(57)【要約】【課題】バルブタイミングの固定時にスモーク排出量が増大することを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】エンジンシステム１は、エンジン１００の吸気弁２２、排気弁２３のバルブタイミングを変更する電動ＶＶＴ機構２６、油圧ＶＶＴ機構２７と、電動ＶＶＴ機構２６または油圧ＶＶＴ機構２７の作動が禁止される間にバルブタイミングを特定角に固定する位相固定機構２６ａおよび２７ａと、エンジン１００のＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブ１６２と、を備える。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼室へ流入するガス中の酸素濃度に基づいてＥＧＲバルブ１６２の開度を制御し、かつ、位相固定機構２６ａおよび２７ａがバルブタイミングを特定角に固定する間は、エンジン１００の吸入空気量に基づいてＥＧＲバルブ１６２の開度を制御する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁または排気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁手段と、
前記可変動弁手段の作動が禁止される間に前記バルブタイミングを特定角に固定する位相固定手段と、
前記内燃機関の排気側から吸気側への排ガスの還流量を制御する排ガス還流量制御手段と、を備え、
前記排ガス還流量制御手段は、前記内燃機関の燃焼室へ流入するガス中の酸素濃度に基づいて排ガスの還流量を制御し、かつ、前記位相固定手段が前記バルブタイミングを特定角に固定する間は、前記内燃機関の吸入空気量に基づいて排ガスの還流量を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記排ガス還流量制御手段は、前記位相固定手段が前記バルブタイミングを特定角に固定する間は、前記内燃機関の吸入空気量が目標量を充足するよう排ガスの還流量を制御す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。
【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】
内燃機関の運転状態に応じてバルブタイミング（開閉時期）やバルブリフト量などの吸気弁、排気弁のバルブ特性を変更する機構が実用化されている。特に、車両に搭載される内燃機関においては、たとえばクランク軸に対するカム軸の相対回転位相を変更することで吸気弁または排気弁のバルブタイミングを可変とする可変動弁機構が広く採用されている。
【０００３】
また、内燃機関（特にディーゼル機関）において、燃焼室から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減するために、排ガスの一部を燃焼室に導入する排ガス還流（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）を行う技術が知られている。例えば、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲ通路を設けて、排気通路を流通する排ガスの一部を吸気通路に流入させるＥＧＲ装置が広く知られている。このようなＥＧＲ装置は、一般的に、ＥＧＲ通路の途中にＥＧＲバルブを有し、設定されたＥＧＲ率に基づいてＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御（以下、Ｆ／Ｂ制御と略記する）している。内燃機関のＮＯｘ生成量は燃焼室に流入するガス中の酸素濃度と相関が強いために、ＥＧＲ率は内燃機関の酸素濃度の目標値（目標酸素濃度）に基づいて設定される。
【０００４】
可変動弁機構とＥＧＲ装置とを備える内燃機関としては、可変動弁機構の故障時にターボ過給圧を増大し、ＥＧＲバルブを徐々に閉鎖し、スロットル弁を徐々に開いて吸入空気量を確保することで、内燃機関のスモーク悪化を抑制する技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献２および３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１００４６２号公報
【特許文献２】特開２００２−０７０６５４号公報
【特許文献３】特開平１０−１４１１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
可変動弁機構は、内燃機関の潤滑油の圧力・温度が低い領域では作動性が極端に悪化し、場合によっては作動不能となることが知られている。そのため、近年、低油圧・低油温の運転領域においてバルブタイミングを特定角に固定するロック機構が適用されつつある。このようなロック機構は、可変動弁機構が故障したと判断された場合にもバルブタイミングを特定角に固定する。
【０００８】
バルブタイミングが特定角に固定されると、吸気弁または排気弁の開閉弁の位相が目標位相とずれるために、内燃機関の燃焼室に流入するガスの量が減少する。そのため、ＥＧＲを行う運転領域でバルブタイミングが特定角に固定されると、燃焼室に流入するガスの総量が減少するにも関わらずＥＧＲ率が変わらないために、吸入空気量が大幅に減少してしまう。このように、可変動弁機構の故障等によりバルブタイミングが特定角に固定されると、目標酸素濃度と吸入空気量との関係性が崩れて吸入空気量が減少するために、内燃機関のスモーク排出量が増大してしまう。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、バルブタイミングの固定時にスモーク排出量が増大することを抑制することが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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気弁または排気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁手段と、前記可変動弁手段の作動が禁止される間に前記バルブタイミングを特定角に固定する位相固定手段と、前記内燃機関の排気側から吸気側への排ガスの還流量を制御する排ガス還流量制御手段と、を備え、前記排ガス還流量制御手段が、前記内燃機関の燃焼室へ流入するガス中の酸素濃度に基づいて排ガスの還流量を制御し、かつ、前記位相固定手段が前記バルブタイミングを特定角に固定する間は、前記内燃機関の吸入空気量に基づいて排ガスの還流量を制御することを特徴とする。
【００１１】
上記の構成により、バルブタイミングが特定角に固定される間に内燃機関の吸入空気量が減少することを抑制することができる。よって、バルブタイミングの固定時にスモーク排出量が増大することを抑制することができる。
【００１２】
特に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記排ガス還流量制御手段が、前記位相固定手段が前記バルブタイミングを特定角に固定する間は、前記内燃機関の吸入空気量が目標量を充足するよう排ガスの還流量を制御する構成とすることができる。
【００１３】
上記の構成により、バルブタイミングが特定角に固定される間も内燃機関の吸入空気量が目標量を充足することから、吸入空気量の減少によるスモーク排出量の増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、バルブタイミングの固定時にスモーク排出量が増大することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。
【図２】実施例のエンジンの一気筒の構成例を示した断面図である。
【図３】エンジンの運転領域におけるＥＧＲ領域を示している。
【図４】Ｗ／ＥＧＲ領域におけるエンジンの燃焼室へのガス流入量を示している。
【図５】ＤＰＦの再生処理の一例を示している。
【図６】エンジンＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。
【００１８】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０を備えている。また、エンジンシステム１は、エンジン１００の排気側と吸気側とを連通するＥＧＲ通路１６と、ＥＧＲ通路１６を通じて還流される外部ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ１６２とを備えている。そして、エンジンシステム１は、エンジン１００の吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングを変更する電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を備えている。更に、エンジンシステム１は、エンジン１００の吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングを特定角に固定する位相固定機構２６ａおよび２７ａを備えている。
【００１９】
図２は、実施例のエンジン１００の一気筒の構成例を示した断面図である。エンジン１００は、車両に搭載される４気筒ディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンは、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフト２１に連結されている。
【００２０】
エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４４からの吸入空気量、クランク角センサ４３からのピストンの位置等の情報に基づき、燃料の噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量および噴射タイミングで燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ１７より噴射された燃料は、燃焼室内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って燃焼室内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。そして、混合気は、ピストンの上昇運動により燃焼室内で圧縮されて着火することで燃焼し、燃焼室内を膨張させてピストンを下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト２１の軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。この場合、エンジン１００は、４気筒に限定されず、多気筒ディーゼルエンジンを適用することができる。また、本実施例のエンジン１００は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンとしているが、これに限定されない。
なお、エンジン１００は、本発明の内燃機関の一構成例である。
【００２１】
エンジン１００のシリンダブロック５１の下部には、エンジン１００の各部位に供給される潤滑油を貯留するオイルパン５２が取り付けられており、オイルパン５２には潤滑油の温度を測定するための油温センサ４１が設けられている。油温センサ４１は、オイルパン５２内部の潤滑油の温度を検出して結果をエンジンＥＣＵ１０へ送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０はエンジン１００の潤滑油の温度を認識する。この場合、油温センサ４１は、オイルパン５２に限られずに、エンジン１００内部を循環する潤滑油の温度を検出可能な任意の位置に設けることができる。また、エンジンＥＣＵ１０は、油温センサ４１の検出結果に代えて、排ガス温度等の他の検出温度から潤滑油温を認識してもよいし、エンジン１００の運転履歴から潤滑油温を推定する構成であってもよい。
【００２２】
オイルパン５２に貯留された潤滑油は、潤滑機構５３を介して油圧ＶＶＴ機構２７を含むエンジン１００の各部に供給される。エンジン１００の各部を循環した潤滑油は、再びオイルパン５２に戻される。潤滑機構５３には潤滑油の圧力を測定するための油圧センサ４２が設けられている。油温センサ４１は、潤滑機構５３を流れる潤滑油の圧力を検出して結果をエンジンＥＣＵ１０へ送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０はエンジン１００の潤滑油の圧力を認識する。この場合、油温センサ４１は、潤滑機構５３に限られずに、エンジン１００内部を循環する潤滑油の圧力を検出可能な任意の位置に設けることができる。
【００２３】
クランクシャフト２１の軸の近傍には、クランク角センサ４３が設けられている。クランク角センサ４３は、クランクシャフト２１軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、運転時のクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度など、クランク角に関する情報を取得する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、取得したクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度に基づきエンジン回転数やエンジントルクを算出してエンジン１００の出力を認識する。
【００２４】
各燃焼室には複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図２には吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室の各吸気ポートには、それぞれ吸気弁２２が配置されており、吸気弁２２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２４が配置されている。更に、燃焼室の各排気ポートには、それぞれ排気弁２３が配置されており、排気弁２３を開閉駆動させるための排気カムシャフト２５が配置されている。
【００２５】
吸気弁２２および排気弁２３はクランクシャフト２１の回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト２４および排気カムシャフト２５の回転により開閉され、吸気ポートおよび排気ポートと燃焼室とを連通・遮断する。なお、吸気弁２２、および排気弁２３の位相は、クランク角を基準にして表される。
【００２６】
吸気カムシャフト２４は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構２６を有している。この電動ＶＶＴ機構２６はエンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータでベーンロータを回転させることで、ベーンロータに同期した吸気カムシャフト２４を回転させる。それにより吸気カムシャフト２４のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、吸気弁２２のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト２４の回転位相は、吸気カム角センサ４６にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、吸気カムシャフト２４の位相を取得することができるとともに、吸気弁２２の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト２４の位相は、クランク角を基準にして表される。本実施例の電動ＶＶＴ機構２６は電動式であるが、排気カムシャフト２５と同様の油圧駆動式であってもよい。
なお、電動ＶＶＴ機構２６は、本発明の可変動弁手段の一構成例である。
【００２７】
電動ＶＶＴ機構２６には位相固定機構２６ａが設けられている。位相固定機構２６ａは、電動ＶＶＴ機構２６のベーンロータに対するハウジングロータの回転を規制して、吸気弁２２のバルブタイミングを最進角と最遅角との間にある特定角に固定する。吸気弁２２を固定する特定角としては、例えば電動ＶＶＴ機構２６による位相の変更がないときの開閉弁タイミング（ベースタイミング）を適用することができる。
【００２８】
位相固定機構２６ａは、電動ＶＶＴ機構２６のベーンロータ側に設けられたロックピンと、ハウジングロータ側に設けられたロック穴を有している。エンジンＥＣＵ１０の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）が開放されて潤滑油が供給されると、その油圧によってロックピンがロック穴側に移動する。そして、ロックピンとロック穴との周方向の位置が一致した状態で油圧がかかるとロックピンがロック穴と係合し、それによって電動ＶＶＴ機構２６のベーンロータとハウジングロータとが互いに固定される。ＯＣＶが閉鎖されて油圧の供給が停止すると、スプリングの付勢力によりロックピンがロック穴から離脱し、電動ＶＶＴ機構２６のベーンロータとハウジングロータとの固定が解除され、これらの相対的な回転が許容される。
なお、位相固定機構２６ａは、本発明の位相固定手段の一構成例である。
【００２９】
排気カムシャフト２５は油圧ＶＶＴ機構２７を有している。この油圧ＶＶＴ機構２７はエンジンＥＣＵ１０の指示によりＯＣＶでベーンロータを回転させることで、ベーンロータに同期した排気カムシャフト２５を回転させる。それにより排気カムシャフト２５のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、排気弁２３のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト２５の回転位相は、排気カム角センサ４７にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、排気カムシャフト２５の位相を取得することができるとともに、排気弁２３の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト２５の位相は、クランク角を基準にして表される。本実施例の油圧ＶＶＴ機構２７は油圧駆動式であるが、吸気カムシャフト２４と同様の電動式であってもよい。
なお、油圧ＶＶＴ機構２７は、本発明の可変動弁手段の一構成例である。
【００３０】
油圧ＶＶＴ機構２７には位相固定機構２７ａが設けられている。位相固定機構２７ａは、位相固定機構２６ａと同様に、油圧ＶＶＴ機構２７のベーンロータに対するハウジングロータの回転を規制して、排気弁２３のバルブタイミングを最進角と最遅角との間にある特定角に固定する。排気弁２３を固定する特定角としては、例えば油圧ＶＶＴ機構２７による位相の変更がないときの開閉弁タイミング（ベースタイミング）を適用することができる。位相固定機構２７ａは位相固定機構２６ａと同様の構成であるために、その具体的な説明は省略する。
なお、位相固定機構２７ａは、本発明の位相固定手段の一構成例である。
【００３１】
図１に戻り、エンジン１００は、インジェクタ１７、コモンレール１８、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。燃料タンクより低圧燃料ポンプにより吸引された燃料は、高圧燃料ポンプにてコモンレール１８へ高圧で吐出し蓄圧される。
【００３２】
コモンレール１８は、インジェクタ１７に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプから圧送された燃料は、コモンレール１８内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、高圧配管を通じて各燃焼室のインジェクタ１７に供給される。また、コモンレール１８にはレール圧センサおよび減圧弁が設けられている。エンジンＥＣＵ１０は、レール圧センサから出力されたコモンレール１８内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁を開放するように指示する。そして、減圧弁より燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁より排出された燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンクへと戻される。
【００３３】
各燃焼室には、それぞれインジェクタ１７が装着されている。コモンレール１８より高圧配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ１７にてエンジン気筒内の燃焼室に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４４からの吸入空気量、およびクランク角センサ４３からのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室内へ燃料を高圧噴射する。インジェクタ１７のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。この場合、インジェクタ１７は、エンジン１００の仕様に応じて燃焼室の任意の位置に装着することができる。
【００３４】
エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する吸気マニホルド１１が接続されている。吸気マニホルド１１は、吸気通路１２によってエアフロメータ４４、ディーゼルスロットル１９、インタークーラ、ターボチャージャ１４のコンプレッサを介してエアクリーナに連結されており、エンジン１００の外部から取り込まれた吸入空気を各燃焼室内へ導入する。
【００３５】
ディーゼルスロットル１９にはスロットルポジションセンサ４５が設けられている。エアフロメータ４４およびスロットルポジションセンサ４５は、それぞれ吸気通路１２を通過する吸入空気量、およびディーゼルスロットル１９の弁開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気マニホルド１１へ導入される吸入空気量を認識し、ディーゼルスロットル１９の弁開度を調節することでエンジン１００の運転に必要な吸入空気を燃焼室へ導入する。
ディーゼルスロットル１９は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、ディーゼルスロットル１９の弁開度を任意に変更可能なその他の機構を適用してもよい。
【００３６】
更に、エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する排気マニホルド１３が接続されている。排気マニホルド１３は、排気通路１５によってターボチャージャ１４の排気タービンを介して排気浄化装置３０に連結されており、燃焼後の排ガスをエンジン１００の外部へと排出させる。
【００３７】
ターボチャージャ１４は、排ガスの運動エネルギを利用して排気タービンを回転させ、エアクリーナを通過した吸入空気を圧縮してインタークーラへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラで冷却された後に吸気マニホルド１１へと導入される。
ターボチャージャ１４は、可変ノズル式ターボチャージャ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｎｏｚｚｌｅ  Ｔｕｒｂｏ，以下、ＶＮＴと略記する）であって、排気タービン側に可変ノズルベーン機構１４１が設けられている。この可変ノズルベーン機構１４１の開度を調整することにより、タービンインペラ翼への排ガスの流入角度を制御して、吸気マニホルド１１へ導入する吸入空気の過給圧を調節する。例えば、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくすると、より多くの排ガスがタービンインペラ翼に流入するために排ガスのエネルギ利用率が高くなって過給効率が向上する。また、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより大きくすると、タービンインペラ翼に流入する排ガス量がより少なくなるために排ガスのエネルギ利用率が低くなって過給効率が低下する。この場合、ターボチャージャ１４はＶＮＴに限られず、ウェイストゲートによって過給圧の調節（排ガスのエネルギ利用率の制御）を行う構成であってもよい。
【００３８】
排気浄化装置３０は、エンジン１００の排ガスを浄化するものであって、排ガス中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する浄化触媒３１と、煤などの粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦ３２とを有している。この場合、排気浄化装置３０は、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸蔵還元触媒を組み合わせたＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｌａｔｅ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）を適用してもよい。
【００３９】
排気浄化装置３０の上流側の排気通路１５には、エンジン１００の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ４６が設けられている。これによって、エンジンＥＣＵ１０は、様々な負荷状態におけるエンジン１００の空燃比を認識することができる。
【００４０】
排気マニホルド１３は、ＥＧＲ通路１６によって吸気マニホルド１１と連通されている。ＥＧＲ通路１６へと流入した排ガスは、ＥＧＲクーラ１６１にて冷却された後にＥＧＲバルブ１６２で流量を調節されつつ吸気マニホルド１１へ進み、吸入空気とともに燃焼室内へ導入される。ＥＧＲバルブ１６２は、エンジンＥＣＵ１０の指令に従ってバルブ開度を調節することで、吸気マニホルド１１への排ガスの還流量を適切な量へと調節する。これらＥＧＲ通路１６、ＥＧＲクーラ１６１およびＥＧＲバルブ１６２は、排気マニホルド１３を流通する排ガスの一部を吸気マニホルド１１に還流供給するための外部ＥＧＲとして機能する。
なお、ＥＧＲバルブ１６２は、本発明の排ガス還流量制御手段の一構成例である。
【００４１】
エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられた複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてエンジン１００の運転動作を統合的に制御する。
【００４２】
特に、本実施例のエンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６または油圧ＶＶＴ機構２７の作動が禁止される間に吸気弁２２または排気弁２３のバルブタイミングを特定角に固定する制御を実行する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、吸気弁２２または排気弁２３のバルブタイミングを特定角に固定する間は、エンジン１００の吸入空気量に基づいてＥＧＲ量をＦ／Ｂ制御する。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行する制御について説明する。
【００４３】
まず、本実施例のエンジンＥＣＵ１０が実行するバルブタイミングの固定制御について説明する。
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転中、受信した油温センサ４１、油圧センサ４２、吸気カム角センサ４６および排気カム角センサ４７の検出結果に基づいて、電動ＶＶＴ機構２６または油圧ＶＶＴ機構２７の作動を禁止するか否かを判断する。
【００４４】
具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の油温が油圧ＶＶＴ機構２７の作動不良を引き起こす可能性があるほど低いとき（例えば０℃未満）、または、油圧が油圧ＶＶＴ機構２７の作動不良を引き起こす可能性があるほど低いとき（例えば、１００ｋＰａ）に、油圧ＶＶＴ機構２７の作動を禁止すると判断する。また、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６へ指令した位相と吸気弁２２の実位相とが一致しないときに電動ＶＶＴ機構２６が故障していると判断し、電動ＶＶＴ機構２６の作動を禁止すると判断する。同様に、エンジンＥＣＵ１０は、油圧ＶＶＴ機構２７へ指令した位相と排気弁２３の実位相とが一致しないときに油圧ＶＶＴ機構２７が故障していると判断し、油圧ＶＶＴ機構２７の作動を禁止すると判断する。
【００４５】
エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６の作動を禁止すると判断すると、位相固定機構２６ａに指令して吸気弁２２のバルブタイミングを特定角に固定する。また、エンジンＥＣＵ１０は、油圧ＶＶＴ機構２７の作動を禁止すると判断すると、位相固定機構２７ａに指令して排気弁２３のバルブタイミングを特定角に固定する。これによって、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７の故障や作動不良によってバルブタイミングが目標タイミングから大きくずれてしまうことを抑制する。
なお、バルブタイミングを固定する特定角については前述したために、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
次に、本実施例のエンジンＥＣＵ１０が実行するＥＧＲ量のＦ／Ｂ制御について説明する。図３は、エンジン１００の運転領域におけるＥＧＲ領域を示している。エンジンシステム１は、エンジン１００のＮＯｘ生成量が多い低回転・低負荷領域（Ｗ／ＥＧＲ領域）でＥＧＲバルブ１６２を開いてＥＧＲを導入する。すなわち、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転中、受信したクランク角センサ４３の検出結果に基づいて、エンジン１００の運転領域がＷ／ＥＧＲ領域にあるか否かを判断する。エンジン１００の運転領域がＷ／ＥＧＲ領域にない場合、エンジンＥＣＵ１０はＥＧＲバルブ１６２に閉鎖を指令する。
【００４７】
エンジン１００の運転領域がＷ／ＥＧＲ領域にある場合は、エンジンＥＣＵ１０は、位相固定機構２６ａまたは位相固定機構２７ａによってバルブタイミングが特定角に固定されているか否かを判断する。バルブタイミングが特定角に固定されていない場合、エンジンＥＣＵ１０は、燃焼室へ流入するガス中の酸素濃度に基づいてＥＧＲ率を設定する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の現在の運転領域においてＮＯｘ生成量が最小となる酸素濃度の目標値（目標酸素濃度）を設定する。そして、設定した目標酸素濃度を充足するようＥＧＲ率を設定する。
【００４８】
一方、バルブタイミングが特定角に固定されている場合は、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の吸入空気量に基づいてＥＧＲ率を設定する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の出力から吸入空気量の目標値（目標吸入空気量）を設定する。そして、設定した目標吸入空気量を充足するようＥＧＲ率を設定する。
【００４９】
エンジンＥＣＵ１０は、設定したＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブ１６２の開度を調節することで、燃焼室に導入されるＥＧＲ量を制御する。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転中に上記の制御を繰り返すことでＥＧＲ量をＦ／Ｂ制御する。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明の排ガス還流量制御手段の一構成例である。
【００５０】
図４は、Ｗ／ＥＧＲ領域におけるエンジン１００の燃焼室へのガス流入量を示している。電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７が正常に作動している場合（図４（ａ）参照）は、バルブタイミングが目標タイミングと一致しているためにエンジン１００の運転状態に応じた適切な量のガスが燃焼室へ流入する。この場合、燃焼室に流入するガス中の酸素濃度に基づいてＥＧＲ率を設定することで、エンジン１００のＮＯｘ排出量を適切に低減することができる。
【００５１】
一方、バルブタイミングが特定角に固定されると、吸気弁２２または排気弁２３の開閉弁の位相が目標位相とずれるために、エンジン１００の燃焼室に流入するガスの総量が減少する（図４（ｂ）参照）。この場合、燃焼室に流入するガス中の酸素濃度に基づいてＥＧＲ率を設定すると、燃焼室に流入するガスの総量が減少するにも関わらずＥＧＲ率が変わらないために、吸入空気量が大幅に減少してしまう。そのため、吸入空気量不足による不完全燃焼によってエンジン１００のスモーク排出量が増大してしまう。
【００５２】
そこで、本実施例のエンジンシステム１は、バルブタイミングが特定角に固定される間は、エンジン１００の吸入空気量に基づいてＥＧＲ量をＦ／Ｂ制御する。すなわち、エンジン１００の吸入空気量が目標量を充足するようＥＧＲ率を設定する。これによって、バルブタイミングが特定角に固定される間も燃焼室に充分な量の吸入空気が流入する（図４（ｃ）参照）ために、エンジン１００のスモーク排出量が増大することを抑制することができる。また、スモーク悪化を抑制できる吸入空気量を維持しつつ燃焼室にＥＧＲを導入することができることから、ＥＧＲ量の不足による燃焼騒音の悪化を抑制することができる。
【００５３】
本実施例における発明の他の効果を説明する。図５は、ＤＰＦ３２の再生処理の一例を示している。エンジン１００のＤＰＦ３２は、堆積したＰＭを焼成するために所定の走行距離毎に再生処理が行われる。この場合、従来のＥＧＲ制御によれば、バルブタイミングが特定角に固定されると吸入空気量不足による不完全燃焼によってスモーク排出量が増大するために、ＤＰＦ３２にＰＭが過堆積する。そして、再生処理が実行されるとＤＰＦ３２が過度に昇温するために、再生処理を繰り返すことでＤＰＦ３２の耐久性が低下してしまう。
【００５４】
一方、本実施例のＦ／Ｂ制御によれば、バルブタイミングが特定角に固定される間もスモーク排出量が増大しないために、ＤＰＦ３２へのＰＭの過堆積を抑制することができる。よって、ＤＰＦ３２の耐久性の低下を抑制することができる。
【００５５】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム１の動作を説明する。図６は、エンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジンシステム１は、エンジン１００の燃料室へ流入するガス中の酸素濃度に基づいてＥＧＲ量をＦ／Ｂ制御し、かつ、吸気弁２２または排気弁２３のバルブタイミングを特定角に固定する間は、エンジン１００の吸入空気量に基づいてＥＧＲ量をＦ／Ｂ制御する。
【００５６】
エンジンＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。
【００５７】
まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１で、クランク角センサ４３の検出結果に基づいて、エンジン１００の運転領域がＷ／ＥＧＲ領域にあるか否かを判断する。エンジン１００の運転領域がＷ／ＥＧＲ領域にない場合（ステップＳ１／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０は、燃焼室へＥＧＲを導入する必要がないと判断し、ステップＳ６に進んでＥＧＲバルブ１６２に閉鎖を指令した後に制御の処理を終了する。エンジン１００の運転領域がＷ／ＥＧＲ領域にある場合（ステップＳ１／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は、燃焼室へＥＧＲを導入する必要があると判断し、次のステップＳ２へ進む。
【００５８】
ステップＳ２で、エンジンＥＣＵ１０は、位相固定機構２６ａまたは位相固定機構２７ａによってバルブタイミングが特定角に固定されているか否かを判断する。バルブタイミングが特定角に固定されている場合（ステップＳ２／ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ４へ進む。バルブタイミングが特定角に固定されていない場合（ステップＳ２／ＮＯ）は、エンジンＥＣＵ１０は、次のステップＳ３へ進む。
【００５９】
ステップＳ３で、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼室へ流入するガス中の酸素濃度に基づいてＥＧＲ率を設定する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の現在の運転領域においてＮＯｘ生成量が最小となる目標酸素濃度を充足するようＥＧＲ率を設定する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３の処理を終えると、ステップＳ５へ進む。
【００６０】
ステップＳ２の判断結果がＹＥＳの場合、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ４へ進む。ステップＳ４で、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の吸入空気量に基づいてＥＧＲ率を設定する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の出力に応じて設定した目標吸入空気量を充足するようＥＧＲ率を設定する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ４の処理を終えると、次のステップＳ５へ進む。
【００６１】
ステップＳ３、またはステップＳ４の処理を終えると、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ５へ進む。ステップＳ５で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３、またはステップＳ４で設定されたＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブ１６２の開度を調節し、燃焼室へ導入されるＥＧＲ量を調節する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ５の処理を終えると、制御の処理を終了する。
【００６２】
上記の制御を実行することにより、バルブタイミングの固定時にエンジン１００のスモーク排出量が増大することを抑制することができる。また、バルブタイミングが固定されていない時にはＮＯｘ生成量が最小となる適切なＥＧＲ率を設定することができる。
【００６３】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの吸気弁、排気弁のバルブタイミングを変更する電動ＶＶＴ機構、油圧ＶＶＴ機構と、電動ＶＶＴ機構または油圧ＶＶＴ機構の作動が禁止される間にバルブタイミングを特定角に固定する位相固定機構と、エンジンのＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブと、を備え、エンジンＥＣＵが、エンジンの燃焼室へ流入するガス中の酸素濃度に基づいてＥＧＲバルブの開度を制御し、かつ、位相固定機構がバルブタイミングを特定角に固定する間は、エンジンの吸入空気量に基づいてＥＧＲバルブの開度を制御する。
これによって、バルブタイミングが特定角に固定される間にエンジンの吸入空気量が減少することを抑制することができる。よって、バルブタイミングの固定時にスモーク排出量が増大することを抑制することができる。
【００６４】
また、本実施例のエンジンシステムは、位相固定機構がバルブタイミングを特定角に固定する間は、エンジンの吸入空気量が目標量を充足するようＥＧＲバルブの開度を制御する。これによって、バルブタイミングが特定角に固定される間もエンジンの吸入空気量が目標量を充足することから、吸入空気量の減少によるスモーク排出量の増大を抑制することができる。
【００６５】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  エンジンシステム
１０  エンジンＥＣＵ（排ガス還流量制御手段）
１６  ＥＧＲ通路
２２  吸気弁
２３  排気弁
２６  電動ＶＶＴ機構（可変動弁手段）
２６ａ  位相固定機構（位相固定手段）
２７  油圧ＶＶＴ機構（可変動弁手段）
２７ａ  位相固定機構（位相固定手段）
４１  油温センサ
４２  油圧センサ
４３  クランク角センサ
４６  吸気カム角センサ
４７  排気カム角センサ
１００  エンジン（内燃機関）
１６２  ＥＧＲバルブ（排ガス還流量制御手段）
【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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