(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に直接燃料を噴射するとともに、大量の排出ガス還流を要求する希薄燃焼運転を行ないうる筒内噴射型内燃機関に設けられ、
該機関の吸気通路のスロットル弁設置部分をバイパスするようにして該吸気通路に両端部を連通されたバイパス通路と、
該バイパス通路内を流れる空気量を調整しうる吸気調整手段と、
排気マニホールド内の排出ガスの一部を該吸気通路内に戻す排出ガス還流通路と、
該排出ガス還流通路内を流れる排出ガスの流量を調整する排出ガス量調整手段と、
該排出ガス量調整手段による該排出ガス流量の調整量が第１調整量から第２調整量へと瞬時に切り替わったことを判定する切替判定手段と、
該機関の負荷及び回転速度を含んだ該機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該吸気調整手段及び該排出ガス量調整手段の各調整量を設定してこれらの調整量に応じて該吸気調整手段及び該排出ガス量調整手段の制御を行なうとともに、該切替判定手段で該排出ガス流量の調整量の切替が判定されると、該運転状態検出手段の検出結果よりも該判定結果を優先させて、該吸気調整手段を通じて該バイパス通路内を流れる空気量を、該切替による該調整量の変化量に応じて制御する制御手段とをそなえている
ことを特徴とする、吸気制御装置。
【請求項２】
該第１調整量が該第２調整量よりも小さい量であって、該切替判定手段が該調整量の瞬時の増加を判定するように構成されている
ことを特徴とする、請求項１記載の吸気制御装置。
【請求項３】
該第１調整量が排出ガス還流の停止に相当する調整量０に設定されるとともに、該第２調整量が該排出ガス還流の大量投入に相当する所定値以上の調整量に設定されて、
該切替判定手段が、該排出ガス還流の停止から作動への切替を判定するように構成されている
ことを特徴とする、請求項２記載の吸気制御装置。
【請求項４】
該排出ガス量調整手段の調整量が、少なくとも該運転状態検出手段で検出された該機関の負荷及び回転速度に応じて与えられる基本調整量に基づいて設定されるように構成されている
ことを特徴とする、請求項３記載の吸気制御装置。
【請求項５】
該排出ガス量調整手段の調整量が、該基本調整量を該機関の冷却水温度に応じて補正されることで設定されるように構成されている
ことを特徴とする、請求項４記載の吸気制御装置。
【請求項６】
該運転状態検出手段の異常を検出する異常検出手段，該機関の始動時の該冷却水温を検出する水温検出手段，該機関のストール状態を検出するストール検出手段のうちの少なくとも一つの検出手段がそなえられ、
該切替判定手段が、上記のうちのそなえられた検出手段の検出結果に応じて上記の判定を行なうように構成されている
ことを特徴とする、請求項１記載の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車に用いて好適の、排出ガス還流装置を有する機関の吸気制御装置に関し、特に、吸気通路のスロットル弁設置部分をバイパスするバイパス通路の空気流量を排出ガス還流量の制御に連動して調整するようにした、吸気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関等のエンジンの吸気通路には、スロットル弁が設置されるが、このスロットル弁の設置部分をバイパスして吸気通路に両端部を連通するようにしたバイパス通路を設けて、このバイパス通路にバイパスバルブをそなえるようにした吸気系の構成が開発されている。
【０００３】
このようなバイパスバルブとしては、例えばエンジンが所要のアイドリング回転速度を維持するように吸気量を調整するためのアイドルスピートコントローラ（ＩＳＣ）として、スロットル弁をバイパスするバイパス通路にバイパスバルブ（ＩＳＣバルブ）を設けるようにした技術が開発されている。
また、燃焼室へ供給する混合気の空燃比制御のために、ＩＳＣ用バイパス通路やＩＳＣバルブとは別個に、吸気通路のスロットル弁設置部分をバイパスするバイパス通路を設けこのバイパス通路にバイパスバルブ〔これをエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）という〕をそなえるようにした吸気系の構成も開発されている。
【０００４】
つまり、エンジンへの出力要求の小さいときには空燃比を大きくして燃料濃度の低い状態での運転（リーン燃焼運転）とすることで燃料消費量の低減化を図り、エンジンへの出力要求の大きいときには空燃比を理論空燃比まで小さくした理論空燃比燃焼運転（又は、空燃比を理論空燃比よりも小さくしたリッチ燃焼運転）とすることで要求されるだけの出力を発生できるようにしたエンジンが開発されている。
【０００５】
このような空燃比制御では、リーン燃焼運転と理論空燃比燃焼運転との切替を速やかに行なえるようにするとともに、切替時に出力変動による切替ショックが生じないようにしたい。そこで、燃料供給量は変化させずに、エアバイパスバルブを開閉することで、リーン燃焼運転と理論空燃比燃焼運転との切替を行なうようにしたものが開発されている。
【０００６】
このような空燃比制御により、燃料のより希薄な混合気で機関の運転を行なえるようにするために、気筒内に直接燃料を噴射するようにした筒内噴射型エンジンも開発されている。このような筒内噴射型エンジンでは、例えば圧縮行程後期に燃料噴射を行なうことができるため、気筒内にタンブル流等の層状の縦渦流を発生させ、この層状縦渦流へ点火プラグの着火直前（例えば圧縮行程後期）に燃料噴射を行なうことにより、点火プラグの近傍のみをリッチな混合気の状態として燃焼性を確保しながら、全体としては極めてリーンな混合気による低燃費運転を実現できる。
【０００７】
一方、近年、自動車に搭載されたエンジンでは、その排出ガスの浄化が強く要望されており、排出ガス中に発生するＮＯX の削減についても強く要望されており、このようなＮＯX の削減手段として排出ガス還流装置（ＥＧＲ）が開発されている。
このＥＧＲは、排出ガス中のＮＯX の発生はエンジンの燃焼温度が低い場合は少なく燃焼温度が高くなると多量に発生するという特性に注目したもので、排出ガスを吸気側へ還流することにより、吸気中の新気濃度を低下させ、これにより燃焼温度を低めるようにして排出ガス中のＮＯX の発生を抑制しようとするものである。このため、ＥＧＲには、排気通路から吸気通路に排出ガスを導く排出ガス還流通路（ＥＧＲ通路）と、このＥＧＲ通路内の排出ガスの流量を調整する手段（つまり、ＥＧＲ弁）が必要になる。
【０００８】
勿論、上述のように吸気系にバイパス通路を有するエンジンにおいても、このような排出ガス還流装置をそなえるようにしたものも開発されている。
ところで、ＥＧＲについては、一般に、ＮＯX の発生量の少ないときには停止するか又は排出ガス還流量（ＥＧＲ流量）を抑制し、ＮＯX の発生量が多ければ大量の排出ガスの還流（大量ＥＧＲ投入）を行なうように制御する。このような制御は、一般にはエンジンの負荷状態や回転速度や冷却水温度等に基づいて行なわれる。
【０００９】
また、ＥＧＲを停止させる条件（ＥＧＲ禁止条件）としては、エンジンストール（エンスト）が生じたとき、エンジンの冷却水温が所定値以下の冷態始動時、大気圧センサがフェールしたとき等が設けられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば冷態始動時にはエンジンの冷却水温が極めて低いので、ＥＧＲは停止とされるが、エンジンの燃焼温度が高まっても冷却水温の上昇はこれよりも遅いため、冷却水温が高まってＥＧＲの停止が解除された時に、大量のＥＧＲ流量が要求される場合がある。また、エンスト判定や大気圧センサのフェール判定が解消された場合にも、このような事態が考えられる。
【００１１】
つまり、従来のＥＧＲ制御では、ＥＧＲの停止からＥＧＲの大量投入へと瞬時に切り替わる事態が発生するのである。
このように、ＥＧＲ停止からＥＧＲ大量投入へと切り替わると、ＥＧＲの大量投入に伴って吸気系の負圧が低下するため、新気の吸入量が減少してしまう。
この結果、大きなトルク変動が生じることがあり、自動車用エンジンでは、走行時に車両にショックを与えることになり、ドライバビリティを悪化を招く。
【００１２】
なお、例えば特開平６−２００８３４号公報記載には、バイパス通路とＥＧＲとを装備した内燃機関の空燃比制御装置が開示されているが、かかる装置は、希薄空燃比制御から理論空燃比制御に切り替える際にＮＯｘの低減とトルク変動の抑制を図ろうとするものであるが、上述のようなＥＧＲ停止からＥＧＲ大量投入へと切り替わる際のショックを抑制しうる技術は示唆されていない。
【００１３】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、排出ガス還流の停止状態から大量投入状態への切替時等に生じやすいトルク変動を抑制して車両用の機関の場合には走行時のショックを抑制できるようにした、吸気制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の吸気制御装置は、気筒内に直接燃料を噴射するとともに、大量の排出ガス還流を要求する希薄燃焼運転を行ないうる筒内噴射型内燃機関に設けられ、該機関の吸気通路のスロットル弁設置部分をバイパスするようにして該吸気通路に両端部を連通されたバイパス通路と、該バイパス通路内を流れる空気量を調整しうる吸気調整手段と、排気マニホールド内の排出ガスの一部を該吸気通路内に戻す排出ガス還流通路と、該排出ガス還流通路内を流れる排出ガスの流量を調整する排出ガス量調整手段と、
該排出ガス量調整手段による該排出ガス流量の調整量が第１調整量から第２調整量へと瞬時に切り替わったことを判定する切替判定手段と、該機関の負荷及び回転速度を含んだ該機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該吸気調整手段及び該排出ガス量調整手段の各調整量を設定してこれらの調整量に応じて該吸気調整手段及び該排出ガス量調整手段の制御を行なうとともに、該切替判定手段で該排出ガス流量の調整量の切替が判定されると、該運転状態検出手段の検出結果よりも該判定結果を優先させて、該吸気調整手段を通じて該バイパス通路内を流れる空気量を、該切替による該調整量の変化量に応じて制御する制御手段とをそなえていることを特徴としている。
【００１５】
請求項２記載の本発明の吸気制御装置は、請求項１記載の構成において、該第１調整量が該第２調整量よりも小さい量であって、該切替判定手段が該調整量の瞬時の増加を判定するように構成されていることを特徴としている。
請求項３記載の本発明の吸気制御装置は、請求項２記載の構成において、該第１調整量が排出ガス還流の停止に相当する調整量０に設定されるとともに、該第２調整量が該排出ガス還流の大量投入に相当する所定値以上の調整量に設定されて、該切替判定手段が、該排出ガス還流の停止から作動への切替を判定するように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項４記載の本発明の吸気制御装置は、請求項３記載の構成において、該排出ガス量調整手段の調整量が、少なくとも該運転状態検出手段で検出された該機関の負荷及び回転速度に応じて与えられる基本調整量に基づいて設定されるように構成されていることを特徴としている。
請求項５記載の本発明の吸気制御装置は、請求項４記載の構成において、該排出ガス量調整手段の調整量が、該基本調整量を該機関の冷却水温度に応じて補正されることで設定されるように構成されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の本発明の吸気制御装置は、請求項１記載の構成において、該運転状態検出手段の異常を検出する異常検出手段，該機関の始動時の該冷却水温を検出する水温検出手段，該機関のストール状態を検出するストール検出手段のうちの少なくとも一つの検出手段がそなえられ、該切替判定手段が、上記のうちのそなえられた検出手段の検出結果に応じて上記の判定を行なうように構成されていることを特徴としている。
【００１９】
【作用】
上述の請求項１記載の本発明の吸気制御装置では、吸気調整手段が、バイパス通路内を流れる空気量を調整することで、スロットル弁で制御される機関の吸気通路内の吸気流通量とは別個に、機関への吸気量が調整される。また、排気マニホールド内の排出ガスの一部は排出ガス還流通路を通じて該吸気通路内に戻されるが、この排出ガス還流通路内を流れる排出ガスの流量は、排出ガス量調整手段で調整される。
【００２０】
また、運転状態検出手段が、機関の負荷及び回転速度を含んだ機関の運転状態を検出し、制御手段が、この運転状態検出手段の検出結果に基づいて該吸気調整手段及び該排出ガス量調整手段の各調整量を設定してこれらの調整量に応じて該吸気調整手段及び該排出ガス量調整手段の制御を行なう。
そして、排出ガス量調整手段による排出ガス流量の調整量が第１調整量から第２調整量へと瞬時に切り替わると、これを切替判定手段が判定し、この判定があると、制御手段が、該運転状態検出手段の検出結果よりも該切替判定結果を優先させて該吸気調整手段を通じて該バイパス通路内を流れる空気量を、該切替による該調整量の変化量に応じて制御する。
上述の請求項２記載の本発明の吸気制御装置では、該切替判定手段が、第１調整量から第２調整量への調整量の瞬時の増加を判定する。
【００２１】
上述の請求項３記載の本発明の吸気制御装置では、該第１調整量が排出ガス還流の停止に相当する調整量０に設定されるとともに、該第２調整量が該排出ガス還流の大量投入に相当する所定値以上の調整量に設定されているので、該切替判定手段が、該排出ガス還流の停止から作動への切替を判定する。
【００２２】
上述の請求項４記載の本発明の吸気制御装置では、制御手段が、該排出ガス量調整手段の調整量を、少なくとも該運転状態検出手段で検出された該機関の負荷及び回転速度に応じて与えられる基本調整量に基づいて設定する。
上述の請求項５記載の本発明の吸気制御装置では、制御手段が、該排出ガス量調整手段の調整量を、少なくとも該運転状態検出手段で検出された該機関の負荷及び回転速度に応じて与えられる基本調整量を、該機関の冷却水温度に応じて補正するようにして設定する。
【００２３】
上述の請求項６記載の本発明の吸気制御装置では、少なくとも、異常検出手段による該運転状態検出手段の異常の検出、又は水温検出手段による該機関の始動時の該冷却水温の検出、又はストール検出手段による該機関のストール状態の検出が行なわれ、該切替判定手段が、これらの検出手段の検出結果に応じて上記の判定を行なう。
【００２４】
【実施例】
以下、図面により、本発明の実施例について説明すると、図１〜図５は本発明の一実施例としての吸気制御装置及び本装置を有する内燃機関に関して示すものである。なお、本実施例にかかる内燃機関（以下、エンジンという）はガソリンエンジンである。
【００２５】
まず、本実施例にかかるエンジンの構成について説明すると、図１において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３はスロットル弁設置部分、４はエアクリーナ、５はバイパス通路（第１バイパス通路）、６はバイパスバルブである。吸気通路２は、上流側から吸気管７，サージタンク８，吸気マニホールド９の順で接続された構成になっており、バイパス通路５はサージタンク８の上流側に設けられている。
【００２６】
また、バイパス通路５に設けられるバイパスバルブ〔これを、エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）とよぶ〕は、本実施例では互いに並列に設けられた第１エアバイパスバルブ（第１バルブ）１０と第２エアバイパスバルブ（第２バルブ）１１とからなる。つまり、バイパス通路５のバイパスバルブ設置箇所は２つの通路部分５ａ，５ｂに分岐しており、各通路部分５ａ，５ｂは互いに等しい流路面積を有するように構成されている。
【００２７】
また、第１エアバイパスバルブ１０，第２エアバイパスバルブ１１も互いに大きさの等しい同規格の電磁弁で構成されているが、第１エアバイパスバルブ１０は、オンオフ弁であり、第２エアバイパスバルブ１１はデューティ制御弁である。したがって、第１エアバイパスバルブ１０は全閉状態と全開状態とのいずれに切り替えられ、第２エアバイパスバルブ１１は設定されたデューティ比に応じるようにしてオンオフを繰り返しながら時間平均の弁開度が調整される。
【００２８】
また、１２はアイドルスピートコントローラ（ＩＳＣ）であり、バイパス通路（第２バイパス通路）１３とバイパスバルブとしてのＩＳＣバルブ（第３バルブ）１４とからなり、ＩＳＣバルブ１４は図示しないステッパモータで駆動されるようになっている。
１５はスロットルバルブであり、バイパス通路１３及びバイパス通路５は、吸気通路２のスロットルバルブ１５の装着部分をバイパスするようにしてそれぞれの上流端及び下流端を吸気通路２に接続されている。
【００２９】
なお、第１エアバイパスバルブ１０，第２エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバルブ１４の開度制御は、これらの各バルブの開度による合計流量が所要のエアバイパス流量となるように相互関連しながら制御されるようになっている。したがって、リーン燃焼運転とリッチ燃焼運転との切替時には、第１エアバイパスバルブ１０のオンオフ制御により、速やかにエアバイパス流量を変更でき、また、エアバイパス流量の微調整は第２エアバイパスバルブ１１及びＩＳＣバルブ１４により行なうことができる。
【００３０】
そして、第１エアバイパスバルブ１０，第２エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバルブ１４の各開閉制御は電子制御装置（ＥＣＵ）１６を通じて行なわれるようになっている。
また、１７は排気通路、１８は燃焼室であり、吸気通路２及び排気通路１７の燃焼室１８への開口部、即ち吸気ポート２Ａ及び排気ポート１７Ａには、吸気弁１９及び排気弁２０が装備されている。さらに、２１は燃料噴射弁（インジェクタ）であり、本実施例では、インジェクタ２１が燃焼室１８へ直接燃料噴射するように配設されている。
【００３１】
そして、２２は燃料タンク、２３Ａ〜２３Ｅは燃料供給路、２４は低圧燃料ポンプ、２５は高圧燃料ポンプ、２６は低圧レギュレータ、２７は高圧レギュレータ、２８はデリバリパイプであり、燃料タンク２２内の燃料を低圧燃料ポンプ２４で駆動して更に高圧燃料ポンプ２５で加圧して所定の高圧状態で燃料供給路２３Ａ，２３Ｂ，デリバリパイプ２８を通じてインジェクタ２１へ供給するようになっている。この際、低圧燃料ポンプ２４から吐出された燃料圧力は低圧レギュレータ２６で調圧され、高圧燃料ポンプ２５で加圧されてデリバリパイプ２８に導かれる燃料圧力は高圧レギュレータ２７で調圧されるようになっている。
【００３２】
また、２９は排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）、３０はＥＧＲ通路２９を通じた排気ガスの還流量を調整するステッパモータ式のバルブ（ＥＧＲバルブ）であり、３１はブローバイガスを還元する流路であり、３２はクランク室積極換気用の通路、３３はクランク室積極換気用のバルブであり、３４はキャニスタであり、３５は排気ガス浄化用触媒（ここでは、三元触媒）である。
【００３３】
ところで、ＥＣＵ１６では、図１に示すように、第１エアバイパスバルブ１０，第２エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバルブ１４の開閉制御又は開度制御を行なうほか、インジェクタ２１や図示しない点火プラグのための点火コイルやＥＧＲバルブの制御や高圧レギュレータ２７による燃圧制御も行なうようになっている。これらの制御のために、図１に示すように、エアフローセンサ（図示略），吸気温度センサ３６，スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）３７，アイドルスイッチ３８，ブーストセンサ３９，エアコンスイッチ（図示略），変速ポジションセンサ（図示略），車速センサ（図示略），パワーステアリングの作動状態を検出するパワステスイッチ（図示略），スタータスイッチ（図示略），第１気筒検出センサ４０，クランク角センサ４１，エンジンの冷却水温を検出する水温センサ４２，排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2 センサ４３等が設けられ、ＥＣＵ１６に接続されている。なお、ここでは、Ｏ2 センサ４３にヒータが付設され、ＥＣＵ１６を通じたヒータ制御で温度調整されるようになっている。ＥＣＵ１６を通じた制御については、さらに、後述する。
【００３４】
次に、ＥＣＵ１６を通じたエンジンに関する制御内容について、図２の制御ブロック図に基づいて説明する。
なお、本エンジンでは、エンジンの運転モードとして、後期リーン燃焼運転モード，前期リーン燃焼運転モード，ストイキオフィードバック運転燃焼運転モード，オープンループ燃焼運転モードがあり、各モードにおいて、ＥＧＲを作動させる場合とＥＧＲを停止させる場合とが設定されており、エンジンの運転状態や車両の走行状態等に応じてこれらのモードの何れかが選択される。
【００３５】
このうち、後期リーン燃焼運転モードは、最も希薄燃焼を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を圧縮行程後期のように極めて点火時期に近い段階で行ない、しかも燃料を点火プラグの近傍に集めて部分的にはリッチにし全体的にはリーンとしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつ節約運転を行なうようにしている。
【００３６】
また、前期リーン燃焼運転モードも希薄燃焼を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を後期リーン燃焼運転モードよりも前に行ない、全体空燃比をリーンにしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつある程度の出力を確保するようにして、節約運転を行なうようにしている。
ストイキオフィードバック燃焼運転モードは、Ｏ2 センサの出力に基づいて、空燃比をストイキオ状態に維持しながら十分なエンジン出力を効率よく得られるようにしている。また、オープンループ燃焼運転モードでは、加速時や発進時等に十分な出力が得られるように、オープンループ制御によりストイキオ又はリッチな空燃比での燃焼を行なう。
【００３７】
まず、各バルブ１０，１１，１４の開度制御から説明すると、図２に示すように、スロットルセンサで検出されたスロットル開度θthとクランク角センサからの検出情報に基づいたエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて目標エンジン負荷（目標Ｐｅ）を設定する（ブロックＢ１）。
一方、エアコンスイッチからの情報に基づいてエアコンディショナがオンであればエンジン回転速度Ｎｅからマップに基づいてエアコン対応補正量ΔＰｅacを設定し（ブロックＢ２）、パワステスイッチからの情報に基づいてパワーステアリングがオンであればエンジン回転速度Ｎｅからマップに基づいてパワステ対応補正量ΔＰｅpsを設定し（ブロックＢ３）、インヒビタスイッチからの情報に基づいて始動時にはエンジン回転速度Ｎｅからマップに基づいてインヒビタ対応補正量ΔＰｅinh を設定する（ブロックＢ４）。
【００３８】
そして、適宜これらの対応補正量ΔＰｅac，ΔＰｅps，ΔＰｅinh によって、目標Ｐｅを補正する。そして、この補正後目標ＰｅをスイッチＳ１を通じて適宜フィルタリングし（ブロックＢ５）、このようにして得られた目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて要求空気量（又は、目標吸入空気量）Ｑに応じたバルブ開度に関する制御量Ｐｏｓを設定する。
【００３９】
この制御量Ｐｏｓの設定にあたっては、ブロックＢ７に示すように複数のマップからエンジンの運転状態に応じたものを選択して用いられ、スイッチＳ２，Ｓ３を通じて、エンジンの運転状態に応じて信号が出力される。ここでは、エンジンの運転状態として、最も希薄燃焼となる後期リーンモードと、これに次いだ希薄燃焼となる前期リーンモードと、ストイキオ運転モードの内のＥＧＲ作動中との３モードに関してマップが設けられ、これらのモードの場合にのみ要求空気量を設定する。
【００４０】
また、スイッチＳ４により、アイドル運転状態が成立した場合には、ブロックＢ８に示すようにエンジン回転数のフィードバックに基づいた要求空気量（又は、目標吸入空気量）ＩＳＣＱの制御量ＩＳＣＰｏｓ（この場合には、ＩＳＣバルブを主体とした目標開度となる）を設定する。
このようにして得られた制御量Ｐｏｓ又はＩＳＣＰｏｓに応じて、第１エアバイパスバルブ１０をオンオフの何れにするかの判定（ブロックＢ９）、第２エアバイパスバルブ１１のデューティ比の設定（ブロックＢ１０）、ＩＳＣバルブ１４の開度位置の設定（ブロックＢ１１）が行なわれ、第１エアバイパスバルブ１０，第２エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバルブ１４が所要の状態に制御される。なお、第２エアバイパスバルブ１１のデューティ比の設定（ブロックＢ１０）、ＩＳＣバルブ１４の開度位置の設定（ブロックＢ１１）に関しては、ヒステリシスが設けられており、要求空気量の増加時と減少時とで異なるマップを用いている。
【００４１】
これらの第１エアバイパスバルブ１０，第２エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバルブ１４の開度制御は相互関連して行なう。
さらに、図２に基づいて、インジェクタ，点火コイル，ＥＧＲの各制御について説明する。
インジェクタの駆動のためには、インジェクタの噴射開始時期と噴射終了時期とを設定する必要があるが、ここでは、インジェクタ駆動時間Ｔinj とインジェクタの噴射終了時期とを設定して、これに基づいて、インジェクタの噴射開始時期を逆算しながら、インジェクタの駆動のタイミングを決定している。
【００４２】
インジェクタ駆動時間Ｔinj の設定には、まず、フィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて空燃比Ａ／Ｆを設定する（ブロックＢ１２）。この場合の設定マップも、後期リーンモードでＥＧＲ作動中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止中と、前期リーンモードと、オープンループモードとの４モードに関して設けられており、エンジンの運転状態に応じたものを選択して用いられる。
【００４３】
こうして得られた空燃比Ａ／Ｆと、ブーストセンサで検出されたブースト圧ｐｂ，及び体積効率補正値から得られる吸気量Ｑpbとから、インジェクタ駆動時間Ｔinj を算出する（ブロックＢ１３）。なお、体積効率補正値は、エンジン回転速度Ｎｅから運転状態に応じたマップに基づいて設定される（ブロックＢ１９）。この場合のマップ（ブロックＢ１９）は、後期リーンモードでＥＧＲ作動中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止中と、前期リーンモードと、オープンループ運転又はストイキオフィードバック運転でＥＧＲ作動中と、オープンループ運転又はストイキオフィードバック運転でＥＧＲ停止中との５モードに関して設けられている。
【００４４】
そして、このインジェクタ駆動時間Ｔinj に、気筒別インジェクタ不均率補正（ブロックＢ１４）及び気筒別デッドタイム補正（ブロックＢ１５）を施す。また、一方、目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから減速時用噴射時間ＴDEC を算出して（ブロックＢ１６）、減速時で且つ後期リーン運転時には、スイッチＳ５を通じて、ブロックＢ１３で得られたインジェクタ駆動時間Ｔinj とこの減速時用噴射時間ＴDEC とのうちの小さい方を選択して（ブロックＢ１７）、これをインジェクタ駆動時間とする。
【００４５】
インジェクタの噴射終了時期の設定も、フィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて空燃比Ａ／Ｆを設定する（ブロックＢ１８）。この場合の設定マップも、後期リーンモードでＥＧＲ作動中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止中と、前期リーンモードと、オープンループ運転又はストイキオフィードバック運転のモードとの４モードに関して設けられており、エンジンの運転状態に応じたものを選択して用いられる。
【００４６】
こうして得られた噴射終了時期に後期リーンモードの場合には水温補正を施して噴射終了時期を得るようにしている。
このようにして得られたインジェクタ駆動時間Ｔinj 及び噴射終了時期に基づいて、インジェクタの駆動を行なう。
また、点火コイルによる点火プラグの点火時期についても、フィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて点火時期を設定する（ブロックＢ２０）。この場合の設定マップは、後期リーンモードでＥＧＲ作動中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止中と、前期リーンモードと、ストイキオフィードバック運転でＥＧＲ作動中と、オープンループ運転又はストイキオフィードバック運転でＥＧＲ停止中の５モードに関して設けられている。こうして得られた点火時期に各種リタード補正を施して（ブロックＢ２１）、これに基づいて点火コイルの制御を行なう。
【００４７】
また、ＥＧＲの流量制御についても、フィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいてＥＧＲの流量を設定する（ブロックＢ２２）。この場合の設定マップは、Ｄレンジでの後期リーンモードと、Ｎレンジでの後期リーンモードと、Ｄレンジでのストイキオフィードバック運転モードと、Ｎレンジでのストイキオフィードバック運転モードとの４モードに関して設けられている。
【００４８】
こうして得られたＥＧＲの流量を水温補正（ブロックＢ２３）を施して、開度に応じた制御量（デューティ比）を設定して（ブロックＢ２４）、ＥＧＲの流量制御を行なう。なお、水温補正（ブロックＢ２３）に関しても、エンジンの運転状態（ここでは、後期リーンモードとストイキオフィードバック運転モードとの２モード）に応じたマップが用いられている。
【００４９】
例えばＥＧＲバルブの目標開度Ｅｔｐは、ブロックＢ２２で求められた、ＥＧＲの流量に対応する基本開度Ｅｂｔｐと、ブロックＢ２３で求められた水温補正係数Ｋｗｔとから、次式により度、算出することができる。
Ｅｔｐ＝Ｅｂｔｐ×数Ｋｗｔ
さらに、このようなＥＧＲバルブの目標開度Ｅｔｐに対して、ＥＧＲバルブの制御量（調整量）としての目標ステップは、図４に示すようなマップから設定することができる。このマップは、絶対量としてＥＧＲの流量が少ない領域（例えばアイドル運転状態等の領域）では、きめ細かな制御が必要であるため、分解能（１ステップ当たりのＥＧＲの流量）が高くなるように設定され、それ以外の領域（例えば定常運転領域等）では、ＥＧＲの流量の導入量変化が大きく応答性が要求されるので、分解能が低くなるように設定されている。
【００５０】
また、ここでは、エンジンの運転状態が、ストイキオ燃焼運転モードか後期リーン燃焼運転モードかの場合のみ、ＥＧＲ導入を行ない、他の場合、つまり、前期リーン燃焼運転モードやオープンループモードでは、ＥＧＲ導入を行なわないようになっている。これは、前期リーンの場合、ＥＧＲを投入すると、燃焼が悪化して、ＮＯｘ低減や燃費向上の効果が非常に小さいためであり、特に、ＥＧＲ流量を増大すると失火に至ることがあるため、このモードでは大量導入は不可能である。また、オープンループモードではなによりもエンジン出力の確保を優先させるためである。
【００５１】
さらに、ここでは、ストイキオ燃焼運転モードか後期リーン燃焼運転モードかの場合にも、切替判定手段（ブロックＢ２５）による判定に基づいて、ＥＧＲ禁止条件が成立したとき、即ち、エンスト時，始動時，エンジンの運転状態検出手段の異常時（例えば、大気圧センサのフェール時），リーン燃焼運転モード以外での減速時には、いずれもＥＧＲバルブを全閉に切替制御するようになっている。また、このようなＥＧＲ禁止条件が解除されたら、切替判定手段（ブロックＢ２５）による判定に基づいて、ＥＧＲバルブは全閉から所要の開度に切替制御するようになっている。
【００５２】
このため、本装置には図示しないが、エンスト判定手段，始動判定手段，大気圧センサのフェール判定手段，減速判定手段等がそなえられる。エンスト判定手段では、例えばキースイッチの情報とクランク角センサ（又はエンジン回転数センサ）等からのエンジン作動状態の情報とからエンストを検出し、始動判定手段ではエンジンの冷却水温の温度が所定値以下なら始動時であると判定し、フェール判定手段では大気圧センサの出力値を閾値と比較すること等により判定し、減速判定手段では、スロットルポジションの検出情報に基づいて判定できる。
【００５３】
ところで、本吸気制御装置では、このＥＧＲバルブの切替判定手段による判定情報に基づいて、エアバイパスバルブ６も制御されるようになっている。
つまり、切替判定手段により、ＥＧＲ禁止条件が解除されたと判定されると、ＥＧＲ停止からＥＧＲ投入へと切り替えられるが、これと同時に、エアバイパスバルブ６が開度を増大させるよう制御されるようになっている。
【００５４】
これは、ＥＧＲ停止からＥＧＲ大量投入へと切り替わると、ＥＧＲの大量投入に伴って吸気系の負圧が低下するため、新気の吸入量が減少してしまうのを、回避しようとするものであり、ＥＧＲ停止（ＥＧＲバルブにかかる第１の調整量）からＥＧＲ投入（ＥＧＲバルブにかかる第２の調整量）へと切り替わる際の調整量の変化量（即ち、ＥＧＲ量の増加量）に応じて、ＥＧＲ量の増加量が大きければこれに応じるようにエアバイパス通路５を通じたエアバイパス流量を増大させるようにして新気導入を確保するようにしているのである。
【００５５】
このエアバイパス流量の増大は、第１エアバイパスバルブ１０，第２エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバルブ１４の開度制御による総合的な流量制御として行なわれ、例えば、第１エアバイパスバルブ１０をオフからオンへの切替でこれを実現させたり、第１エアバイパスバルブ１０と共に第２エアバイパスバルブ１１又はＩＳＣバルブ１４の開度を急増させるようにしたりするほか、これらのバルブを複合的に制御して実現させることができる。例えば、図３に示すように、ＥＧＲバルブがオフ（全閉）からオン（全開）へと切り替わったら〔図３（Ａ）参照〕、エアバイパスバルブ１０，１１もオフ（全閉）からオン（全開）へと切り替える〔図３（Ｂ）参照〕ようにするのである。
【００５６】
本発明の一実施例としての吸気制御装置は、上述のように構成されているので、例えば図５に示すように、まず、ＥＧＲ禁止条件が成立しているか否かを判定して（ステップＳ１０）、ＥＧＲ禁止条件が成立していなければＥＧＲバルブの開度を調整しながらＥＧＲ制御を行ない（ステップＳ９０）、ＥＧＲ禁止条件が成立していればＥＧＲバルブを全閉としてＥＧＲを停止する（ステップＳ２０）。
【００５７】
そして、ＥＧＲ禁止条件が解除されたか否かを判定し（ステップＳ３０）。ＥＧＲ禁止条件が解除されたら、まず、現在のエンジンの運転状態を検出又は判定して（ステップＳ４０）、この運転状態がストイキオ燃焼運転モード及び後期リーン燃焼運転モードのいずれかであるかを判定する（ステップＳ５０）。ここで、ストイキオ燃焼運転モードでも後期リーン燃焼運転モードでもなければ、ＥＧＲ導入は行なわないが、ストイキオ燃焼運転モード又は後期リーン燃焼運転モードならば、ＥＧＲ導入を行なう。
【００５８】
この時には、ＥＧＲバルブ及びエアバイパスバルブ６（１０，１１，１４）の目標開度をエンジンの運転状態に応じてそれぞれ設定する（ステップＳ６０）。そして、この目標開度に応じて、ＥＧＲバルブを制御し（ステップＳ７０）、さらに、ＥＧＲ導入量に応じて、エアバイパスバルブ６（１０，１１，１４）の目標開度を設定してこれらを制御する（ステップＳ８０）。
【００５９】
このように、ＥＧＲ停止からＥＧＲ投入へと切り替わる際に、同時にエアバイパスバルブ６を通じた流量が増大し、特に、ＥＧＲ停止からＥＧＲ大量投入へと切り替わった際には、エアバイパス流量を大幅に増大できるので、ＥＧＲ停止からＥＧＲ大量ＥＧＲの大量投入に伴って吸気系の負圧低下で生じる吸気通路２のみによる新気の吸入量の減少を、このエアバイパス流量により相殺することができて、新気の吸入量が確保されることになり、ＥＧＲ切替時のエンジンの大きなトルク変動が回避され、自動車用エンジンでは、走行時に車両に生じるショックを回避又は低減することができる。
【００６０】
また、本実施例では、第１エアバイパスバルブ１０と第２エアバイパスバルブ１１とを同規格のものとして部品を共用できるようにしているので、コスト低減効果もある。
なお、本実施例では、第１エアバイパスバルブ１０と第２エアバイパスバルブ１１とＩＳＣバルブ１４との３つのバルブをそなえたが、例えば第２エアバイパスバルブ１１とＩＳＣバルブ１４とのいずれか一方を省略して、２つのバルブのみで、エアバイパスの流量を制御することも考えられる。例えば第１エアバイパスバルブ１０と第２エアバイパスバルブ１１のみからエアバイパスの流量を制御するように構成したり、第１エアバイパスバルブ１０とＩＳＣバルブ１４のみから構成することもできる。
【００６１】
この場合にも、ＥＧＲ停止からＥＧＲ投入へと切り替わる際には、主として第１エアバイパスバルブ１０によるオフからオンへの切替で瞬時にエアバイパス流量を増大でき、これに第２エアバイパスバルブ１１又はＩＳＣバルブ１４による流量制御を加えることで、応答性良く所要の新気吸入量の確保を実現することができる。
【００６２】
また、本発明の吸気制御装置は、本実施例のように、空燃比制御を伴う内燃機関に用いることで大きな効果があるが、本吸気制御装置は、かかる内燃機関に限定されるものでなく、内燃機関の吸気系一般に広く適用しうるものである。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の吸気制御装置によれば、気筒内に直接燃料を噴射するとともに、大量の排出ガス還流を要求する希薄燃焼運転を行ないうる筒内噴射型内燃機関に設けられ、該機関の吸気通路のスロットル弁設置部分をバイパスするようにして該吸気通路に両端部を連通されたバイパス通路と、該バイパス通路内を流れる空気量を調整しうる吸気調整手段と、排気マニホールド内の排出ガスの一部を該吸気通路内に戻す排出ガス還流通路と、該排出ガス還流通路内を流れる排出ガスの流量を調整する排出ガス量調整手段と、該排出ガス量調整手段による該排出ガス流量の調整量が第１調整量から第２調整量へと瞬時に切り替わったことを判定する切替判定手段と、該機関の負荷及び回転速度を含んだ該機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該吸気調整手段及び該排出ガス量調整手段の各調整量を設定してこれらの調整量に応じて該吸気調整手段及び該排出ガス量調整手段の制御を行なうとともに、該切替判定手段で該排出ガス流量の調整量の切替が判定されると、該運転状態検出手段の検出結果よりも該判定結果を優先させて、該吸気調整手段を通じて該バイパス通路内を流れる空気量を、該切替による該調整量の変化量に応じて制御する制御手段とをそなえるという構成により、排出ガス流量の調整量の増加切替に伴って吸気系の負圧変化等で生じる吸気通路のみによる新気の吸入量の減少を回避して新気の吸入量を確保することができ、排出ガス流量の切替時の機関のトルク変動が回避され、自動車用の機関では、走行時に車両に生じるショックを回避又は低減することができる。また、上述の新気の吸入量の確保を確実に行なえ、機関の大きなトルク変動の回避や、自動車用の機関では、走行時に車両に生じるショックの回避又は低減も確実に行なえる。
【００６４】
請求項２記載の本発明の吸気制御装置によれば、請求項１記載の構成において、該第１調整量が該第２調整量よりも小さい量であって、該切替判定手段が該調整量の瞬時の増加を判定するように構成されることにより、排出ガス流量の調整量の増加切替に伴って吸気系の負圧低下で生じる吸気通路のみによる新気の吸入量の減少を回避して新気の吸入量を確保することができ、排出ガス流量の切替時の機関のトルク変動が回避され、自動車用の機関では、走行時に車両に生じるショックを回避又は低減することができる。
【００６５】
請求項３記載の本発明の吸気制御装置によれば、請求項２記載の構成において、該第１調整量が排出ガス還流の停止に相当する調整量０に設定されるとともに、該第２調整量が該排出ガス還流の大量投入に相当する所定値以上の調整量に設定されて、該切替判定手段が、該排出ガス還流の停止から作動への切替を判定するように構成されることにより、排出ガス還流の大量投入に伴って吸気系の負圧低下で生じる吸気通路のみによる新気の吸入量の大幅な減少を回避して新気の吸入量を確保することができ、排出ガス流量の切替時の機関の大きなトルク変動が回避され、自動車用の機関では、走行時に車両に生じるショックを回避又は低減することができる。
【００６７】
請求項４記載の本発明の吸気制御装置によれば、請求項３記載の構成において、該排出ガス量調整手段の調整量が、少なくとも該運転状態検出手段で検出された該機関の負荷及び回転速度に応じて与えられる基本調整量に基づいて設定されるように構成されることにより、排出ガス量を適切に調整することができ、ＮＯｘ低減効果と機関の性能確保とをバランスさせることができる。
【００６８】
請求項５記載の本発明の吸気制御装置によれば、請求項４記載の構成において、該排出ガス量調整手段の調整量が、該基本調整量を該機関の冷却水温度に応じて補正されることで設定されるように構成されることにより、排出ガス量を適切に調整することができ、ＮＯｘ低減効果を確実に得ながら機関の性能確保をバランスさせることができる。
【００６９】
請求項６記載の本発明の吸気制御装置によれば、請求項１記載の構成において、該運転状態検出手段の異常を検出する異常検出手段，該機関の始動時の該冷却水温を検出する水温検出手段，該機関のストール状態を検出するストール検出手段のうちの少なくとも一つの検出手段がそなえられ、該切替判定手段が、上記のうちのそなえられた検出手段の検出結果に応じて上記の判定を行なうように構成されることにより、例えば排出ガス還流の停止と投入との切替を検出することかできるようになり、停止から投入への切替に伴って吸気系の負圧低下で生じる吸気通路のみによる新気の吸入量の大幅な減少を回避して新気の吸入量を確保することができ、排出ガス流量の切替時の機関の大きなトルク変動が回避され、自動車用の機関では、走行時に車両に生じるショックを回避又は低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての吸気制御装置を有する内燃機関の要部構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例としての吸気制御装置を有する内燃機関の制御ブロック図である。
【図３】本発明の一実施例としての吸気制御装置の制御特性を説明する図である。
【図４】本発明の一実施例としての吸気制御装置の排出ガス流量の調整量を説明する図である。
【図５】本発明の一実施例としての吸気制御装置の制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  吸気通路
２Ａ  吸気ポート
３  スロットル弁設置部分
４  エアクリーナ
５  バイパス通路（第１バイパス通路）
５ａ，５ｂ  通路部分
６  バイパスバルブ
７  吸気管
８  サージタンク
９  吸気マニホールド
１０  第１エアバイパスバルブ（第１バルブ）
１１  第２エアバイパスバルブ（第２バルブ）
１２  アイドルスピートコントローラ（ＩＳＣ）
１３  バイパス通路（第２バイパス通路）
１４  バイパスバルブとしてのＩＳＣバルブ（第３バルブ）
１５  スロットルバルブ
１６  電子制御装置（ＥＣＵ）
１７  排気通路
１７Ａ  排気ポート
１８  燃焼室
１９  吸気弁
２０  排気弁
２１  燃料噴射弁（インジェクタ）
２２は燃料タンク
２３Ａ〜２３Ｅは燃料供給路
２４  低圧燃料ポンプ
２５  高圧燃料ポンプ
２６  低圧レギュレータ
２７  高圧レギュレータ
２８  デリバリパイプ
２９  排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）
３０  ＥＧＲバルブ
３１  ブローバイガス還元流路
３２  クランク室積極換気用通路
３３  クランク室積極換気用バルブ
３４  キャニスタ
３５  排気ガス浄化用触媒
３６  吸気温度センサ
３７  スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）
３８  アイドルスイッチ
３９  ブーストセンサ
４０  第１気筒検出センサ
４１  クランク角センサ
４２  水温センサ
４３  Ｏ2 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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