JP2010024952A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のＥＧＲ装置において、ＥＧＲ弁が目標開度に合わない場合であってもＥＧＲガスを適正量供給することができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路で開閉するＥＧＲ弁と、ＥＧＲ通路が接続されるよりも下流側の吸気通路において吸気の通路断面積を調節する調節装置と、ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであって該目標開度よりも大きい場合には、ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合っているときと比較して、調節装置よりも上流側のガスの圧力が上昇する方向へ該調節装置を作動させる制御装置と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ装置に関する。

ＥＧＲ弁が粒子状物質の付着等により閉まらなくなった場合に、スロットル開度を増加させて吸入空気量を増加させることにより、ＥＧＲ導入量を減少させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。つまり、吸入空気量を増加させると吸気通路内の圧力が高くなるため、吸気通路と排気通路との圧力差が小さくなるので、ＥＧＲガスの流量が減少する。これにより、燃焼状態を良好に保つことができる。

しかし、吸入空気量を増加させると発生トルクが大きくなるため、要求トルクに合わせることができなくなる虞がある。
特開２００５−２０７２８５号公報 特開平９−２５８５２号公報 特開２００７−１００５２４号公報 特開平１１−２２５６１号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関のＥＧＲ装置において、ＥＧＲ弁が目標開度に合わない場合であってもＥＧＲガスを適正量供給することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関のＥＧＲ装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関のＥＧＲ装置は、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路で開閉するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路が接続されるよりも下流側の吸気通路において吸気の通路断面積を調節する調節装置と、
前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであって該目標開度よりも大きい場合には、前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合っているときと比較して、前記調節装置よりも上流側のガスの圧力が上昇する方向へ該調節装置を作動させる制御装置と、
を備えることを特徴とする。

ＥＧＲ弁の目標開度は、内燃機関の運転状態（例えば機関回転数及び機関負荷）に基づいて決定される。ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであって、目標開度よりも大きい場合には、ＥＧＲガス量が過多となるため、燃焼状態が悪化する虞がある。また、ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合っているときは、内燃機関の運転状態に基づいて、気筒内のガス量が決定される。

ここで、調節装置により吸気の通路断面積を変化させると、吸気通路内の圧力が変化する。

調節装置よりも上流側のガスの圧力が上昇する方向へ該調節装置を作動させるとは、調節装置よりも上流側のガスの圧力が最終的に高い状態となるように調節装置を作動させれば良い。例えば、調節装置により吸気通路の断面積を小さくすることで調節装置よりも上
流側のガスの圧力を上昇させても良い。また、一旦気筒内に導入されたガスを気筒外へ排出するように作動させても良い。

これは、気筒内のガス量が減少する方向へ調節装置を作動させるとしても良い。気筒内のガス量が減少する方向へ調節装置を作動させるとは、最終的に気筒内のガス量が少ない状態となるように調節装置を作動させれば良い。例えば、調節装置により吸気通路の断面積を小さくすることで気筒内に流入するガス量を減少させても良い。また、一旦気筒内に導入されたガスを気筒外へ排出するように作動させても良い。

このときに、他の装置により気筒内のガス量の減少を抑制したり、気筒内のガス量を一定に保ったりしても良い。つまり、調節装置が作動しても、気筒内の実際のガス量が変化しないようにしても良く、減少するようにしても良い。すなわち、調節装置を作動させることにより、調節装置よりも上流側の吸気通路内の圧力が高くなれば良い。

例えば、調節装置により吸気の抵抗を大きくすると、該調節装置よりも上流側の吸気通路内の圧力が増加する。つまり、ＥＧＲ通路の排気通路側の圧力と吸気通路側の圧力との差が小さくなるため、気筒内に導入されるＥＧＲガス量が減少する。このようにすることで、ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであっても、ＥＧＲガス量を調節することができる。

本発明においては、前記ＥＧＲ通路が接続されるよりも上流側の吸気通路において開閉するスロットルを備え、
前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであって該目標開度よりも大きい場合には、前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合っているときと比較して、前記スロットルの開度を大きくすることができる。

ここで、スロットルの開度を変化させると、それよりも下流の吸気通路内の圧力が変化する。そして、スロットルの開度を大きくすると、該スロットルよりも下流側の吸気通路内の圧力が上昇する。つまり、ＥＧＲ通路の排気通路側の圧力と吸気通路側の圧力との差が小さくなるため、気筒内に導入されるＥＧＲガス量が減少する。そして、スロットルの開度を大きくしたとしても、そのときに調節装置は気筒内のガス量が減少する方向へ作動しているため、機関発生トルクの上昇を抑制することができる。つまり、気筒内のガス量を変化させないようにして、トルク変動が発生することを抑制できる。

本発明においては、前記調節装置は、吸気通路内で開閉する吸気制御弁を含んで構成され、
前記制御装置は、前記吸気制御弁の開度を小さくすることにより吸気の通路断面積を小さくすることができる。

吸気制御弁は、例えば１気筒あたり複数の吸気ポートを備えている場合の一部の吸気ポートまたは吸気枝管に備えられる。例えばスワールコントロールバルブまたはタンブルコントロールバルブとしても良い。そして、吸気制御弁を閉弁することにより、吸気通路の断面積を減少させることができる。また、一部の吸気ポートにおける吸気の流通を遮断することもできる。これにより、吸気の抵抗を大きくすることができるので、吸気制御弁よりも上流の吸気圧を上昇させることができるため、ＥＧＲガス量を減少させることができる。また、吸気の流速が上昇するため、乱れが発生するので、ＥＧＲガス量が多くなっても良好な燃焼状態を維持することができる。

本発明においては、前記調節装置は、吸気弁を含んで構成され、
前記内燃機関は、１気筒あたり複数の吸気弁を備え、
前記制御装置は、１気筒あたり複数ある吸気弁の一部を閉弁状態で維持することにより吸気の通路断面積を小さくすることができる。

１気筒あたり複数ある吸気弁の一部を閉弁状態で維持すると、その分、吸気の通路面積が減少するため、吸気の抵抗が大きくなる。これにより、吸気の抵抗を大きくすることができるので、吸気弁よりも上流の吸気圧を上昇させることができるため、ＥＧＲガス量を減少させることができる。また、吸気の流速が上昇するため、乱れが発生するので、ＥＧＲガス量が多くなっても良好な燃焼状態を維持することができる。

本発明においては、前記調節装置は、吸気弁を含んで構成され、
前記制御装置は、吸気弁が閉じる時期を遅らせることにより気筒内のガスを吸気通路へ排出することができる。

吸気弁を閉じる時期を遅らせることにより、気筒内に吸入されたガスが再度吸気通路へ排出される。これにより、気筒内のガス量が減少する。つまり、吸気弁を閉じる時期を遅らせることは、吸気弁を気筒内のガス量が減少する方向へ作動させているといえる。気筒内から吸気通路へガスが排出されることにより、吸気圧が高くなるため、ＥＧＲガス量を減少させることができる。

この場合、前記制御装置は、内燃機関の要求空気量が少ないほど、吸気弁が閉じる時期を遅くすることができる。

つまり、内燃機関の要求空気量が少ないときほど吸気の圧力は低くなるためにＥＧＲガス量が増加し易いので、吸気弁が閉じる時期を遅くして、より多くのガスを吸気通路へ排出する。これにより、ＥＧＲガス量の増加分に応じて吸気弁を制御することができる。

また、前記制御装置は、内燃機関の中回転中負荷以上の運転領域で吸気弁が閉じる時期を遅くすることができる。

つまり、吸気弁が閉じる時期を遅くしてＥＧＲガス量を減少させても、低負荷領域においてはＥＧＲガス量が過度に多くなったり、圧縮端温度が低くなって燃焼状態が悪化したりする虞がある。これに対し、内燃機関の中回転中負荷以上の運転領域で吸気弁が閉じる時期を遅くすれば、燃焼状態の悪化を抑制できる。

本発明においては、前記調節装置は、吸気弁を含んで構成され、
前記制御装置は、吸気弁の作用角またはリフト量を小さくすることにより吸気の通路断面積を小さくすることができる。

吸気弁の作用角またはリフト量が小さくなると、吸気の抵抗が大きくなるため、気筒内のガス量が減少する。これにより、吸気の圧力が高くなるので、ＥＧＲガス量を減少させることができる。

この場合、前記制御装置は、内燃機関の要求空気量が少ないほど、吸気弁の作用角またはリフト量を小さくすることができる。

つまり、内燃機関の要求空気量が少ないときほど吸気の圧力は低くなるためにＥＧＲガス量が増加し易いので、吸気弁の作用角またはリフト量を小さくして吸気の圧力を上昇させる。これにより、ＥＧＲガス量の増加分に応じて吸気弁を制御することができる。

また、前記制御装置は、内燃機関の低回転低負荷領域で、吸気弁の作用角またはリフト
量を小さくすることができる。

つまり、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくすることによりＥＧＲガス量を減少させると、中負荷以上の運転領域では圧縮端温度が高くなりすぎてノッキングの発生等が起こり得るため、これを抑制する。

本発明においては、内燃機関の出力軸の回転数を変化させて出力する変速機を備え、
前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであって該目標開度よりも大きい場合には、前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合っているときと比較して、前記内燃機関を低回転高負荷側で運転することができる。

低回転高負荷とすることにより、スロットルが開いた状態となるため、吸気の圧力が上昇する。これにより、気筒内に導入されるＥＧＲガス量を減少させることができる。

本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ弁が目標開度に合わない場合であってもＥＧＲガスを適正量供給することができる。

以下、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は４つの気筒２を備えているが、図１では１気筒のみを表している。

内燃機関１のシリンダヘッド１０には、吸気枝管４１が接続されている。この吸気枝管４１は、各気筒に２本ずつ接続されており、夫々が吸気ポート３を介して各気筒２の燃焼室と通じている。気筒２への吸気の流入は吸気弁５によって制御される。この吸気弁５は、各気筒２に２本ずつ備わる。そして、吸気弁５の開閉は、吸気側動弁機構２３によって行われる。

前記吸気枝管４１は、サージタンク４２に接続され、該サージタンク４２で集合している。サージタンク４２には、吸気管４３が接続されている。なお、本実施例では、吸気ポート３、吸気枝管４１、サージタンク４２、吸気管４３を合わせて吸気通路４と称する。

また、吸気管４３の途中には、該吸気管４３を流れる吸気の量を調整するスロットル１６が備えられている。スロットル１６よりも上流の吸気管４３には、該吸気管内を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９５が取り付けられている。このエアフローメータ９５により内燃機関１の吸入空気量が検出される。

各気筒２の一方の吸気枝管４１には、該吸気枝管４１を流れる吸気の量を調整する吸気制御弁１７が備えられている。この吸気制御弁１７は、全閉または全開のみ行うことができる弁である。なお、吸気制御弁１７を全閉としても、少量の吸気が流通できるように、吸気制御弁１７と吸気枝管４１との間に隙間を設けておいても良い。

一方、内燃機関１には、排気管８が接続されている。排気管８は、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート７を介して各気筒２の燃焼室と通じている。そして、気筒２外へのガスの排出は排気弁９によって制御される。この排気弁９の開閉は排気側動弁機構２６
によって行われる。各気筒２には、夫々２本の排気弁９が備わる。排気管８の途中には、該排気管８内を流れる排気の温度に応じた信号を出力する排気温度センサ９３が取り付けられている。

吸気側動弁機構２３は、吸気弁５の作用角又はリフト量を連続的に変更する。例えば、カムシャフトに備わるカムの押圧力が吸気弁５へ伝達される期間を調節することにより吸気弁５の作用角又はリフト量を連続的に変更することができる。また、電磁駆動とすれば、吸気弁５の作用角又はリフト量を連続的に変更することができる。これらの機構により、各気筒２の一方の吸気弁５のみの開閉を停止させることもできる。なお、排気側動弁機構２６についても同じ構造とする。

また、内燃機関１には、排気管８内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）を吸気通路４へ再循環させるＥＧＲ装置３０が備えられている。このＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１、ＥＧＲ弁３２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３１は、排気管８と、サージタンク４２と、を接続している。このＥＧＲ通路３１を通って、ＥＧＲガスが再循環される。また、ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。そして、ＥＧＲ弁３２には、該ＥＧＲ弁３２の開度を測定する開度センサ３３が取り付けられている。なお、ＥＧＲ通路３１は、スロットル１６よりも下流で且つ吸気制御弁１７よりも上流の吸気通路４であれば、吸気管４３または吸気枝管４１に接続されていても良い。

また、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する噴射弁８２が取り付けられている。そして、内燃機関１には、クランクシャフト１３が備わり、該クランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復運動を行う。クランクシャフト１３には、減速比を変化させる変速機５０が接続されている。変速機５０の出力軸５１は、車輪等に接続されている。

さらに、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ＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、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の運転状態等を制御するユニットである。

上記各種センサの他、アクセル開度センサ９１およびクランクポジションセンサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されている。ＥＣＵ９０はアクセル開度センサ９１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ９０はクランクポジションセンサ９２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度を算出する。

一方、ＥＣＵ９０には、スロットル１６、吸気制御弁１７、吸気側動弁機構２３、排気側動弁機構２６、ＥＧＲ弁３２、噴射弁８２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０によりこれらの開閉時期が制御される。

そして、本実施例では、ＥＧＲ弁３２が故障したり、ＰＭが付着したりする等により作動しなくなった場合や、目標開度に合わせることができなくなった場合であって、実際の開度が目標開度よりも大きい場合に、ＥＧＲ通路３１が接続されている箇所における吸気通路４の圧力（以下、吸気圧ともいう。）を上昇させる。なお、目標開度は、内燃機関１の運転状態に応じて決定される開度である。

つまり、ＥＧＲ弁３２の実際の開度が目標開度よりも大きな場合には、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量が過多となる。これに対し吸気通路４の圧力を上昇させると、ＥＧＲ
通路３１の排気管８側の圧力と吸気通路４側の圧力との差が小さくなるため、該ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガス量を減少させることができる。

ここで、吸気制御弁１７を全閉とすることにより、該吸気制御弁１７よりも上流側の吸気の圧力を上昇させることができる。つまり、サージタンク４２内の圧力を上昇させることができるため、ＥＧＲガス量を減少させることができる。これにより、ＥＧＲガスが過剰に供給されることを抑制できる。

なお、ＥＧＲ弁３２の実際の開度が目標開度と一致しているときには、吸気制御弁１７の開度は、内燃機関１の運転状態に応じて決定される。

ところで、吸気制御弁１７を全閉とすると、吸気の抵抗が大きくなるため、気筒２内に導入されるガス量が減少する。これに対し、このとき同時にスロットル１６を開き側へ作動させてもよい。なお、気筒２内に導入されるガス量が減少すると発生トルクが減少するため、運転者がアクセルペダルを踏み込んでスロットル１６を開き側へ動かし、発生トルクの増加が図られることもある。

また、吸気制御弁１７の全閉に代えて、各気筒２に備わる一方の吸気弁５を全閉のまま維持しても良い。つまり、各気筒２に２本ずつ備わる吸気弁５の一方を全閉のまま維持し、他方の吸気弁５を開閉することにより吸気の導入を図っても良い。他方の吸気弁５のみを開閉することにより気筒２内へ吸気を導入すると、吸気が流通する通路の断面積が小さくなるため、吸気の抵抗が大きくなる。これにより、吸気弁５よりも上流側の吸気の圧力を上昇させることができる。つまり、サージタンク４２内の圧力を上昇させることができるため、ＥＧＲガス量を減少させることができる。これにより、ＥＧＲガスが過剰に供給されることを抑制できる。

図３は、本実施例における吸気圧（サージタンク内の圧力）と、吸気量と、の関係を示した図である。一点鎖線は本実施例に係る制御を行う前、実線は本実施例に係る制御を行った後を示している。

本実施例に係る制御を行うと、図３の矢印で示したように、気筒２内へ導入される吸気量を変化させずに、サージタンク４２内の圧力を増加させることができる。

なお、吸気制御弁１７を全閉にすること、または一方の吸気弁５を全閉のまま維持することは、一部の気筒２のみで行っても良い。また、吸気制御弁１７が全開及び全閉以外の開度で維持できる場合には、通常よりも閉じ側とすればよい。さらに、一方の吸気弁５の作用角又はリフト量を通常よりも小さくしても良い。これらによってもサージタンク４２内の圧力を高めることができる。

なお、吸気が流通する通路の断面積が小さくなることにより、吸気の乱れが大きくなる。これにより、ＥＧＲガス量が増加している場合であっても、良好な燃焼状態を得ることができる。

図４は、本実施例における制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＧＲ弁３２の実際の開度が目標開度よりも大きいか否か判定される。つまり、ＥＧＲガス量が過多となる状態であるか否か判定される。なお、ＥＧＲ弁３２が全開のまま作動しないか否か判定しても良い。判定は、ＥＣＵ９０により設定される目標開度と、開度センサ３３により測定される実際の開度とを比較することにより行
う。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。なお、否定判定がなされた場合には、吸気制御弁１７の開度または吸気弁５の開閉時期を、内燃機関１の運転状態に応じて決定する。

ステップＳ１０２では、吸気制御弁１７が全閉とされる。本ステップでは、各気筒２の一方の吸気弁５を全閉のまま維持しても良い。つまり、サージタンク４２よりも下流の吸気の抵抗を大きくすれば良い。なお、本実施例においてはステップＳ１０２を処理するＥＣＵ９０が、本発明における制御装置に相当する。また、本実施例においては吸気制御弁１７または吸気弁５が、本発明における調節装置に相当する。

このようにして、吸気通路４の断面積を減少させることで気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を減少させることができるため、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を適正化することができる。これにより、失火の発生を抑制したり、燃焼状態が悪化することを抑制したりできる。

本実施例では、吸気弁５が閉じる時期を負荷に応じて制御することにより、サージタンク４２内の圧力を調節することで、ＥＧＲガス量が過多となることを抑制する。その他の装置は実施例１と同じため説明を省略する。

図５は、吸気弁５が閉じる時期と、吸気圧（サージタンク内の圧力）と、の関係を示した図である。「通常」とは、内燃機関１の運転状態に応じて決定される吸気弁５が閉じる時期である。つまり、本実施例に係る制御を行っていない場合を示している。実線は、等吸気量線である。等吸気量線は、吸入空気量が等しくなる吸気弁の閉じ時期と吸気圧との関係を表している。つまり、同じ等吸気量線上ではどの位置であっても吸気量が等しい。また、吸気圧が高い側の等吸気量線ほど、吸気量は多い。

等吸気量線上で吸気弁５が閉じる時期を遅くしていくと、図５の矢印で示したように吸気圧が上昇する。ここで、吸気弁５を閉じる時期を遅くすると、気筒２内へ導入されたガスが、ピストン１５の上昇と共に吸気ポート３内へ排出される。つまり、気筒２内に残留するガス量が減少する。これにより、吸気圧が高くなる。すなわち、サージタンク４２内の圧力が上昇するため、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量が減少する。

このとき同時にスロットル１６を開き側へ作動させてもよい。なお、気筒２内に導入されるガス量が減少すると発生トルクが減少するため、運転者がアクセルペダルを踏み込んでスロットル１６を開き側へ動かし、発生トルクの増加が図られることもある。スロットル１６が開かれると、吸気圧が上昇すると共に、気筒２内に残留するガス量の減少を抑制したり、気筒２内のガス量を一定としたりすることができる。

図６は、本実施例に係る制御を行ったときの要求吸気量と、吸気圧（サージタンク内の圧力）及び吸気弁が閉じる時期との関係を示した図である。要求空気量は、内燃機関１の負荷としても良い。ここで、吸気圧が高くなりすぎると、負圧を必要とする機器の機能低下を招く。例えばブレーキの倍力装置の負圧が不足したり、アクチュエータを作動させるための負圧が不足したりする虞がある。一方、吸気圧が低くなりすぎると、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量が多くなりすぎて、燃焼状態の悪化を招く。つまり吸気圧には、適正範囲があり、図６ではその上限値及び下限値を破線で示している。すなわち、吸気圧がこの上限値以下で且つ下限値以上となるように、吸気弁５が閉じる時期を制御する。これは、吸気圧をセンサで測定し、吸気弁５が閉じる時期をフィードバック制御することもできる。また、実験等により最適値を求めておくこともできる。

ここで、要求空気量が多いほど、吸気弁５が閉じる時期を早くすることにより、吸気圧を適正範囲内とすることができる。なお、吸気弁５が閉じる時期を早くするといっても、通常よりは遅くなっている。つまり、吸気弁５が閉じる時期を早くする度合いを変化させる。

ここで、実施例１のように、吸気制御弁１７により吸気圧の上昇を図る場合には、吸気制御弁１７を全開とするか全閉とするかの２通りしかできない。このような場合には、吸気圧を上限値と下限値との間に維持することが困難な場合もある。一方、本実施例によれば、吸気弁５の閉じる時期を連続的に変更することができるため、吸気圧を連続的に変更することがでるので、吸気圧を適正範囲に維持することがより容易となる。

図７は、本実施例における制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ２０１では、ＥＧＲ弁３２の実際の開度が目標開度よりも大きいか否か判定される。本ステップは、前記ステップＳ１０１と同じ処理がなされる。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。なお、否定判定がなされた場合には、吸気弁５の閉じ時期を、内燃機関１の運転状態に応じて決定する。

ステップＳ２０２では、吸気弁５の閉じ時期を機関負荷に応じて遅くする。つまり、図６の関係に従って、吸気弁５の閉じる時期が決定される。これにより、サージタンク４２内の圧力が上昇される。なお、本実施例においてはステップＳ２０２を処理するＥＣＵ９０が、本発明における制御装置に相当する。また、本実施例においては吸気弁５が、本発明における調節装置に相当する。

このようにして、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を連続的に減少させることができるため、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を適正化することができる。また、機関負荷に応じて吸気圧を制御するため、吸気量を制御し易くなる。これらにより、失火の発生を抑制したり、燃焼状態が悪化することを抑制したりできる。

本実施例では、変速機５０における減速比を変更することにより、ＥＧＲガス量が過多となることを抑制する。その他の装置は実施例１と同じため説明を省略する。

例えば内燃機関１の低負荷運転時には、スロットル１６が閉じられるため、該スロットル１６よりも下流の吸気圧が低い。そのため、ＥＧＲ通路３１の排気管８側の圧力と吸気通路４側の圧力との差が大きくなるので、気筒２内に導入されるＥＧＲガス量が多くなる。

このような場合に本実施例では、変速機５０の入力と出力との比（減速比）を変更することで、内燃機関１の負荷を調節する。

ここで、車速を一定に保ちつつ減速比を低くすると、機関回転数が減少し、スロットル１６の開度が大きくされるので、吸気通路４内の圧力が上昇して気筒２内に導入されるＥＧＲガス量が減少する。つまり、低回転で且つ高負荷側の領域で内燃機関１を運転することにより吸気圧を高めて、ＥＧＲガス量を減少させることができる。

図８は、本実施例における機関回転数と機関負荷と減速比との関係を示した図である。
実線は減速比を示し、破線は等速度線を示している。等速度線は、車速または出力軸５１の回転数が同じとなる機関回転数と機関負荷との関係を表している。つまり、同じ等速度線上であれば機関回転数及び機関負荷が異なっていても、車速は同じであり、出力軸５１の回転数も同じとなる。同一機関回転数では、機関負荷が大きくなるほど減速比は低くなる。

そして、本実施例では、ＥＧＲガスの導入量が過多となる場合に、等速度線上で機関回転数を下降させ且つ機関負荷を上昇させる。つまり、図８の矢印の方向に運転状態を変化させる。ここで、実施例２で説明した制御を行うと、低負荷時に吸気圧が前記下限値を下回り、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量が多くなりすぎて、燃焼状態の悪化を招くこともある。このような場合でも、減速比を低くすることで、ＥＧＲガス量の増加を抑制できる。

図９は、本実施例における制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ３０１では、ＥＧＲ弁３２の実際の開度が目標開度よりも大きいか否か判定される。本ステップは、前記ステップＳ１０１と同じ処理がなされる。ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。なお、否定判定がなされた場合には、機関回転数及び機関負荷が予め設定された最適値となるように調節される。

ステップＳ３０２では、吸気弁５の閉じ時期を機関負荷に応じて決定する制御が行われているか否か判定される。つまり、実施例２で説明した制御が行われているか否か判定する。これは、他の制御を行ってもなお、ＥＧＲガス量が過多となるときに減速比を変更することによる。つまり、他の制御を優先して行っている。そのため、実施例１で説明した制御を行っていることも併せて判定してもよい。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。つまり、否定判定がなされた場合には、ＥＧＲガス量を低減させる他の制御が行われる。

ステップＳ３０３では、ＥＧＲガス量が閾値以下となるように、減速比が決定される。なお、吸気圧（サージタンク４２内の圧力）が下限値以上となるように減速比を決定しても良い。また、等速度線上で、機関負荷を規定値だけ上昇させても良い。また、機関負荷が既に高い場合には、減速比を低くすることができないため、本ステップは、機関負荷が所定値よりも低いときに限り行っても良い。

このようにして、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を減少させることができるため、特に低負荷時において気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を適正化することができる。これにより、失火の発生を抑制したり、燃焼状態が悪化することを抑制したりできる。

本実施例では、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくすることにより、吸気圧を高める。これにより、ＥＧＲガス量が過多となることを抑制する。その他の装置は実施例１と同じため説明を省略する。

例えば実施例３で説明した制御のように、減速比を低くして機関回転数を下降させると、機関回転数が低くなりすぎて燃焼状態が悪化する虞がある。これに対し、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくすると、吸気の抵抗が大きくなるため、該吸気弁５よりも上流側の圧力が高くなる。つまり、吸気圧が高くなるため、ＥＧＲガス量を減少させること
ができる。

また、このとき同時にスロットル１６を開き側へ作動させても良い。なお、気筒２内に導入されるガス量が減少すると発生トルクが減少するため、運転者がアクセルペダルを踏み込んでスロットル１６を開き側へ動かし、発生トルクの増加が図られることもある。スロットル１６を開き側へ作動させることにより、吸気圧を高めると共に、気筒２内へ導入される新気の量を増加させることができる。

また、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくすることで、気筒２内へ導入されるガスの乱れが大きくなるため、特に低回転領域で燃焼状態を良好に保つことができる。

図１０は、吸気弁５の作用角またはリフト量と、吸気圧（サージタンク内の圧力）と、の関係を示した図である。「通常」とは、内燃機関１の運転状態に応じて決定される吸気弁５の作用角またはリフト量である。つまり、本実施例に係る制御を行っていない場合を示している。実線は、等吸気量線である。等吸気量線は、吸気量が同じとなる吸気弁５の作用角またはリフト量と、吸気圧との関係を示している。つまり、同じ等吸気量線上ではどの位置であっても吸入空気量が等しい。また、吸気圧が高い側の等吸気量線ほど、吸気量は多い。

等吸気量線上で吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくしていくと、図１０の矢印で示したように吸気圧が上昇する。ここで、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくすると、気筒２内へガスが導入され難くなる。つまり、吸気通路４の断面積が小さくなることにより吸気の抵抗が大きくなり、気筒２内に導入されるガス量が減少する。これにより、吸気の圧力が高くなる。すなわち、サージタンク４２内の圧力が上昇するため、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量が減少する。このとき同時にスロットル１６を開いても良い。

図１１は、本実施例に係る制御を行ったときの要求吸気量と、吸気圧（サージタンク内の圧力）及び吸気弁が閉じる時期との関係を示した図である。要求空気量は、内燃機関１の負荷としても良い。

ここで、要求空気量が少ないほど、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくすることにより、吸気圧を適正範囲内とすることができる。つまり、要求空気量が少ない低負荷領域で吸気弁５の作用角またはリフト量をより小さくすれば、連続的に吸気圧を適正範囲に保つことができる。特に低負荷領域では、実施例２で説明した制御等と比較して、吸気圧を高くし易い。

図１２は、吸気弁の開閉時期を示した図である。斜線部において吸気弁５が開いている。ここで、作用角が小さくなることにより吸気行程の中間よりも少し前に吸気弁５が開く。つまり、ピストン１５がある程度下がったときに吸気弁５が開かれるため、吸気弁５よりも上流の圧力と、気筒２内の圧力差が大きい。これにより、気筒２内に導入される吸気の流速が速くなり、気筒２内の温度が上昇する。また、乱れも大きくなる。これらにより、燃焼が促進される。

一方、吸気下死点よりを少し過ぎたあたりで吸気弁５が閉じられる。これにより、実圧縮比が高くなり、気筒２内に導入されるガス量を増加させることができるので、圧縮端温度が高くなる。つまり、燃焼が促進される。

このように、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくすることで、燃焼を促進させることができるので、ＥＧＲ量が増加したとしても良好な燃焼状態を保つことができる。

また、吸気弁５の作用角またはリフト量が通常よりも小さい範囲内で該作用角またはリフト量を大きくすると吸気圧は低くなる。つまり、ＥＧＲガス量が増加して燃焼状態が悪化する虞がある。一方、吸気圧が高くなると、ＥＧＲガス量が減少するため、燃焼状態がより良くなる。

ここで、図１３は、ＥＧＲガス量と、ＥＧＲ限界値との関係を示した図である。ＥＧＲ限界値とは、燃焼状態が良好となるＥＧＲガス量の上限値とすることができる。つまり、実際のＥＧＲ量が、ＥＧＲ限界値よりも多いと、燃焼状態が悪化する虞がある。

吸気弁５の作用角またはリフト量が小さくなるほど、乱れが大きくなったり、気筒２内の温度が上昇したりするため、燃焼状態がより良好となる。つまり、ＥＧＲガス量が多くなっても、燃焼状態の悪化を抑制し得る。これは、吸気弁５の作用角またはリフト量が小さくなるほど、ＥＧＲ限界値が高くなることを示している。

そして本実施例では、ＥＧＲガス量がＥＧＲ限界値以下となるように、吸気弁５の作用角またはリフト量を調節する。これにより、ＥＧＲガス量が過多となることを抑制しつつ、吸気弁５の作用角またはリフト量が過度に小さくなることを抑制して、適正な量のＥＧＲガスを導入する。

図１４は、本実施例における制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ４０１では、ＥＧＲ弁３２の実際の開度が目標開度よりも大きいか否か判定される。本ステップは、前記ステップＳ１０１と同じ処理がなされる。ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。なお、否定判定がなされた場合には、吸気弁５の作用角またはリフト量を、内燃機関１の運転状態に応じて決定する。

ステップＳ４０２では、ＥＧＲガス量がＥＧＲ限界値以下となるように、吸気弁５の作用角またはリフト量を決定する。なお、本実施例においてはステップＳ４０２を処理するＥＣＵ９０が、本発明における制御装置に相当する。また、本実施例においては吸気弁５が、本発明における調節装置に相当する。

このようにして、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を減少させることができるため、特に低負荷時において気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を適正化することができる。これにより、失火の発生を抑制したり、燃焼状態が悪化することを抑制したりできる。

また、吸気弁５の作用角またはリフト量を調節することにより、ＥＧＲガス量を調節しつつ内燃機関１の出力を調節することができる。さらに、乱れを大きくしたり、気筒２内の温度を上昇させたりすることで、燃焼状態をより良くすることができるため、ＥＧＲガス量が多くなったとしても、燃焼状態の悪化を抑制することができる。

本実施例では、前記実施例で説明した制御を内燃機関１の運転状態に応じて使い分ける。その他の装置は実施例１と同じため説明を省略する。

例えば、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくすることによりＥＧＲガス量を減少させると、中負荷以上の運転領域では圧縮端温度が高くなりすぎてノッキングの発生等が起こり得る。

一方、吸気弁５の閉じ時期を遅くしてＥＧＲガス量を減少させても、低負荷領域においては、ＥＧＲガス量が過度に多くなったり、圧縮端温度が低くなってＥＧＲ限界値が小さくなったりする虞がある。

そこで本実施例では、低回転低負荷領域では、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくすることでＥＧＲガス量を減少させ、中回転中負荷以上の領域では、吸気弁５の閉じ時期を遅くすることでＥＧＲガス量を減少させる。

図１５は、本実施例における制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ５０１では、ＥＧＲ弁３２の実際の開度が目標開度よりも大きいか否か判定される。本ステップは、前記ステップＳ１０１と同じ処理がなされる。ステップＳ５０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ５０２では、機関回転数及び機関負荷に基づいて、ＥＧＲガスを減少させるための制御を決定する。

ここで、図１６は、機関回転数及び機関負荷と、ＥＧＲガス量を減少させるために行う制御と、の関係を示した図である。Ａの領域では、吸気弁５の作用角またはリフト量を小さくする制御が選択される。Ｂの領域では、吸気弁５の閉じ時期を遅くする制御が選択される。

このようにして、内燃機関１の運転状態に応じて、より適切な制御を選択しつつ、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を減少させることができるため、内燃機関１の燃焼状態が悪化することを抑制できる。つまり、失火の発生を抑制したり、ノッキングの発生を抑制したりできる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を表す図（側面図）である。 実施例に係る内燃機関の概略構成を表す図（上面図）である。 実施例１における吸気圧（サージタンク内の圧力）と、吸気量と、の関係を示した図である。 実施例１における制御フローを示したフローチャートである。 吸気弁が閉じる時期と、吸気圧（サージタンク内の圧力）と、の関係を示した図である。 実施例２に係る制御を行ったときの要求吸気量と、吸気圧（サージタンク内の圧力）及び吸気弁が閉じる時期との関係を示した図である。 実施例２における制御フローを示したフローチャートである。 実施例３における機関回転数と機関負荷と減速比との関係を示した図である。 実施例３における制御フローを示したフローチャートである。 吸気弁の作用角またはリフト量と、吸気圧（サージタンク内の圧力）と、の関係を示した図である。 実施例４に係る制御を行ったときの要求吸気量と、吸気圧（サージタンク内の圧力）及び吸気弁が閉じる時期との関係を示した図である。 吸気弁の開閉時期を示した図である。 ＥＧＲガス量と、ＥＧＲ限界値との関係を示した図である。 実施例４における制御フローを示したフローチャートである。 実施例５における制御フローを示したフローチャートである。 機関回転数及び機関負荷と、ＥＧＲガス量を減少させるために行う制御と、の関係を示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気ポート
４ 吸気通路
５ 吸気弁
７ 排気ポート
８ 排気管
９ 排気弁
１０ シリンダヘッド
１３ クランクシャフト
１４ コンロッド
１５ ピストン
１６ スロットル
１７ 吸気制御弁
２３ 吸気側動弁機構
２６ 排気側動弁機構
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
３３ 開度センサ
４１ 吸気枝管
４２ サージタンク
４３ 吸気管
５０ 変速機
５１ 出力軸
８２ 噴射弁
９０ ＥＣＵ
９１ アクセル開度センサ
９２ クランクポジションセンサ
９３ 排気温度センサ
９５ エアフローメータ

Claims (11)

1. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路で開閉するＥＧＲ弁と、
   前記ＥＧＲ通路が接続されるよりも下流側の吸気通路において吸気の通路断面積を調節する調節装置と、
   前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであって該目標開度よりも大きい場合には、前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合っているときと比較して、前記調節装置よりも上流側のガスの圧力が上昇する方向へ該調節装置を作動させる制御装置と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
2. 前記ＥＧＲ通路が接続されるよりも上流側の吸気通路において開閉するスロットルを備え、
   前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであって該目標開度よりも大きい場合には、前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合っているときと比較して、前記スロットルの開度を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
3. 前記調節装置は、吸気通路内で開閉する吸気制御弁を含んで構成され、
   前記制御装置は、前記吸気制御弁の開度を小さくすることにより吸気の通路断面積を小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
4. 前記調節装置は、吸気弁を含んで構成され、
   前記内燃機関は、１気筒あたり複数の吸気弁を備え、
   前記制御装置は、１気筒あたり複数ある吸気弁の一部を閉弁状態で維持することにより吸気の通路断面積を小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
5. 前記調節装置は、吸気弁を含んで構成され、
   前記制御装置は、吸気弁が閉じる時期を遅らせることにより気筒内のガスを吸気通路へ排出することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
6. 前記制御装置は、内燃機関の要求空気量が少ないほど、吸気弁が閉じる時期を遅くすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
7. 前記制御装置は、内燃機関の中回転中負荷以上の運転領域で吸気弁が閉じる時期を遅くすることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
8. 前記調節装置は、吸気弁を含んで構成され、
   前記制御装置は、吸気弁の作用角またはリフト量を小さくすることにより吸気の通路断面積を小さくすることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
9. 前記制御装置は、内燃機関の要求空気量が少ないほど、吸気弁の作用角またはリフト量を小さくすることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
10. 前記制御装置は、内燃機関の低回転低負荷領域で、吸気弁の作用角またはリフト量を小さくすることを特徴とする請求項８または９に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
11. 内燃機関の出力軸の回転数を変化させて出力する変速機を備え、
    前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであって該目標開度よりも大きい場合に
    は、前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合っているときと比較して、前記内燃機関を低回転高負荷側で運転することを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。

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