JP2004285860A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】窒素酸化物の排出量を低減しつつ吸気通路にデポジットが形成されるのを抑制し、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制す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】この制御装置は、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構とを備える内燃機関に適用される。同制御装置は、内燃機関の運転状態が外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定する（ステップ１１０）。そして、外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されたときには吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップをなくすように可変バルブタイミング機構を制御する（ステップ１２０）。
【選択図】 図２
【解決手段】この制御装置は、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構とを備える内燃機関に適用される。同制御装置は、内燃機関の運転状態が外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定する（ステップ１１０）。そして、外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されたときには吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップをなくすように可変バルブタイミング機構を制御する（ステップ１２０）。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構とを備える内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可変バルブタイミング機構及び排気再循環機構（外部ＥＧＲ機構）の両方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）。こうした内燃機関においては、上記特許文献１に見られるよう、可変バルブタイミング機構の位相角制御を通じて吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップによる内部ＥＧＲを有効に活用し、窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減することがなされる。加えて、外部ＥＧＲ機構の制御を通じて外部ＥＧＲも活用し、窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減することがなされる。
【０００３】
なお、本発明にかかる先行技術文献としては、前述した特許文献１のほかにも以下の特許文献２が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０３９９９号公報
【特許文献２】
特開平９−２０９７８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、可変バルブタイミング機構の位相角制御を通じて、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップによる内部ＥＧＲを有効に活用しようとすると、以下の問題も無視できない。すなわち、排気行程中にバルブオーバラップがあると、吸気ポートに向かって排気、未燃炭化水素（未燃ＨＣ）等の逆流が生じる。こうした逆流現象（吹き返し）が生じると、吹き返された未燃ＨＣがバインダとなり、これに排気中のカーボン等の微粒子が付着して吸気ポートに堆積し、いわゆるデポジットを形成する。そして、このデポジットにより吸入空気量が変化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、窒素酸化物の排出量を低減しつつ吸気通路にデポジットが形成されるのを抑制し、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構とを備える内燃機関の制御装置において、機関運転状態が前記外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定するＥＧＲ運転領域判定手段と、前記ＥＧＲ運転領域判定手段により外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されたときには、前記吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップをなくすように前記可変バルブタイミング機構を制御する可変バルブタイミング機構制御手段とを備えている。
【０００８】
上記の構成によれば、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップがあると、燃料及び空気からなる混合気の燃焼後に内燃機関の燃焼室内に存在している排気、未燃炭化水素（未燃ＨＣ）等の一部が、排気行程から吸気行程に移行するときに一旦吸気通路内に吹き返され、その後に吸気行程で燃焼室内に戻される。そのため、前記排気、未燃ＨＣ等が次回の燃焼時にも燃焼室内に残留する。このように残留する排気（内部ＥＧＲ）により燃焼室内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【０００９】
一方、外部ＥＧＲ機構により、排気通路を流れる排気の一部がＥＧＲ通路を通じて吸気通路に再循環される（外部ＥＧＲが行われる）と、この場合にも混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００１０】
ここで、外部ＥＧＲが行われている際に吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングがオーバラップすると、そのバルブオーバラップにより吸気通路に吹き返された未燃ＨＣがバインダとなり、これに排気中のカーボン等の微粒子が付着して吸気通路に堆積し、デポジットを形成するおそれがある。
【００１１】
この点、請求項１に記載の発明では、ＥＧＲ運転領域判定手段により機関運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されると、可変バルブタイミング機構制御手段による可変バルブタイミング機構の制御を通じて吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップがなくされる。従って、外部ＥＧＲ機構の制御を通じて外部ＥＧＲが活用されるときには、排気中のカーボン等の微粒子が吸気通路に再循環されるが、バルブオーバラップがないことから排気や未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されない。吸気通路には前記微粒子はあっても、その微粒子が付着される未燃ＨＣがないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００１２】
このようにして、外部ＥＧＲによって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路にデポジットが形成されるのを抑え、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップがなくなっているか否かを判定するオーバラップ判定手段と、前記オーバラップ判定手段によりバルブオーバラップがあると判定されたときには、前記外部ＥＧＲ機構による排気の再循環を禁止するように同外部ＥＧＲ機構を制御するＥＧＲ機構制御手段とをさらに備えるものであるとする。
【００１４】
上記の構成によれば、可変バルブタイミング機構制御手段によってバルブオーバラップをなくすための制御が行われる際、オーバラップ判定手段によってバルブオーバラップがなくなっているか否かが判定される。そして、バルブオーバラップが未だあると判定された場合には、外部ＥＧＲ運転領域であっても外部ＥＧＲ機構による排気の再循環が禁止される。
【００１５】
従って、可変バルブタイミング機構制御手段によるバルブオーバラップをなくすための制御を通じて可変バルブタイミング機構が作動を開始し、実際にバルブオーバラップがなくなるまでに時間がかかっても、この期間には排気が吸気通路に再循環されない。このため、バルブオーバラップが小さくなる過程で未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されても、その吸気通路には未燃ＨＣに付着される排気中の微粒子がないことから、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００１６】
なお、オーバラップ判定手段によってバルブオーバラップがないと判定されると、外部ＥＧＲ機構による排気の再循環が許可され、窒素酸化物ＮＯｘの生成を抑制することが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、機関運転状態が前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあるか否かを判定するオーバラップ運転領域判定手段をさらに備え、前記可変バルブタイミング機構制御手段は、前記オーバラップ運転領域判定手段により両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されることを少なくとも条件に、前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせるように前記可変バルブタイミング機構を制御するものであるとする。
【００１８】
上記の構成によれば、バルブオーバラップをなくすように制御された可変バルブタイミング機構は、オーバラップ運転領域判定手段により両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されることを条件に、両バルブタイミングをオーバラップさせるように制御される。このバルブオーバラップに伴う内部ＥＧＲにより燃焼室内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構とを備える内燃機関の制御装置において、機関運転状態が前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあるか否かを判定するオーバラップ運転領域判定手段と、前記オーバラップ運転領域判定手段により両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されたときには、前記排気の再循環を停止するように前記外部ＥＧＲ機構を制御するＥＧＲ機構制御手段とを備えている。
【００２０】
上記の構成によれば、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップがあると、燃料及び空気からなる混合気の燃焼後に燃焼室内に存在している排気、未燃炭化水素（未燃ＨＣ）等の一部が、排気行程から吸気行程に移行するときに一旦吸気通路内に吹き返され、その後に吸気行程で燃焼室内に戻される。そのため、前記排気、未燃ＨＣ等が次回の燃焼時にも燃焼室内に残留する。このように残留する排気（内部ＥＧＲ）により燃焼室内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００２１】
一方、外部ＥＧＲ機構により、排気通路を流れる排気の一部がＥＧＲ通路を通じて吸気通路に再循環される（外部ＥＧＲが行われる）と、この場合にも混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００２２】
ここで、吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングがオーバラップしている際に外部ＥＧＲが行われると、バルブオーバラップにより吸気通路に吹き返された未燃ＨＣがバインダとなり、これに排気中のカーボン等の微粒子が付着して吸気通路に堆積し、デポジットを形成するおそれがある。
【００２３】
この点、請求項４に記載の発明では、オーバラップ運転領域判定手段により機関運転状態が吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されると、ＥＧＲ機構制御手段による外部ＥＧＲ機構の制御を通じて排気の再循環が停止される。従って、可変バルブタイミング機構の制御を通じてバルブオーバラップによる内部ＥＧＲが活用されるときには、排気や未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されるが、排気の再循環が停止されていることから、その吸気通路に排気中の微粒子がない。吸気通路には未燃ＨＣはあっても、その未燃ＨＣに付着する微粒子がないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００２４】
このようにして、内部ＥＧＲによって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路にデポジットが形成されるのを抑制し、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【００２５】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記排気の再循環が停止されたか否かを判定する外部ＥＧＲ停止判定手段と、前記外部ＥＧＲ停止判定手段により再循環が行われていると判定されたときには、前記可変バルブタイミング機構による前記吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップを禁止するように同可変バルブタイミング機構を制御する可変バルブタイミング機構制御手段とをさらに備えるものであるとする。
【００２６】
上記の構成によれば、ＥＧＲ機構制御手段によって外部ＥＧＲを停止するための制御が行われる際、排気の再循環が停止されたか否かが外部ＥＧＲ停止判定手段によって判定される。そして、未だ排気の再循環が行われていると判定された場合には、両バルブタイミングをオーバラップさせる領域であっても、可変バルブタイミング機構によるバルブオーバラップが禁止される。
【００２７】
従って、ＥＧＲ機構制御手段による排気の再循環を停止するための制御を通じて外部ＥＧＲ機構が作動を開始し、実際に排気が吸気通路に再循環されなくなるまでに時間がかかっても、その期間にはバルブオーバラップが生じない。なお、前記時間には、ＥＧＲ通路が閉じられた後、そのＥＧＲ通路の閉鎖箇所よりも上流に残った排気が吸気通路に流出するまでの時間も含まれる。このため、排気が吸気通路に再循環されなくなる過程で排気中の微粒子が吸気通路に戻されても、吸気通路にはその微粒子が付着される未燃ＨＣがないことから、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００２８】
なお、外部ＥＧＲ停止判定手段によって排気の再循環が停止されたと判定されると、可変バルブタイミング機構によるバルブオーバラップが許可され、窒素酸化物ＮＯｘの生成を抑制することが可能となる。
【００２９】
請求項６に記載の発明では、請求項４又は５に記載の発明において、機関運転状態が前記外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定するＥＧＲ運転領域判定手段をさらに備え、前記ＥＧＲ機構制御手段は、前記ＥＧＲ運転領域判定手段により外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されることを少なくとも条件に、前記吸気通路に排気を再循環させるように前記外部ＥＧＲ機構を制御するものであるとする。
【００３０】
上記の構成によれば、排気の再循環を停止するように制御された外部ＥＧＲ機構は、ＥＧＲ運転領域判定手段により外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されることを少なくとも条件に、吸気通路に排気を再循環させるように制御される。この排気の再循環により混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、車両には、筒内に直接燃料噴射を行う筒内噴射ガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）１１が搭載されている。このエンジン１１は、ピストン１３が往復動可能に収容された複数の気筒（シリンダ）１２を有している。各ピストン１３は、コネクティングロッド１４を介し、エンジン１１の出力軸であるクランクシャフト１５に連結されている。各ピストン１３の往復運動は、コネクティングロッド１４によって回転運動に変換された後、クランクシャフト１５に伝達される。
【００３２】
各シリンダ１２には、エンジン１１の外部の空気を燃焼室１６に導くための吸気通路１７が接続されている。また、各シリンダ１２には、燃焼室１６で生じた排気をエンジン１１の外部へ導くための排気通路１８が接続されている。エンジン１１には、吸気通路１７及び燃焼室１６間を開閉する吸気バルブ１９と、排気通路１８及び燃焼室１６間を開閉する排気バルブ２０とがそれぞれ往復動可能に設けられている。吸気バルブ１９は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト２１等によって駆動される。また、排気バルブ２０は、クランクシャフト１５の回転が伝達される排気カムシャフト２２等によって駆動される。
【００３３】
吸気通路１７の途中にはスロットルバルブ２３が回動可能に設けられている。スロットルバルブ２３にはモータ等のアクチュエータ２４が駆動連結されている。吸気通路１７を流れる空気の量は、スロットルバルブ２３の回動角度（スロットル開度）に応じて変化する。なお、スロットル開度は、運転者によって操作されるアクセルペダル２５の踏込み量等に応じてＥＣＵ４１（これについては後述する）がアクチュエータ２４を制御することにより調整される。
【００３４】
エンジン１１には、電磁式の燃料噴射弁２６が各シリンダ１２に対応して取付けられている。各燃料噴射弁２６は開閉制御されることにより、対応するシリンダ１２内へ高圧燃料を直接噴射する。噴射された燃料は、吸気通路１７を通ってシリンダ１２内に取り込まれた吸入空気と混ざり合って混合気となる。
【００３５】
エンジン１１には、点火プラグ２７が各シリンダ１２に対応して取付けられている。点火プラグ２７は、イグナイタ２８からの点火信号に基づいて駆動される。点火プラグ２７には、点火コイル２９から出力される高電圧が印加される。そして、前記混合気は点火プラグ２７の火花放電によって着火され、爆発・燃焼する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１３が往復動され、クランクシャフト１５が回転されて、エンジン１１の駆動力（出力トルク）が得られる。
【００３６】
また、エンジン１１には、排気通路１８内の排気の一部を吸気通路１７に再循環（ＥＧＲ）させるための外部ＥＧＲ機構３１が設けられている。外部ＥＧＲ機構３１は、排気通路１８と吸気通路１７とを繋ぐＥＧＲ通路３２と、排気通路１８からＥＧＲ通路３２を通って吸気通路１７に戻される排気の量を調整するためのＥＧＲバルブ３３とを備えている。こうした外部ＥＧＲにより混合気の燃焼温度が低下して窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制され、排気エミッションの低減が図られる。
【００３７】
また、エンジン１１には、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフト２１の相対回転位相を変更することで、吸気バルブ１９のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ ：ＶＶＴ）機構３４が設けられている。この可変バルブタイミング機構３４は例えば油圧により作動するものである。同機構３４の作動により吸気バルブ１９のバルブタイミングを変化させると、吸気バルブ１９と排気バルブ２０とがともに開弁している期間、すなわち両バルブ１９，２０の開弁期間についてのオーバラップ（バルブオーバラップ）が変化する。
【００３８】
こうしたバルブオーバラップが生じている場合、混合気の燃焼後に燃焼室１６内に存在している排気の一部が、排気行程から吸気行程に移行するときに一旦吸気通路１７内に吹き返され、その後に吸気行程で燃焼室１６内に戻されるため、次回の燃焼時にも燃焼室１６内に残留する。このように残留する排気（内部ＥＧＲ）により燃焼室１６内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの排出が抑制される。そして、内部ＥＧＲの量は、バルブオーバラップが大となって排気行程から吸気行程への移行時に吸気通路１７に吹き返される排気の量が増えるほど多くなる。
【００３９】
なお、上記バルブオーバラップは、吸気バルブ１９のバルブタイミングを最も遅角させたときに最小となり、同バルブタイミングを進角させるほど大きくなる。従って、内部ＥＧＲの量は、吸気バルブ１９のバルブタイミングを最も遅角させたときに最少となり、同バルブタイミングを進角させるにつれて多くなる。
【００４０】
車両には、エンジン１１の運転状態を検出するために各種センサが設けられている。例えば、クランクシャフト１５の近傍には、そのクランクシャフト１５が一定角度回転する毎にパルス状の信号を発生するクランク角センサ３６が設けられている。クランク角センサ３６の信号は、クランクシャフト１５の回転角度であるクランク角や、単位時間当たりのクランクシャフト１５の回転速度であるエンジン回転速度ＮＥの算出等に用いられる。また、吸気カムシャフト２１の近傍にはカム角センサ３７が設けられている。クランク角センサ３６及びカム角センサ３７の各信号は吸気カムシャフト２１の回転位相（カム角）の算出に用いられる。
【００４１】
吸気通路１７内のスロットルバルブ２３よりも下流には、吸入空気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ３８が設けられている。アクセルペダル２５又はその近傍には、運転者によるアクセルペダル２５の踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ３９が取付けられている。スロットルバルブ２３の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルセンサ４０が配置されている。
【００４２】
前述した各種センサ３６〜４０の検出値に基づき、エンジン１１の各部を制御するために、マイクロコンピュータを中心として構成された電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ ：ＥＣＵ）４１が設けられている。ＥＣＵ４１では、中央処理装置（ＣＰＵ）が、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラムや初期データに従って演算処理を行い、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。ＣＰＵによる演算結果は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）において一時的に記憶される。
【００４３】
ＥＣＵ４１は、前述した各種センサ３６〜４０からの信号に基づき、エンジン回転速度、吸気圧、アクセル開度、スロットル開度、吸気カムシャフト２１の実進角量等を求める。そして、ＥＣＵ４１は、エンジン負荷をエンジン１１の吸入空気量に関係するパラメータ（例えばスロットル開度、アクセル開度、吸気圧等）に基づき算出する。
【００４４】
ＥＣＵ４１は、エンジン回転速度、エンジン負荷等、エンジン１１の運転状態に応じて、点火時期制御、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、ＥＧＲバルブ３３の開度制御、吸気バルブ１９のバルブタイミング制御等といったエンジン１１の各種運転制御を実行する。
【００４５】
ＥＣＵ４１は、例えば燃料噴射量制御に際し、エンジン負荷、エンジン回転速度等に基づき目標噴射量を算出し、この目標噴射量に対応した量の燃料が燃焼室１６内に噴射されるよう燃料噴射弁２６に対する通電を制御する。
【００４６】
また、ＥＣＵ４１はＥＧＲバルブ３３の開度制御に際し、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき目標ＥＧＲ開度を算出し、この目標ＥＧＲ開度に基づきＥＧＲバルブ３３を駆動制御する。こうしてＥＧＲバルブ３３の開度を制御することにより外部ＥＧＲの量が調整される。
【００４７】
さらに、吸気バルブ１９のバルブタイミング制御に際し、例えばエンジン負荷、エンジン回転速度等のエンジン１１の運転状態に応じて、吸気バルブ１９のバルブタイミングの進角量を調整する。ここでの進角量とは、バルブタイミングが所定の状態（例えば最遅角状態）となったときを基準として、同バルブタイミングがどの程度進角した状態にあるかを示す値である。そして、上記バルブタイミングの進角量の調整は、エンジン負荷及びエンジン回転速度に応じて設定される目標進角量に対し、カム角センサ３７の信号から求められる実進角量が近づくよう可変バルブタイミング機構３４を制御することによって行う。
【００４８】
ところで、外部ＥＧＲが行われているときに吸・排気バルブ１９，２０の両バルブタイミングがオーバラップすると、そのバルブオーバラップにより吸気通路１７に吹き返された未燃炭化水素（未燃ＨＣ）がバインダとなり、これに外部ＥＧＲによる排気中のカーボン等の微粒子が付着する。そして、これらの未燃ＨＣ及び微粒子が吸気通路１７に堆積しデポジットを形成するおそれがある。また、吸・排気バルブ１９，２０の両バルブタイミングがオーバラップしているときに外部ＥＧＲが行われた場合にも前記と同様の問題が起りうる。これらの問題は、バルブオーバラップ中に外部ＥＧＲを行わず、また外部ＥＧＲの実行中にバルブオーバラップを生じないようにすることで解消可能である。図２のフローチャートは、この点を踏まえ外部ＥＧＲ機構３１及び可変バルブタイミング機構３４の各作動を制御するルーチンを示している。
【００４９】
ここで、このルーチンの実行に際し、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷で規定したエンジン１１の運転領域が、外部ＥＧＲ運転領域、オーバラップ運転領域、及びそれ以外の運転領域に区分されている。外部ＥＧＲ運転領域は、ＥＧＲバルブ３３の開度制御を通じて外部ＥＧＲを行う運転領域である。オーバラップ運転領域は、吸気バルブ１９のバルブタイミング制御を通じて、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップ量を「０」よりも大きくする運転領域である。それ以外の運転領域は、外部ＥＧＲを行わず、かつバルブオーバラップ量を「０」よりも大きくしない運転領域であり、この運転領域では例えばバルブオーバラップ量が「０」となるように可変バルブタイミング機構３４が制御される。
【００５０】
このルーチンが開始されると、ＥＣＵ４１はまずステップ１１０において、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき、エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ機構３１により外部ＥＧＲを行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定する。この判定条件が満たされている（外部ＥＧＲ運転領域にある）と、ステップ１２０において、カム角センサ３７の信号から求められる実進角量が、バルブオーバラップ量「０」に対応する目標進角量に近づくように可変バルブタイミング機構３４を制御する。このようにして、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップをなくすように可変バルブタイミング機構３４を制御する。
【００５１】
なお、前記制御に応じて吸気バルブ１９のバルブタイミングが変化するが、実際にバルブオーバラップ量が「０」になるまでに若干時間がかかる場合があり得る。このバルブオーバラップがなくなるまでの期間には、排気や未燃ＨＣが吸気通路１７に吹き返される。そのため、この期間に外部ＥＧＲが行われると、微粒子が未燃ＨＣに付着して吸気通路１７に堆積しデポジットを形成するおそれがある。
【００５２】
そこで、ステップ１３０において、前述したカム角センサ３７による実進角量等に基づきバルブオーバラップ量が「０」以下になっているか否かを判定する。例えば、目標進角量に対する実進角量のずれ量が所定値（例えば「０」）以下の場合に上記判定条件が満たされているとすることができる。
【００５３】
ステップ１３０の判定条件が満たされていない（バルブオーバラップ量＞０）と、ステップ１４０において外部ＥＧＲ機構３１による外部ＥＧＲを禁止する。この場合、エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にあるにも拘わらず、ＥＧＲバルブ３３の要求開度を「０」に設定してＥＧＲバルブ３３を閉弁させる。このため、排気は吸気通路１７に再循環されない。
【００５４】
これに対し、ステップ１３０の判定条件が満たされている（バルブオーバラップ量≦０）と、ステップ１５０において外部ＥＧＲ機構３１による外部ＥＧＲを許可する。この場合、ＥＧＲバルブ３３の開度が、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷に対応する目標ＥＧＲ開度となるように外部ＥＧＲ機構３１が制御される。この制御に応じ、排気がＥＧＲ通路３２を通って吸気通路１７に再循環され、混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。そして、前述したステップ１４０又は１５０の処理を経た後、このルーチンを終了する。
【００５５】
一方、前記ステップ１１０の判定条件が満たされていない（エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にない）と、ステップ１６０へ移行する。ステップ１６０では、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき、エンジン１１の運転状態がバルブオーバラップ量を可変とするオーバラップ運転領域にあるかどうかを判定する。
【００５６】
ステップ１６０の判定条件が満たされている（オーバラップ運転領域にある）と、排気の再循環を停止すべくステップ１７０において、目標ＥＧＲ開度を「０」に設定してＥＧＲバルブ３３を閉弁させる。ここで、ＥＧＲバルブ３３が完全に閉弁されると、その直後にはまずＥＧＲ通路３２においてＥＧＲバルブ３３よりも下流の排気が吸気通路１７に再循環されなくなる。しかし、この状態ではＥＧＲ通路３２のＥＧＲバルブ３３よりも上流に未だ排気が残っている。この排気が全て吸気通路１７に流入しきるまでには、ＥＧＲバルブ３３の閉弁開始から若干の時間を要する。この期間には吸気通路１７に排気が存在するため、吸・排気バルブ１９，２０の両バルブタイミングをオーバラップさせると、微粒子が未燃ＨＣに付着して吸気通路１７に堆積しデポジットを形成するおそれがある。
【００５７】
そこで、吸気通路１７に外部ＥＧＲによる排気がないことを確認すべく、ステップ１７０の処理を経た後、ステップ１８０において、外部ＥＧＲが「０」になったか否かを判定する。例えば、ステップ１７０においてＥＧＲバルブ３３を閉弁させるための制御を開始してから所定時間が経過したかどうかを判定する。この所定時間は、例えば実験により種々の条件下でＥＧＲバルブ３３を閉弁させた後、ＥＧＲ通路３２に残存している排気が全て吸気通路１７に流入するまでに要する時間を計測し、その計測値に基づいて設定したものである。そして、ステップ１８０の判定条件が満たされていないと、ＥＧＲ通路３２を通じて未だ排気が吸気通路１７に再循環されていると考えられることから、ステップ２００においてバルブオーバラップ量を「０」よりも大きくするための吸気バルブ１９のバルブタイミング制御を禁止する。例えば、吸気バルブ１９のバルブタイミングの目標進角量が、オーバラップ量を「０」よりも大きくするための値である場合には、その目標進角量を「０」に設定し、実目標進角量がこの目標進角量となるように可変バルブタイミング機構３４を制御する。
【００５８】
これに対し、前記ステップ１８０の判定条件が満たされていると、吸気通路１７に外部ＥＧＲによる排気がなくなっていると考えられることから、ステップ１９０において、バルブオーバラップ量を「０」よりも大きくするためのバルブタイミング制御を許可する。この許可により、例えばカム角センサ３７の信号に基づいて求められる実進角量が、エンジン負荷及びエンジン回転速度に応じた目標進角量に近づくよう可変バルブタイミング機構３４が制御される。
【００５９】
この制御により吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップが生ずると、混合気の燃焼後に燃焼室１６内に存在している排気、未燃ＨＣ等の一部が、排気行程から吸気行程に移行するときに一旦吸気通路１７内に吹き返される。この吹き返された未燃ＨＣ等は吸気行程で燃焼室１６内に戻されて、次回の燃料の燃焼時にも燃焼室１６内に残留する。このように残留する排気（内部ＥＧＲ）により燃焼室１６内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。そして、前述したステップ１９０又は２００の処理を経た後、このルーチンを終了する。
【００６０】
ところで、前述したステップ１６０の判定条件が満たされていない場合、すなわち、エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にもオーバラップ運転領域にも属していない場合には、ステップ２１０へ移行する。ステップ２１０では、バルブオーバラップ量を「０」にするためのバルブタイミング制御を行う。詳しくは、目標進角量として、バルブオーバラップ量「０」に対応する値を設定し、カム角センサ３７の信号による実進角量がこの目標進角量に近づくように可変バルブタイミング機構３４を制御する。この制御により、バルブオーバラップ量が「０」になる。また、目標ＥＧＲ開度を「０」に設定してＥＧＲバルブ３３を閉弁させる。そして、ステップ２１０の処理を経た後、このルーチンを終了する。
【００６１】
上記ルーチンにおいては、ステップ１１０の処理がＥＧＲ運転領域判定手段に相当し、ステップ１６０の処理がオーバラップ運転領域判定手段に相当する。また、ステップ１３０の処理がオーバラップ判定手段に相当し、ステップ１８０の処理が外部ＥＧＲ停止判定手段に相当する。さらに、ステップ１２０，１９０，２００の処理が可変バルブタイミング機構制御手段に相当し、ステップ１４０，１５０，１７０の処理がＥＧＲ機構制御手段に相当する。
【００６２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定し（ステップ１１０）、同運転領域にあると判定すると、可変バルブタイミング機構３４の制御を通じて吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップをなくすようにしている（ステップ１２０）。従って、外部ＥＧＲ機構３１の制御（ステップ１５０）を通じて外部ＥＧＲが活用されるときには、排気中のカーボン等の微粒子が吸気通路１７に再循環されるが、バルブオーバラップがないことから排気や未燃ＨＣが吸気通路１７に吹き返されない。吸気通路１７には微粒子はあっても、その微粒子が付着される未燃ＨＣがないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。その結果、外部ＥＧＲによって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路１７にデポジットが形成されるのを抑え、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【００６３】
（２）バルブオーバラップをなくすためのバルブタイミング制御（ステップ１２０）に伴って、実際に吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップがなくなっているか否かを判定している（ステップ１３０）。そして、未だオーバラップしている（オーバラップ量が０より大）と判定した場合には、外部ＥＧＲ運転領域であっても外部ＥＧＲ機構３１による外部ＥＧＲを禁止するようにしている（ステップ１４０）。
【００６４】
従って、バルブオーバラップをなくすための可変バルブタイミング機構３４の制御を通じてその可変バルブタイミング機構３４が作動を開始し、実際にバルブオーバラップがなくなるまでに時間がかかっても、その期間には排気が吸気通路１７に再循環されない。このため、バルブオーバラップが小さくなる過程で未燃ＨＣが吸気通路１７に吹き返されても、その吸気通路１７には未燃ＨＣに付着する微粒子がないことから、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成を抑制することができる。
【００６５】
なお、バルブオーバラップをなくすように制御された可変バルブタイミング機構３４は、バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されることと、排気の再循環が停止されたと判定されることを条件に、バルブタイミングをオーバラップさせるように制御される（ステップ１９０）。このバルブオーバラップに伴う内部ＥＧＲにより燃焼室１６内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００６６】
（３）エンジン１１の運転状態がオーバラップ運転領域にあるか否かを判定し（ステップ１６０）、同運転領域にあると判定すると、ＥＧＲバルブ３３を閉弁させて外部ＥＧＲを停止するようにしている（ステップ１７０）。従って、可変バルブタイミング機構３４の制御（ステップ１９０）を通じて内部ＥＧＲが活用されるときには、排気や未燃ＨＣが吸気通路１７に吹き返されるが、外部ＥＧＲが行われないことから排気中の微粒子が吸気通路１７にない。吸気通路１７には未燃ＨＣはあっても、その未燃ＨＣに付着する微粒子がないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。その結果、内部ＥＧＲによって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路１７にデポジットが形成されるのを抑え、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【００６７】
（４）外部ＥＧＲを停止するための制御（ステップ１７０）に伴って、実際に外部ＥＧＲが停止されたか否かを判定している（ステップ１８０）。そして、未だ外部ＥＧＲが行われていると判定した場合には、オーバラップ運転領域であっても、可変バルブタイミング機構３４によるバルブオーバラップ量を「０」よりも大きくするためのバルブタイミング制御を禁止するようにしている（ステップ２００）。
【００６８】
従って、外部ＥＧＲを停止するための制御を通じて外部ＥＧＲ機構３１が作動を開始してから、ＥＧＲ通路３２内に残存している排気が全てそのＥＧＲ通路３２から排出されて、実際に吸気通路１７に再循環される排気がなくなるまでに時間がかかっても、その期間にはバルブオーバラップが生じない。そのため、この期間に排気中の微粒子が吸気通路１７に戻されても、吸気通路１７にはその微粒子が付着する未燃ＨＣがないことから、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成を抑制することができる。
【００６９】
なお、排気の再循環を停止するように制御された外部ＥＧＲ機構３１は、外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されることと、バルブオーバラップがなくなっていると判定されることを条件に、吸気通路１７に排気を再循環させるように制御される（ステップ１５０）。この排気の再循環により混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００７０】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・図２のルーチンにおけるステップ１３０，１４０の処理を省略してもよい。この場合、エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にあると、バルブオーバラップ量を「０」にするためのバルブタイミング制御を行う（ステップ１２０）とともに、外部ＥＧＲ機構３１による外部ＥＧＲを許可する（ステップ１５０）。
【００７１】
同様に、ステップ１８０，２００の処理を省略してもよい。この場合、エンジン１１の運転状態がオーバラップ運転領域にあると、ＥＧＲバルブ３３を閉弁させる（ステップ１７０）とともに、バルブオーバラップ量を「０」よりも大きくするためのバルブタイミング制御を許可する（ステップ１９０）。
【００７２】
・上記実施形態では、可変バルブタイミング機構３４として吸気バルブ１９のみのバルブタイミングを変更するものを例示したが、これに加えて排気バルブ２０のバルブタイミングを変更するものを採用してもよい。こうした可変バルブタイミング機構であっても、バルブオーバラップ量を調整することができる。
【００７３】
・本発明は前記実施形態とは異なるタイプのエンジン、例えばポート噴射式のガソリンエンジン等にも適用可能である。
その他、前記各実施形態から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに記載する。
【００７４】
（Ａ）吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、
排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構と
を備える内燃機関の制御装置において、
前記外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行わせるための制御、及び前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせるための制御の一方が行われているときには他方を禁止する制御手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【００７５】
ここで、図２のルーチンにおけるステップ１１０，１２０，１６０，１７０の処理が制御手段に相当する。
上記の構成によれば、外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行わせるための制御が行われているときには、可変バルブタイミング機構により吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせるための制御が禁止される。従って、外部ＥＧＲ機構の制御を通じて外部ＥＧＲが活用されるときには、排気中のカーボン等の微粒子が吸気通路に再循環されるが、バルブオーバラップがないことから排気や未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されない。吸気通路には微粒子はあっても、その微粒子が付着される未燃ＨＣがないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００７６】
一方、可変バルブタイミング機構により吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせるための制御が行われているときには、外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行わせるための制御が禁止される。従って、可変バルブタイミング機構の制御を通じてバルブオーバラップによる内部ＥＧＲが活用されるときには、排気や未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されるが、排気の再循環が停止されていることから、その吸気通路に排気中の微粒子がない。吸気通路には未燃ＨＣはあっても、その未燃ＨＣに付着する微粒子がないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００７７】
このようにして、ＥＧＲ（外部ＥＧＲ、内部ＥＧＲ）によって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路にデポジットが形成されるのを抑制し、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンの制御装置の一実施形態について、その構成を示す略図。
【図２】可変バルブタイミング機構及び外部ＥＧＲ機構を制御する手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１７…吸気通路、１８…排気通路、１９…吸気バルブ、２０…排気バルブ、３１…外部ＥＧＲ機構、３２…ＥＧＲ通路、３４…可変バルブタイミング機構、４１…ＥＣＵ（ＥＧＲ運転領域判定手段、可変バルブタイミング機構制御手段、オーバラップ判定手段、ＥＧＲ機構制御手段、オーバラップ運転領域判定手段、外部ＥＧＲ停止判定手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構とを備える内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可変バルブタイミング機構及び排気再循環機構（外部ＥＧＲ機構）の両方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）。こうした内燃機関においては、上記特許文献１に見られるよう、可変バルブタイミング機構の位相角制御を通じて吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップによる内部ＥＧＲを有効に活用し、窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減することがなされる。加えて、外部ＥＧＲ機構の制御を通じて外部ＥＧＲも活用し、窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減することがなされる。
【０００３】
なお、本発明にかかる先行技術文献としては、前述した特許文献１のほかにも以下の特許文献２が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０３９９９号公報
【特許文献２】
特開平９−２０９７８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、可変バルブタイミング機構の位相角制御を通じて、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップによる内部ＥＧＲを有効に活用しようとすると、以下の問題も無視できない。すなわち、排気行程中にバルブオーバラップがあると、吸気ポートに向かって排気、未燃炭化水素（未燃ＨＣ）等の逆流が生じる。こうした逆流現象（吹き返し）が生じると、吹き返された未燃ＨＣがバインダとなり、これに排気中のカーボン等の微粒子が付着して吸気ポートに堆積し、いわゆるデポジットを形成する。そして、このデポジットにより吸入空気量が変化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、窒素酸化物の排出量を低減しつつ吸気通路にデポジットが形成されるのを抑制し、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構とを備える内燃機関の制御装置において、機関運転状態が前記外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定するＥＧＲ運転領域判定手段と、前記ＥＧＲ運転領域判定手段により外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されたときには、前記吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップをなくすように前記可変バルブタイミング機構を制御する可変バルブタイミング機構制御手段とを備えている。
【０００８】
上記の構成によれば、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップがあると、燃料及び空気からなる混合気の燃焼後に内燃機関の燃焼室内に存在している排気、未燃炭化水素（未燃ＨＣ）等の一部が、排気行程から吸気行程に移行するときに一旦吸気通路内に吹き返され、その後に吸気行程で燃焼室内に戻される。そのため、前記排気、未燃ＨＣ等が次回の燃焼時にも燃焼室内に残留する。このように残留する排気（内部ＥＧＲ）により燃焼室内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【０００９】
一方、外部ＥＧＲ機構により、排気通路を流れる排気の一部がＥＧＲ通路を通じて吸気通路に再循環される（外部ＥＧＲが行われる）と、この場合にも混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００１０】
ここで、外部ＥＧＲが行われている際に吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングがオーバラップすると、そのバルブオーバラップにより吸気通路に吹き返された未燃ＨＣがバインダとなり、これに排気中のカーボン等の微粒子が付着して吸気通路に堆積し、デポジットを形成するおそれがある。
【００１１】
この点、請求項１に記載の発明では、ＥＧＲ運転領域判定手段により機関運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されると、可変バルブタイミング機構制御手段による可変バルブタイミング機構の制御を通じて吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップがなくされる。従って、外部ＥＧＲ機構の制御を通じて外部ＥＧＲが活用されるときには、排気中のカーボン等の微粒子が吸気通路に再循環されるが、バルブオーバラップがないことから排気や未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されない。吸気通路には前記微粒子はあっても、その微粒子が付着される未燃ＨＣがないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００１２】
このようにして、外部ＥＧＲによって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路にデポジットが形成されるのを抑え、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップがなくなっているか否かを判定するオーバラップ判定手段と、前記オーバラップ判定手段によりバルブオーバラップがあると判定されたときには、前記外部ＥＧＲ機構による排気の再循環を禁止するように同外部ＥＧＲ機構を制御するＥＧＲ機構制御手段とをさらに備えるものであるとする。
【００１４】
上記の構成によれば、可変バルブタイミング機構制御手段によってバルブオーバラップをなくすための制御が行われる際、オーバラップ判定手段によってバルブオーバラップがなくなっているか否かが判定される。そして、バルブオーバラップが未だあると判定された場合には、外部ＥＧＲ運転領域であっても外部ＥＧＲ機構による排気の再循環が禁止される。
【００１５】
従って、可変バルブタイミング機構制御手段によるバルブオーバラップをなくすための制御を通じて可変バルブタイミング機構が作動を開始し、実際にバルブオーバラップがなくなるまでに時間がかかっても、この期間には排気が吸気通路に再循環されない。このため、バルブオーバラップが小さくなる過程で未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されても、その吸気通路には未燃ＨＣに付着される排気中の微粒子がないことから、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００１６】
なお、オーバラップ判定手段によってバルブオーバラップがないと判定されると、外部ＥＧＲ機構による排気の再循環が許可され、窒素酸化物ＮＯｘの生成を抑制することが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、機関運転状態が前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあるか否かを判定するオーバラップ運転領域判定手段をさらに備え、前記可変バルブタイミング機構制御手段は、前記オーバラップ運転領域判定手段により両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されることを少なくとも条件に、前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせるように前記可変バルブタイミング機構を制御するものであるとする。
【００１８】
上記の構成によれば、バルブオーバラップをなくすように制御された可変バルブタイミング機構は、オーバラップ運転領域判定手段により両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されることを条件に、両バルブタイミングをオーバラップさせるように制御される。このバルブオーバラップに伴う内部ＥＧＲにより燃焼室内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構とを備える内燃機関の制御装置において、機関運転状態が前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあるか否かを判定するオーバラップ運転領域判定手段と、前記オーバラップ運転領域判定手段により両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されたときには、前記排気の再循環を停止するように前記外部ＥＧＲ機構を制御するＥＧＲ機構制御手段とを備えている。
【００２０】
上記の構成によれば、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップがあると、燃料及び空気からなる混合気の燃焼後に燃焼室内に存在している排気、未燃炭化水素（未燃ＨＣ）等の一部が、排気行程から吸気行程に移行するときに一旦吸気通路内に吹き返され、その後に吸気行程で燃焼室内に戻される。そのため、前記排気、未燃ＨＣ等が次回の燃焼時にも燃焼室内に残留する。このように残留する排気（内部ＥＧＲ）により燃焼室内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００２１】
一方、外部ＥＧＲ機構により、排気通路を流れる排気の一部がＥＧＲ通路を通じて吸気通路に再循環される（外部ＥＧＲが行われる）と、この場合にも混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００２２】
ここで、吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングがオーバラップしている際に外部ＥＧＲが行われると、バルブオーバラップにより吸気通路に吹き返された未燃ＨＣがバインダとなり、これに排気中のカーボン等の微粒子が付着して吸気通路に堆積し、デポジットを形成するおそれがある。
【００２３】
この点、請求項４に記載の発明では、オーバラップ運転領域判定手段により機関運転状態が吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されると、ＥＧＲ機構制御手段による外部ＥＧＲ機構の制御を通じて排気の再循環が停止される。従って、可変バルブタイミング機構の制御を通じてバルブオーバラップによる内部ＥＧＲが活用されるときには、排気や未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されるが、排気の再循環が停止されていることから、その吸気通路に排気中の微粒子がない。吸気通路には未燃ＨＣはあっても、その未燃ＨＣに付着する微粒子がないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００２４】
このようにして、内部ＥＧＲによって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路にデポジットが形成されるのを抑制し、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【００２５】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記排気の再循環が停止されたか否かを判定する外部ＥＧＲ停止判定手段と、前記外部ＥＧＲ停止判定手段により再循環が行われていると判定されたときには、前記可変バルブタイミング機構による前記吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップを禁止するように同可変バルブタイミング機構を制御する可変バルブタイミング機構制御手段とをさらに備えるものであるとする。
【００２６】
上記の構成によれば、ＥＧＲ機構制御手段によって外部ＥＧＲを停止するための制御が行われる際、排気の再循環が停止されたか否かが外部ＥＧＲ停止判定手段によって判定される。そして、未だ排気の再循環が行われていると判定された場合には、両バルブタイミングをオーバラップさせる領域であっても、可変バルブタイミング機構によるバルブオーバラップが禁止される。
【００２７】
従って、ＥＧＲ機構制御手段による排気の再循環を停止するための制御を通じて外部ＥＧＲ機構が作動を開始し、実際に排気が吸気通路に再循環されなくなるまでに時間がかかっても、その期間にはバルブオーバラップが生じない。なお、前記時間には、ＥＧＲ通路が閉じられた後、そのＥＧＲ通路の閉鎖箇所よりも上流に残った排気が吸気通路に流出するまでの時間も含まれる。このため、排気が吸気通路に再循環されなくなる過程で排気中の微粒子が吸気通路に戻されても、吸気通路にはその微粒子が付着される未燃ＨＣがないことから、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００２８】
なお、外部ＥＧＲ停止判定手段によって排気の再循環が停止されたと判定されると、可変バルブタイミング機構によるバルブオーバラップが許可され、窒素酸化物ＮＯｘの生成を抑制することが可能となる。
【００２９】
請求項６に記載の発明では、請求項４又は５に記載の発明において、機関運転状態が前記外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定するＥＧＲ運転領域判定手段をさらに備え、前記ＥＧＲ機構制御手段は、前記ＥＧＲ運転領域判定手段により外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されることを少なくとも条件に、前記吸気通路に排気を再循環させるように前記外部ＥＧＲ機構を制御するものであるとする。
【００３０】
上記の構成によれば、排気の再循環を停止するように制御された外部ＥＧＲ機構は、ＥＧＲ運転領域判定手段により外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されることを少なくとも条件に、吸気通路に排気を再循環させるように制御される。この排気の再循環により混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、車両には、筒内に直接燃料噴射を行う筒内噴射ガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）１１が搭載されている。このエンジン１１は、ピストン１３が往復動可能に収容された複数の気筒（シリンダ）１２を有している。各ピストン１３は、コネクティングロッド１４を介し、エンジン１１の出力軸であるクランクシャフト１５に連結されている。各ピストン１３の往復運動は、コネクティングロッド１４によって回転運動に変換された後、クランクシャフト１５に伝達される。
【００３２】
各シリンダ１２には、エンジン１１の外部の空気を燃焼室１６に導くための吸気通路１７が接続されている。また、各シリンダ１２には、燃焼室１６で生じた排気をエンジン１１の外部へ導くための排気通路１８が接続されている。エンジン１１には、吸気通路１７及び燃焼室１６間を開閉する吸気バルブ１９と、排気通路１８及び燃焼室１６間を開閉する排気バルブ２０とがそれぞれ往復動可能に設けられている。吸気バルブ１９は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト２１等によって駆動される。また、排気バルブ２０は、クランクシャフト１５の回転が伝達される排気カムシャフト２２等によって駆動される。
【００３３】
吸気通路１７の途中にはスロットルバルブ２３が回動可能に設けられている。スロットルバルブ２３にはモータ等のアクチュエータ２４が駆動連結されている。吸気通路１７を流れる空気の量は、スロットルバルブ２３の回動角度（スロットル開度）に応じて変化する。なお、スロットル開度は、運転者によって操作されるアクセルペダル２５の踏込み量等に応じてＥＣＵ４１（これについては後述する）がアクチュエータ２４を制御することにより調整される。
【００３４】
エンジン１１には、電磁式の燃料噴射弁２６が各シリンダ１２に対応して取付けられている。各燃料噴射弁２６は開閉制御されることにより、対応するシリンダ１２内へ高圧燃料を直接噴射する。噴射された燃料は、吸気通路１７を通ってシリンダ１２内に取り込まれた吸入空気と混ざり合って混合気となる。
【００３５】
エンジン１１には、点火プラグ２７が各シリンダ１２に対応して取付けられている。点火プラグ２７は、イグナイタ２８からの点火信号に基づいて駆動される。点火プラグ２７には、点火コイル２９から出力される高電圧が印加される。そして、前記混合気は点火プラグ２７の火花放電によって着火され、爆発・燃焼する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１３が往復動され、クランクシャフト１５が回転されて、エンジン１１の駆動力（出力トルク）が得られる。
【００３６】
また、エンジン１１には、排気通路１８内の排気の一部を吸気通路１７に再循環（ＥＧＲ）させるための外部ＥＧＲ機構３１が設けられている。外部ＥＧＲ機構３１は、排気通路１８と吸気通路１７とを繋ぐＥＧＲ通路３２と、排気通路１８からＥＧＲ通路３２を通って吸気通路１７に戻される排気の量を調整するためのＥＧＲバルブ３３とを備えている。こうした外部ＥＧＲにより混合気の燃焼温度が低下して窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制され、排気エミッションの低減が図られる。
【００３７】
また、エンジン１１には、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフト２１の相対回転位相を変更することで、吸気バルブ１９のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ ：ＶＶＴ）機構３４が設けられている。この可変バルブタイミング機構３４は例えば油圧により作動するものである。同機構３４の作動により吸気バルブ１９のバルブタイミングを変化させると、吸気バルブ１９と排気バルブ２０とがともに開弁している期間、すなわち両バルブ１９，２０の開弁期間についてのオーバラップ（バルブオーバラップ）が変化する。
【００３８】
こうしたバルブオーバラップが生じている場合、混合気の燃焼後に燃焼室１６内に存在している排気の一部が、排気行程から吸気行程に移行するときに一旦吸気通路１７内に吹き返され、その後に吸気行程で燃焼室１６内に戻されるため、次回の燃焼時にも燃焼室１６内に残留する。このように残留する排気（内部ＥＧＲ）により燃焼室１６内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの排出が抑制される。そして、内部ＥＧＲの量は、バルブオーバラップが大となって排気行程から吸気行程への移行時に吸気通路１７に吹き返される排気の量が増えるほど多くなる。
【００３９】
なお、上記バルブオーバラップは、吸気バルブ１９のバルブタイミングを最も遅角させたときに最小となり、同バルブタイミングを進角させるほど大きくなる。従って、内部ＥＧＲの量は、吸気バルブ１９のバルブタイミングを最も遅角させたときに最少となり、同バルブタイミングを進角させるにつれて多くなる。
【００４０】
車両には、エンジン１１の運転状態を検出するために各種センサが設けられている。例えば、クランクシャフト１５の近傍には、そのクランクシャフト１５が一定角度回転する毎にパルス状の信号を発生するクランク角センサ３６が設けられている。クランク角センサ３６の信号は、クランクシャフト１５の回転角度であるクランク角や、単位時間当たりのクランクシャフト１５の回転速度であるエンジン回転速度ＮＥの算出等に用いられる。また、吸気カムシャフト２１の近傍にはカム角センサ３７が設けられている。クランク角センサ３６及びカム角センサ３７の各信号は吸気カムシャフト２１の回転位相（カム角）の算出に用いられる。
【００４１】
吸気通路１７内のスロットルバルブ２３よりも下流には、吸入空気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ３８が設けられている。アクセルペダル２５又はその近傍には、運転者によるアクセルペダル２５の踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ３９が取付けられている。スロットルバルブ２３の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルセンサ４０が配置されている。
【００４２】
前述した各種センサ３６〜４０の検出値に基づき、エンジン１１の各部を制御するために、マイクロコンピュータを中心として構成された電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ ：ＥＣＵ）４１が設けられている。ＥＣＵ４１では、中央処理装置（ＣＰＵ）が、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラムや初期データに従って演算処理を行い、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。ＣＰＵによる演算結果は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）において一時的に記憶される。
【００４３】
ＥＣＵ４１は、前述した各種センサ３６〜４０からの信号に基づき、エンジン回転速度、吸気圧、アクセル開度、スロットル開度、吸気カムシャフト２１の実進角量等を求める。そして、ＥＣＵ４１は、エンジン負荷をエンジン１１の吸入空気量に関係するパラメータ（例えばスロットル開度、アクセル開度、吸気圧等）に基づき算出する。
【００４４】
ＥＣＵ４１は、エンジン回転速度、エンジン負荷等、エンジン１１の運転状態に応じて、点火時期制御、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、ＥＧＲバルブ３３の開度制御、吸気バルブ１９のバルブタイミング制御等といったエンジン１１の各種運転制御を実行する。
【００４５】
ＥＣＵ４１は、例えば燃料噴射量制御に際し、エンジン負荷、エンジン回転速度等に基づき目標噴射量を算出し、この目標噴射量に対応した量の燃料が燃焼室１６内に噴射されるよう燃料噴射弁２６に対する通電を制御する。
【００４６】
また、ＥＣＵ４１はＥＧＲバルブ３３の開度制御に際し、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき目標ＥＧＲ開度を算出し、この目標ＥＧＲ開度に基づきＥＧＲバルブ３３を駆動制御する。こうしてＥＧＲバルブ３３の開度を制御することにより外部ＥＧＲの量が調整される。
【００４７】
さらに、吸気バルブ１９のバルブタイミング制御に際し、例えばエンジン負荷、エンジン回転速度等のエンジン１１の運転状態に応じて、吸気バルブ１９のバルブタイミングの進角量を調整する。ここでの進角量とは、バルブタイミングが所定の状態（例えば最遅角状態）となったときを基準として、同バルブタイミングがどの程度進角した状態にあるかを示す値である。そして、上記バルブタイミングの進角量の調整は、エンジン負荷及びエンジン回転速度に応じて設定される目標進角量に対し、カム角センサ３７の信号から求められる実進角量が近づくよう可変バルブタイミング機構３４を制御することによって行う。
【００４８】
ところで、外部ＥＧＲが行われているときに吸・排気バルブ１９，２０の両バルブタイミングがオーバラップすると、そのバルブオーバラップにより吸気通路１７に吹き返された未燃炭化水素（未燃ＨＣ）がバインダとなり、これに外部ＥＧＲによる排気中のカーボン等の微粒子が付着する。そして、これらの未燃ＨＣ及び微粒子が吸気通路１７に堆積しデポジットを形成するおそれがある。また、吸・排気バルブ１９，２０の両バルブタイミングがオーバラップしているときに外部ＥＧＲが行われた場合にも前記と同様の問題が起りうる。これらの問題は、バルブオーバラップ中に外部ＥＧＲを行わず、また外部ＥＧＲの実行中にバルブオーバラップを生じないようにすることで解消可能である。図２のフローチャートは、この点を踏まえ外部ＥＧＲ機構３１及び可変バルブタイミング機構３４の各作動を制御するルーチンを示している。
【００４９】
ここで、このルーチンの実行に際し、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷で規定したエンジン１１の運転領域が、外部ＥＧＲ運転領域、オーバラップ運転領域、及びそれ以外の運転領域に区分されている。外部ＥＧＲ運転領域は、ＥＧＲバルブ３３の開度制御を通じて外部ＥＧＲを行う運転領域である。オーバラップ運転領域は、吸気バルブ１９のバルブタイミング制御を通じて、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップ量を「０」よりも大きくする運転領域である。それ以外の運転領域は、外部ＥＧＲを行わず、かつバルブオーバラップ量を「０」よりも大きくしない運転領域であり、この運転領域では例えばバルブオーバラップ量が「０」となるように可変バルブタイミング機構３４が制御される。
【００５０】
このルーチンが開始されると、ＥＣＵ４１はまずステップ１１０において、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき、エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ機構３１により外部ＥＧＲを行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定する。この判定条件が満たされている（外部ＥＧＲ運転領域にある）と、ステップ１２０において、カム角センサ３７の信号から求められる実進角量が、バルブオーバラップ量「０」に対応する目標進角量に近づくように可変バルブタイミング機構３４を制御する。このようにして、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップをなくすように可変バルブタイミング機構３４を制御する。
【００５１】
なお、前記制御に応じて吸気バルブ１９のバルブタイミングが変化するが、実際にバルブオーバラップ量が「０」になるまでに若干時間がかかる場合があり得る。このバルブオーバラップがなくなるまでの期間には、排気や未燃ＨＣが吸気通路１７に吹き返される。そのため、この期間に外部ＥＧＲが行われると、微粒子が未燃ＨＣに付着して吸気通路１７に堆積しデポジットを形成するおそれがある。
【００５２】
そこで、ステップ１３０において、前述したカム角センサ３７による実進角量等に基づきバルブオーバラップ量が「０」以下になっているか否かを判定する。例えば、目標進角量に対する実進角量のずれ量が所定値（例えば「０」）以下の場合に上記判定条件が満たされているとすることができる。
【００５３】
ステップ１３０の判定条件が満たされていない（バルブオーバラップ量＞０）と、ステップ１４０において外部ＥＧＲ機構３１による外部ＥＧＲを禁止する。この場合、エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にあるにも拘わらず、ＥＧＲバルブ３３の要求開度を「０」に設定してＥＧＲバルブ３３を閉弁させる。このため、排気は吸気通路１７に再循環されない。
【００５４】
これに対し、ステップ１３０の判定条件が満たされている（バルブオーバラップ量≦０）と、ステップ１５０において外部ＥＧＲ機構３１による外部ＥＧＲを許可する。この場合、ＥＧＲバルブ３３の開度が、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷に対応する目標ＥＧＲ開度となるように外部ＥＧＲ機構３１が制御される。この制御に応じ、排気がＥＧＲ通路３２を通って吸気通路１７に再循環され、混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。そして、前述したステップ１４０又は１５０の処理を経た後、このルーチンを終了する。
【００５５】
一方、前記ステップ１１０の判定条件が満たされていない（エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にない）と、ステップ１６０へ移行する。ステップ１６０では、例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき、エンジン１１の運転状態がバルブオーバラップ量を可変とするオーバラップ運転領域にあるかどうかを判定する。
【００５６】
ステップ１６０の判定条件が満たされている（オーバラップ運転領域にある）と、排気の再循環を停止すべくステップ１７０において、目標ＥＧＲ開度を「０」に設定してＥＧＲバルブ３３を閉弁させる。ここで、ＥＧＲバルブ３３が完全に閉弁されると、その直後にはまずＥＧＲ通路３２においてＥＧＲバルブ３３よりも下流の排気が吸気通路１７に再循環されなくなる。しかし、この状態ではＥＧＲ通路３２のＥＧＲバルブ３３よりも上流に未だ排気が残っている。この排気が全て吸気通路１７に流入しきるまでには、ＥＧＲバルブ３３の閉弁開始から若干の時間を要する。この期間には吸気通路１７に排気が存在するため、吸・排気バルブ１９，２０の両バルブタイミングをオーバラップさせると、微粒子が未燃ＨＣに付着して吸気通路１７に堆積しデポジットを形成するおそれがある。
【００５７】
そこで、吸気通路１７に外部ＥＧＲによる排気がないことを確認すべく、ステップ１７０の処理を経た後、ステップ１８０において、外部ＥＧＲが「０」になったか否かを判定する。例えば、ステップ１７０においてＥＧＲバルブ３３を閉弁させるための制御を開始してから所定時間が経過したかどうかを判定する。この所定時間は、例えば実験により種々の条件下でＥＧＲバルブ３３を閉弁させた後、ＥＧＲ通路３２に残存している排気が全て吸気通路１７に流入するまでに要する時間を計測し、その計測値に基づいて設定したものである。そして、ステップ１８０の判定条件が満たされていないと、ＥＧＲ通路３２を通じて未だ排気が吸気通路１７に再循環されていると考えられることから、ステップ２００においてバルブオーバラップ量を「０」よりも大きくするための吸気バルブ１９のバルブタイミング制御を禁止する。例えば、吸気バルブ１９のバルブタイミングの目標進角量が、オーバラップ量を「０」よりも大きくするための値である場合には、その目標進角量を「０」に設定し、実目標進角量がこの目標進角量となるように可変バルブタイミング機構３４を制御する。
【００５８】
これに対し、前記ステップ１８０の判定条件が満たされていると、吸気通路１７に外部ＥＧＲによる排気がなくなっていると考えられることから、ステップ１９０において、バルブオーバラップ量を「０」よりも大きくするためのバルブタイミング制御を許可する。この許可により、例えばカム角センサ３７の信号に基づいて求められる実進角量が、エンジン負荷及びエンジン回転速度に応じた目標進角量に近づくよう可変バルブタイミング機構３４が制御される。
【００５９】
この制御により吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップが生ずると、混合気の燃焼後に燃焼室１６内に存在している排気、未燃ＨＣ等の一部が、排気行程から吸気行程に移行するときに一旦吸気通路１７内に吹き返される。この吹き返された未燃ＨＣ等は吸気行程で燃焼室１６内に戻されて、次回の燃料の燃焼時にも燃焼室１６内に残留する。このように残留する排気（内部ＥＧＲ）により燃焼室１６内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。そして、前述したステップ１９０又は２００の処理を経た後、このルーチンを終了する。
【００６０】
ところで、前述したステップ１６０の判定条件が満たされていない場合、すなわち、エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にもオーバラップ運転領域にも属していない場合には、ステップ２１０へ移行する。ステップ２１０では、バルブオーバラップ量を「０」にするためのバルブタイミング制御を行う。詳しくは、目標進角量として、バルブオーバラップ量「０」に対応する値を設定し、カム角センサ３７の信号による実進角量がこの目標進角量に近づくように可変バルブタイミング機構３４を制御する。この制御により、バルブオーバラップ量が「０」になる。また、目標ＥＧＲ開度を「０」に設定してＥＧＲバルブ３３を閉弁させる。そして、ステップ２１０の処理を経た後、このルーチンを終了する。
【００６１】
上記ルーチンにおいては、ステップ１１０の処理がＥＧＲ運転領域判定手段に相当し、ステップ１６０の処理がオーバラップ運転領域判定手段に相当する。また、ステップ１３０の処理がオーバラップ判定手段に相当し、ステップ１８０の処理が外部ＥＧＲ停止判定手段に相当する。さらに、ステップ１２０，１９０，２００の処理が可変バルブタイミング機構制御手段に相当し、ステップ１４０，１５０，１７０の処理がＥＧＲ機構制御手段に相当する。
【００６２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定し（ステップ１１０）、同運転領域にあると判定すると、可変バルブタイミング機構３４の制御を通じて吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップをなくすようにしている（ステップ１２０）。従って、外部ＥＧＲ機構３１の制御（ステップ１５０）を通じて外部ＥＧＲが活用されるときには、排気中のカーボン等の微粒子が吸気通路１７に再循環されるが、バルブオーバラップがないことから排気や未燃ＨＣが吸気通路１７に吹き返されない。吸気通路１７には微粒子はあっても、その微粒子が付着される未燃ＨＣがないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。その結果、外部ＥＧＲによって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路１７にデポジットが形成されるのを抑え、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【００６３】
（２）バルブオーバラップをなくすためのバルブタイミング制御（ステップ１２０）に伴って、実際に吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のバルブオーバラップがなくなっているか否かを判定している（ステップ１３０）。そして、未だオーバラップしている（オーバラップ量が０より大）と判定した場合には、外部ＥＧＲ運転領域であっても外部ＥＧＲ機構３１による外部ＥＧＲを禁止するようにしている（ステップ１４０）。
【００６４】
従って、バルブオーバラップをなくすための可変バルブタイミング機構３４の制御を通じてその可変バルブタイミング機構３４が作動を開始し、実際にバルブオーバラップがなくなるまでに時間がかかっても、その期間には排気が吸気通路１７に再循環されない。このため、バルブオーバラップが小さくなる過程で未燃ＨＣが吸気通路１７に吹き返されても、その吸気通路１７には未燃ＨＣに付着する微粒子がないことから、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成を抑制することができる。
【００６５】
なお、バルブオーバラップをなくすように制御された可変バルブタイミング機構３４は、バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されることと、排気の再循環が停止されたと判定されることを条件に、バルブタイミングをオーバラップさせるように制御される（ステップ１９０）。このバルブオーバラップに伴う内部ＥＧＲにより燃焼室１６内における混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００６６】
（３）エンジン１１の運転状態がオーバラップ運転領域にあるか否かを判定し（ステップ１６０）、同運転領域にあると判定すると、ＥＧＲバルブ３３を閉弁させて外部ＥＧＲを停止するようにしている（ステップ１７０）。従って、可変バルブタイミング機構３４の制御（ステップ１９０）を通じて内部ＥＧＲが活用されるときには、排気や未燃ＨＣが吸気通路１７に吹き返されるが、外部ＥＧＲが行われないことから排気中の微粒子が吸気通路１７にない。吸気通路１７には未燃ＨＣはあっても、その未燃ＨＣに付着する微粒子がないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。その結果、内部ＥＧＲによって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路１７にデポジットが形成されるのを抑え、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【００６７】
（４）外部ＥＧＲを停止するための制御（ステップ１７０）に伴って、実際に外部ＥＧＲが停止されたか否かを判定している（ステップ１８０）。そして、未だ外部ＥＧＲが行われていると判定した場合には、オーバラップ運転領域であっても、可変バルブタイミング機構３４によるバルブオーバラップ量を「０」よりも大きくするためのバルブタイミング制御を禁止するようにしている（ステップ２００）。
【００６８】
従って、外部ＥＧＲを停止するための制御を通じて外部ＥＧＲ機構３１が作動を開始してから、ＥＧＲ通路３２内に残存している排気が全てそのＥＧＲ通路３２から排出されて、実際に吸気通路１７に再循環される排気がなくなるまでに時間がかかっても、その期間にはバルブオーバラップが生じない。そのため、この期間に排気中の微粒子が吸気通路１７に戻されても、吸気通路１７にはその微粒子が付着する未燃ＨＣがないことから、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成を抑制することができる。
【００６９】
なお、排気の再循環を停止するように制御された外部ＥＧＲ機構３１は、外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されることと、バルブオーバラップがなくなっていると判定されることを条件に、吸気通路１７に排気を再循環させるように制御される（ステップ１５０）。この排気の再循環により混合気の燃焼温度が低下し、窒素酸化物ＮＯｘの生成が抑制される。
【００７０】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・図２のルーチンにおけるステップ１３０，１４０の処理を省略してもよい。この場合、エンジン１１の運転状態が外部ＥＧＲ運転領域にあると、バルブオーバラップ量を「０」にするためのバルブタイミング制御を行う（ステップ１２０）とともに、外部ＥＧＲ機構３１による外部ＥＧＲを許可する（ステップ１５０）。
【００７１】
同様に、ステップ１８０，２００の処理を省略してもよい。この場合、エンジン１１の運転状態がオーバラップ運転領域にあると、ＥＧＲバルブ３３を閉弁させる（ステップ１７０）とともに、バルブオーバラップ量を「０」よりも大きくするためのバルブタイミング制御を許可する（ステップ１９０）。
【００７２】
・上記実施形態では、可変バルブタイミング機構３４として吸気バルブ１９のみのバルブタイミングを変更するものを例示したが、これに加えて排気バルブ２０のバルブタイミングを変更するものを採用してもよい。こうした可変バルブタイミング機構であっても、バルブオーバラップ量を調整することができる。
【００７３】
・本発明は前記実施形態とは異なるタイプのエンジン、例えばポート噴射式のガソリンエンジン等にも適用可能である。
その他、前記各実施形態から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに記載する。
【００７４】
（Ａ）吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、
排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構と
を備える内燃機関の制御装置において、
前記外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行わせるための制御、及び前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせるための制御の一方が行われているときには他方を禁止する制御手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【００７５】
ここで、図２のルーチンにおけるステップ１１０，１２０，１６０，１７０の処理が制御手段に相当する。
上記の構成によれば、外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行わせるための制御が行われているときには、可変バルブタイミング機構により吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせるための制御が禁止される。従って、外部ＥＧＲ機構の制御を通じて外部ＥＧＲが活用されるときには、排気中のカーボン等の微粒子が吸気通路に再循環されるが、バルブオーバラップがないことから排気や未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されない。吸気通路には微粒子はあっても、その微粒子が付着される未燃ＨＣがないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００７６】
一方、可変バルブタイミング機構により吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせるための制御が行われているときには、外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行わせるための制御が禁止される。従って、可変バルブタイミング機構の制御を通じてバルブオーバラップによる内部ＥＧＲが活用されるときには、排気や未燃ＨＣが吸気通路に吹き返されるが、排気の再循環が停止されていることから、その吸気通路に排気中の微粒子がない。吸気通路には未燃ＨＣはあっても、その未燃ＨＣに付着する微粒子がないため、微粒子の未燃ＨＣへの付着に起因するデポジットの形成が抑制される。
【００７７】
このようにして、ＥＧＲ（外部ＥＧＲ、内部ＥＧＲ）によって窒素酸化物ＮＯｘの排出量を低減しつつも吸気通路にデポジットが形成されるのを抑制し、もってデポジットによって吸入空気量が変化するのを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンの制御装置の一実施形態について、その構成を示す略図。
【図２】可変バルブタイミング機構及び外部ＥＧＲ機構を制御する手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１７…吸気通路、１８…排気通路、１９…吸気バルブ、２０…排気バルブ、３１…外部ＥＧＲ機構、３２…ＥＧＲ通路、３４…可変バルブタイミング機構、４１…ＥＣＵ（ＥＧＲ運転領域判定手段、可変バルブタイミング機構制御手段、オーバラップ判定手段、ＥＧＲ機構制御手段、オーバラップ運転領域判定手段、外部ＥＧＲ停止判定手段）。
Claims (6)
- 吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、
排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構と
を備える内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が前記外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定するＥＧＲ運転領域判定手段と、
前記ＥＧＲ運転領域判定手段により外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されたときには、前記吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップをなくすように前記可変バルブタイミング機構を制御する可変バルブタイミング機構制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップがなくなっているか否かを判定するオーバラップ判定手段と、
前記オーバラップ判定手段によりバルブオーバラップがあると判定されたときには、前記外部ＥＧＲ機構による排気の再循環を禁止するように同外部ＥＧＲ機構を制御するＥＧＲ機構制御手段と
をさらに備える請求項１に記載の内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態が前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあるか否かを判定するオーバラップ運転領域判定手段をさらに備え、
前記可変バルブタイミング機構制御手段は、前記オーバラップ運転領域判定手段により両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されることを少なくとも条件に、前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせるように前記可変バルブタイミング機構を制御するものである請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。 - 吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ量を可変とする可変バルブタイミング機構と、
排気通路に接続されたＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を再循環させる外部ＥＧＲ機構と
を備える内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブ及び排気バルブの両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあるか否かを判定するオーバラップ運転領域判定手段と、
前記オーバラップ運転領域判定手段により両バルブタイミングをオーバラップさせる領域にあると判定されたときには、前記排気の再循環を停止するように前記外部ＥＧＲ機構を制御するＥＧＲ機構制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記排気の再循環が停止されたか否かを判定する外部ＥＧＲ停止判定手段と、
前記外部ＥＧＲ停止判定手段により再循環が行われていると判定されたときには、前記可変バルブタイミング機構による前記吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップを禁止するように同可変バルブタイミング機構を制御する可変バルブタイミング機構制御手段と
をさらに備える請求項４に記載の内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態が前記外部ＥＧＲ機構により排気の再循環を行う外部ＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定するＥＧＲ運転領域判定手段をさらに備え、
前記ＥＧＲ機構制御手段は、前記ＥＧＲ運転領域判定手段により外部ＥＧＲ運転領域にあると判定されることを少なくとも条件に、前記吸気通路に排気を再循環させるように前記外部ＥＧＲ機構を制御するものである請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2010019093A (ja) * | 2008-07-08 | 2010-01-28 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気再循環装置 |
| JP2010024901A (ja) * | 2008-07-16 | 2010-02-04 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| CN108869082A (zh) * | 2017-05-12 | 2018-11-23 | 现代自动车株式会社 | 用于控制低压egr系统的装置和方法 |
-
2003
- 2003-03-19 JP JP2003076627A patent/JP4114517B2/ja not_active Expired - Lifetime
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