(57)【要約】【課題】過給機を備える内燃機関の制御装置に関し、内燃機関の中高負荷の高回転領域において、ＴＨＣ低減およびＮＯｘ低減を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の吸気通路２８に設けられたターボ過給機２４と、吸気通路２８におけるターボ過給機２４の上流側に配置された第１吸気絞り弁３６と、吸気通路２８におけるターボ過給機２４の下流側に配置された第２吸気絞り弁３８と、を備える。内燃機関の中高負荷域において、機関回転数が所定値以上の高回転領域にあると判定された場合に、主として第１吸気絞り弁３６を用いて吸入空気量を制御する。【選択図】図４
2009047010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられた過給機と、
前記吸気通路における前記過給機の上流側に配置された第１の絞り弁と、
前記吸気通路における前記過給機の下流側に配置された第２の絞り弁と、
前記第１の絞り弁および／または前記第２の絞り弁の開度を調整することにより、吸入空気量を制御する制御手段と、
前記内燃機関の中高負荷域において、機関回転数が所定値以上となる高回転領域にあるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記高回転領域にあると判定された場合に、主として前記第１の絞り弁を用いて吸入空気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】
前記制御手段は、
前記高回転領域にあると判定された場合に、前記第２の絞り弁を全開に開弁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。
【請求項３】
前記吸気通路における、前記第１の絞り弁の下流側且つ前記過給機の上流側と、前記内燃機関の排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を通って還流する外部ＥＧＲ量を可変とする外部ＥＧＲ量可変手段と、
前記高回転領域にあると判定された場合に、外部ＥＧＲ量が増大するように前記外部ＥＧＲ量可変手段を制御する外部ＥＧＲ量制御手段と、
を更に備える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】
吸気弁および排気弁のバルブオーバーラップを変化させることで、内部ＥＧＲ量を可変とする内部ＥＧＲ量可変手段と、
前記高回転領域にあると判定された場合に、内部ＥＧＲ量が増大するように前記内部ＥＧＲ量可変手段を制御する内部ＥＧＲ量制御手段と、
を更に備え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】
前記過給機は、過給圧の調整が可能な可変ノズル式過給機であり、
前記高回転領域にあると判定された場合に、過給圧が増大するように可変ノズルを絞る過給圧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。
【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関し、特に、過給機を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開平１０−２９９５２４号公報に開示されているように、吸気通路における機械式過給機の上流側および下流側に、それぞれ絞り弁を設けた過給機付エンジンの吸気装置が提案されている。この装置では、エンジンの負荷に応じて、これら２つの絞り弁を制御することで、過給機の上流側と下流側との差圧を小さくすることとしている。具体的には、吸気通路における機械式過給機の上流側および下流側をバイパスさせるバイパス通路を備え、エンジンの低負荷域では、バイパス通路を連通させるとともに、上流側の絞り弁に比して下流側の絞り弁の開度が大きくなるように制御され、エンジンの高負荷域では、バイパス通路を閉塞させるとともに、上流側の絞り弁に比して下流側の絞り弁の開度が小さくなるように制御される。これにより、過給機の上流側と下流側との差圧を小さくすることができ、過給機の耐久性向上、およびエンジンの燃費性能向上を図ることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９９５２４号公報
【特許文献２】特開平１０−２９９５２５号公報
【特許文献３】特開２０００−９７０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のシステムでは、高回転域において所望の高過給圧を確保することが困難となる。つまり、上記従来のシステムでは、エンジンの高負荷域において過給機下流の絞り弁の開度が小さくなるように制御されるため、過給機において過給された空気が下流の絞り弁において減圧されてしまう。このため、筒内の空気量不足や圧縮比の低下により、失火の発生やＴＨＣの排出量の増大を招くおそれがあった。
【０００５】
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、内燃機関の中高負荷の高回転領域において、ＴＨＣ低減およびＮＯｘ低減を図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】
【０００６】
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、
内燃機関の吸気通路に設けられた過給機と、
前記吸気通路における前記過給機の上流側に配置された第１の絞り弁と、
前記吸気通路における前記過給機の下流側に配置された第２の絞り弁と、
前記第１の絞り弁および／または前記第２の絞り弁の開度を調整することにより、吸入空気量を制御する制御手段と、
前記内燃機関の中高負荷域において、機関回転数が所定値以上となる高回転領域にあるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記高回転領域にあると判定された場合に、主として前記第１の絞り弁を用いて吸入空気量を制御することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、
前記高回転領域にあると判定された場合に、前記第２の絞り弁を全開に開弁することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記吸気通路における、前記第１の絞り弁の下流側且つ前記過給機の上流側と、前記内燃機関の排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を通って還流する外部ＥＧＲ量を可変とする外部ＥＧＲ量可変手段と、
前記高回転領域にあると判定された場合に、外部ＥＧＲ量が増大するように前記外部ＥＧＲ量可変手段を制御する外部ＥＧＲ量制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
吸気弁および排気弁のバルブオーバーラップを変化させることで、内部ＥＧＲ量を可変とする内部ＥＧＲ量可変手段と、
前記高回転領域にあると判定された場合に、内部ＥＧＲ量が増大するように前記内部ＥＧＲ量可変手段を制御する内部ＥＧＲ量制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記過給機は、過給圧の調整が可能な可変ノズル式過給機であり、
前記高回転領域にあると判定された場合に、過給圧が増大するように可変ノズルを絞る過給圧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。
【発明の効果】
【００１１】
過給機が駆動している内燃機関の高回転領域において、過給機の下流側の第２の絞り弁を絞ると、内燃機関への吸気圧力が低下してしまう。第１の発明によれば、内燃機関の中高負荷の運転領域の機関回転数が所定値以上となる高回転領域にある場合に、過給機の上流側の第１の絞り弁を用いて吸入空気量が制御される。このため、本発明によれば、高回転領域において過給圧が制限される事態を回避し、圧縮圧力を大きくすることができるので、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、内燃機関の機関回転数が所定値以上となる高回転領域にある場合に、過給機の下流側の第２の絞り弁が全開にされるので、高回転領域において過給圧が制限される事態を効果的に回避することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、内燃機関の高回転領域において、ＥＧＲ通路を介して導入される外部ＥＧＲの量が増大される。ＥＧＲ通路は、吸気通路における過給機の上流側且つ第１の絞り弁の下流側と、排気通路とを接続している。このため、本発明によれば、過給機の上流にＥＧＲが導入されるので、過給圧を利用してＥＧＲ量を効果的に増大することができ、ＮＯｘの排出量の増加を効果的に抑制することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、内燃機関の高回転領域において、バルブタイミングを可変させることで、バルブオーバーラップを拡大させることができる。このため、本発明によれば、で、内部ＥＧＲ量を増大させてＮＯｘの排出量の増加を効果的に抑制することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、過給機として、可変ノズルの開度を変化させることで、過給圧の調整が可能な可変ノズル式の過給機が使用される。このため、本発明によれば、内燃機関の高回転領域において、過給圧を増大させることができるので、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。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。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施の形態のシステムは、複数気筒（図１では４気筒）を有する４サイクルのディーゼル機関１０を備えている。ディーゼル機関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。
【００１８】
ディーゼル機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するためのインジェクタ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。
【００１９】
ディーゼル機関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（図示せず）に接続されている。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。排気通路１８におけるターボ過給機２４の下流側には、排気ガスを浄化するための後処理装置２６が設けられている。後処理装置２６としては、例えば、酸化触媒、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）等を用いることができる。
【００２０】
ディーゼル機関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（図示せず）に分配される。
【００２１】
吸気通路２８におけるエアクリーナ３０とターボ過給機２４との間には、第１吸気絞り弁３６が設けられている。また、吸気通路２８におけるインタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、第２吸気絞り弁３８が設置されている。また、吸気通路２８におけるエアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ７２が設置されている。
【００２２】
吸気通路２８における吸気マニホールド３４近傍には、ＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。ＨＰＬ−ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８における排気マニホールド２０近傍に接続されている。本システムでは、このＨＰＬ−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へ還流させる外部ＥＧＲ（以下、「ＨＰＬ−ＥＧＲ」と称す）を行うことができる。以下、ＨＰＬ−ＥＧＲ通路４０を通して吸気通路２８へ還流される排気ガスのことを「ＨＰＬ−ＥＧＲガス」と称する。
【００２３】
ＨＰＬ−ＥＧＲ通路４０の途中には、ＨＰＬ−ＥＧＲガスを冷却するためのＨＰＬ−ＥＧＲクーラ４２が設けられている。ＨＰＬ−ＥＧＲ通路４０におけるＨＰＬ−ＥＧＲクーラ４２下流には、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＨＰＬ−ＥＧＲ弁４４の開度を変化させることにより、ＨＰＬ−ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス量、すなわちＨＰＬ−ＥＧＲ量を調整することができる。尚、本実施の形態では、ＨＰＬ−ＥＧＲクーラ４２が設けられているが、高温の排気ガスを還流させる場合には、当該ＨＰＬ−ＥＧＲクーラ４２を設けない構成でもよい。
【００２４】
また、吸気通路２８におけるターボ過給機２４の上流側近傍には、ＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ通路４６の一端が接続されている。ＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６の他端は、排気通路１８における後処理装置２６の下流側近傍に接続されている。本システムでは、このＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部をターボ過給機２４の上流の吸気通路２８へ還流させる外部ＥＧＲ（以下、「ＬＰＬ−ＥＧＲ」と称す）を行うことができる。以下、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６を通して吸気通路２８へ還流される排気ガスのことを「ＬＰＬ−ＥＧＲガス」と称する。
【００２５】
ＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６の途中には、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを冷却するためのＬＰＬ−ＥＧＲクーラ４８が設けられている。ＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６におけるＬＰＬ−ＥＧＲクーラ４８下流には、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁５０が設けられている。このＬＰＬ−ＥＧＲ弁５０の開度を変化させることにより、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６を通る排気ガス量、すなわちＬＰＬ−ＥＧＲ量を調整することができる。
【００２６】
排気通路１８におけるＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６との接続部の下流側近傍には、排気絞り弁５２が設けられている。また、吸気通路２８における第２吸気絞り弁３８下流には、吸気圧を検出するための吸気圧センサ７４が設置されている。また、排気通路１８におけるターボ過給機２４の上流側には、背圧を検出するための背圧センサ７６が設置されている。また、本システムは、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ７８が設置されている。
【００２７】
本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)７０を備えている。ＥＣＵ７０の入力部には、上述したエアフローメータ７２、吸気圧センサ７４、背圧センサ７６、アクセル開度センサ７８の他、ディーゼル機関１０を制御するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ７０の出力部には、上述したインジェクタ１２、第１吸気絞り弁３６、第２吸気絞り弁３８、排気絞り弁５２、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁４４、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁５０の他、ディーゼル機関１０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。ＥＣＵ７０は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各機器を駆動する。
【００２８】
図２は、図１に示すディーゼル機関１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼル機関１０について更に詳細に説明する。図２に示すとおり、ディーゼル機関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）を検出するためのクランク角センサ８０が取り付けられている。このクランク角センサ８０は、ＥＣＵ７０に接続されている。クランク角センサ８０によれば、機関回転数を検出することができる。
【００２９】
また、ディーゼル機関１０は、吸気弁６２のバルブタイミング（開閉時期）を連続的に可変とする吸気可変動弁機構６４と、排気弁６６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６８とが備えられている。これらの吸気可変動弁機構６４および排気可変動弁機構６８は、それぞれＥＣＵ７０に接続されている。
【００３０】
吸気可変動弁機構６４および排気可変動弁機構６８の具体的構成は特に限定されず、カム機構などの機械的な機構を利用するものであってもよいし、また、任意の時期に開閉可能な電磁駆動弁あるいは油圧駆動弁などを利用するものであってもよい。
【００３１】
［実施の形態１の動作］
（ＨＰＬ−ＥＧＲの制御）
ＨＰＬ−ＥＧＲは、ＨＰＬ−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へ還流させることにより行われる。より具体的には、ディーゼル機関１０の運転状態に応じてＨＰＬ−ＥＧＲ弁４４の開度が調整されて、排気ガスがＨＰＬ−ＥＧＲ通路４０に導入される。導入された排気ガスは、ＨＰＬ−ＥＧＲクーラ４２において冷却された後に、吸気通路２８に還流される。
【００３２】
また、ＨＰＬ−ＥＧＲ量は、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁４４の開度だけでなく、第２吸気絞り弁３８の開度によっても調整することができる。第２吸気絞り弁３８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、ＨＰＬ−ＥＧＲ通路４０の前後の差圧が大きくなる。これにより、ＨＰＬ−ＥＧＲの量を効果的に増量することができる。
【００３３】
（ＬＰＬ−ＥＧＲの制御）
ＬＰＬ−ＥＧＲは、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２８におけるターボ過給機２４の上流側へ還流させることにより行われる。より具体的には、ディーゼル機関１０の運転状態に応じてＬＰＬ−ＥＧＲ弁５０の開度が調整されて、排気ガスがＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６に導入される。導入された排気ガスは、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ４８において冷却された後に、吸気通路２８に還流される。
【００３４】
また、ＬＰＬ−ＥＧＲ量は、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁５０の開度だけでなく、第１吸気絞り弁３６および排気絞り弁５２の開度によっても調整することができる。第１吸気絞り弁３６の開度を小さくして吸気を絞ると、ターボ過給機２４の駆動も相まって、吸気通路２８におけるＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６との接続部近傍の吸気圧が小さくなる。一方、排気絞り弁５２の開度を小さくして排気を絞ると、排気通路１８におけるＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６との接続部近傍の排気圧が大きくなる。これにより、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６の前後の差圧を大きくすることができるので、ＬＰＬ−ＥＧＲの量を効果的に増量することができる。
【００３５】
（運転条件に応じたＥＧＲ制御）
機関回転数、負荷等の運転条件によって、適切なＥＧＲ量は変化する。具体的には、ＥＧＲ量が少なすぎるとＮＯｘ低減等のＥＧＲの目的を達成することができず、逆にＥＧＲ量が多すぎると、酸素濃度の減少によってスモークやＴＨＣ（炭化水素）の排出量が増加してしまう。このため、ＥＧＲ制御においては、ＥＧＲ量を高い精度で制御することが要求される。
【００３６】
ここで、上述したとおり、本実施の形態のシステムは外部ＥＧＲ系を２系統、すなわちＬＰＬ−ＥＧＲおよびＬＰＬ−ＥＧＲを備えている。そして、これらのＥＧＲでは、効率よくＥＧＲを実行可能な運転領域がそれぞれ異なる。そこで、本実施の形態のシステムでは、ディーゼル機関１０の運転条件に基づいてこれらのＥＧＲを使い分けることとしている。
【００３７】
図３は、ディーゼル機関１０の運転領域と実施されるＥＧＲとの関係を示す図である。この図に示すとおり、機関回転数および負荷に基づいて、効率よく実行可能なＥＧＲが決定される。具体的には、比較的低負荷の領域ではＨＰＬ−ＥＧＲが実施される。これは、低負荷領域では、吸気圧および背圧がともに低いため、ＬＰＬ―ＥＧＲを効率よく実施するだけの差圧が生じないからである。以下、ＨＰＬ−ＥＧＲが実施される低負荷領域を「ＨＰＬ領域」と称することとする。
【００３８】
また、図３に示すとおり、ディーゼル機関１０の運転領域がＨＰＬ領域の負荷よりも大きい中負荷程度の領域となると、ＬＰＬ−ＥＧＲを実施することができる。これは、吸気圧および背圧がターボ過給機２４の駆動によりある程度上昇し、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６の前後差圧が、ＬＰＬ−ＥＧＲを実施し得る程度に大きくなるからである。また、当該中負荷領域であっても、機関回転数が比較的小さい領域であれば、ＨＰＬ−ＥＧＲを実施することも可能である。このため、当該中負荷領域における所定の低回転領域では、ＨＰＬ−ＥＧＲおよびＬＰＬ―ＥＧＲが実施される。以下、ＨＰＬ−ＥＧＲおよびＬＰＬ−ＥＧＲが実施される中負荷の低回転領域を「ＨＰＬ＋ＬＰＬ領域」と称することとする。
【００３９】
また、中負荷領域における機関回転数が比較的大きい領域では、ＬＰＬ−ＥＧＲが実施される。中負荷領域における所定の高回転領域では、過給圧の上昇によりＨＰＬ−ＥＧＲ通路４０の前後差圧が小さくなるため、ＨＰＬ−ＥＧＲを効率よく実施するだけの差圧が生じないからである。以下、ＬＰＬ−ＥＧＲが実施される中負荷の高回転領域を「ＬＰＬ領域」と称することとする。
【００４０】
［実施の形態１の特徴的動作］
上述したとおり、本実施の形態のシステムでは、吸気通路２８におけるインタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間に設置されている第２吸気絞り弁３８の開度を制御することにより、ディーゼル機関１０に吸入される空気量を制御することができる。具体的には、ディーゼル機関１０の運転領域がＨＰＬ領域あるいはＨＰＬ＋ＬＰＬ領域である場合に、第２吸気絞り弁３８を利用した吸入空気量（Ｇａ）制御が実施される。
【００４１】
一方、ディーゼル機関１０の運転領域がＬＰＬ領域である場合には、過給圧が高い状態となっている。このため、第２吸気絞り弁３８による吸入空気量制御を実施することとすると所望の過給圧を確保することができず、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を引き起こすおそれがある。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、ディーゼル機関１０の運転領域がＬＰＬ領域である場合に、ターボ過給機２４の上流側から吸入空気量を制御することとする。吸気通路２８におけるエアクリーナ３０とターボ過給機２４との間には、第１吸気絞り弁３６が設けられている。このため、ＬＰＬ領域においては、第２吸気絞り弁を全開にして、第１吸気絞り弁３６を用いて吸入空気量の制御を実施することとする。つまり、第１吸気絞り弁３６を制御することにより空気量（酸素量）を調整し、過給に必要な空気をＬＰＬ−ＥＧＲから補うこととすれば、所望の過給圧を確保しつつ空気量（酸素量）を精度よく制御することができる。これにより、所望の酸素濃度を確保しつつ筒内圧力を上昇させることができるので、ＴＨＣの増加および失火の発生を効果的に抑制することができる。また、ＬＰＬ−ＥＧＲにより、過給圧が高い領域においてもＥＧＲガスを大量に導入することができるので、ＮＯｘの排出量を効果的に抑制することができる。
【００４３】
尚、第１吸気絞り弁３６による吸入空気量制御は、第１吸気絞り弁３６によるそれに比して開度変更に伴う吸気量変化の応答性が悪い。このため、第１吸気絞り弁３６による吸入空気量制御は、第２吸気絞り弁による吸入空気量制御では所望の過給圧を確保できない高回転領域に限り実施される。
【００４４】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図４を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図４は、ＥＣＵ７０が、吸入空気量制御を実行するルーチンのフローチャートである。
【００４５】
図４に示すルーチンでは、先ず、ディーゼル機関１０における運転条件が読み込まれる（ステップ１００）。ここでは、具体的には、アクセル開度センサ７８の検出信号や、クランク角センサ８０の検出信号等が読み込まれる。
【００４６】
次に、ディーゼル機関１０の運転領域がＬＰＬ領域か否かが判定される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００において読み込まれた運転条件に基づいて、機関回転数および機関負荷が演算される。ＥＣＵ７０は、機関回転数および機関負荷と、実行されるＥＧＲの種類により分別された運転領域とを規定したマップ（図３参照）を記憶している。ここでは、かかるマップに基づいて、演算された機関回転数および機関負荷に対応する運転領域が特定される。そして、特定された運転領域がＬＰＬ領域であるか否かが判定される。
【００４７】
上記ステップ１０２において、現在の運転領域がＬＰＬ領域ではないと判定された場合、すなわち、運転領域がＨＰＬ領域あるいはＨＰＬ＋ＬＰＬ領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第２吸気絞り弁３８を使用した吸入空気量制御が実行される（ステップ１０４）。
【００４８】
一方、上記ステップ１０２において、現在の運転領域がＬＰＬ領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第１吸気絞り弁３６を使用した吸入空気量制御が実行される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、第２吸気絞り弁３８が全開に開弁された上で、第１吸気絞り弁３６により吸入空気量制御が実行される。また、所望の過給圧を確保するために、ＬＰＬ−ＥＧＲが導入される。
【００４９】
以上説明したとおり、本実施の形態１のシステムによれば、中負荷の高回転域であるＬＰＬ領域において、第１吸気絞り弁３６を制御することにより、過給圧を確保しつつ空気量を精度よく制御することができる。これにより、ＴＨＣ排出量の増大や失火の発生を効果的に抑制することができる。また、過給圧を確保するためにＬＰＬ−ＥＧＲが導入されるので、ＮＯｘ排出量の増大を効果的に抑制することができる。
【００５０】
ところで、上述した実施の形態１においては、ディーゼル機関１０の運転領域がＬＰＬ領域となった場合に、第１の吸気絞り弁３６により吸入空気量制御を行うこととしているが、第１の吸気絞り弁３６を制御する領域はＬＰＬ領域に限らない。すなわち、高過給圧が要求される領域、すなわち中高負荷の高回転領域であれば、ＨＰＬ＋ＬＰＬ領域であってもよい。
【００５１】
また、上述した実施の形態１においては、ＬＰＬ領域において、第２吸気絞り弁３８が全開に開弁されることとしているが、第２吸気絞り弁３８の開度は常に全開とは限らない。すなわち、主として第１絞り弁の開度を制御することにより、吸入空気量の制御を行うのであれば、過給圧を制限しない範囲内で第２吸気絞り弁３８の開度も調整することとしてもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態１においては、ディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０の制御に適用した場合について説明したが、本発明はディーゼル機関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としてもよい。
【００５３】
尚、上述した実施の形態１においては、第１吸気絞り弁３６が、前記第１の発明における「第１の絞り弁」に、第２吸気絞り弁３８が、前記第１の発明における「第２の絞り弁」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０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「判定手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００５４】
また、上述した実施の形態１においては、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路４６が、前記第３の発明における「ＥＧＲ通路」に相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第３の発明における「外部ＥＧＲ量制御手段」が実現されている。
【００５５】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、図１に示すハードウェア構成におけるターボ過給機２４として、可変ノズル（Variable Nozzle）型のターボ過給機を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。尚、本実施の形態の説明では、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００５６】
ターボ過給機２４は図示しない可変ノズル機構を備えている。可変ノズル機構は、開度を調整可能なノズル（以下、「可変ノズル」または「ＶＮ」と称す）と、この可変ノズルの開度を例えば電動により変化させる駆動機構とを有している。この可変ノズル機構によれば、可変ノズルの開度を調整することにより、過給圧を制御することができる。すなわち、可変ノズルの開度を小さくすると、排気タービンの入口面積が小さくなり、排気タービン内に流入する排気ガスの流速が速くなる。その結果、ターボ回転数が上昇し、過給圧を上昇させることができる。逆に、可変ノズルの開度を大きくすると、排気タービンの入口面積が大きくなり、排気タービン内に流入する排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下し、過給圧が降下する。以下、可変ノズルの開度を「ＶＮ開度」と称する。
【００５７】
このようなターボ過給機２４を備えたシステムを利用して、本実施の形態２では、上述した実施の形態１における第１の絞り弁３６による吸入空気量の制御を行う場合に、ＶＮ開度を絞ることとする。これにより、ＬＰＬ領域、すなわち、中高負荷の高回転領域における過給圧を効果的に高めてＬＰＬ−ＥＧＲを大量に導入することができるので、ＮＯｘ排出量の増大を効果的に抑制することができる。
【００５８】
［実施の形態２における具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ＥＣＵ７０が、吸入空気量制御を実行するルーチンのフローチャートである。
【００５９】
図５に示すルーチンでは、先ず、ディーゼル機関１０における運転条件が読み込まれる（ステップ２００）。次に、ディーゼル機関１０の運転領域がＬＰＬ領域か否かが判定される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、図４に示すステップ１００および１０２と同様の処理が実行される。
【００６０】
上記ステップ２０２において、現在の運転領域がＬＰＬ領域ではないと判定された場合、すなわち、運転領域がＨＰＬ領域あるいはＨＰＬ＋ＬＰＬ領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第２吸気絞り弁３８を使用した吸入空気量制御が実行される（ステップ２０４）。
【００６１】
一方、上記ステップ２０２において、現在の運転領域がＬＰＬ領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第１吸気絞り弁３６を使用した吸入空気量制御が実行される（ステップ２０６）。また、これと同時に、ＶＮ開度の絞り動作が実行される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、ターボ過給機２４の可変ノズルの開度が小さくされる。また、過給圧の上昇に伴いＬＰＬ−ＥＧＲが増量される。
【００６２】
以上説明したとおり、本実施の形態２のシステムによれば、中高負荷の高回転域であるＬＰＬ領域において、ターボ過給機２４のＶＮ開度を絞ることにより、過給圧を効果的に上昇させることができる。これにより、ＬＰＬ−ＥＧＲを大量に導入することができるので、ＮＯｘ排出量の増大を効果的に抑制することができる。
【００６３】
ところで、上述した実施の形態２においては、ディーゼル機関１０の運転領域がＬＰＬ領域となった場合に、ターボ過給機２４のＶＮ開度を絞ることとしているが、ＶＮ開度を絞る領域はＬＰＬ領域に限らない。すなわち、高過給圧が要求される領域、すなわち中高負荷の高回転領域であれば、ＨＰＬ＋ＬＰＬ領域であってもよい。
【００６４】
また、上述した実施の形態２においては、ディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０の制御に適用した場合について説明したが、本発明はディーゼル機関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としてもよい。
【００６５】
尚、上述した実施の形態２においては、第１吸気絞り弁３６が、前記第１の発明における「第１の絞り弁」に、第２吸気絞り弁３８が、前記第１の発明における「第２の絞り弁」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「判定手段」が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００６６】
また、上述した実施の形態２においては、ターボ過給機２４が、前記第５の発明における「可変ノズル式過給機」に相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第５の発明における「過給圧制御手段」が実現されている。
【００６７】
実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。尚、本実施の形態の説明では、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００６８】
上述した実施の形態１においては、中高負荷の高回転域であるＬＰＬ領域において、第１の吸気絞り弁３６を制御することにより、過給圧を確保しつつＬＰＬ−ＥＧＲを大量に導入することができる。
【００６９】
ここで、ＥＧＲの制御においては、外部ＥＧＲだけでなく内部ＥＧＲを導入することも考えられる。内部ＥＧＲは、筒内で燃焼に付された排気ガス（既燃ガス）が筒内に残存あるいは再び吸い戻されることで行われる。つまり、バルブオーバーラップ期間、すなわち排気弁６６が閉じ終わる前に吸気弁６２が開くことで吸気弁６２および排気弁６６が共に開いている期間には、排気ガス（既燃ガス）が筒内および吸気ポート内に吸い戻されることがある。この吸い戻された排気ガスは、その後、ピストンの動きにより新気と共に筒内に流入することで、内部ＥＧＲが実行される。
【００７０】
内部ＥＧＲ量は、バルブオーバーラップ期間が長いほど多量となる。そこで、吸気可変動弁機構６４を駆動することにより吸気弁６２の開き時期を早くするとともに、排気可変動弁機構６８を駆動することにより排気弁６６の閉じ時期を遅くすることで、バルブオーバーラップ期間を拡大して内部ＥＧＲ量を増量することができる。
【００７１】
このようなバルブタイミングの可変動作を利用して、本実施の形態３では、上述した実施の形態１における第１の絞り弁３６による吸入空気量の制御を行う場合に、内部ＥＧＲを増量することとする。これにより、ＬＰＬ領域、すなわち、中高負荷の高回転領域において、ＬＰＬ−ＥＧＲだけでなく内部ＥＧＲを増量することができるので、ＮＯｘ排出量の増大を効果的に抑制することができる。
【００７２】
［実施の形態３における具体的処理］
次に、図６を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図６は、ＥＣＵ７０が、吸入空気量制御を実行するルーチンのフローチャートである。
【００７３】
図６に示すルーチンでは、先ず、ディーゼル機関１０における運転条件が読み込まれる（ステップ３００）。次に、ディーゼル機関１０の運転領域がＬＰＬ領域か否かが判定される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、図４に示すステップ１００および１０２と同様の処理が実行される。
【００７４】
上記ステップ３０２において、現在の運転領域がＬＰＬ領域ではないと判定された場合、すなわち、運転領域がＨＰＬ領域あるいはＨＰＬ＋ＬＰＬ領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第２吸気絞り弁３８を使用した吸入空気量制御が実行される（ステップ３０４）。
【００７５】
一方、上記ステップ２０２において、現在の運転領域がＬＰＬ領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第１吸気絞り弁３６を使用した吸入空気量制御が実行される（ステップ３０６）。また、これと同時に、内部ＥＧＲの増量制御が実行される（ステップ３０８）。ここでは、具体的には、吸気可変動弁機構６４および排気可変動弁機構６８を駆動することにより、バルブオーバーラップ期間が拡大される。
【００７６】
以上説明したとおり、本実施の形態３のシステムによれば、中高負荷の高回転域であるＬＰＬ領域において、バルブオーバーラップ期間を拡大することにより、内部ＥＧＲを増量することができる。これにより、ＥＧＲ量を効果的に増量することができるので、ＮＯｘ排出量の増大を効果的に抑制することができる。
【００７７】
ところで、上述した実施の形態３においては、ディーゼル機関１０の運転領域がＬＰＬ領域となった場合に、内部ＥＧＲを増量することとしているが、内部ＥＧＲを増量する領域はＬＰＬ領域に限らない。すなわち、ＥＧＲを増量すべき領域であれば、ＨＰＬ＋ＬＰＬ領域であってもよい。
【００７８】
また、上述した実施の形態３においては、ディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０の制御に適用した場合について説明したが、本発明はディーゼル機関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としてもよい。
【００７９】
尚、上述した実施の形態３においては、第１吸気絞り弁３６が、前記第１の発明における「第１の絞り弁」に、第２吸気絞り弁３８が、前記第１の発明における「第２の絞り弁」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ３０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「判定手段」が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００８０】
また、上述した実施の形態３においては、吸気可変動弁機構６４および排気可変動弁機構６８が、前記第４の発明における「内部ＥＧＲ量可変手段」に相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ３０８の処理を実行することにより、前記第４の発明における「内部ＥＧＲ量制御手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態１のシステムの概略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機関の一つの気筒の断面を示す図である。
【図３】ＬＰＬ領域とＨＰＬ領域とＨＰＬ＋ＬＰＬ領域とを示す図である。
【図４】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５】本発明の実施の形態２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３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１０  ディーゼル機関
１２  インジェクタ
１４  コモンレール
１６  サプライポンプ
１８  排気通路
２０  排気マニホールド
２４  ターボ過給機
２６  後処理装置
２８  吸気通路
３０  エアクリーナ
３２  インタークーラ
３４  吸気マニホールド
３６  第１吸気絞り弁
３８  第２吸気絞り弁
４０  ＨＰＬ−ＥＧＲ通路
４２  ＨＰＬ−ＥＧＲクーラ
４４  ＨＰＬ−ＥＧＲ弁
４６  ＬＰＬ−ＥＧＲ通路
４８  ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ
５０  ＬＰＬ−ＥＧＲ弁
５２  排気絞り弁
６０  クランク軸
６２  吸気弁
６４  吸気可変動弁機構
６６  排気弁
６８  排気可変動弁機構
７０  ECU(Electronic Control Unit)
７２  エアフローメータ
７４  吸気圧センサ
７６  背圧センサ
７８  アクセル開度センサ
８０  クランク角センサ
【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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【図６】
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