JP2010024974A - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、高回転高負荷領域におけるエンジン出力向上と全運転領域における燃費性能の確保との両立を良好に図ることを目的とする。
【解決手段】タービン２４ｂに通じる第１排気通路３２を開閉する第１排気弁３０Ａと、タービン２４ｂ下流に通じる第２排気通路３４を開閉する第２排気弁３０Ｂとを有する。第１排気通路３２におけるタービン２４ｂの上流と吸気通路１８とを接続するＥＧＲ通路４２を備える。ＥＧＲ通路４２を通る排気ガス流量を調整するＥＧＲ弁４８を備える。第２排気弁３０Ｂの開弁特性（開閉時期、リフト量など）を変更可能とする排気可変動弁機構３１を備える。エンジン１の高回転高負荷領域において、第２排気弁３０Ｂと吸気弁１１とのバルブオーバーラップ期間が確保されるように排気可変動弁機構３１を制御するとともに、外部ＥＧＲガスが筒内に導入されるようにＥＧＲ弁４８を制御する。
【選択図】図５

Description

この発明は、過給機付き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、第１排気弁と連通する排気通路と、第２排気弁と連通する排気通路とが相互に接続された後に、タービンに導かれるように構成された過給機付きエンジンのＥＧＲ装置が開示されている。この従来のＥＧＲ装置では、一方の排気通路にのみＥＧＲ通路が接続されている。そして、このＥＧＲ通路の接続箇所よりも下流の排気通路にＥＧＲガス量を制御するための制御弁が設けられている。

また、例えば特許文献２には、気筒毎に、タービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、タービンを通らない第２排気通路を開閉する第２排気弁とを備えた装置（独立排気エンジン）が開示されている。

特開２００２−３０９８０号公報 特開平１１−２１０４４９号公報

上記特許文献２に記載されたような独立排気エンジンにおいては、高回転高負荷領域でのエンジン出力の向上を図るべく、燃焼室を介した吸気側から排気ガスへのガスの吹き抜けを利用して、筒内残留ガスの掃気制御を実行することが可能である。このような掃気制御によれば、筒内残留ガスが掃気された分だけ筒内に多くの新気が充填されることになるとともに、高温の筒内残留ガスが掃気されたことで、ノッキングが生じにくくなる。その結果、点火時期を良好に進角させられることもあって、エンジン出力を良好に高めることができる。

ところが、上記の掃気制御を行うようにした場合には、エンジン出力を良好に高められる一方、燃焼時の筒内の圧力や温度が上昇するので、ピストンリングの厚み増加等のハード的な高圧対策やオイルジェット強化等の温度対策といった内燃機関のハードウェア構成上の対策が必要になってくる。このような対策を行うことは、内燃機関の全運転領域におけるフリクションロスの増加に繋がり、全運転領域における燃費悪化を招く結果となる。

以上のように、高回転高負荷領域において、エンジン出力の向上を図ると、全運転領域における燃費悪化を余儀なくさせられ、一方、そのような燃費悪化を回避するために上記掃気制御を行わないようにすると、高回転高負荷領域におけるエンジン出力を効果的に高められなくなってしまう。

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、高回転高負荷領域におけるエンジン出力向上と全運転領域における燃費性能の確保との両立を良好に図ることのできる過給機付き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、過給機付き内燃機関の制御装置であって、
吸入空気を過給する過給機と、
前記過給機のタービンに通じる第１排気通路と、
前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンを通らない第２排気通路と、
前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第１排気通路および前記第２排気通路の少なくとも一方と、内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れるガス流量を調整するＥＧＲ弁と、
内燃機関の高回転高負荷領域において、前記第２排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が確保されるように、前記第２排気弁の閉じ時期および前記吸気弁の開き時期の少なくとも一方を制御する掃気制御実行手段と、
内燃機関の高回転高負荷領域において、前記ＥＧＲ通路を通って排気ガスが前記吸気通路に還流されるように前記ＥＧＲ弁を制御する高回転高負荷時外部ＥＧＲ制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記高回転高負荷時外部ＥＧＲ制御手段は、機関負荷および機関回転数の少なくとも一方が高くなるほど、前記ＥＧＲ通路を通って前記吸気通路に還流されるＥＧＲガス量が多くなるように、前記ＥＧＲ弁を制御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、
前記過給機付き内燃機関の制御装置は、内燃機関の低回転高負荷領域から中回転高負荷領域において、前記ＥＧＲ通路を通って排気ガスが前記吸気通路に還流されないように前記ＥＧＲ弁を制御する外部ＥＧＲ制御禁止手段を更に備え、
前記掃気制御実行手段は、内燃機関の中負荷領域においても、前記のバルブオーバーラップ期間が確保されるように、前記第２排気弁の閉じ時期および前記吸気弁の開き時期の少なくとも一方を制御することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記過給機付き内燃機関の制御装置は、内燃機関の低回転低負荷領域から中回転中負荷領域において、内燃機関の運転状態に応じた量のＥＧＲガスが前記ＥＧＲ通路を通って前記吸気通路に還流されるように前記ＥＧＲ弁を制御する低回転低負荷時外部ＥＧＲ制御手段を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、高回転高負荷領域において、第２排気弁と吸気弁とのバルブオーバーラップ期間が確保されることで、高温の筒内残留ガスを掃気によって低減させることができる。つまり、本発明によれば、高回転高負荷領域において、そのような掃気制御とともに外部ＥＧＲ制御を行うことで、高温の筒内残留ガスを低減させたうえで、ＥＧＲ通路を通って冷却された外部ＥＧＲガスを筒内に導入できるようになる。これにより、筒内熱容量の増加によって燃焼温度を良好に低減させることができる。このため、筒内の圧力や温度面での内燃機関のハードウェア構成上の対策による全運転領域でのフリクションロスの増加を伴わずに、高回転高負荷領域における出力向上（内部ＥＧＲガスの低減によるノッキングの抑制による出力向上）と、全運転領域における燃費性能の確保とを良好に両立させることができる。

機関負荷およびまたは機関回転数が高くなるほど、ハードウェア構成上の上記対策への要求が高くなる。第２の発明によれば、高回転高負荷時における機関負荷や機関回転数の増減に応じて、外部ＥＧＲ率を適切に設定することができる。

第３の発明によれば、低回転高負荷領域から中回転高負荷領域において、新気の充填量が増加したことでエンジン出力を向上させることができ、また、高温の筒内残留ガスの低減によってノッキングの抑制効果が得られるので点火時期の進角によって内燃機関の効率を向上（高出力、低燃費）させることができる。

第４の発明によれば、低回転低負荷領域から中回転中負荷領域において、ポンピングロスの低減等により燃費向上を良好に図ることができる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。本実施の形態１のシステムは、過給機（ターボチャージャ）を有する独立排気エンジンシステムである。

図１に示すシステムは、複数の気筒２を有するエンジン１を備えている。各気筒２のピストン（図示せず）は、それぞれクランク機構を介して共通のクランク軸４に接続されている。クランク軸４の近傍には、クランク軸４の回転角度（クランク角ＣＡ）を検出するクランク角センサ５が設けられている。また、エンジン１には、冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ３が設けられている。

エンジン１は、各気筒２に対応して、インジェクタ６を有している。インジェクタ６は、高圧の燃料を気筒２内に直接噴射するように構成されている。各インジェクタ６は、共通のデリバリーパイプ７に接続されている。デリバリーパイプ７は、燃料ポンプ８を介して燃料タンク９に連通している。

また、エンジン１は、各気筒２に対応して吸気ポート１０を有している。吸気ポート１０には、複数の吸気弁１１が設けられている。吸気弁１１は、吸気可変動弁機構１３により開閉駆動される。ここでは、吸気可変動弁機構１３は、吸気カム軸１２の位相を変更可能とする公知のＶＶＴ機構を備えているものとする。

また、各吸気ポート１０は、共通のサージタンク（吸気マニホールド）１６に接続されている。サージタンク１６には、過給圧センサ１７が設けられている。過給圧センサ１７は、後述するコンプレッサ２４ａによって過給された空気（以下「過給空気」という。）の圧力、すなわち、吸気系圧力である過給圧を測定するように構成されている。

サージタンク１６には、吸気通路１８が接続されている。吸気通路１８の途中には、スロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０は、スロットルモータ２１により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２０は、アクセル開度センサ２３により検出されるアクセル開度ＡＡ等に基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ２０の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ２２が設けられている。スロットルバルブ２０の上流には、過給空気を冷却するためのインタークーラ２５が設けられている。

インタークーラ２５の上流には、過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、図示しない連結軸を介してタービン２４ｂと連結されている。タービン２４ｂは、後述する第１排気通路３２に設けられている。このタービン２４ｂが排気動圧（排気エネルギ）により回転駆動されることに伴って、コンプレッサ２４ａが回転駆動される。コンプレッサ２４ａの上流には、エアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６は、吸入空気量Ｇａを検出するように構成されている。

また、エンジン１には、各気筒２に対応して第１排気弁３０Ａ（符号「Ex1」を付すこともある。）と第２排気弁３０Ｂ（符号「Ex2」を付すこともある。）とが設けられている。この第１排気弁３０Ａは、タービン２４ｂに通じる第１排気通路３２を開閉するものである。タービン２４ｂは、第１排気通路３２を流通する排気動圧によって回転駆動されるように構成されている。また、第２排気弁３０Ｂは、タービン２４ｂに通じない第２排気通路３４を開閉するものである。

これらの排気弁３０Ａ、３０Ｂは、排気可変動弁機構３１によって開閉駆動される。ここでは、排気可変動弁機構３１は、各気筒２の排気弁３０Ａ、３０Ｂの開弁特性を連続的に変更可能とする機構であるものとする。より具体的には、排気可変動弁機構３１は、排気弁３０Ａ、３０Ｂの開閉時期を調整すべく、排気カム軸２９の位相を変更可能とする公知のＶＶＴ機構を備えているものとする。また、排気可変動弁機構３１は、第２排気弁３０Ｂのリフト量および作用角を連続的に変更可能とする公知のリフト量（および作用角）可変機構を備えているものとする。

第１排気通路３２と第２排気通路３４の合流点３５よりも下流の排気通路３６には、排気空燃比を検出する空燃比センサ３８が設けられている。空燃比センサ３８の下流には、触媒（Ｓ／Ｃ）３９が設けられている。

タービン２４ｂよりも上流の第１排気通路３２には、ＥＧＲ通路４２の一端が接続されている。このＥＧＲ通路４２の他端は、吸気通路１８に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路４２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１８に還流させる制御、いわゆる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)制御を行うことができる。

ＥＧＲ通路４２の途中には、ＥＧＲクーラ４６が設けられている。ＥＧＲクーラ４６は、ＥＧＲ通路４２を流れる排気ガスを、機関冷却水により冷却するように構成されている。このようなＥＧＲクーラ４６によれば、吸気通路１８に導入されるＥＧＲガスを確実かつ十分に冷却することができる。

ＥＧＲクーラ４６下流のＥＧＲ通路４２には、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁４８が設けられている。ＥＧＲ弁４８は、吸気通路１８近傍のＥＧＲ通路４２に設けられている。ＥＧＲ弁４８は、駆動源としてステッピングモータ（図示せず）を有している。このＥＧＲ弁４８が開弁されると、排気ガスの一部がＥＧＲクーラ４６を通って吸気通路１８に戻される。ＥＧＲ弁４８の開度を大きくするほど、ＥＧＲ通路４２を通る排気ガス量（外部ＥＧＲ率）を増大させることができる。

本実施の形態１のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、水温センサ３、クランク角センサ５、過給圧センサ１７、スロットル開度センサ２２、アクセル開度センサ２３、エアフロメータ２６、および空燃比センサ３８等が接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、インジェクタ６、燃料ポンプ８、吸気可変動弁機構１３、スロットルモータ２１、排気可変動弁機構３１、およびＥＧＲ弁４８等が接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサからの信号に基づき、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、エンジン１の運転状態を制御する。

（筒内残留ガスの掃気（スカベンジング）制御について）
図２は、本実施形態において用いられる吸排気弁のバルブタイミングを説明するためのリフトカーブである。
より具体的には、図２に示す吸排気弁のバルブタイミングは、燃焼室を介して吸気側から排気側に向けて新気を吹き抜けさせて、筒内の残留ガス（内部ＥＧＲガス）を掃気する（スカベンジング）際に用いられるものである。このような場合には、排気可変動弁機構３１を用いて、図２に示すように、第２排気弁Ex2の閉じ時期が第１排気弁Ex1に比して遅角されるようになっている。これにより、第２排気弁Ex2の開弁期間と吸気弁Inの開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が確保されるようになっている。

更に、第２排気弁Ex2の開き時期が第１排気弁Ex1に比して遅角されるとともに当該第２排気弁Ex2のリフト量が第１排気弁Ex1のリフト量に比して小さくされるようになっている。これにより、タービン２４ｂに供給される排気エネルギ量が高められ、過給圧がより速やかに高められるようになっている。

以上のような吸排気弁のバルブタイミングによれば、吸気側から排気側（第２排気通路３４側）への新気の吹き抜けを効果的に生じさせて、筒内残留ガスを良好に掃気することができる。また、排気可変動弁機構３１によって第２排気弁Ex2のリフト量を調整することで、筒内残留ガスの掃気量（スカベンジ量）を調整することもできる。

図３は、吸排気系の各部の平均圧力と機関負荷との関係を表した図である。より具体的には、図３において、「Ｔ／Ｃ前背圧」とは第１排気通路３２におけるタービン２４ｂの上流における排気圧力を、「バイパス側背圧」とはタービン２４ｂをバイパスする第２排気通路３４における排気圧力を、「サージタンク圧」とはサージタンク１６内の吸気圧力を、それぞれ示している。
また、図４は、上記掃気制御の実行の有無に伴う高回転時におけるＥＧＲ率と機関負荷との関係の変化を表した図である。

図３に示すように、各部の平均圧力は、機関負荷が高くなるほど高くなる。本実施形態の排気系のように、タービン２４ｂをバイパスする第２排気通路３４を備えていない通常の排気系では、高負荷領域において、過給圧（サージタンク圧）よりも背圧（Ｔ／Ｃ前背圧）の方が高くなる。このため、このような上記掃気制御を伴わない通常の排気系では、図４に示すように、内部ＥＧＲ率は、機関負荷の上昇に伴って背圧が上昇することを受けて、機関負荷が高くなるほど高くなる。

一方、タービン２４ｂをバイパスする第２排気通路３４を備える本実施形態の排気系では、図３に示すように、低負荷領域から中負荷領域に掛けては、過給圧（サージタンク圧）よりも第２排気通路３４側の背圧（バイパス側背圧）の方が高くなる。しかし、中負荷領域において、サージタンク圧がバイパス側背圧を上回るようになり、更に、機関負荷が高くなるにつれ、サージタンク圧とバイパス側背圧との圧力差が大きくなる。このため、本実施形態の排気系によれば、上記掃気制御のための、第２排気弁Ex2と吸気弁Inとの間のバルブオーバーラップ期間が設けられていると、高負荷領域において、吸気の吹き抜けが起きるようになる。

以上の理由により、図４に示すように、本実施形態の排気系において上記掃気制御を伴う場合の内部ＥＧＲ率は、低負荷領域から中負荷領域に掛けては、機関負荷が高くなるにつれ、高くなっていく。しかし、サージタンク圧がバイパス側背圧を上回るようになる中負荷領域よりも高負荷側においては、機関負荷が高くなるにつれ、筒内残留ガス（内部ＥＧＲガス）の掃気が促進されるようになるので、内部ＥＧＲ率が低下していくことになる。これにより、新気の充填量が増加したことでエンジン出力が向上するとともに、高温の筒内残留ガスの低減によってノッキングの抑制効果が得られるので点火時期の進角が可能となり内燃機関の効率を向上（高出力、低燃費）させることができる。

［高回転高負荷領域におけるエンジン出力向上と全運転領域における燃費性能の確保との両立に関する課題］
以上のように、本実施形態のシステム（独立排気エンジンシステム）においては、高回転高負荷領域でのエンジン出力の向上を図るべく、燃焼室を介した吸気側から排気ガスへのガスの吹き抜けを利用して、筒内残留ガスの掃気制御を実行することが可能である。このような掃気制御によれば、上述したように、高回転高負荷領域において、エンジン出力を効果的に高めることができる。

ところが、上記の掃気制御を行うようにした場合には、エンジン出力を良好に高められる一方、燃焼時の筒内の圧力や温度が上昇するので、ピストンリングの厚み増加等のハード的な高圧対策やオイルジェット強化等の温度対策といったエンジン１のハードウェア構成上の対策が必要になってくる。このような対策を行うことは、エンジン１のフリクションロスの増加に繋がり、全運転領域における燃費悪化を招く結果となる。

以上のように、高回転高負荷領域において、エンジン出力の向上を図ると、全運転領域における燃費悪化を余儀なくさせられ、一方、そのような燃費悪化を回避するために上記掃気制御を行わないようにすると、高回転高負荷領域におけるエンジン出力を効果的に高められなくなってしまう。

［実施の形態１の特徴部分］
図５は、本発明の実施の形態１における特徴的な制御の概要を説明するための図である。より具体的には、図５（Ａ）は、機関負荷と機関回転数との関係で定めたエンジン１の各運転領域における制御を説明するための図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す所定の高回転時におけるＥＧＲ率と機関負荷との関係の変化を表した図である。

図５（Ａ）に示すように、本実施形態では、低回転低負荷領域から中回転中負荷領域においては、ＥＧＲ弁４８の開度制御によって、外部ＥＧＲ制御を実行するようにしている。また、低回転高負荷領域から中回転高負荷領域においては、上記掃気制御を実行するようにしている。

更に、本実施形態では、上記の課題を解消すべく、図５（Ａ）に示すように、高回転高負荷領域においては、上記掃気制御の実行に加え、外部ＥＧＲ制御を実行するようにした。つまり、図５（Ｂ）に示すように、高回転高負荷領域において筒内残留ガスの掃気が促進された結果に伴う内部ＥＧＲ率の低下分が、このような外部ＥＧＲ制御の実行によって補われるようにしている。

図６は,上記の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
図６に示すルーチンでは、先ず、現在のエンジン１の運転領域が低回転低負荷領域から中回転中負荷領域にあるか否かが判別される（ステップ１００）。具体的には、ここでは、吸入空気量Ｇａや機関回転数ＮＥに基づいた運転領域の判断がなされる（以下のステップ１０４、１０８も同様）。

その結果、上記ステップ１００において、現在のエンジン１の運転領域が上記の低回転低負荷領域から中回転中負荷領域にあると判定された場合には、外部ＥＧＲ制御が実行される（ステップ１０２）。具体的には、本ステップ１０２では、エンジン１の運転状態（例えば、吸入空気量Ｇａと機関回転数ＮＥ）に応じた量のＥＧＲガスが導入されるように、ＥＧＲ弁４８の開度制御が実行される。

一方、上記ステップ１００において、現在のエンジン１の運転領域が上記の低回転低負荷領域から中回転中負荷領域にないと判定された場合には、次いで、現在のエンジン１の運転領域が低回転高負荷領域から中回転高負荷領域にあるか否かが判別される（ステップ１０４）。

その結果、上記ステップ１０４において、現在のエンジン１の運転領域が低回転高負荷領域から中回転高負荷領域にあると判定された場合には、筒内残留ガスを掃気させる上記掃気制御が実行される（ステップ１０６）。具体的には、本ステップ１０６では、上記図２を参照して説明したバルブタイミングとなるように、排気可変動弁機構３１を用いて第２排気弁Ex2の開弁特性が制御される。尚、この場合には、新気の充填量を十分に確保するため、外部ＥＧＲ制御は実行されない。

一方、上記ステップ１０４において、現在のエンジン１の運転領域が低回転高負荷領域から中回転高負荷領域にないと判定された場合には、次いで、現在のエンジン１の運転領域が高回転高負荷領域にあるか否かが判別される（ステップ１０８）。

その結果、上記ステップ１０８において、現在のエンジン１の運転領域が高回転高負荷領域にあると判定された場合には、上記ステップ１０６と同様に、上記掃気制御が実行される（ステップ１１０）。この場合には、更に、以下のような手法で取得される外部ＥＧＲ率に従って、外部ＥＧＲ制御が実行される（ステップ１１２）。

図７は、図６に示すルーチンにおいて、エンジン１の運転領域が高回転高負荷領域にあるときに用いられる外部ＥＧＲ率マップの傾向を表した図である。図７では、機関負荷または機関回転数が高くなるほど、或いは、これらの双方が高くなるほど、外部ＥＧＲ率が高くなるように設定されている。ＥＣＵ５０は、このような関係、すなわち、機関負荷（吸入空気量Ｇａ等に基づき取得）および機関回転数と外部ＥＧＲ率との関係を定めたマップを記憶している。本ステップ１１２では、そのようなマップを参照して、外部ＥＧＲ率が取得されるようになっている。

以上説明した図６に示すルーチンによれば、現在のエンジン１の運転領域が上記の低回転低負荷領域から中回転中負荷領域にあると判定された場合には、外部ＥＧＲ制御が実行されるようになる。これにより、ポンピングロスの低減等により燃費向上を良好に図ることができる。また、現在のエンジン１の運転領域が低回転高負荷領域から中回転高負荷領域にあると判定された場合には、上記掃気制御が実行されるようになる。これにより、新気の充填量が増加したことでエンジン出力を向上させることができ、また、高温の筒内残留ガスの低減によってノッキングの抑制効果が得られるので点火時期の進角によって内燃機関の効率を向上（高出力、低燃費）させることができる。

更に、上記ルーチンによれば、現在のエンジン１の運転領域が高回転高負荷領域にあると判定された場合には、上記掃気制御の実行に加え、外部ＥＧＲ制御が実行されるようになる。このような高回転高負荷領域において、上記掃気制御のみを行いつつ出力を高めようとすると、既述したように、筒内の圧力と温度面でのエンジン１のハードウェア構成上の対策が必要となり、フリクションロスの増加によって、エンジン１の全運転領域における燃費悪化を招く結果となる。

これに対し、上記掃気制御とともに外部ＥＧＲ制御を行うことで、高温の筒内残留ガスを低減させたうえで、ＥＧＲ通路４２を通って冷却された外部ＥＧＲガスを筒内に導入できるようになる。これにより、筒内熱容量の増加によって燃焼温度を良好に低減させることができる。このため、エンジン１のハードウェア構成上の上記対策による全運転領域でのフリクションロスの増加を伴わずに、高回転高負荷領域における出力向上（内部ＥＧＲガスの低減によるノッキングの抑制による出力向上）と、全運転領域における燃費性能の確保とを良好に両立させることができる。

また、上記ルーチンでは、高回転高負荷領域においては、機関負荷や機関回転数が高くなるほど、外部ＥＧＲ率が高くなるようにＥＧＲガス量が制御されることになる。機関負荷や機関回転数が高くなるほど、ハードウェア構成上の上記対策への要求が高くなる。上記ルーチンの外部ＥＧＲ率の制御によれば、高回転高負荷時における機関負荷や機関回転数の増減に応じて、外部ＥＧＲ率を適切に設定することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、第１排気通路３２におけるタービン２４ｂの上流に、ＥＧＲ通路４２が接続されるようになっている。このようなＥＧＲ通路４２の接続手法によれば、第２排気通路３４側に比して圧力の高い第１排気通路３２側の排気ガスを利用して、要求されるＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）を良好に確保することができる。しかしながら、本発明におけるＥＧＲ通路の排気通路に対する接続位置は、必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、第２排気通路３４側、或いは第１排気通路３２および第２排気通路３４の双方から、コンプレッサ２４ａの上流側の吸気通路１８に向けて、排気ガスが還流されるようになっていてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、排気可変動弁機構３１による第２排気弁Ex2の閉じ時期の遅角化によって、第２排気弁Ex2の開弁期間と吸気弁Inの開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が確保されるようにしている。しかしながら、本発明において、第２排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を確保するためのバルブ制御は、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、上記のような排気可変動弁機構３１による第２排気弁Ex2の制御とともに、或いはそれに代え、吸気弁Inの開き時期の進角量の調整によるバルブオーバーラップ期間の調整が行われるようになっていてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、過給機２４が前記第１の発明における「過給機」に、タービン２４ｂが前記第１の発明における「タービン」に、第１排気通路３２が前記第１の発明における「第１排気通路」に、第１排気弁３０Ａが前記第１の発明における「第１排気弁」に、第２排気通路３４が前記第１の発明における「第２排気通路」に、第２排気弁３０Ｂが前記第１の発明における「第２排気弁」に、ＥＧＲ通路４２が前記第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲ弁４８が前記第１の発明における「ＥＧＲ弁」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０８の判定が成立した場合に排気可変動弁機構３１を用いて上記ステップ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「掃気制御実行手段」が、上記ステップ１０８の判定が成立した場合に上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「高回転高負荷時外部ＥＧＲ制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０４の判定が成立した場合に上記外部ＥＧＲ制御を伴わずに上記ステップ１０６の処理のみを実行することにより、前記第３の発明における「外部ＥＧＲ制御禁止手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ５０が上記ステップ１００の判定が成立した場合に上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第４の発明における「低回転低負荷時外部ＥＧＲ制御手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態１において用いられる吸排気弁のバルブタイミングを説明するためのリフトカーブである。 吸排気系の各部の平均圧力と機関負荷との関係を表した図である。 掃気制御の実行の有無に伴う高回転時におけるＥＧＲ率と機関負荷との関係の変化を表した図である。 本発明の実施の形態１における特徴的な制御の概要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６に示すルーチンにおいて、エンジンの運転領域が高回転高負荷領域にあるときに用いられる外部ＥＧＲ率マップの傾向を表した図である。

符号の説明

１ エンジン
６ インジェクタ
１１ 吸気弁In
１３ 吸気可変動弁機構
１６ サージタンク
１８ 吸気通路
２４ 過給機
２４ａ コンプレッサ
２４ｂ タービン
３０Ａ 第１排気弁Ex1
３０Ｂ 第２排気弁Ex2
３１ 排気可変動弁機構
３２ 第１排気通路
３４ 第２排気通路
４２ ＥＧＲ通路
４６ ＥＧＲクーラ
４８ ＥＧＲ弁
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

Claims (4)

1. 吸入空気を過給する過給機と、
   前記過給機のタービンに通じる第１排気通路と、
   前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
   前記タービンを通らない第２排気通路と、
   前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
   前記第１排気通路および前記第２排気通路の少なくとも一方と、内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を流れるガス流量を調整するＥＧＲ弁と、
   内燃機関の高回転高負荷領域において、前記第２排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が確保されるように、前記第２排気弁の閉じ時期および前記吸気弁の開き時期の少なくとも一方を制御する掃気制御実行手段と、
   内燃機関の高回転高負荷領域において、前記ＥＧＲ通路を通って排気ガスが前記吸気通路に還流されるように前記ＥＧＲ弁を制御する高回転高負荷時外部ＥＧＲ制御手段と、
   を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 前記高回転高負荷時外部ＥＧＲ制御手段は、機関負荷および機関回転数の少なくとも一方が高くなるほど、前記ＥＧＲ通路を通って前記吸気通路に還流されるＥＧＲガス量が多くなるように、前記ＥＧＲ弁を制御することを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 前記過給機付き内燃機関の制御装置は、内燃機関の低回転高負荷領域から中回転高負荷領域において、前記ＥＧＲ通路を通って排気ガスが前記吸気通路に還流されないように前記ＥＧＲ弁を制御する外部ＥＧＲ制御禁止手段を更に備え、
   前記掃気制御実行手段は、内燃機関の中負荷領域においても、前記のバルブオーバーラップ期間が確保されるように、前記第２排気弁の閉じ時期および前記吸気弁の開き時期の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 前記過給機付き内燃機関の制御装置は、内燃機関の低回転低負荷領域から中回転中負荷領域において、内燃機関の運転状態に応じた量のＥＧＲガスが前記ＥＧＲ通路を通って前記吸気通路に還流されるように前記ＥＧＲ弁を制御する低回転低負荷時外部ＥＧＲ制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の過給機付き内燃機関の制御装置。

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