(57)【要約】  【課題】内部ＥＧＲ制御から外部ＥＧＲ制御に移行する際のハンチングを抑制できるＥＧＲ制御方法を提供する。  【解決手段】内燃機関が、可変バルブタイミング機構とＥＧＲ機構とを備えてなり、ＥＧＲ制御弁の目標開度が、第一の閾値未満である場合にはＥＧＲ制御弁を閉じ、第一の閾値以上の時はＥＧＲ制御弁を目標開度となるように開き、第一の閾値以上になった後に第一の閾値よりも小なる第二の閾値未満となった際には、ＥＧＲ制御弁を閉じるものであって、ＥＧＲ制御弁が開く時のバルブタイミングと、ＥＧＲ制御弁が閉じる時のバルブタイミングとの差異が大きいほど第一の閾値と第二の閾値との差が大きくなるように第一及び第二の閾値を設定し、ＥＧＲ機構による排気ガスの再循環を開始する実際のタイミングを、バルブタイミングをＥＧＲ機構によるＥＧＲのためのバルブタイミングに切り替えた後になるように設定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が、排気弁と吸気弁との少なくとも一方のバルブタイミングを制御する可変バルブタイミング機構と、排気ガスの再循環量を制御する再循環制御弁を有する排気ガス再循環機構とを備えてなり、機関回転数と吸気管内圧とに基づいて設定する再循環制御弁の目標開度が、第一の閾値未満である場合には再循環制御弁を閉じておき、第一の閾値以上の時は再循環制御弁を目標開度となるように開き、さらに第一の閾値以上になった後に第一の閾値よりも小なる第二の閾値未満となった際には、再循環制御弁を閉じる内燃機関の排気ガス再循環制御方法であって、
再循環制御弁が開く時のバルブタイミングと、再循環制御弁が閉じる時のバルブタイミングとの差異が大きいほど第一の閾値と第二の閾値との差が大きくなるように第一及び第二の閾値を設定し、
排気ガス再循環機構による排気ガスの再循環を開始する実際のタイミングを、バルブタイミングを排気ガス再循環機構による排気ガス再循環のためのバルブタイミングに切り替えた後になるように設定する内燃機関の排気ガス再循環制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスを吸気系に再循環させる排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称する）機構及び少なくとも吸気弁と排気弁との一方のバルブタイミングを制御する可変バルブタイミング機構を備える内燃機関における排気ガス再循環制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のＥＧＲ機構及び可変バルブタイミング機構を備える内燃機関においては、バルブタイミングに応じてＥＧＲ量を切り替えるようにそれぞれの機構を制御している。例えば、特許文献１には、第一のバルブタイミングと第一のバルブタイミングより遅くした第二のバルブタイミングとに対してそれぞれ、異なるＥＧＲ量を設定して、吸気管内の圧力の急増によるサージングを回避して、スムーズにバルブタイミングを切り替えられるようにしている。
【０００３】
ところで、この種の内燃機関にあっては、可変バルブタイミング機構によりバルブタイミングを変更することにより、排出する既燃ガスの一部をシリンダ内に残留させるいわゆる内部ＥＧＲ制御と、ＥＧＲ機構によるいわゆる外部ＥＧＲ制御とを、内燃機関の運転領域により切り替えるものも知られている。このようなものでは、ＥＧＲ機構のＥＧＲ弁の目標開度を機関回転数と吸気管内圧とで例えばマップを用いて設定しておき、その目標開度が所定値以上となった時点で、内部ＥＧＲ制御から外部ＥＧＲ制御に切り替えるようにしている。目標開度は、可変バルブタイミング機構によりバルブタイミングが制御されている間も更新されているが、ＥＧＲ機構はバルブタイミングが制御されている間はＥＧＲ弁を目標開度になるように制御するものではない。
【０００４】
内部ＥＧＲ制御から外部ＥＧＲ制御への切り替えに際しては、バルブタイミングを外部ＥＧＲ制御のための目標バルブタイミングに変化させ、その後にその時点の目標開度になるようにＥＧＲ弁を駆動する構成を採用している。バルブタイミングを先に目標バルブタイミングまで遅角させるため、吸入空気量が増加し、その結果、図５に示すように、吸気管内圧が一時的に低下する。このように吸気管内圧が低下すると、その低下した吸気管内圧に基づいて目標開度を設定するため、目標開度が前記所定値を下回る状態が生じる。
【０００５】
このような状態が生じると、内部ＥＧＲ制御と外部ＥＧＲ制御とを行き来するモードハンチング状態となる可能性があるため、前記所定値に代えて、ＥＧＲ弁を開くための判定値となる第一の閾値と閉じるための第二の閾値とを設定して、ＥＧＲ弁の開閉制御にヒステリシスを持たせるものである。
【０００６】
ところで、第一の閾値と第二の閾値とによるヒステリシス要求量を一定に設定する場合、バルブタイミングの設定にあっても燃費が最良となるようにしている関係上、低回転域と高回転域とでヒステリシス要求量が異なってくる。このため、例えば低回転域に合わせてヒステリシス要求量を設定すると、高回転域においてモードハンチングを生じることになり、一方、その逆の設定であると、低回転域で外部ＥＧＲ制御に円滑に移行できなくなり燃費を低下させる要因になった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７‐７１０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は以上の点に着目し、可変バルブタイミング機構とＥＧＲ機構とを備える内燃機関において、ＥＧＲ機構によるＥＧＲ制御を実行する際のハンチングの抑制を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明の内燃機関の排気ガス再循環制御方法は、内燃機関が、排気弁と吸気弁との少なくとも一方のバルブタイミングを制御する可変バルブタイミング機構と、排気ガスの再循環量を制御する再循環制御弁を有する排気ガス再循環機構とを備えてなり、機関回転数と吸気管内圧とに基づいて設定する再循環制御弁の目標開度が、第一の閾値未満である場合には再循環制御弁を閉じておき、第一の閾値以上の時は再循環制御弁を目標開度となるように開き、さらに第一の閾値以上になった後に第一の閾値よりも小なる第二の閾値未満となった際には、再循環制御弁を閉じる内燃機関の排気ガス再循環制御方法であって、再循環制御弁が開く時のバルブタイミングと、再循環制御弁が閉じる時のバルブタイミングとの差異が大きいほど第一の閾値と第二の閾値との差が大きくなるように第一及び第二の閾値を設定し、排気ガス再循環機構による排気ガスの再循環を開始する実際のタイミングを、バルブタイミングを排気ガス再循環機構による排気ガス再循環のためのバルブタイミングに切り替えた後になるように設定することを特徴とする。
【００１０】
このような構成において、再循環制御弁が開いている場合と閉じている場合との可変バルブタイミング機構によるバルブタイミングの差異が大きくなるほど第一の閾値と第二の閾値との差を大きく設定することで、排気ガス再循環機構による排気ガス再循環制御の際のモードハンチングを抑制することが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したような構成であり、可変バルブタイミング機構による排気ガス再循環制御から排気ガス再循環機構による排気ガス再循環制御への切り替えの際のモードハンチングを抑制することができ、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。
【図２】同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。
【図３】同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。
【図４】同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。
【図５】従来例の作用説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるものである。このエンジン１００は、吸気系１、シリンダ２及び排気系５を備えている。吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応じて開閉するスロットルバルブ１１が設けてあり、そのスロットルバルブ１１の下流には、サージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２が取り付けてある。シリンダ２上部に形成される燃焼室２３の天井部には、点火プラグ８が取り付けてある。吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には、燃料噴射弁３が取り付けてある。この燃料噴射弁３は、後述する電子制御装置４により制御される。さらに、サージタンク１３と、Ｏ2センサ５１、三元触媒５２及び排気マニホルド５３を備える排気系５との間には、ＥＧＲ機構６が接続される。
【００１５】
ＥＧＲ機構６は、サージタンク１３に連通するように一方の端部が接続されるＥＧＲ管路６１と、そのＥＧＲ管路６１に設けられてＥＧＲ管路６１を通過する排気ガスの流量すなわちＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御弁６２とを備えて構成される。ＥＧＲ管路６１の他方の端部は、排気系５に設けられる三元触媒５２の上流において排気系５に連通するように排気マニホルド５３に接続される。ＥＧＲ装置６は、ＥＧＲ制御弁６２が制御されるつまり開かれると、排気ガスがＥＧＲ制御弁６２の開度に応じた流量でＥＧＲ管路６１を通過して、スロットルバルブ１１よりも下流側つまりサージタンク１３内に還流させるものである。還流されるＥＧＲ量は、ＥＧＲ制御弁６２の開度に依存するもので、ＥＧＲ制御弁６２の開度の制御は、電子制御装置４により行われる。
【００１６】
このエンジン１００は、吸気弁２１の開閉タイミング（以下、バルブタイミングと称する）を、吸気管内圧とエンジン回転数とに基づいて設定される目標バルブタイミングになるように変更するための可変バルブタイミング機構９を備えている。可変バルブタイミング機構９は、いわゆる揺動シリンダ機構を利用したもので、吸気カムシャフト９１に固定されたロータと、ロータの外側に嵌められるハウジングと、ロータに対してハウジングを回動させるための電磁式４方向切換制御弁であるオイルコントロールバルブ９２と、互いに噛み合うように一方をハウジングに取り付けて他方を排気カムシャフト９３に固定した一対のギア９４，９５と、吸気カムシャフト９１の端部に取り付けられてクランク角度信号及び気筒判別用信号を出力するクランクセンサ９６と、排気カムシャフト９３の端部に取り付けられて２４０°ＣＡ（クランク角度）回転する毎に排気カム信号を出力するタイミングセンサ９７とを備える構成である。
【００１７】
このような構成において、吸気弁２１の開閉タイミング、つまりバルブタイミングは、電子制御装置４から出力される開閉タイミング信号ｐにより可変バルブタイミング機構９が作動して変更されるものである。すなわち、可変バルブタイミング機構９は、開閉タイミング信号ｐを受けると、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブ９２により制御する。これにより、ロータに対するハウジングの相対角度が変化し、吸気カムシャフト９１と排気カムシャフト９３との間に所望の回転位相差を生じさせて、バルブタイミングを可変制御するものである。つまり、クランクシャフトの回転に対して、排気弁２４を常に一定のタイミングで開閉させつつ、吸気弁２１のバルブタイミングを変化させることにより、吸気弁２１のバルブタイミングと排気弁２４のバルブタイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。そして、吸気弁２４の開きタイミングを早くすることにより、排気ガスを吸気ポートに吹き戻し吸入空気に混合する、いわゆる内部ＥＧＲ制御を実施するものとなる。
【００１８】
電子制御装置４は、中央演算装置４１と、記憶装置４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを備えてなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算装置４１は、記憶装置４２に格納された、以下に説明する種々のプログラムを実行して、エンジン１００の運転を制御するものである。中央演算装置４１には、エンジン１００の運転制御に必要な情報が入力インターフェース４３を介して入力されるとともに、中央演算装置４１は、燃料制御弁３、排気ガス還流制御弁６２、オイルコントロールバルブ９２などに対して制御信号を、出力インターフェース４４を介して出力する。
【００１９】
具体的には、入力インターフェース４３には、サージタンク１３内の圧力を吸気管内圧として検出するための吸気圧センサ７１から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ１１の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ７４から出力されるＩＤＬ信号ｄ、エンジン１００の冷却水温度を検出するための水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、Ｏ2センサ５１から出力される電圧信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース４４からは、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、燃料制御弁３に対して燃料噴射信号ｎ、排気ガス還流制御弁６２に対してバルブ開閉信号ｏ、可変バルブタイミング機構９のオイルコントロールバルブ９２に対して開閉タイミング信号ｐなどが出力される。
【００２０】
このような構成において、電子制御装置４は、吸気圧センサ７１から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂとを主な情報として、運転状態に応じて設定される係数を用いて燃料噴射量を演算し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間つまり燃料噴射弁３に対する通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁３を制御して、燃料を吸気系１に噴射させる。このような燃料噴射制御自体は、この分野で知られているものを適用するものであってよい。
【００２１】
また、電子制御装置４は、エンジン回転数と吸気管内圧とに基づいて設定するＥＧＲ制御弁６２の目標開度が、第一の閾値未満である場合にはＥＧＲ制御弁６２を閉じておき、第一の閾値以上の場合はＥＧＲ制御弁６２を目標開度となるように開き、さらに第一の閾値以上になった後に第一の閾値よりも小なる第二の閾値未満となった際には、ＥＧＲ制御弁６２を閉じるものであって、ＥＧＲ制御弁６２が開く時のバルブタイミングと、ＥＧＲ制御弁６２が閉じる時のバルブタイミングとの差異が大きいほど第一の閾値と第二の閾値との差が大きくなるように第一及び第二の閾値を設定し、ＥＧＲ機構６による排気ガスの再循環を開始する実際のタイミングを、バルブタイミングをＥＧＲ機構６による排気ガス再循環のためのバルブタイミングに切り替えた後になるように設定するＥＧＲ制御プログラムが電子制御装置４に格納してある。ＥＧＲ制御プログラムの概略手順を、図２〜４に示す。
【００２２】
図２は、ＥＧＲ制御弁６２の目標開度を設定するルーチンであり、エンジン１００が運転中は、所定時間毎に繰り返し実行される。まずステップＳ１では、吸気圧信号ａに基づいて吸気管内圧を検出するとともに、回転数信号ｂに基づいてエンジン回転数を検出する。吸気管内圧とエンジン回転数とは、燃料噴射量を演算する際に検出するものと同一である。
【００２３】
ステップＳ２では、検出した吸気管内圧とエンジン回転数とによりマップを検索し、ＥＧＲ制御弁６２の目標開度を設定する。マップは、代表的な吸気管内圧とエンジン回転数とにより目標開度が設定してあるもので、それ以外の吸気管内圧とエンジン回転数とにおいては、補間計算を行って目標開度を設定する。
【００２４】
次に、可変バルブタイミング機構９における吸気弁２１のバルブタイミングを内部ＥＧＲ制御用のものから外部ＥＧＲ制御用のものに切り替える制御の手順を、図３により説明する。なお、第一の閾値と第一の閾値より低い第二の閾値とは、初期値が設定してあり、以下に説明する内部ＥＧＲ制御から外部ＥＧＲ制御に切り替えられる際に、その時のバルブタイミングに基づいて更新されるものである。第一の閾値の初期値は、ＥＧＲ制御を切り替えるに際して、ヒステリシスによるモードハンチングが発生しないと推測できる値に設定する。一方、第二の閾値の初期値は、ＥＧＲ制御弁６２の開度をこれ以上小さくした場合は、内部ＥＧＲ制御を行う方が効果的、つまり燃費の点で有利である値に設定する。これらの設定にあたっては、第二の閾値の初期値を先に決めるものである。
【００２５】
まずステップＳ１１では、ＥＧＲ機構６を作動させていない状態で、可変バルブタイミング機構９により内部ＥＧＲ制御を実施している場合に、目標開度が第一の閾値以上になったか否かを判定する。目標開度が第一の閾値以上になったことを判断した場合は、ステップＳ１２においてバルブタイミングを、外部ＥＧＲ制御を実行する場合のものに切り替える。具体的には、バルブタイミングを設定された遅角量だけ遅角するもので、これによって内部ＥＧＲ制御におけるＥＧＲ量に相当するシリンダ２に残留する既燃ガスの量を減量するものである。
【００２６】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２においてバルブタイミングを、内部ＥＧＲ制御用のものから外部ＥＧＲ制御用のものに切り替えた後のタイミングで、ＥＧＲ制御弁６２を目標開度に達するまで開く。
【００２７】
ステップＳ１４では、ＥＧＲ制御弁６２を制御している間に、バルブタイミングの切り替えに伴って吸気管内圧が低下したことで、目標開度が第二の閾値未満になったか否かを判定する。目標開度が第二の閾値未満になったと判定した場合は、ステップＳ１５において、バルブタイミングを内部ＥＧＲ制御用のものに切り替える。そしてステップＳ１６において、ＥＧＲ制御弁６２を閉じて、外部ＥＧＲ制御を中止する。
【００２８】
次に、第一の閾値及び第二の閾値の設定の手順を、図４により説明する。
【００２９】
第一及び第二の閾値は、ＥＧＲ制御弁６２の開閉時それぞれの場合のバルブタイミングに基づいて設定するもので、まずステップＳ２１では、ＥＧＲ制御弁６２が開く時のバルブタイミングを検出する。この実施形態の場合、このバルブタイミングは一定値に設定してある。したがって、ＥＧＲ制御弁６２を制御している間、つまり外部ＥＧＲ制御を実施している間は、吸気弁２１のバルブタイミングは変更せずに固定されたバルブタイミングとなる。
【００３０】
ステップＳ２２では、ＥＧＲ制御弁６２が閉じる時のバルブタイミングを検出する。すなわち、運転状態が変化し、ＥＧＲ制御弁６２の目標開度が第二の閾値未満となった時の吸気管内圧とエンジン回転数とに基づいてバルブタイミングを検出する。
【００３１】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１及びステップＳ２２により検出したバルブタイミングの差異を演算する。
【００３２】
ステップＳ２４では、演算した差異の大きさに基づいて第一の閾値と第二の閾値とを設定する。この実施形態の場合、差異が大きくなるほど第一の閾値と第二の閾値との差が大きくなるように、第一の閾値と第二の閾値とを設定する。
【００３３】
このような構成において、可変バルブタイミング機構９が作動しており、ＥＧＲ制御弁６２が作動していない、つまり開いていない状態では、可変バルブタイミング機構９により吸気弁２１のバルブタイミングを制御することにより、内部ＥＧＲ制御を実施する。この場合、外部ＥＧＲ制御におけるＥＧＲガスより温度の高い既燃ガスがシリンダ２内に残るので、低回転域において燃焼温度が低下せず、良好な燃焼を得ることができ、燃費の低下を抑えることができる。
【００３４】
このように可変バルブタイミング機構９が作動している間にあっても、所定周期でステップＳ１及びステップＳ２を実行して、ＥＧＲ制御弁６２の目標開度を継続的に設定している。この演算された目標開度の設定と並行して、設定した目標開度と第一及び第二の閾値との関係を監視し、目標開度が第一の閾値以上となった場合にバルブタイミングを外部ＥＧＲ制御用のものに切り替え（ステップＳ１１及びステップＳ１２）、ＥＧＲ制御弁６２の開度が目標開度になるように開いて（ステップＳ１３）、可変バルブタイミング機構９による内部ＥＧＲ制御からＥＧＲ機構６による外部ＥＧＲ制御にＥＧＲ制御を切り替える。
【００３５】
この後、ステップＳ１及びステップＳ２の実行により設定する目標開度が第二の閾値未満となるまでは（ステップＳ１４において「Ｙｅｓ」）、ＥＧＲ制御弁６２を目標開度になるように開くことを継続する。運転状態の変化により、目標開度が第二の閾値未満となった場合は、バルブタイミングを内部ＥＧＲ制御用のものに切り替え、ＥＧＲ制御弁６２を閉じる（ステップＳ１５及びステップＳ１６）
このようにＥＧＲ制御の切り替えにおいて、ＥＧＲ制御弁６２の開閉時のバルブタイミングの差異を演算し、その差異の大きさに基づいて第一の閾値と第二の閾値との差が変化するように、第一及び第二の閾値を設定している（ステップＳ２１〜ステップＳ２４）。つまり、ＥＧＲ制御弁６２を閉じるバルブタイミングがエンジン１００の運転状態に応じて変化するので、第一及び第二の閾値によるヒステリシス要求量についても、運転状態に応じたものに変更することができる。このため、運転状態の如何にかかわらず、内部ＥＧＲ制御から外部ＥＧＲ制御に切り替える場合のモードハンチングが発生することを抑制することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３７】
上述の実施形態において、ＥＧＲ制御弁６２が開く時のバルブタイミングは一定値としたが、運転状態に応じて設定されるものであってよい。このように、ＥＧＲ制御弁６２の開時バルブタイミングを運転状態に合わせたものにすることにより、第一の閾値と第二の閾値との差をさらに大きくすることができる。
【００３８】
上述の実施形態では、ＥＧＲ制御弁６２が開く時のバルブタイミングと、ＥＧＲ制御弁６２が閉じる時のバルブタイミングとの差異を、それぞれのバルブタイミングを検出して算出するものを説明したが、バルブタイミング及びＥＧＲ制御弁６２がエンジン回転数と吸気管内圧との関数であることから、それぞれのバルブタイミングを検出することなく、ＥＧＲ制御弁６２が開く時から閉じる時までのエンジン回転数及び吸気管内圧の変化量から直接的に算出するものであってもよい。
【００３９】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の活用例として、自動車などの車両に搭載されるエンジンが挙げられる。
【符号の説明】
【００４１】
４…電子制御装置
６…ＥＧＲ機構
９…可変バルブタイミング機構
２１…吸気弁
２４…排気弁
６２…ＥＧＲ制御弁
７１…吸気圧センサ
７２…回転数センサ
【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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