(57)【要約】【課題】膨張行程又は排気行程においてできるだけ多くの量の燃焼ガスを吸気ポートに吹き戻させることによって、吸気ポートに堆積したデポジットを焼失させて除去できるようにした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る制御装置は、内燃機関の吸気ポートに堆積したデポジットを除去するデポジット除去操作を実行する。デポジット除去操作では、吸気通路に再循環されるＥＧＲガスの温度が測定或いは推定される。そして、膨張行程又は排気行程で吸気弁が開弁され、且つ、測定或いは推定されたＥＧＲガスの温度が低いほど吸気弁のリフト量を大きくするよう可変動弁機構が操作される。また、測定或いは推定されたＥＧＲガスの温度が低いほど吸気通路に再循環されるＥＧＲガスの量を大きくするように外部ＥＧＲ装置が操作される。【選択図】図１４
2018100639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張行程又は排気行程で吸気弁を開弁し、さらに、前記吸気弁のリフト量を変更できる可変動弁機構と、排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを再循環させる外部ＥＧＲ装置と、を備える内燃機関の制御装置において、
前記制御装置は、前記内燃機関の吸気ポートに堆積したデポジットを除去するデポジット除去操作を実行するように構成され、
前記デポジット除去操作は、
前記吸気通路に再循環されるＥＧＲガスの温度を測定或いは推定すること、
膨張行程又は排気行程で前記吸気弁を開弁し、且つ、測定或いは推定されたＥＧＲガスの温度が低いほど前記吸気弁のリフト量を大きくするよう前記可変動弁機構を操作すること、及び
測定或いは推定されたＥＧＲガスの温度が低いほど前記吸気通路に再循環されるＥＧＲガスの量を大きくするように前記外部ＥＧＲ装置を操作することを含む
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、前記デポジット除去操作を実行する場合、筒内ガスの空燃比がリッチ限界を超えてリッチにならないための新気量が確保されるように、測定或いは推定されたＥＧＲガスの温度に応じて、前記可変動弁機構の操作量と前記外部ＥＧＲ装置の操作量とを決定するように構成される
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】
前記制御装置は、前記デポジット除去操作を実行する場合、前記吸気弁から前記吸気ポートに吹き戻される燃焼ガスの量が最大になるように、前記可変動弁機構の操作量と前記外部ＥＧＲ装置の操作量とを決定するように構成される
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。
【請求項４】
前記制御装置は、燃焼終了時の筒内温度がデポジットを焼失させて除去できる所定温度以上であることが推定された場合、前記デポジット除去操作を実行するように構成される
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記デポジット除去操作を実行する場合、前記吸気弁の開弁時期が燃焼終了時期になるように前記可変動弁機構を操作するように構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、ディーゼル型内燃機関である
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項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】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、吸気ポートに堆積したデポジットを除去するデポジット除去操作を実行する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−２４５０７７号公報には、吸気ポートに堆積したデポジットを除去するための内燃機関の運転方法が記載されている。この公報に記載された方法は、デポジットの除去を行う気筒に対して、燃料噴射量を最小噴射量に設定するとともに、吸気弁の開期間と排気弁の開期間とのオーバーラップを拡大させるというものである。これによれば、対象気筒を実質的に休止させた状態で筒内から吸気ポートに燃焼ガスを吹き戻させ、燃焼ガスによってデポジットを焼失させることができる。
【０００３】
しかし、燃焼の終了後、筒内の燃焼ガスの温度はどんどん低下していく。このため、バルブオーバラップを利用する方法では、高い温度の燃焼ガスを吸気ポートに吹き戻すことができない。特に、ガソリンエンジンに比較して燃焼温度が低いディーゼルエンジンの場合、バルブオーバラップによる燃焼ガスの吹き戻しでは、燃焼ガスの温度不足によってデポジットを十分に焼失できないおそれがある。
【０００４】
そこで、検討されていることが、膨張行程から排気行程の期間で吸気弁を再び開くことによって、より高温の燃焼ガスを吸気ポートに吹き戻させる方法である。膨張行程から排気行程の期間で吸気弁を開くことと、そのための機構については、特開２０１６−０２３５８９号公報に記載されている。ただし、この公報に記載されている技術は、吸気ポートに堆積したデポジットを焼失させることを目的としたものではない。デポジットを焼失させるのであれば、吸気ポートに吹き戻させる燃焼ガスの量はできるだけ多くしたい。ところが、この公報に記載されている技術は、三元触媒を利用しているため、当量比が１になるように吸気ポートに吹き戻させる燃焼ガスの量、すなわち、内部ＥＧＲガス量が調整されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−０２３５８９号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、膨張行程又は排気行程においてできるだけ多くの量の燃焼ガスを吸気ポートに吹き戻させることによって、吸気ポートに堆積したデポジットを焼失させて除去できるようにした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】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、膨張行程又は排気行程で吸気弁を開弁し、さらに、吸気弁のリフト量を変更できる可変動弁機構と、排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを再循環させる外部ＥＧＲ装置と、を備える内燃機関の制御のための制御装置である。上記目的を達成するため、本制御装置は、内燃機関の吸気ポートに堆積したデポジットを除去するデポジット除去操作を実行するように構成される。デポジット除去操作は、吸気通路に再循環されるＥＧＲガスの温度を測定或いは推定すること、膨張行程又は排気行程で吸気弁を開弁し、且つ、測定或いは推定されたＥＧＲガスの温度が低いほど吸気弁のリフト量を大きくするよう可変動弁機構を操作すること、及び、測定或いは推定されたＥＧＲガスの温度が低いほど吸気通路に再循環されるＥＧＲガスの量を大きくするように外部ＥＧＲ装置を操作することを含む。
【０００８】
上記のデポジット除去操作によれば、吸気ポートに吹き戻される燃焼ガスの量が増え、それにより内部ＥＧＲガスの量が増大する分、外部ＥＧＲガスの量も増やされる。外部ＥＧＲガスは内部ＥＧＲガスよりも低温であるので、内部ＥＧＲガスの量に応じた量の外部ＥＧＲガスが供給されることで、内部ＥＧＲガスによる筒内温度の上昇は抑制される。さらに、上記のデポジット除去操作によれば、吸気ポートに吹き戻される燃焼ガスの量と外部ＥＧＲガスの量は外部ＥＧＲガスの温度に応じて変更されるので、筒内温度の上昇による不都合を招かない範囲において、できるだけ多くの量の燃焼ガスを吸気ポートに吹き戻させることができる。
【０００９】
本制御装置は、デポジット除去操作を実行する場合、筒内ガスの空燃比がリッチ限界を超えてリッチにならないための新気量が確保されるように、測定或いは推定されたＥＧＲガスの温度に応じて、可変動弁機構の操作量と外部ＥＧＲ装置の操作量とを決定するよう構成されてもよい。このような構成によれば、空燃比が過度にリッチ化することによるスモークの発生を抑えることができる。
【００１０】
さらに、本制御装置は、デポジット除去操作を実行する場合、吸気弁から吸気ポートに吹き戻される燃焼ガスの量が最大になるように、可変動弁機構の操作量と外部ＥＧＲ装置の操作量とを決定するように構成されてもよい。このような構成によれば、燃焼ガスの吹き戻しによって吸気ポートに堆積したデポジットを焼失させる効果を最大にすることができる。
【００１１】
また、本制御装置は、燃焼終了時の筒内温度がデポジットを除去できる所定温度以上であることが推定された場合、デポジット除去操作を実行するように構成されてもよい。このような構成によれば、効果の得られない無駄な操作をなくし、吸気ポートに堆積したデポジットを焼失させることの確実性を高めることができる。
【００１２】
さらに、本制御装置は、デポジット除去操作を実行する場合、吸気弁の開弁時期が燃焼終了時期になるように可変動弁機構を操作するように構成されてもよい。このような構成によれば、燃焼終了直後の高温の燃焼ガスを吸気ポートに吹き戻させることができ、燃焼ガスによってデポジットを焼失させる効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べたように、本制御装置によれば、筒内温度の上昇を抑えながら、吸気ポートに吹き戻される燃焼ガスの量を増やすことができるので、燃費性能や排気性能の悪化を生じさせることなく、吸気ポートに堆積したデポジットを焼失させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示す模式的な平面図である。
【図２】図１に示す内燃機関のエンジン本体の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の制御装置による吸気弁の動作を示すタイムチャートであり、図３（ａ）は、通常運転時の吸気弁の動作を示すタイムチャート、図３（ｂ）は、デポジット除去操作における吸気弁の動作を示すタイムチャートである。
【図４】外部ＥＧＲガスの温度によって内部ＥＧＲガスの最大量が決まる原理を説明する図であり、図４（ａ）は筒内温度とスモーク限界空燃比との関係を示す図、図４（ｂ）は、筒内温度と内部ＥＧＲガス量との関係を示す図である。
【図５】図４による説明を補足する図面であって、図４中の各動作点における筒内のガス量のバランスを示す図である。
【図６】図６（ａ）は、外部ＥＧＲガス温度が図４（ａ）に示す例よりも高い場合の筒内温度とスモーク限界空燃比との関係を示す図、図６（ｂ）は、その場合の筒内温度と内部ＥＧＲガス量との関係を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、外部ＥＧＲガス温度が図６（ａ）に示す例よりもさらに高い場合の筒内温度とスモーク限界空燃比との関係を示す図、図７（ｂ）は、その場合の筒内温度と内部ＥＧＲガス量との関係を示す図である。
【図８】外部ＥＧＲガス温度と導入する外部ＥＧＲガス量と導入する内部ＥＧＲガス量との関係を示す図である。
【図９】図９（ａ）は、外部ＥＧＲガス温度から導入する外部ＥＧＲガス量を決めるために用いるマップの概要を示す図、図９（ｂ）は、図９（ａ）による説明を補足する図面である。
【図１０】有効開口面積からＥＧＲ弁の開度を決めるために用いるマップの概要を示す図である。
【図１１】外部ＥＧＲガス温度とＥＧＲ弁の開度との関係を示す図である。
【図１２】導入する外部ＥＧＲガス量から導入する内部ＥＧＲガス量を決めるために用いるマップの概要を示す図である。
【図１３】外部ＥＧＲガス温度と吸気弁を２回目に開く場合の吸気弁のリフト量との関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態の制御装置により実行されるデポジット除去操作の手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
１．内燃機関の構成
図１は、本発明の実施の形態の制御装置が適用される内燃機関１の概略構成を示す模式的な図である。本実施の形態に係る内燃機関１は、ディーゼルエンジンとして構成されたエンジン本体２を備える。エンジン本体２には複数（図では４つ）のシリンダ３が設けられている。エンジン本体２には、外部から新気を吸入する吸気通路１４と、排気を外部に排出する排気通路１５とが接続されている。詳しくは、吸気通路１４には、各シリンダ３に空気を分配するための吸気マニホールド１４ａが設けられていて、吸気マニホールド１４ａがエンジン本体２に接続されている。また、排気通路１５には、各シリンダ３から排出された排気を集合させるための排気マニホールド１５ａが設けられていて、排気マニホールド１５ａがエンジン本体２に接続されている。吸気通路１４には、その上流側から下流側に向けてエアクリーナ１６、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａ、インタークーラ１７及び吸気絞り弁１８がこの順で設けられている。排気通路１５には、ターボ過給機２０のタービン２０ｂが設けられている。
【００１６】
内燃機関１は、排気通路１５から吸気通路１４へ排気の一部を再循環させる外部ＥＧＲ装置３０を備える。外部ＥＧＲ装置３０は、吸気通路１４におけるタービン２０ｂの上流と、吸気通路１４における吸気絞り弁１８の下流とを接続するＥＧＲ通路３１を備える。ＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲガスの流れの方向における上流側から下流側に向かってＥＧＲクーラ３３とＥＧＲ弁３２がこの順に配設されている。ＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲクーラ３３をバイパスするバイパス通路３４が設けられている。バイパス通路３４がＥＧＲ通路３１に合流する合流部には、バイパス通路３４とＥＧＲクーラ３３との間でＥＧＲガスの流路を切り替えるバイパス弁３５が設けられている。
【００１７】
ここで、図２は、エンジン本体２の概略構成を示す模式的な断面図である。エンジン本体２に設けられたシリンダ３の中にはピストン４が配置されている。シリンダ３の内壁面とピストン４とによって、燃焼室５が構成される。燃焼室５の頂部には、ピストン４に対向するように燃料噴射弁１０が取り付けられている。燃焼室５は、吸気ポート６によって吸気マニホールド１４ａに接続され、排気ポート７によって排気マニホールド１５ａに接続されている。吸気ポート６と燃焼室５との間の接続部には吸気弁８が設けられ、排気ポート７と燃焼室５との間の接続部には排気弁９が設けられている。吸気弁８には可変動弁機構１１が取り付けられている。可変動弁機構１１は、１サイクル中に２回吸気弁８を開くことができるように作られている。詳しくは、２回目の吸気弁８の開弁を膨張行程又は排気行程で行い、さらに、そのときの吸気弁８のリフト量を変更できるように作られている。可変動弁機構１１によって実現される吸気弁８の動作については追って詳細に説明する。なお、可変動弁機構１１の具体的な構造としては、前述の吸気弁８の動作をカムの切り替えによって実現する動弁機構でもよいし、ソレノイドによって吸気弁を駆動する電磁式の動弁機構でもよい。また、特開２００４−２４５０７７号公報に開示されている可変動弁機構をここで用いてもよい。
【００１８】
内燃機関１を制御する制御装置１００は、少なくとも１つのＣＰＵ、少なくとも１つのＲＯＭ、少なくとも１つのＲＡＭを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。ＲＯＭには、内燃機関１の制御のための各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。ＲＯＭに記憶されているプログラムがＲＡＭにロードされ、ＣＰＵで実行されることで、制御装置１００には様々な機能が実現される。なお、制御装置１００は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。
【００１９】
制御装置１００には、内燃機関１に取り付けられた各種のセンサから、内燃機関１の運転状態や運転条件に関する様々な情報が入力される。例えば、吸気マニホールド１４ａに配置された圧力センサ５２からは、吸気マニホールド１４ａ内の圧力である吸気マニホールド圧力（Ｐｉｍ）に関する情報が入力される。排気マニホールド１５ａに配置された圧力センサ５４からは、排気マニホールド１５ａ内の圧力である排気マニホールド圧力（Ｐ４）に関する情報が入力される。また、排気マニホールド１５ａに配置された温度センサ５６からは、排気マニホールド１５ａ内の温度である排気マニホールド温度（Ｔ４）に関する情報が入力される。さらに、燃焼室５の頂部に取り付けられた圧力センサ５８からは、燃焼室５内の圧力である筒内圧力（Ｐｃｙｌ）に関する情報が入力される。制御装置１００は、少なくともこれらの情報に基づいて内燃機関１の制御パラメータを決定する。
【００２０】
２．デポジット除去操作
２−１．吸気弁の２回開き操作
制御装置１００により行われる内燃機関１の操作は、吸気ポート６に堆積したデポジットを除去するデポジット除去操作を含む。デポジット除去操作は、可変動弁機構１１を操作して膨張行程或いは排気行程において吸気弁８を開くことで、燃焼室５内の高温の燃焼ガスを吸気弁８から吸気ポート６に吹き戻させ、燃焼ガスが有する熱によってデポジットを焼失させて除去する操作である。デポジット除去操作は常に行われる操作ではなく、吸気ポート６にある程度の量のデポジットが堆積したことが予測されるタイミングで実行される。例えば、デポジット除去操作は、車両の走行距離が所定距離に達する毎に行われるか、或いは、内燃機関１の運転時間が所定時間に達する毎に行われる。
【００２１】
ここで、図３（ａ）は、通常運転時の吸気弁８の動作を示すタイムチャート、図３（ｂ）は、デポジット除去操作における吸気弁８の動作を示すタイムチャートである。それぞれのタイムチャートにおいて、横軸はクランク角度、１段目の縦軸は吸気弁８と排気弁９のリフト量、２段目の縦軸は燃料噴射弁１０に対する噴射信号、３段目の縦軸は熱発生率、４段目の縦軸は筒内温度である。１段目のタイムチャートにおいて、実線は排気弁９のリフト量を示し、点線は吸気弁８のリフト量を示している。
【００２２】
図３（ｂ）に示すように、デポジット除去操作では、燃焼の終了後に吸気弁８が開かれる。筒内圧力から計算される熱発生率がゼロ或いは閾値以下になったとき、燃焼が終了したと判断される。燃焼終了後、筒内温度はクランク角度が進むに連れて低下していく。ゆえに、より高温の燃焼ガスを吸気ポート６に吹き戻すためには、吸気弁８を２回目に開く時期は、燃焼の終了時期に近いほどよい。ただし、燃焼が終了する前に吸気弁８を開くと、未燃の燃料までもが吸気ポート６に吹き戻されてしまう。このため、吸気弁８を２回目に開くタイミングは、燃焼の終了時期よりも早くなることはない。吸気弁８を開く上での最も好ましいタイミングは、燃焼が丁度終了したタイミングである。
【００２３】
２−２．内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量の決定
燃焼ガスによってデポジットを焼失させる効果は、吸気ポート６に吹き戻される燃焼ガスの量が大きいほど大きくなる。ただし、吸気ポート６に吹き戻された燃焼ガスは、次回の吸気行程において再び吸気弁８から燃焼室５に吸入されて内部ＥＧＲガスとなる。このため、吸気ポート６に吹き戻される燃焼ガスの量を単に大きくしただけでは、燃焼室５内を高温の内部ＥＧＲガスが占めることになって筒内温度が上昇してしまう。筒内温度を過度に上昇させることは、燃費性能や排気ガス性能を低下させることになるため好ましくない。
【００２４】
そこで、制御装置１００により行われるデポジット除去操作では、外部ＥＧＲガスを用いて筒内温度の上昇を抑制することが行われる。外部ＥＧＲガス、すなわち、外部ＥＧＲ装置３０によって吸気通路１４へ導入されるＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３３によって冷却されているため、内部ＥＧＲガスよりも温度が低い。よって、吸気ポート６に吹き戻される燃焼ガスの量に応じて外部ＥＧＲガスを導入すれば、内部ＥＧＲガス量の増大による筒内温度の上昇を抑えることができると考えられる。
【００２５】
ただし、導入可能な内部ＥＧＲガス量及び外部ＥＧＲガス量には限度がある。その限度はスモーク限界空燃比によって決定される。スモーク限界空燃比とは、スモークの発生を許容範囲に収めることができる空燃比のリッチ限界である。筒内ガスの空燃比がスモーク限界空燃比を超えてリッチになった場合、許容値を超えるスモークが発生するおそれがある。内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量の増大は、燃焼室５に入る新気の量を減少させる。燃料噴射量は内燃機関１に対する要求トルクによって決まるため、新気量が減少すれば、筒内ガスの空燃比はよりリッチになる。ゆえに、燃費性能や排気ガス性能を低下させることなくデポジットを焼失させる効果を最大にするためには、筒内ガスの空燃比がスモーク限界空燃比よりもリッチにならない新気量が確保される範囲において、内部ＥＧＲガス量を最大にすることが好ましい。
【００２６】
ここで、スモーク限界空燃比についてより詳細に説明する。スモーク限界空燃比は一定値ではなく、筒内温度に依存して変化する変数である。具体的には、筒内温度が低下すると、燃料噴射弁１０から燃料が噴射されてから着火までの時間、つまり、燃料と筒内ガスとが混合する予混合時間が長くなる。予混合時間が長くなれば筒内ガス中での燃料の拡散が進むため、空燃比をリッチ化してもスモークは発生しにくくなる。つまり、筒内温度が低いほどスモーク限界空燃比はよりリッチになり、筒内温度が高いほどスモーク限界空燃比はよりリーンになる。
【００２７】
筒内温度は、内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスの各量と、外部ＥＧＲガスの温度とで決まる。また、導入される内部ＥＧＲガスの最大量は、空燃比がスモーク限界空燃比のときに実現される。内部ＥＧＲガス量が決まれば、スモーク限界空燃比から外部ＥＧＲガス量も決まる。パラメータ間で成り立つこれらの関係からは、外部ＥＧＲガスの温度によって内部ＥＧＲガスの最大量が決まり、同時に、外部ＥＧＲガスの温度によって外部ＥＧＲガスの最大量も決まることが導出される。以下、外部ＥＧＲガスの温度によって内部ＥＧＲガスの最大量が決まる原理を図４−図７を用いて説明する。
【００２８】
図４（ａ）は、筒内温度とスモーク限界空燃比との関係を示す図である。図４（ａ）には、１から５までの５つの動作点が丸印で示されている。動作点１はスモーク限界空燃比上にあり、動作点１ではＥＧＲガスに占める内部ＥＧＲガスの割合が１００％である。動作点１での空燃比を維持しながら外部ＥＧＲガスの割合を増やしていくと、その割合に応じて筒内温度が低下し、動作点は動作点１から、動作点２、動作点３、動作点４の順に低温側へ移動していく。動作点４においてＥＧＲガスに占める外部ＥＧＲガスの割合を１００％にしたとき、筒内温度は最も低下する。動作点が空燃比を維持したたま低温側へ移動すれば、低温ほどスモーク限界空燃比はリッチになるため、スモーク限界空燃比に対する空燃比の余裕が生まれる。この余裕は内部ＥＧＲガスの増量に用いることができる。空燃比がスモーク限界空燃比に達するまで内部ＥＧＲガスを増量することによって、動作点は動作点４から動作点５まで移動する。高温の内部ＥＧＲガスを増量することにより、動作点４での筒内温度は動作点５での筒内温度よりも若干上昇する。図５には、図４（ａ）に示す各動作点での筒内ガス量のバランスが棒グラフで示されている。Ｅｉｎは内部ＥＧＲガス量、Ｅｏｕｔは外部ＥＧＲガス量、Ａは新気量、Ｆは燃料噴射量をそれぞれ表している。なお、各量の単位は１サイクル当たりのグラムである。
【００２９】
図４（ｂ）は、筒内温度と内部ＥＧＲガス量との関係を示す図である。上述のように、外部ＥＧＲガスを導入すれば、内部ＥＧＲガスの割合を１００％とした場合に比較してスモーク限界空燃比をリッチにすることができ、それにより生じたスモーク限界空燃比に対する余裕分だけ内部ＥＧＲガス量を増量することができる。図４（ｂ）に示す曲線は、スモーク限界空燃比に対応する内部ＥＧＲガス量を筒内温度ごとにプロットして得られた曲線である。この曲線を極大にする筒内温度が、現在の外部ＥＧＲガス温度において、内部ＥＧＲガス量を最大にすることができる筒内温度である。そして、この曲線の極大値が、現在の外部ＥＧＲガス温度において導入可能な最大の内部ＥＧＲガス量である。
【００３０】
図６（ａ）は、外部ＥＧＲガス温度が図４（ａ）に示す例よりも高い場合の筒内温度とスモーク限界空燃比との関係を示す図、図６（ｂ）は、その場合の筒内温度と内部ＥＧＲガス量との関係を示す図である。そして、図７（ａ）は、外部ＥＧＲガス温度が図６（ａ）に示す例よりもさらに高い場合の筒内温度とスモーク限界空燃比との関係を示す図、図７（ｂ）は、その場合の筒内温度と内部ＥＧＲガス量との関係を示す図である。図４（ｂ）、図６（ｂ）及び図７（ｂ）の比較から分かるように、外部ＥＧＲガス温度が高いほど、導入可能な最大の内部ＥＧＲガス量は減少し、外部ＥＧＲガス温度が低いほど、導入可能な最大の内部ＥＧＲガス量は増大する。
【００３１】
以上説明した外部ＥＧＲガス温度と内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量との関係を１つのグラフで表したものが図８である。図８に示すグラフにおいて、縦軸は外部ＥＧＲガス量、横軸は外部ＥＧＲガス温度である、グラフに示す複数の曲線は、内部ＥＧＲガス量が等しい点を結んだ等量線である。外部ＥＧＲガス温度が低い側にある等量線が示す内部ＥＧＲガス量は相対的に大きく、外部ＥＧＲガス温度が高い側にある等量線が示す内部ＥＧＲガス量は相対的に小さい。
【００３２】
また、図８に示すグラフにおいて、等間隔で斜めに引かれた複数の直線は、排気マニホールド温度（Ｔ４）が等しい点を結んだ等温度線である。排気マニホールド温度が一定の場合、外部ＥＧＲガス量が大きいほど、外部ＥＧＲガス温度は高くなる。外部ＥＧＲガス温度が低い側にある等温度線が示す排気マニホールド温度は相対的に低く、外部ＥＧＲガス温度が高い側にある等温度線が示す排気マニホールド温度は相対的に高い。
【００３３】
図８に示す複数の丸印は、各等温度線において内部ＥＧＲガス量が最も大きくなる点を示している。ゆえに、各等温度線上の丸印を結んで得られる曲線Ｃは、内部ＥＧＲガス量を最大にすることができる外部ＥＧＲガス温度と外部ＥＧＲガス量との関係を示す曲線である。この曲線Ｃで示される外部ＥＧＲガス温度と外部ＥＧＲガス量との関係、及び、外部ＥＧＲガス温度と内部ＥＧＲガス量との関係が、制御装置１００によるデポジット除去操作において利用される。
【００３４】
制御装置１００によるデポジット除去操作では、筒内ガスの空燃比がリッチ限界であるスモーク限界空燃比を超えてリッチにならないための新気量が確保されるように、外部ＥＧＲガスの温度に応じて、ＥＧＲ弁３２の開度及び吸気弁８のリフト量が決定される。また、制御装置１００によるデポジット除去操作では、吸気弁８から吸気ポートに吹き戻される燃焼ガスの量が最大になるように、ＥＧＲ弁３２の開度及び吸気弁８のリフト量が決定される。以下、デポジット除去操作におけるＥＧＲ弁３２の開度と吸気弁８のリフト量のそれぞれの決定方法について詳細に説明する。
【００３５】
２−３．ＥＧＲ弁の開度の決定
デポジット除去操作では、図９（ａ）に概要を示すマップを用いて、外部ＥＧＲガス温度から外部ＥＧＲガス量が決定される。このマップは、図８において曲線Ｃで示される外部ＥＧＲガス温度と外部ＥＧＲガス量との関係をマップ化したものである。外部ＥＧＲガス温度は、温度センサ５６により測定された排気マニホールド温度（Ｔ４）に基づいて計算される。外部ＥＧＲガス温度は、詳しくは、ＥＧＲ弁３２の出口における外部ＥＧＲガスの温度である。ただし、ＥＧＲ弁３２を通過したときの温度の変化は無視し、ＥＧＲ弁３２の入口における外部ＥＧＲガスの温度を外部ＥＧＲガス温度として用いてもよい。ＥＧＲ弁３２の入口における外部ＥＧＲガスの温度は、ＥＧＲクーラ３３の物理モデルを用いて、排気マニホールド温度及び排気マニホールド圧力に基づき計算することができる。ＥＧＲ弁３２の入口に温度センサを配置し、その温度センサによって外部ＥＧＲガスの温度を測定してもよい。
【００３６】
図９（ａ）に示す外部ＥＧＲガス温度と外部ＥＧＲガス量との関係によれば、外部ＥＧＲガス温度が低いほど、導入する外部ＥＧＲガス量は大きくされる。また、圧力センサ５２により測定される吸気マニホールド圧力（Ｐｉｍ）が高いほど、導入する外部ＥＧＲガス量は大きくされる。図９（ｂ）には、吸気マニホールド圧力（Ｐｉｍ）が高い場合の筒内ガス量のバランス（Ｈｉｇｈ）と、低い場合の筒内ガス量のバランス（Ｌｏｗ）とが棒グラフで示されている。Ｅは内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量との総量、Ａは新気量、Ｆは燃料噴射量をそれぞれ表している。吸気マニホールド圧力が高い場合は、低い場合に比較して筒内ガス量の総量は大きくなる。吸気マニホールド圧力に応じて外部ＥＧＲガス量を増減することにより、筒内ガス量の総量に係らず空燃比Ａ／Ｆを一定にすることができる。
【００３７】
外部ＥＧＲガス量が決定されたら、次に、決定した外部ＥＧＲガス量を実現するためのＥＧＲ弁３２の開度が決定される。ここで、ノズルを通過する流体には、エネルギ保存の法則によりベルヌーイの定理が成り立つ。ベルヌーイの定理によれば、ノズルの有効開口面積は例えば以下の式で表すことができる。この式において、μＡは有効開口面積、ｍはノズルを通過するガスの流量、Ｐｉｎはノズルの入口の圧力、Ｔｉｎはノズルの入口の温度、Ｐｏｕｔはノズルの出口の圧力、ａ及びｂは係数、Ｒは気体定数である。
【数１】
2018100639.tif 000003
【００３８】
上記の式はＥＧＲ弁３２にも当てはめることができる。その場合、Ｐｉｎ及びＴｉｎは、ＥＧＲクーラの物理モデルを用いて、排気マニホールド圧力（Ｐ４）及び排気マニホールド温度（Ｔ４）に基づき計算することができる。ＥＧＲ弁３２の入口に温度センサ及び圧力センサを配置し、それら温度センサ及び圧力センサによってＰｉｎ及びＴｉｎを直接測定してもよい。Ｐｏｕｔには、圧力センサ５２により測定された吸気マニホールド圧力（Ｐｉｍ）が代入される。ｍは、１サイクル当たりの質量である外部ＥＧＲガス量を、１秒当たりの質量に換算することによって得られる。
【００３９】
上記の式を用いてＥＧＲ弁３２の有効開口面積μＡが算出されたら、次に、有効開口面積μＡよりＥＧＲ弁３２の開度が計算される。ＥＧＲ弁３２の開度の計算には、図１０に概要を示すマップが用いられる。マップでは、ＥＧＲ弁３２の開度は、全閉をゼロ度とし全開を９０度とする角度で表されている。制御装置１００は、このマップを用いて決定された開度を目標開度に設定してＥＧＲ弁３２を操作する。
【００４０】
図１１は、デポジット除去操作による外部ＥＧＲガス温度とＥＧＲ弁３２の開度との関係を示す図である。この図に示すように、外部ＥＧＲガス温度が低いほどＥＧＲ弁３２の開度は大きくされる。この操作によって、外部ＥＧＲガス温度が低いほど、吸気通路１４に再循環される外部ＥＧＲガスの量を大きくすることができる。
【００４１】
２−４．吸気弁のリフト量の決定
デポジット除去操作では、図９（ａ）に示すマップを用いて得られた外部ＥＧＲガス量に基づいて、導入する内部ＥＧＲガス量が決定される。内部ＥＧＲガス量の決定には、図１２に概要を示すマップが用いられる。このマップは、図８において曲線Ｃで示される外部ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量との関係をマップ化したものである。ゆえに、このマップにより決定される内部ＥＧＲガス量は、現在の外部ＥＧＲガス温度において導入可能な最大の内部ＥＧＲガス量である。図１２に示すように、外部ＥＧＲガス量がゼロのとき、内部ＥＧＲガス量は最小量であるベース量とされる。ベース量は、内部ＥＧＲガスのみの導入で筒内ガスの空燃比がスモーク限界空燃比となる量である。図１２に示すマップによれば、導入する外部ＥＧＲガス量が大きいほど、導入する内部ＥＧＲガス量も大きくなる。
【００４２】
内部ＥＧＲガス量が決定されたら、次に、決定した内部ＥＧＲガス量を実現するための吸気弁８のリフト量が決定される。ただし、ここで決定されるリフト量は、膨張行程又は排気行程において吸気弁８が開かれるときのリフト量である。吸気弁８から吸気ポート６に吹き戻されるガスの量は、吸気弁８の有効開口面積に比例し、且つ、吸気弁８が開いた時の筒内圧力（Ｐｃｙｌ）と吸気マニホールド圧力（Ｐｉｍ）との差圧に比例する。また、吸気弁８の有効開口面積は、吸気弁８のリフト量に比例する。ゆえに、吸気弁８のリフト量は以下の式で表すことができる。この式において、ＶＬはリフト量、Ｇｅｇｒｉｎは導入する内部ＥＧＲガス量、Ｐｃｙｌは吸気弁８が開くタイミングでの筒内圧力、Ｐｉｍは吸気弁８が開くタイミングでの吸気マニホールド圧力、ｃは係数である。制御装置１００は、以下の式を用いて決定された吸気弁８のリフト量を目標リフト量に設定して可変動弁機構１１を操作する。
【数２】
2018100639.tif 000004
【００４３】
図１３は、デポジット除去操作による外部ＥＧＲガス温度と吸気弁８のリフト量との関係を示す図である。この図に示すように、外部ＥＧＲガス温度が低いほど吸気弁８のリフト量は大きくされる。この操作によって、外部ＥＧＲガス温度が低いほど、内部ＥＧＲガス量、すなわち、膨張行程又は排気行程において吸気弁８から吸気ポート６に吹き戻される高温の燃焼ガスの量を大きくすることができる。
【００４４】
２−５．デポジット除去操作の手順
図１４は、制御装置１００により実行されるデポジット除去操作の手順を示す図である。制御装置１００のＲＯＭには、図１４に示す手順に基づき作成されたプログラムが記憶されている。このプログラムがＲＡＭにロードされてＣＰＵで実行されることにより、デポジット除去操作のための機能が制御装置１００に付与される。
【００４５】
ステップＳ１では、圧力センサ５８により測定された筒内圧力に基づいて、燃焼が終了した時点における筒内平均温度（Ｔｆ）が計算される。燃焼が終了した時点とは、熱発生率がゼロ或いは閾値以下になった時点である。熱発生率は筒内圧力に基づいて計算される。また、筒内平均温度を求める他の方法として、エンジン回転速度と燃料噴射量とをパラメータとするマップを用いる方法がある。エンジン回転速度と燃料噴射量は筒内温度に関連するので、それらの関係を予め調査してマップ化しておくことにより、エンジン回転速度と燃料噴射量とから、燃焼終了時の筒内平均温度を予測することができる。続けて、ステップＳ１では、燃焼終了時の筒内平均温度がデポジットを焼失させて除去できる温度、例えば、４００℃よりも高くなっているかどうか判定される。
【００４６】
筒内平均温度が十分に高くない場合、燃焼ガスを吸気ポート６に吹き戻したとしてもデポジットを十分に焼失させることはできない。このため、筒内平均温度がデポジットを焼失させて除去できる温度の目安である４００℃以下の場合、デポジット除去操作の実行は保留される。筒内平均温度が目安温度である４００℃を超えたら、ステップＳ２からステップＳ５までの処理が行われる。
【００４７】
ステップＳ２では、前回のサイクルにおいて燃焼が終了した時点でのクランク角度θｆが、今回サイクルにおいて２回目に吸気弁８を開くクランク角度θｏとして設定される。このステップでは、膨張行程又は排気行程で吸気弁８を開いたときに吸気ポート６に吹き戻される燃焼ガスの温度を最大まで高めるため、吸気弁８の開き時期を最大限まで進角することが行われる。なお、２回目に吸気弁８が開かれるタイミングが膨張行程になるか、或いは排気行程になるかは、燃焼が終了した時点でのクランク角度θｆによって決まる。
【００４８】
ステップＳ３では、温度センサ５６により測定された排気マニホールド温度（Ｔ４）に基づいて外部ＥＧＲガス温度（Ｔｅｇｒｏｕｔ）が計算される。そして、図９（ａ）に示すマップを用いて、外部ＥＧＲガス温度（Ｔｅｇｒｏｕｔ）から外部ＥＧＲガス量（Ｇｅｇｒｏｕｔ）が決定される。また、図１２に示すマップを用いて、外部ＥＧＲガス量（Ｇｅｇｒｏｕｔ）から内部ＥＧＲガス量（Ｇｅｇｒｉｎ）が決定される。
【００４９】
ステップＳ４では、ステップＳ３で決定された外部ＥＧＲガス量（Ｇｅｇｒｏｕｔ）を実現するためのＥＧＲ弁３２の開度が計算される。そして、計算された開度を目標開度に設定してＥＧＲ弁３２が操作される。
【００５０】
ステップＳ５では、ステップＳ３で決定された内部ＥＧＲガス量（Ｇｅｇｒｉｎ）を実現するための吸気弁８のリフト量が計算される。そして、計算されたリフト量を吸気弁８の目標リフト量に設定して可変動弁機構１１が操作される。
【００５１】
以上の手順でデポジット除去操作が実行されることで、筒内温度の上昇を抑えながら、吸気ポート６に吹き戻される燃焼ガスの量を増やすことができる。このため、燃費性能や排気性能の悪化を生じさせることなく、吸気ポート６に堆積したデポジットを焼失させることができる。
【００５２】
３．その他実施の形態
上述の実施の形態に係る内燃機関はディーゼルエンジンであったが、本発明を適用可能な内燃機関はディーゼルエンジンには限定されない。例えば、本発明はガソリンエンジンにも適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  内燃機関
５  燃焼室
６  吸気ポート
８  吸気弁
１０  燃料噴射弁
１１  可変動弁機構
１４  吸気通路
１４ａ  吸気マニホールド
１５  排気通路
３０  外部ＥＧＲ装置
３２  ＥＧＲ弁
５２，５４，５８  圧力センサ
５６  温度センサ
１００  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
2018100639.tif 000006
【図３】
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【図４】
2018100639.tif 000008
【図５】
2018100639.tif 000009
【図６】
2018100639.tif 000010
【図７】
2018100639.tif 000011
【図８】
2018100639.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2018100639.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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