JP2003293863A

JP2003293863A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2003293863A
Application number: JP2002103058A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Kubota; 博文久保田; Kazuhisa Mogi; 和久茂木; Shigeki Kinomura; 茂樹木野村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】吸気ポート側に吹き戻された内部ＥＧＲ量を
考慮して各種の制御を実行することにより、燃焼の安定
化を図り、また失火などの不都合を回避する内燃機関の
制御装置を提供する。【解決手段】燃料の燃焼によって生じた排ガスの一部
が、吸気ポート側に吹き戻される内燃機関の制御装置で
あって、負荷の変化を検出する負荷変化検出手段（ステ
ップＳ１，Ｓ７）と、前記吸気ポート側に吹き戻された
排ガス量を含む吸入排ガス量を推定する推定ＥＧＲ量算
出手段（ステップＳ３）と、前記負荷変化検出手段によ
って負荷の変化が検出された場合に、前記推定量ＥＧＲ
量算出手段で推定された排ガス量に基づいて、前記内燃
機関に関連する他の制御の制御量を補正する制御量補正
手段（ステップＳ５）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、排気の一部を燃
料と空気との混合気に混入させることのできる内燃機関
を制御する制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関からのＮＯx の排出量や
炭化水素（ＨＣ）の排出量を低減する技術として、排気
の一部を吸気側に戻す排気再循環（ＥＧＲ）システムが
知られている。ＥＧＲガス中に燃焼せずに残っている炭
化水素が可燃性であるが、その量は僅かであるから、Ｅ
ＧＲガスは基本的には不燃性かつ非酸化性である。した
がって空気と燃料との混合気にＥＧＲガスが混入するこ
とにより、燃焼温度が抑制され、ＮＯx の発生量を低減
できる。

【０００３】ＥＧＲガスを吸気側に戻す技術は、排気系
統から循環管路を介して吸気ポート側に排気の一部を戻
すいわゆる外部ＥＧＲと、吸気行程で排気ポートを開い
ておくことにより排気の一部をシリンダの内部に引き戻
すいわゆる内部ＥＧＲや、吸気行程の終了時期に、シリ
ンダの内部に残っている排気の一部を吸気ポート側に押
し戻して吸気ポート側に排気の一部を一時的に貯留する
いわゆる内部ＥＧＲなどが知られている。

【０００４】これらの外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとのいず
れであっても、混合気に排気を混入させるので、燃料の
燃焼に影響がある。また、そのＥＧＲガスの総量（すな
わち吸入排ガス量）はスロットル開度などで代表される
エンジン負荷に応じた量とする必要がある。さらに、外
部ＥＧＲと内部ＥＧＲとでは、排気の温度や吸気負圧に
対する影響が異なるので、排気の浄化効果や燃費の向上
効果が異なる。

【０００５】そこで例えば、特開平４−１７５４４９号
公報に記載された発明では、可変動弁機構によって吸気
ポートと排気ポートとが共に開いているオーバーラップ
量を制御していわゆる内部ＥＧＲによるＥＧＲガスの量
を制御し、また排気再循環システムによりいわゆる外部
ＥＧＲでのＥＧＲガス量を制御し、これらの内部ＥＧＲ
ガス量と外部ＥＧＲガス量との比率をエンジン負荷に応
じて制御するように構成されている。より具体的には、
高負荷時には外部ＥＧＲガスの量を相対的に多くするよ
うに制御している。こうすることにより、低温のＥＧＲ
ガス量が多くなるので、熱負荷を低減し、またノッキン
グの発生を防止できる、としている。また反対に軽負荷
時には、内部ＥＧＲガス量を相対的に多くするように制
御している。こうすることにより、ＥＧＲガスの温度が
高くなるので燃焼の安定性を向上させることができると
ともにポンピングロスを低減できる、としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の公報に記載され
た発明は、内部ＥＧＲとして、給排気のオーバーラップ
量を制御することにより排気ポート側からシリンダの内
部に排気の一部を吸引し、その内部ＥＧＲ量と排気再循
環システムによる外部ＥＧＲ量との比率を制御すること
としている。しかしながら、可変動弁機構を備えている
エンジンなどのように、吸気弁を吸気行程での下死点を
越えて開いているエンジンでは、シリンダの内部に残っ
ている排気の一部を、吸気管路側に吹き戻すので、次の
吸気行程では、その吹き戻されたＥＧＲガスがシリンダ
の内部に吸入される。上記の公報に記載された発明で
は、このようにして吸入されるＥＧＲガスの量を考慮し
ていないので、エンジン負荷が変化した過渡時に、ＥＧ
Ｒガスが過剰になったり、あるいは反対に不足したりす
る。

【０００７】例えば高負荷運転をおこなっている状態で
エンジン負荷が急激に低下した場合、高負荷運転時に吹
き戻されたいわゆる内部ＥＧＲによるＥＧＲガス量が相
対的に多くなっている。そのため、エンジン負荷の低下
に合わせた制御を直ちに実行すると、外部ＥＧＲによる
ＥＧＲガスを加えたＥＧＲガス量が過剰になって失火し
たり、あるいは燃焼が不安定になって排ガスが悪化する
可能性がある。また反対に軽負荷運転をおこなっている
状態でエンジン負荷が急激に増大した場合は、吸気量が
増大するのに対して外部ＥＧＲによるＥＧＲガス量の増
加が遅れるので、過渡的にＥＧＲガス量が少なくなり、
その結果、ＮＯx の発生量が増大して排気が悪化し、あ
るいは過渡的にノッキングが発生する可能性がある。

【０００８】この発明は、上記の技術的課題に着目して
なされたものであり、吸気側に吹き戻されたＥＧＲガス
を考慮した制御を行うことにより、不安定な燃焼や排気
の悪化、あるいは過渡的なノッキングなどを防止するこ
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
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、この発明は、吸気ポート側に吹き
戻された排ガスの量を含む排ガス量（ＥＧＲ量）推定
し、負荷が変化した際に、その推定された排ガスの量に
基づいて内燃機関に関連する他の所定の制御を実行する
ように構成したことを特徴としている。より具体的に
は、請求項１の発明は、燃料の燃焼によって生じた排ガ
スの一部が、吸気ポート側に吹き戻される内燃機関の制
御装置において、負荷の変化を検出する負荷変化検出手
段と、前記吸気ポート側に吹き戻された排ガス量を含む
吸入排ガス量を推定する推定ＥＧＲ量算出手段と、前記
負荷変化検出手段によって負荷の変化が検出された場合
に、前記推定量ＥＧＲ量算出手段で推定された排ガス量
に基づいて、前記内燃機関に関連する他の制御の制御量
を補正する制御量補正手段とを備えていることを特徴と
する制御装置である。

【００１０】したがって請求項１の発明では、負荷が変
化した過渡状態で、内燃機関に関連する前記他の制御を
実行する場合、吸入する排ガスの推定量に基づいて、当
該他の制御の制御量が補正される。その結果、混合気中
の排ガスの割合が適正化されたり、燃料の燃焼が安定化
されたり、さらには吸気ポート側に吹き戻された排ガス
の量が迅速に適正化されたりし、失火や排ガスの悪化、
あるいは過渡的なノッキングなどが回避される。

【００１１】また、請求項２の発明は、請求項１におけ
る前記制御量補正手段が、前記推定量ＥＧＲ量算出手段
により推定される排ガス量が、前記負荷の変化が所定値
以下に小さい定常状態での吸入排ガス量に基づく所定範
囲内に入るまで、前記制御量の補正をおこなうように構
成されていることを特徴とする制御装置である。

【００１２】したがって請求項２の発明では、吸入され
る排ガスの推定量が、負荷の変化が所定値以下の定常状
態での量に基づく所定範囲になるまでの間、前記他の制
御での制御量が補正される。その結果、請求項１の発明
と同様に、あるいはより確実に、失火や排ガスの悪化な
どが回避され、さらに定常状態の制御にスムースに移行
できる。

【００１３】さらに、請求項３の発明は、請求項１もし
くは２の構成に加えて、少なくとも吸気弁の開閉タイミ
ングを変更する可変動弁機構と、前記制御量補正手段に
よる前記制御量の補正を、前記可変動弁機構の進角状態
に基づいて制限する補正制限手段とを更に備えているこ
とを特徴とする制御装置である。

【００１４】したがって請求項３の発明では、可変動弁
機構がある程度進角されていて、吸気ポート側に吹き戻
される排ガスの量が僅少になるなどの場合には、前記他
の制御での制御量の補正が制限される。その結果、前記
他の制御の制御量が補正されなかったり、あるいは反対
に過剰に補正されたりするなどの事態を回避し、前記他
の制御を適正に実行することができる。

【００１５】またさらに、請求項４の発明は、請求項１
ないし３のいずれかの構成において、前記内燃機関が、
その排気管路中の排気の一部を、循環管路を介して吸気
ポート側に循環させる排気再循環機構を備え、前記制御
量補正手段は、前記負荷の変化が所定値以下に小さい定
常状態での吸入排ガス量に対する過不足を縮小するよ
う、前記排気再循環機構による排気再循環量を補正する
手段であることを特徴とする制御装置である。

【００１６】したがって請求項４の発明では、いわゆる
外部ＥＧＲ量が、吸気ポート側に吹き戻されたいわゆる
内部ＥＧＲ量に応じて補正される。その結果、混合気に
混入させる総量としての排ガス量が適正化される。

【００１７】そして、請求項５の発明は、請求項１ない
し４のいずれかの構成において、前記内燃機関が、点火
時期を遅角させる点火時期変更手段を備え、前記負荷が
減少する変化が前記負荷変化検出手段で検出された場
合、前記内燃機関に吸入する混合気中の前記排ガス量に
基づく前記点火時期の変更制御以外の点火時期の変更制
御を制限する点火時期変更制御制限手段を備えているこ
とを特徴とする制御装置である。

【００１８】したがって請求項５の発明では、負荷が減
少している状態においては、点火時期の変更制御が、混
合気中の排ガス量すなわちＥＧＲ量に基づいておこなわ
れ、それ以外の要因によって点火時期が変更されない。
その結果、点火時期が適正化されて、燃料の悪化やそれ
に起因する排ガスの悪化、あるいは失火が防止される。

【００１９】そしてまた、請求項６の発明は、請求項１
ないし５のいずれかの構成において、前記内燃機関に対
する吸気量を制御する吸気制御手段を備え、前記制御量
補正手段は、負荷の変化する過渡時において、前記吹き
戻しによる排ガスを含む、前記内燃機関に吸入する排ガ
ス量に対する、前記吸気量の過不足を是正するように、
前記吸気制御手段による吸気量を補正するように構成さ
れていることを特徴とする制御装置である。

【００２０】したがって請求項６の発明では、吸気量
が、吹き戻しによる排ガス量を加えた排ガスの吸入量に
応じて補正される。その結果、吸気量の過不足が是正も
しくは縮小されるので、燃料の燃焼が安定する。

【００２１】さらに、請求項７の発明は、請求項６の構
成において、前記内燃機関の出力側に連結された変速機
の変速比を変化させて前記内燃機関の回転数を制御する
機関回転数制御手段と、前記負荷が減少する変化が前記
負荷変化検出手段で検出された場合、前記内燃機関の回
転数を低下させる前記機関回転数制御手段による変速比
の変更制御を制限する機関回転数制御制限手段とを備え
ていることを特徴とする制御装置である。

【００２２】したがって請求項７の発明では、負荷が減
少する場合、その過渡時においては、内燃機関の回転数
を低下させる方向への変速比の変更制御が制限される。
その結果、負荷が減少しても過渡的には、内燃機関の回
転数が低下しないので、吸気ポート側に吹き戻されてい
た排ガスの量が早期に減少する。

【００２３】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を具体例に基づい
て説明する。図４はこの発明で対象とする内燃機関（以
下、エンジンと記す）１の一例を模式的に示し、特にそ
の給排気系統および制御系統を模式的に示している。こ
のエンジン１は車両に搭載され、シリンダ２の内部に燃
料を直接噴射する筒内直接噴射式のレシプロガソリンエ
ンジンであり、吸気ポート３を開閉する吸気弁４と、排
気ポート５を開閉する排気弁６とが設けられている。ま
た、燃料をシリンダ２の内部に直接噴射するためのイン
ジェクター７が設けられている。

【００２４】これらの吸気弁４と排気弁６とは、ピスト
ン８が連結されたクランクシャフト９の回転角度に対応
して開閉するように構成され、さらにその開閉タイミン
グ、特に吸気弁４の開閉タイミングを進角および遅角す
ることの可能な可変動弁機構（ＶＶＴ）１０が設けられ
ている。

【００２５】エアーフィルター１１を先端部に備えた吸
気管路１２が、前記吸気ポート３に連通されている。ま
た、三元触媒１３および吸蔵還元型三元触媒装置１４を
備えた排気管路１５が、前記排気ポート５に連通されて
いる。

【００２６】その吸気管路１２の途中には、吸気量を制
御するためのスロットルバルブ１６が配置されている。
このスロットルバルブ１６は、その開度を電気的に制御
できるいわゆる電子スロットルバルブであって、スロッ
トルバルブ１６を駆動するモータ１７と、その開度を検
出するポジションセンサー１８とが設けられている。さ
らに、アクセルペダル１９に連動して動作することによ
りその踏み込み量すなわちアクセル開度を検出するアク
セルポジションセンサー２０が設けられている。

【００２７】さらに、前記排気管路１５のうち三元触媒
１３より下流側の部分に、排気の一部を吸気側に循環さ
せるためのＥＧＲパイプ２１が接続されている。このＥ
ＧＲパイプ２１は、前記吸気管路１２のうち前記スロッ
トルバルブ１６より下流側の所定位置に連通されてい
る。さらに、このＥＧＲパイプ２１の途中には、電気的
に駆動されてＥＧＲガス量を制御するＥＧＲバルブ２２
が設けられている。

【００２８】そして、シリンダ２の頂部には、点火時期
を電気的に進角および遅角することのできる点火プラグ
２３が配置されている。

【００２９】上述した燃料噴射量および噴射タイミン
グ、給排気弁４，６の開閉タイミング、スロットルバル
ブ１６の開度、ＥＧＲガス量ならびに点火時期のそれぞ
れを電気的に制御でき、その制御をおこなうための電子
制御装置（ＥＣＵ）２４が設けられている。この電子制
御装置２４は、マイクロコンピュータを主体として構成
されており、図示しない各種のセンサーや他の電子制御
装置などから入力されたデータ、およびあらかじめ記憶
しているデータならびにプログラムを使用して演算をお
こない、各制御機器を駆動する指令信号を出力するよう
に構成されている。

【００３０】上記のエンジン１の出力側に変速機２５が
連結されている。この変速機２５は、一例として無段変
速機（ＣＶＴ）であって、前記電子制御装置２４から図
示しない変速機用電子制御装置に信号を出力することに
より、エンジン１の動作状態もしくは制御状態に応じて
変速比を制御し、それに伴ってエンジン１の回転数を適
宜に制御するように構成されている。

【００３１】上記のエンジン１に関連する各種の制御
は、駆動要求量を満たし、また排気の悪化が生じず、さ
らに燃費が良好になるように実行され、これは、従来知
られている各種の制御と同様である。例えば、駆動要求
量をアクセル開度Ａccとして検出し、そのアクセル開度
とその時点の車速とに基づいてエンジン１の要求出力を
求め、その要求出力を最良の燃費で得るための回転数を
求め、その回転数となるように変速機２５での変速比が
制御される。また、その要求出力に応じたトルクを出力
するように吸気量や燃料噴射量、バルブタイミングが制
御される。

【００３２】さらに、所定車速以上での減速時に燃料の
供給を停止する減速フューエルカット制御が実行され、
その減速フューエルカット制御の開始時や変速過渡時
に、出力トルクを低下させるべく点火時期の遅角制御が
実行される。そしてまた、負荷あるいは吸気量およびエ
ンジン回転数さらに成層燃焼か否かなどによってＥＧＲ
ガス量が制御される。

【００３３】上記のエンジン１では、ＥＧＲパイプ２１
を含む排気再循環機構を介して排ガスの一部が吸気ポー
ト３側に循環させられる。これがいわゆる外部ＥＧＲで
ある。また、前述したように吸気弁４の開閉タイミング
が可変動弁機構１０によって遅角および進角できること
により、遅角量が多くなるのに従って吸気ポート３側に
吹き戻される排ガス量が増大する。これがいわゆる内部
ＥＧＲである。したがって実際のＥＧＲガス量（吸入排
ガスの量）は、これら外部ＥＧＲによる量と内部ＥＧＲ
による量との合計となる。

【００３４】その外部ＥＧＲ量は、前述したＥＧＲバル
ブ２２によって制御され、既知の量となるが、内部ＥＧ
Ｒ量は特に制御される量ではなく、また計測される量で
はない。特にエンジン１の負荷が変化した過渡状態で
は、負荷との対応関係が崩れるので、シリンダ２の内部
に吸入されるＥＧＲ量に過不足が生じやすい。そこで、
この発明に係る制御装置は、以下に述べるように、各種
の制御を実行する。

【００３５】図１はその制御の一例を示すフローチャー
トであって、先ず、負荷の変化が判断される（ステップ
Ｓ１）。具体的には、アクセル開度Ａccの変化量ΔＡcc
が正の値の所定値βを超えており、かつ可変動弁機構１
０による吸気弁４の遅角量ＶＶＴold が予め定めた所定
値αを超えているか否かが判断される。

【００３６】このステップＳ１で肯定的に判断されれ
ば、アクセル開度Ａccが大きく増大したことになり、軽
負荷運転から高負荷運転に変化した場合である。この場
合には、先ず、点火時期の補正を禁止する制御がＯＮと
される（ステップＳ２）。このステップＳ２で禁止され
る点火時期の補正は、例えば変速機２５での変速の際
に、変速機２５に対する入力トルクを低減するための点
火時期の遅角側への補正である。

【００３７】つぎに、前述した内部ＥＧＲと外部ＥＧＲ
とによって再循環されるＥＧＲ量が推定される（ステッ
プＳ３）。その演算は、一例として以下のようにして実
行することができる。吸入される空気量（新気量）は、
アクセル開度Ａccとエンジン回転数Ｎe とに関係した量
であり、またバルブタイミング（ＶＶＴ）によっては吹
き戻しも生じるから、バルブタイミング毎に、アクセル
開度Ａccとエンジン回転数Ｎe との関数として、新気量
を求めることができる。新気量＝ｆ₁（Ａcc、Ｎe ）

【００３８】また、同様に、外部ＥＧＲ量は、ＥＧＲバ
ルブ２２の開度毎に、アクセル開度Ａccとエンジン回転
数Ｎe との関数として求めることができる。ＥＧＲ量＝ｆ₂（Ａcc、Ｎe ）

【００３９】これらの値に基づいてＥＧＲ率が求められ
る。ＥＧＲ率＝［ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋新気量）］×１０
０

【００４０】一方、一旦、シリンダ２の内部に吸入され
た吸気の吹き戻しは、バルブタイミングを遅角制御する
ことにより増大し、また吸入空気量に関連するアクセル
開度Ａccおよびエンジン回転数Ｎe に関連して増減す
る。すなわち、吹き戻し量は、バルブタイミング毎に、
アクセル開度Ａccおよびエンジン回転数Ｎe の関数とし
て求めることができる。吹き戻し量＝ｆ₃（Ａcc、Ｎe ）

【００４１】したがって吸気ポート３側に吹き戻された
排ガス量（吹き戻し中ＥＧＲ量）は、吹き戻し量とＥＧ
Ｒ率とから求めることができる。吹き戻し中ＥＧＲ量＝吹き戻し量×ＥＧＲ率この吹き戻し中ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との和が、推定
ＥＧＲ量となる。

【００４２】こうして算出された推定ＥＧＲ量が、目標
ＥＧＲ量にほぼ等しいか否か、すなわちアクセル開度Ａ
ccに基づく所定範囲のＥＧＲ量になっているか否かが判
断される（ステップＳ４）。吸気弁４のバルブタイミン
グを遅角させると、その閉じ時期が遅くなって吹き戻し
量が多くなるが、これとは反対に進角させた場合には、
吸気弁４が相対的に早く閉じて吹き戻し量が少なくな
る。したがってこのように進角制御している状態では、
排ガスの吹き戻し量が少ないことにより、推定ＥＧＲ量
が目標ＥＧＲ量にほぼ一致し、もしくはその差が僅少に
なり、他の制御の制御量を補正することなく、ほぼ通常
の制御が可能になるから、ステップＳ４の判断をするこ
ととしたのである。

【００４３】したがってステップＳ４で否定的に判断さ
れた場合には、推定されたＥＧＲ量が目標値から大きく
外れていて、ＥＧＲ量が不足することになる。そこで、
ステップＳ４で否定的に判断された場合には、スロット
ル開度やＥＧＲバルブ２２の開度（ＥＧＲ開度）を補正
するための計算が実行される（ステップＳ５）。

【００４４】前述したように、外部ＥＧＲ量は、基本的
には、アクセル開度Ａccに基づいて前記ＥＧＲバルブ２
２を制御して設定される。しかしながら、軽負荷時に吹
き戻されているＥＧＲ量が、高負荷状態で吹き戻される
量に対して少ないので、軽負荷から高負荷に変化する過
渡状態では、総量としてのＥＧＲ量が不足気味となる。
その場合、燃焼温度が高くなってＮＯx 量が増大する可
能性があるので、外部ＥＧＲ量を過渡的に増大させるよ
うに、ＥＧＲバルブ２２の制御量が増大補正される。そ
の補正量は、推定ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ量との差と予め
定めた演算式とによって算出することができる。すなわ
ち、外部ＥＧＲ指令値が、アクセル開度Ａccに基づいて
定まる値より増大させられる。

【００４５】また、軽負荷から高負荷に変化する過渡状
態では、ＥＧＲ量が不足する可能性があるので、負荷の
領域によっては、新気量すなわちスロットル開度が制限
される。これは、例えば予め定めたマップによって求め
てもよい。ついで、上記のステップＳ５で求めた各計算
量（補正量）が出力され、スロットル開度やＥＧＲバル
ブ２２の開度の補正制御が実行される（ステップＳ
６）。

【００４６】したがってアクセル開度Ａccの増大に基づ
いてスロットル開度が増大させられ、新気量が多くな
り、その過渡時にＥＧＲバルブ２２の開度が相対的に増
大させられるので、外部ＥＧＲ量が多くなる。その結
果、軽負荷時における吹き戻しによるいわゆる内部ＥＧ
Ｒ量が少なくても、それを補うように外部ＥＧＲ量が多
くなるので、総量としてのＥＧＲ量の不足が回避され
る。したがって燃料の燃焼温度が抑制されるので、ＮＯ
x の発生量が少なくなり、排ガスを良好な状態に維持で
きる。言い換えれば、エンジン１に対する熱負荷の悪化
を防止することができる。また、過渡的なノッキングの
発生が防止される。

【００４７】一方、前記ステップＳ１で否定的に判断さ
れた場合、すなわちバルブタイミングの遅角量ＶＶＴol
d が所定値α以下もしくはアクセル開度Ａccの変化量Δ
Ａccが所定値β以下の場合には、アクセル開度Ａccの変
化量ΔＡccが負の所定値γより小さく、かつバルブタイ
ミングの遅角量ＶＶＴold が所定値αを超えているか否
かが判断される（ステップＳ７）。このステップＳ７で
肯定的に判断されれば、吸気弁４のバルブタイミングが
遅角されている状態でアクセル開度Ａccが大きく減少
し、高負荷運転から軽負荷運転に切り替わったことにな
る。

【００４８】したがってこの場合、変速機２５での変速
比を減少させるハイ側（Ｈi 側）への変速を禁止するフ
ラグをＯＮにする（ステップＳ８）。その後、前述した
ステップＳ２に進んで、点火時期の補正を禁止する制御
がＯＮとされる。以降、前述したステップＳ３ないしス
テップＳ６が順に実行される。

【００４９】なお、この場合、ステップＳ３での推定Ｅ
ＧＲの計算およびステップＳ４における推定ＥＧＲ量と
目標ＥＧＲ量との比較は、前述した軽負荷から高負荷に
変化する場合と同様におこなわれる。これに対してステ
ップＳ５でのスロットル開度やＥＧＲ開度の補正量の計
算は、上記の軽負荷から高負荷への変化の場合とは異な
っている。

【００５０】すなわち高負荷運転の状態では、吸気量が
多いことに伴って内部ＥＧＲ量も多くなっており、その
ため軽負荷に切り替えた過渡状態では、ＥＧＲ量が軽負
荷での定常状態に対して相対的に過剰気味となり易い。
これを是正するために、外部ＥＧＲ量の指令値すなわち
ＥＧＲバルブ２２の制御指令値が、アクセル開度Ａccに
基づいて定まる値に対して減少補正される。その補正
は、推定ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ量との差に基づいて演算
することができる。

【００５１】このように外部ＥＧＲ量を減少補正して
も、内部ＥＧＲによるＥＧＲ量が相対的に多い場合があ
るので、新気量が増大補正される。具体的には、スロッ
トル開度がアクセル開度Ａccの減少に拘わらず、従前の
開度に維持され、あるいは所定の勾配をもって減少させ
られ、新気量の減少が抑制される。このような新気量の
補正は、推定ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ量との差に基づいて
実行することとしてもよい。

【００５２】したがって高負荷から軽負荷に変化する場
合、外部ＥＧＲ量を、低下したアクセル開度Ａccに基づ
いて定まる外部ＥＧＲ量（定常状態での外部ＥＧＲ量）
に対して減少補正するので、ＥＧＲ量が過剰になること
が回避もしくは抑制される。また同時に、アクセル開度
Ａccが低下しても、スロットル開度の低下すなわち新気
量の減少が遅延もしくは抑制されるので、ＥＧＲ量が相
対的に過剰になったり、それに伴って失火が生じたり、
あるいは燃焼が不安定になったりすることが回避され、
それに伴い排ガスの悪化が防止される。言い換えれば、
ＥＧＲ量が適正量に維持される。

【００５３】さらに、推定ＥＧＲ量に基づいた点火時期
制御が実行される。すなわち、過渡的にＥＧＲ量が多く
なる傾向があるので、燃焼が安定するように点火時期が
制御される。これに対して他の要因による点火時期の補
正が禁止される。これは、ステップＳ２に基づく制御で
ある。

【００５４】すなわち、アクセル開度Ａccが減少させら
れて完全にオフとなった場合、その時点の車速が所定車
速以上であれば、燃費を向上させるために、燃料の供給
が一時的に停止される。いわゆる減速フューエルカット
制御である。この制御を実行するにあたって、燃料の供
給を急激に停止したのでは、出力トルクの急変によって
ショックが発生する可能性があり、そのためにフューエ
ルカットに先立って点火時期を遅角させて、出力トルク
を低下させる場合がある。このような点火時期の遅角制
御は、この発明における他の制御に相当し、推定ＥＧＲ
量に基づく燃焼の安定化のための制御に対しては外乱と
なる。そこで、このような推定ＥＧＲ量に基づかない点
火時期の補正（変更制御）が禁止される。その結果、燃
料の燃焼が不安定になることが回避され、さらに失火が
防止される。

【００５５】また、上記のステップＳ８に基づいて変速
比のハイ側への制御が禁止される。すなわち、所定の車
速で走行している状態で負荷（アクセル開度Ａcc）が減
少すると、アップシフトが判断されるが、そのアップシ
フトが禁止される。その結果、エンジン回転数が相対的
に高い状態に維持される。

【００５６】前述したように、推定ＥＧＲ量に基づいて
スロットル開度の低下を遅延もしくは抑制するので、ア
クセル開度Ａccを減少させたのにも拘わらず、エンジン
トルクの低下が遅れることになる。これに対して変速比
のハイ側への変速を禁止してエンジン回転数を高い回転
数に維持することにより、吹き戻しにより残っている排
ガスが急速に減少させられる。すなわちシリンダ２内に
吸入される作動流量が多い状態が維持される。

【００５７】その結果、推定ＥＧＲ量が軽負荷での定常
状態（目標ＥＧＲ量）に急速に低下し、新気量を相対的
に多い量に維持する時間が短くなり、内部ＥＧＲが容易
となる駆動トルクの低下の応答遅れが最小限に抑制され
る。すなわち失火や排ガスの悪化の防止と駆動力制御の
応答遅れの防止との両立が図られている。

【００５８】なお、ステップＳ４で肯定的に判断された
場合、軽負荷から高負荷に変化する場合および高負荷か
ら軽負荷に変化する場合のいずれであっても、ハイ側変
速禁止フラグがオフに設定され、また点火時期の補正禁
止制御がオフとされる（ステップＳ９）。その後、ステ
ップＳ６に進んで各計算量が出力され、その計算量に基
づいた制御が実行される。また、ステップＳ７で否定的
判断された場合、ステップＳ３に進んで、それ以降の制
御が上述したとおりに実行される。したがって負荷の変
化量が少ない場合、およびバルブタイミングの遅角量が
小さい場合であっても、推定ＥＧＲ量が計算され、その
推定ＥＧＲ量に基づいて制御が実行される。

【００５９】上述した負荷の変化が大きい場合の各制御
量もしくは制御指令信号の変化を図２および図３にタイ
ムチャートで示してある。先ず、図２は軽負荷から高負
荷に変化する場合の例を示しており、アクセルペダル１
９が踏み込まれてアクセル開度Ａccが増大する（ｔ1 時
点）と、それに起因してスロットル開度が増大させら
れ、また外部ＥＧＲの制御指令値が増大させられる。

【００６０】その場合、スロットル開度は、ＥＧＲ量の
相対的な不足を抑制するために、負荷領域によっては、
図２に破線で示すように、負荷の変化が所定値以下の定
常状態においてアクセル開度Ａccに対応して設定される
開度以下の開度に制限される。また、外部ＥＧＲ指令値
として、負荷が増大する過渡時におけるＥＧＲ量の不足
を是正するために、負荷の変化が所定値以下の定常状態
においてアクセル開度Ａccに対応して設定される指令値
より大きい指令値が設定されて出力される。

【００６１】その結果、推定ＥＧＲ量が所定の勾配で増
大し、ｔ2 時点で推定ＥＧＲ量が、アクセル開度Ａccに
対応した目標ＥＧＲ量にほぼ一致する。したがってその
時点で、外部ＥＧＲの制御量の増大補正が終了されて、
アクセル開度Ａccに応じた指令値が設定される。また、
スロットル開度が制限されていた場合には、その制限が
解除されて、アクセル開度Ａccに対応したスロットル開
度が設定される。

【００６２】なお、このｔ1 時点からｔ2 時点までの間
で、点火時期の補正制御を禁止してもよく、あるいは禁
止しなくてもよい。すなわち、軽負荷から高負荷に変化
する場合には、ＥＧＲ量が相対的に不足することを回避
することが好ましく、これは、燃焼温度が高くなること
を防止するためである。これに対して点火時期の補正制
御は、一般には、遅角による燃焼の抑制をおこなうもの
である。したがって、たとえ点火時期の補正が実行され
ても、その補正が燃焼温度を抑制する方向に作用するの
で、排ガスの悪化要因にならないからである。

【００６３】したがってこのように制御することによ
り、ＥＧＲ量が不足が回避されるので、排ガス中のＮＯ
x が増大するなど、排ガスの悪化を防止することができ
る。

【００６４】また、図３は、高負荷から軽負荷に変化す
る場合の例を示しており、アクセルペダル１９が戻され
てアクセル開度Ａccが低下する（ｔ11時点）。しかしな
がら、スロットル開度は、従前の開度に維持され、ある
いは図３に破線で示すように所定の勾配でゆっくり減少
させられる。これは、負荷が低下する過渡状態では、推
定ＥＧＲ量が未だ多いので、新気量を維持してＥＧＲ量
が過剰になることを防止するためである。

【００６５】また外部ＥＧＲの制御指令値が低下させら
れる。その外部ＥＧＲ指令値として、負荷が低下する過
渡時におけるＥＧＲ量の過剰を是正するために、負荷の
変化が所定値以下の定常状態においてアクセル開度Ａcc
に対応して設定される指令値より小さい指令値が設定さ
れて出力される。

【００６６】その結果、推定ＥＧＲ量が所定の勾配で減
少し、ｔ12時点で推定ＥＧＲ量が、アクセル開度Ａccに
対応した目標ＥＧＲ量にほぼ一致する。したがってその
時点で、外部ＥＧＲの制御量の減少補正が終了されて、
アクセル開度Ａccに応じた指令値が設定される。また、
スロットル開度が従前の開度に維持されていた場合に
は、アクセル開度Ａccに対応した開度に低下させられ
る。

【００６７】さらに、このｔ11時点からｔ12時点までの
間では、点火時期が推定ＥＧＲ量に応じて設定されると
ともに、それ以外の要因（例えば減速フューエルカット
の実行に先立つ点火時期の遅角）による点火時期の補正
が禁止される。また同時に、変速比のハイ側への変速が
禁止され、エンジン回転数が相対的に高い回転数に維持
される。

【００６８】したがってアクセルペダル１９が戻された
負荷が減少したとしても、その負荷の変化の過渡時に
は、スロットル開度が相対的に大きい開度に維持されて
新気量が確保されるので、いわゆる内部ＥＧＲによるＥ
ＧＲ量が多いとしても、ＥＧＲ量が過剰になることが回
避もしくは抑制される。その結果、燃焼が不安定になっ
たり、それに伴って排ガスが悪化したり、さらには失火
が生じるなどの事態を未然に回避もしくは防止すること
ができる。また、推定ＥＧＲ量以外の要因による点火時
期の補正が禁止されるので、この点でも燃焼の安定化が
図られ、排ガスの悪化や失火などのが回避もしくは防止
される。

【００６９】また、変速比のハイ側への変速が禁止され
てエンジン回転数が相対的に高い回転数に維持され、シ
リンダ２に吸入される作動流量が多い状態に保たれるの
で、高負荷運転時のいわゆる内部ＥＧＲで残留していた
排ガスが急速に排出される。そのため、新気量の減少が
抑制されることによりエンジントルクの低下に遅れが生
じるとしても、新気量の減少を抑制する期間（ｔ11時点
からｔ12時点までの間）が可及的に短縮されるので、ア
クセル操作に対する駆動トルクの変化応答性の悪化が防
止もしくは抑制される。

【００７０】ここで、上記の具体例とこの発明との関係
を簡単に説明すると、図１に示すステップＳ１およびス
テップＳ７の機能的手段が、この発明の負荷変化検出手
段に相当し、ステップＳ３の機能的手段が、この発明の
推定ＥＧＲ量算出手段に相当し、ステップＳ２およびス
テップＳ５、ステップＳ６ならびにステップＳ８の機能
的手段が、この発明の制御量補正手段に相当する。さら
に、図１に示すステップＳ４およびこのステップＳ４で
肯定的に判断された場合に実行されるステップＳ９の機
能的手段が、請求項３における補正制限手段に相当す
る。さらにまた、前記電子制御装置２４において点火時
期を制御する機能が請求項５における点火時期変更手段
に相当し、図１のステップＳ２の機能的手段が、請求項
５における点火時期変更制御制限手段に相当する。そし
て、上記の変速機２５が請求項７における機関回転数制
御手段に相当し、図１のステップＳ８の機能的手段が、
請求項７における機関回転数制御制限手段に相当する。

【００７１】なお、上記の具体例では、ガソリンエンジ
ンを例に採って説明したが、この発明はディーゼルエン
ジンなどの他の内燃機関を対象とした制御装置に適用す
ることができる。また、吸入空気量を制御する装置とし
て電子スロットバルブを備えた例を示したが、この発明
は電子スロットバルブ以外に、電気的に開度を制御でき
るサブスロットルバルブやアイドルスピードコントロー
ルバルブ（ＩＳＣバルブ）などの他の吸気量制御機構に
よって新気量を制御するように構成してもよい。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、負荷が変化した過渡状態で、内燃機関に関連す
る他の制御を実行する場合、吸入する排ガスの推定量に
基づいて、当該他の制御の制御量が補正されるので、混
合気中の排ガスの割合を適正化でき、また燃料の燃焼を
安定化でき、さらには吸気ポート側に吹き戻された排ガ
スの量を迅速に適正化でき、ひいては失火や排ガスの悪
化、過渡的なノッキングなどを回避することができる。

【００７３】また、請求項２の発明によれば、吸入され
る排ガスの推定量が、負荷の変化が所定値以下の定常状
態での量に基づく所定範囲になるまでの間、前記他の制
御での制御量が補正されるので、請求項１の発明と同様
に、あるいはより確実に、失火や排ガスの悪化などを回
避でき、さらに定常状態の制御にスムースに移行でき
る。

【００７４】さらに、請求項３の発明によれば、可変動
弁機構がある程度進角されていて、吸気ポート側に吹き
戻される排ガスの量が僅少になるなどの場合には、前記
他の制御での制御量の補正が制限されるので、前記他の
制御の制御量が補正されなかったり、あるいは反対に過
剰に補正されたりするなどの事態を回避し、前記他の制
御を適正に実行することができる。

【００７５】またさらに、請求項４の発明によれば、い
わゆる外部ＥＧＲ量が、吸気ポート側に吹き戻されたい
わゆる内部ＥＧＲ量に応じて補正されるので、混合気に
混入させる総量としての排ガス量すなわち吸入排ガス量
を適正化することができる。

【００７６】そして、請求項５の発明によれば、負荷が
減少する状態においては、点火時期の変更制御が、混合
気中の排ガス量すなわちＥＧＲ量に基づいておこなわ
れ、それ以外の要因によって点火時期が変更されないの
で、点火時期が適正化されて、燃料の悪化やそれに起因
する排ガスの悪化、あるいは失火を防止することができ
る。

【００７７】そしてまた、請求項６の発明によれば、吸
気量が、吹き戻しによる排ガス量を加えた排ガスの吸入
量に応じて補正されるので、吸気量の過不足が是正もし
くは縮小されるので、燃料の燃焼を安定化することがで
きる。

【００７８】さらに、請求項７の発明によれば、負荷が
減少する場合、その過渡時においては、内燃機関の回転
数を低下させる方向への変速比の変更制御が制限される
ので、負荷が減少しても過渡的には、内燃機関の回転数
が相対的に高い回転数に維持され、その結果、吸気ポー
ト側に吹き戻されていた排ガスの量を早期に減少し、い
わゆる過渡制御の期間を短くして、負荷に対する制御応
答性を向上させ、あるいは制御応答性の悪化を可及的に
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る制御装置で実行される制御の
一例を説明するためのフローチャートである。

【図２】軽負荷から高負荷に負荷が変化した場合の過
渡状態を示すタイムチャートである。

【図３】高負荷から軽負荷に負荷が変化した場合の過
渡状態を示すタイムチャートである。

【図４】この発明に係る装置の一例を模式的に示す系
統図である。

【符号の説明】

１…内燃機関（エンジン）、２…シリンダ、３…吸
気ポート、４…吸気弁、５…排気ポート、６…排
気弁、１０…可変動弁機構（ＶＶＴ）、１２…吸気
管路、１５…排気管路、１６…スロットルバルブ、
１９…アクセルペダル、２１…ＥＧＲパイプ、２
２…ＥＧＲバルブ、２４…電子制御装置（ＥＣＵ）、
２５…変速機（ＣＶＴ）。

───────────────────────────────────────────────────── 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 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ３Ｇ３０１ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ａ３０１Ｇ 41/02 ３１０ 41/02 ３１０Ｅ 41/10 ３１０ 41/10 ３１０ 41/12 ３１０ 41/12 ３１０ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ３０１Ｋ３０１Ｎ３０１ＺＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 ＧＦ (72)発明者木野村茂樹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） 3G022 AA10 CA04 EA01 GA08 3G062 AA07 BA06 BA08 BA09 CA04 CA05 CA06 DA01 DA02 EA10 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA23 GA04 GA06 GA21 3G065 CA12 CA18 DA05 DA06 DA15 EA04 EA05 EA07 FA03 GA10 GA41 GA46 HA06 HA21 HA22 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 BA05 BA13 BA17 BA20 BA23 CA03 CA04 CA06 DA10 DA38 EA04 EA11 EB12 EC01 EC03 FA10 FA33 FA37 3G092 AA01 AA06 AA09 AA11 AA17 BA01 BA03 BB01 BB10 DA03 DC03 DC09 DG07 DG08 EA01 EA02 EA03 EA04 EB05 FA15 FA16 GA03 GA11 HA01X HA01Z HA06Z HD07X HD07Z HE01Z HF08Z 3G301 HA01 HA04 HA13 HA16 HA19 JA21 JA22 KA06 KA11 LA03 LA07 LB04 LC01 LC03 MA11 MA24 NA08 NB02 NB03 NB13 NC01 NE01 NE06 NE11 NE12 PA01A PA01Z PA11Z PD15A PD15Z PE01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料の燃焼によって生じた排ガスの一部
が、吸気ポート側に吹き戻される内燃機関の制御装置に
おいて、負荷の変化を検出する負荷変化検出手段と、前記吸気ポート側に吹き戻された排ガス量を含む吸入排
ガス量を推定する推定ＥＧＲ量算出手段と、前記負荷変化検出手段によって負荷の変化が検出された
場合に、前記推定量ＥＧＲ量算出手段で推定された排ガ
ス量に基づいて、前記内燃機関に関連する他の制御の制
御量を補正する制御量補正手段とを備えていることを特
徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】前記制御量補正手段は、前記推定量ＥＧ
Ｒ量算出手段により推定される排ガス量が、前記負荷の
変化が所定値以下に小さい定常状態での吸入排ガス量に
基づく所定範囲内に入るまで、前記制御量の補正をおこ
なうように構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】少なくとも吸気弁の開閉タイミングを変
更する可変動弁機構と、前記制御量補正手段による前記制御量の補正を、前記可
変動弁機構の進角状態に基づいて制限する補正制限手段
とを更に備えていることを特徴とする請求項１または２
に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】前記内燃機関が、その排気管路中の排気
の一部を、循環管路を介して吸気ポート側に循環させる
排気再循環機構を備え、前記制御量補正手段は、前記負荷の変化が所定値以下に
小さい定常状態での吸入排ガス量に対する過不足を縮小
するよう、前記排気再循環機構による排気再循環量を補
正する手段であることを特徴とする請求項１ないし３の
いずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】前記内燃機関が、点火時期を遅角させる
点火時期変更手段を備え、前記負荷が減少する変化が前記負荷変化検出手段で検出
された場合、前記内燃機関に吸入する混合気中の前記排
ガス量に基づく前記点火時期の変更制御以外の点火時期
の変更制御を制限する点火時期変更制御制限手段を備え
ていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】前記内燃機関に対する吸気量を制御する
吸気制御手段を備え、前記制御量補正手段は、負荷の変化する過渡時におい
て、前記吹き戻しによる排ガスを含む、前記内燃機関に
吸入する排ガス量に対する、前記吸気量の過不足を是正
するように、前記吸気制御手段による吸気量を補正する
ように構成されていることを特徴とする請求項１ないし
５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】前記内燃機関の出力側に連結された変速
機の変速比を変化させて前記内燃機関の回転数を制御す
る機関回転数制御手段と、前記負荷が減少する変化が前記負荷変化検出手段で検出
された場合、前記内燃機関の回転数を低下させる前記機
関回転数制御手段による変速比の変更制御を制限する機
関回転数制御制限手段とを備えていることを特徴とする
請求項６に記載の内燃機関の制御装置。