(57)【要約】【課題】この発明は、ＥＧＲ装置に加え、ＷＧＶをアクティブに制御可能なターボチャージャを備えた内燃機関において、無過給領域で加速要求がある場合であっても、失火やトルク低下を抑制しつつ、総ＥＧＲ率を適合値に合わせ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。【解決手段】外部ＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲ弁と、排気通路に設けられたターボチャージャのタービンと、タービンの上流側と下流側の排気通路をバイパスするバイパス通路のバイパス弁とを備える。運転領域が過給領域よりも機関回転数及び負荷が低い無過給領域である場合、かつ、所定値を超える要求トルクが入力された場合に、バイパス弁を閉じる。バイパス弁が閉じられた後、内燃機関の外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計が適合値以上である場合に、ＥＧＲ弁の開度を低減する。【選択図】図２
2012097639.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通路と、
前記外部ＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲ弁と、
前記排気通路に設けられたターボチャージャのタービンと、
前記タービンの上流側と下流側の前記排気通路をバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉可能なバイパス弁と、
運転領域が過給領域よりも機関回転数及び負荷が低い無過給領域である場合、かつ、所定値を超える要求トルクが入力された場合に、前記バイパス弁を閉じる加速時制御手段と、
前記加速時制御手段により前記バイパス弁が閉じられた後、前記内燃機関の外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計が適合値以上である場合に、前記ＥＧＲ弁の開度を低減する加速時外部ＥＧＲ低減手段と、
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】
前記内燃機関の吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ量を変更可能な可変バルブタイミング装置と、
加速時制御手段は、運転領域が過給領域よりも機関回転数及び負荷が低い無過給領域である場合、かつ、所定値を超える要求トルクが入力された場合に、前記バイパス弁を閉じると共に前記バルブオーバラップ量を増大させること、
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】
前記内燃機関の筒内に燃料を噴射する直噴インジェクタと、
前記内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタと、
前記直噴インジェクタと前記ポートインジェクタとによる燃料の吹き分け比率を変更する吹き分け比率変更手段と、
前記直噴インジェクタの先端温度を算出する先端温度算出手段と、
前記内燃機関の筒内温度を算出する筒内温度算出手段と、
前記加速時外部ＥＧＲ低減手段により前記ＥＧＲ弁の開度が低減された後、筒内温度が前記直噴インジェクタの先端温度よりも高い場合に、前記直噴インジェクタの吹き分け比率を増大補正する増大補正手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記直噴インジェクタによる噴射量とスモーク量が許容値を超えない噴射時期の最大進角値との関係を予め記憶する記憶手段と、
前記関係から、前記直噴インジェクタによる噴射量に対応する最大進角値を算出する最大進角値算出手段と、
前記直噴インジェクタの噴射時期を前記最大進角値に設定する噴射時期設定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
減速運転により運転領域が前記過給領域から前記無過給領域に移行する場合に、前記バイパス弁を開く減速時制御手段と、
前記減速時制御手段により前記バイパス弁が開かれた後、前記内燃機関の外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計が適合値以上である場合に、前記ＥＧＲ弁の開度を低減する減速時外部ＥＧＲ低減手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか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】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation，排気ガス再循環）装置に加え、ＷＧＶ（Waste Gate Valve）をアクティブに制御可能なターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００４−２９３３９２号公報）に開示されているように、ＥＧＲを行う内燃機関の制御装置が知られている。ＥＧＲは、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとにより実現されている。外部ＥＧＲでは、排気系と吸気系とを接続する外部ＥＧＲ通路を通じて、排気ガスの一部を吸気系に還流させる。内部ＥＧＲでは、可変バルブ手段により吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ量を調整して、排気ガスの一部を筒内に再吸入させる。
【０００３】
従来技術では、車両の加速が所定加速よりも大きい場合に、内部ＥＧＲ量を通常制御時よりも減量すると共に、外部ＥＧＲ量を通常制御時のよりも増量する。従来技術では、このような制御により、新気に対する総ＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計）を一定に制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９３３９２号公報
【特許文献２】特開平８−１５８９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＥＧＲ装置に加え、ＷＧＶをアクティブに制御可能なターボチャージャを備えた内燃機関では、通常、過給領域よりも低回転・低負荷の無過給（自然吸気）領域においてＷＧＶを全開に制御する。ＷＧＶを全開にすることで背圧を下げて燃費向上を図ることができる。このとき、加速要求があれば、レスポンスを向上させるためにＷＧＶを全閉に制御する。
【０００６】
しかし、ＷＧＶを閉じることにより背圧が上昇するため、内部ＥＧＲ率が増大する。さらに、差圧（背圧−吸気圧）が上昇するため、外部ＥＧＲ率も増大する。上述した従来技術では、総ＥＧＲ率を一定とするために、加速要求があった場合に、内部ＥＧＲ率を減少させる制御を行う。しかしながら、ターボチャージャを備えた内燃機関では、低回転・低負荷の無過給領域において燃焼耐性が低く、圧縮行程時の圧力及び温度が低下し、失火やトルク低下が懸念される。そのため、このような領域では適用できないという課題があった。
【０００７】
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、ＥＧＲ装置に加え、ＷＧＶをアクティブに制御可能なターボチャージャを備えた内燃機関において、無過給領域で加速要求がある場合であっても、失火やトルク低下を抑制しつつ、総ＥＧＲ率を適合値に合わせ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】
【０００８】
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通路と、
前記外部ＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲ弁と、
前記排気通路に設けられたターボチャージャのタービンと、
前記タービンの上流側と下流側の前記排気通路をバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉可能なバイパス弁と、
運転領域が過給領域よりも機関回転数及び負荷が低い無過給領域である場合、かつ、所定値を超える要求トルクが入力された場合に、前記バイパス弁を閉じる加速時制御手段と、
前記加速時制御手段により前記バイパス弁が閉じられた後、前記内燃機関の外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計が適合値以上である場合に、前記ＥＧＲ弁の開度を低減する加速時外部ＥＧＲ低減手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ量を変更可能な可変バルブタイミング装置と、
加速時制御手段は、運転領域が過給領域よりも機関回転数及び負荷が低い無過給領域である場合、かつ、所定値を超える要求トルクが入力された場合に、前記バイパス弁を閉じると共に前記バルブオーバラップ量を増大させること、を特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記内燃機関の筒内に燃料を噴射する直噴インジェクタと、
前記内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタと、
前記直噴インジェクタと前記ポートインジェクタとによる燃料の吹き分け比率を変更する吹き分け比率変更手段と、
前記直噴インジェクタの先端温度を算出する先端温度算出手段と、
前記内燃機関の筒内温度を算出する筒内温度算出手段と、
前記加速時外部ＥＧＲ低減手段により前記ＥＧＲ弁の開度が低減された後、筒内温度が前記直噴インジェクタの先端温度よりも高い場合に、前記直噴インジェクタの吹き分け比率を増大補正する増大補正手段と、を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記直噴インジェクタによる噴射量とスモーク量が許容値を超えない噴射時期の最大進角値との関係を予め記憶する記憶手段と、
前記関係から、前記直噴インジェクタによる噴射量に対応する最大進角値を算出する最大進角値算出手段と、
前記直噴インジェクタの噴射時期を前記最大進角値に設定する噴射時期設定手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、
減速運転により運転領域が前記過給領域から前記無過給領域に移行する場合に、前記バルブオーバラップ量を減少させると共に、前記バイパス弁を開く減速時制御手段と、
前記減速時制御手段により前記バイパス弁が開かれた後、前記内燃機関の外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計が適合値以上である場合に、前記ＥＧＲ弁の開度を低減する減速時外部ＥＧＲ低減手段と、を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１又は第２の発明によれば、運転領域が過給領域よりも機関回転数及び負荷が低い無過給領域である場合、かつ、所定値を超える要求トルクが入力された場合に、バイパス弁を閉じる。その後、内燃機関の外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計が適合値以上である場合に、ＥＧＲ弁の開度を低減することができる。その結果、燃焼耐性が低い無過給領域で、外部ＥＧＲよりもガス温度の高い内部ＥＧＲを積極的に利用することができ、燃焼の安定を図ることができる。このため、本発明によれば、無過給領域で加速要求がある場合であっても、失火やトルク低下を抑制しつつ、好適に総ＥＧＲ率を適合値に合わせることができる。
【００１４】
第３の発明によれば、加速時にＥＧＲ弁の開度が低減された後、筒内温度が直噴インジェクタの先端温度よりも高い場合に、直噴インジェクタの吹き分け比率を増大補正することができる。このため、本発明によれば、直噴インジェクタ１２の吹き分け比率を増大させて、直噴インジェクタによる燃料噴射量を増やすことにより、その先端温度を低下させることができる。
【００１５】
第４の発明によれば、直噴インジェクタの噴射時期をスモーク量が許容値を超えない最大進角値に設定することができる。そのため、本発明によれば、スモークの発生を抑制しつつ、噴射時期を最大限早期化させて、直噴インジェクタの先端温度を低下させることができる。
【００１６】
第５の発明によれば、減速運転により運転領域が過給領域から無過給領域に移行する場合であって、内燃機関の外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計が適合値以上である場合に、ＥＧＲ弁の開度を低減することができる。このため、本発明によれば、減速運転により運転領域が過給領域から無過給領域に移行する場合であっても、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【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図である。
【図２】本発明の実施の形態１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３】本発明の実施の形態１における内部ＥＧＲ率及び外部ＥＧＲ率の算出方法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における噴射時期とスモーク量又は直噴インジェクタ１２の先端温度との関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態４における運転領域を説明するための図である。
【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。
【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．
［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図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる４サイクルエンジンである。図１に示す内燃機関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。
【００２０】
内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する直噴インジェクタ１２が設けられている。なお、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料をポート噴射するポートインジェクタ１３を備えたポート噴射式の内燃機関や、直噴インジェクタ１２とポートインジェクタ１３とを併用する内燃機関にも同様に適用可能である。また、内燃機関１０の各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ１４が設けられている。
【００２１】
内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１６および排気通路１８が接続されている。吸気通路１６の下流端には、気筒内と吸気通路１６との間を開閉する吸気バルブ２０が設けられている。同様に、排気通路１８の上流端には、気筒内と排気通路１８との間を開閉する排気バルブ２２が設けられている。
【００２２】
内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気通路１８に流入する。内燃機関１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャ２４を備えている。ターボチャージャ２４は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン２４ａと、このタービン２４ａに駆動されて回転するコンプレッサ２４ｂとを有している。タービン２４ａは、排気通路１８の途中に配置されており、コンプレッサ２４ｂは、吸気通路１６の途中に配置されている。
【００２３】
タービン２４ａの上流の排気通路１８は、外部ＥＧＲ通路２６により吸気通路１６に接続されている。外部ＥＧＲ通路２６には、ＥＧＲクーラ２８とＥＧＲバルブ３０とが設けられている。ＥＧＲバルブ３０は、例えば、モータ駆動式のアクチュエータによって外部ＥＧＲ通路２６を開閉するバルブである。
【００２４】
タービン２４ａの近傍には、タービン２４ａの入口付近の排気通路１８と、タービン２４ａの出口付近の排気通路１８とを接続するバイパス通路３２が設けられている。バイパス通路３２には、ＷＧＶ（Waste Gate Valve）３４が設けられている。ＷＧＶ３４は、例えば、圧力制御式のアクチュエータによってバイパス通路３２を開閉するバルブである。
【００２５】
タービン２４ａの下流の排気通路１８には、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒３６が設けられている。触媒３６としては、例えば、三元触媒、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒などを用いることができる。
【００２６】
吸気通路１６の入口付近には、エアクリーナ３８が設けられている。また、エアクリーナ３８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４０が設けられている。エアフローメータ４０の下流にはコンプレッサ２４ｂが設けられている。コンプレッサ２４ｂの下流には、インタークーラ４２が設けられている。
【００２７】
エアクリーナ３８を通って吸入された新気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２４ｂで圧縮された後、インタークーラ４２で冷却される。インタークーラ４２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ４４が設けられている。スロットルバルブ４４を通過した新気は、吸気通路１６下流部に形成されたサージタンク４６に流入される。サージタンク４６に流入された新気は、各気筒内に分配されて流入される。サージタンク４６には、その内圧を検出するための吸気管圧センサ４８が設けられている。
【００２８】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述した筒内圧センサ１４、エアフローメータ４０の他、クランク角度を検出するためのクランク角センサ５２、運転者に操作されるアクセルの踏み込み量に応じた値を検出するためのアクセル開度センサ５４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。
【００２９】
また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述した直噴インジェクタ１２、ＥＧＲバルブ３０、ＷＧＶ３４、スロットルバルブ４４、吸気管圧センサ４８の他、カム位相（バルブタイミング）を変更することのできる可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ）５６、図示省略する点火プラグ等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。可変バルブタイミング装置５６として、例えば、油圧でカムの位相を進角・遅角させる従来の機構を用いることができる。ＥＣＵ５０は、上述した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。
【００３０】
上述のＷＧＶ３４をアクティブに制御可能なターボチャージャ２４を備えたシステムでは、運転領域（例えば、機関回転数ＮＥおよび負荷ＫＬにより定まる）がターボチャージャ２４を利用できる過給領域よりも低負荷・低回転である無過給領域（自然吸気領域）にある場合において、ＥＣＵ５０は通常、ＷＧＶ３４を全開に制御すると共に、可変バルブタイミング装置５６によって吸気バルブ２０の開き時期および閉じ時期を遅角側に制御する。
【００３１】
このように、無過給領域では、ＷＧＶ３４を開くことにより背圧を下げて燃費向上を図ることができる。このとき、運転者からの加速要求を検知すると、ＥＣＵ５０は、レスポンスを向上させるべくＷＧＶ３４を閉じると共に、吸気バルブ２０の開き時期および閉じ時期を進角させる。
【００３２】
この制御の結果、ＷＧＶ３４が閉じたことにより背圧が上昇し、内部ＥＧＲガスが増加する。また、差圧（背圧−吸気圧）が上昇し、外部ＥＧＲガスも増加する。さらに、吸気バルブ２０の開き時期が進角したことにより、バルブオーバラップ量が増し、内部ＥＧＲガスが増加する。
【００３３】
そのため、適合時（通常制御時）よりも新気に対する総ＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計）が増大することとなり、点火時期がＭＢＴからずれることが懸念される。そのため、総ＥＧＲ率を運転領域に応じて予め定めた適合値に制御することが望まれる。
【００３４】
［特徴的制御］
ターボチャージャ２４を備えた本システムでは、低負荷・低回転の無過給領域は燃焼耐性が低い運転領域である。本発明では、この点に鑑みて、外部ＥＧＲよりもガス温度の高い内部ＥＧＲを積極的に利用して燃焼の安定を図るべく、外部ＥＧＲ率を下げることにより総ＥＧＲ率を適合値に制御することとした。
【００３５】
図２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。本ルーチンは一定時間（例えば、数サイクル）間隔で実行される。図３に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、機関回転数ＮＥ及び負荷ＫＬが各設定値よりも低いか否かが判定される。機関回転数ＮＥは、クランク角センサ５２により検出される信号から算出される。負荷ＫＬは、例えば、エアフローメータ４０により検出される吸入空気量と吸気管圧センサ４８により検出される吸気管圧に基づいて算出される。各設定値は、過給領域と無過給領域との境界を定める値である。ステップＳ１００の判定条件が成立しない場合には、本ルーチンは終了される。
【００３６】
ステップＳ１００の判定条件が成立する場合には、運転領域が過給領域よりも負荷及び機関回転数が低い無過給領域にある。この場合、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３４を開弁ささせると共に、可変バルブタイミング装置５６により吸気バルブ２０の開き時期および閉じ時期を遅角させる。この遅角値は、吸気バルブ２０と排気バルブ２２とのバルブオーバラップ量が、過給領域における基準よりも小さくなるように定めた値である。
【００３７】
その後、無過給領域での運転中に、要求トルクが所定値を超えたか否かが判定される（ステップＳ１１０）。要求トルクは、例えば、ドライバ要求トルクと車両制御要求トルクとに基づいて算出される。ドライバ要求トルクは、アクセル開度センサ５４により検出されるアクセル開度に基づいて算出される。車両制御要求トルクは、車両制御に必要な車両側からの要求に基づいて算出される。所定値は、急加速を示す値であり車両に応じて予め実験等により設定されている。ステップＳ１１０の判定条件が成立しない場合には、本ルーチンは終了され、次ルーチンにおいて再び判定される。
【００３８】
ステップＳ１１０の判定条件が成立する場合には、次に、可変バルブタイミング装置５６により吸気バルブ２０の開き時期が進角される（ステップＳ１２０）。その結果、吸気行程におけるバルブオーバラップ量が増加し、内部ＥＧＲ率が増大する。
【００３９】
続けて、ＷＧＶ３４が閉じられる（ステップＳ１３０）。ＷＧＶ３４を閉じることにより急加速時のレスポンスが向上する。反面、背圧が上昇するため内部ＥＧＲ率が増大し、さらに、差圧（背圧−吸気管圧）が上昇するため外部ＥＧＲ率も増大する。そのため、新気に対する筒内の総ＥＧＲ率が増大する。
【００４０】
その後、外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計（総ＥＧＲ率）が適合値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、図３は、内部ＥＧＲ率及び外部ＥＧＲ率の算出方法について説明するための図である。図３（Ａ）は、吸気バルブ２０（実線）と排気バルブ２２（破線）のバルブリフト量とクランク角との関係を示している。図３（Ｂ）は、筒内圧とクランク角との関係を示している。
【００４１】
本実施形態において、内部ＥＧＲ率は、例えば、吸気行程の吸気バルブ２０の開き時期（ＩＶＯ）から排気バルブ２２の閉じ時期（ＥＶＣ）までの期間における筒内圧またはサージタンク４６の内圧から算出される。外部ＥＧＲ率は、例えば、吸気行程の排気バルブ２２の閉じ時期（ＥＶＣ）から吸気行程の下死点（ＢＤＣ）までの期間おける筒内圧およびサージタンク４６の内圧から算出される。なお、筒内圧は筒内圧センサ１４により、サージタンク４６の内圧は吸気管圧センサ４８により検出される。
【００４２】
ステップＳ１４０の判定条件が成立しない場合には、本ルーチンは終了され、次ルーチンにおいて再び判定される。一方、ステップＳ１４０の判定条件が成立する場合には、ＥＧＲバルブ３０が所定開度閉じられる（ステップＳ１５０）。具体的には、ＥＣＵ５０には、総ＥＧＲ率が適合値（上限値）を超えた量とＥＧＲバルブ３０の閉じ量との関係を実験等により定めた補正マップが記憶されている。このマップから上限値を超えた量に応じた、ＥＧＲバルブ３０の閉じ量が決定される。ＥＧＲバルブ３０は、この閉じ量に応じて補正制御される。
【００４３】
以上説明したように、図２に示すルーチンによれば、総ＥＧＲ率が適合値を超えた場合に、ＥＧＲバルブ３０の開度を下げて外部ＥＧＲ率を低下させることができる。この制御によれば、ターボチャージャ２４を備えた本システムにおいて、燃焼耐性が低い無過給領域で、外部ＥＧＲよりもガス温度の高い内部ＥＧＲを積極的に利用することができ、燃焼の安定を図ることができる。また、一般的に、モータ駆動式のＥＧＲバルブ３０の制御は、油圧式の可変バルブタイミング装置５６や圧力制御式のＷＧＶ３４よりも動作速度が高速であるため、応答性の高いＥＧＲ制御を実現することが可能である。
【００４４】
このような制御によれば、可変バルブタイミング装置５６、外部ＥＧＲ通路２６、ＥＧＲバルブ３０に加えてＷＧＶ３４をアクティブに制御可能なターボチャージャ２４を備えた本システムにおいて、無過給領域から加速要求があった場合であっても、失火やトルク低下を抑制しつつ、好適に総ＥＧＲ率を適合値に合わせる制御を実現することができる。
【００４５】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ステップＳ１００、ステップＳ１２０において、吸気バルブ２０を進角・遅角させる制御を実施することとしているが、本発明は、この制御を実施しない場合においても適合可能である。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００４６】
尚、上述した実施の形態１においては、吸気通路１６が前記第１の発明における「吸気通路」に、排気通路１８が前記第１の発明における「排気通路」に、外部ＥＧＲ通路２６が前記第１の発明における「外部ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲバルブ３０が前記第１の発明における「ＥＧＲ弁」に、ターボチャージャ２４が前記第１の発明における「ターボチャージャ」に、タービン２４ａが前記第１の発明における「タービン」に、バイパス通路３２が前記第１の発明における「バイパス通路」に、ＷＧＶ３４が前記第１の発明における「バイパス弁」に、可変バルブタイミング装置５６が前記第２の発明における「可変バルブタイミング装置」に、それぞれ相当している。
【００４７】
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１００〜ステップＳ１３０の処理を実行することにより前記第１及び第２の発明における「加速時制御手段」が、上記ステップＳ１４０〜ステップＳ１５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「加速時外部ＥＧＲ低減手段」が、それぞれ実現されている。
【００４８】
実施の形態２．
［システム構成］
次に、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、上述した図１を基本構成として、各気筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタ１２に加えて、各気筒の吸気ポート内に燃料をポート噴射するポートインジェクタ１３を更に備えている。ＥＣＵ５０の出力部には、各インジェクタが接続されている。ＥＣＵ５０は、上述した機関回転数ＮＥ、負荷ＫＬ等に基づいて総噴射量を算出し、所定の吹き分け比率で各インジェクタに燃料を噴射させる。ＥＣＵ５０には、運転領域に応じた総噴射量を定めたマップが予め記憶されている。また、運転領域に応じた吹き分け比率の基準値を定めたマップが予め記憶されている。
【００４９】
［特徴的制御］
本実施形態のシステムにおいて、上述した図２の制御ルーチンの適用を検討する。直噴インジェクタ１２とポートインジェクタ１３とによる吹き分け制御を行う本実施形態のシステムでは、総噴射量が少ない低負荷・低回転の無過給領域において、直噴インジェクタ１２の先端温度が上昇し、インジェクタへのデポジット堆積を促進させるおそれがある。
【００５０】
また、図２のステップＳ１２０の処理において、吸気バルブ２０の開き時期を進角させることにより、等機関回転数ＮＥ、等負荷ＫＬであっても直噴インジェクタ１２の先端温度が上昇するため、インジェクタへのデポジット堆積を促進させるおそれがある。
【００５１】
以上のことから、低負荷・低回転の無過給領域からの加速時に、吸気バルブ２０の開き時期を進角すると共にＷＧＶ３４を全閉制御する場合に、内部ＥＧＲを優先する制御をすると、筒内温度が上昇し、直噴インジェクタ１２の先端温度が上昇し、インジェクタへのデポジット堆積を促進させるおそれがある。
【００５２】
そこで、本実施形態のシステムでは、筒内温度が直噴インジェクタ１２の先端温度の推定値を超えた場合には、直噴インジェクタ１２の吹き分け比率を増大させて、先端温度を低下させることとした。
【００５３】
図４は、上述の機能を実現するために、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Ｓ１５０の処理後に、ステップＳ１６０およびステップＳ１７０の処理が加えられている点を除き、図２に示すルーチンと同様である。以下、図４において、図２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する。
【００５４】
図４に示すルーチンでは、ステップＳ１５０の処理後、ステップＳ１６０において、筒内温度が直噴インジェクタ１２の先端温度の推定値を超えているか否かが判定される。筒内温度は、筒内圧センサ１４により検出される燃焼時の筒内圧から筒内温度を推定する。ＥＣＵ５０には、筒内圧と筒内温度との関係を定めたマップが予め記憶されている。また、直噴インジェクタ１２の先端温度は、火炎による被爆面積と筒内温度と燃料噴射量とから先端温度を推定する。ＥＣＵ５０には、設計により定まる被爆面積と筒内温度と燃料噴射量と先端温度との関係を定めたマップが予め記憶されている。
【００５５】
筒内温度が先端温度の推定値以下の場合には、その後本ルーチンは終了される。一方、筒内温度が先端温度の推定値を超えている場合には、次に、直噴インジェクタ１２による吹き分け比率が増加される（ステップＳ１７０）。具体的には、ＥＣＵ５０には、筒内温度と推定値との差が大きいほど、直噴インジェクタによる噴射比率を増大補正する関係を定めた補正マップが予め記憶されている。上述の運転領域に応じた吹き分け比率の基準値に、この補正マップから算出される噴射比率を加えることにより、直噴インジェクタ１２による吹き分け比率が増大される。
【００５６】
以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、上述のシステムにおいて、筒内温度が直噴インジェクタ１２の先端温度の推定値を超えた場合に、直噴インジェクタ１２の吹き分け比率を増大させて、直噴インジェクタ１２による燃料噴射量を増やすことにより、その先端温度を低下させることができる。
【００５７】
尚、上述した実施の形態２においては、直噴インジェクタ１２が前記第３の発明における「直噴インジェクタ」に、ポートインジェクタ１３が前記第３の発明における「ポートインジェクタ」に、ＥＣＵ５０が前記第３の発明における「吹き分け比率変更手段」に、それぞれ相当している。
【００５８】
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１６０の処理を実行することにより前記第３の発明における「先端温度推定手段」が、上記ステップＳ１６０〜ステップＳ１７０の処理を実行することにより前記第３の発明における「増大補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００５９】
実施の形態３．
［システム構成］
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、実施の形態２と同様の構成において、ＥＣＵ５０に後述する噴射時期の制御を実施させることで実現することができる。
【００６０】
上述した実施の形態２では、直噴インジェクタ１２とポートインジェクタ１３とを備えたシステム構成において、一定の条件が成立する場合に直噴インジェクタ１２による吹き分け比率を高めて、直噴インジェクタ１２の先端温度を下げることとした。
【００６１】
ところで、直噴インジェクタ１２の温度を下げるには、他に、直噴インジェクタ１２の噴射時期を早期化することも考えられる。しかしながら、過度の早期噴射は、直噴インジェクタ１２からの噴霧をピストン頂面に衝突させることとなり、スモークが増加する要因となる。
【００６２】
［噴射時期の制御］
図５は、噴射時期とスモーク量又は直噴インジェクタ１２の先端温度との関係を説明するための図である。図５（Ａ）は、噴射時期とスモーク量との関係を示す図である。図５（Ｂ）は、噴射時期と直噴インジェクタ１２の先端温度との関係を示す図である。図５（Ｂ）に示すように、吸気行程の下死点（ＢＤＣ）側よりも吸気行程の上死点（ＴＤＣ）側に噴射時期を進角させたほうが、先端温度を低減することができる。その一方で、図５（Ａ）に示すように、噴射時期の進角値が所定値を超えると、噴霧がピストン頂面に衝突し、スモーク量が急激に増加するという問題がある。
【００６３】
そこで、本実施形態のシステムでは、噴霧がピストン頂面に衝突しない噴射時期の最大進角値を算出し、これを使用噴射時期として用いることとした。
【００６４】
ＥＣＵ５０は、機関回転数ＮＥ、要求噴射量、燃圧、噴射時期に応じたスモーク量の関係を定めた関係マップを予め記憶している。この関係マップは、機関回転数ＮＥ、要求噴射量、燃圧、噴射時期に応じて、噴霧のピストン衝突状態をシミュレーションすることにより実験的に求めることができる。
【００６５】
ＥＣＵ５０は、この関係マップから、機関回転数ＮＥ、要求噴射量、燃圧に対応する使用噴射時期を決定する。ここで、機関回転数ＮＥは、クランク角センサ５２により検出される信号から算出される。要求噴射量は、実施の形態２における総噴射量と直噴インジェクタ１２の吹き分け比率とから算出される。燃圧は、設計値を用いても良いし、燃圧センサを更に備えて検出することとしてもよい。決定される使用噴射時期は、図５に示すスモーク量が許容量を超えない噴射時期の最大進角値である。
【００６６】
本実施形態のシステムは、このように算出された使用噴射時期を、図４と同様の制御ルーチンにおいて、噴射時期を進角させることにより実現することができる。具体的には、図４のステップＳ１７０の処理において、直噴インジェクタ１２の噴射量を増量すると共に、その噴射時期を使用噴射時期に設定する。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、スモークの発生を抑制しつつ、噴射時期を最大限早期化させて、直噴インジェクタ１２の先端温度の低減を図ることができる。
【００６８】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が前記第４の発明における「記憶手段」、「最大進角値算出手段」及び「噴射時期設定手段」に相当している。
【００６９】
実施の形態４．
［システム構成］
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。
【００７０】
［特徴的制御］
図６は、本実施形態における運転領域の変化について説明する。図６には、機関回転数ＮＥと負荷ＫＬとにより定められた運転領域が示されている。領域Ａは、低負荷・高回転の過給領域である。領域ＡにおいてＥＣＵ５０は、吸気バルブ２０の開閉時期を進角し、ＷＧＶ３４を全閉とする。また、領域Ｂは、低負荷・低回転の無過給領域である。領域ＢにおいてＥＣＵ５０は、実施の形態１で述べたように吸気バルブ２０の開閉時期を遅角し、ＷＧＶ３４を全開とする。
【００７１】
上述した実施の形態１、２では、低負荷・低回転の無過給領域から加速する場合の制御ルーチンについて説明した。本実施形態では、逆に、低回転・高負荷の過給領域から減速する場合の制御ルーチンについて説明する。
【００７２】
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。本ルーチンは一定時間（例えば、数サイクル）間隔で実行される。図７に示すルーチンでは、まず、ステップＳ２００において、機関回転数ＮＥ及び負荷ＫＬが各設定値よりも低いか否かが判定される。機関回転数ＮＥは、クランク角センサ５２により検出される信号から算出される。負荷ＫＬは、例えば、エアフローメータ４０により検出される吸入空気量と吸気管圧センサ４８により検出される吸気管圧に基づいて算出される。ステップＳ２００の判定条件が成立しない場合には、本ルーチンは終了される。
【００７３】
ステップＳ２００の判定条件が成立する場合には、次に、吸気バルブ２０の開き時期が所定値よりも進角しているか否かが判定される（ステップＳ２１０）。この所定値は、図６の領域Ｂに適合した値である。ステップＳ２１０の判定条件が成立する場合には、吸気バルブ２０の開き時期が領域Ｂにおける適合値よりも進角した値、すなわち、未だ領域Ａ相当値であると判断することができる。そのため、次に、ＥＣＵ５０は、可変バルブタイミング装置５６により吸気バルブ２０の開き時期を遅角させる（ステップＳ２２０）。
【００７４】
続いて、ＷＧＶ３４の開度が所定値よりも閉じられているか否かが判定される（ステップＳ２３０）。この所定値は、図６の領域Ｂに適合した値である。ステップＳ２２０の判定条件が成立する場合には、ＷＧＶ３４の開度が適合値よりも閉じられている状態、すなわち、未だ領域Ａ相当値であると判断することができる。そのため、次に、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３４を開かせる（ステップＳ２４０）。なお、ステップＳ２１０及びステップＳ２３０の判定条件が成立することにより、領域Ａからの減速運転であると判断することができる。
【００７５】
その後、外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率との合計（総ＥＧＲ率）が適合値を超えているか否かを判定する（ステップＳ２５０）。ステップＳ２５０の処理は上述した図２のステップＳ１４０と同様であるためその説明は省略する。
【００７６】
ステップＳ２５０の判定条件が成立する場合には、ＥＧＲバルブ３０が所定開度閉じられる（ステップＳ２６０）。具体的には、ＥＣＵ５０には、総ＥＧＲ率が適合値（上限値）を超えた量とＥＧＲバルブ３０の閉じ量との関係を実験等により定めた補正マップが記憶されている。このマップから上限値を超えた量に応じた、ＥＧＲバルブ３０の閉じ量が決定される。ＥＧＲバルブ３０は、この閉じ量に応じて補正制御される。
【００７７】
以上説明したように、図７に示すルーチンによれば、減速運転により領域Ａからの領域Ｂに移行する場合であって、総ＥＧＲ率が適合値を超えた場合に、ＥＧＲバルブ３０の開度を下げて外部ＥＧＲ率を低下させることができる。そのため、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
尚、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ２００〜ステップＳ２４０の処理を実行することにより前記第５の発明における「減速時制御手段」が、上記ステップＳ２４０の処理を実行することにより前記第５の発明における「減速時外部ＥＧＲ低減手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００７９】
１０  内燃機関
１２  直噴インジェクタ
１３  ポートインジェクタ
１４  筒内圧センサ
１６  吸気通路
１８  排気通路
２０  吸気バルブ
２２  排気バルブ
２４、２４ａ、２４ｂ  ターボチャージャ、タービン、コンプレッサ
２６  外部ＥＧＲ通路
３０  ＥＧＲバルブ
３２  バイパス通路
３４  ＷＧＶ（Waste Gate Valve）
４０  エアフローメータ
４６  サージタンク
４８  吸気管圧センサ
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
５２  クランク角センサ
５４  アクセル開度センサ
５６  可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ）
ＫＬ  負荷
ＮＥ  機関回転数
【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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