JP2019203458A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気ポートから気筒内に流入するガスの量が減少するような場合においても、酸性の凝縮水が気筒内に流入するのを抑える。【解決手段】ＥＣＵ５０は、気筒１２内のガスを吸気ポート１４に吹き戻すエンジン制御（吹き戻し制御）を行う。吹き戻し制御は、インジェクタからの燃料噴射の停止指令（燃料カット指令）があると判定された場合に行われる。吹き戻し制御は、ＥＧＲ管４０と吸気管２６の合流部Ａよりも下流側において凝縮水が発生すると判定された場合にも行われる。吹き戻し制御では、気筒１２内のガスが吸気ポート１４に吹き戻されるように排気バルブの閉弁時期ＥＶＣおよび吸気バルブの開弁時期ＩＶＯが制御される。吹き戻し制御では、エンジン１０の背圧が上昇するようにタービン３０ｂのＶＮの開度およびＥＧＲバルブ４４の開度が制御される。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置」ともいう。）を備えるエンジンが公知である。ＥＧＲ装置は、排気管から吸気管に再循環させる排気（つまり、外部ＥＧＲガス）を冷却する。再循環中に排気が冷却されると、当該排気中の水蒸気から凝縮水が生じる。低温環境下では、外部ＥＧＲガスが吸気管を流れる外気（つまり、新気）によって冷却されることで凝縮水が生じる。この凝縮水は、排気中の硫黄酸化物によって酸性に変わる。エンジンの駆動中、酸性の凝縮水は都度の燃焼によって気筒外に排出される。ただし、エンジンの停止中に酸性の凝縮水が気筒内に留まると、気筒に設けられる金属性の構成物を腐食させる。

特開２０１４−０４７７５６号公報は、この問題に関する従来技術を開示する。この従来技術では、燃料噴射の停止が指示された場合に、排気バルブの閉弁時期が制御される。この制御では、具体的に、ピストンが排気上死点（排気ＴＤＣ）に達する前に排気ポートを閉じるように閉弁時期が進角される。排気ＴＤＣ前に排気ポートを閉じれば、排気ポートを閉じてから排気ＴＤＣまでの間、気筒内のガスが圧縮される。そのため、排気ＴＤＣ後に吸気ポートが開かれると、このガスが内部ＥＧＲガスとして吸気ポートに吹き戻される。内部ＥＧＲガスを吸気ポートに吹き戻せば、外部ＥＧＲガスと共に吸気管に流入して吸気ポート等の壁面に付着している凝縮水を、より上流側に吹き飛ばすことができる。したがって、この従来技術によれば、エンジンの停止中に酸性の凝縮水が気筒内に流入するのを抑えることができる。

特開２０１４−０４７７５６号公報 特開２０１５−２０３３０９号公報

しかしながら、燃料噴射の停止が指示された後は、吸気ポートから気筒内に流入するガスの量が減少する。そのため、上述した閉弁時期の制御によって気筒内のガスの圧力が高められたとしても、吸気ポートへの吹き戻しが不十分となるおそれがある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、吸気ポートから気筒内に流入するガスの量が減少するような場合においても、酸性の凝縮水が気筒内に流入するのを抑えることのでき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、上述した課題を解決するための内燃機関の制御装置であり、次の特徴を有する。
前記内燃機関の制御装置は、ＥＧＲ管と、排気バルブ制御手段と、吸気バルブ制御手段と、背圧調整手段と、制御ユニットと、を備える。
前記ＥＧＲ管は、エンジンの排気管と吸気管を接続する。
前記排気バルブ制御手段は、前記エンジンの排気ポートを開閉する排気バルブを制御する。
前記吸気バルブ制御手段は、前記エンジンの吸気ポートを開閉する吸気バルブを制御する。
前記制御ユニットは、前記エンジンの気筒内のガスが前記吸気ポートに吹き戻されるように前記排気バルブ制御手段および前記吸気バルブ制御手段を制御する。
前記制御ユニットは、前記背圧が上昇するように前記背圧調整手段を制御する。
前記制御ユニットが、前記吸気バルブ制御手段と前記背圧調整手段を制御するのは、燃料噴射の停止指示があると判定した場合、または、前記吸気管と前記ＥＧＲ管との合流部よりも下流側において凝縮水が発生すると判定した場合である。

第２の発明は、第１の発明において、更に次の特徴を有する。
前記排気バルブ制御手段は、前記排気バルブの閉弁時期を変更する閉弁時期変更手段である。
前記吸気バルブ制御手段は、前記吸気バルブの開弁時期を変更する開弁時期変更手段である。
前記制御ユニットは、前記停止指示があると判定した場合に、前記閉弁時期変更手段および前記開弁時期変更手段を制御する。
前記制御ユニットは、前記閉弁時期が排気上死点またはその近傍のクランク角よりも進角側のクランク角となるように前記閉弁時期変更手段を制御する。
前記制御ユニットは、前記開弁時期が前記閉弁時期よりも遅角側、かつ、排気上死点またはその近傍のクランク角となるように前記開弁時期変更手段を制御する。

第３の発明は、第１の発明において、更に次の特徴を有する。
前記排気バルブ制御手段は、前記排気バルブの閉弁時期を変更する閉弁時期変更手段である。
前記吸気バルブ制御手段は、前記吸気バルブの開弁時期を変更する開弁時期変更手段である。
前記制御ユニットは、前記合流部よりも下流側において凝縮水が発生すると判定した場合に、前記閉弁時期変更手段および前記開弁時期変更手段を制御する。
前記制御ユニットは、前記閉弁時期を進角するように前記閉弁時期変更手段を制御する。
前記制御ユニットは、前記開弁時期が前記閉弁時期よりも遅角側、かつ、排気上死点またはその近傍のクランク角となるように前記開弁時期変更手段を制御する。

第１の発明によれば、燃料噴射の停止指示があると判定した場合、吸気ポートに吹き戻されるガスの流量を増やすことができる。したがって、燃料噴射の停止指示に伴って吸気ポートから気筒内に流入するガスの量が減少した場合において、酸性の凝縮水が気筒内に流入するのを抑えることができる。

また、第１の発明によれば、吸気管におけるＥＧＲ管との合流部よりも下流側において凝縮水が発生すると判定した場合にも、吸気ポートに吹き戻されるガスの流量を増やすことができる。そのため、吸気ポートに吹き戻したガスによって合流部よりも下流側の壁面を温めて、合流部よりも下流側を流れる外気を温めることができる。したがって、低温環境下において、吸気管を流れる外気によって外部ＥＧＲガスが冷却されるのを抑えることができる。したがって、酸性の凝縮水の発生を抑えることができる。

第２の発明によれば、燃料噴射の停止指示に伴って吸気ポートから気筒内に流入するガスの量が減少した場合において、酸性の凝縮水が気筒内に流入するのを抑えることができる。

第３の発明によれば、低温環境下において、吸気管を流れる外気によって外部ＥＧＲガスが冷却されるのを抑えることができる。したがって、酸性の凝縮水の発生を抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係るシステムの構成を説明する図である。 本発明の実施の形態１の吹き戻し制御の流れを説明するタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵが吹き戻し制御を実行するときの処理の流れを説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態２の吹き戻し制御の流れを説明するタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵが吹き戻し制御を実行するときの処理の流れを説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態２の吹き戻し制御を実行した場合の効果を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
先ず、図１乃至図３を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。

１．システムの構成の説明
図１は、実施の形態１に係るシステムの構成を説明する図である。図１に示すシステムは、車両に搭載される内燃機関１０（以下、「エンジン１０」ともいう。）を備えている。エンジン１０は、４ストロークサイクルエンジンである。エンジン１０は、直列４気筒型のエンジンでもある。ただし、本発明に適用できるエンジン１０の気筒数および気筒配列は、これに限定されない。

エンジン１０が備える各気筒１２には、吸気ポート１４が２つずつ連通している。２つの吸気ポート１４には、これらのポートを開閉する吸気バルブ（図示しない）がそれぞれ設けられている。吸気ポート１４同様、各気筒１２には、排気ポート１６が２つずつ連通している。２つの排気ポート１６には、これらのポートを開閉する排気バルブ（図示しない）がそれぞれ設けられている。

エンジン１０には、吸気カムシャフト１８が設けられる。吸気カムシャフト１８は、吸気カム（図示しない）を有しており、クランクシャフト（図示しない）と同期して回転する。吸気カムシャフト１８には、ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）２０が設けられている。ＶＶＴ２０は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト１８の回転位相差を変更することによって、吸気バルブの開閉タイミング（具体的には、開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣ）を変更する。ＶＶＴ２０には、公知の機構（油圧式、電磁式など）が採用できる。

エンジン１０には、排気カムシャフト２２も設けられる。排気カムシャフト２２は、排気カム（図示しない）を有しており、クランクシャフトと同期して回転する。排気カムシャフト２２には、ＶＶＴ２４が設けられている。ＶＶＴ２４は、クランクシャフトに対する排気カムシャフト２２の回転位相差を変更することによって、排気バルブの開閉タイミング（具体的には、開弁時期ＥＶＯおよび閉弁時期ＥＶＣ）を変更する。ＶＶＴ２０同様、ＶＶＴ２４には公知の機構が採用できる。

吸気ポート１４には、吸気管２６が接続されている。吸気管２６には、上流側から順に、エアクリーナ２８、ＶＮ（可変ノズル）式の過給機３０のコンプレッサ３０ａ、水冷式のインタークーラ３２、およびスロットルバルブ３４が設けられている。一方、排気ポート１６には、排気管３６が接続されている。排気管３６には、上流側から順に、過給機３０のタービン３０ｂ、および後処理装置３８が設けられている。

吸気管２６と排気管３６は、排気管３６から分岐するＥＧＲ管４０を介して接続されている。ＥＧＲ管４０には、ＥＧＲクーラ４２およびＥＧＲバルブ４４が設けられている。ＥＧＲクーラ４２は、ここを通過する排気を冷却する。ＥＧＲバルブ４４は、ＥＧＲ管４０と吸気管２６の合流部Ａの近傍に設けられている。ＥＧＲバルブ４４は、ＥＧＲ管４０から吸気管２６に流入する排気（つまり、外部ＥＧＲガス）の流量を調整する。ＥＧＲ管４０の途中には、ＥＧＲ管４０から分岐してＥＧＲクーラ４２をバイパスするバイパス管４６が設けられている。バイパス管４６とＥＧＲ管４０の合流部Ｂの近傍には、バイパスバルブ４８が設けられている。バイパスバルブ４８は、ＥＧＲクーラ４２を流れる排気の流量を調整する。例えば、バイパスバルブ４８を全開にすると、ＥＧＲクーラ４２を流れる排気の流量がゼロになる。

図１に示すシステムは、ＥＣＵ（電子制御ユニット）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備えている。ＥＣＵ５０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込んで処理し、所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。

各種センサには、エアフローメータ５２、過給圧センサ５４、クランク角センサ５６、水温センサ５８、およびアクセル開度センサ６０が含まれる。エアフローメータ５２は、吸入空気量を検出する。過給圧センサ５４は、吸気管２６内のガスの圧力（過給圧）を検出する。クランク角センサ５６は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力する。水温センサ５８は、エンジン１０の冷却水の温度を検出する。アクセル開度センサ６０は、ドライバによるアクセルペダルの踏み込み量を検出する。

各種アクチュエータには、ＶＶＴ２０，２４、タービン３０ｂのＶＮ、スロットルバルブ３４、ＥＧＲバルブ４４、およびバイパスバルブ４８が含まれる。各種アクチュエータには、その他、気筒１２内に燃料を供給するインジェクタ、および気筒１２内にスワール流を生成するためのＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）が含まれる。インジェクタは、各気筒１２に設けられている。ＳＣＶは、２つの吸気ポート１４のうちの一方に設けられている。以下、ＳＣＶの設置・非設置の観点で２つの吸気ポート１４を区別するときは、吸気ポート１４を「ＳＣＶポート１４」または「非ＳＣＶポート１４」と称す。

２．実施の形態１に係るエンジン制御の特徴
実施の形態１において、ＥＣＵ５０は、気筒１２内のガスを吸気ポート１４に吹き戻すエンジン制御（吹き戻し制御）を行う。吹き戻し制御は、インジェクタからの燃料噴射の停止指令（燃料カット指令）があると判定された場合に行われる。吹き戻し制御では、開弁時期ＩＶＯと、閉弁時期ＥＶＣと、タービン３０ｂのＶＮの開度（ＶＮ開度）と、ＥＧＲバルブ４４の開度（ＥＧＲ開度）と、が制御される。吹き戻し制御では、ＳＣＶの開度がＳＣＶポート１４を閉じる方向に制御されてもよい。

２．１ 吹き戻し制御の概要の説明
図２は、吹き戻し制御の流れを説明するタイミングチャートである。図２に示す時刻ｔ１は、燃料カット指令があると判定された時刻であり、吹き戻し制御を開始する時刻でもある。時刻ｔ２は、吹き戻し制御を終了する時刻である。

図２に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、閉弁時期ＥＶＣが進角される。具体的に、閉弁時期ＥＶＣは、下死点（ＢＤＣ）まで進角される。この理由は、吸気ポート１４に吹き戻されるガス（内部ＥＧＲガス）の量を最大にするためである。ただし、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間、ＢＤＣよりも僅かに遅角側のクランク角まで閉弁時期ＥＶＣが進角される。この理由は、気筒１２内のガスの慣性力を利用するためである。すなわち、閉弁時期ＥＶＣがこのようなクランク角であったとしても、気筒１２内のガスの排気ポート１６への排出は始まらず、気筒１２内に残留し続ける。故に、内部ＥＧＲガスの量が最大になる。

また、図２に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、開弁時期ＩＶＯも進角される。具体的に、開弁時期ＩＶＯは、排気ＴＤＣまで進角される。この理由は、内部ＥＧＲガスの流速を最大にするためである。ただし、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間は、排気ＴＤＣよりも僅かに進角側のクランク角まで開弁時期ＩＶＯが進角される。この理由は、上述した慣性力による。すなわち、開弁時期ＩＶＯがこのような進角側のクランク角であったとしても、気筒１２内のガスの吸気ポート１４への吹き戻しは始まらず、気筒１２内に残留し続ける。故に、内部ＥＧＲガスの流速が最大になる。

また、図２に実線で示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、ＶＮ開度およびＥＧＲ開度は全閉じ状態の開度に制御される。ＶＮが全閉じされると、背圧（タービン３０ｂよりも上流側の排気管３６内のガスの圧力をいう。以下同じ。）が上昇する。ＥＧＲバルブ４４が全閉じされると、外部ＥＧＲガスの流量がゼロになり、その結果、背圧が上昇する。なお、図２に破線で示す「従来」は、ＶＮおよびＥＧＲバルブ４４を全閉じしない場合のＶＮ開度およびＥＧＲ開度を表している。

このように、吹き戻し制御では、閉弁時期ＥＶＣおよび開弁時期ＩＶＯが進角される。加えて、吹き戻し制御では、ＶＮおよびＥＧＲバルブ４４が全閉じされる。そのため、排気バルブの開弁中においては、排気ポート１６から気筒１２へのガス流入を促進して気筒１２内のガスを増やし、その後の吸気バルブ開弁中においては、最大量の内部ＥＧＲガスが最大流速で吹き戻されることになる。

図２の最上段に示すように、吹き戻し制御を行う場合（実線）は、内部ＥＧＲガスの量が「従来」（破線）に比べて増えることになる。なお、この「従来」とは、吹き戻し制御を行う場合（実線）と同様に閉弁時期ＥＶＣおよび開弁時期ＩＶＯを進角し、その一方で、ＶＮおよびＥＧＲバルブ４４を全閉じしない場合の内部ＥＧＲガスの量を表している。

２．２ 吹き戻し制御のための具体的処理
図３は、ＥＣＵ５０が吹き戻し制御を実行するときの処理の流れを説明するフローチャートである。図３に示す処理ルーチンは、ＥＣＵ５０の稼働中、所定の制御周期で繰り返して実行される。

図３に示す処理ルーチンでは、先ず、燃料カット指令があるか否かが判定される（ステップＳ１０）。燃料カット指令があるか否かは、燃料カット信号がＯＮか否かに基づいて判定される。燃料カット信号は、例えば、スロットルバルブ３４の開度が規定値以下、かつ、エンジン回転速度が規定値以上である場合にＯＮとされる。スロットルバルブ３４の開度が規定値よりも高い、または、エンジン回転速度が規定値よりも低い場合、燃料カット信号はＯＦＦとされる。燃料カット信号がＯＮでない（つまり、燃料カット信号がＯＦＦである）と判定された場合、処理が終了される。

ステップＳ１０において燃料カット指令があると判定された場合、アクチュエータの操作量と、排気バルブの開閉タイミングと、が算出される（ステップＳ１２）。操作対象であるアクチュエータは、ＶＮおよびＥＧＲバルブ４４であり、本ステップではこれらを全閉じするための操作量が算出される。ＳＣＶを併せて操作する場合は、本ステップにおいてＳＣＶの操作量が算出される。

また、ステップＳ１２では、排気バルブの開閉タイミングが算出される。算出される開閉タイミングは、内部ＥＧＲガスの量を最大にする開閉タイミングである。このような開閉タイミングは、例えば、燃料カット運転中のエンジン回転速度と、閉弁時期ＥＶＣ（または開弁時期ＥＶＯ）と、内部ＥＧＲガスの量との関係を定めた制御マップを参照することにより算出される。

ステップＳ１２に続いて、吸気バルブの開閉タイミングが算出される（ステップＳ１４）。算出される開閉タイミングは、内部ＥＧＲガスの流速を最大にする開閉タイミングである。このような開閉タイミングは、例えば、燃料カット運転中のエンジン回転速度と、開弁時期ＩＶＯ（または閉弁時期ＩＶＣ）と、内部ＥＧＲガスの流速との関係を定めた制御マップを参照することにより算出される。

ステップＳ１４に続いて、吹き戻し制御を終了するか否かが判定される（ステップＳ１６）。吹き戻し制御を終了するか否かは、例えば、燃料カット信号がＯＦＦか否かに基づいて判定される。燃料カット信号がＯＦＦでない（つまり、燃料カット信号がＯＮである）と判定された場合、ステップＳ１２に戻る。そうでないと判定された場合、処理が終了される。

ステップＳ１６の判定は、内部ＥＧＲガスの流速と規定値の比較に基づいて行ってもよい。この場合は、内部ＥＧＲガスの流速が規定値以下であると判定された場合に、吹き戻し制御を終了すればよい。

３．吹き戻し制御による効果
以上説明した吹き戻し制御によれば、燃料カット指令がある場合に閉弁時期ＥＶＣを進角して内部ＥＧＲガスの量を最大にすることができる。また、開弁時期ＩＶＯも進角して内部ＥＧＲガスの流速を最大にすることができる。そのため、吸気ポート１４の壁面に付着している凝縮水を、内部ＥＧＲガスによって吸気管２６側に吹き飛ばすことができる。

加えて、吹き戻し制御によれば、ＶＮおよびＥＧＲバルブ４４を全閉じするので、背圧を高めることができる。背圧が高まれば、排気バルブの開弁中に排気ポート１６から気筒１２へのガス流入を促進することができる。したがって、燃料カット指令に伴って吸気ポート１４から気筒１２に流入するガスの量が減少したような場合であっても、内部ＥＧＲガスの量や流速が極端に減少するのを抑えることができる。したがって、吸気ポート１４の壁面に付着している凝縮水を、吸気管２６側に高確率で吹き飛ばすことができる。故に、エンジンの停止中に酸性の凝縮水が気筒内に流入するのを抑えることができる。

また、吹き戻し制御においてＳＣＶを制御した場合には、非ＳＣＶポート１４における吹き戻しガスの流速の最大値を上昇させることができる。したがって、非ＳＣＶポート１４の壁面に付着している凝縮水を、吸気管２６側に高確率で吹き飛ばすことができる。

４．実施の形態と本発明の対応関係
上記実施の形態１においては、ＶＶＴ２０が第１の発明の「吸気バルブ制御手段」に対応している。ＶＶＴ２４が同発明の「排気バルブ制御手段」に対応している。ＶＮおよびＥＧＲバルブ４４が同発明の「背圧調整手段」に対応している。ＥＣＵ５０が同発明の「制御ユニット」に対応している。

また、上記実施の形態１においては、ＶＶＴ２０が第２の発明の「開弁時期変更手段」に対応している。ＶＶＴ２４が同発明の「閉弁時期変更手段」に対応している。

５．実施の形態１の変形例
上記実施の形態１に係るシステムおよび吹き戻し制御は、次のように変形することもできる。

５．１ 変形例１
上記吹き戻し制御においては、内部ＥＧＲガスの量を最大にするため、閉弁時期ＥＶＣをＢＤＣ、または、ＢＤＣよりも僅かに遅角側のクランク角まで進角させた。また、内部ＥＧＲガスの流速を最大にするため、開弁時期ＩＶＯを排気ＴＤＣ、または、排気ＴＤＣよりも僅かに進角側のクランク角まで進角させた。しかし、閉弁時期ＥＶＣは、排気ＴＤＣの近傍のクランク角でもよいし、開弁時期ＩＶＯは、排気ＴＤＣよりも遅角側のクランク角でもよい。

より具体的に、閉弁時期ＥＶＣが下記（１）の条件を満たし、開弁時期ＩＶＯが下記（２）の条件を満たせば、閉弁時期ＥＶＣから開弁時期ＩＶＯまでの間にピストンの上昇によって気筒１２内のガスを圧縮し、吸気バルブの開弁によって当該ガスを吸気ポート１４に吹き戻すことができる。
（１）閉弁時期ＥＶＣが、排気ＴＤＣまたはその近傍のクランク角よりも進角側のクランク角である
（２）開弁時期ＩＶＯが、閉弁時期ＥＶＣよりも遅角側、かつ、排気ＴＤＣまたはその近傍のクランク角である

５．２ 変形例２
上記吹き戻し制御は、ＶＮ式の過給機３０を備えるシステムを前提として行われた。しかし、上記吹き戻し制御は、ＷＧＶ（ウエストゲートバルブ）付きの過給機を備えるシステムにも適用できる。このシステムでは、過給機のタービンをバイパスする通路を閉じるようにＷＧＶを操作することで背圧が上昇する。そのため、例えば、燃料カット指令があると判定された場合に、ＶＮの代わりにＷＧＶを操作してタービンのバイパス通路を閉じる。これにより、上記吹き戻し制御による効果と同様の効果が得られる。なお、本変形例２は、後述の実施の形態２にも適用できる。

５．３ 変形例３
上記吹き戻し制御は、過給機３０を備えるいわゆる過給エンジンを前提として行われた。しかし、上記吹き戻し制御は、いわゆる自然吸気エンジンにも適用できる。このシステムでは、ＶＮが存在しない。そのため、例えば、燃料カット指令があると判定された場合に、ＥＧＲバルブ４４のみを全閉じする。これにより、上記吹き戻し制御による効果に近い効果が得られる。なお、本変形例３は、後述の実施の形態２にも適用できる。

５．４ 変形例４
上記吹き戻し制御は、排気バルブの開閉タイミングを変更するＶＶＴ２０と、吸気バルブの開閉タイミングを変更するＶＶＴ２４と、を備えるシステムを前提として行われた。しかし、上記吹き戻し制御は、閉弁時期ＥＶＣおよび開弁時期ＩＶＯを独立して変更する構成を備えるシステムにも適用できる。なお、本変形例４は、後述の実施の形態２にも適用できる。

５．５ 変形例５
上記吹き戻し制御は、いわゆるＨＰＬ−ＥＧＲ装置（高圧ループ−ＥＧＲ装置）を備えるシステムを前提として行われた。しかし、上記吹き戻し制御は、いわゆるＬＰＬ−ＥＧＲ装置（低圧ループ−ＥＧＲ装置）を備えるシステムにも適用できる。

実施の形態２．
次に、図４乃至図６を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。
なお、実施の形態２に係るシステムの構成は上記実施の形態１と共通するため、システム構成に関する説明については省略する。

１．実施の形態２に係るエンジン制御の特徴
実施の形態２において、ＥＣＵ５０は、吹き戻し制御を行う。ただし、実施の形態２の吹き戻し制御（以下、「第２吹き戻し制御」ともいう。）は、合流部Ａよりも下流側において凝縮水が発生すると判定された場合に行われる。この「合流部Ａよりも下流側」とは、合流部Ａから気筒１２までのガス経路を指す。第２吹き戻し制御では、開弁時期ＩＶＯと、閉弁時期ＥＶＣと、ＶＮ開度と、ＥＧＲ開度と、が制御される。第２吹き戻し制御では、ＳＣＶの開度が吸気ポート１４を閉じる方向に制御されてもよい。

上記実施の形態１の吹き戻し制御（以下、「第１吹き戻し制御」ともいう。）は、燃料カット指令があると判定された場合に行われた。つまり、第１吹き戻し制御は、燃料噴射が行われないサイクルで行われた。これに対し、第２吹き戻し制御は、燃料噴射が行われるサイクルで行われる。つまり、第２吹き戻し制御は、燃料カット指令がないと判定され、且つ、合流部Ａよりも下流側において凝縮水が発生すると判定された場合に行われる。

１．１ 第２吹き戻し制御の概要の説明
図４は、第２吹き戻し制御の流れを説明するタイミングチャートである。図４に示す時刻ｔ４は、合流部Ａよりも下流側において凝縮水が発生すると判定された時刻であり、第２吹き戻し制御を開始する時刻でもある。時刻ｔ５は、第２吹き戻し制御を終了する時刻である。

図４に示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、閉弁時期ＥＶＣの補正量には、閉弁時期ＥＶＣを進角させるクランク角の値が設定される。この理由は、通常時は排気ＴＤＣまたはその近傍のクランク角に設定される閉弁時期ＥＶＣを進角することで、気筒１２内から排気ポート１６に排出されるガスの量が減るためである。排出されるガスの量が減れば、気筒１２内に残留するガスの量が増えるので、その後の開弁時期ＩＶＯの後に気筒１２から吸気ポート１４に吹き戻されるガスの量が増える。

また、図４に示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、開弁時期ＩＶＯの補正量には、開弁時期ＩＶＯを進角させるクランク角の値が設定される。この理由は、開弁時期ＩＶＯを排気ＴＤＣまたはその近傍のクランク角まで進角することで、開弁時期ＩＶＯ後に吸気ポート１４に吹き戻されるガスの流速を上昇させるためである。吹き戻されるガスの流速が上昇すれば、当該ガスが吸気管２６のより上流側に到達する。開弁時期ＩＶＯの補正量は、具体的に、開弁時期ＩＶＯが上記（２）の条件を満たすように設定される。

また、図４に示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、ＶＮ開度およびＥＧＲ開度の補正量は、ＶＮおよびＥＧＲバルブ４４を閉じる方向の値が設定される。この理由は、背圧を上昇させるためである。

また、図４に示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、ＳＣＶが閉じられる。ＳＣＶが閉じられると、ＳＣＶポート１４が閉じられる。ＳＣＶを閉じる理由は、非ＳＣＶポート１４に吹き戻されるガスの流速を上昇させるためである。非ＳＣＶポート１４に吹き戻されるガスの流速が上昇すれば、当該ガスが吸気管２６のより上流側に到達する確率が高くなる。なお、このＳＣＶの制御は、第２吹き出し制御に必須ではない。つまり、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、ＳＣＶを開いたままにすることもできる。

このように、第２吹き戻し制御では、閉弁時期ＥＶＣが通常時よりも進角側のクランク角に補正される。また、開弁時期ＩＶＯが進角側のクランク角に補正されて、開弁時期ＩＶＯが排気ＴＤＣまたはその近傍のクランク角まで進角される。そのため、気筒１２内に残留するガスが吸気ポート１４に吹き戻されることになる。ここで、既に述べたように、第２吹き戻し制御の最中は、燃料噴射が行われる。そのため、第２吹き戻し制御の最中に気筒１２内に残留するガスは、噴射燃料の燃焼により生じたガスである。したがって、このガスが吸気ポート１４に吹き戻されると、当該ガスの熱によって吸気ポート１４やその上流側の吸気管２６の壁面が温められる。

加えて、第２吹き戻し制御では、ＶＮ開度およびＥＧＲ開度が閉じ方向に補正される。そのため、排気バルブの開弁中、気筒１２から排気ポート１６に排出されるガスの量が少なくなる。したがって、その後の吸気バルブの開弁中に吹き戻されるガスの熱量が増えることになる。

１．２ 吹き戻し制御のための具体的処理
図５は、ＥＣＵ５０が吹き戻し制御を実行するときの処理の流れを説明するフローチャートである。図５に示す処理ルーチンは、ＥＣＵ５０の稼働中、所定の制御周期で繰り返して実行される。

図５に示す処理ルーチンでは、先ず、アクチュエータの操作量が算出される（ステップＳ２０）。操作対象であるアクチュエータは、ＶＶＴ２０，２４、タービン３０ｂのＶＮ、スロットルバルブ３４，ＥＧＲバルブ４４、バイパスバルブ４８、インジェクタおよびＳＣＶである。算出される操作量は、ドライバからの要求に基づいた操作量、または、吹き戻し制御以外のエンジン制御に基づいた操作量である。

例えば、エンジン１０の冷間始動時であれば、エンジン１０を暖機するための制御が行われる。この制御では、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを通常のタイミングにするためのＶＶＴ２０，２４の操作量が算出される。また、ＥＧＲバルブ４４の開度を閉じ側の開度にし、ＶＮおよびバイパスバルブ４８を全開にするための操作量が算出される。スロットルバルブ３４やインジェクタの操作量は、始動用の操作量が算出される。

ステップＳ２０に続いて、合流部Ａにおける壁面温度（以下、「吸気壁面温度」ともいう。）の推定を行う必要かあるか否かが判定される（ステップＳ２２）。この推定の実施の要否は、例えば、エンジン１０の冷却水の温度、エンジン１０の停止期間などに基づいて判定される。

ステップＳ２２の判定結果が肯定的である場合、吸気壁面温度が推定される（ステップＳ２４）。吸気壁面温度は、例えば、吸気の温度、新気の流量、ＥＧＲガスの流量、ＥＧＲガスの温度、外気の湿度、空燃比、冷却水の温度などに基づいて推定される。なお、この推定手法については、様々な公知の手法が適用できる。なお、吸気壁面温度は、合流部Ａに設置した温度センサから直接的に測定してもよい。

ステップＳ２４に続いて、合流部Ａを流れるガスの温度（以下、「合流部ガス温度」ともいう。）が推定される（ステップＳ２６）。吸気壁面温度と同様に、合流部ガス温度は、吸気の温度、新気の流量、ＥＧＲガスの流量、ＥＧＲガスの温度、外気の湿度、空燃比、冷却水の温度などに基づいて、公知の手法により推定される。また、吸気壁面温度と同様に、合流部ガス温度を温度センサから直接的に測定してもよい。

ステップＳ２６に続いて、合流部Ａよりも下流側において凝縮水が発生するか否かが判定される（ステップＳ２８）。合流部Ａよりも下流側において凝縮水が発生するか否かは、ステップＳ２４で算出した吸気壁面温度と、ステップＳ２６で算出した合流部ガス温度との温度差が規定値以上であるか否かで判定される。そして、ステップＳ２８の判定結果が肯定的である場合、第２吹き戻し制御が開始される。

具体的に、ステップＳ２８の判定結果が肯定的である場合、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングの補正量が算出される（ステップＳ３０）。吸気バルブの開閉タイミングの補正量は、開弁時期ＩＶＯを排気ＴＤＣまたはその近傍のクランク角まで進角させる値が算出される。排気バルブの開閉タイミングの補正量は、吸気壁面温度と合流部ガス温度の温度差が大きくなるにつれて閉弁時期ＥＶＣがより進角側のクランク角となるような値が算出される。ただし、第２吹き戻し制御の最中は、吸気ポート１４に吹き戻されたガスが気筒１２に再流入することで失火が発生し易くなる。そのため、排気バルブの開閉タイミングの補正量は、このような失火が発生しない程度の値に抑えられる。

ステップＳ３０に続いて、アクチュエータの補正量が算出される（ステップＳ３２）。算出対象は、タービン３０ｂのＶＮおよびＥＧＲバルブ４４である。タービン３０ｂのＶＮおよびＥＧＲバルブ４４の補正量は、ＶＮ開度およびＥＧＲ開度が閉じ側の開度となるような値が算出される。ただし、既述したように、第２吹き戻し制御の最中は、吸気ポート１４に吹き戻されたガスが気筒１２に再流入することで失火が発生し易くなる。そのため、ＶＮ開度の補正量は、このような失火が発生しない程度の値に抑えられる。

２．第２吹き戻し制御による効果
以上説明した第２吹き戻し制御によれば、閉弁時期ＥＶＣおよび開弁時期ＩＶＯが進角側に補正されるので、気筒１２内で生じた燃焼ガスの一部を吸気ポート１４に吹き戻して、吸気ポート１４やその上流側の壁面を温めることができる。特に、開弁時期ＩＶＯの補正では、開弁時期ＩＶＯが排気ＴＤＣまたはその近傍のクランク角となるように補正されるので、吹き戻しガスを合流部Ａに到達させて合流部Ａの壁面を温めることができる。

加えて、第２吹き戻し制御によれば、ＶＮ開度およびＥＧＲ開度が閉じ方向に補正されるので、背圧を高めることができる。背圧が高まれば、排気バルブの開弁中に気筒１２から排気ポート１６に排出されるガスの量を減らして、吸気バルブの開弁中に吸気ポート１４に吹き戻されるガスの量を増やすことができる。したがって、吸気ポート１４やその上流側の壁面に供給する熱量を増やすことができる。

また、第２吹き戻し制御においてＳＣＶを制御した場合には、非ＳＣＶポート１４における吹き戻しガスの流速を上昇させることができる。したがって、非ＳＣＶポート１４に吹き戻したガスを、吸気管２６のより上流側に到達させることができる。

図６は、第２吹き戻し制御を実行した場合の効果を説明する図である。図６に示す時刻ｔ４およびｔ５は、図４に示した時刻ｔ４およびｔ５にそれぞれ相当している。図６に破線で示す「従来」は、第２吹き戻し制御を行わない場合の吸気壁面温度（推定値）、合流部ガス温度（推定値）、および、吸気ポート１４への吹き戻し量を表している。

図６に示すように、第２吸気戻し制御は、冷却水温度が低い低温環境下においても開始される。そして、第２吸気戻し制御を開始すれば、吸気ポート１４への吹き戻し量が増えるので、吸気壁面温度（推定値）を速やかに要求温度（要求値）以上まで上昇させることができる。したがって、合流部ガス温度（推定値）も要求温度（要求値）以上まで上昇させることができる。

吸気壁面温度が要求温度よりも低い場合には、合流部Ａよりも下流側において外部ＥＧＲガスが外気により冷却されて凝縮水が発生する可能性がある。この点、第２吹き戻し制御によれば、合流部Ａから気筒１２までのガス経路の壁面を温めることができるので、このガス経路を流れる外気や、当該外気と混合する外部ＥＧＲガスを温めることもできる。したがって、合流部Ａよりも下流側での凝縮水の発生を抑えることができる。

３．実施の形態と本発明の対応関係
上記実施の形態２においては、ＶＶＴ２０が第１の発明の「吸気バルブ制御手段」に対応している。ＶＶＴ２４が同発明の「排気バルブ制御手段」に対応している。ＶＮおよびＥＧＲバルブ４４が同発明の「背圧調整手段」に対応している。ＥＣＵ５０が同発明の「制御ユニット」に対応している。

また、上記実施の形態２においては、ＶＶＴ２０が第３の発明の「開弁時期変更手段」に対応している。ＶＶＴ２４が同発明の「閉弁時期変更手段」に対応している。

１０ 内燃機関
１４ 吸気ポート
１６ 排気ポート
２０，２４ ＶＶＴ
２２ 排気カムシャフト
２６ 吸気管
３０ 過給機
３０ａ コンプレッサ
３０ｂ タービン
３６ 排気管
４０ ＥＧＲ管
５０ ＥＣＵ
Ａ，Ｂ 合流部

Claims (3)

1. エンジンの排気管と吸気管とを接続するＥＧＲ管と、
   前記エンジンの排気ポートを開閉する排気バルブを制御する排気バルブ制御手段と、
   前記エンジンの吸気ポートを開閉する吸気バルブを制御する吸気バルブ制御手段と、
   前記排気管におけるガスの圧力である背圧を調整する背圧調整手段と、
   制御ユニットと、
   を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記制御ユニットは、燃料噴射の停止指示があると判定した場合、または、前記吸気管と前記ＥＧＲ管との合流部よりも下流側において凝縮水が発生すると判定した場合に、
   前記エンジンの気筒内のガスが前記吸気ポートに吹き戻されるように前記排気バルブ制御手段および前記吸気バルブ制御手段を制御し、
   前記背圧が上昇するように前記背圧調整手段を制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記排気バルブ制御手段は、前記排気バルブの閉弁時期を変更する閉弁時期変更手段であり、
   前記吸気バルブ制御手段は、前記吸気バルブの開弁時期を変更する開弁時期変更手段であり、
   前記制御ユニットは、前記停止指示があると判定した場合に、
   前記閉弁時期が排気上死点またはその近傍のクランク角よりも進角側のクランク角となるように前記閉弁時期変更手段を制御し、
   前記開弁時期が前記閉弁時期よりも遅角側、かつ、排気上死点またはその近傍のクランク角となるように前記開弁時期変更手段を制御する
   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。
3. 前記排気バルブ制御手段は、前記排気バルブの閉弁時期を変更する閉弁時期変更手段であり、
   前記吸気バルブ制御手段は、前記吸気バルブの開弁時期を変更する開弁時期変更手段であり、
   前記制御ユニットは、前記合流部よりも下流側において凝縮水が発生すると判定した場合に、
   前記閉弁時期を進角するように前記閉弁時期変更手段を制御し、
   前記開弁時期が前記閉弁時期よりも遅角側、かつ、排気上死点またはその近傍のクランク角となるように前記開弁時期変更手段を制御する
   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。

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