(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関に関し、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することのできる内燃機関を提供することを目的とする。【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関であって、前記複数の気筒に接続する吸気通路と、排気通路と前記吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路とを備える。また、前記吸気通路と前記外部ＥＧＲ通路との接続位置から前記複数の気筒までの各経路の容積は、各気筒の吸気行程において当該接続位置にあるガスを筒内に導入可能な容積であることとする。【選択図】図２
2012002101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒に接続する吸気通路と、
排気通路と前記吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路と、を備え、
前記吸気通路と前記外部ＥＧＲ通路との接続位置から前記複数の気筒までの各経路の容積は、各気筒の吸気行程において当該接続位置にあるガスを筒内に導入可能な容積であること、
を特徴とする内燃機関。
【請求項２】
複数の気筒に接続する吸気通路と、
排気通路と前記吸気通路とを接続し、ＥＧＲガスを当該吸気通路に導入する外部ＥＧＲ通路と、
エンジン回転数を含む機関パラメータと排気脈動の位相との関係を定めたモデルから、ＥＧＲガスを導入するときの排気脈動の位相を算出する排気脈動算出手段と、
前記排気脈動算出手段により算出された排気脈動と吸気脈動との位相差が規定値以上であるか否かを判定する位相差判定手段と、
前記位相差が前記規定値以上である場合に、前記位相差を小さくするように、エンジン回転数に応じて前記複数の気筒の排気バルブのバルブタイミングを制御する脈動制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
前記吸気通路と前記外部ＥＧＲ通路との接続位置から前記複数の気筒までの各経路の容積は、各気筒の吸気行程において当該接続位置にあるガスを筒内に導入可能な容積であること、を特徴とする請求項２記載の内燃機関。
【請求項４】
運転状態が軽負荷であるか否かを判定する軽負荷判定手段、を更に備え、
前記脈動制御手段は、前記運転状態が軽負荷である場合、かつ前記位相差が前記規定値以上である場合に、前記位相差を小さくするように、エンジン回転数に応じて前記複数の気筒の排気バルブのバルブタイミングを制御すること、
を特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関。
【請求項５】
運転状態が高負荷高回転であるか否かを判定する高負荷高回転判定手段、を更に備え、
前記脈動制御手段は、前記運転状態が高負荷高回転である場合、かつ前記位相差が前記規定値以上である場合に、前記位相差を小さくするように、エンジン回転数に応じて前記複数の気筒の排気バルブのバルブタイミングを制御すること、
を特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に係り、特に、外部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献３に開示されるように、排気通路と吸気通路とを接続し、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導入する外部ＥＧＲ通路を備えた内燃機関が知られている。また、特許文献１には、吸気脈動と排気脈動との位相をずらす制御が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６７１９８号公報
【特許文献２】特開平１１−４４２２８号公報
【特許文献３】特開２００９−４１４８８号公報
【特許文献４】特開平８−２１０２０３号公報
【特許文献５】特開２００９−１８５６１７号公報
【特許文献６】特開２００１−２２７３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８は、上記特許文献３の構成において、各気筒の吸気行程中に吸入されるガスの吸入イメージを表す図である。図８の構成では、外部ＥＧＲ通路と吸気通路とが、第４気筒（＃４）付近で接続され、この接続位置から吸気通路にＥＧＲガスが導入される。第４気筒には、この接続位置付近のガス（領域ａ）が吸入される。これに対して、第１気筒（＃１）には、上記接続位置よりも下流域のガス（領域ｂ）が吸入される。ここで、領域ａ、ｂにおけるガスのＥＧＲ率は、過渡において異なり、また搭載性の点から新気とＥＧＲガスとの混合距離を十分に確保できないため異なる。そのため、気筒間でＥＧＲ率にばらつきが生じ、エミッションの悪化が懸念される。
【０００５】
また、エンジン回転数によって、吸気脈動や排気脈動は変化する。加えて、吸気脈動と排気脈動との位相差によって、気筒へのガスの入りやすさは変化する。そのため、上記特許文献１の制御では、エンジン回転数によって、気筒間のＥＧＲ率にばらつきが生じる。ＥＧＲ率にばらつきが生じれば、ある気筒では目標値よりも多くのＥＧＲガスが導入されることとなりエミッション悪化が懸念される。そのため、ＥＧＲ量を制限する必要性が生じてしまう。
【０００６】
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、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することのできる内燃機関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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
複数の気筒に接続する吸気通路と、
排気通路と前記吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路と、を備え、
前記吸気通路と前記外部ＥＧＲ通路との接続位置から前記複数の気筒までの各経路の容積は、各気筒の吸気行程において当該接続位置にあるガスを筒内に導入可能な容積であること、を特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
複数の気筒に接続する吸気通路と、
排気通路と前記吸気通路とを接続し、ＥＧＲガスを当該吸気通路に導入する外部ＥＧＲ通路と、
エンジン回転数を含む機関パラメータと排気脈動の位相との関係を定めたモデルから、ＥＧＲガスを導入するときの排気脈動の位相を算出する排気脈動算出手段と、
前記排気脈動算出手段により算出された排気脈動と吸気脈動との位相差が規定値以上であるか否かを判定する位相差判定手段と、
前記位相差が前記規定値以上である場合に、エンジン回転数に応じて前記複数の気筒の排気バルブのバルブタイミングを、前記位相差を小さくするように、制御する脈動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記吸気通路と前記外部ＥＧＲ通路との接続位置から前記複数の気筒までの各経路の容積は、各気筒の吸気行程において当該接続位置にあるガスを筒内に導入可能な容積であること、を特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第２又は第３の発明において、
運転状態が軽負荷であるか否かを判定する軽負荷判定手段、を更に備え、
前記脈動制御手段は、前記運転状態が軽負荷である場合、かつ前記位相差が前記規定値以上である場合に、前記位相差を小さくするように、エンジン回転数に応じて前記複数の気筒の排気バルブのバルブタイミングを制御すること、を特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第２又は第３の発明において、
運転状態が高負荷高回転であるか否かを判定する高負荷高回転判定手段、を更に備え、
前記脈動制御手段は、前記運転状態が高負荷高回転である場合、かつ前記位相差が前記規定値以上である場合に、前記位相差を小さくするように、エンジン回転数に応じて前記複数の気筒の排気バルブのバルブタイミングを制御すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、吸気通路と外部ＥＧＲ通路との接続位置から複数の気筒までの各経路の容積を、各気筒の吸気行程において当該接続位置にあるガスを筒内に導入可能な容積とする。このため、本発明によれば、各気筒の吸気行程において、少なくとも接続位置にあるガスを筒内に導入することができ、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、前記位相差を小さくするように、エンジン回転数に応じて複数の気筒の排気バルブのバルブタイミングを制御することができる。このため、本発明によれば、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することができ、ＥＧＲ率の目標値を十分に高めることが可能となる。その結果、ＮＯｘや燃費の悪化を抑制することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、吸気通路と外部ＥＧＲ通路との接続位置から複数の気筒までの各経路の容積を、各気筒の吸気行程において当該接続位置にあるガスを筒内に導入可能な容積とする。加えて、前記位相差を小さくする。このため、本発明によれば、より好適に気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、運転状態が軽負荷である場合、かつ排気脈動と吸気脈動との位相差が規定値以上である場合に、前記位相差を小さくすることができる。軽負荷においては、スロットルバルブ等による補正制御が入り適合が困難であるところ、本発明によれば、このような補正制御に左右されることなく、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することができる。その結果、ＥＧＲ率の目標値を十分に高めることができ、軽負荷においてもＮＯｘの悪化を好適に抑制することが可能となる。
【００１６】
第５の発明によれば、運転状態が高負荷高回転である場合、かつ排気脈動と吸気脈動との位相差が前記規定値以上である場合に、前記位相差を小さくすることができる。このため、本発明によれば、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することができる。ＥＧＲ率のばらつきを抑制することで、スモークの悪化を抑制することができる。その結果、高負荷高回転で要求される多量のＥＧＲガスを好適に導入し、ＮＯｘの悪化を好適に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における吸気通路下流部Ａの構成について説明するための概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２の概要について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３においてＥＣＵ５０が実行する制御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４のシステムにおける運転モードを表す図である。
【図７】本発明の実施の形態４においてＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図８】従来構成において各気筒の吸気行程中に吸入されるガスの吸入イメージを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。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。
【００１９】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
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概略構成図である。図１に示すシステムは、特徴的な吸気通路下流部Ａを有するディーゼルエンジンシステムである。最初に、吸気通路下流部Ａ以外の構成について説明する。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンという。）１０を備えている。図１に示すエンジン１０は、直列４気筒型であるが、本発明では、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。エンジン１０の各気筒には、高圧の燃料を気筒内に噴射するインジェクタ（図示省略）が取り付けられている。また、各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。
【００２０】
吸気通路１２の入口付近には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される新気の流量に応じた信号ＧＡを出力するエアフローメータ１８が取り付けられている。
【００２１】
エアフローメータ１８の下流には、過給機２０が設けられている。過給機２０は、コンプレッサ２０ａとタービン２０ｂを備えている。コンプレッサ２０ａとタービン２０ｂとは連結軸によって一体に連結されている。コンプレッサ２０ａは、タービン２０ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。
【００２２】
コンプレッサ２０ａの下流には、コンプレッサ２０ａで圧縮された新気を冷却するためのインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、後述する吸気通路下流部Ａが設けられている。そして、吸気通路１２の下流端には、気筒内と吸気通路１２との間を開閉する吸気バルブ２４が気筒毎に設けられている。
【００２３】
また、排気通路１４の上流端には、気筒内と排気通路１４との間を開閉する排気バルブ２６が設けられている。排気バルブ２６下流の排気通路１４には、排気マニホールド２８が設けられている。排気通路１４は、排気マニホールド２８の下流で合流する。合流後の排気通路１４には、タービン２０ｂが設けられている。また、タービン２０ｂの下流には、排気ガスを浄化するための触媒（図示省略）が配置されている。触媒として、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒が用いられる。
【００２４】
排気マニホールド２８には、吸気通路１２に向かう外部ＥＧＲ通路３０の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路３０の途中には、ＥＧＲクーラ３２が設けられている。ＥＧＲクーラ３２下流の外部ＥＧＲ通路３０は、吸気通路下流部Ａに接続されている。
【００２５】
また、本実施形態のシステムには、各気筒における排気バルブ２６の開き時期や閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構３４が設けられている。
【００２６】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ１８の他、クランク軸の回転角に応じて信号ＣＡを出力するクランク角センサ３６、後述する過給圧センサ４０等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述したインジェクタ、可変動弁機構３４の他、後述するスロットルバルブ３８、ＥＧＲバルブ４４等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００２７】
例えば、ＥＣＵ５０は、アクセル開度等に応じて目標トルクを設定し、好適なドライバビリティやエミッション性能を考慮し、燃料噴射量やＥＧＲ率の目標値を設定する。そして、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量の目標値に応じてインジェクタに燃料を噴射させる。また、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率の目標値に応じてＥＧＲバルブ４４の開度を制御する（運転状態に応じてスロットルバルブ３８を併用する。）。
【００２８】
［実施の形態１における特徴的構成］
次に、特徴的な吸気通路下流部Ａの構成について図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１における吸気通路下流部Ａの構成について説明するための概略構成図である。
【００２９】
吸気通路下流部Ａは、インタークーラ２２下流に設けられている。インタークーラ２２下流の吸気通路１２には、電子制御式のスロットルバルブ３８が設けられている。スロットルバルブ３８の近傍には、コンプレッサ２０ａによって過給された空気の圧力を測定するための過給圧センサ４０が取り付けられている。スロットルバルブ３８下流の吸気通路１２には、サージタンクとマニホールド（以下、これらを単に吸気マニホールド４２という。）が設けられている。吸気マニホールド４２は、分岐して各気筒に接続されている。
【００３０】
また、ＥＧＲクーラ３２下流の外部ＥＧＲ通路３０には、外部ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ４４が設けられている。そして、外部ＥＧＲ通路３０の下流端は、吸気マニホールド４２の上流（各気筒に分岐する前の集合部）に接続されている。この吸気マニホールド４２と外部ＥＧＲ通路３０との接続位置において、新気とＥＧＲガスとが合流する。以下、この接続位置を「新気‐ＥＧＲガス合流位置６０」という。
【００３１】
本実施形態では、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０から各気筒（＃１〜＃４）までのそれぞれの配管経路の容積は、各気筒の吸気行程において、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０にあるガスが筒内に導入されるように、筒内の容積等に基づいて設計されている。
【００３２】
以上説明したように、図１及び図２に示す本実施形態の構成によれば、各気筒の吸気行程において、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０にあるガスを筒内に導入することができる。そのため、本実施形態のシステムによれば、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することができる。
【００３３】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、さらに、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０から各気筒の吸気ポートまでの経路長を等長とすることとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。このような構成によれば、さらに気筒間のＥＧＲ率のばらつきを抑制することができる。
【００３４】
尚、上述した実施の形態１においては、吸気通路１２が前記第１の発明における「吸気通路」に、外部ＥＧＲ通路３０が前記第１の発明における「外部ＥＧＲ通路」に、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０が、前記第１の発明における「接続位置」に、それぞれ相当している。
【００３５】
実施の形態２．
次に、図３〜図４を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１及び図２に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図４のルーチンを実施させることで実現することができる。
【００３６】
［実施の形態２における特徴的制御］
図３は、本発明の実施の形態２の概要について説明するための図である。上述したシステム構成においては、排気バルブ２６の開閉動作により、排気通路１４を流れる排気ガスに排気脈動が生じる。そのため、排気通路１４から吸気通路１２に還流されるＥＧＲガスにも排気脈動が生じる。同様に、吸気バルブ２４の開閉動作により吸気通路を流れる空気にも吸気脈動が生じる。エンジン回転数が変化すれば、バルブ開閉動作が変化し、吸気脈動及び排気脈動の位相・周期も変化することとなる。
【００３７】
よって、図３（Ｂ）の破線７０に示すように、吸気脈動と排気脈動との位相差はエンジン回転数によって変化する。位相差が変化すれば、気筒へのガスの入り易さも変化する。その結果、図３（Ａ）の破線７２に示すように、エンジン回転数によって、気筒間のＥＧＲ率に大きなばらつきが生じることとなる。
【００３８】
気筒間のＥＧＲ率にばらつきが生じれば、ある気筒では、目標値よりも多くのＥＧＲガスが導入されることとなりエミッション悪化が懸念される。そのため、ＥＧＲ率の目標値を十分に高められないという問題がある。
【００３９】
そこで、本実施形態のシステムでは、図３（Ｂ）の実線７４に示すように、吸気脈動と排気脈動とを同期させるように、エンジン回転数に応じて、排気バルブ２６のバルブタイミングを進角・遅角させる補正をすることとした（図３（Ｃ））。これにより、図３（Ａ）の実線７６に示すように、気筒間のＥＧＲ率のばらつきを抑制することとした。
【００４０】
（制御ルーチン）
図４は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、まず、エンジン回転数ＮＥ及び排気バルブ２６のバルブタイミングが取得される（ステップ１００）。具体的には、エンジン回転数ＮＥは、クランク角センサ３６の信号ＣＡから計算される。また、ＥＣＵ５０には、運転状態に応じた排気バルブ２６のバルブタイミングの基準データが予め記憶されており、運転状態に応じたバルブタイミングが取得される。
【００４１】
次に、外部ＥＧＲの経路長が取得される（ステップ１１０）。具体的には、ＥＣＵ５０には、排気バルブ２６から新気‐ＥＧＲガス合流位置６０までの経路長が予め記憶されており、この経路長が取得される。
【００４２】
さらに、外部ＥＧＲ通路３０内のＥＧＲガスの温度と圧力とが算出される（ステップ１２０）。具体的には、ＥＧＲガス温度は、公知のモデルから算出される。ＥＧＲガス圧力は、ＥＧＲガス量をパラメータとする公知のモデルから算出される。このＥＧＲガス量は、ＥＧＲ率と吸入空気量に基づいて算出される。この吸入空気量は、エアフローメータ１８の信号ＧＡから算出される。なお、外部ＥＧＲ通路３０にセンサを取り付けて、ＥＧＲガス温度とＥＧＲガス圧力を検出することとしてもよい。
【００４３】
続いて、排気脈動の位相・周期が算出される（ステップ１３０）。ＥＣＵ５０には、ステップ１００〜１２０において取得された、エンジン回転数ＮＥ、排気バルブタイミング、外部ＥＧＲ経路長、ＥＧＲガス温度、ＥＧＲガス圧力を入力パラメータとし、ＥＧＲガスを導入するときの排気脈動の位相・周期を出力とするモデルが記憶されている。このモデルに基づいて、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０における排気脈動の位相が算出される。
【００４４】
そして、吸気脈動と排気脈動との位相差が算出される（ステップ１４０）。この吸気脈動は、気筒に空気が流入されるタイミングや周期と相関している。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数ＮＥや吸気バルブ２４のバルブタイミング等に基づいて新気‐ＥＧＲガス合流位置６０における吸気脈動の位相を定めたマップが、予め記憶されている。このマップを用いて、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０における吸気脈動と排気脈動との位相差を算出することができる。
【００４５】
次に、吸気脈動と排気脈動との位相差が目標範囲内であるか否かが判定される（ステップ１５０）。位相差が目標範囲内であると判定される場合には、本ルーチンの処理は終了される。
【００４６】
一方、位相差が目標範囲外であると判定される場合には、次に、排気バルブ２６のバルブタイミングの補正量が算出される（ステップ１６０）。具体的には、ＥＣＵ５０には、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０における排気脈動を吸気脈動に同期させるように、エンジン回転数ＮＥと排気バルブ２６の進角補正量・遅角補正量との関係を定めた、上記図３（Ｃ）に示すような関係マップが記憶されている。進角補正量・遅角補正量は、例えば排気バルブの開き時期に対する補正量である。この関係マップから、エンジン回転数ＮＥに応じた排気バルブタイミング補正量が算出される。
【００４７】
続いて、ステップ１６０において算出された排気バルブタイミング補正量に基づいて、可変動弁機構３４により排気バルブ２６のバルブタイミングが補正される（ステップ１７０）。
【００４８】
以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、エンジン回転数ＮＥに応じて排気バルブ２６のバルブタイミングを補正することができる。この補正により、吸気脈動と排気脈動とを同期させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、どのエンジン回転数であっても、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することができる。そのため、ＥＧＲ率の目標値を十分に高めることができ、ＮＯｘや燃費の悪化を抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態のシステムでは、図２に示すように、吸気マニホールド４２の容積を、各気筒の吸気行程において、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０にあるガスが筒内に導入されるように小さく構成している。加えて、吸気脈動と排気脈動の位相を同期させることとしている。そのため、本実施形態のシステムによれば、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０にあるガスを、気筒間のＥＧＲ率のばらつきなく好適に筒内に導入させることができる。
【００５０】
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、吸気マニホールド４２として、図２に示す構成を用いることとしている。好適には図２に示す構成が望ましいが、図８の構成を用いることとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００５１】
尚、上述した実施の形態２においては、吸気通路１２が前記第２の発明における「吸気通路」に、外部ＥＧＲ通路３０が前記第２の発明における「外部ＥＧＲ通路」に、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０が、前記第３の発明における「接続位置」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１３０の処理を実行することにより前記第２の発明における「排気脈動算出手段」が、上記ステップ１５０の処理を実行することにより前記第２の発明における「位相差判定手段」が、上記ステップ１６０〜１７０の処理を実行することにより前記第２の発明における「脈動制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００５２】
実施の形態３．
次に、図５を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図１及び図２に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図５のルーチンを実施させることで実現することができる。なお、ＥＣＵ５０の入力部には、排気マニホールド２８内の排気温度Ｔ４を検出するための排気温度センサ（図示省略）が接続されているものとする。
【００５３】
［実施の形態３における特徴的制御］
【００５４】
上述した実施の形態２のシステムにおいては、排気バルブ２６のバルブタイミングを補正して、吸気脈動と排気脈動とを同期させることとした。しかしながら、バルブタイミングを補正することが必ずしも望ましくない、次のような場合も考えられる。
【００５５】
第１の場合として、排気バルブ２６を開いたときの排気マニホールド２８と吸気マニホールド４２との圧力差が、ある閾値よりも大きい場合には、ポンプ損失の悪化が懸念される。第２の場合として、排気マニホールド２８の温度がある閾値よりも高い場合には、ＥＧＲクーラ３２の効率が低下し、スモークの悪化が懸念される。第３の場合として、排気マニホールド２８の温度がある閾値よりも低下する場合には、触媒の床温が低下して排気ガスの浄化率が低下する。そのため、ＨＣやＣＯ等の排気エミッションの悪化が懸念される。
【００５６】
そこで、本実施形態のシステムでは、第１の処理として、排気バルブ２６を開いたときの排気マニホールド２８と吸気マニホールド４２との圧力差が閾値α以上の場合には、排気バルブ２６の開き時期を進角させる補正量（進角補正量）を制限することとした。また、第２の処理として、排気マニホールド２８の温度が閾値β以上の場合には、進角補正量を制限することとした。さらに、第３の処理として、排気マニホールド２８の温度が閾値γ以下の場合には、排気バルブ２６の開き時期を遅角させる補正量（遅角補正量）を制限することとした。
【００５７】
（制御ルーチン）
図５は、上述の第１〜第３の処理を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップ２００〜２６０の処理がステップ１６０とステップ１７０との間に加えられている点を除き、図４に示すルーチンと同様である。以下、図５において、図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００５８】
図５に示すルーチンでは、ステップ１６０の処理後に、排気バルブ２６を開いたときの排気マニホールド２８内の排気圧Ｐ４と、吸気マニホールド４２内の過給圧Ｐｂとの圧力差が、閾値α以上であるか否かが判定される（ステップ２００）。具体的には、排気圧Ｐ４は、公知のモデルから算出される。過給圧Ｐｂは、過給圧センサ４０から検出される。また、閾値αは、許容されるポンプ損失の上限値を実験等により定めた値である。圧力差が閾値α以上であると判定される場合には、進角補正量を制限する進角制限フラグをＯＮにする（ステップ２１０）。
【００５９】
その後、ステップ２６０において、排気バルブタイミング補正量が決定される。具体的には、進角制限フラグがＯＮ、かつ、ステップ１６０で算出された排気バルブタイミング補正量が進角補正量である場合には、排気バルブ開き時期の進角補正が制限される。詳細には、進角補正量が規定の上限値以上である場合には、進角補正量にこの上限値が設定される。なお、上限値は０であってよく、この場合には進角補正が禁止される。
【００６０】
一方、ステップ２００において、圧力差が閾値αよりも小さいと判定される場合には、次に、排気バルブ２６を開いたときの排気マニホールド２８内の排気温度Ｔ４が、閾値β以上であるか否が判定される（ステップ２２０）。排気温度Ｔ４は、排気マニホールド２８に取り付けられた排気温度センサから検出される。また、閾値βは、スモーク悪化が生じない温度の上限値を実験等により定めた値である。排気温度Ｔ４が、閾値β以上であると判定される場合には、進角補正量を制限する進角制限フラグをＯＮにする（ステップ２３０）。
【００６１】
その後、ステップ２６０において、排気バルブタイミング補正量が決定される。具体的には、上述の通り、進角制限フラグがＯＮ、かつ、ステップ１６０で算出された排気バルブタイミング補正量が進角補正量である場合には、排気バルブ開き時期の進角補正が制限される。
【００６２】
一方、ステップ２２０において、排気温度Ｔ４が、閾値βよりも小さいと判定される場合には、次に、排気温度Ｔ４が閾値γ以下であるか否かが判定される（ステップ２４０）。閾値γは、触媒が好適な浄化性能を維持するために必要な排気ガス温度の下限値を実験等により定めた値である。排気温度Ｔ４が、閾値γ以下であると判定される場合には、遅角補正量を制限する遅角制限フラグをＯＮにする（ステップ２５０）。
【００６３】
その後、ステップ２６０において、排気バルブタイミング補正量が決定される。具体的には、遅角制限フラグがＯＮ、かつ、ステップ１６０で算出された排気バルブタイミング補正量が遅角補正量である場合には、排気バルブ開き時期の遅角補正が制限される。詳細には、遅角補正量が規定の上限値以上である場合には、進角補正量にこの上限値が設定される。なお、上限値は０であってよく、この場合には遅角補正が禁止される。
【００６４】
一方、ステップ２４０において、排気温度Ｔ４が閾値γよりも高いと判定される場合には、進角制限フラグ、遅角制限フラグを共にＯＦＦにする。その後、ステップ２６０において、排気バルブタイミング補正量が決定される。具体的には、進角制限フラグ、遅角制限フラグが共にＯＦＦの場合には、ステップ１６０で算出された排気バルブタイミング補正量が、最終的な補正量として決定される。
【００６５】
続いて、ステップ２６０において決定された排気バルブタイミング補正量に基づいて、可変動弁機構３４により排気バルブ２６のバルブタイミングが補正される（ステップ１７０）。
【００６６】
以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、吸気脈動と排気脈動との位相差が目標範囲外の場合であっても、運転状態に応じて排気バルブタイミング補正量を制限することができる。排気バルブタイミング補正量を制限することで、ポンプ損失の悪化、スモーク悪化、触媒の浄化率低下を抑制することができる。そのため、燃費や排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００６７】
加えて、図５に示すルーチンによれば、ポンプ損失やエキマニ温度が許容範囲内である場合には、吸気脈動と排気脈動とを同期させることができる。そのため、本実施形態のシステムによれば、運転状況に応じて燃費や排気エミッションの悪化を抑制しつつ、適切に気筒間のＥＧＲ量のばらつきを抑制することができる。
【００６８】
ところで、上述した実施の形態３のシステムにおいては、第１の処理（ステップ２００〜２１０）、第２の処理（ステップ２２０〜２３０）、第３の処理（ステップ２４０〜２５０）を併用することとしているが、これに限定されるものではない。例えば、第１〜第３のいずれかの処理、又は複数の処理を組み合せで用いることとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００６９】
尚、上述した実施の形態３においては、吸気通路１２が前記第１又は第２の発明における「吸気通路」に、外部ＥＧＲ通路３０が前記第１又は第２の発明における「外部ＥＧＲ通路」に、新気‐ＥＧＲガス合流位置６０が、前記第１又は第３の発明における「接続位置」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１３０の処理を実行することにより前記第２の発明における「排気脈動算出手段」が、上記ステップ１５０の処理を実行することにより前記第２の発明における「位相差判定手段」が、上記ステップ１６０〜１７０の処理を実行することにより前記第２の発明における「脈動制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００７０】
実施の形態４．
次に、図６〜図７を参照して本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは図１及び図２に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図７のルーチンを実施させることで実現することができる。
【００７１】
［実施の形態３における特徴的制御］
【００７２】
軽負荷の運転状態においては、筒内温度が低いため排気ガス中のＨＣが多くなりやすい。そのため、軽負荷でのＥＧＲ量は、ＨＣの制約により制限される。そこで、軽負荷において、ＮＯｘ低減を図るためには、気筒間に分配されるＥＧＲ量、即ち気筒間のＥＧＲ率のばらつきを改善することが必要となる。ところで、軽負荷の運転状態では、ＵＤＣ（アーバンサイクル）で主に使用され、冷間条件となるため、ＥＧＲ量、電子制御式のスロットルバルブ３８の補正が入る。そして、気筒間のＥＧＲ率のばらつきは、この補正に応じて異なることとなるため、この補正に適合させることは困難である。
【００７３】
また、高負荷の運転状態においては、空燃比が通常時よりもリッチ寄りとなり燃料と新気との混合が不足し、スモーク悪化が懸念される。さらに、燃焼温度も高くＮＯｘ発生量が多くなるため、ＮＯｘを低減するために多量のＥＧＲ量が要求される。しかしながら、気筒間のＥＧＲ率がばらついていればスモーク悪化が生じるため、ＥＧＲ量を制限する必要が生じてしまう。
【００７４】
そこで、本実施形態のシステムでは、運転状態が軽負荷又は高負荷の場合に、吸気脈動と排気脈動とを同期させて、スロットルバルブ３８等の補正に左右されることなく、気筒間のＥＧＲ率のばらつきを抑制することとした。
【００７５】
（制御ルーチン）
図７は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップ３００〜３１０の処理がステップ１００の前処理として加えられている点を除き、図４に示すルーチンと同様である。以下、図７において、図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００７６】
図７に示すルーチンでは、まず、軽負荷の運転モードであるか否かが判定される（ステップ３００）。図６は、本システムの運転モードを表す図である。冷間条件（例えば、水温８０℃以下）であって、図６の領域（Ａ）に示すような負荷である場合には、軽負荷モードであると判定される。軽負荷モードであると判定される場合には、ステップ１００以降の処理が開始される。
【００７７】
一方、軽負荷モードでないと判定される場合には、次に、高負荷の運転モードであるか否かが判定される（ステップ３１０）。例えば、図６の領域Ｂに示すような高負荷かつ高回転である場合には高負荷モードであると判定される。高負荷モードであると判定される場合には、ステップ１００以降の処理が開始される。一方、軽負荷モードでも高負荷モードでもないと判定される場合には、本ルーチンの処理が終了される。
【００７８】
以上説明したように、図７に示すルーチンによれば、軽負荷モードにおいて、吸気脈動と排気脈動の位相を同期させることができる。そのため、冷間条件においてＥＧＲ量、スロットルバルブ３８が補正制御される場合であっても、この補正制御に左右されることなく、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することができる。ＥＧＲ率のばらつきを抑制することで、ＥＧＲ率の目標値を十分に高めることができ、軽負荷においてもＮＯｘの悪化を好適に抑制することが可能となる。
【００７９】
また、図７に示すルーチンによれば、高負荷モードにおいて、吸気脈動と排気脈動の位相を同期させて、気筒間でのＥＧＲ率のばらつきを抑制することができる。ＥＧＲ率のばらつきを抑制することで、スモークの悪化を抑制することができる。そのため、高負荷高回転で要求される多量のＥＧＲガスを好適に導入し、ＮＯｘの悪化を好適に抑制することが可能となる。
【００８０】
ところで、上述した実施の形態４のシステムにおいては、軽負荷モードの判定（ステップ３００）と、高負荷モードの判定（ステップ３１０）とを併用することとしているが、これに限定されるものではない。いずれか一方のモード判定処理のみを用いることとしても良い。
【００８１】
また、上述した実施の形態４のシステムにおいては、さらに、ステップ１６０とステップ１７０の処理の間に、上述したステップ２００〜２６０の処理を加えることとしても良い。
【００８２】
尚、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ３００の処理を実行することにより前記第４の発明における「軽負荷判定手段」が、上記ステップ３１０の処理を実行することにより前記第５の発明における「高負荷高回転判定手段」が、上記ステップ１６０〜１７０の処理を実行することにより前記第４又は第５の発明における「脈動制御手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００８３】
Ａ  吸気通路下流部
ＮＥ  エンジン回転数
Ｐ４  排気圧
Ｐｂ  過給圧
Ｔ４  排気温度
１０  エンジン
１２  吸気通路
１４  排気通路
１８  エアフローメータ
２０、２０ａ、２０ｂ  過給機、コンプレッサ、タービン
２２  インタークーラ
２４  吸気バルブ
２６  排気バルブ
２８  排気マニホールド
３０  外部ＥＧＲ通路
３２  ＥＧＲクーラ
３４  可変動弁機構
３６  クランク角センサ
３８  スロットルバルブ
４０  過給圧センサ
４２  吸気マニホールド
４４  ＥＧＲバルブ
５０  ＥＣＵ
６０  新気‐ＥＧＲガス合流位置
【図１】
2012002101.tif 000003
【図２】
2012002101.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012002101.tif 000007
【図６】
2012002101.tif 000008
【図７】
2012002101.tif 000009
【図８】
2012002101.tif 000010