JP2009138733A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、バルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構と、可変ノズル型のターボ過給機とを備える内燃機関において、排気圧力脈動を強める要求が出された場合に、体積効率の悪化を抑制しつつ、排気圧力脈動を早期に生成することを目的とする。
【解決手段】時刻ｔ０において排気圧力脈動を高める要求（加速要求）が検知された場合には、可変ノズル２２ｃの開度を全閉に制御するとともに、バルブオーバーラップ期間がゼロとなるように制御する。その後、排気圧力脈動が高められたと判断された時点ｔ１において、可変ノズル２２ｃの開度をターボ効率の良い開度にまで開く。そして、この可変ノズル２２ｃの開度制御が行われた後に、ターボ効率が向上してきた段階（時点ｔ２）で、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する。
【選択図】図６

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
従来、例えば特許文献１には、吸排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することで、吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構を備える内燃機関のバルブタイミング制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、排気圧力脈動により生じる負圧波の排気ポート到達時期が吸排気弁のバルブオーバーラップ期間に合致するように、吸排気弁のバルブタイミングを変更するようにしている。このような制御によれば、吸気弁から筒内に新気が流入し易くなるとともに、吸気弁から流入した新気によって筒内の既燃ガスを排気弁へ確実に追い出すことができる。すなわち、掃気効果を発揮させることができる。その結果、残留ガス量が少なくなり、筒内に吸入される新気量を向上することができる。つまり、体積効率を向上することができる。
特開平１１−０２２４９９号公報 特開平１０−１７６５５８号公報 特開平１１−０８２０７４号公報 特開２００４−１３７９８２号公報 特開２００７−１００６０７号公報
上述した従来の内燃機関が備えるような可変動弁機構とともに、可変ノズル型のターボ過給機を備える内燃機関が知られている。また、例えば車両の加速初期などの吸入空気量が比較的少ない状況下においては、生成される排気圧力脈動は比較的弱いものとなる。そこで、上記のように可変動弁機構とともに可変ノズル型のターボ過給機を備える内燃機関では、強い排気圧力脈動の生成が要求される場合に、可変ノズルの開度を全閉位置などの閉じ側に制御して、吸入空気量を増量することが考えられる。ところが、排気圧力脈動が弱い状況下において可変ノズルを閉じ側に制御する際に、上述した排気圧力脈動の利用を狙ったバルブオーバーラップ期間の調整を行うこととすると、当該可変ノズルの開度制御によって排気圧力の上昇を招くことで掃気効果が得られにくくなるのとともに、バルブオーバーラップ期間が設けられていることで吸気側への排気ガスの吹き返しが生ずることによって、体積効率が悪化してしまう。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構と、可変ノズル型のターボ過給機とを備える内燃機関において、排気圧力脈動を高める要求が出された場合に、体積効率の悪化を抑制しつつ、排気圧力脈動を早期に生成し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
第１の発明は、吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を可変とする可変動弁機構と、
前記可変動弁機構を制御して、前記バルブオーバーラップ期間を制御するオーバーラップ期間制御手段と、
内燃機関の排気エネルギによって駆動されるタービンと、当該タービンに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズルとを有するターボ過給機と、
前記可変ノズルの開度を制御するノズル開度制御手段と、
排気圧力脈動を高める要求の有無を検知する脈動生成要求検知手段とを備え、
前記ノズル開度制御手段は、排気圧力脈動を高める要求を検知した検知時点から排気圧力脈動が高められたと判断される判断時点までの間、前記可変ノズルの開度を、前記検知時点の当該可変ノズルの開度よりも閉じ側の第１所定開度に制御するノズル閉じ制御実行手段を含み、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記検知時点から前記判断時点までの間、バルブオーバーラップ期間を、前記検知時点のバルブオーバーラップ期間よりも短くなるように制御するオーバーラップ期間制限手段を含むことを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、前記オーバーラップ期間制限手段は、前記検知時点から前記判断時点までの間、バルブオーバーラップ期間をゼロもしくは実質的にゼロに制限することを特徴とする。
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記ノズル開度制御手段は、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を前記第１所定開度よりも開き側の第２所定開度に制御するノズル開き制御実行手段を更に含み、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間設定手段を更に含むことを特徴とする。
また、第４の発明は、第３の発明において、前記ノズル開き制御実行手段によって前記可変ノズルの開度が前記第２所定開度に制御された後に、前記オーバーラップ期間設定手段によって排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間が設定されることを特徴とする。
また、第５の発明は、第３または第４の発明において、前記オーバーラップ期間設定手段は、前記ノズル開き制御実行手段による前記可変ノズルの開度変化に応じて、当該判断時点が経過した後に設定するバルブオーバーラップ期間を調整することを特徴とする。
また、第６の発明は、第１または第２の発明において、前記ノズル開度制御手段は、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を、前記ターボ過給機のターボ効率が前記検知時点のターボ効率よりも高い高効率開度に制御する高効率開度設定手段を更に含み、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間設定手段を更に含むことを特徴とする。
また、第７の発明は、第６の発明において、前記高効率開度設定手段によって前記可変ノズルの開度が前記高効率開度に制御された後に、前記オーバーラップ期間設定手段によって排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間が設定されることを特徴とする。
また、第８の発明は、第６または第７の発明において、前記オーバーラップ期間設定手段は、前記高効率開度設定手段による前記可変ノズルの開度変化に応じて、当該判断時点が経過した後に設定するバルブオーバーラップ期間を調整することを特徴とする。
また、第９の発明は、第３乃至第８の発明の何れかにおいて、前記可変動弁機構は、吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含むものであって、
前記オーバーラップ期間設定手段は、前記判断時点が経過した後に排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する際に、排気圧力脈動が谷となる位相に基づいて、吸気弁の開き時期の進角量および排気弁の閉じ時期の遅角量のそれぞれの制御量の比率を設定する制御量比率設定手段を更に含むことを特徴とする。
また、第１０の発明は、第３乃至第９の発明の何れかにおいて、前記可変動弁機構は、吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含むものであって、
前記オーバーラップ期間設定手段は、前記判断時点が経過した後に排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する際に、排気圧力脈動が谷となる位相に基づいて、吸気弁の開き時期の進角制御および排気弁の閉じ時期の遅角制御の開始順序を設定する制御開始順序設定手段を更に含むことを特徴とする。
また、第１１の発明は、第３乃至第１０の発明の何れかにおいて、排気上死点付近において排気圧力が吸気圧力を下回るように排気圧力と吸気圧力とが交差する第１交点でのクランク角度、および、排気上死点において排気圧力が吸気圧力を上回るように排気圧力と吸気圧力とが交差する第２交点のクランク角度でのうちの少なくとも一方の交点を取得する圧力交点情報取得手段とを更に備え、
前記バルブオーバーラップ期間設定手段は、吸気弁の開き時期が前記第１交点での前記クランク角度となるように、およびまたは、排気弁の閉じ時期が前記第２交点での前記クランク角度となるように、吸気弁の開き時期およびまたは排気弁の閉じ時期を制御するバルブ開閉時期調整手段を更に含むことを特徴とする。
また、第１２の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関の制御装置は、
排気通路に配置される排気浄化装置の目詰まりの度合いを判定する詰まり判定手段と、
前記詰まり判定手段によって判定される前記排気浄化装置の目詰まりの度合いに応じて、前記判断時点の経過後における、前記可変ノズルの開度制御および前記バルブオーバーラップ期間の制御を変更する制御変更手段と、
を更に備えることを特徴とする。
また、第１３の発明は、第１２の発明において、
前記制御変更手段は、
前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を前記第１所定開度よりも開き側の第２所定開度に制御する低目詰まり時ノズル開き制御実行手段と、
前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する低目詰まり時オーバーラップ期間設定手段と、
を含むことを特徴とする。
また、第１４の発明は、第１２または第１３の発明において、
内燃機関の制御装置は、排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を可変とする排気系容積可変手段を更に備え、
前記排気系容積可変手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記排気系容積を縮小させることを特徴とする。
また、第１５の発明は、第１２の発明において、
排気圧力脈動を高める前記要求は、加速要求であって、
前記制御変更手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが高いと判定された場合において、加速中に、前記可変ノズルの開度およびバルブオーバーラップ期間の前記制御が維持されるように、前記可変ノズルの開度およびバルブオーバーラップ期間を制御する高目詰まり時制御手段を含むことを特徴とする。
また、第１６の発明は、第１５の発明において、
内燃機関の制御装置は、排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を可変とする排気系容積可変手段を更に備え、
前記排気系容積可変手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが高いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記排気系容積を縮小させることを特徴とする。
第１の発明によれば、排気圧力脈動を高める要求が出された場合に、可変ノズルの開度を閉じ側に制御していくことで、吸入空気量の増加を促し、これにより、早期に排気圧力脈動を高めることができる。更に、本発明によれば、当該要求が出された場合に、バルブオーバーラップ期間が短くなるように制御していることで、吸気側への排気ガスの吹き返しを良好に防止することができる。このように、本発明によれば、体積効率の悪化を抑制しつつ、排気圧力脈動を早期に生成することができる。
第２の発明によれば、排気圧力脈動を高める要求が出された場合に、吸気側への排気ガスの吹き返しを確実に抑制しつつ、排気圧力脈動を早期に生成することが可能となる。
第３の発明によれば、排気圧力脈動が高められたと判断された時点が経過した後に、可変ノズルの開度を開き側に制御していくことで、吸気圧力（過給圧）に対して排気圧力を下げることができる。このため、上記要求が加速要求である場合には、良好に高められた排気圧力脈動を利用して、掃気効果を十分に利用できるようになる。
第４の発明によれば、排気上死点付近において排気圧力に対して吸気圧力が高くなる領域が確実に確保された後に、バルブオーバーラップ期間を設けることができるようになる。このため、吸気側への排気ガスの吹き返しの発生を回避して、掃気効果を十分に利用できるようになる。
第５の発明によれば、排気圧力脈動が谷となるタイミングにおいて排気圧力に対して吸気圧力が高くなる度合いを決める影響因子である可変ノズルの開度変化に応じて、バルブオーバーラップ期間を調整していることで、排気圧力に対して吸気圧力が高くなるタイミングと確実に重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定することができるようになる。このため、吸気側への排気ガスの吹き返しによる体積効率の悪化を良好に防止することができる。
第６の発明によれば、排気圧力脈動が高められたと判断された時点が経過した後に、可変ノズルの開度をターボ効率の良い高効率開度に制御していくことで、吸気圧力（過給圧）に対して排気圧力を良好に下げることができる。このため、上記要求が加速要求である場合には、良好に高められた排気圧力脈動を利用して、掃気効果を十分に利用できるようになる。
第７の発明によれば、排気上死点付近において排気圧力に対して吸気圧力が高くなる領域が確実に確保された後に、バルブオーバーラップ期間を設けることができるようになる。このため、吸気側への排気ガスの吹き返しの発生を回避して、掃気効果を十分に利用できるようになる。
第８の発明によれば、排気圧力脈動が谷となるタイミングにおいて排気圧力に対して吸気圧力が高くなる度合いを決める影響因子である可変ノズルの開度変化に応じて、バルブオーバーラップ期間を調整していることで、排気圧力に対して吸気圧力が高くなるタイミングと確実に重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定することができるようになる。このため、吸気側への排気ガスの吹き返しによる体積効率の悪化を良好に防止することができる。
第９の発明によれば、バルブオーバーラップ期間を拡大していく際に、吸気圧力に対して排気圧力が高くなる領域（吹き返しが懸念される領域）をバルブオーバーラップ期間中に含めないようにすることができる。このため、効率的に掃気効果を得ることが可能となる。
第１０の発明によれば、可変ノズルの開度が開かれていくことで排気圧力に対して吸気圧力が高くなる領域ができ始めた際に、最初に当該領域ができ始める部位に対してバルブオーバーラップ期間を速やかに重ねることができるようになる。このため、効率的に掃気効果を得ることが可能となる。
第１１の発明によれば、排気圧力に対して吸気圧力が高くなるタイミングと完全に合致するようにバルブオーバーラップ期間を設定することができるようになる。これにより、吸気側への排気ガスの吹き返しによる体積効率の悪化を確実に回避しつつ、掃気効果を得られるようにすることが可能となる。
排気浄化装置の目詰まりの度合いが高い場合には、背圧が高くなり、その結果、バルブオーバーラップ期間において吸気圧力が排気圧力よりも高くなる領域が小さくなるので、十分な掃気効果が得にくくなる。第１２の発明によれば、排気浄化装置の目詰まり状態に応じて、排気圧力脈動を有効に利用できるように、可変ノズルの開度制御やバルブオーバーラップ期間の制御を適切に設定することができる。
第１３の発明によれば、排気浄化装置の目詰まりの度合いが低い場合において、上記判断時点が経過した後に、可変ノズルの開度を開き側に制御していくことで、吸気圧力（過給圧）に対して排気圧力を下げることができる。このため、良好に高められた排気圧力脈動を利用して、掃気効果を十分に利用できるようになる。
第１４の発明によれば、排気圧力脈動を効果的に高めることができる。
第１５の発明によれば、排気浄化装置の目詰まりの度合いが高い場合において、上記判断時点が経過した後に、当該判断時点以前の可変ノズルの開度およびバルブオーバーラップ期間が維持されるようにすることで、有効な掃気効果が期待できない状況下において、過給圧を高めることで、内燃機関のトルクを効果的に高めることができる。
第１６の発明によれば、排気圧力（背圧）が上がるので、ターボ回転数が上がり、過給圧を効果的に高めることができる。
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼル機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼル機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
ディーゼル機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、このコモンレール１４から各気筒のインジェクタ１２へ燃料が供給される。各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１８によって集合され、排気通路２０に流入する。
ディーゼル機関１０は、可変ノズル型のターボ過給機２２を備えている。ターボ過給機２２は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２２ａと、タービン２２ａと一体的に連結され、タービン２２ａに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ２２ｂとを有している。更に、ターボ過給機２２は、タービン２２ａに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズル（ＶＮ）２２ｃを有している。
可変ノズル２２ｃは、図示省略するアクチュエータ（例えば、電動モータ）によって開閉動作可能になっている。可変ノズル２２ｃの開度を小さくすると、タービン２２ａの入口面積が小さくなり、タービン２２ａに吹き付けられる排気ガスの流速を速くすることができる。その結果、コンプレッサ２２ｂおよびタービン２２ａの回転数（以下、「ターボ回転数」と称する）が上昇するので、過給圧を上昇させることができる。逆に、可変ノズル２２ｃの開度を大きくすると、タービン２２ａの入口面積が大きくなり、タービン２２ａに吹き付けられる排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下するので、過給圧を低下させることができる。
ターボ過給機２２のタービン２２ａは、排気通路２０の途中に配置されている。タービン２２ａよりも下流側の排気通路２０には、排気ガス中のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕捉するためのＤＰＦ２４が設置されている。なお、排気通路２０には、ＤＰＦ２４のほかに、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒が設置されていてもよい。あるいは、ＤＰＦ２４に触媒成分が担持されていてもよい。
ディーゼル機関１０の吸気通路２６の入口付近には、エアクリーナ２８が設けられている。エアクリーナ２８を通って吸入された空気は、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ｂで圧縮された後、インタークーラ３０で冷却される。インタークーラ３０を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３２により分配されて、各気筒に流入する。
吸気通路２６の、インタークーラ３０と吸気マニホールド３２との間には、吸気絞り弁３４が設置されている。また、吸気通路２６の、エアクリーナ２８の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３６が設置されている。
吸気通路２６の吸気マニホールド３２の近傍には、ＥＧＲ通路３８の一端が接続されている。ＥＧＲ通路３８の他端は、排気通路２０の排気マニホールド１８に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路３８を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２６に還流させること、つまり外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うことができる。
ＥＧＲ通路３８の途中には、ＥＧＲ通路３８を通る排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するためのＥＧＲクーラ４０が設けられている。ＥＧＲ通路３８におけるＥＧＲクーラ４０の下流には、ＥＧＲ弁４２が設けられている。このＥＧＲ弁４２の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路３８を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲガス量を調整することができる。
また、本実施形態のシステムは、ディーゼル機関１０が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４４と、吸気マニホールド圧力（吸気圧力）を検出する吸気圧センサ４６と、排気マニホールド圧力（排気圧力）を検出する排気圧センサ４８と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関１０の運転状態を制御する。
図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼル機関１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼル機関１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼル機関１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度、すなわちクランク角を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。このクランク角センサ６２は、ＥＣＵ５０に接続されている。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ６２の検出信号に基づいて、エンジン回転数を算出することもできる。
また、ディーゼル機関１０は、吸気弁６４の開弁特性を可変とする吸気可変動弁機構６６と、排気弁６８の開弁特性を可変とする排気可変動弁機構７０とを備えている。吸気可変動弁機構６６および排気可変動弁機構７０の具体的な構成は、特に限定されるものではなく、カムシャフトの位相を変化させることによって開閉時期を連続的に可変とする位相可変機構のほか、カムを電気モータで駆動する機構、電磁駆動弁、油圧駆動弁などを用いることもできる。また、吸気カム軸および排気カム軸の近傍には、それぞれのカム軸の回転角度、すなわち、吸気カム角および排気カム角を検出するための吸気カム角センサ７２および排気カム角センサ７４がそれぞれ配置されている。これらのセンサ７２、７４は、ＥＣＵ５０に接続されている。ＥＣＵ５０は、これらのセンサ７２、７４の検出信号に基づいて、吸気弁６４および排気弁６８の開閉時期の進角量を算出することもできる。
吸気可変動弁機構６６や排気可変動弁機構７０によれば、排気弁６８の開弁期間と吸気弁６４の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間（以下、単に「バルブオーバーラップ期間」という）の長さを変化させることができる。
［排気圧力脈動を利用した体積効率向上制御］
本実施形態のシステムは、上述した吸気可変動弁機構６６および排気可変動弁機構７０を備えることによって、バルブオーバーラップ期間を任意に調整することができる。これにより、本実施形態のシステムでは、所定の運転領域（例えば低回転高負荷領域）において、排気マニホールド圧力の脈動を利用してディーゼル機関１０の体積効率ηＶ（筒内空気量）を向上させる体積効率向上制御が実行可能になっている。図３は、体積効率向上制御実行中の吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。
図３に示すように、吸気マニホールド圧力は、クランク角度に関わらずにほぼ一定となる。これに対し、排気マニホールド圧力は、各気筒の排気弁６８から排気ガスが間欠的に排出されるのに伴って、脈動（周期的変動）する。より具体的には、排気弁６８の開き時期が遅くなるにつれ、排気ガスが排気マニホールド１８内へ放出されるタイミングが遅くなり、排気マニホールド圧力脈動の波形が、図３中における右側にシフトする。つまり、排気マニホールド圧力脈動の波形は、排気弁６８の開き時期を変化させることによって、図３中の左右に移動する。また、排気マニホールド圧力脈動の波形は、エンジン回転数の変化に伴って排気マニホールド内を流れる排気ガスの流速が変化することによっても、変化する。
図３に示す波形は、排気上死点（ＴＤＣ）近傍に存在するバルブオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ期間）に、排気マニホールド圧力脈動の谷の部分が一致するように、エンジン回転数との関係を考慮しつつ排気弁６８の開き時期が制御された状態を示している。また、図３に示す波形は、ターボ効率が良い状態で過給がなされることにより、排気圧力に対して吸気圧力（過給圧）が高められた状態を示している。このような状態においては、図３中にハッチングを付して表された領域が、すなわち、バルブオーバーラップ期間において排気圧力よりも吸気圧力の方が高くなる領域が、十分に確保されるようになる。その結果、新気が筒内に流入し易くなるとともに、流入した新気によって筒内の既燃ガスを速やかに排気ポートへ追い出す効果（いわゆる、掃気効果）が十分に得られるようになる。
上記のような掃気効果は、図３中にハッチングを付して示す領域が大きくなるほど、大きくなる。従って、当該領域が大きく確保されるように、吸気可変動弁機構６６を用いた吸気弁６４の開き時期の調整や排気可変動弁機構７０を用いた排気弁６８の閉じ時期の調整に基づくバルブオーバーラップ期間の調節を行うこととすれば、掃気効果を十分に得ることができるようになる。このようにして、掃気効果を利用する体積効率向上制御を実行することにより、残留ガス量を十分に少なくし、その分、筒内に充填される新気の量を増やすことができる。つまり、体積効率ηＶを増大させることができる。その結果、ディーゼル機関１０のトルクを良好に向上させることができる。
［可変ノズル型のターボ過給機を備えるシステムに対して体積効率向上制御を適用する際の課題］
図４は、排気圧力脈動の強さが上記体積効率向上制御に与える影響を説明するための図である。
図４には、加速初期などの吸入空気量が少なく（言い換えれば、機関負荷が低く）、十分な強さの排気圧力脈動が生成されないケースが示されている。また、図４には、吸入空気量が多くなり（言い換えれば、機関負荷が高くなり）、十分な強さの排気圧力脈動が生成されているとともに、ターボ過給機２２がターボ効率の良い状態で使用されていることで、排気圧力に対して吸気圧力が良好に高められているケースが示されている。より具体的には、図４中の下側に示された波形のように加速初期などの排気圧力脈動の弱い運転条件下から、高負荷側に移行する要求が出されたことで過給を伴ってディーゼル機関１０の負荷が高められていくと、図４中の上側に示された波形のように、排気圧力脈動が強くなっていくとともに、吸気圧力（過給圧）が排気圧力に対して良好に高められていく。
図４中の下側の波形で示されたように、排気圧力脈動が弱い（脈動の振幅が小さい）条件下においては、バルブオーバーラップ期間が設けられている排気上死点付近において、排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が小さくなる。このため、この場合には、掃気効果が小さくなり、上記体積効率向上制御による効果を満足に得られなくなる。
本実施形態のシステムは、既述したように、可変ノズル型のターボ過給機２２を備えている。このようなターボ過給機を備えた従来の内燃機関においては、加速時に内燃機関のトルクを迅速に高めるべく、可変ノズルの開度を全閉付近に制御することで過給圧を高めるようにし、これにより、吸入空気量を増やすという制御が行われていた。しかしながら、本実施形態のシステムは、そのような可変ノズル型のターボ過給機２２に加えて、バルブオーバーラップ期間を調整可能とする可変動弁機構６６、７０を備えている。
上記のような構成を有する本実施形態のシステムにおいて、加速時に可変ノズル２２ｃの開度が全閉付近に制御された状態で、バルブオーバーラップ期間を設けることとすると、加速初期においては、排気圧力脈動が弱いので、上述したように十分な掃気効果を得られなくなる。
また、加速時において、可変ノズル２２ｃの開度が全閉付近に制御された状態でバルブオーバーラップ期間を設けることとすると、可変ノズル２２ｃの開度が全閉付近に制御されていることで、加速中に排気圧力の上昇を招き、掃気効果が得られにくくなるのとともに、バルブオーバーラップ期間が設けられていることで吸気ポート側への排気ガスの吹き返しが生ずることになる。その結果、加速時に可変ノズルの開度を全閉付近に制御しつつバルブオーバーラップ期間が設けられていない場合と比較して、体積効率ηＶが悪化してしまう。このような問題点について、以下、図５を参照して更に詳述する。
図５は、上記図３を用いて説明した掃気効果に対する可変ノズル２２ｃの開度の影響を説明するための図である。尚、図５における体積効率ηＶの向上代とは、バルブオーバーラップ期間が設けられていない場合を基準（ゼロ）として、バルブオーバーラップ期間が設けられている場合の体積効率ηＶの向上代を意味している。
可変ノズル２２ｃの開度（ＶＮ開度）が全閉に近づくにつれ、排気圧力が上昇することになるので、図５に示すように、差圧（排気圧−吸気圧）が大きくなるのが判る。このように、ＶＮ開度が閉じ側に制御されていくと、排気圧力が上がり過ぎることでターボ効率が悪化する。ターボ効率が悪いと、排気圧力に対して吸気圧力が良好に上がってこなくなってしまうので、十分な掃気効果を得にくくなり、吸気圧力が排気圧力よりも高くなる領域が小さくなってしまう。その結果、ＶＮ開度が閉じ側に制御されていくと、上述した掃気効果がなくなってしまい、バルブオーバーラップ期間が設けられていない場合と比べて、体積効率ηＶが下がってしまう。
これに対し、ＶＮ開度が開き側に制御されていくと、ターボ効率が良くなっていくことで、排気圧力に対して吸気圧力が良好に高められることになり、上述した掃気効果を十分に得ることができるようになる。このため、図５からも判るように、ＶＮ開度が開き側に制御されていくと、バルブオーバーラップ期間が設けられていない場合と比べて、体積効率ηＶを良好に高められるようになる。ただし、吸入空気量の少ない加速初期段階において、可変ノズル２２ｃの開度を開き側の開度に制御するようにすると、排気圧力脈動が強くなるまでに要する時間が長くなってしまう。
［実施の形態１の特徴部分］
図６は、本発明の実施の形態１における特徴的な制御を説明するためのタイムチャートである。
本実施形態のシステムでは、可変ノズル型のターボ過給機２２と、バルブオーバーラップ期間を調整可能とする可変動弁機構６６、７０とを備える構成において、強い排気圧力脈動を必要とする要求が出されることとなる加速開始時に、上述した各種の課題を解消できるようにすべく、以下のような制御を行うようにした。
すなわち、本実施形態では、運転者からの加速要求を検知した時点ｔ０において、図６（Ａ）に示すように、ＶＮ開度が全閉となるように可変ノズル２２ｃを制御するとともに、図６（Ｂ）に示すように、バルブオーバーラップ期間がゼロとなるように可変動弁機構６６、７０を制御するようにした。尚、図６に示す制御例では、加速要求の検知時点ｔ０において、既に上記のようにＶＮ開度およびバルブオーバーラップ期間が制御されている例を、説明の便宜上用いるようにしている。
本実施形態では、排気圧力脈動が強くなったと判断できる時点ｔ１に達するまでの間、すなわち、加速初期段階においては、上記のように、ＶＮ開度を全閉とし、バルブオーバーラップ期間をゼロとする制御が継続される。その結果、ディーゼル機関１０のトルクは、図６（Ｃ）に示すように、次第に上昇し始めるようになる。
その後、排気圧力脈動が強くなったと判断できる上記時点ｔ１に達した場合には、ＶＮ開度が所定の中間開度（より具体的には、ターボ効率の良い開度）に向けて、開かれていく。一方のバルブオーバーラップ期間については、この時点ｔ１では未だゼロのままとされる。バルブオーバーラップ期間の調整は、その後の時間経過に伴ってターボ効率が向上してきたことで排気圧力に対して吸気圧力が高くなる条件に達したと判断できる時点ｔ２に達した時に開始される。より具体的には、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるように、バルブオーバーラップ期間が拡大されていく。
［実施の形態１における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
図７に示すルーチンでは、先ず、アクセル開度センサ４４の出力に基づき、運転者からの車両の加速要求があるか否かが判別される（ステップ１００）。その結果、加速要求があったと判定された場合には、次いで、可変ノズル（ＶＮ）２２ｃの開度が現時点での開度から全閉となるように制御される（ステップ１０２）とともに、バルブオーバーラップ期間が現時点での期間からゼロとなるように制御される（ステップ１０４）。
次に、吸気圧センサ４６の出力に基づき、吸気圧力（吸気マニホールド圧力）が取得される（ステップ１０６）とともに、排気圧センサ４８の出力に基づき、排気圧力（排気マニホールド圧力）が取得される（ステップ１０８）。
次に、排気圧力と吸気圧力の差圧が所定の判定値以下の値となったか否かが判別される（ステップ１１０）。この判定値は、排気圧力脈動が十分に強くなったか否かを判断するための値として予め設定された値である。その結果、当該ステップ１１０の判定が不成立である間は、ＶＮ開度を全閉とする制御とバルブオーバーラップ期間をゼロとする制御が継続されることになる。
一方、上記ステップ１１０における判定が成立することで、排気圧力脈動が十分に強くなったと判断できる場合には、次いで、ターボ効率の優れる中間開度となるように、ＶＮ開度が開かれる（ステップ１１２）。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数や吸入空気量などのディーゼル機関１０の運転条件との関係でターボ効率が良いＶＮ開度を定めたマップ（図示省略）を記憶している。本ステップ１１２では、そのようなマップを参照して、加速要求後の運転条件においてターボ効率の良い開度となるように、ＶＮ開度が開かれていく。
次に、現時点での吸気圧力および排気圧力が取得される（ステップ１１４、１１６）。次いで、排気圧力が所定の判定値よりも低下したか否かが判別される（ステップ１１８）。上記ステップ１１２においてＶＮ開度がターボ効率の良い開度に開かれる制御が実行されたことで、排気圧力は低下し始める。本ステップ１１８における判定値は、上記図３を用いて説明した掃気効果が十分に得られるような条件にまで排気圧力が低下したか否かを判断するための値として予め設定された値である。
その結果、当該ステップ１１８の判定が成立すると判定された場合、すなわち、十分な掃気効果が得られるような圧力条件が満たされたと判断できる場合には、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるように、正のバルブオーバーラップ期間が設定される（ステップ１２０）。より具体的には、本ステップ１２０では、上記ステップ１１４および１１６により検出された吸気圧力および排気圧力のそれぞれの圧力波形を利用して、排気上死点の付近に生じた排気圧力脈動の谷での排気圧力と吸気圧力との２つの交点（図４中に示した交点Ｐ１、Ｐ２参照）でのクランク角度を取得する。そして、吸気弁６４の開き時期が上記交点Ｐ１となり、かつ、排気弁６８の閉じ時期が上記交点Ｐ２となるように、可変動弁機構６６、７０を用いてバルブオーバーラップ期間が調整される。
より詳細に説明すると、これらの交点Ｐ１、Ｐ２の位置（クランク角度）は、上記ステップ１１２におけるＶＮ開度の変化に応じて変化する。これは、ＶＮ開度が変化することで、排気圧力に対する吸気圧力の関係が変化するためである。本ステップ１２０の処理によれば、ＶＮ開度の変化に起因する交点Ｐ１、Ｐ２の位置の変化に応じて、バルブオーバーラップ期間が徐々に変更されていく。具体的には、本ステップ１２０の処理によれば、ＶＮ開度が開かれていくにつれ、排気上死点付近に生じた排気圧力脈動の谷において排気圧力よりも吸気圧力が高くなる領域が徐々に拡大していき（言い換えれば、図４中における交点Ｐ１と交点Ｐ２の距離が徐々に離れていき）、それに伴い、バルブオーバーラップ期間が徐々に拡大していく。尚、本ステップ１２０では、実際の排気圧力および吸気圧力のそれぞれの検出値に基づいて、吸気弁６４の開き時期および排気弁６８の閉じ時期とすべきクランク角度である上記交点Ｐ１、Ｐ２を取得するようにしている。しかしながら、これらの交点Ｐ１、Ｐ２の取得手法は、このような手法に限定されるものではなく、例えば、エンジン回転数、ＶＮ開度、吸入空気量、機関負荷（トルク≒燃料噴射量）、および排気弁６８の開きタイミングとの関係で当該交点Ｐ１、Ｐ２を予め実験等により定めておく。そして、当該関係をマップとしてＥＣＵ５０に記憶させておき、実機上でエンジン回転数、ＶＮ開度、吸入空気量、機関負荷、および排気弁６８の開きタイミングとの関係でそのようなマップを参照することで、当該交点Ｐ１、Ｐ２を取得するようにしてもよい。
以上説明した図７に示すルーチンによれば、排気圧力脈動を高める要求の一例である加速要求が出された場合には、先ず、加速初期段階においては、ＶＮ開度が全閉に制御されるとともにバルブオーバーラップ期間がゼロに制御される。その後、排気圧力脈動が強くなったと判断できる時点において、ターボ効率の良い開度となるようにＶＮ開度が開かれる。そして、そのようなＶＮ２２ｃの開き動作が行われた後に、ＶＮ開度に応じたバルブオーバーラップ期間が設定される。
図８は、上記図７に示すルーチンの実行により得られる効果を説明するための概念図である。尚、図８において、実線で表された波形は、上述した本実施形態の制御に対応している。また、破線で表された波形は、バルブオーバーラップ期間の調整機構を有しない内燃機関において、加速時にＶＮ開度が全閉に維持された場合の制御に対応している。更に、一点鎖線で表された波形は、加速当初から、ＶＮ開度が全閉に維持され、かつ、バルブオーバーラップ期間が設けられている場合の制御に対応している。更にまた、二点鎖線で表された波形は、加速当初から、ＶＮ開度が一定量開かれ、かつ、バルブオーバーラップ期間が設けられている場合の制御に対応している。
本実施形態の制御は、図８に示す他の制御パターンに対して、以下に示すような優れた効果を奏することができる。
先ず、本実施形態の制御（実線）と破線で表された制御とを比較する。図８に示すように、加速初期段階においては、破線で表された制御は、本実施形態の制御と同じとなるので、両者に差はない。しかしながら、本実施形態の制御では、排気圧力脈動が強くなったと判断された時点ｔ１において、ＶＮ開度が開かれ、かつ、その後にバルブオーバーラップ期間が設定されるのに対し、破線で表された制御では、上記時点ｔ１以降においても、バルブオーバーラップ期間が設けられないままとされる。このため、破線で表された制御では、強くなった排気圧力脈動を利用した掃気効果を利用できない分だけ、本実施形態の制御に対し、トルクの立ち上がりに時間を要する結果となる。
次に、本実施形態の制御（実線）と一点鎖線で表された制御とを比較する。一点鎖線で表された制御では、排気圧力脈動の弱いという理由で排気圧力に対して吸気圧力が高くならない加速初期段階において、バルブオーバーラップ期間が設定されているので、吸気側への排気ガスの吹き返しによって体積効率ηＶが悪化してしまう。また、一点鎖線で表された制御では、排気圧力脈動が強くなってくる加速中期以降においても、ＶＮ開度が全閉に維持されていることで、ターボ効率の悪化を招き、排気圧力に対して吸気圧力を十分に上げられなくなるので、掃気効果が得られにくくなるのとともに、吸気側への排気ガスの吹き返しによって、体積効率ηＶが悪化してしまう。このため、一点鎖線で表された制御についても、本実施形態の制御に対し、トルクの立ち上がりに時間を要するとともに、トルクの大きさ自体も十分に上げられない結果となる。
次に、本実施形態の制御（実線）と二点鎖線で表された制御とを比較する。二点鎖線で表された制御では、加速初期段階において、ＶＮ開度が一定量開かれていることで、本実施形態の制御に対し、排気圧力脈動が強くなるまでに要する時間が長くなってしまう。このため、二点鎖線で表された制御は、そのような排気圧力脈動の生成遅れ時間分だけ、本実施形態の制御に対し、トルクの立ち上がりに時間を要する結果となる。
以上説明したように、本実施形態の制御によれば、加速初期段階においては、ＶＮ開度を全閉となるように絞ることで吸入空気量の増加を促し、これにより、早期に排気圧力脈動を高めることができ、早期に掃気効果を利用できるようになる。更に、バルブオーバーラップ期間をゼロとしていることで、吸気側への排気ガスの吹き返しに起因する体積効率ηＶの悪化を良好に防止することができる。
また、本実施形態の制御によれば、排気圧力脈動が強くなってきた加速中期以降においては、ターボ効率の良くなる開度にまでＶＮ２２ｃを開いていくことで、吸気圧力（過給圧）に対して排気圧力を下げることができ、掃気効果を十分に利用できるようになる。また、そのような掃気効果の実現とターボ効率の確保との両立を図ることができる。
更に、本実施形態の制御によれば、加速中期においてバルブオーバーラップ期間を設定するタイミングを、必ずＶＮ開度の開き動作後としていることで、排気上死点付近において排気圧力に対して吸気圧力が高くなる領域が確実に確保された後に、バルブオーバーラップ期間を設けることができるようになる。このため、吸気側への排気ガスの吹き返しの発生を回避して、掃気効果を十分に利用できるようになる。
更にまた、本実施形態の制御によれば、加速中期におけるＶＮ開度の変化（変化量や変化速度）に応じて、その後に設定するバルブオーバーラップ期間を調整するようにしている。つまり、本実施形態では、排気圧力脈動が谷となるタイミングにおいて排気圧力に対して吸気圧力が高くなる度合いを決める影響因子であるＶＮ開度に応じて、バルブオーバーラップ期間を調整していることで、排気圧力に対して吸気圧力が高くなるタイミングと確実に重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定することができるようになる。このため、吸気側への排気ガスの吹き返しによる体積効率ηＶの悪化を良好に防止することができる。更に付け加えると、上記図７に示すルーチンの具体的手法によれば、ＶＮ開度の変化に起因する交点Ｐ１、Ｐ２の位置の変化に合わせて、バルブオーバーラップ期間を徐々に変更するようにしているので、排気圧力に対して吸気圧力が高くなるタイミングと完全に合致するようにバルブオーバーラップ期間を設定することができるようになる。これにより、吸気側への排気ガスの吹き返しによる体積効率ηＶの悪化を確実に回避しつつ、掃気効果を得られるようにすることが可能となる。
ところで、上述した実施の形態１においては、加速中期においてＶＮ開度の調整に伴いバルブオーバーラップ期間を設定する際には、実際の排気圧力および吸気圧力のそれぞれの検出値に基づいて、吸気弁６４の開き時期および排気弁６８の閉じ時期とすべきクランク角度である上記交点Ｐ１、Ｐ２を取得するようにし、ＶＮ開度の変化に起因する当該交点Ｐ１、Ｐ２の位置の変化に合わせて、バルブオーバーラップ期間を徐々に変更するようにしている。しかしながら、加速中期においてＶＮ開度の調整に伴って行うバルブオーバーラップ期間の具体的な設定手法は、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、バルブオーバーラップ期間を設定する際には、吸気弁６４の開き時期の進角量と排気弁６８の閉じ時期の遅角量とを同時かつ同量に制御されるようにしたうえで、ＶＮ２２ｃが開かれていくに従って、徐々にバルブオーバーラップ期間を拡大していくという簡便な手法を用いるようにしてもよい。
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、吸気可変動弁装置６６および排気可変動弁装置７０を用いてバルブオーバーラップ期間を制御することにより前記第１の発明における「オーバーラップ期間制御手段」が、図示省略するアクチュエータに指令を与えて可変ノズル２２ｃの開度を制御することにより前記第１の発明における「ノズル開度制御手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「脈動生成要求検知手段」が、上記ステップ１０２および１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「ノズル閉じ制御実行手段」が、上記ステップ１０４および１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「オーバーラップ期間制限手段」が、それぞれ実現されている。また、可変ノズル２２ｃの全閉開度が前記第１の発明における「第１所定開度」に相当している。
また、ターボ効率が良い開度が前記第３の発明における「第２所定開度」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０および１１２の処理を実行することにより前記第３の発明における「ノズル開き制御実行手段」が、上記ステップ１１０および１２０の処理を実行することにより前記第３または第６の発明における「オーバーラップ期間設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ５０が上記ステップ１１０および１１２の処理を実行することにより前記第６の発明における「高効率開度設定手段」が実現されている。
また、交点Ｐ１が前記第１１の発明における「第１交点」に、交点Ｐ２が前記第１１の発明における「第２交点」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第１１の発明における「圧力交点情報取得手段」および「バルブ開閉時期調整手段」がそれぞれ実現されている。
実施の形態２．
次に、図９乃至図１３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に上記図７に示すルーチンとともに後述する図１３に示すサブルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
［実施の形態２の特徴部分］
本実施形態のシステムにおける加速時の可変ノズル２２ｃの制御およびバルブオーバーラップ期間の制御は、加速中期にＶＮ２２ｃの開度を開き側の値に制御した後のバルブオーバーラップ期間の具体的な設定手法が異なる点を除き、上述した実施の形態１の制御と同様である。
図９は、本発明の実施の形態２における加速中期のバルブオーバーラップ期間の設定手法を説明するための図である。
排気圧力脈動が強くなってきた加速中期のタイミングにおいてＶＮ２２ｃを中間開度（ターボ効率の良い開度）にまで動作させた後に、バルブオーバーラップ期間を設定する際には、上述した実施の形態１における変形例で説明したように、吸気弁６４の開き時期の進角量と排気弁６８の閉じ時期の遅角量とを同時かつ同量に制御されるようにしたうえで、ＶＮ２２ｃが開かれていくに従って、徐々にバルブオーバーラップ期間を拡大していくという簡便な手法が考えられる。しかしながら、そのような手法は、例えば図９に示すケースのように、排気圧力脈動の波形如何によっては、排気圧力脈動を利用した掃気効果を十分に引き出すうえで十分でなくなってしまう。
図９に示すケースは、排気圧力脈動の谷の大部分が排気上死点よりも進角側に位置しているケースを示している。このようなケースでは、排気圧力脈動の谷の頂点よりも進角側の方が、その遅角側に対して排気圧力が低くなっている。このようなケースにおいて、図９に示すように、排気上死点を基準として、吸気弁６４の開き時期の進角量と排気弁６８の閉じ時期の遅角量とをともに２０°ＣＡで同量に設定すると、吸気行程において、排気圧力が吸気圧力よりも高くなる領域を、バルブオーバーラップ期間内に含んでしまう。このような領域を含んでしまうと、吸気側への排気ガスの吹き返しによって、掃気効果が減少してしまう。
従って、図９に示すケースにおいて、掃気効果を最大限に利用するためには、排気弁６８の閉じ時期は、ＡＴＤＣ１０°ＣＡであることが望ましく、また、吸気弁６４の開き時期は、ＢＴＤＣ８０°ＣＡであることが望ましい。つまり、この場合には、バルブオーバーラップ期間は、吸気弁６４の開き時期の進角量を排気弁６８の閉じ時期の遅角量よりも大きくするのが好ましいといえる。また、ＶＮ開度２２ｃが開かれていくことに伴うターボ効率の向上に従って、排気圧力に対して吸気圧力が高くなる領域が拡大していくが、このような領域の拡大は、図９に示すケースであれば、排気上死点よりも進角側から進行することになる。このため、このケースであれば、排気弁６８の閉じ時期の遅角制御よりも吸気弁６４の開き時期の進角制御を先に開始させる方が、掃気効果を効率的に利用するという観点では好ましいといえる。
排気圧力脈動が谷となるタイミングは、既述したように、排気弁６８の開き時期およびエンジン回転数の条件如何によって異なるものとなる。そこで、本実施形態では、排気弁６８の開き時期およびエンジン回転数の条件に起因して変化する排気圧力脈動が谷となる位相に応じて、ＶＮ２２ｃの動作後にバルブオーバーラップ期間を設定する際に、吸気弁６４の開き時期の進角量および排気弁６８の閉じ時期の遅角量のそれぞれが担う制御量の比率を変更するようにした。更に、当該谷となる位相に応じて、吸気弁６４の開き時期の進角制御と排気弁６８の閉じ時期の遅角制御の開始タイミングの優先順序を決定するようにした。
次に、図１０および図１１を参照して、上述した本実施形態の制御の具体例を説明する。
図１０は、排気弁６８の閉じ時期の遅角制御よりも吸気弁６４の進角制御を優先的に制御する場合におけるＶＮ開度の開き途中の様子を説明するための図であり、図１１は、図１０と同様の場合におけるＶＮ開度の開き制御が完了したタイミング近辺で行われる制御を説明するための図である。
図１０（Ｂ）に示すように、ＶＮ開度が開かれていく過程では、ターボ効率が次第に向上していくことで、排気圧力が減少していく。つまり、排気圧力の波形は、破線で示す波形から実線で示す波形に近づくように移行していく。その結果、図１０（Ｂ）中にハッチングを付して示す領域、すなわち、排気圧力脈動が谷となる時期において排気圧力よりも吸気圧力の方が高くなる領域が存在し始める。
図１０に示すケースは、排気圧力脈動の谷の頂点が排気上死点よりも進角側に存在するケースであるので、ハッチングを付して示す上記領域は、排気上死点よりも進角側から存在し始める。本実施形態の手法によれば、このようなケースでは、バルブオーバーラップ期間を設けるに際して、図１０（Ａ）に示すように、先ず、吸気弁６４の開き時期の進角制御（早開き制御）が実行されるようになる。
その後、ＶＮ開度が目標開度に達することで、ターボ効率が最適化されたタイミングになってくると、図１１（Ｂ）に示すように、排気圧力に対して吸気圧力が十分に高まってくる。その結果、排気上死点よりも遅角側においても、ハッチングを付して示す上記領域が存在するようになる。このようなタイミングになった場合には、本実施形態の手法によれば、そのような上記領域の拡大を受けて、吸気弁６４の開き時期の進角制御に加え、排気弁６８の閉じ時期の遅角制御が実行されるようになる。更に、このような図１０および図１１を参照して説明するケースの場合には、本実施形態の手法によれば、バルブオーバーラップ期間の設定を行ううえで、排気弁６８の閉じ時期の遅角量が担う比率よりも吸気弁６４の開き時期の進角量が担う比率の方が高くなるように、両者の制御量が調整されることになる。
図１２は、本発明の実施の形態２における上述した特徴的な制御の実行タイミングを説明するためのタイムチャートである。尚、図１２において、上述した実施の形態１における図６に示すタイムチャートと同じ制御が行われる部分については、その説明を簡略または省略するものとする。また、この図１２に示すタイムチャートにおいても、排気弁６８の閉じ時期（ＥＶＣ）の遅角制御よりも吸気弁６４の開き時期（ＩＶＯ）の進角制御を優先的に制御する場合を例に挙げて説明するものとする。
本実施形態では、時刻ｔ１においてＶＮ開度がターボ効率の良い中間開度に向けて開き始められた後においては、図１２に示すように、その後の時間経過に伴ってターボ効率が向上してきたことで排気圧力に対して吸気圧力が高くなる条件に達したと判断できる時点ｔ２に達した時に、吸気弁６４の開き時期の進角制御が先行して開始される。
その後、ＶＮ開度が所定の中間開度に達した時点ｔ３において、図１１中にハッチングを付して示す上記領域が十分に存在し始めたと判断され、排気弁６８の閉じ時期の遅角制御も開始されるようになる。また、上述したように、図１２に示す制御例では、バルブオーバーラップ期間の設定を行ううえで、排気弁６８の閉じ時期の遅角量が担う比率よりも吸気弁６４の開き時期の進角量が担う比率の方が高くなるように、両者の制御量が調整される。尚、両者の制御量の合計値自体は、今回のＶＮ２２ｃの制御開度に応じて、所望のバルブオーバーラップ期間が得られるように決定される。
［実施の形態２における具体的処理］
図１３は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するサブルーチンのフローチャートである。尚、本サブルーチンの処理は、上述した実施の形態１における図７に示すメインルーチン中のステップ１２０の処理の代替案という位置付けである。
図１３に示すルーチンでは、先ず、クランク角センサ６２の出力に基づき、エンジン回転数が取得される（ステップ２００）。次いで、排気カム角センサ７４の出力に基づき、排気弁６８の現在の開き時期が取得される（ステップ２０２）。
次に、エンジン回転数と排気弁６８の開き時期とに基づいて、バルブオーバーラップ期間を設定するうえでの、吸気弁６４の開き時期の進角制御と排気弁６８の閉じ時期の遅角制御の制御開始優先順序と、両者がそれぞれ担う制御量の比率が決定される（ステップ２０４）。既述したように、排気圧力脈動が谷となるタイミングは、エンジン回転数および排気弁６８の閉じ時期との関係で定める。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数および排気弁６８の閉じ時期との関係で、当該制御開始優先順序および当該制御量比率を定めたマップ（図示省略）をそれぞれ記憶している。本ステップ２０４では、それらのマップが参照されて、吸気弁６４の開き時期の進角制御および排気弁６８の閉じ時期の遅角制御の何れを先行して開始すべきか否か、および、両者の何れの制御量比率を高めるべきか否かが、それぞれ決定される。
次に、ステップ２０６において、今回のルーチン起動時の状況が吸気弁６４の開き時期の進角制御を先行して開始すべき状況（排気圧力脈動の谷が排気上死点よりも進角側に位置する状況）であると判定された場合には、吸気弁６４の開き時期の進角制御が先に開始される（ステップ２０８）。
次に、ＶＮ開度が今回の加速時の目標中間開度に達したか否かが判別される（ステップ２１０）。その結果、当該判定が成立した場合には、排気圧力に対して吸気圧力が高くなる領域が排気上死点よりも遅角側にまで及ぶ状況になってきたものと判断され、排気弁６８の閉じ時期の遅角制御についても開始される（ステップ２１２）。尚、ＶＮ開度は、可変ノズル２２ｃを駆動するアクチュエータ（図示省略）の制御量を検知することにより取得可能である。
一方、上記ステップ２０６において、今回のルーチン起動時の状況が排気弁６８の閉じ時期の遅角制御を先行して開始すべき状況（排気圧力脈動の谷が排気上死点よりも遅角側に位置する状況）であると判定された場合には、排気弁６８の閉じ時期の遅角制御が先に開始される（ステップ２１４）。
次に、ＶＮ開度が今回の加速時の目標中間開度に達したか否かが判別される（ステップ２１６）。その結果、当該判定が成立した場合には、排気圧力に対して吸気圧力が高くなる領域が排気上死点よりも進角側にまで及ぶ状況になってきたものと判断され、吸気弁６４の開き時期の進角制御についても開始される（ステップ２１８）。
以上説明した図１３に示すルーチンによれば、排気圧力脈動の位相に応じて（より具体的には、排気圧力脈動が谷となる位相に応じて）、ＶＮ開度の調整に伴いバルブオーバーラップ期間を設定する際に、吸気弁６４の開き時期の進角制御および排気弁６８の閉じ時期の遅角制御の何れを先行して開始すべきか否かが決定される。このような処理によれば、ＶＮ開度が開かれていくことで排気圧力に対して吸気圧力が高くなる領域ができ始めた際に、最初に当該領域ができ始める部位に対してバルブオーバーラップ期間を速やかに重ねることができるようになる。このため、効率的に掃気効果を得ることが可能となる。
また、上記ルーチンによれば、排気圧力脈動に応じて（より具体的には、排気圧力脈動が谷となる位相に応じて）、ＶＮ開度の調整に伴いバルブオーバーラップ期間を設定する際に、吸気弁６４の開き時期の進角制御および排気弁６８の閉じ時期の遅角制御の何れの制御量比率を高めるべきか否かが決定される。このような処理によれば、バルブオーバーラップ期間を拡大していく際に、吸気圧力に対して排気圧力が高くなる領域（吹き返しが懸念される領域）をバルブオーバーラップ期間中に含めないようにすることができる。このため、効率的に掃気効果を得ることが可能となる。
また、上述した実施の形態１におけるＶＮ２２ｃの開き動作後のバルブオーバーラップ期間の設定手法（上記図７に示すルーチン中の上記ステップ１２０参照）は、排気圧力と吸気圧力との交点Ｐ１、Ｐ２（図４参照）を実機上で取得可能となっているシステムにおいて好適なものである。これに対し、本実施形態の手法は、そのような交点Ｐ１、Ｐ２の取得が実機上において困難なシステムに適用するのに好適なものである。
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２００〜２０４の処理を実行することにより前記第９の発明における「制御量比率設定手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ５０が上記ステップ２００〜２０４の処理を実行することにより前記第９の発明における「制御開始順序設定手段」が実現されている。
ところで、上述した実施の形態１および２においては、排気圧力脈動を高める要求の一例として、加速要求時を例に挙げて説明を行ったが、本発明における排気圧力脈動を高める要求は、そのような加速要求時に限定されるものではない。
また、上述した実施の形態１および２においては、加速初期段階では、ＶＮ開度を全閉に制御するようにしているが、本発明において、排気圧力脈動を高める要求を検知した検知時点から排気圧力脈動が高められたと判断される判断時点までの間に制御される可変ノズルの開度は、当該検知時点の可変ノズルの開度よりも閉じ側の開度であれば、必ずしも全閉でなくてもよい。また、加速初期段階では、バルブオーバーラップ期間をゼロとしているが、本発明において、上記検知時点から上記判断時点までの間に設定されるバルブオーバーラップ期間は、完全にゼロでなくても実質的にゼロであればよく、更には、上記検知時点のバルブオーバーラップ期間よりも短い期間であってもよい。
実施の形態３．
次に、図１４乃至図１８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
［実施の形態３のシステム構成］
図１４は、本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。尚、図１４において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
本実施形態のシステムは、図１４に示すように、排気マニホールド１８とＥＧＲ通路３８との接続部位に、排気容積切替弁８０を備えている。この排気容積切替弁８０は、ＥＧＲクーラ４０の上流側（排気マニホールド１８側）においてＥＧＲ通路３８を遮断可能に構成されている。
このような排気容積切替弁８０によって排気マニホールド１８とＥＧＲ通路３８とを遮断した状態では、ＥＧＲ通路３８やＥＧＲクーラ４０の容積が排気系容積に加わらなくなるので、通常時（開弁時）と比べ、ＥＧＲ通路３８とＥＧＲクーラ４０とを合わせた容積の分だけ、排気系容積を小さくすることができる。このように、排気容積切替弁８０によれば、排気系容積を可変とすることができる。
図１５は、排気系容積が排気圧力脈動に与える影響を説明するための図である。
図１５中に「排気系容積大」と付された波形は、排気容積切替弁８０が開弁状態とされた場合のものであり、図１５中に「排気系容積小」と付された波形は、排気容積切替弁８０が閉弁状態とされた場合のものである。
図１５に示すように、排気容積切替弁８０によって排気系容積が小さくされた場合には、排気系容積が大きくされた場合に比して、排気圧力脈動の振幅が増加する。つまり、排気圧力脈動が強くなる。従って、このような排気容積切替弁８０を用いて効果的に排気圧力脈動を強くするためには、図１４に示す構成のように、できるだけ排気マニホールド１８の直後に配置することが、排気系容積をより有効に減らせることができるので好ましい。
また、図１４に示すように、ＤＰＦ２４近傍の排気通路２０には、ＤＰＦ２４の前後差圧を検出するための差圧センサ８２が取り付けられている。本実施形態のＥＣＵ８４には、実施の形態１において既述したセンサやアクチュエータに加え、排気容積切替弁８０や差圧センサ８２が接続されている。ＥＣＵ８４は、差圧センサ８２の出力に基づいて、ＤＰＦ２４へのＰＭ堆積量を推定することで、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いを判定することができる。
［実施の形態３の特徴部分］
ところで、ＤＰＦ２４へのＰＭ堆積量が増加すると、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが高くなり、背圧（排気圧力）が高くなる。その結果、バルブオーバーラップ期間において吸気圧力が排気圧力よりも高くなる領域が小さくなるので、加速要求時等の排気圧力脈動を高める要求がある場合に、十分な掃気効果が得にくくなる。
また、上記図１５に示すように、排気系容積が大きいと、バルブオーバーラップ期間において吸気圧力が排気圧力よりも高くなる領域が小さくなるので、加速要求時等の排気圧力脈動を高める要求がある場合に、十分な掃気効果が得にくくなる。
そこで、本実施形態では、ＤＰＦ２４の目詰まりの度合いに応じて、加速時における可変ノズル２２ｃの開度制御およびバルブオーバーラップ期間の制御を変更するようにした。そして、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的低い場合には掃気効果を高める目的で、また、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的高い場合には過給圧を高める目的で、何れの場合にも、排気容積切替弁８０によって排気系容積を縮小させるようにした。
より具体的には、ＤＰＦ２４の目詰まりの度合いが比較的低い場合には、掃気効果によるトルクアップを図るべく、上述した実施の形態１の制御と同様に、加速初期段階において、吸気側への排気ガスの吹き返しを防止するためにバルブオーバーラップ期間を小さく（例えば、ゼロに）制御したうえで、排気圧力脈動を高めるために、排気容積切替弁８０を閉じた後にＶＮ開度を全閉に制御するようにした。
その後、排気圧力脈動が強くなったと判断できる時点において、ターボ効率の良い中間開度となるようにＶＮ開度を開くようにした。そして、そのようなＶＮ２２ｃの開き動作が行われた後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるように、ＶＮ開度に応じたバルブオーバーラップ期間を設定するようにした。
一方、ＤＰＦ２４の目詰まりの度合いが比較的高い場合には、有効な掃気効果が得られないので、過給圧アップによるトルクアップを図るべく、加速初期段階において、吸気側への排気ガスの吹き返しを防止するためにバルブオーバーラップ期間を小さく制御したうえで、過給圧を高めるために、排気容積切替弁８０を閉じた後にＶＮ開度を全閉に制御するようにした。また、この場合には、その後の加速中においても、加速初期段階におけるＶＮ開度およびバルブオーバーラップ期間の上記制御が維持されるようにした。
図１６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてＥＣＵ８４が実行するルーチンのフローチャートである。
図１６に示すルーチンでは、先ず、ステップ１００において、運転者からの車両の加速要求があると判定された場合には、次いで、差圧センサ８２により検出されるＤＰＦ２４前後の差圧に基づいて、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが検出（判定）される（ステップ３００）。
その結果、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的低いと判定された場合には、先ず、バルブオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ量）が現時点の値よりも短くなるように（例えば、ゼロに）制御される（ステップ３０２）。その後、排気容積切替弁８０が閉弁状態となるように制御される（ステップ３０４）。
更にその後、可変ノズル（ＶＮ）２２ｃの開度が現時点の値よりも閉じるように（例えば、全閉開度に）制御される（ステップ３０６）。次いで、排気圧力脈動が十分に強くなったか否かが判断される（ステップ３０８）。具体的には、排気圧力脈動の強さは、例えば、排気圧センサ４８による測定値や、ＥＣＵ８４内に構築された燃焼モデルによる燃焼状態の推定結果などに基づいて判断可能である。
上記ステップ３０８において、排気圧力脈動が十分に強くなったと判断できる場合には、次いで、ターボ効率の優れる中間開度となるように、ＶＮ開度が開かれる（ステップ３１０）。
次に、十分な掃気効果を得られる条件になったか否かが判断される（ステップ３１２）。具体的には、例えば、排気圧力と吸気圧力との差圧が所定の判定値以下となったか否かを判別することで、当該判断を行うことができる。
上記ステップ３１２において、十分な掃気効果が得られる条件になったと判断された場合には、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるような態様で、正のバルブオーバーラップ期間が設定される（ステップ３１４）。
一方、上記ステップ３００において、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的高いと判定された場合には、先ず、バルブオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ量）が現時点の値よりも短くなるように（例えば、ゼロに）制御される（ステップ３１６）。その後、排気容積切替弁８０が閉弁状態となるように制御される（ステップ３１８）。
更にその後、可変ノズル（ＶＮ）２２ｃの開度が現時点の値よりも閉じるように（例えば、全閉開度に）制御される（ステップ３２０）。
図１７および図１８は、上記図１６に示すルーチンの処理により実現される加速時の動作の一例を示すタイムチャートである。より具体的には、図１７（Ａ）乃至図１７（Ｄ）および図１８（Ａ）乃至図１８（Ｄ）は、上段から順に、排気容積切替弁８０の開度設定、ＶＮ開度、バルブオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ量）、および、トルクの各時間変化を示している。また、図１７はＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的低い場合の動作に、図１８はＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的高い場合の動作に、それぞれ対応している。
ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的低い場合には、加速要求が検知されると、図１７（Ｃ）に示すように、先ず、バルブオーバーラップ期間がゼロとなるように制御される。加速初期段階においては、排気圧力と吸気圧力との差圧が大きいため、バルブオーバーラップ期間を長く設定しても、掃気効果を有効に利用できず、また、吸気側への排気ガスの吹き返しによって、体積効率ηＶが悪化してしまう。これに対し、図１７（Ｃ）に示すバルブオーバーラップ期間の制御によれば、そのような体積効率ηＶの悪化を良好に防止することができる。
また、バルブオーバーラップ期間がゼロに制御されたことが確認された後に、図１７（Ａ）に示すように、排気容積切替弁８０が閉じられるとともに、排気容積切替弁８０の当該閉弁後に、図１７（Ｂ）に示すように、ＶＮ開度が全閉開度に制御される。このように、排気容積切替弁８０を閉じるようにすれば、排気系容積が小さくなるので、排気圧力脈動を強くすることができる。また、ＶＮ開度を全閉にすることで、排気圧力脈動を強くすることができる。これらにより、後の段階において、掃気効果をより有効に利用できるようになる。
また、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的低い場合には、排気圧力脈動が十分に強くなったと判断された時点で、図１７（Ｂ）に示すように、ターボ効率の優れる中間開度となるようにＶＮ開度が制御される。これにより、排気圧力と吸気圧力との差圧を十分に小さくして、掃気効果をより大きくすることができる。
そして、ＶＮ開度が上記中間開度に制御された後に、つまり、ＶＮ開度が掃気効果を得るうえで最適な開度に調整された後に、図１７（Ｃ）に示すように、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるような態様で、正のバルブオーバーラップ期間が設定される。これにより、掃気効果を有効に利用して、図１７（Ｄ）に示すように、ディーゼル機関１０のトルクを効果的に高めることができる。以上のような順序で、バルブオーバーラップ期間、ＶＮ開度、および排気系容積を制御することで、加速時にディーゼル機関１０のトルクの立ち上がりに要する時間を良好に短くすることができる。
一方、ＤＰＦ２４の目詰まりが比較的高い場合においても、加速要求が検知されると、図１８（Ｃ）に示すように、先ず、バルブオーバーラップ期間がゼロとなるように制御される。これにより、体積効率ηＶの悪化を良好に防止することができる。
また、バルブオーバーラップ期間がゼロに制御されたことが確認された後に、図１８（Ａ）に示すように、排気容積切替弁８０が閉じられるとともに、排気容積切替弁８０の閉弁後に、図１８（Ｂ）に示すように、ＶＮ開度が全閉開度に制御される。このように、排気容積切替弁８０を閉じるようにすれば、排気系容積が小さくなることで排気圧力（背圧）が上がるので、ターボ回転数が上がり、過給圧を高めることができる。また、ＶＮ開度を全閉とすることで、ターボ効率が悪化しても過給圧を高めることができ、吸入空気量を増やすことができる。
ここで、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的高い場合には、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的低い場合とは異なり、加速時のＶＮ開度が全閉開度に維持されるとともに、バルブオーバーラップ期間がゼロに維持される。このような制御によれば、吹き返しの抑制と過給圧アップを図ることにより、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが高いことで有効な掃気効果が期待できない状況下において、図１８（Ｄ）に示すように、ディーゼル機関１０のトルクを効果的に高めることができる。
以上説明したように、上記図１６に示すルーチンによれば、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いに応じて、加速時における（排気圧力脈動が高められたと判断される時点の経過後における）、ＶＮ開度およびバルブオーバーラップ期間の制御が変更される。
より具体的には、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的低い場合には、排気圧力脈動が高められたと判断された後に、ＶＮ開度の制御とバルブオーバーラップ期間の制御とによって、掃気効果によるトルクアップが行われる。その一方で、ＤＰＦ２４の目詰まり度合いが比較的高い場合には、掃気効果が得られないので、ＶＮ開度が全閉に維持されるとともにバルブオーバーラップ期間がゼロに維持されることによって、過給圧アップによるトルクアップが行われることになる。これにより、ＤＰＦ２４の目詰まり状態に応じて、排気圧力脈動を有効に利用できるようにＶＮ開度およびバルブオーバーラップ期間の制御を決定することができる。
ところで、上述した実施の形態３においては、本発明における排気通路に配置される排気浄化装置の一例として、ＰＭを捕集するためのＤＰＦ２４について説明を行った。しかしながら、本発明の対象となる排気浄化装置は、ＤＰＦ２４に限らず、他の排気浄化触媒であってもよい。
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ８４が、上記ステップ３００の処理を実行することにより前記第１２の発明における「詰まり判定手段」が、上記図１６に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第１２の発明における「制御変更手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ８４が、上記ステップ３１０の処理を実行することにより前記第１３の発明における「低目詰まり時ノズル開き制御実行手段」が、上記ステップ３１４の処理を実行することにより前記第１３の発明における「低目詰まり時オーバーラップ期間設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ８４が上記ステップ３０４または３１８の処理を実行することにより前記第１４または第１６の発明における「排気系容積可変手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ８４が上記ステップ３１６および３２０の処理を実行することにより前記第１５の発明における「高目詰まり時制御手段」が実現されている。
本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 図１に示すシステムにおけるディーゼル機関の一つの気筒の断面を示す図である。 体積効率向上制御実行中の吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。 排気圧力脈動の強さが体積効率向上制御に与える影響を説明するための図である。 図３を用いて説明した掃気効果に対する可変ノズルの開度の影響を説明するための図である。 本発明の実施の形態１における特徴的な制御を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 図７に示すルーチンの実行により得られる効果を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態２における加速中期のバルブオーバーラップ期間の設定手法を説明するための図である。 排気弁の閉じ時期の遅角制御よりも吸気弁の進角制御を優先的に制御する場合におけるＶＮ開度の開き途中の様子を説明するための図である。 図１０と同様の場合におけるＶＮ開度の開き制御が完了したタイミング近辺で行われる制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における特徴的な制御の実行タイミングを説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるサブルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。 排気系容積が排気圧力脈動に与える影響を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 図１６に示すルーチンの処理により実現される加速時の動作の一例を示すタイムチャートである（ＤＰＦの目詰まり度合いが比較的低い場合）。 図１６に示すルーチンの処理により実現される加速時の動作の一例を示すタイムチャートである（ＤＰＦの目詰まり度合いが比較的高い場合）。
符号の説明
１０ ディーゼル機関
１８ 排気マニホールド
２０ 排気通路
２２ 可変ノズル型ターボ過給機
２２ａ タービン
２２ｂ コンプレッサ
２２ｃ 可変ノズル（ＶＮ）
２６ 吸気通路
３２ 吸気マニホールド
３８ ＥＧＲ通路
４０ ＥＧＲクーラ
４２ ＥＧＲ弁
４４ アクセル開度センサ
４６ 吸気圧センサ
４８ 排気圧センサ
５０、８４ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６２ クランク角センサ
６４ 吸気弁
６６ 吸気可変動弁機構
６８ 排気弁
７０ 排気可変動弁機構
７２ 吸気カム角センサ
７４ 排気カム角センサ
８０ 排気容積切替弁
８２ 差圧センサ

Claims (16)

  1. 吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を可変とする可変動弁機構と、
    前記可変動弁機構を制御して、前記バルブオーバーラップ期間を制御するオーバーラップ期間制御手段と、
    内燃機関の排気エネルギによって駆動されるタービンと、当該タービンに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズルとを有するターボ過給機と、
    前記可変ノズルの開度を制御するノズル開度制御手段と、
    排気圧力脈動を高める要求の有無を検知する脈動生成要求検知手段とを備え、
    前記ノズル開度制御手段は、排気圧力脈動を高める要求を検知した検知時点から排気圧力脈動が高められたと判断される判断時点までの間、前記可変ノズルの開度を、前記検知時点の当該可変ノズルの開度よりも閉じ側の第１所定開度に制御するノズル閉じ制御実行手段を含み、
    前記オーバーラップ期間制御手段は、前記検知時点から前記判断時点までの間、バルブオーバーラップ期間を、前記検知時点のバルブオーバーラップ期間よりも短くなるように制御するオーバーラップ期間制限手段を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記オーバーラップ期間制限手段は、前記検知時点から前記判断時点までの間、バルブオーバーラップ期間をゼロもしくは実質的にゼロに制限することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記ノズル開度制御手段は、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を前記第１所定開度よりも開き側の第２所定開度に制御するノズル開き制御実行手段を更に含み、
    前記オーバーラップ期間制御手段は、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間設定手段を更に含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記ノズル開き制御実行手段によって前記可変ノズルの開度が前記第２所定開度に制御された後に、前記オーバーラップ期間設定手段によって排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間が設定されることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記オーバーラップ期間設定手段は、前記ノズル開き制御実行手段による前記可変ノズルの開度変化に応じて、当該判断時点が経過した後に設定するバルブオーバーラップ期間を調整することを特徴とする請求項３または４記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記ノズル開度制御手段は、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を、前記ターボ過給機のターボ効率が前記検知時点のターボ効率よりも高い高効率開度に制御する高効率開度設定手段を更に含み、
    前記オーバーラップ期間制御手段は、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間設定手段を更に含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記高効率開度設定手段によって前記可変ノズルの開度が前記高効率開度に制御された後に、前記オーバーラップ期間設定手段によって排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間が設定されることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。
  8. 前記オーバーラップ期間設定手段は、前記高効率開度設定手段による前記可変ノズルの開度変化に応じて、当該判断時点が経過した後に設定するバルブオーバーラップ期間を調整することを特徴とする請求項６または７記載の内燃機関の制御装置。
  9. 前記可変動弁機構は、吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含むものであって、
    前記オーバーラップ期間設定手段は、前記判断時点が経過した後に排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する際に、排気圧力脈動が谷となる位相に基づいて、吸気弁の開き時期の進角量および排気弁の閉じ時期の遅角量のそれぞれの制御量の比率を設定する制御量比率設定手段を更に含むことを特徴とする請求項３乃至８の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
  10. 前記可変動弁機構は、吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含むものであって、
    前記オーバーラップ期間設定手段は、前記判断時点が経過した後に排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する際に、排気圧力脈動が谷となる位相に基づいて、吸気弁の開き時期の進角制御および排気弁の閉じ時期の遅角制御の開始順序を設定する制御開始順序設定手段を更に含むことを特徴とする請求項３乃至９の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
  11. 排気上死点付近において排気圧力が吸気圧力を下回るように排気圧力と吸気圧力とが交差する第１交点でのクランク角度、および、排気上死点において排気圧力が吸気圧力を上回るように排気圧力と吸気圧力とが交差する第２交点のクランク角度でのうちの少なくとも一方の交点を取得する圧力交点情報取得手段とを更に備え、
    前記バルブオーバーラップ期間設定手段は、吸気弁の開き時期が前記第１交点での前記クランク角度となるように、およびまたは、排気弁の閉じ時期が前記第２交点での前記クランク角度となるように、吸気弁の開き時期およびまたは排気弁の閉じ時期を制御するバルブ開閉時期調整手段を更に含むことを特徴とする請求項３乃至１０の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
  12. 前記内燃機関の制御装置は、
    排気通路に配置される排気浄化装置の目詰まりの度合いを判定する詰まり判定手段と、
    前記詰まり判定手段によって判定される前記排気浄化装置の目詰まりの度合いに応じて、前記判断時点の経過後における、前記可変ノズルの開度制御および前記バルブオーバーラップ期間の制御を変更する制御変更手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
  13. 前記制御変更手段は、
    前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を前記第１所定開度よりも開き側の第２所定開度に制御する低目詰まり時ノズル開き制御実行手段と、
    前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する低目詰まり時オーバーラップ期間設定手段と、
    を含むことを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の制御装置。
  14. 内燃機関の制御装置は、排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を可変とする排気系容積可変手段を更に備え、
    前記排気系容積可変手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記排気系容積を縮小させることを特徴とする請求項１２または１３記載の内燃機関の制御装置。
  15. 排気圧力脈動を高める前記要求は、加速要求であって、
    前記制御変更手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが高いと判定された場合において、加速中に、前記可変ノズルの開度およびバルブオーバーラップ期間の前記制御が維持されるように、前記可変ノズルの開度およびバルブオーバーラップ期間を制御する高目詰まり時制御手段を含むことを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の制御装置。
  16. 内燃機関の制御装置は、排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を可変とする排気系容積可変手段を更に備え、
    前記排気系容積可変手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが高いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記排気系容積を縮小させることを特徴とする請求項１５記載の内燃機関の制御装置。
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