の特徴］
本実施の形態１では、上述したエンジン制御に加えて、空燃比制御が行われる。空燃比制御では、エンジンの運転状態に応じて目標空燃比（空燃比の目標値）が設定される。図１０は、エンジンの運転領域と目標空燃比の関係の一例を示す図である。図１０に示すように、多くの運転領域では目標空燃比がストイキに設定される。目標空燃比がリッチに設定されるのは、高トルク・高回転速度域においてである。この理由は、エンジンの運転状態が高トルク・高回転速度域にあると、触媒の床温が上昇し易いからである。この点、このような運転領域における目標空燃比をリッチに設定することで、余剰ＨＣの気化潜熱によって床温の過剰な上昇を抑えることができる。なお、このような空燃比制御は公知であることから、空燃比制御に関するこれ以上の説明は省略する。
【００４６】
しかし、本実施の形態１の空燃比制御では、図１０に示したリッチ運転領域が拡大または縮小する。例えば、空燃比制御に加えてノッキングを検出する制御（ＫＣＳ制御）が行われている場合には、ノッキングの検出に伴い点火時期が遅角される。また、空燃比制御に加えてトルク制御が行われている場合には、点火時期が遅角されることがある。点火時期が遅角されると、排気温度が上昇し易くなる。排気温度が上昇し易くなる状況は、車速風（車両走行による空気流）が不足している場合や、高負荷運転が長時間継続する場合においても起こる。本実施の形態１では、図１０に示した関係がＥＣＵのＲＯＭに制御マップとして記憶されている。本実施の形態１では、また、排気温度が閾値以上のときに、リッチ運転領域が拡大するように図１０に示した関係が変更される。
【００４７】
図１１は、図１０で説明したリッチ運転領域が拡大したときの問題を説明する図である。図１１には、図１０で説明した空燃比運転に関する境界(i)，境界(ii)が実線で描かれている。図１１には、また、図３で説明した目標ＥＧＲ率の等高線、および、図４で説明した駆動カムに関する境界(I)が破線で描かれている。つまり、図１１は、図３、図４および図１０を重ね合わせた図に相当する。境界(I)は、境界(i)と境界(ii)の中間に位置する。ここで、空燃比運転に関する境界が境界(i)から境界(ii)に変更されたと仮定する。そうすると、境界が変更された後は、目標ＥＧＲ率が高い値に設定される領域（以下、「高ＥＧＲ運転領域」ともいう。）と、リッチ運転領域とが部分的に重複することになる。
【００４８】
境界の変更後、現動作点が動作点ＯＰ１に至ったときは、大カムが駆動カムに選択され、目標ＥＧＲ率が比較的高い値に設定され、リッチ運転が行われることになる。リッチ運転が行われると、排気温度を下げるための余剰ＨＣが筒内から排出される。しかし、リッチ運転中は、三元触媒が本来の浄化能力を発揮することができない。それにも関わらず、動作点ＯＰ１では、目標ＥＧＲ率が比較的高い値に設定される。そのため、三元触媒を通過した排気が、外部ＥＧＲガスとしてコンプレッサの上流に還流される。従って、動作点ＯＰ１でリッチ運転が行われる間は、余剰ＨＣに由来するデポジットが吸気系に生じ易くなってしまう。
【００４９】
そこで、本実施の形態１では、高ＥＧＲ運転領域と、リッチ運転領域とが重複する領域に現動作点があるか否かを判定する。そして、高ＥＧＲ運転領域とリッチ運転領域が重複する領域（「以下、「重複領域」ともいう。）に現動作点があると判定した場合、目標ＥＧＲ率を強制的に下げる制御を行う。つまり、図３に示した関係に基づくことなく、目標ＥＧＲ率が強制的に減らされる。目標ＥＧＲ率を強制的に減らせば外部ＥＧＲガスの量が減るので、コンプレッサの上流に還流される余剰ＨＣの量も減らすことができる。よって、上述したデポジットの発生を抑えることができる。なお、減少後の目標ＥＧＲ率の値は、ゼロでもよいし、ゼロより大きくてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態１では、目標ＥＧＲ率を強制的に減らす制御に加え、駆動カムに小カムを選択する領域（以下、「小カム領域」ともいう。）が拡大するように図４に示した関係を変更する制御を行う。図１２は、駆動カムに関する境界の変更手法を説明する図である。図１２には、図１１で説明した境界(i)，境界(ii)が破線で描かれており、境界(I)が一点鎖線で描かれている。境界(i)，境界(ii)と、境界(I)との位置関係は、図１１で説明した通りである。本実施の形態１では、現動作点が重複領域にあると判定した場合に、駆動カムに関する境界を境界(I)から境界(II)に変更する。そうすると、境界(II)と境界(ii)の位置関係が、境界(I)と境界(i)の位置関係と同じになる。
【００５１】
このように、本実施の形態１の制御では、駆動カムに関する境界（境界(I)，境界(II)）と、空燃比運転に関する境界（境界(i)，境界(ii)）との位置関係を、両境界の変更の前後で保持する。両境界の位置関係をこのように保持すれば、リッチ運転領域を小カム領域の内側に収めることができる。従って、目標ＥＧＲ率を強制的に減らす制御を行うときに、駆動カムに小カムが必ず選択される。前提制御の説明において述べたように、駆動カムを大カムから小カムに切り替えれば吸入効率を意図的に低下させることができ、その結果として過給圧を高めることが可能となる。従って、本実施の形態１の制御によれば、エンジンの出力が低下するのを抑えつつ、上述したデポジットの発生を抑えることが可能となる。
【００５２】
図１３を参照しながら、本実施の形態１の制御の具体例を説明する。図１３は、本発明の実施の形態１の制御例を説明する図である。図１３には、エンジン回転速度を固定した運転条件においてトルクの増加方向にエンジンの運転状態が移行するときの各種物理量や制御パラメータの推移が描かれている。図１３に示す例では、前提制御、空燃比制御およびＫＣＳ制御が、本実施の形態１の制御と並行して適宜行われるものとする。
【００５３】
図１３の破線は、トルクの上昇中にノッキングが検出されなかった場合の制御例を表している。トルクの上昇中にノッキングが検出されなかった場合は、トルクの上昇に伴う点火時期の遅角が行われ、これに伴い排気温度が一定速度で上昇する。この破線の例では、排気温度が上昇し易い状況であることが検出されない。故に、空燃比運転に関する境界（図１０の境界(i)参照）の変更はなく、前提制御のみが行われる。前提制御によれば、トルクがトルクＴＱ２まで上昇した段階でＥＧＲ率が減らされ、駆動カムが小カムに切り替えられる。
【００５４】
図１３の実線は、トルクの上昇中にノッキングが検出された場合の制御例を表している。ノッキングが検出されると、ＫＣＳ制御によって点火時期が遅角される。そのため、トルクの上昇に伴う点火時期の遅角と相まって点火時期が大きく遅角される。トルクＴＱ１よりも高トルク側で排気温度が大きく上昇しているのは、点火時期が大きく遅角されているからである。この実線の例では、排気温度が上昇し易い状況であることが検出される。故に、空燃比運転に関する境界が変更されて、リッチ運転領域が拡大する。リッチ運転領域が拡大すると、ストイキ運転領域が縮小する。
【００５５】
リッチ運転領域が拡大した結果、現動作点が重複領域にあると判定されたときに、本実施の形態１の制御が行われる。図１３の実線の例では、トルクがトルクＴＱ３（＜トルクＴＱ２）まで上昇した段階で、現動作点が重複領域にあると判定されている。その結果、ＥＧＲ率が強制的に減らされる。また、駆動カムに関する境界（図１２の境界(I)，境界(II)参照）が変更されて、小カム領域が拡大する。その結果、駆動カムが大カムから小カムに切り替えられる。
【００５６】
図１４は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵが実行する処理ルーチンの一例を示す図である。本ルーチンは所定の制御周期ごとに実行されるものとする。
【００５７】
図１４に示すルーチンでは、先ず、排気温度が推定または検出される（ステップＳ１０）。ステップＳ１０においてＥＣＵは、エンジンの運転履歴から排気温度を推定する。但し、排気管に別途設けた排気温センサを用いて、排気温度を直接的に検出することもできる。排気センサは、例えば、図１で説明した触媒３２の上流に設けることができる。
【００５８】
ステップＳ１０に続いて、ステップＳ１０で推定した排気温度が閾値以上であるか否かが判定される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の判定結果が肯定的である場合、リッチ運転領域が拡大するように図１０に示した関係が変更される（ステップＳ１４）。ステップＳ１２の判定結果が否定的である場合、リッチ運転領域が初期状態に戻るように図１０に示した関係が変更される（ステップＳ１６）。なお、「リッチ運転領域の初期状態」とは、事前のシミュレーションに基づいて作成されたリッチ運転領域を意味する。
【００５９】
ステップＳ１８，Ｓ２０では、現動作点に関する判定が行われる。ステップＳ１８においてＥＣＵは、駆動カムに大カムを選択する領域（以下、「大カム領域」ともいう。）に現動作点があるか否かを、図４に示した関係に基づいて判定する。ステップＳ２０においてＥＣＵは、現動作点がリッチ運転領域にあるか否かを、現時点での図１０に示した関係に基づいて判定する。
【００６０】
ステップＳ１８の判定結果が肯定的である場合は、現動作点が大カム領域にあると判断できる。ステップＳ２０の判定結果が肯定的である場合は、現作動点がリッチ運転領域にあると判断できる。そのため、ステップＳ１８，Ｓ２０の判定結果が共に肯定的である場合は、現動作点が重複領域にあると判断できる。従って、この場合ＥＣＵは、ステップＳ２２において、目標ＥＧＲ率を強制的に減らす。また、ＥＣＵは、ステップＳ２４において、小カム領域が拡大するように図４に示した関係を変更する。図４に示した関係の変更手法の具体例については、図１２で説明した通りである。
【００６１】
ステップＳ１８，Ｓ２０の判定結果の何れかが否定的である場合は、現動作点が重複領域にないと判断できる。従って、この場合ＥＣＵは、ＥＣＵは小カム領域が初期状態に戻るように図４に示した関係を変更する（ステップＳ２６）。なお、「小カム領域の初期状態」とは、事前のシミュレーションに基づいて作成された小カム領域を意味する。
【００６２】
以上、図１４に示したルーチンによれば、現動作点が重複領域にあると判断された場合に、目標ＥＧＲ率を下げ、尚且つ、駆動カムに小カムを選択することができる。従って、エンジンの出力が低下するのを抑えつつ、上述したデポジットの発生を抑えることが可能となる。
【００６３】
なお、上述した実施の形態１においては、図１に示したＬＰＬ−ＥＧＲ装置３６が第１の発明の「ＥＧＲ装置」に相当する。図１に示した触媒３２が同発明の「排気浄化触媒」に相当する。また、図３乃至図４で説明した中トルク・中回転速度域が第１の発明の「高ＥＧＲ運転領域」に相当している。また、図３乃至図４で高トルク・高回転速度域が同発明の「低ＥＧＲ運転領域」に相当している。また、通常カムが同発明の「第１カム」に相当している。また、小カムが同発明の「第２カム」に相当している。また、図５で説明したクランク角区間ＣＡ１が同発明の「第１クランク角区間」に相当している。また、クランク角区間ＣＡ２が同発明の「第２クランク角区間」に相当している。
【００６４】
また、上述した実施の形態１においては、図３に示した関係を表す制御マップが第２の発明の「ＥＧＲマップ」に相当する。また、図１０に示した関係を表す制御マップが同発明の「空燃比マップ」に相当する。また、図４に示した関係を表す制御マップが同発明の「駆動カムマップ」に相当する。また、駆動カムに大カムを選択する領域が同発明の「第１カム運転領域」に相当する。また、駆動カムに小カムを選択する領域が同発明の「第２カム運転領域」に相当する。
【００６５】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図１５乃至図１９を参照しながら説明する。なお、本実施の形態２のシステムの基本的な構成は、図１で説明した構成例と共通する。従って、システム構成の共通部分に関する説明については省略する。
【００６６】
［実施の形態２の制御の特徴］
本実施の形態２では、上記実施の形態１で説明した各種制御に加えて、ＷＧＶの開閉制御が行われる。開閉制御では、エンジンの運転状態に応じてＷＧＶの開度が決定される。図１５は、エンジンの運転領域とＷＧＶの開度の関係の一例を示す図である。図１５に示すように、低トルク側のＮＡ域（非過給域）においては、ＷＧＶが全開（１００％）とされる。高トルク側の過給域においては、エンジンの運転状態が高トルク・低回転速度域に向かうほどＷＧＶの開度が小さくされる。ＷＧＶが全閉じされる全閉じライン(iii)は、低回転速度側の全負荷ラインＷＯＴと一致する。本実施の形態２では、図１５に示した関係がＥＣＵのＲＯＭに制御マップとして記憶されており、この制御マップに実際の運転状態を適用することによってＷＧＶの開度が制御される。
【００６７】
但し、図１５に示した各開度を規定するラインの位置は、駆動カムが大カムの場合と小カムの場合とで少々異なる。この理由は、既に述べたように、駆動カムが小カムの場合は、駆動カムが大カムの場合に比べて吸入効率が小さくなるためである。吸入効率が小さいということは、要求負荷率に応答すべく過給圧を高めて補わなければならない。つまり、駆動カムが小カムの場合は、駆動カムが大カムの場合に比べてＷＧＶの開度をより小さくする必要がある。
【００６８】
図１６は、エンジンの運転領域とＷＧＶの開度の関係の他の例を示す図である。図１６は、図１５に示した関係が大カム選択時に成立すると仮定したときの、小カム選択時の関係を表している。図１５と図１６を比較すると分かるように、両者の全開ラインは一致している。しかし、図１６の各開度を規定するラインは、図１５の各開度を規定するラインに比べて高回転速度側に位置している。
【００６９】
図１６の全閉じライン(iv)と図１５の全閉じライン(iii)の間の運転領域は、駆動カムが小カムの場合に過給仕事が限定される運転領域といえる。何故なら、この運転領域は、全閉じライン(iv)よりも低回転速度側であるにも関わらず、要求負荷率に応答するために過給圧を高めなければならない領域だからである。このような理由から、上記実施の形態１では、低回転速度側に小カム領域を設けていない。
【００７０】
ところで、上記実施の形態１の制御では、駆動カムに関する境界を低回転速度側に変更するものである。そのため、変更後の駆動カムに関する境界が、図１６に示した全閉じライン(iv)よりも低回転速度側に位置してしまうと、過給仕事が限定されてしまうことになる。図１７は、本発明の実施の形態１の制御に従って駆動カムに関する境界を変更するときの問題を説明する図である。図１７には、図１５，１６で説明した全閉じライン(iii),(iv)が実線で描かれている。図１７には、また、図４で説明した駆動カムに関する境界(I)，境界(II)が破線で描かれている。駆動カムに関する境界が境界(I)から境界(II)に変更されたとする。そうすると、境界の変更後は、全負荷ラインＷＯＴに近い領域において、小カム領域が全閉じライン(iv)よりも低回転速度側に位置してしまう。
【００７１】
そこで、本実施の形態２では、上記実施の形態１の制御の実行に際しては、全閉じライン(iv)よりも高回転速度側に位置するように、駆動カムに関する境界を調整する。図１８は、本発明の実施の形態２における駆動カムに関する境界の調整手法を説明する図である。図１８には、図１７で説明した全閉じライン(iii)，(iv)が破線で描かれており、境界(I)，(II)が一点鎖線で描かれている。本実施の形態２では、駆動カムに関する境界(II)が全閉じライン(iv)と交わると判定した場合に、駆動カムに関する境界を高回転速度側の境界(III)に修正する。
【００７２】
このように、本実施の形態２の制御では、駆動カムに関する境界（境界(I)，境界(III)）と、全閉じライン(iii)，(iv)との位置関係を、駆動カムに関する境界の変更の前後で保持する。駆動カムに関する境界と全閉じラインの位置関係をこのように保持すれば、全閉じライン(iv)よりも低回転速度側に小カム領域が位置してしまうのを回避できる。つまり、駆動カムに関する境界の変更後において、過給仕事が限定されるのを回避することができる。
【００７３】
図１９を参照しながら、本実施の形態２の制御の具体例を説明する。図１９は、本発明の実施の形態２の制御例を説明する図である。図１９には、トルクを固定した運転条件においてエンジン回転速度の増加方向にエンジンの運転状態が移行するときの各種物理量や制御パラメータの推移が描かれている。図１９に示す例では、前提制御、空燃比制御、ＫＣＳ制御および上記実施の形態１の制御が、本実施の形態２の制御と並行して適宜行われるものとする。
【００７４】
図１９の破線と実線の違いは、上記実施の形態１の制御の実行の有無にある。図１９の破線は、上記実施の形態１の制御を行っていないときの制御例を表している。この破線の例では、エンジン回転速度が速度ＮＥ１まで上昇した段階で、ＷＧＶが開かれる。また、エンジン回転速度が速度ＮＥ２まで上昇した段階で目標ＥＧＲ率が減らされ、駆動カムが小カムに切り替えられる。目標ＥＧＲ率の変更と駆動カムの切り替えは、前提制御によるものである。
【００７５】
図１９の実線は、上記実施の形態１の制御を行っているときの制御例を表している。この実線の例では、ノッキングの検出に伴いＫＣＳ制御によって点火時期が遅角されている。また、点火時期の遅角に伴い、要求負荷率が増加している。上記実施の形態１の制御を実行すると、リッチ運転領域の拡大に伴って小カム領域が低回転速度側に拡大する。この実線の例では、エンジン回転速度が速度ＮＥ３まで上昇した段階で、ＷＧＶが開かれる。ＷＧＶの全閉状態が速度ＮＥ３まで継続されるのは、全閉じラインが高回転速側に移動したためである。
【００７６】
また、この実線の例では、エンジン回転速度が速度ＮＥ４まで上昇した段階で、目標ＥＧＲ率が強制的に減らされ、駆動カムが小カムに切り替えられる。目標ＥＧＲ率の強制的な変更と駆動カムの切り替えは、上記実施の形態１の制御によるものである。目標ＥＧＲ率の強制的な変更と駆動カムの切り替えが速度ＮＥ４まで上昇した段階で行われるのは、本実施の形態２の制御が行われているためである。本実施の形態２の制御が行われることで、速度ＮＥ３よりも低回転速度側で目標ＥＧＲ率の強制的な変更と駆動カムの切り替えが行われることが回避されている。
【００７７】
なお、上述した実施の形態２においては、図１５および図１６に示した関係を表す制御マップが第３の発明の「開度マップ」に相当する。また、図１６に示した関係を表す制御マップが第３の発明の「第２カム用の開度マップ」に相当する。
【００７８】
その他の実施の形態．
ところで、上述した実施の形態１では、リッチ運転領域の拡大を排気温度に基づいて判定した（図１４のステップＳ１２参照）。しかし、排気温度の代わりに、内燃機関の冷却水温、油温、ＫＣＳの学習値、筒内圧、背圧、オイルジェットの油圧、燃料中のアルコール濃度といった排気温度と相関を有するパラメータに基づいて、リッチ運転領域の拡大を判定してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０  内燃機関
１２  吸気管
１４  排気管
１８  ターボ過給機
１８ａ  コンプレッサ
１８ｂ  タービン
２４  インタークーラ
２６，４２  冷却管
２８  バイパス管
３６  ＬＰＬ−ＥＧＲ装置
３８  ＥＧＲ管
４０  ＥＧＲクーラ
４４  ＥＧＲバルブ
５０  ＥＣＵ
７０  インジェクタ
７２  点火装置
７４  ＶＶＴ
７６  カム切り替え機構
【図１】
2018184837.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月25日(2018.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
吸気バルブを駆動するカムプロフィールの異なる２種類の吸気カムと、排気タービンおよび吸気コンプレッサを備える過給機と、前記排気タービンの下流に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の下流を流れる排気を外部ＥＧＲガスとして前記吸気コンプレッサの上流に還流するＥＧＲ装置と、筒内の混合気に点火する点火装置と、を備えるエンジンを制御する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、
エンジントルクとエンジン回転速度とで特定される前記エンジンの運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率および目標空燃比を設定すると共に、前記吸気バルブの駆動カムを選択し、
前記目標ＥＧＲ率が所定の高ＥＧＲ率に設定される高ＥＧＲ運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記駆動カムとして第１カムを選択すると共に、前記吸気バルブの閉じ時期を、エンジン回転速度と過給圧を固定した条件下で吸入効率が最も高くなるクランク角を含む第１クランク角区間に設定し、
前記高ＥＧＲ運転領域よりも高トルク・高回転速度側の運転領域に位置し、尚且つ、前記目標ＥＧＲ率が前記所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に設定される低ＥＧＲ運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記第１カムよりも作用角およびリフト量の小さい第２カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を、前記第１クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、前記第１クランク角区間よりも吸入効率が低い第２クランク角区間に設定すると共に、前記点火装置の点火時期を、前記高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側に変更し、
前記目標空燃比がリッチに設定されるリッチ運転領域と、前記高ＥＧＲ運転領域とが重複する領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記目標ＥＧＲ率を前記所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に変更し、前記第２カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を前記第２クランク角区間に設定すると共に、前記点火時期を、前記高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側に変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
第１の発明は、上述した課題を解決するための内燃機関の制御装置である。
前記制御装置は、吸気バルブを駆動するカムプロフィールの異なる２種類の吸気カムと、排気タービンおよび吸気コンプレッサを備える過給機と、前記排気タービンの下流に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の下流を流れる排気を外部ＥＧＲガスとして前記吸気コンプレッサの上流に還流するＥＧＲ装置と、筒内の混合気に点火する点火装置と、を備えるエンジンを制御する。
前記制御装置は、エンジントルクとエンジン回転速度とで特定される前記エンジンの運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率および目標空燃比を設定すると共に、前記吸気バルブの駆動カムを選択する。
前記制御装置は、前記目標ＥＧＲ率が所定の高ＥＧＲ率に設定される高ＥＧＲ運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記駆動カムとして第１カムを選択すると共に、前記吸気バルブの閉じ時期を、エンジン回転速度と過給圧を固定した条件下で吸入効率が最も高くなるクランク角を含む第１クランク角区間に設定する。
前記制御装置は、前記高ＥＧＲ運転領域よりも高トルク・高回転速度側の運転領域に位置し、尚且つ、前記目標ＥＧＲ率が前記所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に設定される低ＥＧＲ運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記第１カムよりも作用角およびリフト量の小さい第２カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を、前記第１クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、前記第１クランク角区間よりも吸入効率が低い第２クランク角区間に設定すると共に、前記点火装置の点火時期を、前記高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側に変更する。
前記制御装置は、前記目標空燃比がリッチに設定されるリッチ運転領域と、前記高ＥＧＲ運転領域とが重複する領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記目標ＥＧＲ率を前記所定の高ＥＧＲ率よりも低い値に変更し、前記第２カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を前記第２クランク角区間に設定すると共に、前記点火時期を、前記高ＥＧＲ運転領域での点火時期に比べて進角側に変更する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、次の特徴を有する。
前記エンジンは、前記排気タービンの迂回通路に設けられるウェイストゲートバルブを更に備える。
前記制御装置は、
前記ウェイストゲートバルブの開度を前記エンジンの運転状態に関連付けた開度マップであって、前記駆動カム毎に設けられ、前記ウェイストゲートバルブの開度を全閉じする全閉じラインが規定された開度マップを備える。
前記制御装置は、前記リッチ運転領域と前記高ＥＧＲ運転領域が重複すると判定した場合は、前記リッチ運転領域の全てが前記第２カム運転領域内に収まり、尚且つ、前記第２カム用の開度マップにおける全閉じラインよりも低回転速度側に位置するように、前記カム境界を変更する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
リッチ運転領域が拡大した結果、現動作点が重複領域にあると判定されたときに、本実施の形態１の制御が行われる。図１３の実線の例では、トルクがトルクＴＱ３（＞トルクＴＱ２）まで上昇した段階で、現動作点が重複領域にあると判定されている。その結果、ＥＧＲ率が強制的に減らされる。また、駆動カムに関する境界（図１２の境界(I)，境界(II)参照）が変更されて、小カム領域が拡大する。その結果、駆動カムが大カムから小カムに切り替えられる。