(57)【要約】【課題】高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを備えた内燃機関の制御装置において、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じることによって内燃機関にＥＧＲガスが過剰に供給されることを抑制し、以って未燃ＨＣの排出量が増加することを抑制しつつ、内燃機関が失火することを抑制することが可能な技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の運転状態が領域ＬＰＬまたは領域ＭＩＸから領域ＨＰＬに移行する場合において、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じる還流遅れ期間Δｔｄに亘り、排気弁の閉弁時期を通常運転時に比べてΔＶＴｅだけ遅角させて内部ＥＧＲガス量ＧＩを増加させると共に、高圧ＥＧＲガス量ＧＨを領域ＨＰＬにおける高圧側目標値ＧＨｔよりも少ない還流遅れ期間高圧側目標値ＧＨｔｄに維持する（Ｓ１０６〜Ｓ１０９）。【選択図】図７
2008208801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び該内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンよりも下流側における排気通路内の排気の一部を前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路内に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンよりも上流側における排気通路内の排気の一部を前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路内に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記低圧ＥＧＲ装置および高圧ＥＧＲ装置に指令を出し、前記低圧ＥＧＲ装置により再循環される低圧ＥＧＲガス量と前記高圧ＥＧＲ装置により再循環される高圧ＥＧＲガス量とをそれぞれの目標値である低圧側目標値と高圧側目標値とに変更させるＥＧＲガス量変更手段と、
前記内燃機関の少なくとも排気弁の閉弁時期を変更可能なバルブタイミング変更手段と、
を備え、
前記運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置のみにより又は前記低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して前記排気の再循環が行われる所定のＬＰＬ・ＭＩＸ状態から前記高圧ＥＧＲ装置のみにより前記排気の再循環が行われる所定のＨＰＬ状態に移行する場合に、前記ＥＧＲガス量変更手段が前記低圧ＥＧＲ装置に前記指令を出してから実際の低圧ＥＧＲガス量が略零に至るまでの還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間に亘り、前記バルブタイミング変更手段が前記排気弁の閉弁時期を遅角させると共に前記高圧ＥＧＲガス量が前記高圧側目標値よりも少ない所定の遅れ期間目標値に維持されることを特徴とするＥＧＲ装置付内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記遅れ期間目標値は前記還流遅れ期間に再循環される低圧ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量とに応じて決定されることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置付内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記バルブタイミング変更手段は前記内燃機関の吸気弁の開弁時期を更に変更可能であって、
前記バルブタイミング変更手段は、前記排気弁の閉弁時期を遅角させるときに前記吸気弁の開弁時期も遅角させることを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲ装置付内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記排気弁の閉弁は、前記吸気弁の開弁よりも早期または同時に行われることを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲ装置付内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記ターボチャージャは可変ノズルを有し、該可変ノズルの開度を制御することによって過給圧を変更可能であって、
前記還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間に亘り、前記可変ノズルの開度は所定の閉じ側開度に維持されることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のＥＧＲ装置付内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流側に設けられ、前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環された排気を冷却可能なインタークーラと、
前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環された排気に前記インタークーラを迂回させるバイパス通路と、
を更に備え、
前記還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間に亘り、前記インタークーラに流入する前の前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環された排気に前記バイパス通路を通過させ前記イ
ンタークーラを迂回させることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のＥＧＲ装置付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、タービンよりも下流側の排気通路内の排気の一部をコンプレッサよりも上流側の吸気通路内に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、タービンよりも上流側の排気通路内の排気の一部をコンプレッサよりも下流側の吸気通路内に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、を備えるＥＧＲ装置付内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から大気中に排出される窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）の量を低減する技術として、排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置」という。）を備えたＥＧＲ装置付内燃機関が知られている。
【０００３】
ＥＧＲ装置は、排気の一部を内燃機関の吸気系に再循環させ、燃焼室における混合気の燃焼温度を下げることによって、内燃機関におけるＮＯｘの生成量（つまり、ＮＯｘの排出量）を低減するものである。
【０００４】
近年では、過給機としてターボチャージャを備えた内燃機関において、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路内の排気の一部をターボチャージャのコンプレッサよりも下流側の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置（以下、「高圧ＥＧＲ装置」という。）に加えて、上記タービンよりも下流側の排気通路内の排気の一部を上記コンプレッサよりも上流側の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の開発も行われている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
上記のような低圧ＥＧＲ装置および高圧ＥＧＲ装置を備える内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ装置と高圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環が行われる。その結果、低圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という。）や、高圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気（以下、「高圧ＥＧＲガス」という。）が運転状態に好適な量に制御される。以下、それぞれの量を「低圧ＥＧＲガス量」、「高圧ＥＧＲガス量」と称す。また、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスを総称して「外部ＥＧＲ」とし、その量を「外部ＥＧＲガス量」と称す。
【０００６】
ところで、外部ＥＧＲガスは内燃機関から排出されてから一定の経路（すなわち、内燃機関の気筒内を起点に排気通路、ＥＧＲ通路、及び吸気通路を順次経て再び気筒内へ戻る経路。以下、この循環経路を「外部ＥＧＲ循環経路」と称す。）を流通して内燃機関に再び還流する。ここで、低圧ＥＧＲガスはタービンよりも下流側の排気通路内からコンプレッサよりも上流側の吸気通路に再循環するため、高圧ＥＧＲガスの外部ＥＧＲ循環経路（以下、「高圧ＥＧＲ循環経路」ともいう。）に比べて、低圧ＥＧＲガスの外部ＥＧＲ循環経路（以下、「低圧ＥＧＲ循環経路」ともいう。）の方が長くなる傾向がある。
【０００７】
例えば、内燃機関の運転状態が変更され、低圧ＥＧＲガス量を減少させる場合、その指令が出されてから実際の低圧ＥＧＲガス量が該目標値に達するまでに遅れが生じる（以下、この遅れを単に「低圧ＥＧＲガスの還流遅れ」ともいう。）。低圧ＥＧＲガス量を減少させる指令が出された時点において、低圧ＥＧＲ循環経路内の低圧ＥＧＲガスの一部（例えば、既に吸気通路に再循環した低圧ＥＧＲガス）は内燃機関に再循環されてしまうからである。
【０００８】
その結果、内燃機関にＥＧＲガスが過剰に供給されて内燃機関が失火する虞があった。また、低圧ＥＧＲガスの還流遅れによって混合気の燃焼温度が低下し、燃料ＨＣの排出量
が増加する等エミッションが悪化する虞があった。
【特許文献１】特開２００４−１５０３１９号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４７６０号公報
【特許文献３】特開２００５−４８７４３号公報
【特許文献４】特開２００５−５４７０８号公報
【特許文献５】特開２００５−１４６９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを備えた内燃機関の制御装置において、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じることによって内燃機関にＥＧＲガスが過剰に供給されることを抑制し、以って未燃ＨＣの排出量が増加することを抑制しつつ、内燃機関が失火することを抑制することが可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために本発明のＥＧＲ装置付内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。即ち、
内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び該内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンよりも下流側における排気通路内の排気の一部を前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路内に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンよりも上流側における排気通路内の排気の一部を前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路内に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記低圧ＥＧＲ装置および高圧ＥＧＲ装置に指令を出し、前記低圧ＥＧＲ装置により再循環される低圧ＥＧＲガス量と前記高圧ＥＧＲ装置により再循環される高圧ＥＧＲガス量とをそれぞれの目標値である低圧側目標値と高圧側目標値とに変更させるＥＧＲガス量変更手段と、
前記内燃機関の少なくとも排気弁の閉弁時期を変更可能なバルブタイミング変更手段と、
を備え、
前記運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置のみにより又は前記低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して前記排気の再循環が行われる所定のＬＰＬ・ＭＩＸ状態から前記高圧ＥＧＲ装置のみにより前記排気の再循環が行われる所定のＨＰＬ状態に移行する場合に、前記ＥＧＲガス量変更手段が低圧ＥＧＲガス量を略零に変更すべく前記低圧ＥＧＲ装置に前記指令を出してから実際の低圧ＥＧＲガス量が略零に至るまでの還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間に亘り、前記バルブタイミング変更手段が前記排気弁の閉弁時期を遅角させると共に前記高圧ＥＧＲガス量が前記高圧側目標値よりも少ない所定の遅れ期間目標値に維持されることを特徴とする。
【００１１】
上記構成の制御装置では、内燃機関の運転状態が上記のＬＰＬ・ＭＩＸ状態からＨＰＬ状態に移行する場合、低圧側目標値は略零に変更され、高圧側目標値は運転状態に応じて定められる零以外の目標値に変更される。
【００１２】
上述のように、低圧ＥＧＲ循環経路は長いため、低圧側目標値を略零に変更する際において「低圧ＥＧＲガスの還流遅れ」が生じる。その結果、ＥＧＲガス量変更手段が低圧ＥＧＲ装置に低圧ＥＧＲガス量を略零まで減少させる指令を出しても、「還流遅れ期間」に亘って実際の低圧ＥＧＲガス量は低圧側目標値よりも多くなってしまうと考えられる。ここで「実際の低圧ＥＧＲガス量」とは、実際に内燃機関に再循環される低圧ＥＧＲガスの量を意味する。
【００１３】
これに対し、本発明では、還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間に亘り、バルブタイミング変更手段に排気弁の閉弁時期を遅角させる。その結果、内燃機関の燃焼室において燃焼した既燃ガスの一部が気筒内に残留し、或いは一旦排気通路に排出された既燃ガスの一部が再び気筒内に逆流する。従って、内燃機関に内部ＥＧＲガスを供給することができる。内部ＥＧＲガスは低圧ＥＧＲガスに比べて温度が高いため、還流遅れ期間に亘り低温の低圧ＥＧＲガスが再循環されることに起因して混合気の燃焼温度が過度に低下することを抑制できる。
【００１４】
また、内部ＥＧＲガスは、外部ＥＧＲガスのように外部ＥＧＲ循環経路を流通させる必要がないため、内部ＥＧＲガスを増加させるときの応答性が非常に優れている。従って、本発明によれば、混合気の燃焼温度が低下することを迅速かつ好適に抑制できる。
【００１５】
本発明においては、排気弁の閉弁時期は内燃機関の燃焼サイクルにおける吸気行程の途中まで遅角させるようにしても良い。これにより、好適に気筒内に内部ＥＧＲガスを供給することができる。尚、本発明における内部ＥＧＲガスは、内燃機関の気筒内に残留した既燃ガスのみならず、内燃機関の排気系（例えば、排気ポート）に流出した後に再び気筒内に流入した既燃ガスを含むものである。
【００１６】
ここで、内部ＥＧＲガス量を増加させても、還流遅れ期間には低圧ＥＧＲガスの還流遅れ自体は抑制されない。内燃機関に再循環させるＥＧＲガス（外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスとの和）が要求されるよりも過剰に供給され、燃焼状態が悪化する虞がある。これに対し、本発明では、還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間に亘り、高圧ＥＧＲガス量が高圧側目標値よりも少ない所定の遅れ期間目標値に維持される。
【００１７】
「遅れ期間目標値」とは、還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間において高圧側目標値に比べて少なくなるように設定される高圧ＥＧＲガス量の目標値である。また、ここでいう「高圧側目標値」とは、内燃機関の運転状態がＬＰＬ・ＭＩＸ状態からＨＰＬ状態に変更される際の還流遅れ期間が経過し、実際の低圧ＥＧＲガス量が略零となった後の運転状態において内燃機関に要求される高圧ＥＧＲガス量の目標値を意味する。従って、本発明における高圧ＥＧＲガス量の「遅れ期間目標値」は「ＨＰＬ状態における高圧側目標値」よりも減量されていれば良く、「ＬＰＬ・ＭＩＸ状態における高圧側目標値」に対して増量されても良い。
【００１８】
上記のように、本発明では、内燃機関の運転状態に応じて決定される高圧側目標値に対して、高圧ＥＧＲガス量が上記還流遅れ期間（の全部又は一部）に亘り減量される。これにより、ＥＧＲガス量が、その運転状態において内燃機関に要求される量よりも過度に多くなってしまうことを抑制することができる。
【００１９】
また、本発明において、前記遅れ期間目標値は前記還流遅れ期間に再循環される低圧ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量とに応じて決定されても良い。高圧ＥＧＲガス量の目標値である高圧側目標値は、ＬＰＬ・ＭＩＸ状態から移行した後のＨＰＬ状態に適合するように決定される。従って、還流遅れ期間においても、高圧ＥＧＲガス量を高圧側目標値に変更するとすれば、還流遅れ期間に再循環される低圧ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量とが多いほど、ＥＧＲガス量が内燃機関に対する要求よりも過剰となる。
【００２０】
そこで、例えば、前記遅れ期間目標値は前記還流遅れ期間に再循環される低圧ＥＧＲガス量と前記内部ＥＧＲガス量との和が多いほど少なくなるように決定されても良い。また、前記高圧側目標値と前記遅れ期間目標値との差は、前記還流遅れ期間に再循環される低圧ＥＧＲガス量と前記内部ＥＧＲガス量との和と略等しくても良い。
【００２１】
これにより、内燃機関に再循環するＥＧＲガス量が要求されるよりも多くなることを精度良く抑制することができる。つまり、燃焼状態が過度に悪化することが抑制されるので、内燃機関が失火することを抑制できる。また、混合気の燃焼温度が過度に低下することが抑制される。つまり、内燃機関から排出される未燃ＨＣが過度に増加することによってエミッションが悪化することを抑制できる。
【００２２】
なお、本発明においては、バルブタイミング変更手段が内部ＥＧＲガス量を増加させる期間と高圧ＥＧＲガス量が遅れ期間目標値に維持される期間とは還流遅れ期間のうち「少なくとも一部の期間」であれば良く、還流遅れ期間の全期間であっても良い。また上記のそれぞれの期間は略等しくても良いし、異なっていても良い。
【００２３】
また、本発明においては、前記バルブタイミング変更手段は前記内燃機関の吸気弁の開弁時期を更に変更可能であっても良い。そして、前記バルブタイミング変更手段は、前記排気弁の閉弁時期を遅角させるときに前記吸気弁の開弁時期も遅角させても良い。
【００２４】
つまり、本発明では、バルブタイミング変更手段によって排気弁の閉弁時期だけでなく、吸気弁の開弁時期をも遅角させる制御が行われる。その結果、より多くの内部ＥＧＲガスが次回の燃焼サイクルにおいて気筒内に供給される。高温の内部ＥＧＲガスの吸気に対する割合が増加して、筒内温度が過度に低い状態で混合気が燃焼することを抑制できる。これにより、混合気の燃焼状態が悪化し、或いは未燃ＨＣの排出量が増加することを抑制できる。なお、本発明において前記バルブタイミング変更手段は、前記還流遅れ期間の全期間に亘り前記吸気弁の開弁時期を遅角させても良い。
【００２５】
また、本発明において、前記排気弁の閉弁は、前記吸気弁の開弁よりも早期または同時に行われても良い。つまり、前記バルブタイミング変更手段は前記吸気弁と前記排気弁とが共に開弁状態となるバルブオーバーラップが起こらないように前記排気弁の閉弁時期と前記吸気弁の開弁時期とを遅角させても良い。より好適に混合気の燃焼温度が低下することを抑制できる。従って、混合気の燃焼状態が悪化し、或いは未燃ＨＣの排出量が過度に増加することを抑制することが可能となる。
【００２６】
上述したように、本発明における高圧ＥＧＲガス量の「遅れ期間目標値」は「ＨＰＬ状態における高圧側目標値」よりも減量されていれば良く、「ＬＰＬ・ＭＩＸ状態における高圧側目標値」に対して増量されても良い。本発明は、低圧ＥＧＲ装置のみ、或いは低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用してＥＧＲを行うＬＰＬ・ＭＩＸ状態から高圧ＥＧＲ装置のみによりＥＧＲを行うＨＰＬ状態への移行時に適用されるため、高圧ＥＧＲガス量の「遅れ期間目標値」は「ＬＰＬ・ＭＩＸ状態における高圧側目標値」に対して増量される場合が多いと考えられる。そうすると、ターボチャージャのタービンに流入する排気エネルギが減少して、過給圧が低下する場合がある。
【００２７】
そこで、本発明においては、前記ターボチャージャは可変ノズルを有し、該可変ノズルの開度を制御することによって過給圧を変更可能であって、前記還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間に亘り、前記可変ノズルの開度は所定の閉じ側開度に維持されても良い。「所定の閉じ側開度」とは、還流遅れ期間の全部又は一部の期間に亘り維持される可変ノズルの開度の目標値である。
【００２８】
通常、可変ノズルの開度は内燃機関の運転状態に応じて要求される過給圧を得るための開度に制御される。従って、還流遅れ期間の経過後における可変ノズルの開度は、内燃機関に要求される過給圧に応じた開度である「通常時目標開度」に変更されても良い。つまり、本発明においては、前記還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間に亘り、前記可変
ノズルの開度は前記通常時目標開度よりも小さい所定の閉じ側開度に維持されても良い。これにより、還流遅れ期間の全部又は一部の期間に亘り、高圧ＥＧＲガス量が遅れ期間目標値に維持されても、過給圧が過度に不足することを好適に抑制できる。
【００２９】
また、本発明によれば、可変ノズルの開度を所定の閉じ側開度に維持することによって、排気通路におけるタービンよりも上流側の背圧を上昇し、内燃機関の気筒内に内部ＥＧＲガスをより入り易くすることができる。つまり、バルブタイミング変更手段が内部ＥＧＲガス量をより好適に増加することが可能となる。
【００３０】
なお、本発明では、バルブタイミング変更手段が排気弁の閉弁時期を遅角させる時期と可変ノズルの開度を所定の閉じ側開度に維持する時期とを略等しくしても良い。また、「所定の閉じ側開度」や「通常時目標開度」は内燃機関の運転状態に応じて予め実験的に求めておいても良い。なお、本発明において可変ノズルの開度は、前記還流遅れ期間の全期間に亘り所定の閉じ側開度に維持されても良い。
【００３１】
また、本発明においては、前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流側に設けられ、前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環された排気（つまり、低圧ＥＧＲガス）を冷却可能なインタークーラを備える場合には、還流遅れ期間に亘って低圧ＥＧＲガスの温度が更に低下するため、内燃機関から排出される未燃ＨＣが増加する虞がある。
【００３２】
そこで、本発明では、前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環された排気に前記インタークーラを迂回させるバイパス通路を更に備えていても良い。そして、前記還流遅れ期間のうち少なくとも一部の期間に亘り、前記インタークーラに流入する前の前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環された排気に前記バイパス通路を通過させ前記インタークーラを迂回させても良い。これにより、内燃機関における混合気の温度が過度に低下することを抑制し、未燃ＨＣの排出量が増加することを抑制できる。なお、本発明においては、還流遅れ期間の全期間に亘り、インタークーラに流入する前の低圧ＥＧＲガスにインタークーラを迂回させても良い。
【００３３】
また、本発明における「還流遅れ期間」は、内燃機関が吸入する吸気量と相関関係があると考えられる。また、吸気量は機関回転数と燃料噴射量とに相関関係がある。そこで、本発明における「還流遅れ期間」は、内燃機関の運転状態に基づいて推定しても良い。
【００３４】
これにより、内燃機関の運転状態が変動しても還流遅れ期間を精度良く推定できる。そして、還流遅れ期間を精度良く推定することにより、より適切な期間に亘り、内部ＥＧＲガス量を増加させると共に、高圧ＥＧＲガス量を遅れ期間目標値に維持することができる。
【００３５】
また、「還流遅れ期間」は、低圧ＥＧＲ循環経路の容積（例えば、長さ、断面積等）にも依存する。低圧ＥＧＲ循環経路が長く、また該経路の断面積が大きいほど、内燃機関から排出された低圧ＥＧＲガスが再循環されるまでの期間が長期に及ぶからである。従って、還流遅れ期間は、低圧ＥＧＲ循環経路の容積に基づいて推定しても良い。
【００３６】
例えば、上記のように、本発明における制御装置が、低圧ＥＧＲガスにインタークーラを迂回させるバイパス通路を備える場合、低圧ＥＧＲガスにバイパス通路を通過させるか否かにより還流遅れ期間が変化する。そこで、本発明においては、低圧ＥＧＲガスにバイパス通路を通過させるか否かの状態に応じ、還流遅れ期間を推定するとより好適である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明にあっては、内燃機関の運転状態が低圧ＥＧＲ装置のみ、或いは低圧ＥＧＲ装置
及び高圧ＥＧＲ装置を併用してＥＧＲを行うＬＰＬ・ＭＩＸ状態から高圧ＥＧＲ装置のみによりＥＧＲを行うＨＰＬ状態へ移行するときに、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じることによって内燃機関にＥＧＲガスが過剰に供給されることを抑制できる。その結果、内燃機関における混合気の燃焼温度が過度に低下して未燃ＨＣの排出量が増加することを抑制しつつ、内燃機関が失火することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、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。
【実施例１】
【００３９】
本発明の第１の実施例について説明する。図１は本実施例における内燃機関と、その吸排気系及び制御系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。図２は本実施例における内燃機関の縦断面を示す概略図である。
【００４０】
＜吸気系＞
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４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内を流通する吸気の流量を調節可能な第１吸気絞り弁２１が設けられている。また、吸気通路９における第１吸気絞り弁２１よりも上流側には、吸気通路９を流れるガスを冷却するインタークーラ１４が設けられている。
【００４１】
さらに、吸気通路９におけるインタークーラ１４よりも上流側には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ２５のコンプレッサハウジング２５ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング２５ａよりも上流側には吸気通路９内を流通する吸気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１５が配置されており、該エアフローメータ１５よりも上流側にはエアクリーナ１６が設けられている。また、吸気通路９におけるエアフローメータ１５よりも下流側であって、後述する低圧ＥＧＲ通路３１と吸気通路９との接続部よりも上流側には、吸気通路９内を流通する吸気の流量を調節可能な第２吸気絞り弁２２が設けられている。
【００４２】
このように構成された内燃機関１の吸気系では、エアクリーナ１６によって吸気中の塵や埃が除去された後、吸気通路９を介してコンプレッサハウジング２５ａに流入する。コンプレッサハウジング２５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング２５ａに内装されたコンプレッサホイール２７の回転によって圧縮される。そして、圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１４にて冷却された後、必要に応じて第１吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気マニホールド８に流入する。そして、吸気マニホールド８に流入した吸気は、各吸気ポートを介して各気筒２に分配される。
【００４３】
図２に示すように、内燃機関１の各気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室１１には、吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室１１への開口部は、それぞれ吸気弁６及び排気弁７によって開閉される。吸気弁６には、該吸気弁６のバルブタイミングを制御する吸気側ＶＶＴ１２が設けられている。排気弁７には、該排気弁７のバルブタイミングを制御する排気側ＶＶＴ１３が設けられている。また、各気筒２には燃焼室１１に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。そして、各気筒２に分配された吸気は各燃料噴射弁１０から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００４４】
＜排気系＞
図１に戻ると、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５を介して各気筒２の燃焼室１１と接続されている。排気マニホールド１８にはターボチャージャ２５のタービンハウジング２５ｂが接続されている。このタービンハウジング２５ｂには排気通路１９が接続されている。また、排気通路１９の途中には排気中のＰＭを捕集するフィルタ２０が設けられており、更に下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００４５】
このように構成された内燃機関１の排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された既燃ガスが排気ポート５を介して排気マニホールド１８に排出され、次いで排気マニホールド１８からターボチャージャ２５のタービンハウジング２５ｂに流入する。タービンハウジング２５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング２５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイール２８を回転させる。その際、タービンホイール２８の回転トルクはコンプレッサハウジング２５ａのコンプレッサホイール２７に伝達される。タービンハウジング２５ｂから流出した排気は、排気通路１９を介してフィルタ２０へ流入し排気中のＰＭが捕集される。このようにＰＭが除去された排気は、マフラーを介して大気中に放出される。
【００４６】
＜ＥＧＲ装置＞
内燃機関１には、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側を通過する排気の一部を吸気通路９におけるコンプレッサハウジング２５ａよりも上流側に再循環させる低圧ＥＧＲ装置３０が設けられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側の部分と吸気通路９におけるコンプレッサハウジング２５ａよりも上流側であって且つ第２吸気絞り弁２２よりも下流側の部分とを接続する低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１内を流れる排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という。）の流量を調節可能な低圧ＥＧＲ弁３２と、低圧ＥＧＲ通路３１における低圧ＥＧＲ弁３２よりも上流側を流れる低圧ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３３とを備えている。
【００４７】
このように構成された低圧ＥＧＲ装置３０では、低圧ＥＧＲ弁３２が開弁されると、低圧ＥＧＲ通路３１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３１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２５ａ、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の燃焼室に再循環される。
【００４８】
さらに、内燃機関１には、排気マニホールド１８を通過する排気の一部を吸気マニホールド８に再循環させる高圧ＥＧＲ装置４０が設けられている。この高圧ＥＧＲ装置４０は、排気マニホールド１８と吸気マニホールド８とを接続する高圧ＥＧＲ通路４１と、高圧ＥＧＲ通路４１内を流れる排気（以下、「高圧ＥＧＲガス」という。）の流量を調節可能な高圧ＥＧＲ弁４２とを備えている。
【００４９】
このように構成された高圧ＥＧＲ装置４０では、高圧ＥＧＲ弁４２が開弁されると、高圧ＥＧＲ通路４１が導通状態となり、排気マニホールド１８内の排気の一部が高圧ＥＧＲ通路４１を経由して吸気マニホールド８に流入する。そして、吸気マニホールド８に流入した高圧ＥＧＲガスは内燃機関１の燃焼室に再循環される。
【００５０】
ここで、低圧ＥＧＲガスの量（以下、「低圧ＥＧＲガス量」という。）ＧＬは第２吸気絞り弁２２の開度を調節して吸気通路９における低圧ＥＧＲ通路３１との接続部の吸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、第２吸気絞り弁２２の開度を閉弁側に調節すると、吸気通路９と低圧ＥＧＲ通路３１との接続部に負圧が生じるため
、低圧ＥＧＲガス量ＧＬが増大する。
【００５１】
一方、高圧ＥＧＲガスの量（以下、「高圧ＥＧＲガス量」という。）ＧＨは、第１吸気絞り弁２１の開度を調節して吸気マニホールド８における高圧ＥＧＲ通路４１との接続部の吸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、第１吸気絞り弁２１の開度を閉弁側に調節すると、吸気マニホールド８と高圧ＥＧＲ通路４１との接続部に負圧が生じるため、高圧ＥＧＲ通路４１の上流側と下流側の差圧が増大して高圧ＥＧＲガス量ＧＨが増大する。
【００５２】
低圧ＥＧＲガスや高圧ＥＧＲガスには、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）等のように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が多く含まれている。低圧ＥＧＲガスや高圧ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低くなり、内燃機関１におけるＮＯｘの生成量が抑制される。
【００５３】
＜可変容量型ターボチャージャ＞
次に、本実施例におけるターボチャージャ２５について説明する。図３は、本実施例におけるターボチャージャの概略構成を示す断面図である。図４は、本実施例におけるノズルベーンの概略配置を示すタービンハウジングの側面断面図である。図３に示すように、ターボチャージャ２５は、吸気通路９の途中に配置されたコンプレッサハウジング２５ａと、排気通路１９に配置されたタービンハウジング２５ｂと、コンプレッサハウジング２５ａとタービンハウジング２５ｂとの間に設けられたセンタハウジング２５ｃとを備えている。センタハウジング２５ｃにはロータシャフト２６がその軸心を中心に回転可能な状態で支持されており、ロータシャフト２６の一端は、コンプレッサハウジング２５ａ内に配置されたコンプレッサホイール２７に取り付けられている。また、ロータシャフト２６の他端は、タービンハウジング２５ｂ内に配置されたタービンホイール２８に取り付けられている。
【００５４】
このような構成のターボチャージャ２５においては、排気が吹き付けられることによってタービンホイール２８が回転し、該タービンホイール２８が回転することによってコンプレッサホイール２７も回転する。そして、該コンプレッサホイール２７の回転によって、該コンプレッサホイール２７より下流の吸気通路９に送り込まれる吸気が過給される。
【００５５】
また、図４に示すように、タービンハウジング２５ｂ内においては、羽形状のノズルベーン２９がタービンホイール２８の円周方向に複数取り付けられる。タービンハウジング２５ｂには、ノズルベーン２９を開閉駆動させるノズルベーン用アクチュエータ２４が設けられている。ノズルベーン用アクチュエータ２４によりノズルベーン２９が開閉駆動されることによって、隣り合うノズルベーン２９間の隙間の大きさが変化し、タービンホイール２８に吹き付けられる排気の流速が変化する。その時に、タービンホイール２８及びコンプレッサホイール２７の回転速度や回転トルクが変化することにより過給圧を調整することが可能となる。本実施例においては隣り合うノズルベーン２９間の隙間が本発明における可変ノズルを構成している。
【００５６】
上記構成のターボチャージャ２５においては、ノズルベーン２９の開度（以下、「ノズルベーン開度」という。）ＶＮを制御することによって過給圧が調節される。例えば、ノズルベーン開度ＶＮを減少させるとタービンホイール２８に吹き付けられる排気の流速が増加する。その結果、タービンホイール２８及びコンプレッサホイール２７の回転速度や回転トルクが増加して過給圧が上昇する。一方、ノズルベーン開度ＶＮを増大させると、タービンホイール２８に吹き付けられる排気の流速が低下して過給圧が低下する。
【００５７】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１及び吸排気系を制御するた
めの電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）５０が併設されている。こ
のＥＣＵ５０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する。
【００５８】
また、ＥＣＵ５０には、エアフローメータ１５や、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ５１、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ５２などの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ５０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ５０には、燃料噴射弁１０、吸気側ＶＶＴ１２、排気側ＶＶＴ１３、第１吸気絞り弁２１、第２吸気絞り弁２２、ノズルベーン用アクチュエータ２４、第１ＥＧＲ弁３２、第２ＥＧＲ弁４２等が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ５０によって制御されるようになっている。
【００５９】
また、ＥＣＵ５０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。また、後述する各種ルーチンはＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。
【００６０】
＜ＥＧＲ制御＞
次に本実施例におけるＥＧＲ制御について説明する。図５は、本実施例における内燃機関１の運転状態に応じた低圧ＥＧＲ装置３０との高圧ＥＧＲ装置４０の使用領域（以下、「ＥＧＲ制御領域」という。）を例示した概略図である。図５の横軸は内燃機関１の機関回転数ＮＥを表し、縦軸は内燃機関１の燃料噴射量Ｑｆを表している。燃料噴射量Ｑｆは内燃機関１の機関負荷を代表するパラメータである。
【００６１】
図５において、領域ＨＰＬは、内燃機関１の運転状態が低負荷・低回転の領域であり、高圧ＥＧＲ装置４０のみによってＥＧＲが行われる。領域ＭＩＸ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装置４０と低圧ＥＧＲ装置３０が併用されてＥＧＲが行われる。領域ＬＰＬは、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転の領域であり、低圧ＥＧＲ装置３０によってＥＧＲが行われる。
【００６２】
このように、高圧ＥＧＲ装置４０と低圧ＥＧＲ装置３０とを切り換え、或いは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、内燃機関１におけるＮＯｘの生成量を低減することが可能になっている。本実施例においては、領域ＬＰＬ又は領域ＭＩＸであるときの運転状態が本発明における所定のＬＰＬ・ＭＩＸ状態に相当する。また、領域ＨＰＬであるときの運転状態が本発明における所定のＬＰＬ・ＭＩＸ状態に相当する。
【００６３】
本実施例では、図５のＥＧＲ制御領域マップを参照して、低圧側目標値ＧＬｔ、高圧側目標値ＧＨｔが決定される。低圧側目標値ＧＬｔおよび高圧側目標値ＧＨｔは、その運転状態において適合する低圧ＥＧＲガス量ＧＬ及び高圧ＥＧＲガス量ＧＨの目標値である。そして、ＥＣＵ５０が低圧ＥＧＲ弁３２に指令を出し、低圧ＥＧＲガス量ＧＬが低圧側目標値ＧＬｔになるように該低圧ＥＧＲ弁３２の開度（以下、「低圧ＥＧＲ開度」という。）ＤＬを制御する。同様に、ＥＣＵ５０が高圧ＥＧＲ弁４２に指令を出し、高圧ＥＧＲガス量ＧＨが高圧側目標値ＧＨｔになるように該高圧ＥＧＲ弁４２の開度（以下、「高圧ＥＧＲ開度」という。）ＤＨを制御する。
【００６４】
例えば、内燃機関１の運転状態が領域ＬＰＬのときは、高圧側目標値ＧＨｔが零となる。また、低圧側目標値ＧＬｔは運転状態に応じた目標ＥＧＲ率ＲＴｔに基づいて決定される。目標ＥＧＲ率ＲＴｔは、内燃機関１の運転状態に応じたＥＧＲ率の目標値であり、予め実験的に求めておく。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率として定められても良い。
【００６５】
また、内燃機関１の運転状態が領域ＨＰＬのときは、低圧側目標値ＧＬｔが零となる。一方、高圧側目標値ＧＨｔは、上記同様に目標ＥＧＲ率ＲＴｔに基づいて決定される。また、内燃機関１の運転状態が領域ＭＩＸのときは、高圧側目標値ＧＨｔおよび低圧側目標値ＧＬｔが共に零以外になるように、運転状態に応じて決定される。ここで、高圧側目標値ＧＨｔと低圧側目標値ＧＬｔとの比率は予め実験的に求められ、機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆとの組み合わせに基づいて決定されても良い。
【００６６】
本実施例においては低圧側目標値ＧＬｔと高圧側目標値ＧＨｔとが本発明における低圧側目標値と高圧側目標値に相当する。また、本実施例においては低圧ＥＧＲガス量ＧＬと高圧ＥＧＲガス量ＧＨとを、それぞれ低圧側目標値ＧＬｔと高圧側目標値ＧＨｔとに変更するＥＣＵ５０が本発明におけるＥＧＲガス量変更手段に相当する。
【００６７】
ここで、内燃機関１の運転状態が領域ＬＰＬまたは領域ＭＩＸから領域ＨＰＬに移行する場合には、ＥＣＵ５０が低圧側目標値ＧＬｔを零に変更する。つまり、ＥＣＵ５０からの指令により低圧ＥＧＲ開度ＤＬが全閉に変更される。しかしながら、ＥＣＵ５０から低圧ＥＧＲ弁３２に対し、低圧ＥＧＲ開度ＤＬを全閉に変更させる指令が出されてから実際の低圧ＥＧＲガス量が零になるまでに遅れが生じる。低圧ＥＧＲ開度ＤＬが全閉に変更された時点において、低圧ＥＧＲ通路３２内における低圧ＥＧＲ弁３２よりも下流側を流通する低圧ＥＧＲガスは内燃機関１に再循環されるからである。上記の「遅れ」を、「低圧ＥＧＲガスの還流遅れ」と称す。
【００６８】
その結果、内燃機関１にＥＧＲガスが過剰に供給されて内燃機関１が失火する虞があった。また、低圧ＥＧＲガスの還流遅れによって混合気の燃焼温度が低下し、燃料ＨＣの排出量が増加する等エミッションが悪化する虞があった。
【００６９】
以下、内燃機関１の運転状態が領域ＬＰＬまたは領域ＭＩＸから領域ＨＰＬに移行する際、ＥＣＵ５０から低圧ＥＧＲ弁３２に対し、低圧ＥＧＲ開度ＤＬを全閉に変更させる指令が出されてから実際の低圧ＥＧＲガス量が零になるまでの期間（以下、「還流遅れ期間」という。）Δｔｄにおいて、混合気の燃焼温度の低下を抑制しつつＥＧＲガスが過剰に再循環されることを抑制する制御について説明する。
【００７０】
＜燃焼温度低下抑制制御＞
先ず、本実施例における燃焼温度低下抑制制御について説明する。本実施例では、ＥＣＵ５０が排気側ＶＶＴ１３および吸気側ＶＶＴ１２に指令を出し、還流遅れ期間Δｔｄに亘って、排気弁７の開弁時期および吸気弁６の閉弁時期が制御される。本実施例においては、排気側ＶＶＴ１３および吸気側ＶＶＴ１２に指令を出して排気弁７の開弁時期および吸気弁６の閉弁時期を制御するＥＣＵ５０が、本発明におけるバルブタイミング変更手段に相当する。以下、図６を参照して詳しく説明する。
【００７１】
図６は、本実施例における内燃機関の排気行程および吸気行程におけるクランク角ＣＡに対する排気弁及び吸気弁のバルブリフト量ＶＬの推移を例示した図である。横軸はクランク角ＣＡを示し、縦軸はバルブリフト量ＶＬを示す。また、図中のＴＤＣ、ＢＤＣはそれぞれピストン上死点、ピストン下死点である。バルブリフト量ＶＬが零のときに排気弁７或いは吸気弁６が閉弁していることを意味する。
【００７２】
図中、実線によって還流遅れ期間Δｔｄにおける排気弁７のバルブリフト量の推移（ＶＬｅｄ）を示し、破線によって還流遅れ期間Δｔｄにおける吸気弁６のバルブリフト量の
推移（ＶＬｉｄ）を例示する。また、内燃機関１の通常運転時における排気弁７のバルブリフト量の推移（ＶＬｅｎ）を一点鎖線で、吸気弁６のバルブリフト量の推移（ＶＬｉｎ）を二点鎖線で示す。
【００７３】
ここで、「通常運転時」とは、本実施例における燃焼温度低下抑制・ＥＧＲ過剰抑制制御が実行されないとき（つまり、還流遅れ期間Δｔｄ以外の期間）の意味である。通常運転時における吸気弁６および排気弁７のバルブタイミングは、内燃機関１の運転状態に応じて最適条件（例えば、出力を可及的に高めるときの条件等）になるように設定される。
【００７４】
図中のＶＴｅｄｃは還流遅れ期間Δｔｄにおける排気弁７の閉弁時期を示す。また、ＶＴｅｎｃは通常運転時における排気弁７の閉弁時期を示す。また、ＶＴｉｄｏは還流遅れ期間Δｔｄにおける吸気弁６の開弁時期を示し、ＶＴｉｎｏは通常運転時における吸気弁６の開弁時期を示す。
【００７５】
図示のように、本実施例では、排気弁７が吸気行程途中まで開弁されるように、還流遅れ期間Δｔｄにおける排気弁７の閉弁時期（ＶＴｅｄｃ）を通常運転時（ＶＴｅｎｃ）に比べて遅角（この遅角量を図中ΔＶＴｅで示す。）させる。一方、還流遅れ期間Δｔｄにおける吸気弁６の開弁時期（ＶＴｉｄｏ）も、バルブオーバーラップが生じないように通常運転時（ＶＴｉｎｏ）に比べて遅角（この遅角量を図中ΔＶＴｉで示す。）させることとした。
【００７６】
その結果、燃焼室１１で燃焼した既燃ガスの一部が気筒２内に残留し、或いは排気マニホールド１８に一旦排出された既燃ガスの一部が再び気筒２内に逆流する。従って、内燃機関１に内部ＥＧＲガスが供給される。或いは、内部ＥＧＲガス量ＧＩが増大する。内部ＥＧＲガスは低圧ＥＧＲガスに比べて温度が高いため、還流遅れ期間Δｔｄに亘り低温の低圧ＥＧＲガスが再循環されることに起因する混合気の燃焼温度の低下が抑制される。また、本制御では、バルブオーバーラップが起こらないので、混合気の燃焼温度が低下することをより一層低減することができる。なお、図中において、還流遅れ期間Δｔｄにおける排気弁７の閉弁時期（ＶＴｅｄｃ）と還流遅れ期間Δｔｄにおける吸気弁６の開弁時期（ＶＴｉｄｏ）とが同位相（つまり、ＶＴｅｄｃとＶＴｉｄｏとにおけるクランク角度ＣＡが等しい）としているが、例えば、ＶＴｅｄｃよりもＶＴｉｄｏの方が遅角側であっても良い。
【００７７】
＜ＥＧＲ過剰抑制制御＞
本実施例における還流遅れ期間Δｔｄでは、低圧ＥＧＲガスの還流遅れに加え、上記の内部ＥＧＲガス量ＧＩを増加させるため、ＥＧＲガスが内燃機関１に要求されるよりも過剰に供給される虞がある。そこで、これを抑制するためのＥＧＲ過剰抑制制御について説明する。本実施例では、還流遅れ期間Δｔｄに亘り、高圧側目標値ＧＨｔを低減することにより高圧ＥＧＲガス量ＧＨを減量する。具体的には高圧ＥＧＲガス量ＧＨを、領域ＨＰＬにおける高圧側目標値ＧＨｔよりも少ない還流遅れ期間高圧側目標値ＧＨｔｄに維持する。本実施例においては還流遅れ期間高圧側目標値ＧＨｔｄが、本発明における所定の遅れ期間目標値に相当する。
【００７８】
ここで、上記の還流遅れ期間Δｔｄにおいて内燃機関１に再循環してしまう低圧ＥＧＲガス量を「還流遅れ低圧ＥＧＲガス量ΔＧＬｄ」、上記の内部ＥＧＲガスの増加量を「内部ＥＧＲガス増加量ΔＧＩ」と称す。本実施例における高圧ＥＧＲガス量ＧＨの低減量は、還流遅れ低圧ＥＧＲガス量ΔＧＬｄと内部ＥＧＲガス増加量ΔＧＩとの和に略等しくしても良い。これにより、内燃機関１に供給されるＥＧＲガスの総量が過剰になることが抑制される。
【００７９】
＜制御ルーチン＞
以下、本実施例における還流遅れ期間Δｔｄにおいて、混合気の燃焼温度の低下を抑制しつつＥＧＲガスが過剰に再循環することを抑制する制御について説明する。本実施例における上記制御は、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが発生する虞のあるときに実行される。本実施例では、内燃機関１の機関回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｆを検出し、これらをパラメータとして図５のＥＧＲ制御領域マップが参照され、ＥＧＲ制御領域が導出される。その結果、内燃機関１が領域ＬＰＬまたは領域ＭＩＸから領域ＨＰＬに移行する場合に、後述する制御ルーチンが実行される。なお、本実施例では、機関回転数ＮＥはクランクポジションセンサ５１によるクランク角度の検出値により求められ、燃料噴射量Ｑｆはアクセルポジションセンサ５２によるアクセル開度の検出値から求められる。
【００８０】
図７は、本実施例における内燃機関が領域ＬＰＬまたは領域ＭＩＸから領域ＨＰＬに移行するときの制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ５０内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１が領域ＬＰＬから領域ＨＰＬに移行する場合に実行される制御を例示的に説明する。
【００８１】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０が、領域ＨＰＬにおける目標ＥＧＲ率ＲＴｔに応じた高圧側目標値ＧＨｔを、機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆに基づいて演算する。そして、ステップＳ１０１の処理が終わるとステップＳ１０２に進む。
【００８２】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０が還流遅れ期間Δｔｄを演算する。還流遅れ期間Δｔｄは内燃機関１の機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆとの関数又はマップの形でＥＣＵ５０のＲＯＭに格納しておき、これらに基づいて演算される。そして、ステップＳ１０２の処理が終わるとステップＳ１０３に進む。
【００８３】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ５０が、図６に示した排気弁７の閉弁時期の遅角量ΔＶＴｅと吸気弁６の開弁時期の遅角量ΔＶＴｉを決定する。続くステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０が、還流遅れ期間Δｔｄにおける還流遅れ期間高圧側目標値ＧＨｔｄを演算する。この還流遅れ期間高圧側目標値ＧＨｔｄは、ステップＳ１０１で求められた高圧側目標値ＧＨｔに比べて少なくなるように決定される。具体的には、上述した還流遅れ低圧ＥＧＲガス量ΔＧＬｄと内部ＥＧＲガス増加量ΔＧＩとに応じて求められる。
【００８４】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０が、還流遅れ期間Δｔｄに亘り維持されるノズルベーン開度ＶＮの目標開度を決定する。この目標開度を還流遅れ期間目標ノズルベーン開度ＶＮｔｄと称す。本実施例においては、還流遅れ期間目標ノズルベーン開度ＶＮｔｄを通常運転時における通常運転時目標ノズルベーン開度ＶＮｔｎよりも閉じ側の開度になるように決定される。通常運転時目標ノズルベーン開度ＶＮｔｎとは内燃機関１に要求される過給圧を得るために最適なノズルベーン開度であり、予め実験的に求められる。本実施例においては目標開度を還流遅れ期間目標ノズルベーン開度ＶＮｔｄが本発明における所定の閉じ側開度に相当する。
【００８５】
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ５０が以下の制御を行う。低圧ＥＧＲ開度ＤＬを全閉に変更する。また、高圧ＥＧＲ開度ＤＨを還流遅れ期間目標開度ＤＨｔｄに変更する。還流遅れ期間目標開度ＤＨｔｄとは、還流遅れ期間Δｔｄに亘り維持される高圧ＥＧＲ弁４２の目標開度であり、高圧ＥＧＲガス量ＧＨがステップＳ１０３で演算された還流遅れ期間高圧側目標値ＧＨｔｄに略等しくさせるときの目標開度である。
【００８６】
また、本ステップでは、ＥＣＵ５０が排気側ＶＶＴ１３に指令を出し、排気弁７の閉弁時期を遅角量ΔＶＴｅだけ遅角させる。また、吸気側ＶＶＴ１２に指令を出し、吸気弁６の開弁時期を遅角量ΔＶＴｉだけ遅角させる。その結果、内部ＥＧＲガス量ＧＩが増加す
る。また、ＥＣＵ５０がノズルベーン用アクチュエータ２４に指令を出し、ノズルベーン開度ＶＮを還流遅れ期間目標ノズルベーン開度ＶＮｔｄに変更する。その結果、内燃機関１の背圧が上昇し、内部ＥＧＲガスが好適に内燃機関１に供給される。ステップＳ１０６の処理が終わるとステップＳ１０７に進む。
【００８７】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６の処理が終了してからの経過期間Δｔがカウントされる。続くステップＳ１０８では、経過期間Δｔが還流遅れ期間Δｔｄ以上経過したか否か判定される。本ステップで否定判定された場合には、ステップＳ１０７に戻り、引き続き経過期間Δｔがカウントされる。一方、肯定判定された場合には、ステップＳ１０９に進む。
【００８８】
ステップＳ１０９では、ＥＣＵ５０が以下の制御を行う。高圧ＥＧＲガス量ＧＨがステップＳ１０１において演算された高圧側目標値ＧＨｔになるように、高圧ＥＧＲ開度ＤＨを還流遅れ期間目標開度ＤＨｔｄから通常運転時目標開度ＤＨｔｎに変更する。また、排気側ＶＶＴ１３と吸気側ＶＶＴ１２に指令を出し、ステップ１０６で遅角させた排気弁７の閉弁時期及び吸気弁６の開弁時期を元に戻す。つまり、排気弁７の閉弁時期を遅角量ΔＶＴｅだけ進角し、吸気弁６の開弁時期を遅角量ΔＶＴｉだけ進角する。さらに、ノズルベーン開度ＶＮを還流遅れ期間目標ノズルベーン開度ＶＮｔｄから通常運転時目標ノズルベーン開度ＶＮｔｎに変更する。ステップＳ１０９の処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。
【００８９】
以上のように、本ルーチンによれば、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じても、内部ＥＧＲガス量ＧＩを増加させることにより、還流遅れ期間Δｔｄに亘り混合気の燃焼温度が低下することを抑制できる。従って、未燃ＨＣの排出量が過度に増加することを好適に抑制し、エミッションの悪化が抑制される。また、還流遅れ期間Δｔｄに亘って高圧ＥＧＲガス量ＧＨが還流遅れ期間高圧側目標値ＧＨｔｄに制御されるため、内燃機関１に供給されるＥＧＲガスの総量が過剰になることが抑制される。その結果、内燃機関１の燃焼状態が過度に悪化する虞もなく、失火が生じることを確実に抑制することができる。
【００９０】
また、本実施例では、上記ルーチンでは還流遅れ期間Δｔｄの全期間に亘って内部ＥＧＲガス量ＧＩを増加し、高圧ＥＧＲガス量ＧＨを低減し、ノズルベーン開度を減少させる制御を行っているが、少なくとも還流遅れ期間Δｔｄの一部の期間に亘り上記制御を行うようにしても良い。
【００９１】
また、本実施例では、混合気の燃焼温度の低下をより効果的に抑制するためにバルブオーバーラップが起こらないように吸気弁６の開弁時期を遅角しているが必ずしも該開弁時期を遅角する必要はない。排気弁７の閉弁時期のみを遅角させ、内部ＥＧＲガス量ＧＩを増加させることにより燃焼温度の低下を抑制する効果が得られるからである。
【実施例２】
【００９２】
次に、本発明に係るＥＧＲ装置付内燃機関の制御装置の第２の実施例について説明する。図８は、本実施例における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。実施例１と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００９３】
図示のように、吸気通路９には、インタークーラ１４の上流側の部分と下流側の部分とを連通するとともにインタークーラ１４を流通するガス（新気、低圧ＥＧＲガス等）に該インタークーラ１４を迂回させるバイパス通路１７が設けられている。さらに、吸気通路９とバイパス通路１７との連通部には該吸気通路９とバイパス通路１７の何れにガスを通過させるかを切替可能なバイパス弁１７ａが設けられている。
【００９４】
バイパス弁１７ａはＥＣＵ５０に電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ５０によって制御される。また、バイパス弁１７ａの切替位置について、低圧ＥＧＲガスにインタークーラ１４を流通させるときのバイパス弁１７ａの切替位置を「流通側位置」と称し、低圧ＥＧＲガスにインタークーラ１４を迂回させるときのバイパス弁１７ａの切替位置を「迂回側位置」と称す。
【００９５】
本実施例では、還流遅れ期間Δｔｄに亘り、バイパス弁１７ａの切替位置を迂回側位置に制御し、低圧ＥＧＲガスにインタークーラ１４を迂回させることとした。これにより、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じても、低圧ＥＧＲガスの温度が低下することを抑制し、以って混合気の燃焼温度が低下することを好適に抑制することができる。
【００９６】
本実施例のＥＧＲ装置付内燃機関の制御装置に対し、上述した燃焼温度低下抑制制御およびＥＧＲ過剰抑制制御の適用について、図７を参照して説明する。本実施例では、還流遅れ期間Δｔｄに亘り、低圧ＥＧＲガスにバイパス通路１７を流通させるため、低圧ＥＧＲガスから内燃機関１から排出されて再循環するまでの循環経路が長くなる。そこで、低圧ＥＧＲガスがインタークーラ１４を流通する場合に比べて還流遅れ期間Δｔｄが長くなる傾向がある。そこで、制御ルーチンのステップＳ１０２においては、上記循環経路の変化を考慮して還流遅れ期間Δｔｄされる。これにより、還流遅れ期間Δｔｄを精度良く求めることができる。
【００９７】
また、制御ルーチンのステップＳ１０６においては、ＥＣＵ５０がバイパス弁１７ａに指令を出し、該バイパス弁１７ａの切替位置を「迂回側位置」に変更する。また、ステップＳ１０９においては、バイパス弁１７ａの切替位置を「流通側位置」に変更する。このように、還流遅れ期間Δｔｄに亘り、内燃機関１に再循環される低圧ＥＧＲガスにインタークーラ１４を迂回させることによって、該低圧ＥＧＲガスの温度が低下することを可及的に抑制できる。従って、混合気の燃焼温度が低下することが抑制され、内燃機関１における未燃ＨＣの排出量が増加することをより好適に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】実施例１における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１における内燃機関の縦断面を示す概略図である。
【図３】実施例１におけるターボチャージャの概略構成を示す断面図である。
【図４】実施例１におけるノズルベーンの概略配置を示すタービンハウジングの側面断面図である。
【図５】実施例１における内燃機関の運転状態に応じたＥＧＲ制御領域を例示した概念図である。
【図６】実施例１における内燃機関の排気行程および吸気行程におけるクランク角ＣＡに対する排気弁及び吸気弁のバルブリフト量ＶＬの推移を例示した図である。
【図７】実施例１における内燃機関が領域ＬＰＬまたは領域ＭＩＸから領域ＨＰＬに移行するときの制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】実施例２における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９９】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
６・・・吸気弁
７・・・排気弁
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気通路
１０・・燃料噴射弁
１１・・燃焼室
１２・・吸気側ＶＶＴ
１３・・排気側ＶＶＴ
１４・・インタークーラ
１５・・エアフローメータ
１６・・エアクリーナ
１７・・バイパス通路
１７ａ・バイパス通路弁
１８・・排気マニホールド
１９・・排気通路
２０・・フィルタ
２１・・第１吸気絞り弁
２２・・第２吸気絞り弁
２４・・ノズルベーン用アクチュエータ
２５・・ターボチャージャ
２５ａ・コンプレッサハウジング
２５ｂ・タービンハウジング
２９・・ノズルベーン
３０・・低圧ＥＧＲ装置
３１・・低圧ＥＧＲ通路
３２・・低圧ＥＧＲ弁
４０・・高圧ＥＧＲ装置
４１・・高圧ＥＧＲ通路
４２・・高圧ＥＧＲ弁
５０・・ＥＣＵ
【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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【図７】
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【図８】
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