(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、定常運転状態においては内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとを最適な比率で行うことでエミッションを有効に低減することができるとともに、負荷変化時にＥＧＲが弊害を及ぼすことを確実に回避することを目的とする。【解決手段】機関負荷が増大することが予測された場合には、その直前に、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合を高めておく（時刻ｔ1からｔ2）。このようにしておくことで、機関負荷が実際に増大した場合には、吸排気弁のバルブタイミングを変更することにより、トータルＥＧＲ率を急減させることができる。このため、機関負荷増大直後に筒内の酸素が不足するのを回避することができるので、スモークの排出を有効に抑制することができる。【選択図】図４
2007303437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路を通して排気ガスを還流させる外部ＥＧＲ手段と、
前記外部ＥＧＲ通路を通さずに前記内燃機関の内部においてＥＧＲを生じさせる内部ＥＧＲ手段と、
内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率を調整する内/外比率調整手段と、
機関負荷の変化を事前に予測する負荷変化予測手段と、
前記予測される機関負荷の変化に応じて、その機関負荷変化に備えるための、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前に、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が前記目標値となるように前記内/外比率調整手段を制御する内/外比率制御手段と、
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】
機関負荷の増大が予測されている場合に、前記目標値は、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合が通常運転時に比して高くなるような値とされ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】
前記目標値設定手段は、前記予測される機関負荷の変化の度合いに応じて前記目標値を設定する手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
機関負荷の増大が予測されている場合に、前記目標値は、機関負荷増大の度合いが大きいほど、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合がより高くなるような値とされることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前おいて内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が前記目標値となるように制御する場合に、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合が高くされるほど、トータルＥＧＲ率が低下するように制御するトータルＥＧＲ率制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前おいて内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が前記目標値となるように制御する場合に、吸気弁閉弁時の筒内の酸素量または酸素濃度がその制御の前後においてほぼ一定となるように、トータルＥＧＲ率を制御する筒内酸素一定化手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前おいて内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が前記目標値となるように制御するときに、その比率を変化させる度合いが大きい場合ほど、その比率を変化させ始める時点を早くする内/外比率変化開始時期設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記負荷変化予測手段は、
車両の進行方向の道路情報を出力する道路情報出力手段と、
前記道路情報に基づいて、坂道、渋滞解消地点、および道路料金所の少なくとも一つの通過時に機関負荷の変化が生ずるものと予測する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記負荷変化予測手段は、
車両の変速機、クラッチ、およびブレーキの少なくとも一つに対する運転者の操作を検出する検出手段と、
前記検出された操作に基づいて、機関負荷の変化を予測する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記負荷変化予測手段は、車両停止時に変速機のシフト位置がニュートラルから発進段にシフトされた場合、車両停止時にクラッチペダルが踏み込まれた場合、車両停止時にブレーキペダルの踏み込みが解除された場合、加速走行中に変速機がシフトアップされた場合、および、加速走行中に変速機がシフトダウンされた場合、の少なくとも一つの場合の直後に、機関負荷が増大すると予測することを特徴とする請求項９記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記予測される機関負荷の変化が実際には生じなかった場合に、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率を通常運転時の比率に戻すように前記内/外比率調整手段を制御する内/外比率復元手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか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】
ディーゼルエンジン等の内燃機関において、外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行う技術が知られている。外部ＥＧＲとは、吸気通路と排気通路とを結ぶ外部ＥＧＲ通路を通して排気ガスの一部を吸気通路に戻し、吸気に混合させる技術である。外部ＥＧＲを行うことにより、ＮＯｘ排出量の低減などが図れる。外部ＥＧＲの量は、外部ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁や、吸気絞り弁の開度によって調整されるのが普通である。
【０００３】
車両の加速時や登坂時など、大トルクが要求される場合には、気筒内に吸入する空気量を多く確保するため、ＥＧＲ率を低下させる必要がある。しかしながら、外部ＥＧＲでは、外部ＥＧＲ通路等のＥＧＲ経路の容積が大きいため、ＥＧＲ弁や吸気絞り弁を動かしても、その後の何サイクルかの間は、ＥＧＲ経路内に残存した排気ガスが吸気に混合し続けてしまう。つまり、外部ＥＧＲの場合には、ＥＧＲ率を即座に低下させることはできない。このため、加速初期や登坂開始直後は、ＥＧＲ率が目標値よりも高くなってしまい、その結果、スモークを排出し易くなる。
【０００４】
そのようなスモークの排出を抑えるためには、加速初期や登坂開始直後の燃料噴射量を制限する必要があるが、燃料噴射量を制限すると、トルクが不足し、要求される加速感や登坂性能を満足することができない。一方、加速や登坂に備えて定常運転時のＥＧＲ率を減らすようにした場合には、ＮＯｘ排出量が増えてしまう。また、そのＮＯｘ排出量の増大を抑えるために噴射タイミングのリタードを行った場合には、燃費が悪化してしまう。
【０００５】
ところで、ＥＧＲには、前述した外部ＥＧＲのほかに、内部ＥＧＲがある。排気行程と吸気行程との間で、排気弁および吸気弁が共に開いている状態（正のバルブオーバーラップ）あるいは共に閉じている状態（負のバルブオーバーラップ）を設けることで、エンジン内部でのＥＧＲを行うことができる。この内部ＥＧＲの量は、可変バルブタイミング機構によってバルブタイミングを変化させることで、調整することができる。
【０００６】
特開２００４−２５１２０１号公報には、軽負荷域にある場合を「急加速に対する吸入新気量の急激な増大制御を行う必要がある場合」とし、そのような場合に、外部ＥＧＲを停止して内部ＥＧＲのみを行うように制御する装置が開示されている（同公報の段落００２０、００２７等参照）。外部ＥＧＲの場合と異なり、内部ＥＧＲの場合には、バルブタイミングを変更することで、ＥＧＲ量を即座に減少させることができる。上記従来の装置によれば、軽負荷域にある場合に外部ＥＧＲを停止して内部ＥＧＲのみを行っているので、急加速要求が生じた場合には、バルブタイミングを変更することによりＥＧＲ率を即座に低下させることができる。このため、定常運転時のＥＧＲ減量を回避しつつ、加速初期のスモークの排出を防止することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２５１２０１号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図１３は、ディーゼルの燃焼領域と、すす(Soot)生成領域およびＮＯｘ生成領域との関係を示す図である。図１３中、横軸は温度、縦軸は空気に対する燃料の当量比である。同図から分かるように、筒内温度が高くなるほど、ディーゼルの燃焼領域と、すす生成領域およびＮＯｘ生成領域との重なりが大きくなる。このため、スモークやＮＯｘを排出し易くなる。
【０００９】
一般に、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとを合わせたトータルのＥＧＲ率が同じでも、内部ＥＧＲの割合が多いほど、筒内温度は高くなる。これは、外部ＥＧＲの場合には、外部ＥＧＲ通路の途中に設けたＥＧＲクーラによって、還流する排気ガスの温度を低下させることができるのに対し、内部ＥＧＲの場合には、排気ガスが高温のままで還流するからである。
【００１０】
前述したように、上記従来の装置では、軽負荷域においては、加速に備えるため、常に、外部ＥＧＲを停止して内部ＥＧＲのみを行うようにしている。このため、上記従来の装置の制御によれば、軽負荷域において、同じＥＧＲ率でも、筒内温度が高くなり易い。その結果、外部ＥＧＲを用いる場合と比べて、同じＥＧＲ率を確保したとしても、スモークやＮＯｘの排出量が増え易いという問題がある。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、定常運転状態においては内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとを最適な比率で行うことでエミッションを有効に低減することができるとともに、負荷変化時にＥＧＲが弊害を及ぼすことを確実に回避することの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】
【００１２】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路を通して排気ガスを還流させる外部ＥＧＲ手段と、
前記外部ＥＧＲ通路を通さずに前記内燃機関の内部においてＥＧＲを生じさせる内部ＥＧＲ手段と、
内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率を調整する内/外比率調整手段と、
機関負荷の変化を事前に予測する負荷変化予測手段と、
前記予測される機関負荷の変化に応じて、その機関負荷変化に備えるための、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前に、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が前記目標値となるように前記内/外比率調整手段を制御する内/外比率制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第２の発明は、第１の発明において、
機関負荷の増大が予測されている場合に、前記目標値は、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合が通常運転時に比して高くなるような値とされることを特徴とする。
【００１４】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記目標値設定手段は、前記予測される機関負荷の変化の度合いに応じて前記目標値を設定する手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
機関負荷の増大が予測されている場合に、前記目標値は、機関負荷増大の度合いが大きいほど、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合がより高くなるような値とされることを特徴とする。
【００１６】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前おいて内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が前記目標値となるように制御する場合に、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合が高くされるほど、トータルＥＧＲ率が低下するように制御するトータルＥＧＲ率制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前おいて内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が前記目標値となるように制御する場合に、吸気弁閉弁時の筒内の酸素量または酸素濃度がその制御の前後においてほぼ一定となるように、トータルＥＧＲ率を制御する筒内酸素一定化手段を更に備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前おいて内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が前記目標値となるように制御するときに、その比率を変化させる度合いが大きい場合ほど、その比率を変化させ始める時点を早くする内/外比率変化開始時期設定手段を更に備えることを特徴とする。
【００１９】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記負荷変化予測手段は、
車両の進行方向の道路情報を出力する道路情報出力手段と、
前記道路情報に基づいて、坂道、渋滞解消地点、および道路料金所の少なくとも一つの通過時に機関負荷の変化が生ずるものと予測する手段と、
を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記負荷変化予測手段は、
車両の変速機、クラッチ、およびブレーキの少なくとも一つに対する運転者の操作を検出する検出手段と、
前記検出された操作に基づいて、機関負荷の変化を予測する手段と、
を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、第１０の発明は、第９の発明において、
前記負荷変化予測手段は、車両停止時に変速機のシフト位置がニュートラルから発進段にシフトされた場合、車両停止時にクラッチペダルが踏み込まれた場合、車両停止時にブレーキペダルの踏み込みが解除された場合、加速走行中に変速機がシフトアップされた場合、および、加速走行中に変速機がシフトダウンされた場合、の少なくとも一つの場合の直後に、機関負荷が増大すると予測することを特徴とする。
【００２２】
また、第１１の発明は、第１乃至第１０の発明の何れかにおいて、
前記予測される機関負荷の変化が実際には生じなかった場合に、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率を通常運転時の比率に戻すように前記内/外比率調整手段を制御する内/外比率復元手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によれば、機関負荷の変化を事前に予測することができる。そして、その予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前に、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が、その機関負荷変化に備えるための目標値となるように制御することができる。このため、第１の発明によれば、機関負荷の変化が生ずる直前までは、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量とを最適な比率で行うことで、エミッションを可能な限り低減することができる。そして、機関負荷変化が生ずる直前には、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率を、その機関負荷変化に迅速に対応可能な比率にしておくことができる。このため、機関負荷変化が実際に生じた際にＥＧＲが弊害を及ぼすこと、例えば、エミッションが悪化したり、燃料噴射量を制限しなければならなくなったりすることを回避することができる。
【００２４】
第２の発明によれば、機関負荷の増大が予測されている場合には、その機関負荷増大の直前に、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合が通常運転時に比して高くなるように、つまり外部ＥＧＲ量の割合が通常運転時に比して低くなるように、しておくことができる。このため、機関負荷が増大したとき、トータルＥＧＲ率を急減させることができるので、増量される燃料噴射量に対して筒内の酸素が不足する事態が生ずることを確実に防止することができる。よって、スモークの排出を有効に抑制することができる。また、スモーク排出回避のために機関負荷増大直後の燃料噴射量を制限する制御をしなくても済むので、要求トルクの増大に迅速に応えることができ、優れたドライバビリティが得られる。更に、機関負荷が増大する直前までは、トータルＥＧＲ量に占める外部ＥＧＲ量の割合を高く維持することができるので、筒内温度が低い状態、つまり、ＮＯｘやスモークの排出量が低い状態に維持することができる。
【００２５】
第３の発明によれば、予測される機関負荷の変化の度合いに応じて、機関負荷変化直前の内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率の目標値を設定することができる。このため、予測される機関負荷の変化の度合いに応じて、その機関負荷変化直前の内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率を最適な値にすることができる。よって、第３の発明によれば、機関負荷変化が実際に生じた際にＥＧＲが弊害を及ぼすことをより確実に回避することができる。
【００２６】
第４の発明によれば、機関負荷の増大が予測されている場合に、その負荷増大の度合いが大きいほど、負荷増大の直前におけるトータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合をより高くしておくことができる。これにより、急勾配の登坂開始または急加速開始に伴って燃料噴射量が大幅に増量されたような場合であっても、より迅速にトータルＥＧＲ率を減少させて多量の筒内酸素を確保することができるので、スモークの排出を有効に抑制することができる。
【００２７】
第５の発明によれば、予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前おいて内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が目標値となるように制御する場合に、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合が高くされるほど、トータルＥＧＲ率を低下させることができる。これにより、内部ＥＧＲの割合が高くなることによって筒内温度が上昇しても、スモーク排出量が増大することを確実に回避することができる。
【００２８】
第６の発明によれば、予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前おいて内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が目標値となるように制御する場合に、吸気弁閉弁時の筒内の酸素量または酸素濃度がその制御の前後においてほぼ一定となるように、トータルＥＧＲ率を制御することができる。これにより、内部ＥＧＲの割合を高くしても、スモーク排出量が増大することを確実に回避することができる。
【００２９】
第７の発明によれば、予測される機関負荷の変化が実際に生ずる直前おいて内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率が目標値となるように制御するときに、その比率を変化させる度合いが大きい場合ほど、その比率を変化させ始める時点を早くすることができる。これにより、上記比率を変化させる度合いが大きく、上記比率を目標値に一致させるまでに比較的長い時間を要する場合であっても、予測される機関負荷の変化が生ずる前までに、上記比率を確実に目標値に一致させることができる。また、上記比率を変化させる度合いが小さい場合には、変化開始時期を遅らせることができる。このため、機関負荷増大の直前に内部ＥＧＲの割合を高めておく時間を必要最小限とすることができる。すなわち、筒内温度が上昇してＮＯｘやスモークの排出量が増加傾向となる時間を最小限にすることができる。
【００３０】
第８の発明によれば、車両の進行方向の道路情報に基づいて、坂道、渋滞解消地点、および道路料金所の少なくとも一つの通過時に機関負荷の変化が生ずるものと予測することができる。これにより、機関負荷の変化を精度良く予測することができる。
【００３１】
第９の発明によれば、車両の変速機、クラッチ、およびブレーキの少なくとも一つに対する運転者の操作に基づいて、機関負荷の変化を予測することができる。これにより、機関負荷の変化を精度良く予測することができる。
【００３２】
第１０の発明によれば、車両停止時に変速機のシフト位置がニュートラルから発進段にシフトされた場合、車両停止時にクラッチペダルが踏み込まれた場合、車両停止時にブレーキペダルの踏み込みが解除された場合、加速走行中に変速機がシフトアップされた場合、および、加速走行中に変速機がシフトダウンされた場合、の少なくとも一つの場合の直後に、機関負荷が増大すると予測することができる。これにより、機関負荷の増大を精度良く予測することができる。
【００３３】
第１１の発明によれば、予測される機関負荷の変化が実際には生じなかった場合に、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率を通常運転時の比率に戻すことができる。これにより、機関負荷が変化するとの予測が万一外れた場合には、そのことが確認された時点で、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率を定常運転に適した最適な比率に戻すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、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。
【００３５】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼルエンジン１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図示のディーゼルエンジン１０は、直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００３６】
なお、本実施形態では、本発明をディーゼルエンジン１０の制御に適用した場合について説明するが、本発明は、ディーゼルエンジンの制御に限定されるものではなく、ガソリン機関（火花点火内燃機関）その他の各種の内燃機関の制御に適用することが可能である。
【００３７】
ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ１６によって所定の燃圧まで加圧されて、コモンレール１４内に蓄えられ、コモンレール１４から各インジェクタ１２に供給される。
【００３８】
ディーゼルエンジン１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０により枝分かれして、各気筒の排気ポート２２（図２参照）に接続されている。本実施形態のディーゼルエンジン１０は、ターボ過給機２４を備えている。排気通路１８は、ターボ過給機２４の排気タービンに接続されている。
【００３９】
排気通路１８の、ターボ過給機２４より下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化装置２６が設けられている。排気浄化装置２６としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択還元型のＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）のうちの一つ、またはこれらの組み合わせなどを用いることができる。
【００４０】
ディーゼルエンジン１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により、各気筒の吸気ポート３５（図２参照）に分配される。
【００４１】
吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。また、吸気通路２８の、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。
【００４２】
吸気通路２８の吸気マニホールド３４の近傍には、外部ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８の排気マニホールド２０近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路４０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。以下、外部ＥＧＲ通路４０を通って還流する排気ガスのことを「外部ＥＧＲガス」と称する。
【００４３】
外部ＥＧＲ通路４０の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。外部ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＥＧＲ弁４４の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量を多くすることができる。
【００４４】
また、本システムにおいて、外部ＥＧＲ量や外部ＥＧＲ率（筒内に流入するガス中に占める外部ＥＧＲガスの割合）は、ＥＧＲ弁４４の開度だけでなく、吸気絞り弁３６の開度によっても調整することができる。吸気絞り弁３６の開度を小さくして吸気を絞ると、吸気圧が小さくなるので、背圧（排気圧）との差圧が大きくなる。つまり、外部ＥＧＲ通路４０の前後の差圧が大きくなる。このため、外部ＥＧＲ量や外部ＥＧＲ率を大きくすることができる。
【００４５】
吸気通路２８の、吸気絞り弁３６の下流側には、吸気圧を検出する吸気圧センサ４６が設置されている。更に、本システムは、ディーゼルエンジン１０が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４８と、変速機のシフト位置を検出するシフト位置センサ６６と、クラッチペダルの踏み込みを検出するクラッチペダルセンサ６８と、ブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキペダルセンサ７０とを備えている。
【００４６】
そして、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。また、ＧＰＳ(Global Positioning System)を用いたナビゲーションシステム７２がＥＣＵ５０に接続されている。ＥＣＵ５０には、各センサからの信号に加えて、ナビゲーションシステム７２から出力される道路情報（地図情報）や、ナビゲーションシステム７２により車外から取得される渋滞情報（交通情報）などが供給される。ＥＣＵ５０は、それらの信号や情報に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動させることにより、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。
【００４７】
図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジン１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼルエンジン１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼルエンジン１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。このクランク角センサ６２は、ＥＣＵ５０に接続されている。クランク角センサ６２からの信号によれば、機関回転数などを検出することができる。
【００４８】
また、ディーゼルエンジン１０には、吸気弁５２のバルブタイミングを連続的に可変とする吸気可変動弁機構５４と、排気弁５６のバルブタイミングを連続的に可変とする排気可変動弁機構５８とが備えられている。これら吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８は、ＥＣＵ５０に接続されている。吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８の具体的構成は、特に限定されないが、例えば、吸気弁５２や排気弁５６を駆動するカム（図示せず）の位相を連続的に可変とする機構などの、機械的な機構を用いることができる。あるいは、任意のタイミングで開閉可能な電磁駆動弁や油圧駆動弁などを用いることもできる。
【００４９】
（バルブオーバーラップによる内部ＥＧＲ）
本実施形態のディーゼルエンジン１０では、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８により、吸気弁５２と排気弁５６との負のバルブオーバーラップの大きさを連続的に変化させることができる。図３は、負のバルブオーバーラップを説明するための図である。図３に示すように、負のバルブオーバーラップとは、排気弁５６が閉じた後、吸気弁５２が開くまでの間、吸気弁５２および排気弁５６が共に閉じている状態のことである。
【００５０】
図３中の細い曲線は、負のバルブオーバーラップを設けない場合の吸気弁５２および排気弁５６のバルブリフト線図である。この状態から、排気弁５６の閉時期を早くするとともに、吸気弁５２の開時期を遅くすることにより、負のバルブオーバーラップを生じさせることができる。図３中の太い曲線は負のバルブオーバーラップを生じさせた場合の吸気弁５２および排気弁５６のバルブリフト線図である。排気弁５６の閉時期や吸気弁５２の開時期を変える度合いによって、負のバルブオーバーラップの大きさ（期間）を変えることができる。
【００５１】
負のバルブオーバーラップを生じさせると、筒内の既燃ガスが排気ポート２２に流出しきらないうちに排気弁５６が閉じられる。排気ポート２２に排出されなかった既燃ガスは、そのまま筒内に残存するか、あるいは、吸気弁５２の開弁に伴って一旦吸気ポート３５に出た後、ピストン６４の下降によって新気と共に筒内に吸入される。負のバルブオーバーラップを生じさせた場合には、このようにして内部ＥＧＲを行うことができる。以下では、この内部ＥＧＲによって還流する排気ガスのことを「内部ＥＧＲガス」と称する。
【００５２】
負のバルブオーバーラップの大きさと、内部ＥＧＲ量あるいは内部ＥＧＲ率（筒内に流入するガス中に占める内部ＥＧＲガスの割合）とは、相関を有している。つまり、負のバルブオーバーラップを大きくするほど、内部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ率を多くすることができる。このため、本実施形態のシステムでは、負のバルブオーバーラップの大きさを調整することにより、内部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ率を制御することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、図３に示すように、負のバルブオーバーラップの大きさを変えるのに伴って排気弁５６の開時期および吸気弁５２の閉時期も変化するようにしているが、排気弁５６の開時期や吸気弁５２の閉時期を変えずに負のバルブオーバーラップの大きさを変更するようにしてもよい。また、本実施形態では、排気弁５６の閉時期と吸気弁５２の開時期との双方を変えることで負のバルブオーバーラップの大きさを変更するようにしているが、排気弁５６の閉時期と吸気弁５２の開時期との何れか一方の変更で負のバルブオーバーラップの大きさを変更するようにしてもよい。この場合には、ディーゼルエンジン１０は、吸気可変動弁機構５４と排気可変動弁機構５８との何れか一方のみを備えるものであってもよい。更に、本発明では、吸気弁５２および排気弁５６が共に開いた状態となる通常のバルブオーバーラップ（正のバルブオーバーラップ）を生じさせることで内部ＥＧＲを行い、その正のバルブオーバーラップの大きさを変更することで内部ＥＧＲ量を調節するようにしてもよい。
【００５４】
［実施の形態１の特徴］
上述したように、本実施形態のディーゼルエンジン１０では、内部ＥＧＲおよび外部ＥＧＲの双方を行うことが可能である。ＥＧＲを行うと、燃焼温度を下げることができるので、ＮＯｘの排出を抑えることができる。
【００５５】
内部ＥＧＲおよび外部ＥＧＲを行う上で、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率は、負のバルブオーバーラップの大きさ、ＥＧＲ弁４４の開度、および吸気絞り弁３６の開度、の少なくとも一つを変化させることにより、調整することが可能である。以下の説明では、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量とを合わせたトータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲ量の割合のことを「ＥＧＲの内/外比率」または単に「内/外比率」と称し、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との比率をこの内/外比率を用いて表すことにする。つまり、内/外比率がゼロである場合は、ＥＧＲの全部が外部ＥＧＲで賄われていることになり、内/外比率が１である場合は、ＥＧＲの全部が内部ＥＧＲで賄われていることになる。
【００５６】
図４は、本実施形態のシステムにおけるＥＧＲ制御の動作を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図４（Ａ）はディーゼルエンジン１０からのスモークの排出量の波形であり、図４（Ｂ）はＥＧＲの内/外比率の波形であり、図４（Ｃ）はトータルＥＧＲ率の波形であり、図４（Ｄ）はディーゼルエンジン１０の目標トルクの波形である。
【００５７】
また、図４の（Ａ）〜（Ｃ）中、破線で示す波形は、比較例のＥＧＲ制御における目標値の波形を示し、一点鎖線で示す波形は、比較例のＥＧＲ制御における現実値の波形を示し、実線で示す波形は、本実施形態のＥＧＲ制御に特徴的な波形を示す。
【００５８】
図４は、ディーゼルエンジン１０を搭載した車両が、時刻ｔ0において平地を走行しており、時刻ｔ0よりしばらく後の時刻ｔ2から登坂を開始した場合の例を示している。図４（Ｄ）に示すように、ディーゼルエンジン１０の目標トルク（機関負荷）は、平地を走行している時刻ｔ2までは比較的小さく、登坂開始に伴って時刻ｔ2から急増する。
【００５９】
（比較例のＥＧＲ制御）
以下では、本実施形態の作用・効果を分かり易く説明するため、まず、比較例のＥＧＲ制御について説明する。時刻ｔ2以前の平地走行時は、吸入空気量が比較的少なくて済むので、その分だけＥＧＲガスを入れることができる。つまり、トータルＥＧＲ率を比較的高くすることができる。一方、時刻ｔ2以降の登坂時は、多くの吸入空気量を必要とするので、ＥＧＲガスを入れる余裕が少ない。このため、トータルＥＧＲ率を低くする必要がある。
【００６０】
内部ＥＧＲおよび外部ＥＧＲを行う上では、通常は、外部ＥＧＲの割合を比較的多くすること、つまり内/外比率を比較的低くすることが好ましい。外部ＥＧＲでは還流する排気ガスをＥＧＲクーラ４２によって冷却することができるのに対し、内部ＥＧＲでは排気ガスが高温のままで還流する。このため、トータルＥＧＲ率が同じであっても、外部ＥＧＲの割合を多くする方が、筒内温度を下げることができ、ＮＯｘやスモークの排出量をより低減することができるからである（図１３参照）。
【００６１】
上記の理由から、時刻ｔ2以前の平地走行時においては、図４（Ｂ）に示すように、比較的低い内/外比率にてＥＧＲが行われている。つまり、トータルＥＧＲ量に占める外部ＥＧＲ量の割合が比較的多くされている。この状態から、時刻ｔ2において登坂が開始され、目標トルクが増大すると、吸入空気量を確保するためにトータルＥＧＲ率を低下させる要求が生ずる。この要求に応えるべく、負のバルブオーバーラップを小さくすることで内部ＥＧＲ量を減量させるとともに、ＥＧＲ弁４４を閉じる、あるいは吸気絞り弁３６を開くことで外部ＥＧＲ量を減量させる制御が実行される。
【００６２】
この場合、内部ＥＧＲ量は、負のバルブオーバーラップの縮小後、速やかに（１サイクルで）減少する。これに対し、外部ＥＧＲ量は、ＥＧＲ弁４４や吸気絞り弁３６を動かしても、すぐには減少しない。これは、外部ＥＧＲ通路４０やＥＧＲクーラ４２などの外部ＥＧＲ経路の容積が大きいため、ＥＧＲ弁４４や吸気絞り弁３６を動かした後も、何サイクルかの間は、上記外部ＥＧＲ経路内に残存した排気ガスが吸気に混合し続けてしまうからである。このため、比較例においては、時刻ｔ2以降も、外部ＥＧＲ量が徐々にしか減少しないため、トータルＥＧＲ率が緩やかにしか減少しない（図４（Ｃ）中の矢印ａ）。このため、登坂開始直後のトータルＥＧＲ率が目標値よりも高くなってしまう。その結果、登坂開始に伴う機関負荷の増大に応じて増量された燃料噴射量に比して、筒内の酸素濃度が不足するため、スモークの排出量が急増してしまう（図４（Ａ）中の矢印ｂ）。
【００６３】
（実施の形態１のＥＧＲ制御）
以下、実施の形態１のＥＧＲ制御について、上記比較例との相違点を中心に説明する。本実施形態では、上記比較例の場合のような登坂開始直後等におけるスモーク排出量の急増を防止するため、次のようなＥＧＲ制御を行うこととした。本実施形態のシステムにおいて、ナビゲーションシステム７２によれば、車両の現在位置と、車両の進行方向の道路情報とを出力可能である。その道路情報には、勾配に関する情報も含まれている。このため、ナビゲーションシステム７２から出力される情報によれば、車両が登坂開始地点に差し掛かる時刻、つまりディーゼルエンジン１０の目標トルク（機関負荷）が増大する時刻ｔ2を事前に予測することが可能である。そこで、本実施形態では、ディーゼルエンジン１０の目標トルクが将来において増大することが事前に予測された場合には、その増大が実際に生ずる直前に、ＥＧＲの内/外比率を高めておくこととした。
【００６４】
すなわち、図４（Ｂ）中の矢印ｃに示すように、目標トルクが増大することが予測される時刻ｔ2の直前の時刻ｔ1からＥＧＲの内/外比率を高めていき、時刻ｔ2において、内/外比率が十分に高い値となっているように制御することとした。このような制御によれば、登坂開始により目標トルクが増大する直前において、トータルＥＧＲ量のうちの多くが内部ＥＧＲで賄われている状態、つまり外部ＥＧＲ量の少ない状態にすることができる。このような状態にしておけば、登坂開始に伴ってトータルＥＧＲ率を急減させる要求が出された場合、負のバルブオーバーラップの大きさを縮小させることでトータルＥＧＲ量を急減させることができるので、トータルＥＧＲ率を速やかに目標値に追従させることができる（図４（Ｃ）中の矢印ｄ）。その結果、登坂開始に伴って燃料噴射量が増量されても、筒内の酸素濃度が不足することがなく、スモークの排出を有効に抑制することができる（図４（Ａ）中の矢印ｅ）。
【００６５】
また、機関負荷の増大は、登坂開始時だけでなく、車両の加速初期にも生ずる。車両が加速走行する状況としては、渋滞を抜けた直後や、高速道路等の料金所通過後などが挙げられる。ナビゲーションシステム７２によれば、渋滞の解消地点や道路料金所の通過時刻を予測することも可能である。また、車両の加速は、発進の直後にも生ずる。車両の発進は、変速機や、クラッチ、ブレーキに対する運転者の操作を検出することで、事前に予測することが可能である。そこで、本実施形態では、これらの場合にも、図４の登坂開始の場合と同様にして、機関負荷が増大する直前にＥＧＲの内/外比率を高めておく制御を行うこととした。
【００６６】
［実施の形態１における具体的処理］
図５および図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンによれば、まず、近い将来に機関負荷が増大することが予測されるか否かが判別される（ステップ１００）。具体的には、次のような場合に、機関負荷が増大すると予測される。
【００６７】
１．ナビゲーションシステム７２により、車両の進行方向に、登坂路が存在するとの情報が出力された場合。これは、図４を参照して説明した場合のように、登坂開始時における機関負荷の増大を予測するものである。
２．ナビゲーションシステム７２により、車両の進行方向に、道路渋滞の解消地点が存在するとの情報が出力された場合。これは、渋滞を抜けた直後に車両が加速することに伴う機関負荷の増大を予測するものである。
３．ナビゲーションシステム７２により、車両の進行方向に、道路料金所が存在するとの情報が出力された場合。これは、道路料金所通過直後に車両が加速することに伴う機関負荷の増大を予測するものである。
４．車両停止時において、変速機がニュートラルから発進段（１速）にシフトされたことがシフト位置センサ６６により検出された場合。この場合には、その直後に車両が発進すると予測することができる。よって、その発進の直後の加速に伴って機関負荷が増大すると予測することができる。
５．車両停止時において、クラッチペダルが踏み込まれたことがクラッチペダルセンサ６８により検出された場合。この場合には、その直後に車両が発進すると予測することができる。よって、その発進の直後の加速に伴って機関負荷が増大すると予測することができる。
６．車両停止時において、ブレーキペダルが踏み外されたことがブレーキペダルセンサ７０により検出された場合。この場合には、その直後に車両が発進すると予測することができる。よって、その発進の直後の加速に伴って機関負荷が増大すると予測することができる。
７．加速走行中において、変速機がシフトアップまたはシフトダウンされたことがシフト位置センサ６６により検出された場合。加速走行中であるか否かは、変速の前後においてアクセルペダルが踏まれていたか否かにより判別可能である。加速走行中にシフトアップまたはシフトダウンがなされた場合には、その直後に車両が再度加速すると予測することができる。よって、その加速に伴って機関負荷が増大すると予測することができる。
【００６８】
上記ステップ１００において、上記１〜７の条件の何れもが成立しない場合には、機関負荷の増大は予測されない。この場合には、上記ステップ１００の判断が繰り返し実行される。一方、上記１〜７の条件の何れかが成立する場合には、機関負荷の増大が予測される。この場合には、次に、その機関負荷の増大の直前に実現されるべき、ＥＧＲの目標内/外比率が決定される（ステップ１０２）。この目標内/外比率は、ディーゼルエンジン１０の現在の運転状態に対応する通常制御時の目標値よりも高い値に設定される（図４（Ｂ）参照）。また、後述するように、この目標内/外比率は、予測される機関負荷の変化率に応じて決定するようにしてもよい。また、上記ステップ１００においては、上記１〜７の条件以外によって機関負荷の増大を予測してもよい。
【００６９】
上述した図５に示すルーチンの処理によって、機関負荷の増大に備えるためのＥＧＲの目標内/外比率が決定されたら、次に、その目標内/外比率を実現するべく、図６に示すルーチンが実行される。図６に示すルーチンの実行は、機関負荷が増大が生ずると予測される時刻ｔ2の直前の時刻ｔ1より開始されるものとする。
【００７０】
本実施形態では、以下に説明するように、内部ＥＧＲについてはフィードフォワード制御を行い、外部ＥＧＲについてはフィードバック制御を行う。
【００７１】
図６に示すルーチンによれば、まず、目標内部ＥＧＲ率に基づいて、吸気弁５２および排気弁５６のバルブタイミングが決定される（ステップ１０４）。このステップ１０４において、目標内部ＥＧＲ率は、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて定められている目標トータルＥＧＲ率に、上記ステップ１０２で決定された目標内/外比率を乗ずることにより算出することができる。そして、内部ＥＧＲ率と負のバルブオーバーラップの大きさとは、相関を有しているため、目標内部ＥＧＲ率から負のバルブオーバーラップの大きさが定まり、更にその負のバルブオーバーラップの大きさから吸気弁５２および排気弁５６のバルブタイミングを決定することができる。
【００７２】
前述したように、目標内/外比率は通常制御時より高い値に設定されているので、上記ステップ１０４における目標内部ＥＧＲ率も通常制御時より高い値となっている。よって、上記ステップ１０４で決定されるバルブタイミングは、負のバルブオーバーラップを通常制御時よりも大きく生じさせるような値とされる。このようにして吸気弁５２および排気弁５６のバルブタイミングが決定されると、そのバルブタイミングが実現されるように、吸気可変動弁装置５４および排気可変動弁装置５８の状態が制御される。
【００７３】
上記ステップ１０４の処理に続いて、目標トータルＥＧＲ率に基づき、目標吸入空気量が決定される（ステップ１０６）。本実施形態では、吸入空気量を基礎として外部ＥＧＲがフィードバック制御される。内部ＥＧＲや外部ＥＧＲを生じさせると、それらのＥＧＲガスが空気（新気）の一部に代わってディーゼルエンジン１０の筒内に吸入される。換言すれば、内部ＥＧＲや外部ＥＧＲを生じさせると、その分だけ、筒内に吸入される空気（新気）の量が減少する。このため、吸入空気量は、トータルＥＧＲ率と相関を有している。よって、目標トータルＥＧＲ率に応じた目標吸入空気量を設定しておき、エアフローメータ３８で検出される実吸入空気量がその目標吸入空気量に一致するように外部ＥＧＲ量を調整すれば、実際のトータルＥＧＲ率を目標値に一致させることができる。
【００７４】
上記ステップ１０６の処理に続いて、ＥＧＲ弁４４および吸気絞り弁３６の開度のマップ値がそれぞれ読み込まれる（ステップ１０８）。ＥＣＵ５０は、機関回転数、機関負荷（目標トルク）、吸気圧、目標外部ＥＧＲ率等の各パラメータと、ＥＧＲ弁４４および吸気絞り弁３６の基本開度との関係を定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップを参照することにより、ＥＧＲ弁４４および吸気絞り弁３６の基本開度がそれぞれ取得される。そして、その取得された基本開度が実現されるように、ＥＧＲ弁４４および吸気絞り弁３６の開度が制御される。
【００７５】
続いて、エアフローメータ３８で検出される実吸入空気量が、上記ステップ１０６で決定された目標吸入空気量に一致しているか否かが判別される（ステップ１１０）。実吸入空気量が目標吸入空気量に一致していないと判別された場合には、次に、ＥＧＲ弁４４および吸気絞り弁３６の開度に対するフィードバック補正値がそれぞれ算出される（ステップ１１２）。これらのフィードバック補正値は、目標吸入空気量と実吸入空気量との偏差に基づき、例えばＰＩ制御、ＰＩＤ制御などによって算出することができる。
【００７６】
上記ステップ１１２の処理によってフィードバック補正値が算出されたら、次に、ＥＧＲ弁４４および吸気絞り弁３６の開度がそれらのフィードバック補正値で補正された開度となるように、ＥＧＲ弁４４および吸気絞り弁３６が制御され（ステップ１１４）、続いて、上記ステップ１１０以下の処理が再度実行される。そして、実吸入空気量が目標吸入空気量に一致したことが認められた場合には、図６に示すルーチンの処理が終了される。
【００７７】
以上説明した図５および図６に示すルーチンの処理によれば、登坂や加速などのために機関負荷が増大することを事前に予測することができる。そして、その予測される機関負荷の増大が実際に生ずる直前に、ＥＧＲの内/外比率を高めておくことができる（図４（Ｂ）中の矢印ｃ参照）。このため、機関負荷の増大が実際に生じて、トータルＥＧＲ率を急減させる要求が出された場合、負のバルブオーバーラップを縮小させることにより、トータルＥＧＲ率を速やかに（１サイクルで）目標値に追従させることができる（図４（Ｃ）中の矢印ｄ参照）。よって、機関負荷の増大に応じて多量の燃料が噴射されても、筒内の酸素濃度が不足する事態が生ずることを回避できるので、スモークの排出を有効に抑制することができる（図４（Ａ）中の矢印ｅ）。
【００７８】
また、本発明によれば、従来のように機関負荷増大直後のスモーク排出量を低減するために燃料噴射量を制限する制御を行うことを回避することができる。このため、機関負荷増大の直後から、目標トルクを満足させることができ、十分な出力を発生することができる。よって、加速感を犠牲にすることがなく、優れたドライバビリティが得られる。
【００７９】
また、機関負荷が増大する直前まで（図４中の時刻ｔ1まで）は、ＥＧＲの内/外比率を高めることをしないので、それまでの間は、外部ＥＧＲの割合が多い状態を維持することができる。前述したように、トータルＥＧＲ率が同じであっても、外部ＥＧＲの割合を多くする方が、筒内温度を下げることができるので、ＮＯｘやスモークの排出量をより低減することができる（図１３参照）。よって、本発明では、軽負荷時に内/外比率を常に高めておくような制御を行う場合に比して、ＮＯｘやスモークの排出量を更に低減することができる。
【００８０】
（負荷増大予測の判定ミス時における通常制御への復帰制御）
前述したように、本実施形態では、道路状況に関する情報や、変速機、クラッチ、およびブレーキに対する運転者の操作などに基づいて、機関負荷の増大を事前に予測して、機関負荷が増大する直前に、ＥＧＲの内/外比率を通常制御時よりも高めるように制御している。本実施形態では、機関負荷が増大するとの予測が万一外れ、予測される時期に実際には機関負荷の増大が生じなかった場合には、通常制御に復帰し、ＥＧＲの内/外比率を通常の値に戻すこととした。
【００８１】
図７は、上記の機能を実現するためにＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンによれば、上記ステップ１００でなされた予測に基づいて機関負荷が増大すると判定された時刻以降の経過時間が積算される（ステップ１１６）。すなわち、図４の場合で言えば、時刻ｔ2以降の経過時間が算出される。この経過時間の積算は、機関負荷の増大が実際に生じた場合には、その時点でリセットされるものとする。
【００８２】
続いて、上記ステップ１１６で算出された経過時間が所定値を超えたか否かが判別される。その経過時間が所定値を超えていないと判別された場合には、上記ステップ１１６に戻って経過時間の積算処理が再度行われる。一方、上記経過時間が所定値を超えたと判別された場合には、上記ステップ１００でなされた予測は外れであったものと判断できる。そこで、この場合には、負荷が増大する直前であるとの判定をリセットし（ステップ１２０）、通常制御に復帰する（ステップ１２２）。
【００８３】
以上説明した図７に示すルーチンの処理によれば、機関負荷が増大するとの予測が万一外れた場合には、そのことが確認された時点で、ＥＧＲの内/外比率が高められた状態を解除して、通常時の内/外比率に戻すことができる。これにより、トータルＥＧＲ量に占める内部ＥＧＲの割合が減少し、外部ＥＧＲの占める割合が増加するので、筒内温度を低下させることができる。よって、ＮＯｘやスモークの排出量を低減することができる。
【００８４】
（負荷変化度合いに応じた目標内/外比率の設定）
機関負荷が増大するときには、その増大の度合いが大きいほど、燃料噴射量の増量幅も大きくなる。スモークの排出を防止する上では、燃料噴射量の増量幅が大きいほど、より迅速にＥＧＲ量を減少させて筒内の空気量を急増させることが重要である。そして、内/外比率が高いほど、より迅速にＥＧＲ量を急減させて筒内空気量を急増させることが可能である。このような観点からは、予測される機関負荷増大の度合いが大きいほど、機関負荷増大直前の内/外比率を高くしておくことが望ましい。
【００８５】
機関負荷の増大が事前に予測された場合、どれだけの値まで機関負荷が増大するかは、例えば登坂の場合には、登坂路の勾配が大きいほど、高負荷まで増大するものと判断することが可能である。そこで、本実施形態では、上記ステップ１０２で目標内/外比率を設定するに際して、予測される機関負荷増大の度合いが大きいほど、目標内/外比率をより高い値に設定するようにしてもよい。
【００８６】
この場合、図８に示すようなマップを用いて、目標内/外比率を設定することができる。図８は、予測される負荷の変化率と、目標内/外比率との関係を定めたマップを示す図である。図８に示すマップでは、機関負荷が増大する度合いを「負荷の変化率」で表すこととしている。「負荷の変化率」とは、予測される機関負荷増大時の目標トルクを、予測される機関負荷増大が生ずる前の目標トルクで除した値であるものとする。
【００８７】
図８に示すマップによれば、予測される負荷の変化率が大きいほど、目標内/外比率を高い値に設定することができる。また、図８に示すマップでは、予測される機関負荷増大が生ずる前の負荷（以下、「ベース負荷」と称する）が大きいほど、図中の曲線のグラフが下側に移動して、目標内/外比率が小さい値に設定されるようになっている。比較的軽負荷の領域では、筒内温度が低くなり過ぎてＨＣが排出されることを防止するため、定常運転状態であっても、ある程度の内部ＥＧＲを行うことで、筒内温度をある程度上昇させることが好ましい。一方、筒内温度が高くなり易い比較的高負荷の領域では、なるべく内部ＥＧＲを行わずに、ＥＧＲガスを冷却することのできる外部ＥＧＲを主として行うことが好ましい。図８に示すマップによれば、このようなことも考慮に入れて、ベース負荷の大小に応じて、より適切な目標内/外比率を設定することができる。
【００８８】
（内/外比率に応じたトータルＥＧＲ率の設定）
これまで述べたように、本実施形態においては、予測される機関負荷増大の直前に、ＥＧＲの内/外比率を高めることとしている。内/外比率を高めると、前述したように筒内温度が高くなるので、スモークを排出し易い傾向になる。本発明では、ＥＧＲの内/外比率を高くしておく時間は短いので（図４の場合には時刻ｔ1からｔ2の間だけ）、この間のスモーク排出量が多少増えたとしてもそれほど問題とはならない。一方で、その程度のスモークの排出であっても、抑制することができるのであればそれに越したことはない。そこで、本実施形態では、機関負荷増大の直前に内/外比率を高める際、内/外比率を高くするほど、トータルＥＧＲ率が低下するように制御することとした（図４（Ｃ）中の矢印ｆ参照）。これにより、内/外比率を高めた際のスモークの排出を抑制することができるため、全体としてのスモーク排出量を更に低減することができる。
【００８９】
図９は、上記の制御を行う場合に用いられるマップ、つまり、内/外比率とトータルＥＧＲ率との関係を定めたマップを示す図である。図９に示すマップによれば、内/外比率が大きいほど、トータルＥＧＲ率を小さく設定することができる。予測される機関負荷増大の直前にＥＧＲの内/外比率を高める際には、その内/外比率の値に応じて、図９に示すマップで定められるトータルＥＧＲ率となるように制御することにより、上記の効果を発揮させることができる。
【００９０】
図９に示すマップにおける内/外比率とトータルＥＧＲ率との関係（傾き）は、次のようにして設定することが好ましい。図１０は、トータルＥＧＲ率を一定として内/外比率を変化させた場合の、筒内酸素量の変化を示す図である。この「筒内酸素量」とは、吸気終わり時、つまり吸気弁５２の閉弁時に筒内に存在する酸素量を言うものとする。トータルＥＧＲ率を一定として内/外比率を高くしていくと、筒内温度が上昇する分だけ、筒内に吸入される新気の量が減少していく。このため、トータルＥＧＲ率を一定として内/外比率を高めると、図１０中の太い実線で示すように、筒内酸素量は少なくなる。この、トータルＥＧＲ率一定のラインは、図１０中の複数の細い実線で示すように、トータルＥＧＲ率が低いほど図１０中の上側に移行し、トータルＥＧＲ率が高いほど図１０中の下側に移行する。
【００９１】
筒内酸素量が少なくなると、スモークを排出し易くなる。逆に言えば、筒内酸素量を一定とすることができれば、スモークの排出を回避することができる。図１０中の破線は、筒内酸素量一定のラインである。このラインと、トータルＥＧＲ率一定のライン群との交点を図中に黒丸で示す。本実施形態では、これらの黒丸で示す各交点における内/外比率およびトータルＥＧＲ率の値を読んでいくことにより、図９のようなマップを作成することが好ましい。これにより、図９に示すマップに従ってトータルＥＧＲ率を決定することで、筒内酸素量を一定に保つことができ、スモークの排出を確実に回避することができる。
【００９２】
なお、必要な筒内酸素量は、燃料噴射量が多いほど、つまり、高負荷であるほど、多くなる。よって、高負荷になるほど、図１０中の破線を上側に移行させる必要がある。このため、図９に示すように、内/外比率とトータルＥＧＲ率との関係を示すグラフは、ベース負荷が高負荷になるほど、図９中の下側に移行する。逆に、ベース負荷が軽負荷になるほど、内/外比率とトータルＥＧＲ率との関係を示すグラフは、図９中の上側に移行する。
【００９３】
図１１は、上記の機能を実現するためにＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図１１に示すルーチンは、前述した図５のルーチン中のステップ１０２においてサブルーチンとして実行されるものとする。図１１に示すルーチンによれば、まず、負荷の変化率が予測される（ステップ１２４）。前述したように、負荷の変化率は、予測される機関負荷増大時の目標トルクを、予測される機関負荷増大が生ずる前の目標トルクで除することにより、算出することができる。機関負荷増大時の目標トルクは、次のようにして予測することができる。登坂の場合には、登坂路の勾配に応じて、目標トルクを予測することができる。加速の場合には、加速の状況（発進加速か中間加速か、など）や、加速地点（渋滞解消地点か道路料金所通過後か、など）の情報などに基づいて予測することができる。また、運転者の加速の仕方（癖）を学習して、その学習された内容を反映させて目標トルクを予測するようにしてもよい。
【００９４】
続いて、上記ステップ１２４で予測された負荷の変化率と、ベース負荷とに基づいて、目標内/外比率が決定される（ステップ１２６）。具体的には、ＥＣＵ５０に記憶された図８に示すマップに従って、目標内/外比率が決定される。ここで決定された目標内/外比率は、前述した図６のルーチンのステップ１０４の処理を実行する際に利用される。
【００９５】
続いて、上記ステップ１２６で決定された目標内/外比率とベース負荷とに基づいて、トータルＥＧＲ率が決定される（ステップ１２８）。具体的には、ＥＣＵ５０に記憶された図９に示すマップに従って、トータルＥＧＲ率が決定される。図９に示すマップは、図１０に示す関係を基礎として作成されたものである。よって、図９に示すマップによれば、ＥＧＲの内/外比率が増大しても筒内酸素量が一定に保たれるように、トータルＥＧＲ率を決定することができる。ここで決定されたトータルＥＧＲ率は、前述した図６のルーチンのステップ１０６の処理を実行する際に利用される。つまり、機関負荷増大の直前にＥＧＲの内/外比率を高める制御を行う際の、目標のトータルＥＧＲ率として利用される。
【００９６】
本実施形態において、図１１に示すルーチンの処理を行うこととした場合には、次のような利点がある。第１の利点としては、予測される機関負荷増大の度合いが大きいほど、機関負荷が増大する直前の内/外比率を高い値にすることができる。このため、機関負荷が増大する時点まではＮＯｘ排出量を有効に抑制することができるとともに、機関負荷が大きな度合いで増大して燃料噴射量が大幅に増量されたときにはトータルＥＧＲ率をより迅速に低下させて筒内の酸素濃度を急増させることができる。よって、急勾配の登坂開始または急加速開始に伴って燃料噴射量が大幅に増量されるような場合であっても、スモークの排出を有効に抑制することができる。
【００９７】
第２の利点としては、機関負荷増大の直前にＥＧＲの内/外比率を高める際、目標内/外比率が高いほど、トータルＥＧＲ率を低くすることができる。このため、内/外比率の増大による筒内温度の上昇に起因してスモーク排出量が増大することを回避することができる。特に、図１１に示すルーチンの処理によれば、ＥＧＲの内/外比率が増大しても筒内酸素量が一定に保たれるようにトータルＥＧＲ率を決定することができる。このため、内/外比率が増大された際に筒内酸素量が不足することを確実に防止することができるので、スモークの排出をより確実に抑制することができる。
【００９８】
なお、上述した説明では、ＥＧＲの内/外比率の増大にかかわらず筒内酸素量が一定となるようにトータルＥＧＲ率を制御するものとして説明したが、筒内酸素量に代えて、筒内酸素濃度が一定となるように制御してもよい。
【００９９】
（内/外比率変化の開始時期の設定）
予測される機関負荷増大の直前においてＥＧＲの内/外比率を高める際には、多少の時間が必要である。つまり、図４（Ｂ）中の矢印ｃで示す箇所の傾きには、限界が存在する。この理由は、前述したように、外部ＥＧＲ経路の容積が大きいため、外部ＥＧＲ量を変化（減少）させるのに時間を要するからである。
【０１００】
よって、ＥＧＲの内/外比率を変化させる場合、その変化の度合いが大きい場合ほど、内/外比率を目標値にするまでに要する時間が長くなる。このことに鑑みると、予測される機関負荷変化の直前にＥＧＲの内/外比率を変化させる場合、その変化の度合いが大きい場合ほど、変化開始時期（図４の場合では時刻ｔ1）を早くすることが好ましい。
【０１０１】
図１２は、上記の要請を満足させるためにＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図１２に示すルーチンは、前述した図５に示すルーチンの実行後に実行されるものとする。
【０１０２】
図１２に示すルーチンによれば、まず、ＥＧＲの内/外比率の変化率が決定される（ステップ１３０）。具体的には、図５のルーチンのステップ１０２で決定された目標内/外比率を、現在の内/外比率（通常制御時の内/外比率）で除した値が、内/外比率の変化率として決定される。
【０１０３】
次いで、内/外比率の変化開始時期（図４の場合では時刻ｔ1）が決定される（ステップ１３２）。ここでは、上記ステップ１３０で決定された内/外比率の変化率に応じて、その変化率が大きい場合ほど、内/外比率の変化開始時期が早い時点に設定されるものとする。
【０１０４】
続いて、上記ステップ１３２で決定された変化開始時期が到来したか否かが判別され（ステップ１３４）、その変化開始時期が到来したと判別された場合には、内/外比率を目標値に変化させる制御、つまり図６に示すルーチンの実行が開始される（ステップ１３６）。
【０１０５】
上述した図１２に示すルーチンを実行することとした場合には、内/外比率の変化率が大きく、内/外比率を目標値に一致させるまでに比較的長い時間を要する場合であっても、予測される機関負荷の変化が生ずる前までに、内/外比率を確実に目標値に一致させることができる。
【０１０６】
また、内/外比率の変化率が小さい場合には、変化開始時期を遅らせることができる。このため、機関負荷増大の直前に内/外比率を高めておく時間（図４の場合には時刻ｔ1からｔ2まで）を必要最小限とすることができる。つまり、内/外比率の増大に起因する筒内温度の上昇によってＮＯｘやスモークの排出量が増加傾向となる時間を最小限とすることができる。
【０１０７】
以上説明した実施の形態１では、予測される機関負荷の変化が、機関負荷が増大する方向である場合について説明したが、本発明は、予測される機関負荷の変化が、機関負荷が減少する方向である場合に、その機関負荷減少の直前にそれに応じてＥＧＲの内/外比率を制御する装置にも適用することが可能である。
【０１０８】
また、上述した実施の形態１においては、外部ＥＧＲ通路４０およびＥＧＲクーラ４２が前記第１の発明における「外部ＥＧＲ手段」に、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８が前記第１の発明における「内部ＥＧＲ手段」に、吸気絞り弁３６、ＥＧＲ弁４４、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８が前記第１の発明における「内/外比率調整手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「負荷変化予測手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標値設定手段」が、図６に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１の発明における「内/外比率制御手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０９】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１２４および１２６の処理を実行することにより前記第３の発明における「目標値を設定する手段」が、上記ステップ１２８および図６に示すルーチンの処理を実行することにより前記第５の発明における「トータルＥＧＲ率制御手段」および前記第６の発明における「筒内酸素一定化制御手段」が、図１２に示すルーチンの処理を実行することにより前記第７の発明における「内/外比率変化開始時期設定手段」が、それぞれ実現されている。
【０１１０】
また、上述した実施の形態１においては、ナビゲーションシステム７２が前記第８の発明における「道路情報出力手段」に、シフト位置センサ６６、クラッチペダルセンサ６８およびブレーキペダルセンサ７０が前記第９の発明における「検出手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第８および第９の発明における「予測する手段」が、図７に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１１の発明における「内/外比率復元手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジンの一つの気筒の断面を示す図である。
【図３】負のバルブオーバーラップを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１のシステムにおけるＥＧＲ制御の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】予測される負荷の変化率と、目標内/外比率との関係を定めたマップを示す図である。
【図９】内/外比率とトータルＥＧＲ率との関係を定めたマップを示す図である。
【図１０】トータルＥＧＲ率を一定として内/外比率を変化させた場合の、筒内酸素量の変化を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１３】ディーゼルの燃焼領域と、すす(Soot)生成領域およびＮＯｘ生成領域との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  ディーゼルエンジン
１２  インジェクタ
１４  コモンレール
１８  排気通路
２０  排気マニホールド
２２  排気ポート
２４  ターボ過給機
２６  排気浄化装置
２８  吸気通路
３４  吸気マニホールド
３６  吸気絞り弁
３８  エアフローメータ
４０  外部ＥＧＲ通路
４４  ＥＧＲ弁
４６  吸気圧センサ
５０  ＥＣＵ
５２  吸気弁
５４  吸気可変動弁機構
５６  排気弁
５８  排気可変動弁機構
６２  クランク角センサ
６４  ピストン
【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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【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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