JP3746423B2 - 直噴型内燃機関のｅｇｒ量制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンのような燃料を筒内へ直接に噴射して燃焼させる形式の内燃機関、所謂「直噴型内燃機関」（これを「直噴エンジン」と略称する）の排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムにおいて、燃焼変動が最も抑制されるように、排気ガスの再循環量（ＥＧＲ量）を制御するための制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガソリンのような燃料を筒内へ直接に噴射して燃焼させる形式の内燃機関（直噴エンジン）の量産が行われるようになったが、直噴エンジンにおいては従来の内燃機関では行われていなかったような極めて希薄な混合気の燃焼が可能となり、それによって大幅な燃費の改善と排気ガスの無公害化が実現している。直噴エンジンには従来のポート噴射型エンジンに比べて色々な新技術が採用されている。その一つとして排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）を低減させるための所謂「大量ＥＧＲ」がある。これは大量の排気ガスを吸気側へ再循環させることにより燃焼速度を制御して燃焼温度を低下させ、エンジンの燃焼室内（筒内）におけるＮＯx の発生を抑制するものである。
【０００３】
しかしながら、この場合は大量の排気ガスを再循環させるために、運転時間が増加するにつれてＥＧＲパイプやＥＧＲバルブ、或いは各気筒へのＥＧＲ分配孔等における汚染物質の付着量が従来のエンジンよりも多くなるので、ＥＧＲバルブへの異物の噛み込みや、排気ガス通路の有効面積の減少によるＥＧＲ量の変化（減少）という問題が発生する。ＥＧＲ量が変化すると、筒内の混合気形成に影響を及ぼして燃焼状態の悪化を招くため、ＥＧＲ量の変化を防止して必要な量の排気ガスを安定に再循環させるための対策が必要となる。なお、所謂「内部ＥＧＲシステム」によって排気ガスの再循環を行う形式の直噴エンジンにおいては、ＥＧＲパイプやＥＧＲバルブは設けられないが、吸気弁への異物の噛み込みや吸気管内に汚染物質が堆積することによってＥＧＲ量の経時的変化が起こる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、直噴型内燃機関のＥＧＲシステムにおける経時的変化に伴うエンジンの運転状態の変化に対して、ＥＧＲ量の最適制御を行うことによって前述の問題を解決して、安定した燃焼状態を実現することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１に記載された直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法を提供する。
この制御方法は外部ＥＧＲシステムを備えている直噴型内燃機関に対して適用される。この制御方法によれば、ＥＧＲが実行される運転条件において外部ＥＧＲシステムの一部であるＥＧＲバルブの開度を任意の一定量ずつ小刻みに増減変化させると共に、それに応じて変化する直噴型の内燃機関のクランク軸の回転数の変動幅が計測される。そして、回転数の変動幅が最小となるＥＧＲバルブの開度を探り出して、それをその運転条件におけるＥＧＲバルブの開度として設定する。従って、各サイクルの燃焼変動が抑制されて燃焼状態が安定化する。
【０００６】
本発明は、前記の課題を解決するための他の手段として、特許請求の範囲の請求項２に記載された直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法を提供する。
この制御方法はバルブタイミング可変機構を備えている直噴型内燃機関に対して適用される。吸気弁と排気弁の各開弁期間の間にバルブオーバーラップ期間があると、その期間において排気ガスが吸気側へ逆流するので、それによって所謂「内部ＥＧＲ」が生じる。本発明の制御方法によれば、内部ＥＧＲが行われる運転条件において、バルブタイミング可変機構によって吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを任意の一定量ずつ小刻みに進角及び遅角させると共に、それに応じて変化する直噴型の内燃機関のクランク軸の回転数の変動幅が計測される。そして、回転数の変動幅が最小となるバルブタイミングを探り出して、それをその運転条件におけるバルブタイミングとして設定する。従って、各サイクルの燃焼変動が抑制されて燃焼状態が安定化する。
【０００７】
特に、吸気弁が直噴型の内燃機関の吸気行程のみならず排気行程の一部においても独立に開弁することができる場合には、排気行程の一部において吸気弁が開弁した時に排気ガスの一部が吸気通路へ逆流し、その排気ガスが吸気行程において新気と共に燃焼室内へ流入するので、それによって内部ＥＧＲが行われる、従って、この場合には、排気行程における吸気弁のバルブタイミングを任意の一定量ずつ小刻みに進角及び遅角方向に変化させて、同様なＥＧＲ量の最適値制御を行うことができる。
【０００８】
本発明は、前記の課題を解決するための更に他の手段として、特許請求の範囲の請求項４に記載された直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法を提供する。
この制御方法はバルブリフト量可変機構を備えている直噴型内燃機関に対して適用される。吸気弁と排気弁の間に開弁期間のオーバーラップがあると排気ガスが吸気側へ逆流するので、それによって内部ＥＧＲが行われるが、オーバーラップする期間の長さが同じでも、吸気弁又は排気弁のバルブリフトが変化すると、オーバーラップする開弁期間における各弁の開口面積が変化してＥＧＲ量が変化する。従って、この制御方法によれば、内部ＥＧＲが実行される運転条件において、バルブリフト量可変機構によって吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブリフト量を任意の一定量ずつ小刻みに増減変化させると共に、それに応じて変化する直噴型の内燃機関のクランク軸の回転数の変動幅が計測される。そして、回転数の変動幅が最小となるバルブリフト量を探り出して、それをその運転条件におけるバルブリフト量として設定する。従って、この制御方法によっても各サイクルの燃焼変動が抑制されて燃焼状態が安定化する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図３に本発明の直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法が適用される直噴エンジン３０のシステム構成を例示する。第１実施例の場合は、直噴エンジン３０において「外部ＥＧＲ」を行うために、排気管３３と吸気管３６との間を橋絡しているＥＧＲパイプ３２の途中にＥＧＲバルブ３１が設けられている。ＥＧＲバルブ３１によるＥＧＲ量の制御を含めて、直噴エンジン３０の運転制御は電子式制御装置（ＥＣＵ）３５によって自動的に行われる。エンジン回転数ＮＥを検出するために、クランク軸３７の一部に近接して回転角センサ３４が設けられて、回転角信号をＥＣＵ３５へ入力している。その他にも直噴エンジン３０の運転状態を検出するために多数のセンサやスイッチ等が検出手段として設けられてＥＣＵ３５に接続される。図３において３８は筒内へガソリンのような燃料を直接に噴射して燃焼させるインジェクタ、３９は吸気弁、４０は排気弁を示している。
【００１０】
図４に電子式制御装置（ＥＣＵ）３５の構成例を示す。ＥＣＵ３５は、ハードウエアとしては良く知られているものと同様な構成を有するもので、全体がマイクロプロセッサを中心として構成されており、Ａ／Ｄコンバータ４１、入出力インターフェース４２、ＣＰＵ４３、ＲＯＭ４４、ＲＡＭ４５、バックアップＲＡＭ４６、クロックパルス発生器４７等を備えている。図３に略示した油温センサ４８、水温センサ４９や、燃料噴射ポンプ５０の吐出側に設けられた燃圧センサ５１等によって検出されるアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ４１によってディジタル信号に変換された後にバスライン５２を介してＣＰＵ４３へ入力される。また、前述の回転角センサ３４が発生するパルス信号等は入出力インターフェース４２を通り、バスライン５２を介してＣＰＵ４３へ入力される。ＣＰＵ４３はこれらの信号に基づいて直噴エンジン３０の運転状態を判定し、前述のＥＧＲバルブ３１や後述のバルブタイミング可変機構のためのＥＧＲ開度やバルブタイミングの進角量等の制御信号を送り出す。
【００１１】
図１及び図２に、本発明のＥＧＲ量制御方法の第１実施例としての制御プログラムをフローチャートの形で示す。直噴エンジンに限らず一般に往復動式の燃焼エンジンにおいて燃焼状態の変動が生じると、それに伴って回転数（回転速度）の変動の大きさが変化する。この制御プログラムの特徴は、直噴エンジン３０の実際の運転状態における回転数の変動の幅として、回転角センサ３４によって計測されるクランク軸３７の回転角から現在のエンジン回転数と「実回転変動幅」を演算すると共に、色々な運転条件に対応して許容可能な回転変動幅の最大値として予め設定されている「許容回転変動幅」を基準として実回転変動幅をこれと比較し、許容回転変動幅よりも実回転変動幅の方が大きい時は、予め色々な運転条件に対応してＥＧＲバルブ３１の開度が設定されているマップから、その時の運転条件に対応する「ＥＧＲ開度」を読み出してＥＧＲバルブ３１に与えると共に、任意に定められた一定量ずつ開き側及び閉じ側へ開度を変化させて実回転変動幅の変化を計測し、実回転変動幅が出来るだけ小さくなるように制御する点にある。
【００１２】
以下、図１及び図２に示すフローチャートに従って本発明の第１実施例の制御方法を詳細に説明する。この制御プログラムは、電子式制御装置（ＥＣＵ）３５によって、直噴エンジン３０全体を制御する図示しないメインルーチンプログラムに対して所定の時期に割り込んで実行される（ステップ１１）。まず、ステップ１２においてシステムが初期化され、制御の回数を数えるカウンタがリセットされて０になる。次にステップ１３へ進んで、回転角センサ３４の信号から算出される現在のエンジン回転数ＮＥと、色々な運転条件に対応してＲＯＭ４４に予め設定されているＥＧＲバルブ３１の開度のマップから、その時の運転条件に対応するＥＧＲ開度を、ＥＧＲバルブ３１の開度の初期設定値ＥＧＲ０としてＣＰＵ４３へ読み込む。次のステップ１４においては、エンジン回転数ＮＥから回転変動幅ΔＮＥ０を算出してＲＡＭ４５に収納し、これをそのサイクルにおける燃焼変動によるものとして以下の制御を行う。
【００１３】
ステップ１５において、ＥＣＵ３５は、先に算出された回転変動幅ΔＮＥ０が予め許容回転変動幅として設定されている回転変動幅の初期基準値ΔＮＥini よりも大きいか否かを判定する。ＹＥＳ（回転変動幅ΔＮＥ０が許容回転変動幅ΔＮＥini よりも大きい）と判定されると、ステップ１６において１回目の制御であることを示すためにカウンタをｎ＝１にセットしてステップ１７へ進む。ここでＥＣＵ３５はＥＧＲバルブ３１を任意に選択された一定量だけ閉じる制御信号を送出して、ＥＧＲバルブ３１が新たなＥＧＲ開度ＥＧＲ１をとる制御を行う。それによって排気管３３からＥＧＲパイプ３２を通って吸気管３６へ還流する排気ガスの量（ＥＧＲ量）が減少する。次のステップ１８においては、その時に計測されたエンジン回転数ＮＥから、ＥＧＲバルブ３１が新たなＥＧＲ開度ＥＧＲ１をとった結果としての回転変動幅ΔＮＥ１が算出される。そしてステップ１９へ進んで、今回算出された回転変動幅ΔＮＥ１が、先にステップ１４において算出された初期の回転変動幅ΔＮＥ０よりも大きいか否かが判定される。
【００１４】
ステップ１９においてＹＥＳ（今回の回転変動幅ΔＮＥ１の方が大きい）と判定された時は図２の左側に示すステップ１ｈへ進み、ＥＧＲ量を減少させる側の制御を中止して、ＥＧＲ量を増加させる側の制御に切り換えるが、その制御については後に詳細に説明する。これと反対に、ステップ１９においてＮＯ（初期の回転変動幅ΔＮＥ０よりも今回の回転変動幅ΔＮＥ１の方が小さくなった）と判定された時は図２の右側に示すステップ１ａへ進み、まずカウンタを１だけカウントアップする。
【００１５】
なお、ステップ１ａと、図２の左側に示された後述のステップ１ｈ以後の制御は何回でも繰り返して行われることがあるので、それに対応して各ステップにおける回数は一般的に「ｎ」によって示すことにする。従って、ステップ１ａにおいてカウントアップされた結果、カウンタはｎ＋１を示すことになるが、前述の説明に続く今回の回数ｎは、ｎ＋１＝１＋１＝２である。
【００１６】
ステップ１ａへ進んだ場合は次のステップ１ｂにおいて、ステップ１７における１回目の処理と同様に、ＥＣＵ３５が再びＥＧＲバルブ３１を一定量だけ閉じる制御を行う。それによってＥＧＲ開度が更に減少して新たな開度ＥＧＲｎ（今回はｎ＝２であるからＥＧＲ２）をとり、ＥＧＲ量もそれに応じて減少する。その後のステップ１ｃにおいて回転変動幅ΔＮＥｎ（ｎ＝２）が、計測されたエンジン回転数ＮＥから算出される。次のステップ１ｄにおいては算出された回転変動幅ΔＮＥｎ（ｎ＝２）が前回に算出された回転変動幅ΔＮＥｎ−１（この場合はステップ１８において算出された回転変動幅ΔＮＥ１）よりも大きいか否かが判定される。今回の回転変動幅ΔＮＥｎが前回の回転変動幅ΔＮＥｎ−１よりも大きい（ＹＥＳ）と判定された時は、前回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎ−１の方が最適値に近かったことになるから、ステップ１ｅへ進んで、前回のＥＧＲｎ−１をＥＧＲ開度として設定し、ＥＧＲバルブ３１の開度をそれに合わせる。
【００１７】
ステップ１ｄにおいて、今回の回転変動幅ΔＮＥｎが前回の回転変動幅ΔＮＥｎ−１よりも大きくない（ＮＯ）と判定された時はステップ１ｆへ進み、今回の回転変動幅ΔＮＥｎが、予め設定されている回転変動幅の初期基準値ΔＮＥini よりも大きいか否かを判定する。ΔＮＥｎの方が大きい（ＹＥＳ）と判定された時は、今回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎが適当でなかったことになるから、前述のステップ１ａへ戻って同じ制御と判定を繰り返す。この場合、ステップ１ａにおけるカウントアップによってｎ＝３となる。
【００１８】
ステップ１ｆにおいてＮＯ（回転変動幅ΔＮＥｎがΔＮＥini よりも大きくない）と判定された時は、小さい回転変動幅ΔＮＥｎをもたらしたＥＧＲ開度ＥＧＲｎ（ｎ＝２）が最適値に近いことになるから、ステップ１ｇへ進んで、その値ＥＧＲｎ（ｎ＝２）をＥＧＲ開度として設定すると共に、ＥＧＲバルブ３１の開度をそれに合わせる。また、前述のステップ１５においてＮＯ（回転変動幅ΔＮＥ０がΔＮＥini よりも大きくない）と判定された時も同様にステップ１ｇへ到達するが、この場合はＥＧＲ開度の設定値ＥＧＲｎの内容はＥＧＲ０である。
【００１９】
このように、第１実施例の中でも図２に示す右側の部分では、ステップ１ｂにおいてＥＧＲ開度を一定量だけ閉じる側へ制御している点に特徴があり、以後は制御を繰り返して行う度にＥＧＲ開度ＥＧＲｎが最適値に近づいて、回転変動幅ΔＮＥｎが段階的に減少して行く。ＥＧＲ開度ＥＧＲｎが最適値を越えて一時的に再び回転変動幅ΔＮＥｎが増加する傾向が現れても、次の段階において必ず反対の方向の制御が行われるので、最終的にはＥＧＲ開度ＥＧＲｎが最適値に最も近い値まで到達し、回転変動幅ΔＮＥｎが最小となる。ＥＣＵ３５によるこのようなＥＧＲ開度の制御作動と、制御結果としての回転変動幅が図５のタイムチャートに例示されている。この例では、ステップ１７とステップ１ｂにおいて、ＥＧＲ開度を初期設定値ＥＧＲ０から開度を一定量Ｄ1 だけ２回減少させて回転変動幅を小さくしたが、更に行った３回目の開度の減少によって回転変動幅が却って増加している。そこでＥＧＲ開度を前回まで増大させることによって最適値に最も近い開度を得て、それを設定値Ｓ1 とした場合である。
【００２０】
次に第１実施例の制御方法を示す図２の左側の部分について説明する。前述のように図１と図２の右側の部分に対して図５が対応したように、図１と図２の左側の部分には図６のタイムチャートが概ね対応している。図１に示すステップ１９における判定がＹＥＳである時、即ち、回転変動幅ΔＮＥ１がＥＧＲ開度の初期設定値ＥＧＲ０による回転変動幅ΔＮＥ０よりも大きいと判定された時は、図２の左側に示すステップ１ｈへ進んでカウントアップを行いｎ＝２とする。次のステップ１ｉにおいてＥＧＲ開度ＥＧＲｎを一定量Ｄ2 だけ増加させている点が図２の右側のステップ１ｂと対照的である。つまり、図２の左側に示す制御の手順の特徴は、ｎ＝２の段階でＥＧＲ開度ＥＧＲｎを一定量だけ増加させている点にある。
【００２１】
その結果を見るために、ステップ１ｊにおいて、その時のエンジン回転数ＮＥから回転変動幅ΔＮＥｎが算出される。そして、次の判定ステップ１ｋにおいてカウンタがｎ＝２を示していること（ＹＥＳ）を確認してからステップ１ｌへ進み、今回の回転変動幅ΔＮＥ２が、ＥＧＲ開度の初期設定値ＥＧＲ０に対応する回転変動幅ΔＮＥ０よりも大きいか否かを判定する。ステップ１ｌの判定がＹＥＳ（ΔＮＥ２の方が大きい）の時は、今回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎ（ｎ＝２）が適当でなかったことになる。また、初期設定値ＥＧＲ０のＥＧＲ開度による回転変動は、ＥＧＲ量の変化によるものではなく他の原因によるものと考えられるから、ステップ１ｍにおいて回転変動幅ΔＮＥ０に対応する初期設定値ＥＧＲ０をＥＧＲ開度の設定値とする。
【００２２】
ステップ１ｌの判定がＮＯであれば、今回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎ（ｎ＝２）が初期設定値ＥＧＲ０よりも最適値に近かったことになるが、それを更に最適値に近づけるか、或いはその値を最適値としてよいかどうかを確認するためにステップ１ｈへ戻って、ステップ１ｉと１ｊの制御を繰り返す。この場合はステップ１ｈにおいてカウントアップされるので、カウンタはｎ＝３となり、ステップ１ｋにおける判定はＮＯ（ｎ＝２ではない）となるので、ステップ１ｎへ進むことになる。
【００２３】
ステップ１ｎにおいては、今回の回転変動幅ΔＮＥｎ（ｎ＝３）が前回の回転変動幅ΔＮＥｎ−１（即ち、ΔＮＥ２）よりも大きいか否かを判定する。判定がＹＥＳであれば今回の回転変動幅ΔＮＥ３をもたらしたＥＧＲ開度ＥＧＲ３（ステップ１ｉにおいて設定されたもの）が、前回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎ−１、即ちＥＧＲ開度ＥＧＲ２よりも適当でなかったことになるから、ステップ１ｏへ進んで前回のＥＧＲ２（ＥＧＲｎ−１）をＥＧＲ開度として設定する。
【００２４】
ステップ１ｎにおける判定がＮＯである（今回の回転変動幅ΔＮＥｎが前回のそれよりも小さくなった）時はステップ１ｐへ進み、今回の回転変動幅ΔＮＥｎが回転変動幅の初期基準値ΔＮＥini よりも大きいか否かを判定する。判定がＹＥＳ（今回の方が大きい）の時は、今回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎが適当でなかったことになるから、ステップ１ｈへ戻ってカウンタのカウントアップを行い、再び前述の制御と判定を繰り返す。ステップ１ｐの判定がＮＯであれば、今回のＥＧＲ開度ＥＧＲｎが適当であったことになるから、ステップ１ｑへ進んで、それをＥＧＲ開度として設定する。
【００２５】
前述のように、図５とは異なる他の制御例が図６のタイムチャートに示されている。この例は図１と図２の左側の部分に示した手順による制御と結果に概ね対応するものである。図６の例は、ステップ１７においてＥＧＲ開度を初期設定値ＥＧＲ０に対して一定量Ｄ2 だけ減少させて回転変動幅の変化を見たところ、回転変動幅が著しく増加したので、ステップ１ｉにおいて逆にＥＧＲ開度を一定量Ｄ2 だけ増加させて再び元の値に戻した後に、更に次の回のステップ１ｉにおいてＥＧＲ開度を初期設定値ＥＧＲ０よりも一定量Ｄ2 だけ増加させている。それによって回転変動幅が著しく減少したが、更にＥＧＲ開度を一定量Ｄ2 だけ増加させて見たところ回転変動幅が再び増加したので、先のＥＧＲ開度が最適値に近かったことを確認して、先のＥＧＲ開度を設定値Ｓ2 としている。
【００２６】
このようにして、いずれかの設定値Ｓ1 或いはＳ2 によってＥＧＲ開度の設定が終わると、ステップ１ｒへ進んで今回の制御を終了し、図示しないメインルーチンプログラムへ復帰する。図１及び図２に示す制御が繰り返して行われることにより、経時的変化によって直噴エンジン３０の運転条件や運転状態がどのように変化しても、また、図１に示すように、ステップ１７において最初にＥＧＲ開度を減少させるか、或いはそれと反対にＥＧＲ開度を増加させるかという最初の手順の相違には関係なく、最終的にはＥＧＲバルブ３１の開度は必ず最適値、或いは最適値に最も近い値に設定されて、安定した燃焼状態が得られる。
【００２７】
このように、第１実施例から明らかなように、本発明の制御方法は、直噴型内燃機関のＥＧＲ量の制御に一般的なディザ制御の考え方を取り入れたものに近いと見ることもできる。従って、この場合のディザ量は、ＥＧＲバルブ３１の開度に関するディザ量ということになるが、ＥＧＲバルブ３１を駆動するアクチュエータとして、例えばステップモータが用いられる場合には、１ステップのディザ量を０．１ｍｍのリフトというように極めて小さくすることによって、精密なＥＧＲ制御が可能になる。これに対して、精密なＥＧＲ制御を必要としない運転状態においては、その運転条件に応じてディザ量を０．５ｍｍとか１ｍｍというような大きな値に切り換えることによって、ＥＣＵ３５の演算負荷を軽減することもできる。
【００２８】
このように、第１実施例の制御方法は、直噴エンジン３０が所謂外部ＥＧＲを行うためにＥＧＲパイプ３２とＥＧＲバルブ３１を備えている場合に、外部ＥＧＲ量を最適値に制御する方法として使用されるものであるが、直噴エンジン３０が外部ＥＧＲを行わないで所謂内部ＥＧＲのみを行うか、或いは外部ＥＧＲの他に内部ＥＧＲをも行うものである場合には、内部ＥＧＲの最適値制御のために、次に説明する第２実施例の制御方法が適用される。
【００２９】
図７は本発明の第２実施例の制御方法が適用される直噴エンジン３０の内部ＥＧＲシステムを示している。この場合の直噴エンジン３０は、ＥＣＵ３５の制御信号を受けて吸排気弁３９，４０の開閉タイミングを変更することができるバルブタイミング可変機構（ＶＶＴ）５３を備えている。図７に示したように、ＶＶＴ５３の作動によって吸排気弁３９，４０が共に開弁している所謂バルブオーバーラップの期間においては、燃焼室５４において燃焼した後に排気管３３を通って排気される筈の排気ガスの一部が、燃焼室５４から吸気管３６内へ逆流し、それが吸気行程において再び燃焼室５４へ流入するので、それによって外部ＥＧＲと実質的に同じ効果を持つ内部ＥＧＲが可能になる。
【００３０】
直噴エンジン３０の吸気弁３９が１サイクルにおいて１回だけ開閉するものである場合に、吸気弁３９のバルブタイミングをＶＶＴ５３によって変化させて内部ＥＧＲを行う例を図８のタイムチャートに示す。図８から後述の図１０までのタイムチャートにおいては、縦軸に吸気弁３９及び排気弁４０のバルブリフト量をとると共に横軸に時間をとっている。図８から明らかなように、排気弁４０のバルブタイミングが不変である場合には、吸気弁３９のバルブタイミングを、許容回転変動幅をもたらす初期設定タイミングを基準にして左側へ移動させて進角させることにより、バルブオーバーラップが大きくなってＥＧＲ量が増加する。これと反対に吸気弁３９のバルブタイミングを右側へ移動させて遅角させることにより、バルブオーバーラップが小さくなってＥＧＲ量が減少する。排気弁４０については、更に閉弁タイミングを極度に進角させることにより、排気管３３へ排出されないで燃焼室５４内に閉じ込められる排気ガスの量が増加して、これが内部ＥＧＲ量となる。従って、第２実施例においては、ＥＣＵ３５によってＶＶＴ５３を制御することにより内部ＥＧＲ量を最適値制御することができる。
【００３１】
また、本発明の第３実施例として、図９のタイムチャートに示すように、吸排気弁３９，４０のバルブタイミングは全て一定に固定しても、吸気弁３９又は排気弁４０のバルブリフト量を大きくすると、バルブオーバーラップ期間における吸排気弁３９，４０の有効な開口面積が増大することから内部ＥＧＲ量が増加する。それと反対にバルブリフト量を減少させると内部ＥＧＲ量も減少する。図９に示した例においては、吸気弁３９のバルブリフト量を初期設定リフト量を基準にして増減させることにより内部ＥＧＲ量を最適値に制御している。図示していないが、図９のようにバルブリフト量を変化させる機構は従来公知のもの等を利用することができる。
【００３２】
直噴エンジン３０の動弁機構が吸気弁３９を１サイクルに２回以上開閉することが可能なものである場合には、吸気弁３９を吸気行程のみならず排気行程においても短時間だけ開弁させることによって内部ＥＧＲを実現することができる。この場合の制御方法を本発明の第４実施例として図１０のタイムチャートに示している。即ち、排気行程における吸気弁３９の開閉タイミングを、初期設定タイミングを基準にして一定量ずつ増減させて回転変動幅の変化を見ることにより、内部ＥＧＲ量を最適値制御する。言うまでもなく排気行程における吸気弁３９の開弁期間を長くすれば内部ＥＧＲ量が増加するし、短くすれば内部ＥＧＲ量が減少する。
【００３３】
以上のように、吸排気弁３９，４０のバルブタイミングの制御、吸気弁３９のみの開弁時期の制御、排気弁４０のみの閉弁時期の制御、吸排気弁３９，４０のバルブリフト量の制御、或いは吸気弁３９の排気行程における開弁のバルブタイミングの制御により、内部ＥＧＲ量の制御が可能である。従って、これらのパラメータに、それぞれディザ制御の手法を適用することにより、内部ＥＧＲ量の最適値制御が可能になるので、燃焼変動及び回転変動幅が最小となるように制御することができる。
【００３４】
図１１及び図１２は、前述の第２実施例の制御方法の手順を詳しく例示したもので、図８に示したように吸気弁３９の開閉タイミングを制御して内部ＥＧＲ量を制御する場合の制御プログラムを示すフローチャートである。制御の流れは、図１及び図２に示した第１実施例のフローチャートにおける流れと概ね同じである。大きな違いは、図１１に示すステップ２７において、第１実施例の場合のステップ１７のようにＥＧＲバルブ３１のバルブリフト量を減少させてＥＧＲ量を減少させる代わりに、吸気弁３９の開弁タイミングＩＶＯｎを遅角側（右側）へ一定量ずつ変更することによって、図８に示したように内部ＥＧＲ量を減少させている。また、ステップ２ｉにおいては、逆に吸気弁３９の開弁タイミングＩＶＯｎを一定量ずつ進角させることによって内部ＥＧＲ量を増加させている。
【００３５】
なお、図１及び図２と、図１１及び図１２のフローチャートに例示した制御方法においては、図５及び図６のタイムチャートにも示したように、早い段階のステップ１７又は２７においてＥＧＲ量（或いは内部ＥＧＲ量）を一定量だけ減少させることによって制御を開始しているが、いずれの場合でも、最初のこれらの段階においてＥＧＲ量（或いは内部ＥＧＲ量）を一定量だけ増加させることによって制御を開始してもよい。そのように制御した場合でも、最終的には同じ制御結果と実質的に同じ効果が得られる。
【００３６】
バルブリフト量の制御にディザ制御の手法を取り入れる場合のディザ量、即ち制御量は、例えば図９に示す第３実施例において、吸気管負圧が大きい時（吸気管圧力が低い時）には、吸気弁３９と排気弁４０のバルブオーバーラップ期間における弁開口の面積がそれぞれ小さくても、大きな差圧によって大量の内部ＥＧＲが行われるため、バルブオーバーラップ期間の長さの長短が内部ＥＧＲ量に大きな差を与える。従って、吸気管負圧が大きい時にはバルブオーバーラップ期間の制御量を例えば１°ＣＡというように小さくする必要がある。
【００３７】
これと反対に、吸気管負圧が小さくて吸気管圧力が大気圧に近い時は、大きなバルブオーバーラップ期間を与えても内部ＥＧＲ量は少なくなるので、バルブオーバーラップ期間の長短の影響が少なくなる。従って、このような場合には、制御量を例えば５°ＣＡのように大きくとっても、十分に精密で演算負荷の小さい制御が可能となる。このようなことはバルブリフト量の制御についても同様なことが言える。従って、吸気管負圧が大きい時にはリフト量を例えば０．１ｍｍ単位で制御する一方、吸気管負圧が小さい時には例えば０．５ｍｍ単位で制御することになる。
【００３８】
以上の説明から明らかなように、本発明の直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法によれば、直噴型内燃機関のＥＧＲ量を微妙に且つ正確に変化させることができるので、ＥＧＲ量の経時的変化による燃焼変動及び回転変動を低いレベルに抑制することが可能になり、常に安定した燃焼状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法の第１実施例を示すフローチャートの前半部分である。
【図２】図１に続いて第１実施例を示すフローチャートの後半部分である。
【図３】第１実施例の制御方法が適用される直噴エンジンのシステム構成図である。
【図４】電子式制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図５】第１実施例の制御方法の一部を具体的に示すタイムチャートである。
【図６】第１実施例の制御方法の他の一部を具体的に示すタイムチャートである。
【図７】第２実施例の制御方法が適用される直噴エンジンのシステム構成図である。
【図８】第２実施例の制御方法を説明するためのタイムチャートである。
【図９】第３実施例の制御方法を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】第４実施例の制御方法を説明するためのタイムチャートである。
【図１１】第２実施例の制御方法を示すフローチャートの前半部分である。
【図１２】図１１に続いて第２実施例を示すフローチャートの後半部分である。
【符号の説明】
３０…直噴型内燃機関（直噴エンジン）
３１…ＥＧＲバルブ
３３…排気管
３４…回転角センサ
３５…電子式制御装置（ＥＣＵ）
３６…吸気管
３９…吸気弁
４０…排気弁
５３…バルブタイミング可変機構（ＶＶＴ）
５４…燃焼室

Claims (4)

1. 筒内へ直接に燃料を噴射して燃焼させる直噴型の内燃機関において、排気ガスの一部を燃焼室へ再循環させる運転条件における各サイクルの燃焼変動を抑制して燃焼状態を安定化させるために、排気管と吸気管を結ぶＥＧＲパイプに設けられたＥＧＲバルブの開度を任意の一定量ずつ小刻みに増減変化させると共に、それに応じて変化する前記直噴型の内燃機関のクランク軸の回転数の変動幅を計測し、前記回転数の変動幅が最小となる前記ＥＧＲバルブの開度を探り出して、それをその運転条件における前記ＥＧＲバルブの開度として設定することを特徴とする、直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法。
2. 筒内へ直接に燃料を噴射して燃焼させる直噴型の内燃機関において、前記直噴型の内燃機関が吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変化させ得るバルブタイミング可変機構を備えている場合に、バルブオーバーラップ期間内に排気ガスの一部を燃焼室へ内部において再循環させる運転条件における各サイクルの燃焼変動を抑制して燃焼状態を安定化させるために、前記吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを任意の一定量ずつ小刻みに進角方向及び遅角方向に変化させると共に、それに応じて変化する前記直噴型の内燃機関のクランク軸の回転数の変動幅を計測し、前記回転数の変動幅が最小となる前記吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを探り出して、それをその運転条件における前記バルブタイミング可変機構の制御装置に設定することを特徴とする、直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法。
3. 請求項２において、前記吸気弁が前記直噴型の内燃機関の吸気行程のみならず排気行程の一部においても別に開弁することができる場合に、排気行程における前記吸気弁のバルブタイミングを任意の一定量ずつ小刻みに進角及び遅角方向に変化させることを特徴とする、直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法。
4. 筒内へ直接に燃料を噴射して燃焼させる直噴型の内燃機関において、前記直噴型の内燃機関が吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブリフト量を変化させ得るバルブリフト量可変機構を備えている場合に、バルブオーバーラップ期間内に排気ガスの一部を燃焼室へ内部において再循環させる運転条件における各サイクルの燃焼変動を抑制して燃焼状態を安定化させるために、前記吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブリフト量を任意の一定量ずつ増減変化させると共に、それに応じて変化する前記直噴型の内燃機関のクランク軸の回転数の変動幅を計測し、前記回転数の変動幅が最小となる前記吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブリフト量を探り出して、それをその運転条件における前記バルブリフト量可変機構の制御装置に設定することを特徴とする、直噴型内燃機関のＥＧＲ量制御方法。

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