JP2009228510A - 内燃機関の内部ｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気弁の閉弁タイミングを変更することによって内部ＥＧＲを制御する場合に、既燃ガスの状態を反映させながら、内部ＥＧＲ量を適切に制御することができる内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置を提供する。
【解決手段】この内部ＥＧＲ制御装置１は、検出された内燃機関３の運転状態に応じて、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを設定するとともに、この目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを、取得された排ガスＴＥＸの温度および排ガスの圧力ＰＥＸ、ならびに算出された気体定数Ｒを用い、気体の状態方程式に基づいて、補正することにより、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣを求める。そして、補正された目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに応じて、排気弁９の閉弁タイミングを算出するとともに、算出された排気弁９の閉弁タイミングに基づいて、可変動弁機構６０を制御する。
【選択図】図９

Description

本発明は、気筒内に既燃ガスを残留する内部ＥＧＲを制御する内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置に関する。

従来のこの種の内部ＥＧＲ制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内部ＥＧＲ制御装置では、クランクシャフトに対する吸気カム位相および排気カム位相を吸気カム位相可変機構および排気カム位相可変機構でそれぞれ変更するとともに、吸気弁のリフトを吸気リフト可変機構で変更することによって、気筒内に残留させる内部ＥＧＲ量が制御される。具体的には、内燃機関の回転数やスロットル弁の開度などに応じて判定された内燃機関の運転条件に応じ、上記の吸気・排気カム位相可変機構および吸気リフト可変機構を制御し、吸気弁と排気弁の開閉タイミングを制御する。

以上のように、従来の内部ＥＧＲ制御装置では、内燃機関の運転条件に応じて吸気弁と排気弁の開閉タイミングを制御し、それにより、内部ＥＧＲ量を制御するにすぎない。しかし、内燃機関の運転条件が同じでも、既燃ガスの状態が異なれば、内部ＥＧＲ量も異なる。例えば、既燃ガスの温度や圧力が異なれば、内部ＥＧＲ量も異なり、温度や圧力が同じでも、既燃ガスの組成が異なれば、それに応じて内部ＥＧＲ量は異なる。このため、従来の内部ＥＧＲ制御装置では、既燃ガスの状態によっては、気筒内に実際に残留する内部ＥＧＲ量を適切に制御できない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、排気弁の閉弁タイミングを変更することによって内部ＥＧＲを制御する場合に、既燃ガスの状態を反映させながら、内部ＥＧＲ量を適切に制御することができる内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置を提供することを目的とする。

特開昭６２−１０４１１号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、気筒３ａ内に既燃ガスを残留する内部ＥＧＲを制御する内燃機関３の内部ＥＧＲ制御装置１であって、内燃機関３の排気弁９の閉弁タイミングを変更することによって、内部ＥＧＲ量を制御する可変動弁機構（実施形態における（以下、本項において同じ）排気側動弁機構６０）と、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ）を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２１、アクセル開度センサ２８）と、検出された内燃機関３の運転状態に応じて、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを設定する目標内部ＥＧＲ量設定手段（ＥＣＵ２、図９のステップ１１）と、内燃機関３から排出された排ガスの温度（排気温ＴＥＸ）を取得する排ガス温度取得手段（排気温センサ２４）と、排ガスの圧力（排気圧ＰＥＸ）を取得する排ガス圧力取得手段（排気圧センサ２５）と、内燃機関３の混合気の空燃比を表す空燃比パラメータ（エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ）を検出する空燃比パラメータ検出手段（クランク角センサ２１、アクセル開度センサ２８）と、検出された空燃比パラメータに応じて、既燃ガスの気体定数Ｒを算出する気体定数算出手段（ＥＣＵ２、図９のステップ１２）と、取得された排ガスの温度および排ガスの圧力、ならびに算出された気体定数Ｒを用い、気体の状態方程式に基づいて、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを補正する目標内部ＥＧＲ量補正手段（ＥＣＵ２、図９のステップ１３）と、補正された目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに応じて、排気弁９の閉弁タイミングを算出する閉弁タイミング算出手段（ＥＣＵ２、図９のステップ１４，１８）と、算出された排気弁９の閉弁タイミングに基づいて、可変動弁機構を制御する制御手段（ＥＣＵ２、図９のステップ１５，１６，１９，２０）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置によれば、排気弁の閉弁タイミングを可変動弁機構で変更することによって、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが制御される。また、検出された内燃機関の運転状態に応じて、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量が設定されるとともに、この目標内部ＥＧＲ量は、取得された排ガスの温度および排ガスの圧力、ならびに検出された内燃機関の混合気の空燃比を表す空燃比パラメータに応じて算出された気体定数を用い、気体の状態方程式に基づいて補正される。

既燃ガスの体積は、温度や圧力に応じて変化する。このため、既燃ガスの温度および圧力に対応する排ガスの温度および圧力に応じて目標内部ＥＧＲ量を補正することにより、既燃ガスの体積の変化の影響を適切に補償することができる。

また、既燃ガスには、３原子分子である二酸化炭素や水蒸気が含まれるため、その気体定数は、酸素や窒素の２原子分子で構成される空気よりも小さい。また、空燃比が高いほど、二酸化炭素や水蒸気の濃度が低くなるため、既燃ガスの気体定数は、空気の気体定数に近づき、より大きくなる。このような観点から、気体定数を、空燃比パラメータに応じて算出することによって、既燃ガスの組成に応じて適切に求めることができる。以上により、取得した排ガスの温度および圧力と、上記のようにして求めた気体定数を用い、気体の状態方程式に基づいて目標内部ＥＧＲ量を補正することにより、目標内部ＥＧＲ量を適切に設定することができる。

また、本発明では、このようにして補正した目標内部ＥＧＲ量に応じて、排気弁の閉弁タイミングを算出し、この閉弁タイミングに基づいて、可変動弁機構を制御するので、既燃ガスの状態を良好に反映させながら、内部ＥＧＲ量を適切に制御することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による内部ＥＧＲ制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有する４気筒のガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。

エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、気筒３ａごとに、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、燃料噴射弁６および点火プラグ７（図２参照）が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている（いずれも１つのみ図示）。この燃料噴射弁６は、燃焼室３ｄ内の点火プラグ７の近傍に、燃料を直接、噴射するように構成された直噴タイプのものである。燃料噴射弁６の燃料噴射量および燃料噴射時期は、その開弁時間および開弁タイミングをＥＣＵ２（図２参照）で制御することによって、制御される。点火プラグ７の点火時期もまた、ＥＣＵ２によって制御される。また、このエンジン３では、燃焼モードとして、燃料噴射弁６から燃料を吸気行程中に噴射することにより生成された均質混合気を、点火プラグ７による火花点火によって燃焼させる均質燃焼モード（以下「ＳＩ燃焼モード」という）と、燃料噴射弁６から燃料を圧縮行程中に噴射することにより生成された成層混合気を、自己着火によって燃焼させる成層燃焼モード（以下「ＣＩ燃焼モード」という）とを有し、その切替はＥＣＵ２によって制御される。

また、各気筒３ａには、一対の吸気弁８、８（１つのみ図示）および一対の排気弁９、９（１つのみ図示）が設けられている。吸気弁８は吸気側動弁機構４０によって開閉され、排気弁９は排気側動弁機構６０によって開閉される。以下、図３〜図６を参照しながら、これらの吸気側動弁機構４０および排気側動弁機構６０について説明する。

吸気側動弁機構４０は、通常のカム駆動式のものであり、図３に示すように、回転自在の吸気カムシャフト４１と、吸気カムシャフト４１に一体に設けられた吸気カム４２と、ロッカアームシャフト４３と、ロッカアームシャフト４３に回動自在に支持されるとともに、吸気弁８、８の上端にそれぞれ当接する２つのロッカアーム４４、４４（１つのみ図示）などを備えている。

吸気カムシャフト４１は、吸気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。吸気カムシャフト４１が回転すると、ロッカアーム４４、４４が、吸気カム４２で押圧され、ロッカアームシャフト４３を中心として回動することにより、吸気弁８、８が開閉される。

一方、排気側動弁機構６０は、排気弁９のリフトおよびバルブタイミングを無段階に変更する可変動弁機構で構成されている。なお、本実施形態では、「排気弁９のリフト（以下「排気リフト」という）」は、排気弁９の最大揚程を表すものとする。

図４に示すように、排気側動弁機構６０は、排気カムシャフト６１、排気カム６２、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０などを備えている。

排気カムシャフト６１は、排気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。

排気リフト可変機構７０は、排気リフトを値０と所定の最大リフトＬＥＸＭＡＸ（図５参照）との間で無段階に変更するものである。その構成は、本出願人が特開２００７−１００５２２号で既に提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。

排気リフト可変機構７０は、コントロールシャフト７１およびロッカアームシャフト７２と、これらのシャフト７１、７２上に気筒３ａごとに設けられたロッカアーム機構７３と、これらのロッカアーム機構７３を同時に駆動するアクチュエータ８０（図２参照）などを備えている。

このロッカアーム機構７３は、リンク７４ａ、ローラ軸７４ｂ、ローラ７４ｃおよびロッカアーム７５などを備えている。また、アクチュエータ８０は、モータおよび減速ギヤ機構（いずれも図示せず）などを組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸによって駆動されると、コントロールシャフト７１を回動させ、それにより、リンク７４ａをローラ軸７４ｂを中心として回動させる。

このリンク７４ａが図４に実線で示すゼロリフト位置にある場合、排気カムシャフト６１の回転に伴い、排気カム６２によりローラ７４ｃがロッカアームシャフト７２側に押されると、リンク７４ａは、コントロールシャフト７１を中心として、図４の時計回りに回動する。その際、ロッカアーム７５の案内面７５ａがコントロールシャフト７１を中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、バルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム７５は図４に示す閉弁位置に保持される。それにより、排気リフトは値０に保持され、排気弁９は閉弁状態に保持される。

一方、リンク７４ａがゼロリフト位置から最大リフト位置（図４の２点鎖線で示す位置）側の位置に回動し、保持されている状態では、排気カム６２の回転により、リンク７４ａがコントロールシャフト７１を中心として図４の時計回りに回動すると、ロッカアーム７５は、バルブスプリングの付勢力に抗しながら、図４に示す閉弁位置から下方に回動し、排気弁９を開弁する。その際、ロッカアーム７５の回動量すなわち排気リフトは、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きくなる。

以上の構成により、排気弁９は、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁する。より具体的には、排気カム６２の回転中、排気弁９は、リンク７４ａが最大リフト位置にあるときには、図５に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、排気リフトは最大リフトＬＥＸＭＡＸになる。したがって、この排気リフト可変機構７０では、アクチュエータ８０を介して、リンク７４ａをゼロリフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、排気リフトを値０と所定の最大リフトＬＥＸＭＡＸとの間で無段階に変化させることができる。また、後述する排気カム位相ＣＡＥＸが同じ場合、排気リフトが大きいほど、排気弁９の開弁タイミングは早くなり、閉弁タイミングは遅くなる。

また、排気リフト可変機構７０には、排気リフトを検出するためのリフトセンサ２３が設けられている（図２参照）。このリフトセンサ２３は、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。排気リフトは、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸから一義的に定まるので、検出された回動角ＳＡＡＥＸは、実際の排気リフトを表す。

一方、排気カム位相可変機構９０は、排気カムシャフト６１のクランクシャフト３ｅに対する相対的な位相（以下「排気カム位相」という）ＣＡＥＸを無段階に進角側または遅角側に変更するものである。その構成は、本出願人が特開２００５−３１５１６１号公報で既に提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。

この排気カム位相可変機構９０は、排気カムシャフト６１の排気スプロケット側の端部に設けられており、電磁弁９１（図２参照）と、これを介して油圧が供給される進角室および遅角室（いずれも図示せず）などを備えている。この電磁弁９１は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、進角室および遅角室に供給する油圧を変化させることで、排気カム位相ＣＡＥＸを所定の最遅角値と所定の最進角値との間で無段階に連続的に変化させる。それにより、排気弁９のバルブタイミングは、図６に実線で示す最遅角タイミングと２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。

一方、排気カムシャフト６１の排気カム位相可変機構９０と反対側の端部には、カム角センサ２２（図２参照）が設けられている。このカム角センサ２２は、排気カムシャフト６１の回転に伴い、パルス信号であるＥＸＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＥＸＣＡＭ信号および後述するＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸを算出する。

以上のように、このエンジン３では、排気側動弁機構６０により、排気弁９のリフトおよびバルブタイミングが無段階に変更され、それにより、気筒３ａ内に残留する既燃ガスの量すなわち内部ＥＧＲ量が制御される。

エンジン３には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップ（いずれも図示せず）で構成されており、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、ＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のような４気筒タイプの場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。また、エンジン３には、気筒判別センサ（図示せず）が設けられており、この気筒判別センサは、気筒３ａを判別するためのパルス信号である気筒判別信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの気筒判別信号、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に応じて、クランク角度ＣＡを気筒３ａごとに算出する。

また、エンジン３の排気管５には、上流側から順に、排気温センサ２４、排気圧センサ２５およびＬＡＦセンサ２６（図２参照）が設けられている。排気温センサ２４は排気管５内の温度（以下「排気温」という）ＴＥＸを、排気圧センサ２５は排気管５内の圧力（以下「排気圧」という）ＰＥＸを検出し、それらの検出信号は、ＥＣＵ２に出力される。ＬＡＦセンサ２６は、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーンまでの広範囲な空燃比の領域において、排気管５内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、ＬＡＦセンサ２６からの検出信号に基づいて、排ガスの空燃比すなわち混合気の空燃比ＡＦを算出する。

エンジン３本体には、水温センサ２７が設けられている。水温センサ２７は、エンジン３のシリンダブロック３ｆ内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２８から、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２８からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、エンジン３の燃焼モードを、ＳＩ燃焼モードまたはＣＩ燃焼モードに決定する。また、ＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態や燃焼モードに応じて、目標空燃比を設定するとともに、それに応じて燃料噴射制御を実行する。なお、この目標空燃比は、燃焼モードごとに、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて設定される。また、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。

さらに、ＥＣＵ２は、決定した燃焼モードに応じて排気側動弁機構６０を制御することにより、排気弁９の閉弁タイミングを変更し、内部ＥＧＲ量を制御する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、目標内部ＥＧＲ量設定手段、気体定数算出手段、目標内部ＥＧＲ量補正手段、閉弁タイミング算出手段および制御手段に相当する。

図７は、ＥＣＵ２で実行される燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、検出されたエンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＪＵＤ（例えば８５℃）よりも高いか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＪＵＤ以下のときには、ＣＩ燃焼に適した燃焼室３ｄ内の温度を確保できないとして、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、そのことを表すために、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「０」にセットした（ステップ３）後、本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３がＣＩ燃焼を実行すべき運転領域（以下「ＨＣＣＩ領域」という）にあるか否かを判別する（ステップ２）。この判別は、図８に示す燃焼領域マップに基づき、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて行われる。この燃焼領域マップでは、ＨＣＣＩ領域は、エンジン回転数ＮＥが低〜中回転域にあり、また要求トルクＰＭＣＭＤが低〜中負荷域にある運転領域に相当する。

前記ステップ２の判別結果がＮＯで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にないときには、前記ステップ３を実行し、ＳＩ燃焼モードを選択する。一方、ステップ２の判別結果がＹＥＳで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にあるときには、燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定し、そのことを表すために、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「１」にセットした（ステップ４）後、本処理を終了する。

図９は、内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。本処理もまた、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まず、ステップ１１において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを算出する。

次に、気体定数Ｒを算出する（ステップ１２）。図１０は、この気体定数Ｒの算出処理を示すサブルーチンである。本処理では、まず、ステップ２１において、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＳＩ燃焼モードのときには、気体定数Ｒを所定値ＲＳＩ（例えば２５５Ｊ／ｋｇ・Ｋ）に設定し（ステップ２２）、本処理を終了する。この所定値ＲＳＩは、均質燃焼における既燃ガスの気体定数に相当するものであり、実験などによってあらかじめ求められる。

一方、ステップ２１の判別結果がＹＥＳで、ＣＩ燃焼モードのときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、所定のマップ（図示せず）からマップ値ＲＣＩを検索し、気体定数Ｒとして設定した（ステップ２３）後、本処理を終了する。

上記のマップにおいて、マップ値ＲＣＩは、空気の気体定数に相当する上限値（例えば２８７Ｊ／ｋｇ・Ｋ）と、均質燃焼における既燃ガスの気体定数に相当する下限値（例えば２５５Ｊ／ｋｇ・Ｋ）との間に設定されている。前述したように、このエンジン３では、燃焼モードごとに、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、目標空燃比が設定されるため、両パラメータＮＥ，ＰＭＣＭＤは、空燃比を良好に表す。また、前述したように、空燃比が高いほど、既燃ガス中の二酸化炭素や水蒸気の濃度は低くなるため、既燃ガスの気体定数は、空気の気体定数に近づき、より大きくなる。このため、このマップでは、マップ値ＲＣＩは、例えばエンジン回転数ＮＥが低いほど、また要求トルクＰＭＣＭＤが低いほど、より大きな値に設定されている。以上により、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤを用いて、既燃ガスの組成に応じた適切な気体定数Ｒを求めることができる。

図９に戻り、前記ステップ１２に続くステップ１３では、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤ、検出された排気温ＴＥＸおよび排気圧ＰＥＸと、算出した気体定数Ｒを用い、気体の状態方程式に基づき、次式（１）に従って、最終的な目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣを算出する。
ＥＧＲＩＮＣ＝ＥＧＲＩＮＣＭＤ×Ｒ×ＴＥＸ／ＰＥＸ ・・・（１）

次に、算出した目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣ、およびエンジン回転数ＮＥに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、排気カム位相ＣＡＥＸの目標となる目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ１４）。次いで、算出した目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤと検出された実際の排気カム位相ＣＡＥＸに応じ、位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸを算出する（ステップ１５）とともに、算出した位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、電磁弁９１を駆動する（ステップ１６）。以上により、排気カム位相ＣＡＥＸが目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

次に、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、排気弁９の目標閉弁タイミングに相当する目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣを算出する（ステップ１７）とともに、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣおよび排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸの目標となる目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ１８）。

次いで、回動角ＳＡＡＥＸおよび目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに応じて、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸを算出する（ステップ１９）。そして、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸに応じて、アクチュエータ８０を駆動する（ステップ２０）。以上により、回動角ＳＡＡＥＸが目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

以上のように、本実施形態によれば、排気温ＴＥＸおよび排気圧ＰＥＸに応じて、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを補正するので、既燃ガスの体積の変化の影響を適切に補償することができる。また、気体定数Ｒを、空燃比を表す空燃比パラメータとしてのエンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて算出するので、既燃ガスの組成に応じて適切に求めることができる。以上により、気体の状態方程式に基づいて、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣを適切に算出することができる。そして、そのように算出した目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに応じて、排気側動弁機構６０を制御し、排気弁９の閉弁タイミングを制御するので、既燃ガスの状態を良好に反映させながら、内部ＥＧＲ量を適切に制御することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、気体定数Ｒを算出するための空燃比パラメータとして、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤを用いているが、これに限らず、空燃比を表す他の適当なパラメータ、例えば、ＬＡＦセンサ２６で検出した空燃比ＡＦを用いてもよい。また、実施形態では、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤの補正に用いられる排気温および排気圧を、それぞれのセンサによって直接、検出しているが、エンジンの運転状態などに応じて、推定してもよい。

さらに、実施形態では、内部ＥＧＲ量を、排気カム位相可変機構９０および排気リフト可変機構７０の両方によって制御しているが、これに限らず、例えばこれらの一方で制御してもよい。また、実施形態では、ＳＩ燃焼モード用の気体定数Ｒを、固定値に設定しているが、ＣＩ燃焼モード時と同様、空燃比に応じて設定してもよい。その場合、気体定数は、エンジン回転数および要求トルクの全領域において、ＣＩ燃焼モード用のものよりも小さな値に設定される。これは、ＣＩ燃焼モードでは、ＳＩ燃焼モード時よりも空燃比がよりリッチ側で燃焼が行われるためである。

また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の内部ＥＧＲ制御装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。 内部ＥＧＲ制御装置の一部を示す図である。 図１の部分拡大図である。 排気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。 排気リフト可変機構による排気リフトの変更状態を示す図である。 排気カム位相可変機構により排気カム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。 燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。 図７の処理で用いられる燃焼領域マップの一例である。 内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。 気体定数の算出処理を示すサブルーチンである。

符号の説明

１ 内部ＥＧＲ制御装置
２ ＥＣＵ（目標内部ＥＧＲ量設定手段、気体定数算出手段、目標内部ＥＧＲ量補正手
段、閉弁タイミング算出手段および制御手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
９ 排気弁
２１ クランク角センサ（運転状態検出手段および空燃比パラメータ検出手段）
２４ 排気温センサ（排ガス温度取得手段）
２５ 排気圧センサ（排ガス圧力取得手段）
２８ アクセル開度センサ（運転状態検出手段および空燃比パラメータ検出手段）
６０ 排気側動弁機構（可変動弁機構）
ＥＧＲＩＮＣＭＤ 目標内部ＥＧＲ量
ＥＧＲＩＮＣ 目標内部ＥＧＲ量（補正された目標内部ＥＧＲ量）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態および空燃比パラメータ）
ＰＭＣＭＤ 要求トルク（内燃機関の運転状態および空燃比パラメータ）
ＴＥＸ 排気温（排ガスの温度）
ＰＥＸ 排気圧（排ガスの圧力）
Ｒ 気体定数

Claims (1)

1. 気筒内に既燃ガスを残留する内部ＥＧＲを制御する内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置であって、
   前記内燃機関の排気弁の閉弁タイミングを変更することによって、内部ＥＧＲ量を制御する可変動弁機構と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量を設定する目標内部ＥＧＲ量設定手段と、
   前記内燃機関から排出された排ガスの温度を取得する排ガス温度取得手段と、
   前記排ガスの圧力を取得する排ガス圧力取得手段と、
   前記内燃機関の混合気の空燃比を表す空燃比パラメータを検出する空燃比パラメータ検出手段と、
   当該検出された空燃比パラメータに応じて、既燃ガスの気体定数を算出する気体定数算出手段と、
   前記取得された排ガスの温度および排ガスの圧力、ならびに前記算出された気体定数を用い、気体の状態方程式に基づいて、前記目標内部ＥＧＲ量を補正する目標内部ＥＧＲ量補正手段と、
   当該補正された目標内部ＥＧＲ量に応じて、前記排気弁の閉弁タイミングを算出する閉弁タイミング算出手段と、
   当該算出された排気弁の閉弁タイミングに基づいて、前記可変動弁機構を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置。

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