JP2002195105A

JP2002195105A - 直噴型内燃機関のｅｇｒ量制御方法

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Publication number: JP2002195105A
Application number: JP2000398995A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Umasaki; 政俊馬▲崎▼; Kimitaka Saito; 公孝斎藤; Tatsushi Nakajima; 樹志中島; Shizuo Abe; 静生安部
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-10
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP3746423B2

Abstract

(57)【要約】【課題】直噴型内燃機関において、経時的変化に伴う
機関の運転状態の変化に対して、ＥＧＲ量の最適制御を
行って安定した燃焼状態を実現する。【解決手段】筒内へ直接にガソリンのような燃料を噴
射して燃焼させる直噴エンジンにおいて、排気ガスの一
部を燃焼室へ再循環させる運転条件における各サイクル
の燃焼変動を抑制して燃焼状態を安定化させるために、
排気管と吸気管を結ぶＥＧＲパイプに設けられたＥＧＲ
バルブの開度を任意の一定量ずつ小刻みに増減変化させ
ると共に、それに応じて変化するクランク軸の回転数の
変動幅を計測し、回転数の変動幅が最小となるＥＧＲバ
ルブの開度を探り出して、それをその運転条件における
ＥＧＲバルブの開度として設定する。本発明の制御方法
は、このような外部ＥＧＲシステムに限らず、内部ＥＧ
Ｒを行うシステムにも適用して、バルブタイミングやバ
ルブリフト量の制御に利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガソリンのような
燃料を筒内へ直接に噴射して燃焼させる形式の内燃機
関、所謂「直噴型内燃機関」（これを「直噴エンジン」
と略称する）の排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムにお
いて、燃焼変動が最も抑制されるように、排気ガスの再
循環量（ＥＧＲ量）を制御するための制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガソリンのような燃料を筒内へ直
接に噴射して燃焼させる形式の内燃機関（直噴エンジ
ン）の量産が行われるようになったが、直噴エンジンに
おいては従来の内燃機関では行われていなかったような
極めて希薄な混合気の燃焼が可能となり、それによって
大幅な燃費の改善と排気ガスの無公害化が実現してい
る。直噴エンジンには従来のポート噴射型エンジンに比
べて色々な新技術が採用されている。その一つとして排
気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）を低減させるための所
謂「大量ＥＧＲ」がある。これは大量の排気ガスを吸気
側へ再循環させることにより燃焼速度を制御して燃焼温
度を低下させ、エンジンの燃焼室内（筒内）におけるＮ
Ｏx の発生を抑制するものである。

【０００３】しかしながら、この場合は大量の排気ガス
を再循環させるために、運転時間が増加するにつれてＥ
ＧＲパイプやＥＧＲバルブ、或いは各気筒へのＥＧＲ分
配孔等における汚染物質の付着量が従来のエンジンより
も多くなるので、ＥＧＲバルブへの異物の噛み込みや、
排気ガス通路の有効面積の減少によるＥＧＲ量の変化
（減少）という問題が発生する。ＥＧＲ量が変化する
と、筒内の混合気形成に影響を及ぼして燃焼状態の悪化
を招くため、ＥＧＲ量の変化を防止して必要な量の排気
ガスを安定に再循環させるための対策が必要となる。な
お、所謂「内部ＥＧＲシステム」によって排気ガスの再
循環を行う形式の直噴エンジンにおいては、ＥＧＲパイ
プやＥＧＲバルブは設けられないが、吸気弁への異物の
噛み込みや吸気管内に汚染物質が堆積することによって
ＥＧＲ量の経時的変化が起こる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、直噴型内燃
機関のＥＧＲシステムにおける経時的変化に伴うエンジ
ンの運転状態の変化に対して、ＥＧＲ量の最適制御を行
うことによって前述の問題を解決して、安定した燃焼状
態を実現することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１
に記載された直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法を提供
する。この制御方法は外部ＥＧＲシステムを備えている
直噴型内燃機関に対して適用される。この制御方法によ
れば、ＥＧＲが実行される運転条件において外部ＥＧＲ
システムの一部であるＥＧＲバルブの開度を任意の一定
量ずつ小刻みに増減変化させると共に、それに応じて変
化する直噴型の内燃機関のクランク軸の回転数の変動幅
が計測される。そして、回転数の変動幅が最小となるＥ
ＧＲバルブの開度を探り出して、それをその運転条件に
おけるＥＧＲバルブの開度として設定する。従って、各
サイクルの燃焼変動が抑制されて燃焼状態が安定化す
る。

【０００６】本発明は、前記の課題を解決するための他
の手段として、特許請求の範囲の請求項２に記載された
直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法を提供する。この制
御方法はバルブタイミング可変機構を備えている直噴型
内燃機関に対して適用される。吸気弁と排気弁の各開弁
期間の間にバルブオーバーラップ期間があると、その期
間において排気ガスが吸気側へ逆流するので、それによ
って所謂「内部ＥＧＲ」が生じる。本発明の制御方法に
よれば、内部ＥＧＲが行われる運転条件において、バル
ブタイミング可変機構によって吸気弁及び排気弁の少な
くとも一方のバルブタイミングを任意の一定量ずつ小刻
みに進角及び遅角させると共に、それに応じて変化する
直噴型の内燃機関のクランク軸の回転数の変動幅が計測
される。そして、回転数の変動幅が最小となるバルブタ
イミングを探り出して、それをその運転条件におけるバ
ルブタイミングとして設定する。従って、各サイクルの
燃焼変動が抑制されて燃焼状態が安定化する。

【０００７】特に、吸気弁が直噴型の内燃機関の吸気行
程のみならず排気行程の一部においても独立に開弁する
ことができる場合には、排気行程の一部において吸気弁
が開弁した時に排気ガスの一部が吸気通路へ逆流し、そ
の排気ガスが吸気行程において新気と共に燃焼室内へ流
入するので、それによって内部ＥＧＲが行われる、従っ
て、この場合には、排気行程における吸気弁のバルブタ
イミングを任意の一定量ずつ小刻みに進角及び遅角方向
に変化させて、同様なＥＧＲ量の最適値制御を行うこと
ができる。

【０００８】本発明は、前記の課題を解決するための更
に他の手段として、特許請求の範囲の請求項４に記載さ
れた直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法を提供する。こ
の制御方法はバルブリフト量可変機構を備えている直噴
型内燃機関に対して適用される。吸気弁と排気弁の間に
開弁期間のオーバーラップがあると排気ガスが吸気側へ
逆流するので、それによって内部ＥＧＲが行われるが、
オーバーラップする期間の長さが同じでも、吸気弁又は
排気弁のバルブリフトが変化すると、オーバーラップす
る開弁期間における各弁の開口面積が変化してＥＧＲ量
が変化する。従って、この制御方法によれば、内部ＥＧ
Ｒが実行される運転条件において、バルブリフト量可変
機構によって吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバル
ブリフト量を任意の一定量ずつ小刻みに増減変化させる
と共に、それに応じて変化する直噴型の内燃機関のクラ
ンク軸の回転数の変動幅が計測される。そして、回転数
の変動幅が最小となるバルブリフト量を探り出して、そ
れをその運転条件におけるバルブリフト量として設定す
る。従って、この制御方法によっても各サイクルの燃焼
変動が抑制されて燃焼状態が安定化する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図３に本発明の直噴型内燃機関の
ＥＧＲ量制御方法が適用される直噴エンジン３０のシス
テム構成を例示する。第１実施例の場合は、直噴エンジ
ン３０において「外部ＥＧＲ」を行うために、排気管３
３と吸気管３６との間を橋絡しているＥＧＲパイプ３２
の途中にＥＧＲバルブ３１が設けられている。ＥＧＲバ
ルブ３１によるＥＧＲ量の制御を含めて、直噴エンジン
３０の運転制御は電子式制御装置（ＥＣＵ）３５によっ
て自動的に行われる。エンジン回転数ＮＥを検出するた
めに、クランク軸３７の一部に近接して回転角センサ３
４が設けられて、回転角信号をＥＣＵ３５へ入力してい
る。その他にも直噴エンジン３０の運転状態を検出する
ために多数のセンサやスイッチ等が検出手段として設け
られてＥＣＵ３５に接続される。図３において３８は筒
内へガソリンのような燃料を直接に噴射して燃焼させる
インジェクタ、３９は吸気弁、４０は排気弁を示してい
る。

【００１０】図４に電子式制御装置（ＥＣＵ）３５の構
成例を示す。ＥＣＵ３５は、ハードウエアとしては良く
知られているものと同様な構成を有するもので、全体が
マイクロプロセッサを中心として構成されており、Ａ／
Ｄコンバータ４１、入出力インターフェース４２、ＣＰ
Ｕ４３、ＲＯＭ４４、ＲＡＭ４５、バックアップＲＡＭ
４６、クロックパルス発生器４７等を備えている。図３
に略示した油温センサ４８、水温センサ４９や、燃料噴
射ポンプ５０の吐出側に設けられた燃圧センサ５１等に
よって検出されるアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ４
１によってディジタル信号に変換された後にバスライン
５２を介してＣＰＵ４３へ入力される。また、前述の回
転角センサ３４が発生するパルス信号等は入出力インタ
ーフェース４２を通り、バスライン５２を介してＣＰＵ
４３へ入力される。ＣＰＵ４３はこれらの信号に基づい
て直噴エンジン３０の運転状態を判定し、前述のＥＧＲ
バルブ３１や後述のバルブタイミング可変機構のための
ＥＧＲ開度やバルブタイミングの進角量等の制御信号を
送り出す。

【００１１】図１及び図２に、本発明のＥＧＲ量制御方
法の第１実施例としての制御プログラムをフローチャー
トの形で示す。直噴エンジンに限らず一般に往復動式の
燃焼エンジンにおいて燃焼状態の変動が生じると、それ
に伴って回転数（回転速度）の変動の大きさが変化す
る。この制御プログラムの特徴は、直噴エンジン３０の
実際の運転状態における回転数の変動の幅として、回転
角センサ３４によって計測されるクランク軸３７の回転
角から現在のエンジン回転数と「実回転変動幅」を演算
すると共に、色々な運転条件に対応して許容可能な回転
変動幅の最大値として予め設定されている「許容回転変
動幅」を基準として実回転変動幅をこれと比較し、許容
回転変動幅よりも実回転変動幅の方が大きい時は、予め
色々な運転条件に対応してＥＧＲバルブ３１の開度が設
定されているマップから、その時の運転条件に対応する
「ＥＧＲ開度」を読み出してＥＧＲバルブ３１に与える
と共に、任意に定められた一定量ずつ開き側及び閉じ側
へ開度を変化させて実回転変動幅の変化を計測し、実回
転変動幅が出来るだけ小さくなるように制御する点にあ
る。

【００１２】以下、図１及び図２に示すフローチャート
に従って本発明の第１実施例の制御方法を詳細に説明す
る。この制御プログラムは、電子式制御装置（ＥＣＵ）
３５によって、直噴エンジン３０全体を制御する図示し
ないメインルーチンプログラムに対して所定の時期に割
り込んで実行される（ステップ１１）。まず、ステップ
１２においてシステムが初期化され、制御の回数を数え
るカウンタがリセットされて０になる。次にステップ１
３へ進んで、回転角センサ３４の信号から算出される現
在のエンジン回転数ＮＥと、色々な運転条件に対応して
ＲＯＭ４４に予め設定されているＥＧＲバルブ３１の開
度のマップから、その時の運転条件に対応するＥＧＲ開
度を、ＥＧＲバルブ３１の開度の初期設定値ＥＧＲ０と
してＣＰＵ４３へ読み込む。次のステップ１４において
は、エンジン回転数ＮＥから回転変動幅ΔＮＥ０を算出
してＲＡＭ４５に収納し、これをそのサイクルにおける
燃焼変動によるものとして以下の制御を行う。

【００１３】ステップ１５において、ＥＣＵ３５は、先
に算出された回転変動幅ΔＮＥ０が予め許容回転変動幅
として設定されている回転変動幅の初期基準値ΔＮＥin
i よりも大きいか否かを判定する。ＹＥＳ（回転変動幅
ΔＮＥ０が許容回転変動幅ΔＮＥini よりも大きい）と
判定されると、ステップ１６において１回目の制御であ
ることを示すためにカウンタをｎ＝１にセットしてステ
ップ１７へ進む。ここでＥＣＵ３５はＥＧＲバルブ３１
を任意に選択された一定量だけ閉じる制御信号を送出し
て、ＥＧＲバルブ３１が新たなＥＧＲ開度ＥＧＲ１をと
る制御を行う。それによって排気管３３からＥＧＲパイ
プ３２を通って吸気管３６へ還流する排気ガスの量（Ｅ
ＧＲ量）が減少する。次のステップ１８においては、そ
の時に計測されたエンジン回転数ＮＥから、ＥＧＲバル
ブ３１が新たなＥＧＲ開度ＥＧＲ１をとった結果として
の回転変動幅ΔＮＥ１が算出される。そしてステップ１
９へ進んで、今回算出された回転変動幅ΔＮＥ１が、先
にステップ１４において算出された初期の回転変動幅Δ
ＮＥ０よりも大きいか否かが判定される。

【００１４】ステップ１９においてＹＥＳ（今回の回転
変動幅ΔＮＥ１の方が大きい）と判定された時は図２の
左側に示すステップ１ｈへ進み、ＥＧＲ量を減少させる
側の制御を中止して、ＥＧＲ量を増加させる側の制御に
切り換えるが、その制御については後に詳細に説明す
る。これと反対に、ステップ１９においてＮＯ（初期の
回転変動幅ΔＮＥ０よりも今回の回転変動幅ΔＮＥ１の
方が小さくなった）と判定された時は図２の右側に示す
ステップ１ａへ進み、まずカウンタを１だけカウントア
ップする。

【００１５】なお、ステップ１ａと、図２の左側に示さ
れた後述のステップ１ｈ以後の制御は何回でも繰り返し
て行われることがあるので、それに対応して各ステップ
における回数は一般的に「ｎ」によって示すことにす
る。従って、ステップ１ａにおいてカウントアップされ
た結果、カウンタはｎ＋１を示すことになるが、前述の
説明に続く今回の回数ｎは、ｎ＋１＝１＋１＝２であ
る。

【００１６】ステップ１ａへ進んだ場合は次のステップ
１ｂにおいて、ステップ１７における１回目の処理と同
様に、ＥＣＵ３５が再びＥＧＲバルブ３１を一定量だけ
閉じる制御を行う。それによってＥＧＲ開度が更に減少
して新たな開度ＥＧＲｎ（今回はｎ＝２であるからＥＧ
Ｒ２）をとり、ＥＧＲ量もそれに応じて減少する。その
後のステップ１ｃにおいて回転変動幅ΔＮＥｎ（ｎ＝
２）が、計測されたエンジン回転数ＮＥから算出され
る。次のステップ１ｄにおいては算出された回転変動幅
ΔＮＥｎ（ｎ＝２）が前回に算出された回転変動幅ΔＮ
Ｅｎ−１（この場合はステップ１８において算出された
回転変動幅ΔＮＥ１）よりも大きいか否かが判定され
る。今回の回転変動幅ΔＮＥｎが前回の回転変動幅ΔＮ
Ｅｎ−１よりも大きい（ＹＥＳ）と判定された時は、前
回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎ−１の方が最適値に近かったこ
とになるから、ステップ１ｅへ進んで、前回のＥＧＲｎ
−１をＥＧＲ開度として設定し、ＥＧＲバルブ３１の開
度をそれに合わせる。

【００１７】ステップ１ｄにおいて、今回の回転変動幅
ΔＮＥｎが前回の回転変動幅ΔＮＥｎ−１よりも大きく
ない（ＮＯ）と判定された時はステップ１ｆへ進み、今
回の回転変動幅ΔＮＥｎが、予め設定されている回転変
動幅の初期基準値ΔＮＥiniよりも大きいか否かを判定
する。ΔＮＥｎの方が大きい（ＹＥＳ）と判定された時
は、今回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎが適当でなかったことに
なるから、前述のステップ１ａへ戻って同じ制御と判定
を繰り返す。この場合、ステップ１ａにおけるカウント
アップによってｎ＝３となる。

【００１８】ステップ１ｆにおいてＮＯ（回転変動幅Δ
ＮＥｎがΔＮＥini よりも大きくない）と判定された時
は、小さい回転変動幅ΔＮＥｎをもたらしたＥＧＲ開度
ＥＧＲｎ（ｎ＝２）が最適値に近いことになるから、ス
テップ１ｇへ進んで、その値ＥＧＲｎ（ｎ＝２）をＥＧ
Ｒ開度として設定すると共に、ＥＧＲバルブ３１の開度
をそれに合わせる。また、前述のステップ１５において
ＮＯ（回転変動幅ΔＮＥ０がΔＮＥini よりも大きくな
い）と判定された時も同様にステップ１ｇへ到達する
が、この場合はＥＧＲ開度の設定値ＥＧＲｎの内容はＥ
ＧＲ０である。

【００１９】このように、第１実施例の中でも図２に示
す右側の部分では、ステップ１ｂにおいてＥＧＲ開度を
一定量だけ閉じる側へ制御している点に特徴があり、以
後は制御を繰り返して行う度にＥＧＲ開度ＥＧＲｎが最
適値に近づいて、回転変動幅ΔＮＥｎが段階的に減少し
て行く。ＥＧＲ開度ＥＧＲｎが最適値を越えて一時的に
再び回転変動幅ΔＮＥｎが増加する傾向が現れても、次
の段階において必ず反対の方向の制御が行われるので、
最終的にはＥＧＲ開度ＥＧＲｎが最適値に最も近い値ま
で到達し、回転変動幅ΔＮＥｎが最小となる。ＥＣＵ３
５によるこのようなＥＧＲ開度の制御作動と、制御結果
としての回転変動幅が図５のタイムチャートに例示され
ている。この例では、ステップ１７とステップ１ｂにお
いて、ＥＧＲ開度を初期設定値ＥＧＲ０から開度を一定
量Ｄ1 だけ２回減少させて回転変動幅を小さくしたが、
更に行った３回目の開度の減少によって回転変動幅が却
って増加している。そこでＥＧＲ開度を前回まで増大さ
せることによって最適値に最も近い開度を得て、それを
設定値Ｓ1 とした場合である。

【００２０】次に第１実施例の制御方法を示す図２の左
側の部分について説明する。前述のように図１と図２の
右側の部分に対して図５が対応したように、図１と図２
の左側の部分には図６のタイムチャートが概ね対応して
いる。図１に示すステップ１９における判定がＹＥＳで
ある時、即ち、回転変動幅ΔＮＥ１がＥＧＲ開度の初期
設定値ＥＧＲ０による回転変動幅ΔＮＥ０よりも大きい
と判定された時は、図２の左側に示すステップ１ｈへ進
んでカウントアップを行いｎ＝２とする。次のステップ
１ｉにおいてＥＧＲ開度ＥＧＲｎを一定量Ｄ2 だけ増加
させている点が図２の右側のステップ１ｂと対照的であ
る。つまり、図２の左側に示す制御の手順の特徴は、ｎ
＝２の段階でＥＧＲ開度ＥＧＲｎを一定量だけ増加させ
ている点にある。

【００２１】その結果を見るために、ステップ１ｊにお
いて、その時のエンジン回転数ＮＥから回転変動幅ΔＮ
Ｅｎが算出される。そして、次の判定ステップ１ｋにお
いてカウンタがｎ＝２を示していること（ＹＥＳ）を確
認してからステップ１ｌへ進み、今回の回転変動幅ΔＮ
Ｅ２が、ＥＧＲ開度の初期設定値ＥＧＲ０に対応する回
転変動幅ΔＮＥ０よりも大きいか否かを判定する。ステ
ップ１ｌの判定がＹＥＳ（ΔＮＥ２の方が大きい）の時
は、今回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎ（ｎ＝２）が適当でなか
ったことになる。また、初期設定値ＥＧＲ０のＥＧＲ開
度による回転変動は、ＥＧＲ量の変化によるものではな
く他の原因によるものと考えられるから、ステップ１ｍ
において回転変動幅ΔＮＥ０に対応する初期設定値ＥＧ
Ｒ０をＥＧＲ開度の設定値とする。

【００２２】ステップ１ｌの判定がＮＯであれば、今回
のＥＧＲ開度ＥＧＲｎ（ｎ＝２）が初期設定値ＥＧＲ０
よりも最適値に近かったことになるが、それを更に最適
値に近づけるか、或いはその値を最適値としてよいかど
うかを確認するためにステップ１ｈへ戻って、ステップ
１ｉと１ｊの制御を繰り返す。この場合はステップ１ｈ
においてカウントアップされるので、カウンタはｎ＝３
となり、ステップ１ｋにおける判定はＮＯ（ｎ＝２では
ない）となるので、ステップ１ｎへ進むことになる。

【００２３】ステップ１ｎにおいては、今回の回転変動
幅ΔＮＥｎ（ｎ＝３）が前回の回転変動幅ΔＮＥｎ−１
（即ち、ΔＮＥ２）よりも大きいか否かを判定する。判
定がＹＥＳであれば今回の回転変動幅ΔＮＥ３をもたら
したＥＧＲ開度ＥＧＲ３（ステップ１ｉにおいて設定さ
れたもの）が、前回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎ−１、即ちＥ
ＧＲ開度ＥＧＲ２よりも適当でなかったことになるか
ら、ステップ１ｏへ進んで前回のＥＧＲ２（ＥＧＲｎ−
１）をＥＧＲ開度として設定する。

【００２４】ステップ１ｎにおける判定がＮＯである
（今回の回転変動幅ΔＮＥｎが前回のそれよりも小さく
なった）時はステップ１ｐへ進み、今回の回転変動幅Δ
ＮＥｎが回転変動幅の初期基準値ΔＮＥini よりも大き
いか否かを判定する。判定がＹＥＳ（今回の方が大き
い）の時は、今回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎが適当でなかっ
たことになるから、ステップ１ｈへ戻ってカウンタのカ
ウントアップを行い、再び前述の制御と判定を繰り返
す。ステップ１ｐの判定がＮＯであれば、今回のＥＧＲ
開度ＥＧＲｎが適当であったことになるから、ステップ
１ｑへ進んで、それをＥＧＲ開度として設定する。

【００２５】前述のように、図５とは異なる他の制御例
が図６のタイムチャートに示されている。この例は図１
と図２の左側の部分に示した手順による制御と結果に概
ね対応するものである。図６の例は、ステップ１７にお
いてＥＧＲ開度を初期設定値ＥＧＲ０に対して一定量Ｄ
2 だけ減少させて回転変動幅の変化を見たところ、回転
変動幅が著しく増加したので、ステップ１ｉにおいて逆
にＥＧＲ開度を一定量Ｄ2 だけ増加させて再び元の値に
戻した後に、更に次の回のステップ１ｉにおいてＥＧＲ
開度を初期設定値ＥＧＲ０よりも一定量Ｄ2 だけ増加さ
せている。それによって回転変動幅が著しく減少した
が、更にＥＧＲ開度を一定量Ｄ2 だけ増加させて見たと
ころ回転変動幅が再び増加したので、先のＥＧＲ開度が
最適値に近かったことを確認して、先のＥＧＲ開度を設
定値Ｓ2 としている。

【００２６】このようにして、いずれかの設定値Ｓ1 或
いはＳ2 によってＥＧＲ開度の設定が終わると、ステッ
プ１ｒへ進んで今回の制御を終了し、図示しないメイン
ルーチンプログラムへ復帰する。図１及び図２に示す制
御が繰り返して行われることにより、経時的変化によっ
て直噴エンジン３０の運転条件や運転状態がどのように
変化しても、また、図１に示すように、ステップ１７に
おいて最初にＥＧＲ開度を減少させるか、或いはそれと
反対にＥＧＲ開度を増加させるかという最初の手順の相
違には関係なく、最終的にはＥＧＲバルブ３１の開度は
必ず最適値、或いは最適値に最も近い値に設定されて、
安定した燃焼状態が得られる。

【００２７】このように、第１実施例から明らかなよう
に、本発明の制御方法は、直噴型内燃機関のＥＧＲ量の
制御に一般的なディザ制御の考え方を取り入れたものに
近いと見ることもできる。従って、この場合のディザ量
は、ＥＧＲバルブ３１の開度に関するディザ量というこ
とになるが、ＥＧＲバルブ３１を駆動するアクチュエー
タとして、例えばステップモータが用いられる場合に
は、１ステップのディザ量を０．１ｍｍのリフトという
ように極めて小さくすることによって、精密なＥＧＲ制
御が可能になる。これに対して、精密なＥＧＲ制御を必
要としない運転状態においては、その運転条件に応じて
ディザ量を０．５ｍｍとか１ｍｍというような大きな値
に切り換えることによって、ＥＣＵ３５の演算負荷を軽
減することもできる。

【００２８】このように、第１実施例の制御方法は、直
噴エンジン３０が所謂外部ＥＧＲを行うためにＥＧＲパ
イプ３２とＥＧＲバルブ３１を備えている場合に、外部
ＥＧＲ量を最適値に制御する方法として使用されるもの
であるが、直噴エンジン３０が外部ＥＧＲを行わないで
所謂内部ＥＧＲのみを行うか、或いは外部ＥＧＲの他に
内部ＥＧＲをも行うものである場合には、内部ＥＧＲの
最適値制御のために、次に説明する第２実施例の制御方
法が適用される。

【００２９】図７は本発明の第２実施例の制御方法が適
用される直噴エンジン３０の内部ＥＧＲシステムを示し
ている。この場合の直噴エンジン３０は、ＥＣＵ３５の
制御信号を受けて吸排気弁３９，４０の開閉タイミング
を変更することができるバルブタイミング可変機構（Ｖ
ＶＴ）５３を備えている。図７に示したように、ＶＶＴ
５３の作動によって吸排気弁３９，４０が共に開弁して
いる所謂バルブオーバーラップの期間においては、燃焼
室５４において燃焼した後に排気管３３を通って排気さ
れる筈の排気ガスの一部が、燃焼室５４から吸気管３６
内へ逆流し、それが吸気行程において再び燃焼室５４へ
流入するので、それによって外部ＥＧＲと実質的に同じ
効果を持つ内部ＥＧＲが可能になる。

【００３０】直噴エンジン３０の吸気弁３９が１サイク
ルにおいて１回だけ開閉するものである場合に、吸気弁
３９のバルブタイミングをＶＶＴ５３によって変化させ
て内部ＥＧＲを行う例を図８のタイムチャートに示す。
図８から後述の図１０までのタイムチャートにおいて
は、縦軸に吸気弁３９及び排気弁４０のバルブリフト量
をとると共に横軸に時間をとっている。図８から明らか
なように、排気弁４０のバルブタイミングが不変である
場合には、吸気弁３９のバルブタイミングを、許容回転
変動幅をもたらす初期設定タイミングを基準にして左側
へ移動させて進角させることにより、バルブオーバーラ
ップが大きくなってＥＧＲ量が増加する。これと反対に
吸気弁３９のバルブタイミングを右側へ移動させて遅角
させることにより、バルブオーバーラップが小さくなっ
てＥＧＲ量が減少する。排気弁４０については、更に閉
弁タイミングを極度に進角させることにより、排気管３
３へ排出されないで燃焼室５４内に閉じ込められる排気
ガスの量が増加して、これが内部ＥＧＲ量となる。従っ
て、第２実施例においては、ＥＣＵ３５によってＶＶＴ
５３を制御することにより内部ＥＧＲ量を最適値制御す
ることができる。

【００３１】また、本発明の第３実施例として、図９の
タイムチャートに示すように、吸排気弁３９，４０のバ
ルブタイミングは全て一定に固定しても、吸気弁３９又
は排気弁４０のバルブリフト量を大きくすると、バルブ
オーバーラップ期間における吸排気弁３９，４０の有効
な開口面積が増大することから内部ＥＧＲ量が増加す
る。それと反対にバルブリフト量を減少させると内部Ｅ
ＧＲ量も減少する。図９に示した例においては、吸気弁
３９のバルブリフト量を初期設定リフト量を基準にして
増減させることにより内部ＥＧＲ量を最適値に制御して
いる。図示していないが、図９のようにバルブリフト量
を変化させる機構は従来公知のもの等を利用することが
できる。

【００３２】直噴エンジン３０の動弁機構が吸気弁３９
を１サイクルに２回以上開閉することが可能なものであ
る場合には、吸気弁３９を吸気行程のみならず排気行程
においても短時間だけ開弁させることによって内部ＥＧ
Ｒを実現することができる。この場合の制御方法を本発
明の第４実施例として図１０のタイムチャートに示して
いる。即ち、排気行程における吸気弁３９の開閉タイミ
ングを、初期設定タイミングを基準にして一定量ずつ増
減させて回転変動幅の変化を見ることにより、内部ＥＧ
Ｒ量を最適値制御する。言うまでもなく排気行程におけ
る吸気弁３９の開弁期間を長くすれば内部ＥＧＲ量が増
加するし、短くすれば内部ＥＧＲ量が減少する。

【００３３】以上のように、吸排気弁３９，４０のバル
ブタイミングの制御、吸気弁３９のみの開弁時期の制
御、排気弁４０のみの閉弁時期の制御、吸排気弁３９，
４０のバルブリフト量の制御、或いは吸気弁３９の排気
行程における開弁のバルブタイミングの制御により、内
部ＥＧＲ量の制御が可能である。従って、これらのパラ
メータに、それぞれディザ制御の手法を適用することに
より、内部ＥＧＲ量の最適値制御が可能になるので、燃
焼変動及び回転変動幅が最小となるように制御すること
ができる。

【００３４】図１１及び図１２は、前述の第２実施例の
制御方法の手順を詳しく例示したもので、図８に示した
ように吸気弁３９の開閉タイミングを制御して内部ＥＧ
Ｒ量を制御する場合の制御プログラムを示すフローチャ
ートである。制御の流れは、図１及び図２に示した第１
実施例のフローチャートにおける流れと概ね同じであ
る。大きな違いは、図１１に示すステップ２７におい
て、第１実施例の場合のステップ１７のようにＥＧＲバ
ルブ３１のバルブリフト量を減少させてＥＧＲ量を減少
させる代わりに、吸気弁３９の開弁タイミングＩＶＯｎ
を遅角側（右側）へ一定量ずつ変更することによって、
図８に示したように内部ＥＧＲ量を減少させている。ま
た、ステップ２ｉにおいては、逆に吸気弁３９の開弁タ
イミングＩＶＯｎを一定量ずつ進角させることによって
内部ＥＧＲ量を増加させている。

【００３５】なお、図１及び図２と、図１１及び図１２
のフローチャートに例示した制御方法においては、図５
及び図６のタイムチャートにも示したように、早い段階
のステップ１７又は２７においてＥＧＲ量（或いは内部
ＥＧＲ量）を一定量だけ減少させることによって制御を
開始しているが、いずれの場合でも、最初のこれらの段
階においてＥＧＲ量（或いは内部ＥＧＲ量）を一定量だ
け増加させることによって制御を開始してもよい。その
ように制御した場合でも、最終的には同じ制御結果と実
質的に同じ効果が得られる。

【００３６】バルブリフト量の制御にディザ制御の手法
を取り入れる場合のディザ量、即ち制御量は、例えば図
９に示す第３実施例において、吸気管負圧が大きい時
（吸気管圧力が低い時）には、吸気弁３９と排気弁４０
のバルブオーバーラップ期間における弁開口の面積がそ
れぞれ小さくても、大きな差圧によって大量の内部ＥＧ
Ｒが行われるため、バルブオーバーラップ期間の長さの
長短が内部ＥＧＲ量に大きな差を与える。従って、吸気
管負圧が大きい時にはバルブオーバーラップ期間の制御
量を例えば１°ＣＡというように小さくする必要があ
る。

【００３７】これと反対に、吸気管負圧が小さくて吸気
管圧力が大気圧に近い時は、大きなバルブオーバーラッ
プ期間を与えても内部ＥＧＲ量は少なくなるので、バル
ブオーバーラップ期間の長短の影響が少なくなる。従っ
て、このような場合には、制御量を例えば５°ＣＡのよ
うに大きくとっても、十分に精密で演算負荷の小さい制
御が可能となる。このようなことはバルブリフト量の制
御についても同様なことが言える。従って、吸気管負圧
が大きい時にはリフト量を例えば０．１ｍｍ単位で制御
する一方、吸気管負圧が小さい時には例えば０．５ｍｍ
単位で制御することになる。

【００３８】以上の説明から明らかなように、本発明の
直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法によれば、直噴型内
燃機関のＥＧＲ量を微妙に且つ正確に変化させることが
できるので、ＥＧＲ量の経時的変化による燃焼変動及び
回転変動を低いレベルに抑制することが可能になり、常
に安定した燃焼状態を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御方法の第１実施例を示すフローチ
ャートの前半部分である。

【図２】図１に続いて第１実施例を示すフローチャート
の後半部分である。

【図３】第１実施例の制御方法が適用される直噴エンジ
ンのシステム構成図である。

【図４】電子式制御装置の構成を例示するブロック図で
ある。

【図５】第１実施例の制御方法の一部を具体的に示すタ
イムチャートである。

【図６】第１実施例の制御方法の他の一部を具体的に示
すタイムチャートである。

【図７】第２実施例の制御方法が適用される直噴エンジ
ンのシステム構成図である。

【図８】第２実施例の制御方法を説明するためのタイム
チャートである。

【図９】第３実施例の制御方法を説明するためのタイム
チャートである。

【図１０】第４実施例の制御方法を説明するためのタイ
ムチャートである。

【図１１】第２実施例の制御方法を示すフローチャート
の前半部分である。

【図１２】図１１に続いて第２実施例を示すフローチャ
ートの後半部分である。

【符号の説明】

３０…直噴型内燃機関（直噴エンジン）３１…ＥＧＲバルブ３３…排気管３４…回転角センサ３５…電子式制御装置（ＥＣＵ）３６…吸気管３９…吸気弁４０…排気弁５３…バルブタイミング可変機構（ＶＶＴ）５４…燃焼室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２０Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２０ 45/00 ３３０ 45/00 ３３０ (72)発明者斎藤公孝愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者中島樹志愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者安部静生愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G062 AA07 AA10 BA09 EA11 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA08 FA23 GA07 GA08 GA15 3G084 BA20 BA23 DA12 EA04 EA11 EB12 EC01 EC03 FA20 FA34 3G092 AA01 AA06 AA11 AA17 DA12 DC09 DE03S DG08 EA09 EB05 EC01 EC09 FA05 FA15 HB03Z HE02X HE02Z HE08Z 3G301 HA01 HA04 HA13 HA19 LA07 LB04 LC04 NA08 NB03 NC02 ND02 NE19 PB08Z PE02A PE02Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒内へ直接に燃料を噴射して燃焼させる
直噴型の内燃機関において、排気ガスの一部を燃焼室へ
再循環させる運転条件における各サイクルの燃焼変動を
抑制して燃焼状態を安定化させるために、排気管と吸気
管を結ぶＥＧＲパイプに設けられたＥＧＲバルブの開度
を任意の一定量ずつ小刻みに増減変化させると共に、そ
れに応じて変化する前記直噴型の内燃機関のクランク軸
の回転数の変動幅を計測し、前記回転数の変動幅が最小
となる前記ＥＧＲバルブの開度を探り出して、それをそ
の運転条件における前記ＥＧＲバルブの開度として設定
することを特徴とする、直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御
方法。
【請求項２】筒内へ直接に燃料を噴射して燃焼させる
直噴型の内燃機関において、前記直噴型の内燃機関が吸
気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを
変化させ得るバルブタイミング可変機構を備えている場
合に、バルブオーバーラップ期間内に排気ガスの一部を
燃焼室へ内部において再循環させる運転条件における各
サイクルの燃焼変動を抑制して燃焼状態を安定化させる
ために、前記吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバル
ブタイミングを任意の一定量ずつ小刻みに進角方向及び
遅角方向に変化させると共に、それに応じて変化する前
記直噴型の内燃機関のクランク軸の回転数の変動幅を計
測し、前記回転数の変動幅が最小となる前記吸気弁及び
排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを探り出し
て、それをその運転条件における前記バルブタイミング
可変機構の制御装置に設定することを特徴とする、直噴
型内燃機関のＥＧＲ量制御方法。
【請求項３】請求項２において、前記吸気弁が前記直
噴型の内燃機関の吸気行程のみならず排気行程の一部に
おいても別に開弁することができる場合に、排気行程に
おける前記吸気弁のバルブタイミングを任意の一定量ず
つ小刻みに進角及び遅角方向に変化させることを特徴と
する、直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法。
【請求項４】筒内へ直接に燃料を噴射して燃焼させる
直噴型の内燃機関において、前記直噴型の内燃機関が吸
気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブリフト量を変
化させ得るバルブリフト量可変機構を備えている場合
に、バルブオーバーラップ期間内に排気ガスの一部を燃
焼室へ内部において再循環させる運転条件における各サ
イクルの燃焼変動を抑制して燃焼状態を安定化させるた
めに、前記吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブ
リフト量を任意の一定量ずつ増減変化させると共に、そ
れに応じて変化する前記直噴型の内燃機関のクランク軸
の回転数の変動幅を計測し、前記回転数の変動幅が最小
となる前記吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブ
リフト量を探り出して、それをその運転条件における前
記バルブリフト量可変機構の制御装置に設定することを
特徴とする、直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法。