JP2009114931A

JP2009114931A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2009114931A
Application number: JP2007288105A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Shinagawa; 知広品川; Yuichi Kato; 雄一加藤; Yohei Hosokawa; 陽平細川; Shingo Korenaga; 真吾是永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: JP4930332B2

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時に外部ＥＧＲガス量を急激に変化させず、燃費の向上を図る技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で高負荷領域側Ｈ手前の所定領域Ｐに移行した場合（Ｓ１０３−ｙｅｓ）に、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁の開弁時期が内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合よりも遅い遅開き且つ吸気弁の閉弁時期が内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合よりも遅い下死点近傍で閉じるタイミングとすると共に外部ＥＧＲガスを内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量へ向けて導入開始する（Ｓ１０４）。
【選択図】図８

Description

本発明は、吸気弁の開閉特性を変更する可変動弁機構と外部ＥＧＲ装置とを制御する内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の可変動弁機構として、吸気弁の開閉特性である開弁期間（バルブ作用角）の変更を行うバルブ作用角可変機構が知られている。また、内燃機関の排気通路から排気の一部を外部ＥＧＲガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路へ当該外部ＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置が知られている。

そして、内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合には、吸気弁のバルブ作用角を小作用角にして燃費の向上を図り、内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合には、吸気弁のバルブ作用角を大作用角にすると共に外部ＥＧＲガスを導入して、燃費の向上と共にＮＯｘの低減を図る技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−８９３４１号公報特開２０００−７３８０３号公報特開２００５−３５１１５４号公報

ところで、内燃機関の運転状態が低負荷領域側から高負荷領域側へ移行する際には、吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える。またこのとき、吸気弁のバルブ作用角の切り替えと同時に、外部ＥＧＲガスが大量に要求される。しかし、外部ＥＧＲガスは内燃機関に還流されるまでの還流経路が長いため、外部ＥＧＲガスを導入開始してからも実際に内燃機関に外部ＥＧＲガスが到達するまでには時間がかかり、内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関に供給されるまでに還流遅れが生じている。

よって、内燃機関の運転状態が高負荷領域側へ移行した直後、すなわち吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替えた直後は、外部ＥＧＲガスが不足してしまう。すると、外部ＥＧＲガスの不足に起因して内燃機関の筒内ガスの熱容量が大きくならず、燃焼温度が低下せず、冷却損失が低下しない。このため、冷却損失が低下することで得られる燃費の向上の効果が得られなくなる。また、内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関に供給されるまでの還流遅れが生じている間は、吸入空気量の制御が変動する外部ＥＧＲガスの導入量に対応しなければならないことから制御が困難になり、これによっても燃費悪化が改善できなくなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の制御装置において、吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時に外部ＥＧＲガス量を急激に変化させず、燃費の向上を図る技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
吸気弁のバルブ作用角を少なくとも２段階に切り替え可能な吸気弁バルブ作用角可変機構と、
前記吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気弁バルブタイミング可変機構と、
内燃機関の排気通路から排気の一部を外部ＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の
吸気通路へ当該外部ＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置と、
を備え、
前記内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合には、前記吸気弁のバルブ作用角を小作用角とすると共に前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングとし、
前記内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合には、前記吸気弁のバルブ作用角を大作用角とすると共に前記外部ＥＧＲガスを前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも多く還流させる内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の開閉時期が前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅角されるタイミングとすると共に前記外部ＥＧＲガスを前記内燃機関の運転状態が前記高負荷領域側にある場合に要求される要求量へ向けて導入開始することを特徴とする内燃機関の制御装置である。

内燃機関の運転状態が低負荷領域側から高負荷領域側へ移行する際には、吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える。またこのとき、吸気弁のバルブ作用角の切り替えと同時に、内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合よりも多くの外部ＥＧＲガスが大量に要求される。しかし、外部ＥＧＲガスは内燃機関に還流されるまでの還流経路が長いため、外部ＥＧＲガスを導入開始してからも実際に内燃機関に外部ＥＧＲガスが到達するまでには時間がかかり、内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関に供給されるまでに還流遅れが生じている。

これに対し、内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある時から少しずつ外部ＥＧＲガスを導入し、吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替えた時に内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関に供給できるようにしておくことも考えられる。しかし、内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合には、吸気弁のバルブ作用角が小作用角であり、早期に吸気流動がなくなるので、内燃機関の筒内ガスの乱れが少ししか形成できない。このため、燃焼悪化要因に対する耐性が低い。外部ＥＧＲガスの導入は燃焼悪化要因であるため、燃焼悪化要因に対する耐性が低い状態では大量に外部ＥＧＲガスを導入することはできない。したがって、吸気弁のバルブ作用角が小作用角である場合には、内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスを導入することは困難と考えられていた。

そこで、本発明では、内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁の開閉時期が内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合よりも遅角されるタイミングとすると共に外部ＥＧＲガスを内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量へ向けて導入開始することとした。

ここで、所定領域とは、内燃機関の運転状態が低負荷領域側内にあるものであって、運転状態がそれよりも高負荷方向へ移行すると、運転状態が高負荷領域側へ移行する高負荷
領域側手前の領域である。

本発明によると、内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で所定領域に移行した場合に、外部ＥＧＲガスを内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量へ向けて導入開始し、外部ＥＧＲガスを増量する。このため、内燃機関の運転状態が所定領域から実際に高負荷領域側に移行する時には、内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量に近い量の外部ＥＧＲガスが導入済みとなる。したがって、内燃機関の運転状態が高負荷領域側へ移行した直後、すなわち吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替えた直後には、外部ＥＧＲガスの不足が生じない。よって、十分な外部ＥＧＲガスが導入されて内燃機関の筒内ガスの熱容量が大きくなり、燃焼温度が低下し、冷却損失が低下する。このため、冷却損失が低下することで燃費の向上の効果が得られる。また、内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関に供給されるまでに還流遅れが生じないので、吸入空気量の制御が容易になり、これによっても燃費悪化を改善できる。

しかし、上記のように内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で所定領域に移行した場合に、外部ＥＧＲガスを増量することは燃焼悪化要因であり、このままでは燃焼が悪化するおそれがある。そこで、本発明によると、内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で所定領域に移行した場合に、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁の開閉時期が内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合よりも遅角されるタイミングとする。これによると、吸気弁の開弁時期を遅開きにでき、吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにできる。このため、吸気弁の開弁時期を遅開きにすることによって、吸気弁開弁時に吸気弁を通過する吸気による摩擦損失が温度に変換され内燃機関の筒内温度が上昇する。また、吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにすることによって、実圧縮比が上がり内燃機関の筒内温度が上昇する。このような２つの要因によって内燃機関の筒内温度が上昇することによって、燃焼が良化し、燃焼悪化要因に対して耐性が高くなる。したがって、本発明では燃焼悪化要因に対して耐性が高いので、燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスを増量しても燃焼が悪化せず、要求量近くの大量の外部ＥＧＲガスを導入できる。

以上のように本発明によると、吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時に外部ＥＧＲガス量を急激に変化させず、スムースに大量の外部ＥＧＲガスを導入でき、吸気弁のバルブ作用角を大作用角へ切り替え直後の燃費の向上を図ることができる。

前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の開弁時期が前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅い遅開き且つ前記吸気弁の閉弁時期が前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅い下死点近傍で閉じるタイミングとするとよい。

本発明によると、内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で所定領域に移行した場合に、吸気弁の開弁時期を遅開きにし、吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにする。したがって、吸気弁の開弁時期を遅開きにすることによって、吸気弁開弁時に吸気弁を通過する吸気による摩擦損失が温度に変換され内燃機関の筒内温度が上昇する。また、吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにすることによって、実圧縮比が上がり内燃機関の筒内温度が上昇する。このような２つの要因によって内燃機関の筒内温度が上昇することによって、燃焼が良化し、燃焼悪化要因に対して耐性を高くすることができる。

前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の開閉時期が前記内燃機関の
運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅角されるタイミングとするときの前記吸気弁の開閉時期の遅角量は、前記内燃機関の機関回転数に応じて変更されるとよい。

本発明によると、吸気弁の開閉時期の遅角量を内燃機関の機関回転数に応じて変更する。

内燃機関の運転状態が所定領域に移行した場合において、内燃機関の機関回転数が高いときには、内燃機関の筒内ガスの乱れが発生し易く、燃焼悪化要因に対する耐性が高い。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるための吸気弁の開閉時期の遅角量を減少させることができる。よって、吸気弁の開閉時期の遅角量を減少させて、吸気弁の閉弁時期をできるだけ早閉じ側とすることで、ポンプ損失を低減し、燃費の低下を抑制できる。

一方、内燃機関の運転状態が所定領域に移行した場合において、内燃機関の機関回転数が低いときには、内燃機関の筒内ガスの乱れが発生し難く、燃焼悪化要因に対する耐性が低い。また、内燃機関の運転状態がこの場合から高負荷領域側に移行すると、移行直後に内燃機関の運転状態が低回転高負荷のノックが発生し易い状態となるので、ノックの発生を抑制するためより大量の外部ＥＧＲガスが要求される。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を最大限高めるために、吸気弁の開閉時期の遅角量を、吸気弁の開弁時期を遅開き且つ吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけるよう増加させたい。よって、吸気弁の開閉時期の遅角量を増加させて、吸気弁の開弁時期を遅開き且つ吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけることで、燃焼悪化要因に対する耐性をより高めることができる。

このように、本発明によると、内燃機関の機関回転数が高いときには若干でも燃費低下を抑制できると共に、外部ＥＧＲガスを導入するための燃焼悪化要因に対する耐性を高めた状態に維持することができる。

前記遅角量は、前記内燃機関の機関回転数が低くなる程増加するとよい。

本発明によると、内燃機関の機関回転数が高いときには、吸気弁の開閉時期の遅角量を減少させて、吸気弁の閉弁時期をできるだけ早閉じ側とすることで、ポンプ損失を低減し、燃費の低下を抑制できる。また内燃機関の機関回転数が低いときには、吸気弁の開閉時期の遅角量を増加させて、吸気弁の開弁時期を遅開き且つ吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけることで、燃焼悪化要因に対する耐性をより高めることができる。

前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の開閉時期が前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅角されるタイミングとするときの前記吸気弁の開閉時期の遅角量は、外部ＥＧＲガスの前記要求量に応じて変更されるとよい。

本発明によると、吸気弁の開閉時期の遅角量を外部ＥＧＲガスの要求量に応じて変更する。

外部ＥＧＲガスの要求量が少ないときには、燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスの増加量は少なく、燃焼悪化要因に対する耐性が比較的低くてもよい。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるための吸気弁の開閉時期の遅角量を減少させることができる。よって、吸気弁の開閉時期の遅角量を減少させて、吸気弁の閉弁時期をできるだけ早閉じ側とすることで、ポンプ損失を低減し、燃費の低下を抑制できる。

一方、外部ＥＧＲガスの要求量が多いときには、燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスの増加量は多く、燃焼悪化要因に対する耐性ができるだけ高い方がよい。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を最大限高めるために、吸気弁の開閉時期の遅角量を、吸気弁の開弁時期を遅開き且つ吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけるよう増加させたい。よって、吸気弁の開閉時期の遅角量を増加させて、吸気弁の開弁時期を遅開き且つ吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけることで、燃焼悪化要因に対する耐性をより高めることができる。

このように、本発明によると、外部ＥＧＲガスの要求量が少ないときには若干でも燃費低下を抑制できる。

前記遅角量は、外部ＥＧＲガスの前記要求量が多くなる程増加するとよい。

本発明によると、外部ＥＧＲガスの要求量が少ないときには、吸気弁の開閉時期の遅角量を減少させて、吸気弁の閉弁時期をできるだけ早閉じ側とすることで、ポンプ損失を低減し、燃費の低下を抑制できる。また外部ＥＧＲガスの要求量が多いときには、吸気弁の開閉時期の遅角量を増加させて、吸気弁の開弁時期を遅開き且つ吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけることで、燃焼悪化要因に対する耐性をより高めることができる。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
吸気弁のバルブ作用角を少なくとも２段階に切り替え可能な吸気弁バルブ作用角可変機構と、
前記吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気弁バルブタイミング可変機構と、
内燃機関の排気通路から排気の一部を外部ＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該外部ＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置と、
を備え、
前記内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合には、前記吸気弁のバルブ作用角を小作用角とすると共に前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングとし、
前記内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合には、前記吸気弁のバルブ作用角を大作用角とすると共に前記外部ＥＧＲガスを前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも多く還流させる内燃機関の制御装置であって、
前記外部ＥＧＲ装置は、当該外部ＥＧＲ装置内を流通する前記外部ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、当該外部ＥＧＲ装置内を流通する前記外部ＥＧＲガスに前記ＥＧＲクーラを迂回させるバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、を有し、
前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記外部ＥＧＲガスを前記内燃機関の運転状態が前記高負荷領域側にある場合に要求される要求量へ向けて導入開始し、導入された外部ＥＧＲガス量が前記内燃機関の燃焼状態を悪化させないために前記外部ＥＧＲガスの温度を上昇させる必要が生じる閾値となる所定量に達すると、前記バイパス弁を開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置である。

本発明では、内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、外部ＥＧＲガスを内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合に要求される要求量へ向けて導入開始し、導入された外部ＥＧＲガス量が内燃機関の燃焼状態を悪化させないために外部ＥＧＲガスの温度を上昇させる必要が生じる閾値となる所定量に達すると、バイパス弁を開弁することとした。

ここで、所定量とは、それ以上の外部ＥＧＲガス量が導入されると、導入された外部ＥＧＲガス量が内燃機関の燃焼状態を悪化させないために外部ＥＧＲガスの温度を上昇させる必要が生じる閾値となる外部ＥＧＲガス量である。

しかし、上記のように内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で所定領域に移行した場合に、外部ＥＧＲガスを増量することは燃焼悪化要因であり、このままでは燃焼が悪化するおそれがある。そこで、本発明によると、導入された外部ＥＧＲガス量が所定量に達すると、バイパス弁を開弁する。これによると、外部ＥＧＲガスにＥＧＲクーラを迂回させ、外部ＥＧＲガスはバイパス通路を通過する。このようにＥＧＲクーラを迂回した外部ＥＧＲガスはＥＧＲクーラで冷却されないため高温である。よって、高温の外部ＥＧＲガスが内燃機関に導入されることになる。高温の外部ＥＧＲガスが導入されると、高温の外部ＥＧＲガスの熱容量が小さいので、内燃機関の筒内温度が上昇する。これによって内燃機関の筒内温度が上昇することによって、燃焼が良化し、燃焼悪化要因に対して耐性が高くなる。したがって、本発明では燃焼悪化要因に対して耐性が高いので、燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスを増量しても燃焼が悪化せず、要求量近くの大量の外部ＥＧＲガスを導入できる。

ここで、本発明では、内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で所定領域に移行した場合に、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングに維持したままである。このため、内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で所定領域に移行した場合であっても、吸気弁の閉弁時期を下死点よりも早い早閉じとすることで、ポンプ損失を低減し、燃費の向上を図ることができる。

以上のように本発明によると、吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時に外部ＥＧＲガス量を急激に変化させず、スムースに大量の外部ＥＧＲガスを導入でき、吸気弁のバルブ作用角を大作用角へ切り替え前後の燃費の向上を図ることができる。

本発明によると、内燃機関の制御装置において、吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時に外部ＥＧＲガス量を急激に変化させず、燃費の向上を図ることができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリンを燃料とする火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。

内燃機関１のシリンダヘッド２には、燃焼室３に連通する吸気ポート４と排気ポート５とが各々設けられている。シリンダヘッド２には、吸気ポート４を開閉する吸気弁６と、排気ポート５を開閉する排気弁７とが設けられている。

吸気弁６には、当該吸気弁６の開閉特性を変更する可変動弁機構が設けられている。この可変動弁機構として、吸気弁６の開閉特性である開弁期間（バルブ作用角）の変更を行う吸気弁バルブ作用角可変機構８と、吸気弁６の開閉特性である開閉時期（バルブタイミング）の変更を行う吸気弁バルブタイミング可変機構９とを備えている。

本実施例における吸気弁バルブ作用角可変機構８は、吸気弁６のリフト量と共にバルブ作用角を２段階に変更する機構である。ここでは、吸気弁６のリフト量及びバルブ作用角が小さい方を小作用角、吸気弁６のリフト量及びバルブ作用角が大きい方を大作用角という。

なお、本実施例では、吸気弁バルブ作用角可変機構８は、吸気弁６のリフト量と共にバルブ作用角を２段階に変更するだけの機構であったが、本発明としては、バルブ作用角を少なくとも２段階に変更できればよく、例えば、バルブ作用角を２段階以上の３段階などに変更できるものにも適用できるし、バルブ作用角を連続的に変更できるものでもバルブ作用角を瞬間的に大きさの離れた作用角に変更する場合に適用できる。

一方、本実施例における吸気弁バルブタイミング可変機構９は、吸気弁６のバルブ作用角を一定に維持したまま吸気弁６の開閉タイミングを連続的に変更する機構である。

シリンダヘッド２には、内燃機関１の筒内にて火花を発生する点火プラグ１０が設けられている。

シリンダヘッド２には、吸気ポート４に連通する吸気管１１と、排気ポート５に連通する排気管１２とが接続されている。また、吸気管１１には、吸気ポート４へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１３が設けられている。吸気管１１には、エアフローメータ１４が設けられている。

内燃機関１には、排気管１２内を流通する排気の一部を吸気管１１へ還流させる外部ＥＧＲ装置３０が備えられている。この外部ＥＧＲ装置３０は、外部ＥＧＲ通路３１、外部ＥＧＲ弁３２、及び外部ＥＧＲクーラ３３を有して構成されている。

外部ＥＧＲ通路３１は、排気管１２と吸気管１１とを接続している。この外部ＥＧＲ通路３１を通って、排気が内燃機関１へ送り込まれる。本実施例では、外部ＥＧＲ通路３１を流通して還流される排気を外部ＥＧＲガスと称している。

外部ＥＧＲ弁３２は、外部ＥＧＲ通路３１に配置され、外部ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該外部ＥＧＲ通路３１を流れる外部ＥＧＲガスの量を調節する。

外部ＥＧＲクーラ３３は、外部ＥＧＲ通路３１に配置され、該外部ＥＧＲクーラ３３を通過する外部ＥＧＲガスと内燃機関１の機関冷却水とで熱交換をして、該外部ＥＧＲガスの温度を低下させる。本実施例における外部ＥＧＲクーラ３３が本発明のＥＧＲクーラに
相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１５が併設されている。このＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１５には、エアフローメータ１４、内燃機関１に取り付けられた水温センサ１６及びクランクポジションセンサ１７などの各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１５に入力されるようになっている。

ＥＣＵ１５は、各種センサの出力信号に基づいて、吸気弁バルブ作用角可変機構８、吸気弁バルブタイミング可変機構９、点火プラグ１０、燃料噴射弁１３、及び外部ＥＧＲ弁３２を電気的に制御することが可能になっている。

次に、従来における内燃機関１の運転状態に応じた制御について説明する。図２は、従来における内燃機関１の運転状態に応じた制御状態を例示した概略図である。図２の横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。

図２において、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌでは、吸入空気量が少なくてすむので、吸気弁６のバルブ作用角に小作用角が選択される。またこれと共に、ポンプ損失を低減して燃費を向上するために、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングに設定される。さらに燃費を向上するために、外部ＥＧＲガスを内燃機関１に供給する場合もある。

一方、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈでは、吸入空気量が多く必要なので、吸気弁６のバルブ作用角に大作用角が選択される。またこれと共に、内燃機関１の筒内ガスの熱容量を大きくし燃焼温度を低下させて冷却損失を低下させ燃費を向上するために、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合に比して大量の外部ＥＧＲガスを内燃機関１に供給する。

このような図２に示す制御状態を実現するため、内燃機関１の運転状態に応じて、吸気弁バルブ作用角可変機構８、吸気弁バルブタイミング可変機構９、及び外部ＥＧＲ弁３２を適宜制御するようにしている。

ところで、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌから高負荷領域側Ｈへ移行する際には、吸気弁バルブ作用角可変機構８を用いて吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える。またこのとき、吸気弁６のバルブ作用角の切り替えと同時に、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも多くの外部ＥＧＲガスが大量に要求される。

図３は、従来において吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時の外部ＥＧＲガス量の時間変化を示す図である。図３中実細線が外部ＥＧＲガスの要求量（目標量）であり、実太線が実際の外部ＥＧＲガス量である。

図３に示すように、吸気弁６のバルブ作用角の切り替えと同時に、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも多くの要求量の外部ＥＧＲガスが要求される。しかし、外部ＥＧＲガスは内燃機関１に還流されるまでの還流経路が長いため、外部ＥＧＲ弁３２を開き側に制御して外部ＥＧＲガスを導入開始してからも実際に内燃機関１に外部ＥＧＲガスが到達するまでには時間がかかり、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関１に供給されるまでに還流遅れが
生じている。このため、図３に示すように、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え時点以後に徐々に外部ＥＧＲガス量が要求量に向けて増加することになる。

よって、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈへ移行した直後、すなわち吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替えた直後は、外部ＥＧＲガスが不足してしまう。すると、外部ＥＧＲガスの不足に起因して内燃機関１の筒内ガスの熱容量が大きくならず、燃焼温度が低下せず、冷却損失が低下しない。このため、冷却損失が低下することで得られる燃費の向上の効果が得られなくなる。また、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関１に供給されるまでの還流遅れが生じている間は、吸入空気量の制御が変動する外部ＥＧＲガスの導入量に対応しなければならないことから制御が困難になり、これによっても燃費悪化が改善できなくなる。加えて、外部ＥＧＲガスの不足に起因してトルクショックが生じることも懸念される。

これに対し、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある時から少しずつ外部ＥＧＲガスを導入し、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替えた時に内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関１に供給できるようにしておくことも考えられる。しかし、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合には、吸気弁６のバルブ作用角が小作用角であり、早期に吸気流動がなくなるので、内燃機関１の筒内ガスの乱れが少ししか形成できない。このため、燃焼悪化要因に対する耐性が低い。外部ＥＧＲガスの導入は燃焼悪化要因であるため、燃焼悪化要因に対する耐性が低い状態では大量に外部ＥＧＲガスを導入することはできない。これにもかかわらず燃焼悪化要因に対する耐性が低い状態で外部ＥＧＲガスを大量に導入すれば、燃焼変動が大きくなり、最悪の場合には失火し機関停止に至ってしまうおそれもある。したがって、吸気弁６のバルブ作用角が小作用角である場合には、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスを導入することは困難と考えられていた。

そこで、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で高負荷領域側Ｈ手前の所定領域Ｐに移行した場合に、吸気弁バルブタイミング可変機構９を用いて吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の開弁時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅い遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅い下死点近傍で閉じるタイミングとするようにした。またこれと同時に、外部ＥＧＲ弁３２を開き側に制御して外部ＥＧＲガスを内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量へ向けて導入開始するようにした。

具体的な本実施例における内燃機関１の運転状態に応じた制御について説明する。図４は、本実施例における内燃機関１の運転状態に応じた制御状態を例示した概略図である。図４の横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。

所定領域Ｐは、図４に示すように、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内にあるものであって、運転状態がそれよりも高負荷方向へ移行すると、運転状態が高負荷領域側Ｈへ移行する高負荷領域側Ｈ手前の領域である。

図４において、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐよりも低負荷側である低負荷領域側Ｌでは、従来と同様に、吸入空気量が少なくてすむので、吸気弁６のバルブ作用角に小作用角が選択される。またこれと共に、ポンプ損失を低減して燃費を向上するために、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングに設定される。さらに燃費を向上するために、外部ＥＧＲガスを内燃機関１に供給する場合
がある。

一方、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈでは、従来と同様に、吸入空気量が多く必要なので、吸気弁６のバルブ作用角に大作用角が選択される。またこれと共に、内燃機関１の筒内ガスの熱容量を大きくし燃焼温度を低下させて冷却損失を低下させ燃費を向上するために、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合に比して大量の外部ＥＧＲガスを内燃機関１に供給する。

そして、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合に、吸気弁６のバルブ作用角に小作用角が選択されたまま、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の開弁時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅い遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅い下死点近傍で閉じるタイミングに設定される。またこれと同時に、外部ＥＧＲガスを内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量へ向けて導入開始する。

図５は、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合に吸気弁６のバルブタイミングを変更する様子を説明する図である。本実施例では、図５に示すように、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合に、吸気弁バルブタイミング可変機構９により、吸気弁６のバルブタイミングを、移行前の吸気弁６の閉弁時期（ＩＶＣ）が下死点よりも早い早閉じから、移行後の吸気弁６の開弁時期（ＩＶＯ）を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期（ＩＶＣ）を下死点近傍閉じにするバルブタイミングに制御する。

つまり、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合に、吸気弁６の開弁時期が遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期が下死点近傍閉じとなる。これにより、吸気弁６の開弁時期を遅開きにすることによって、吸気弁開弁時に吸気弁６を通過する吸気による摩擦損失が温度に変換され内燃機関１の筒内温度が上昇する。また、吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにすることによって、実圧縮比が上がり内燃機関１の筒内温度が上昇する。このような２つの要因によって内燃機関１の筒内温度が上昇することによって、燃焼が良化し、燃焼悪化要因に対して耐性が高くなる。

図６は、吸気弁６の閉弁時期（ＩＶＣ）を下死点よりも早い早閉じの場合と、本実施例のように吸気弁６の開弁時期（ＩＶＯ）を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期（ＩＶＣ）を下死点近傍閉じにする場合とにおける、燃焼変動が大きくなるまでの外部ＥＧＲガス量を示す図である。図６中破線が吸気弁６の閉弁時期を下死点よりも早い早閉じの場合の特性を示し、実線が吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにする場合の特性を示す。

図６に示すように、吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにすると、吸気弁６の閉弁時期を下死点よりも早い早閉じにする場合に比して燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスを大幅に増量しても燃焼変動が大きくなり難い。このように吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じとする場合には、燃焼悪化要因に対して耐性が高いため、要求量近くの大量の外部ＥＧＲガスを導入できる。

以上のように要求量近くの大量の外部ＥＧＲガスを導入できるので、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内の所定領域Ｐにある場合に、外部ＥＧＲガスを内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量へ向けて導入開始する。

図７は、本実施例において吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時の外部ＥＧＲガス量の時間変化を示す図である。図７中実細線が外部ＥＧＲガスの要求量（目標量）であり、実太線が実際の外部ＥＧＲガス量である。

図７に示すように、本実施例では、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐにある場合、すなわち内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈに移行する前に、外部ＥＧＲガスが増量される。このため、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐから実際に高負荷領域側Ｈに移行する時には、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量に近い量の外部ＥＧＲガスが導入済みとなる。よって、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈへ移行する時点、すなわち吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時点では、要求量と実際の外部ＥＧＲガス量とのずれがほとんどない。したがって、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈへ移行した直後、すなわち吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替えた直後には、外部ＥＧＲガスの不足が生じない。よって、十分な外部ＥＧＲガスが導入されて内燃機関１の筒内ガスの熱容量が大きくなり、燃焼温度が低下し、冷却損失が低下する。このため、冷却損失が低下することで燃費が向上できる。また、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関１に供給されるまでに還流遅れが生じないので、吸入空気量の制御が容易になり、これによっても燃費悪化を改善できる。加えて、外部ＥＧＲガスの不足に起因したトルクショックが生じる懸念もなくなる。

次に、本実施例による内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌから高負荷領域側Ｈに移行する際の制御ルーチンについて説明する。図８は、本実施例による内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌから高負荷領域側Ｈに移行する際の制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐを含まない低負荷領域側Ｌに存在するか否か判別する。

具体的には、内燃機関１の運転状態を予め実験などから求めた図４のマップに当てはめ、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐを含まない低負荷領域側Ｌに存在するか判断する。

ステップＳ１０１において内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐを含まない低負荷領域側Ｌに存在すると肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。ステップＳ１０１において内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐを含まない低負荷領域側Ｌに存在しないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐを含まない低負荷領域側Ｌである場合における低負荷領域側モードの制御を実施する。

低負荷領域側モードは、吸気弁バルブ作用角可変機構８を用いて吸気弁６のバルブ作用角を小作用角にする。またこれと共に、吸気弁バルブタイミング可変機構９を用いて吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングとする。なお、低負荷領域側モードであっても、外部ＥＧＲ弁３２を幾分開き側に制御して燃費向上のために内燃機関１の運転状態に応じて要求される要求量の外部ＥＧＲガスを内燃機関１に供給する場合がある。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行したか否か判別する。

具体的には、内燃機関１の運転状態を予め実験などから求めた図４のマップに当てはめ、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行したか判断する。

ステップＳ１０３において内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐに移行したと肯定判定された場合には、ステップＳ１０４へ移行する。ステップＳ１０３において内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐに移行しないと否定判定された場合には、ステップＳ１０２へ戻る。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐである場合における所定領域モードの制御を実施する。

所定領域モードは、吸気弁バルブタイミング可変機構９を用いて吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の開弁時期が遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期が下死点近傍で閉じるタイミングとする。またこれと共に、外部ＥＧＲ弁３２を開き側に制御して内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合に比して大量の外部ＥＧＲガスであって内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスを導入開始する。所定領域モードでは、吸気弁６のバルブ作用角は小作用角に維持したままである。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐよりも高負荷側の高負荷領域側Ｈに移行したか否か判別する。

具体的には、内燃機関１の運転状態を予め実験などから求めた図４のマップに当てはめ、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐよりも高負荷側の高負荷領域側Ｈに移行したか判断する。

ステップＳ１０５において内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈに移行したと肯定判定された場合には、ステップＳ１０６へ移行する。ステップＳ１０５において内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈに移行しないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈである場合における高負荷領域側モードの制御を行う。

高負荷領域側モードは、吸気弁バルブ作用角可変機構８を用いて吸気弁６のバルブ作用角を大作用角にする。またこれと共に、外部ＥＧＲ弁３２を開き側に制御して内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合に比して大量の外部ＥＧＲガスであって内燃機関１の運転状態に応じて要求される要求量の外部ＥＧＲガスを内燃機関１に供給する。なお、外部ＥＧＲガスは、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐにあるときから外部ＥＧＲ弁３２が開き側に制御されて導入開始されているため、高負荷領域側モード移行直後から十分な外部ＥＧＲガス量が内燃機関に供給されている。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

以上の制御ルーチンを実行することにより、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時に外部ＥＧＲガス量を急激に変化させず、スムースに大量の外部ＥＧＲガスを導入でき、吸気弁６のバルブ作用角を大作用角へ切り替え直後の燃費の向上を図ることができる。

なお、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で高負荷領域側Ｈ手前の所定領域Ｐに移行した場合に、吸気弁バルブタイミング可変機構９を用いて吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の開弁時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅い遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ
にある場合よりも遅い下死点近傍で閉じるタイミングとするようにした。しかし、これに限られず、外部ＥＧＲガスを大量に導入可能なように燃焼悪化要因に対する耐性を高めることができれば、吸気弁６のバルブタイミングは吸気弁６の開閉時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅角するタイミングであればよい。

＜実施例２＞
次に、実施例２について説明する。ここでは、上述した実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合には、可能であれば吸気弁６の閉弁時期を下死点よりも早い早閉じとし、ポンプ損失を低減して燃費を向上したい。しかし、実施例１では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるため、吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁の閉弁時期を下死点近傍閉じにする。このため、実施例１では、ポンプ損失を低減できず、一律に燃費向上の効果が得られなくなってしまう。

しかし、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合において、内燃機関１の機関回転数が高いときには、内燃機関１の筒内ガスの乱れが発生し易く、燃焼悪化要因に対する耐性が高い。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるための吸気弁６の開閉時期の遅角量を減少させて、吸気弁６の閉弁時期をできるだけ早閉じ側とすることで、ポンプ損失を低減し、できるだけ燃費の低下を抑制したい。

一方、内燃機関１の低負荷領域側Ｌ内で運転状態が所定領域Ｐに移行した場合において、内燃機関１の機関回転数が低いときには、内燃機関１の筒内ガスの乱れが発生し難く、燃焼悪化要因に対する耐性が低い。また、内燃機関１の運転状態がこの場合から高負荷領域側Ｈに移行すると、移行直後に内燃機関１の運転状態が低回転高負荷のノックが発生し易い状態となるので、ノックの発生を抑制するためより大量の外部ＥＧＲガスが要求される。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を最大限高めるために、吸気弁６の開閉時期の遅角量を、吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけるよう増加させたい。

そこで、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合に、吸気弁バルブタイミング可変機構９を用いて吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の開閉時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅角されるタイミングとするときの吸気弁６の開閉時期の遅角量を、内燃機関１の機関回転数が低くなる程増加させるようにした。

本実施例によると、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域に移行した場合において、内燃機関１の機関回転数が高いときには、内燃機関１の筒内ガスの乱れが発生し易く、燃焼悪化要因に対する耐性が高い。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるための吸気弁６の開閉時期の遅角量を減少させて、吸気弁６の閉弁時期をできるだけ早閉じ側とすることで、ポンプ損失を低減し、燃費の低下を抑制できる。

一方、本実施例によると、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合において、内燃機関１の機関回転数が低いときには、内燃機関１の筒内ガスの乱れが発生し難く、燃焼悪化要因に対する耐性が低い。また、内燃機関１の運転状態がこの場合から高負荷領域側Ｈに移行すると、移行直後に内燃機関１の運転状態が低回転高負荷のノックが発生し易い状態となるので、ノックの発生を抑制するためより大量の外部ＥＧＲガスが要求される。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を最大限高
めるために、吸気弁６の開閉時期の遅角量を増加させて、吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけることで、燃焼悪化要因に対する耐性をより高めることができる。

次に、本実施例による内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌから高負荷領域側Ｈに移行する際の制御ルーチンについて説明する。本実施例による内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌから高負荷領域側Ｈに移行する際の制御ルーチンは、実施例１の図８と同様なものである。以下の説明では、実施例１と異なるステップＳ１０４についてのみ説明する。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐである場合における所定領域モードの制御を行う。

本実施例における所定領域モードは、吸気弁バルブタイミング可変機構９を用いて吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の開閉時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅角され且つその遅角量が内燃機関１の機関回転数が低くなる程増加するタイミングとする。ここで、吸気弁６の開閉時期の遅角量は、予め実験などで求めておいた図９に示すような内燃機関１の機関回転数と吸気弁６の開閉時期の遅角量との相関関係を表すマップに内燃機関１の機関回転数を取り込むことで求めることができる。またこれと共に、外部ＥＧＲ弁３２を開き側に制御して内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合に比して大量の外部ＥＧＲガスであって内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスを導入開始する。所定領域モードでは、吸気弁６のバルブ作用角は小作用角に維持したままである。

以上のように、本実施例によると、内燃機関１の機関回転数が高いときには若干でも燃費低下を抑制できると共に、外部ＥＧＲガスを導入するための燃焼悪化要因に対する耐性を高めた状態に維持することができる。

＜実施例３＞
次に、実施例３について説明する。ここでは、上述した実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合には、可能であれば吸気弁６の閉弁時期を下死点よりも早い早閉じとし、ポンプ損失を低減して燃費を向上したい。しかし、実施例１では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるため、吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにする。このため、実施例１では、ポンプ損失を低減できず、一律に燃費向上の効果が得られなくなってしまう。

ここで、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合において、その所定領域Ｐから移行する高負荷領域側Ｈで要求される外部ＥＧＲガスの要求量は変動する。そして、外部ＥＧＲガスの要求量が少ないときには、燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスの増加量は少なく、燃焼悪化要因に対する耐性が比較的低くてもよい。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるための吸気弁６の開閉時期の遅角量を減少させて、吸気弁６の閉弁時期をできるだけ早閉じ側とすることで、ポンプ損失を低減し、できるだけ燃費の低下を抑制したい。

一方、外部ＥＧＲガスの要求量が多いときには、燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスの増加量は多く、燃焼悪化要因に対する耐性ができるだけ高い方がよい。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を最大限高めるために、吸気弁６の開閉時期の遅角量
を、吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけるよう増加させたい。

そこで、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合に、吸気弁バルブタイミング可変機構９を用いて吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の開閉時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅角されるタイミングとするときの吸気弁６の開閉時期の遅角量を、所定領域Ｐからさらに高負荷方向に移行した場合の高負荷領域側Ｈで要求される外部ＥＧＲガスの要求量が多くなる程増加させるようにした。

本実施例によると、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合において、外部ＥＧＲガスの要求量が少ないときには、燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスの増加量は少なく、燃焼悪化要因に対する耐性が比較的低くてもよい。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるための吸気弁６の開閉時期の遅角量を減少させて、吸気弁６の閉弁時期をできるだけ早閉じ側とすることで、ポンプ損失を低減し、燃費の低下を抑制できる。

一方、本実施例によると、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合において、外部ＥＧＲガスの要求量が多いときには、燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスの増加量は多く、燃焼悪化要因に対する耐性ができるだけ高い方がよい。このため、この場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を最大限高めるために、吸気弁６の開閉時期の遅角量を増加させて、吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにできるだけ近づけることで、燃焼悪化要因に対する耐性をより高めることができる。

本実施例における所定領域モードは、吸気弁バルブタイミング可変機構９を用いて吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の開閉時期が内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合よりも遅角され且つその遅角量が所定領域Ｐからさらに高負荷方向に移行いた場合の高負荷領域側Ｈで要求される外部ＥＧＲガスの要求量が多くなる程増加するタイミングとする。ここで、吸気弁６の開閉時期の遅角量は、予め実験などで求めておいた図１０に示すような外部ＥＧＲガスの要求量と吸気弁６の開閉時期の遅角量との相関関係を表すマップに外部ＥＧＲガスの要求量を取り込むことで求めることができる。またこれと共に、外部ＥＧＲ弁３２を開き側に制御して当該要求量の外部ＥＧＲガスを導入開始する。所定領域モードでは、吸気弁６のバルブ作用角は小作用角に維持したままである。

以上のように、本実施例によると、外部ＥＧＲガスの要求量が少ないときには若干でも燃費低下を抑制できる。

＜実施例４＞
次に、実施例４について説明する。ここでは、上述した実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

図１１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。

本実施例では、外部ＥＧＲ装置３０に、外部ＥＧＲ装置３０内を流通する外部ＥＧＲガスに外部ＥＧＲクーラ３３を迂回させるバイパス通路３４と、バイパス通路３４を開閉するバイパス弁３５と、を有している。

バイパス通路３４は、外部ＥＧＲクーラ３３の直上流側及び直下流側の外部ＥＧＲ通路３１に接続されており、外部ＥＧＲガスに外部ＥＧＲクーラ３３を迂回させることができる。

バイパス弁３５は、バイパス通路３４内に配置され、バイパス通路３４に外部ＥＧＲガスを流通させるために開弁し、バイパス通路３４における外部ＥＧＲガスの流通を阻止するために閉弁する。ＥＣＵ１５は、各種センサの出力信号に基づいて、バイパス弁３５を電気的に制御することが可能になっている。

ところで、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合には、可能であれば吸気弁の閉弁時期を下死点よりも早い早閉じとし、ポンプ損失を低減して燃費を向上したい。しかし、実施例１では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合には、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるため、吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにする。このため、実施例１では、ポンプ損失を低減できず、一律に燃費向上の効果が得られなくなってしまう。

ここで、内燃機関１に還流される外部ＥＧＲガスの温度が高温であると、高温の外部ＥＧＲガスの熱容量が小さいので、内燃機関１の筒内温度が上昇する。これによって内燃機関１の筒内温度が上昇することによって、燃焼が良化し、燃焼悪化要因に対して耐性が高くなる。このため、外部ＥＧＲガスの温度が高温であれば、燃焼悪化要因に対する耐性を高めるために吸気弁６の開弁時期を遅開き且つ吸気弁６の閉弁時期を下死点近傍閉じにする必要が無くなる。

そこで、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合に、外部ＥＧＲガスを内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量へ向けて導入開始し、導入された外部ＥＧＲガス量が内燃機関１の燃焼状態を悪化させないために外部ＥＧＲガスの温度を上昇させる必要が生じる閾値となる所定量に達すると、バイパス弁３５を開弁するようにした。

ここで、所定量とは、それ以上の外部ＥＧＲガス量が導入されると、導入された外部ＥＧＲガス量が内燃機関１の燃焼状態を悪化させないために外部ＥＧＲガスの温度を上昇させる必要が生じる閾値となる外部ＥＧＲガス量である。

本実施例によると、導入された外部ＥＧＲガス量が所定量に達すると、バイパス弁３５を開弁する。これによると、外部ＥＧＲガスに外部ＥＧＲクーラ３３を迂回させ、外部ＥＧＲガスはバイパス通路３４を通過する。このように外部ＥＧＲクーラ３３を迂回した外部ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ３３で冷却されないため高温である。よって、高温の外部ＥＧＲガスが内燃機関１に導入されることになる。高温の外部ＥＧＲガスが導入されると、高温の外部ＥＧＲガスの熱容量が小さいので、内燃機関１の筒内温度が上昇する。これによって内燃機関１の筒内温度が上昇することによって、燃焼が良化し、燃焼悪化要因に対して耐性が高くなる。

図１２は、外部ＥＧＲガスが外部ＥＧＲクーラ３３を通過する外部ＥＧＲガスの温度が低温の場合と、本実施例のように外部ＥＧＲガスがバイパス通路３４を通過する外部ＥＧＲガスが高温の場合とにおける、燃焼変動が大きくなるまでの外部ＥＧＲガス量を示す図である。図１２中破線が外部ＥＧＲガスが外部ＥＧＲクーラ３３を通過する外部ＥＧＲガスの温度が低温の場合の特性を示し、実線が外部ＥＧＲガスがバイパス通路３４を通過する外部ＥＧＲガスが高温の場合の特性を示す。

図１２に示すように、外部ＥＧＲガスが高温の場合には、外部ＥＧＲガスが低温の場合に比して燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスを大幅に増量しても燃焼が悪化し難い。本実施例では、外部ＥＧＲガス量が所定量に達すると、破線のＡ位置から実線のＢ位置へ遷移し特性が変わり、燃焼悪化要因に対して耐性が高くなるので、燃焼悪化要因である外部ＥＧＲガスを増量しても燃焼が悪化せず、要求量近くの大量の外部ＥＧＲガスを導入できる。

すると、本実施例では、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐにある場合、すなわち内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈに移行する前に、外部ＥＧＲガスが増量される。このため、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐから実際に高負荷領域側Ｈに移行する時には、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量に近い量の外部ＥＧＲガスが導入済みとなる。よって、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈへ移行する時点、すなわち吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時点では、要求量と実際の外部ＥＧＲガス量とのずれがほとんどない。したがって、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈへ移行した直後、すなわち吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替えた直後には、外部ＥＧＲガスの不足が生じない。よって、十分な外部ＥＧＲガスが導入されて内燃機関１の筒内ガスの熱容量が大きくなり、燃焼温度が低下し、冷却損失が低下する。このため、冷却損失が低下することで燃費が向上できる。また、内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスが内燃機関１に供給されるまでに還流遅れが生じないので、吸入空気量の制御が容易になり、これによっても燃費悪化を改善できる。加えて、外部ＥＧＲガスの不足に起因したトルクショックが生じる懸念もなくなる。

ここで、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合に、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングに維持したままである。このため、内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌ内で所定領域Ｐに移行した場合であっても、吸気弁６の閉弁時期を下死点よりも早い早閉じとすることで、ポンプ損失を低減し、燃費の向上を図ることができる。

次に、本実施例による内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌから高負荷領域側Ｈに移行する際の制御ルーチンについて説明する。図１３は、本実施例による内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌから高負荷領域側Ｈに移行する際の制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンにおいて、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６（Ｓ１０４はなし）については図８の制御ルーチンと同一であるので説明を省略し、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３について説明する。

ステップＳ１０３において内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐに移行したと肯定判定された場合には、ステップＳ２０１へ移行する。ステップＳ１０３において内燃機関１の運
転状態が所定領域Ｐに移行しないと否定判定された場合には、ステップＳ１０２へ戻る。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態が所定領域Ｐである場合における第２所定領域モードの制御を行う。

第２所定領域モードは、外部ＥＧＲ弁３２を開き側に制御して内燃機関１の運転状態が低負荷領域側Ｌにある場合に比して大量の外部ＥＧＲガスであって内燃機関１の運転状態が高負荷領域側Ｈにある場合に要求される要求量の外部ＥＧＲガスを導入開始する。第２所定領域モードでは、吸気弁６のバルブ作用角は小作用角に維持したままであると共に、吸気弁６のバルブタイミングは吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングに維持したままである。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１５は、導入されている外部ＥＧＲガス量が所定量に達したか否か判別する。

具体的には、内燃機関１の運転状態を予め実験などから求めた不図示のマップに当てはめ、導入されている外部ＥＧＲガス量が所定量に達したか判断する。

ステップＳ２０２において導入されている外部ＥＧＲガス量が所定量に達したと肯定判定された場合には、ステップＳ２０３へ移行する。ステップＳ２０２において導入されている外部ＥＧＲガス量が所定量に達しないと否定判定された場合には、ステップＳ２０１へ戻る。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１５は、バイパス弁３５を開弁する。

このようにバイパス弁３５を開弁することにより、外部ＥＧＲ装置３０内で外部ＥＧＲガスに外部ＥＧＲクーラ３３を迂回させ、外部ＥＧＲガスはバイパス通路３４を流通し、外部ＥＧＲガスの温度が高温になる。

ステップＳ２０３の処理の後、ステップＳ１０５に移行する。

以上の制御ルーチンを実行することにより、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時に外部ＥＧＲガス量を急激に変化させず、スムースに大量の外部ＥＧＲガスを導入でき、吸気弁６のバルブ作用角を大作用角へ切り替え前後の燃費の向上を図ることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。従来における内燃機関の運転状態に応じた制御状態を示す概略図である。従来における吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時の外部ＥＧＲガス量の時間変化を示す図である。実施例１に係る内燃機関１の運転状態に応じた制御状態を示す概略図である。実施例１に係る内燃機関の運転状態が低負荷領域側内で所定領域に移行した場合に吸気弁のバルブタイミングを変更する様子を説明する図である。吸気弁の開閉時期が異なる場合の燃焼変動が大きくなるまでの外部ＥＧＲガス量を示す図である。実施例１に係る吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角へ切り替える時の外部ＥＧＲガス量の時間変化を示す図である。実施例１に係る内燃機関の運転状態が低負荷領域側から高負荷領域側に移行する際の制御ルーチンを示したフローチャートである。実施例２に係る内燃機関の機関回転数と吸気弁の開閉時期の遅角量との相関関係を表すマップである。実施例３に係る外部ＥＧＲガスの要求量と吸気弁の開閉時期の遅角量との相関関係を表すマップである。実施例４に係る内燃機関の概略構成を示す図である。外部ＥＧＲガスの温度が異なる場合の燃焼変動が大きくなるまでの外部ＥＧＲガス量を示す図である。実施例４に係る内燃機関の運転状態が低負荷領域側から高負荷領域側に移行する際の制御ルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
２シリンダヘッド
３燃焼室
４吸気ポート
５排気ポート
６吸気弁
７排気弁
８吸気弁バルブ作用角可変機構
９吸気弁バルブタイミング可変機構
１０点火プラグ
１１吸気管
１２排気管
１３燃料噴射弁
１４エアフローメータ
１５ＥＣＵ
１６水温センサ
１７クランクポジションセンサ
３０外部ＥＧＲ装置
３１外部ＥＧＲ通路
３２外部ＥＧＲ弁
３３外部ＥＧＲクーラ
３４バイパス通路
３５バイパス弁

Claims

吸気弁のバルブ作用角を少なくとも２段階に切り替え可能な吸気弁バルブ作用角可変機構と、
前記吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気弁バルブタイミング可変機構と、
内燃機関の排気通路から排気の一部を外部ＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該外部ＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置と、
を備え、
前記内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合には、前記吸気弁のバルブ作用角を小作用角とすると共に前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングとし、
前記内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合には、前記吸気弁のバルブ作用角を大作用角とすると共に前記外部ＥＧＲガスを前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも多く還流させる内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の開閉時期が前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅角されるタイミングとすると共に前記外部ＥＧＲガスを前記内燃機関の運転状態が前記高負荷領域側にある場合に要求される要求量へ向けて導入開始することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の開弁時期が前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅い遅開き且つ前記吸気弁の閉弁時期が前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅い下死点近傍で閉じるタイミングとす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。
前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の開閉時期が前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅角されるタイミングとするときの前記吸気弁の開閉時期の遅角量は、前記内燃機関の機関回転数に応じて変更され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。
前記遅角量は、前記内燃機関の機関回転数が低くなる程増加することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の開閉時期が前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも遅角されるタイミングとするときの前記吸気弁の開閉時期の遅角量は、外部ＥＧＲガスの前記要求量に応じて変更され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。
前記遅角量は、外部ＥＧＲガスの前記要求量が多くなる程増加することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
吸気弁のバルブ作用角を少なくとも２段階に切り替え可能な吸気弁バルブ作用角可変機構と、
前記吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気弁バルブタイミング可変機構と、
内燃機関の排気通路から排気の一部を外部ＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該外部ＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置と、
を備え、
前記内燃機関の運転状態が低負荷領域側にある場合には、前記吸気弁のバルブ作用角を小作用角とすると共に前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも早い早閉じのタイミングとし、
前記内燃機関の運転状態が高負荷領域側にある場合には、前記吸気弁のバルブ作用角を大作用角とすると共に前記外部ＥＧＲガスを前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側にある場合よりも多く還流させる内燃機関の制御装置であって、
前記外部ＥＧＲ装置は、当該外部ＥＧＲ装置内を流通する前記外部ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、当該外部ＥＧＲ装置内を流通する前記外部ＥＧＲガスに前記ＥＧＲクーラを迂回させるバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、を有し、
前記内燃機関の運転状態が前記低負荷領域側内で前記高負荷領域側手前の所定領域に移行した場合に、前記外部ＥＧＲガスを前記内燃機関の運転状態が前記高負荷領域側にある場合に要求される要求量へ向けて導入開始し、導入された外部ＥＧＲガス量が前記内燃機関の燃焼状態を悪化させないために前記外部ＥＧＲガスの温度を上昇させる必要が生じる閾値となる所定量に達すると、前記バイパス弁を開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置。