(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、高圧ＥＧＲ通路と低圧ＥＧＲ通路とを備えた内燃機関において、排気ガス中の有害成分をより一層低減することを目的とする。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、ターボチャージャのタービンの上流とコンプレッサの下流とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、タービンの下流とコンプレッサの上流とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、低負荷側の高圧ＥＧＲ領域においては、高圧ＥＧＲ通路を通したＥＧＲを実行し、高圧ＥＧＲ領域より高負荷側の低圧ＥＧＲ領域においては、低圧ＥＧＲ通路を通したＥＧＲを実行するＥＧＲ切替手段と、内燃機関の吸気弁閉じ時期を変化させることによって実圧縮比を可変とする実圧縮比可変手段と、低圧ＥＧＲ領域において、実圧縮比がベース実圧縮比より小さくなるように実圧縮比可変手段を制御する実圧縮比低減手段と、を備える。【選択図】図５
2009216059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設置されたタービンと吸気通路に設置されたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンより上流側の排気通路と前記コンプレッサより下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンより下流側の排気通路と前記コンプレッサより上流側の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、
低負荷側の高圧ＥＧＲ領域においては、前記低圧ＥＧＲ通路を遮断して前記高圧ＥＧＲ通路を通して排気ガスを前記吸気通路に還流させ、前記高圧ＥＧＲ領域より高負荷側の低圧ＥＧＲ領域においては、前記高圧ＥＧＲ通路を遮断して前記低圧ＥＧＲ通路を通して排気ガスを前記吸気通路に還流させるＥＧＲ切替手段と、
前記内燃機関の吸気弁閉じ時期を変化させることによって実圧縮比を可変とする実圧縮比可変手段と、
前記低圧ＥＧＲ領域において、実圧縮比がベース実圧縮比より小さくなるように前記実圧縮比可変手段を制御する実圧縮比低減手段と、
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ＥＧＲ切替手段は、前記高圧ＥＧＲ領域より高負荷側であって前記低圧ＥＧＲ領域より低負荷側の中間領域においては、前記高圧ＥＧＲ通路および前記低圧ＥＧＲ通路の双方から排気ガスを前記吸気通路に還流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】
前記実圧縮比低減手段は、所定負荷以下の領域または所定ＥＧＲ率以上の領域においては、負荷が高くなるにつれて実圧縮比低下量を大きくし、前記所定負荷を超える領域または前記所定ＥＧＲ率未満の領域においては、負荷が高くなるにつれて実圧縮比低下量を小さくす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】
前記実圧縮比低減手段による実圧縮比低下量に応じて、前記低圧ＥＧＲ通路を通したＥＧＲ量を増量するＥＧＲ増量手段を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】
前記実圧縮比低減手段による実圧縮比低下量に応じて、燃料噴射時期を早くする燃料噴射時期制御手段を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。
【請求項６】
吸気弁開き時期および／または排気弁閉じ時期を可変とすることにより正または負のバルブオーバーラップを発生可能な可変動弁装置と、
前記高圧ＥＧＲ領域より低負荷側の内部ＥＧＲ領域において、正または負のバルブオーバーラップを発生させることによって内部ＥＧＲを実行する内部ＥＧＲ手段と、
前記内部ＥＧＲ領域において、目標ＥＧＲ率に対して内部ＥＧＲ量が不足する場合に、前記高圧ＥＧＲ通路を介して排気ガスを前記吸気通路に還流させることによってＥＧＲ量を補うＥＧＲ量補填手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５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】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャのタービンの上流の排気通路とコンプレッサの下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、タービンの下流の排気通路とコンプレッサより上流側の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路とを備えた内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような内燃機関においては、低負荷域においては高圧ＥＧＲ通路を通してＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)が実行され、中高負荷域においては低圧ＥＧＲ通路を通してＥＧＲが実行される。
【０００３】
低圧ＥＧＲ通路を通って吸気通路に還流した排気ガス（ＥＧＲガス）は、新気と共に、コンプレッサで圧縮された後、インタークーラによって十分に冷却された上で、各気筒内に吸入される。このため、中高負荷域において低圧ＥＧＲを実行することにより、吸気温度（新気とＥＧＲガスとの混合ガスの温度）を十分に低下させることができる。よって、燃焼温度が低減でき、排気ガス中のＮＯｘ濃度を低下させることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２７２４７号公報
【特許文献２】特開平９−７９０４１号公報
【特許文献３】特開２００１−１９３５２７号公報
【特許文献４】ＷＯ２００２／０９０７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、自動車に対する排気ガス規制は、更に強化される傾向にある。この排気ガス規制をクリアするためには、より高性能な排気浄化触媒等の後処理装置の開発とともに、エンジン出口における排気ガス中の有害成分をより一層低減することが重要な課題となっている。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、高圧ＥＧＲ通路と低圧ＥＧＲ通路とを備えた内燃機関において、排気ガス中の有害成分をより一層低減す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】
【０００７】
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に設置されたタービンと吸気通路に設置されたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンより上流側の排気通路と前記コンプレッサより下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンより下流側の排気通路と前記コンプレッサより上流側の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、
低負荷側の高圧ＥＧＲ領域においては、前記低圧ＥＧＲ通路を遮断して前記高圧ＥＧＲ通路を通して排気ガスを前記吸気通路に還流させ、前記高圧ＥＧＲ領域より高負荷側の低圧ＥＧＲ領域においては、前記高圧ＥＧＲ通路を遮断して前記低圧ＥＧＲ通路を通して排気ガスを前記吸気通路に還流させるＥＧＲ切替手段と、
前記内燃機関の吸気弁閉じ時期を変化させることによって実圧縮比を可変とする実圧縮比可変手段と、
前記低圧ＥＧＲ領域において、実圧縮比がベース実圧縮比より小さくなるように前記実圧縮比可変手段を制御する実圧縮比低減手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ切替手段は、前記高圧ＥＧＲ領域より高負荷側であって前記低圧ＥＧＲ領域より低負荷側の中間領域においては、前記高圧ＥＧＲ通路および前記低圧ＥＧＲ通路の双方から排気ガスを前記吸気通路に還流させることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記実圧縮比低減手段は、所定負荷以下の領域または所定ＥＧＲ率以上の領域においては、負荷が高くなるにつれて実圧縮比低下量を大きくし、前記所定負荷を超える領域または前記所定ＥＧＲ率未満の領域においては、負荷が高くなるにつれて実圧縮比低下量を小さくすることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記実圧縮比低減手段による実圧縮比低下量に応じて、前記低圧ＥＧＲ通路を通したＥＧＲ量を増量するＥＧＲ増量手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記実圧縮比低減手段による実圧縮比低下量に応じて、燃料噴射時期を早くする燃料噴射時期制御手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
吸気弁開き時期および／または排気弁閉じ時期を可変とすることにより正または負のバルブオーバーラップを発生可能な可変動弁装置と、
前記高圧ＥＧＲ領域より低負荷側の内部ＥＧＲ領域において、正または負のバルブオーバーラップを発生させることによって内部ＥＧＲを実行する内部ＥＧＲ手段と、
前記内部ＥＧＲ領域において、目標ＥＧＲ率に対して内部ＥＧＲ量が不足する場合に、前記高圧ＥＧＲ通路を介して排気ガスを前記吸気通路に還流させることによってＥＧＲ量を補うＥＧＲ量補填手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、排気ガス中のＨＣが多くなり易い比較的低負荷側の運転領域においては、高温のＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲを行うことができる。このため、筒内温度を十分にアップすることができ、ＨＣを確実に低減することができる。また、第１の発明によれば、排気ガス中のＮＯｘが多くなり易い比較的高負荷側の運転領域においては、低温のＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲを行うことができる。このため、筒内温度（燃焼温度）を低減することができ、ＮＯｘを低減することができる。この際、第１の発明によれば、低圧ＥＧＲとともに、実圧縮比をベース実圧縮比より小さくする制御を更に実行することができる。このため、圧縮端温度を低下させることができるので、筒内温度（燃焼温度）を十分に低減することができ、ＮＯｘを更に低減することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、高圧ＥＧＲ領域より高負荷側であって低圧ＥＧＲ領域より低負荷側の中間領域においては、高圧ＥＧＲ通路および低圧ＥＧＲ通路の双方から排気ガスを吸気通路に還流させることができる。これにより、低中負荷領域において、最適な筒内温度が得られ、排気ガス中の各有害成分を確実に低減することができる。また、高圧ＥＧＲから低圧ＥＧＲへの移行を円滑に行うことができる。
【００１５】
第３の発明によれば、低圧ＥＧＲ実行時に実圧縮比を低減する場合に、所定負荷以下の領域または所定ＥＧＲ率以上の領域においては、負荷が高くなるにつれて実圧縮比低下量を大きくし、所定負荷を超える領域または所定ＥＧＲ率未満の領域においては、負荷が高くなるにつれて実圧縮比低下量を小さくすることができる。これにより、要求新気量を確実に確保してスモークの発生を抑制しつつ、ＮＯｘを可能な限り低減することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、低圧ＥＧＲ実行時における実圧縮比低下量に応じて、低圧ＥＧＲ量を増量することができる。実圧縮比の低減に伴い、着火遅れ期間が長くなるので、スモークが減少する。第４の発明によれば、その結果として生じた、スモークの制約値に対する余裕分を、低圧ＥＧＲ量の増量に充当することができる。このため、ＥＧＲ率をより高くすることができるので、ＮＯｘを更に低減することができる。また、ＥＧＲ率の上昇により、燃焼が緩慢化するので、着火遅れ期間の拡大に起因する燃焼騒音の悪化を抑制することができる。
【００１７】
第５の発明によれば、低圧ＥＧＲ実行時における実圧縮比低下量に応じて、燃料噴射時期を早くする（進角する）ことができる。燃料噴射時期を早くすると、ＮＯｘが増加するが、燃費を改善することができる。第５の発明によれば、実圧縮比の低減によってＮＯｘが減少した分の余裕を、燃料噴射時期の進角に充当することができる。このため、燃費性能を改善することができる。
【００１８】
第６の発明によれば、高圧ＥＧＲ領域より低負荷側の運転領域において、内部ＥＧＲを実行することができる。これにより、筒内温度をより効果的にアップすることができるので、ＨＣをより確実に低減することができる。この際、第６の発明によれば、目標ＥＧＲ率に対して内部ＥＧＲ量が不足する場合に、高圧ＥＧＲによってＥＧＲ量を補うことができる。このため、正または負のバルブオーバーラップの大きさの制限によって内部ＥＧＲ量が不足する場合であっても、筒内温度およびＥＧＲ率を十分に高めることができ、ＨＣおよびＮＯｘの双方を十分に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、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。
【００２０】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
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、ディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼルエンジン１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる。図１に示すディーゼルエンジン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。
【００２１】
ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料インジェクタ１２が設置されている。各気筒の燃料インジェクタ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から各気筒の燃料インジェクタ１２に供給される。
【００２２】
ディーゼルエンジン１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド２０により集合されて排気通路１８に流入する。本実施形態のディーゼルエンジン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２８の途中に配置されている。
【００２３】
タービン２４ａの下流側の排気通路１８には、ＮＯｘ触媒２６が設置されている。ディーゼルエンジン１０の排気ガス中に含まれるＮＯｘを、このＮＯｘ触媒２６によって捕捉し吸蔵することができる。本実施形態のシステムでは、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するために、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とするリッチスパイクを定期的に実行する。リッチスパイクを実施する手段は、特に限定されず、例えば、排気系燃料添加、ポスト噴射、低温リッチ燃焼等の手段によって実施することができる。
【００２４】
ディーゼルエンジン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。また、エアクリーナ３０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３８が設置されている。
【００２５】
コンプレッサ２４ｂの下流側の吸気通路２８には、インタークーラ３２が設置されている。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３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した新気は、吸気マニホールド３４を通って、各気筒内に流入する。
【００２６】
また、ディーゼルエンジン１０は、排気ガスの一部を吸気通路２８に還流させるＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うための装置を備えている。特に、本実施形態のディーゼルエンジン１０は、高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ通路４０と、低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ通路４２との、２系統のＥＧＲ通路を備えている。
【００２７】
高圧ＥＧＲ通路４０は、タービン２４ａより上流側の排気通路（図１の構成では排気マニホールド２０）と、インタークーラ３２の下流側の吸気通路２８とを接続している。高圧ＥＧＲ通路４０の途中には、第１のＥＧＲ弁４４が設けられている。なお、高圧ＥＧＲ通路４０の途中には、ＥＧＲクーラは設けられていない。吸気通路２８と高圧ＥＧＲ通路４０との合流部と、インタークーラ３２との間には、第１の吸気絞り弁３６が設置されている。
【００２８】
以下の説明では、高圧ＥＧＲ通路４０を通して排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気通路２８に還流させることを「高圧ＥＧＲ」と称し、高圧ＥＧＲ通路４０による排気還流量を「高圧ＥＧＲ量」と称する。高圧ＥＧＲ量は、第１のＥＧＲ弁４４の開度や第１の吸気絞り弁３６の開度を調整することにより、任意に制御することができる。例えば、第１のＥＧＲ弁４４の開度を大きくするか、あるいは第１の吸気絞り弁３６の開度を小さくすることにより、高圧ＥＧＲ量を増大させることができる。
【００２９】
低圧ＥＧＲ通路４２は、タービン２４ａより下流側（図１の構成では、ＮＯｘ触媒２６の下流側）の排気通路１８と、コンプレッサ２４ｂの上流側の吸気通路２８とを接続している。低圧ＥＧＲ通路４２の途中には、第２のＥＧＲ弁４６が設けられている。吸気通路２８と低圧ＥＧＲ通路４２との合流部と、エアクリーナ３０との間には、第２の吸気絞り弁４７が設置されている。
【００３０】
以下の説明では、低圧ＥＧＲ通路４２を通して排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気通路２８に還流させることを「低圧ＥＧＲ」と称し、低圧ＥＧＲ通路４２による排気還流量を「低圧ＥＧＲ量」と称する。低圧ＥＧＲ量は、第２のＥＧＲ弁４６の開度や第２の吸気絞り弁４７の開度を調整することにより、任意に制御することができる。例えば、第２のＥＧＲ弁４６の開度を大きくするか、あるいは第２の吸気絞り弁４７の開度を小さくすることにより、低圧ＥＧＲ量を増大させることができる。
【００３１】
図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジン１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼルエンジン１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼルエンジン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）を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。
【００３２】
また、本実施形態のディーゼルエンジン１０には、吸気弁５２の開弁特性を可変とする吸気可変動弁装置５４が備えられている。本実施形態の吸気可変動弁装置５４は、吸気弁５２の少なくとも閉じ時期を可変とするものであれば、いかなる構成のものでもよく、例えば次のような公知の機構を用いることができる。
【００３３】
（１）吸気弁５２を駆動するカムシャフトの位相を変化させることにより、作用角（開弁期間）を一定としたままで開き時期および閉じ時期を連続的に進角あるいは遅角することができる位相可変機構。
（２）吸気弁５２とカムシャフトとの間に揺動カムなどを介在させることにより、吸気弁５２の開き時期はそのままに閉じ時期のみを連続的に変化させる作用角可変機構。
（３）カムシャフトを電気モータによって回転駆動することにより、弁を任意の時期に開閉可能な機構。
（４）任意の時期に開閉可能な電磁駆動弁。
なお、上記（１）および（２）の機構を組み合わせても良い。
【００３４】
図２の構成では、ディーゼルエンジン１０は、排気弁５６の開弁特性を可変とする排気可変動弁装置５８を更に備えているが、本実施形態では、排気弁５６の開弁特性は固定とされていてもよい。すなわち、本実施形態では、通常の動弁機構により排気弁５６を駆動してもよい。
【００３５】
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には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータに加え、車両の運転席に設けられたアクセルペダルの位置（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４８が電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。
【００３６】
（実圧縮比可変制御）
ディーゼルエンジン１０では、吸気可変動弁装置５４によって吸気弁５２の閉じ時期（以下「吸気弁閉じ時期」と称する）を変更することにより、実質的な（有効な）圧縮比を変化（低下）させることが可能である。図３は、実質的な圧縮比（以下、「実圧縮比」と称する）を低下させる制御を実行する場合の吸気弁５２の開弁特性を示す図である。
【００３７】
図３中の実線は、通常の吸気弁閉じ時期とした場合の開弁特性である。この場合、吸気弁５２は、下死点付近で閉じる。よって、ピストン６４が下降から上昇に転じるのとほぼ同時に実質的な圧縮行程が開始する。この場合の実圧縮比を以下「ベース実圧縮比」と称する。
【００３８】
一方、図３中の破線は、吸気弁閉じ時期を通常より遅くした場合（以下、「吸気弁５２の遅閉じ」とも言う）の開弁特性である。この場合には、ピストン６４が上昇に転じた後も吸気弁５２が開いているので、一旦吸入された筒内ガスの一部が吸気弁５２を通って吸気ポートに戻される。そして、吸気弁５２が閉じてから、実質的な（有効な）圧縮行程が始まる。このため、実質的な圧縮行程が通常時よりも短くなるので、実圧縮比は、ベース実圧縮比より小さくなる。
【００３９】
また、図３中の一点鎖線は、吸気弁閉じ時期を通常より早くした場合（以下、「吸気弁５２の早閉じ」とも言う）の開弁特性である。この場合には、ピストン６４が下降している途中で吸気弁５２が閉まる。このため、吸気弁５２が閉じてから下死点までの間は、ピストン６４の下降に伴い筒内ガスが膨張する。その後、下死点を通過してピストン６４が上昇に転じ、吸気弁５２が閉じたのと同じ高さまでピストン６４が上昇した位置で、筒内ガスは元の状態に戻る。よって、この位置から上死点までが実質的な圧縮行程となる。従って、実質的な圧縮行程が通常時よりも短くなるので、実圧縮比は、ベース実圧縮比より小さくなる。
【００４０】
このように、ディーゼルエンジン１０では、吸気弁５２が遅閉じあるいは早閉じとなるように吸気可変動弁装置５４を制御することにより、実圧縮比をベース実圧縮比より小さくすることができる。
【００４１】
（ＥＧＲ切替制御）
本実施形態のシステムは、ディーゼルエンジン１０の運転状態（負荷およびエンジン回転数）に応じて、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを切り替えるＥＧＲ切替制御を実行する。図４は、本実施形態のディーゼルエンジン１０におけるＥＧＲ領域を示すマップである。
【００４２】
図４に示すように、低負荷側の運転領域は、高圧ＥＧＲ領域とされている。この高圧ＥＧＲ領域では、高圧ＥＧＲが実行され、低圧ＥＧＲは停止される（つまり第１のＥＧＲ弁４４は閉じられる）。燃料噴射量の少ない低負荷側の運転領域では、筒内温度が低い傾向にあるので、排気ガス中のＨＣが多くなり易い。この場合に、高圧ＥＧＲを実行すれば、ＨＣを低減することができる。
【００４３】
すなわち、高圧ＥＧＲでは、タービン２４ａの上流の高温の排気ガスがＥＧＲガスとしてインタークーラ３２の下流に導入される。このため、高圧ＥＧＲでは、高温のＥＧＲガスを冷却せずにそのまま各気筒内へ還流させることができる。よって、筒内温度を十分にアップすることができ、排気ガス中のＨＣを低減することができる。
【００４４】
一方、図４に示すように、高負荷側の運転領域は、低圧ＥＧＲ領域とされている。この低圧ＥＧＲ領域では、低圧ＥＧＲが実行され、高圧ＥＧＲは停止される（つまり第２のＥＧＲ弁４６は閉じられる）。燃料噴射量の多い高負荷側の運転領域では、筒内温度（燃焼温度）が高い傾向にあるので、排気ガス中のＮＯｘが多くなり易い。この場合に、低圧ＥＧＲを実行すれば、ＮＯｘを低減することができる。
【００４５】
すなわち、低圧ＥＧＲでは、タービン２４ａにおいて仕事をした後の低温の排気ガスがＥＧＲガスとしてコンプレッサ２４ｂの上流に導入される。更に、このＥＧＲガスは、新気と共にコンプレッサ２４ｂを通過した後、インタークーラ３２で冷却される。このため、低圧ＥＧＲでは、低温の吸気ガス（新気＋ＥＧＲガス）を各気筒内に流入させることができるので、筒内温度を低減することができる。また、ＥＧＲガスによって筒内ガスの比熱が増大するので、燃焼温度を低減することができる。このようなことから、低圧ＥＧＲを行うことにより、排気ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００４６】
また、本実施形態において、高圧ＥＧＲ領域と低圧ＥＧＲ領域との中間的な負荷の領域（以下「中間領域」と称する）では、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとの双方が実行される。この中間領域においては、負荷が高くなるにつれて、高圧ＥＧＲ量が減少し、且つ低圧ＥＧＲ量が増大するように制御される（後述する図６参照）。これにより、高圧ＥＧＲ領域から低圧ＥＧＲ領域へ円滑に移行することができる。
【００４７】
このように、本実施形態では、高負荷側の低圧ＥＧＲ領域において低圧ＥＧＲを実行することにより、排気ガス中のＮＯｘを低減することができる。この場合、ＥＧＲ率を高くするほど、ＮＯｘをより少なくすることができる。しかしながら、ＥＧＲ率を高くするほど、スモークが発生し易くなる。このため、低圧ＥＧＲ領域においては、スモークを制約値以下とするべく、ＥＧＲ率に上限が課せられる。このように、ＥＧＲ率には上限があるので、ＮＯｘを十分に低減することが困難である。その一方で、近年の厳しい排気ガス規制の下では、ＮＯｘを更に低減することが要望されている。そこで、本実施形態では、低圧ＥＧＲ領域において、実圧縮比をベース実圧縮比より小さくする制御を実行することとした。実圧縮比を小さくすることにより、圧縮端温度（圧縮行程終了時の筒内温度）が低下するので、筒内温度（燃焼温度）が更に低下し、排気ガス中のＮＯｘを更に低減することができる。
【００４８】
［実施の形態１における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンによれば、まず、現在のエンジン回転数および負荷が取り込まれる（ステップ１００）。なお、エンジン回転数は、クランク角センサ６２の信号に基づいて算出されており、負荷（燃料噴射量）は、アクセル開度センサ４８の信号やエンジン回転数等に基づいて算出されている。
【００４９】
次いで、上記ステップ１００で取得されたエンジン回転数および負荷と、図４に示すマップとを照合することにより、現在の運転領域が低圧ＥＧＲ領域であるか否かが判別される（ステップ１０２）。その結果、現在の運転領域が低圧ＥＧＲ領域でないと判別された場合には、実圧縮比を低下させる制御は実行されない（ステップ１０４）。すなわち、この場合には、吸気弁開き時期が通常時の時期となるように吸気可変動弁装置５４が制御される。これにより、実圧縮比は、ベース実圧縮比に制御される。
【００５０】
一方、上記ステップ１０２で、現在の運転領域が低圧ＥＧＲ領域であると判別された場合には、次に、目標実圧縮比が算出される（ステップ１０６）。図６は、低圧ＥＧＲ領域における目標実圧縮比を説明するための図である。図６中の上段のグラフに示すように、低圧ＥＧＲ領域においては、スモークの発生を抑制するため、負荷が大きくなるほど、要求新気量を大きくする必要がある。このため、負荷が大きくなるほど、低圧ＥＧＲ量を少なくする必要がある。よって、低圧ＥＧＲ領域においては、負荷が大きくなるほど、ＥＧＲ率は低下する。
【００５１】
図６中の下段のグラフにおける実線は、ベース実圧縮比に対する実圧縮比低下量を示す。すなわち、この実圧縮比低下量が大きいほど、実圧縮比が小さいことを表す。上記ステップ１０６においては、負荷に応じて実圧縮比低下量が図６のように変化するように、目標実圧縮比が算出される。すなわち、所定負荷以下の領域（すなわち、所定ＥＧＲ率以上の領域）においては、負荷が大きくなるほど、実圧縮比低下量が大きくされる。負荷が大きいほど、筒内温度が高くなり易いので、排気ガス中のＮＯｘも多くなり易い。これに対し、負荷の増大に応じて実圧縮比低下量を大きくすることにより、筒内温度の上昇を十分に抑制することができるので、ＮＯｘを十分に低減することができる。また、実圧縮比を小さくし過ぎると、圧縮端温度が低下し過ぎて、燃料が着火しにくくなる場合がある。これに対し、本実施形態では、負荷の増大に応じて、つまり筒内温度の増大に応じて、実圧縮比低下量を大きくするので、良好な着火性を十分に確保することができる。
【００５２】
ところで、吸気弁５２を遅閉じあるいは早閉じさせるほど、筒内ガス量（新気＋ＥＧＲガス）は減少する。このため、上記のように、負荷の増大に応じて実圧縮比を低下させていくと、ある負荷以上においては、要求新気量を確保することが困難となる。そこで、本実施形態では、図６の下段のグラフに示すように、上記所定負荷を超える領域（すなわち、所定ＥＧＲ率未満の領域）においては、負荷が大きくなるほど、実圧縮比低下量を小さくすることとした。これにより、筒内ガス量の減少が抑制され、要求新気量を確実に確保することができる。その結果、スモークの排出を十分に抑制することができる。
【００５３】
図５に示すルーチンによれば、上記ステップ１０６の処理によって目標実圧縮比が算出されると、その目標実圧縮比が実現されるように、吸気可変動弁装置５４が制御される（ステップ１０８）。図６の下段のグラフにおいて、一点鎖線は、上述した図５に示すルーチンのような実圧縮比低減制御を実行した場合におけるディーゼルエンジン１０からのＮＯｘ排出量を示し、点線は、実圧縮比低減制御を実行しなかった場合のＮＯｘ排出量を示す。このグラフに示すように、本実施形態によれば、実圧縮比低減制御を実行することにより、低圧ＥＧＲのみを実行する場合に比べ、排気ガス中のＮＯｘを更に低減することができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、実圧縮比低減制御を低圧ＥＧＲ領域において実行するものとして説明したが、本発明では、低圧ＥＧＲ領域に加えて中間領域の一部（高負荷側の部分）においても、実圧縮比低減制御を実行するようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施の形態１においては、吸気可変動弁装置５４が前記第１の発明における「実圧縮比可変手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、図４に示すマップに従って高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを切り替えることにより前記第１および第２の発明における「ＥＧＲ切替手段」が、図５に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１および第３の発明における「実圧縮比低減手段」が、それぞれ実現されている。
【００５６】
実施の形態２．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態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。本実施形態のシステムは、図１および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図７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。
【００５７】
本実施形態においても、前述した実施形態と同様に、低圧ＥＧＲ領域において実圧縮比を低減する制御を実行する。前述したように、実圧縮比を低下させると、筒内温度が低下する。筒内温度が低下すると、着火遅れ期間（燃料インジェクタ１２から燃料が噴射されてから着火するまでの期間）が長くなる。そして、着火遅れ期間が長くなると、スモークが低減される。これは、延長した着火遅れ期間の間に、燃料と空気との混合が進む結果、煤が生成しにくくなるからである。
【００５８】
このように、低圧ＥＧＲ領域において実圧縮比を低減する制御を実行した場合には、スモークが減少するので、スモークの制約値に対して余裕が生ずる。前述したように、低圧ＥＧＲ領域におけるＥＧＲ率の上限は、スモークによって制約されている。本実施形態では、上記のように生じたスモークの制約値に対する余裕の分だけ、ＥＧＲ率を高くする制御を実行することとした。これにより、排気ガス中のＮＯｘを実施の形態１よりも更に低減することができる。
【００５９】
［実施の形態２における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図７において、図５に示すステップと同様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化する。図７に示すルーチンは、ステップ１０８の後にステップ１１０が追加されていること以外は図５と同様である。
【００６０】
図７に示すルーチンによれば、ステップ１０８において実圧縮比を低減する処理が実行されることにより、筒内温度が低下するので、スモークが減少し、スモークの制約値に対する余裕が生ずる。このステップ１０８の処理に続いて、低圧ＥＧＲ量を増大させる制御が実行される（ステップ１１０）。このステップ１１０において、ＥＧＲ率の上昇幅は、上記ステップ１０８で生じた余裕分だけスモークを増大させる（制約値まで戻す）ような幅に制御される。すなわち、ＥＣＵ５０には、そのようなＥＧＲ率上昇幅となるように、実圧縮比低下量に基づいて低圧ＥＧＲ量増大幅を算出するためのマップが予め記憶されている。このステップ１１０においては、そのマップを参照することにより、低圧ＥＧＲ量の適切な増大幅が算出され、その増大幅が実現されるように、第２のＥＧＲ弁４６の開度を大きくするか、あるいは第２の吸気絞り弁４７の開度を小さくする制御が実行される。
【００６１】
上述したような本実施形態の制御によれば、スモークを制約値以下に抑制しつつ、排気ガス中のＮＯｘを実施の形態１よりも更に低減することができる。また、実圧縮比の低減によって着火遅れ期間が拡大すると、燃焼騒音が悪化し易いが、本実施形態の制御によれば、ＥＧＲ率を高くすることにより、燃焼を緩慢とすることができ、燃焼騒音を低減させることができる。このため、実圧縮比の低減に伴う燃焼騒音の悪化を確実に抑制することができる。
【００６２】
なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第４の発明における「ＥＧＲ増量手段」が実現されている。
【００６３】
実施の形態３．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態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。本実施形態のシステムは、図１および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図８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。
【００６４】
本実施形態においても、前述した実施形態と同様に、低圧ＥＧＲ領域において実圧縮比を低減する制御を実行する。前述したように、実圧縮比を低下させることにより、排気ガス中のＮＯｘを十分に低減することができる。このため、ＮＯｘを、制約値よりも更に低いレベルにまで低減できる場合がある。そのような場合に、本実施形態では、燃料インジェクタ１２からの燃料噴射時期を進角する（早くする）制御を行うこととした。
【００６５】
燃料噴射時期を進角すると、排気ガス中のＮＯｘが増加するが、燃費が改善する。特に、中高負荷域（≒低圧ＥＧＲ領域）においては、燃料噴射時期の進角に対する、燃費改善の感度が高い。このため、本実施形態では、ＮＯｘが、制約値までの余裕分だけ増加する限度において、燃料噴射時期を進角することにより、ＮＯｘを制約値以下に抑制しつつ、燃費を十分に改善することができる。
【００６６】
［実施の形態３における具体的処理］
図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図８において、図５に示すステップと同様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化する。図８に示すルーチンは、ステップ１０８の後にステップ１１２が追加されていること以外は図５と同様である。
【００６７】
図８に示すルーチンによれば、ステップ１０８において実圧縮比を低減する処理が実行されることにより、筒内温度が低下するので、ＮＯｘが減少し、ＮＯｘの制約値に対する余裕が生ずる。このステップ１０８の処理に続いて、燃料噴射時期を進角させる制御が実行される（ステップ１１２）。このステップ１１０において、燃料噴射時期の進角幅は、上記ステップ１０８で生じた余裕分だけＮＯｘを増大させるような幅に制御される。すなわち、ＥＣＵ５０には、そのような燃料噴射時期進角幅となるように、実圧縮比低下量に基づいて燃料噴射時期進角幅を算出するためのマップが予め記憶されている。このステップ１１２においては、そのマップを参照することにより、燃料噴射時期の適切な進角幅が算出され、その進角後の燃料噴射時期において燃料インジェクタ１２から燃料を噴射する制御が実行される。
【００６８】
上述したような本実施形態の制御によれば、ＮＯｘを制約値以下に抑制しつつ、燃費を実施の形態１よりも改善することができる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第５の発明における「燃料噴射時期制御手段」が実現されている。
【００７０】
実施の形態４．
次に、図９乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態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。本実施形態のシステムは、図１および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図１２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。
【００７１】
本実施形態のディーゼルエンジン１０において、吸気可変動弁装置５４は、吸気弁５２の開き時期を変化させることができるように構成されており、排気可変動弁装置５８は、排気弁５６の閉じ時期を変化させることができるように構成されている。これにより、ディーゼルエンジン１０では、正または負のバルブオーバーラップを設けることができる。
【００７２】
図９は、正のバルブオーバーラップを設けた場合の吸気弁５２および排気弁５６の開弁特性を示す図である。この図に示すように、正のバルブオーバーラップとは、排気弁５６および吸気弁５２が吸排気上死点付近で共に開いた状態となっている期間である。吸気弁５２の開き時期を通常より早くし、排気弁５６の閉じ時期を通常より遅くすることにより、正のバルブオーバーラップを拡大することができる。
【００７３】
図１０は、負のバルブオーバーラップを設けた場合の吸気弁５２および排気弁５６の開弁特性を示す図である。この図に示すように、負のバルブオーバーラップとは、排気弁５６および吸気弁５２が吸排気上死点付近で共に閉じた状態となっている期間である。排気弁５６の閉じ時期を通常より早くして上死点より前とし、吸気弁５２の開き時期を通常より遅くして上死点より後とすることにより、負のバルブオーバーラップを設けることができる。
【００７４】
ディーゼルエンジン１０では、上述したような正または負のバルブオーバーラップが生ずるように吸気可変動弁装置５４および排気可変動弁装置５８を制御することにより、内部ＥＧＲを実行することができる。
【００７５】
図１１は、本実施形態のディーゼルエンジン１０におけるＥＧＲ領域を示すマップである。図１１に示すように、本実施形態では、高圧ＥＧＲ領域より低負荷側の領域が内部ＥＧＲ領域とされており、この内部ＥＧＲ領域において、内部ＥＧＲを実行する。内部ＥＧＲを実行することにより、燃焼直後の高温の排気ガスを筒内に多く残留させることができるので、筒内温度をアップすることができる。
【００７６】
ディーゼルエンジン１０では、軽負荷域において筒内温度が低いため、ＨＣの排出量が多くなり易い傾向がある。これに対し、本実施形態では、内部ＥＧＲ領域（≒軽負荷域）において、内部ＥＧＲを実行することにより、筒内温度を効果的にアップすることができる。このため、排気ガス中のＨＣを低減することができる。
【００７７】
内部ＥＧＲ量は、正または負のバルブオーバーラップを大きくするほど、多くすることができる。しかしながら、正または負のバルブオーバーラップを大きくする場合、次のような制約がある。すなわち、正のバルブオーバーラップを大きくし過ぎると、上死点での吸気弁５２や排気弁５６のリフト量が大きくなるため、吸気弁５２や排気弁５６がピストン６４と衝突するおそれがある。このため、正のバルブオーバーラップの大きさは制限される。一方、負のバルブオーバーラップを大きくするほど、ポンプ損失が増大するため、燃費が悪化する。このため、燃費性能上の制約から、負のバルブオーバーラップの大きさは制限される。
【００７８】
このように、正または負のバルブオーバーラップの大きさには制限があるため、必要な内部ＥＧＲ量を確保できない場合がある。そこで、本実施形態では、内部ＥＧＲ量が不足する場合には、高圧ＥＧＲを併用することにより、ＥＧＲ量を補填することとした。前述したように、高圧ＥＧＲによれば、高温のＥＧＲガスを還流させることができる。このため、高圧ＥＧＲによってＥＧＲ量を補うことにより、筒内温度のアップに寄与し、ＨＣを更に低減することができる。また、ＥＧＲ率が高まり、燃焼温度が低下するので、ＮＯｘを更に低減することもできる。
【００７９】
［実施の形態４における具体的処理］
図１２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図１２に示すルーチンによれば、まず、現在のエンジン回転数および負荷が取り込まれる（ステップ１２０）。次いで、上記ステップ１２０で取得されたエンジン回転数および負荷と、図１１に示すマップとを照合することにより、現在の運転領域が内部ＥＧＲ領域であるか否かが判別される（ステップ１２２）。
【００８０】
上記ステップ１２２において、現在の運転領域が内部ＥＧＲ領域であると判別された場合には、正または負のバルブオーバーラップが生ずるように吸気可変動弁装置５４および排気可変動弁装置５８を制御することにより、内部ＥＧＲが実行される。続いて、目標ＥＧＲ率が算出される（ステップ１２４）。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数および負荷と、目標ＥＧＲ率との関係を定めたマップが予め記憶されている。このステップ１２４においては、そのマップを参照することにより、目標ＥＧＲ率が算出される。
【００８１】
上記ステップ１２４の処理に続いて、高圧ＥＧＲ通路４０を通して外部ＥＧＲを導入する処理が実行される（ステップ１２６）。このステップ１２６では、まず、上述した正または負のバルブオーバーラップの大きさの制限に起因する内部ＥＧＲ率の上限制約値を、上記目標ＥＧＲ率から差し引くことにより、不足するＥＧＲ率が算出される。そして、その不足するＥＧＲ率を補う分だけの外部ＥＧＲが高圧ＥＧＲによって賄われるように、第２のＥＧＲ弁４６を開く制御が実行される。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態によれば、軽負荷域において、ＨＣおよびＮＯｘを更に低減することができる。なお、本実施形態では、吸気弁５２の開き時期と、排気弁５６の閉じ時期との双方を変化させることによって正または負のバルブオーバーラップを設けるものとして説明したが、本発明では、吸気弁５２の開き時期と、排気弁５６の閉じ時期との何れか一方を変化させることによって正または負のバルブオーバーラップを設けるようにしてもよい。
【００８３】
上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１２２および１２４の処理を実行することにより前記第６の発明における「内部ＥＧＲ手段」が、上記ステップ１２６の処理を実行することにより前記第６の発明における「ＥＧＲ量補填手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【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】図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジンの一つの気筒の断面を示す図である。
【図３】実圧縮比を低下させる制御を実行する場合の吸気弁の開弁特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１のディーゼルエンジンにおけるＥＧＲ領域を示すマップである。
【図５】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６】低圧ＥＧＲ領域における目標実圧縮比を説明するための図である。
【図７】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８】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。
【図９】正のバルブオーバーラップを設けた場合の吸気弁および排気弁の開弁特性を示す図である。
【図１０】負のバルブオーバーラップを設けた場合の吸気弁および排気弁の開弁特性を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態４のディーゼルエンジンにおけるＥＧＲ領域を示すマップである。
【図１２】本発明の実施の形態４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】
【００８５】
１０  ディーゼルエンジン
１２  燃料インジェクタ
１４  コモンレール
１８  排気通路
２０  排気マニホールド
２４  ターボチャージャ
２４ａ  タービン
２４ｂ  コンプレッサ
２６  ＮＯｘ触媒
２８  吸気通路
３４  吸気マニホールド
３６  第１の吸気絞り弁
３８  エアフローメータ
４０  高圧ＥＧＲ通路
４２  低圧ＥＧＲ通路
４４  第１のＥＧＲ弁
４６  第２のＥＧＲ弁
４７  第２の吸気絞り弁
５０  ＥＣＵ
５２  吸気弁
５６  排気弁
６２  クランク角センサ
６４  ピストン
【図１】
2009216059.tif 000003
【図２】
2009216059.tif 000004
【図３】
2009216059.tif 000005
【図４】
2009216059.tif 000006
【図５】
2009216059.tif 000007
【図６】
2009216059.tif 000008
【図７】
2009216059.tif 000009
【図８】
2009216059.tif 000010
【図９】
2009216059.tif 000011
【図１０】
2009216059.tif 000012
【図１１】
2009216059.tif 000013
【図１２】
2009216059.tif 000014