JP4872644B2 - Ｅｇｒ装置付き内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＧＲ装置付き内燃機関に関する。

内燃機関から大気中に排出される窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）の量を低減する技術として、排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置」という。）を備えたＥＧＲ装置付き内燃機関が知られている。

ＥＧＲ装置は、排気の一部を内燃機関の吸気系に再循環させ、燃焼室における混合気の燃焼温度を下げることによって、内燃機関におけるＮＯｘの生成量（つまり、ＮＯｘの排出量）を低減するものである。

近年では、過給機としてターボチャージャを備えた内燃機関において、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路内の排気の一部をターボチャージャのコンプレッサよりも下流側の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置（以下、「高圧ＥＧＲ装置」という。）に加えて、上記タービンよりも下流側の排気通路内の排気の一部を上記コンプレッサよりも上流側の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の開発も行われている（例えば、特許文献１を参照。）。

そして、上記のような内燃機関では、運転状態に応じて低圧ＥＧＲ装置と高圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環が行われる。その結果、低圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という。）や、高圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気（以下、「高圧ＥＧＲガス」という。）が運転状態に好適な流量に制御される。以下、それぞれの流量を「低圧ＥＧＲガス量」、「高圧ＥＧＲガス量」と称す。また、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスを総称して「外部ＥＧＲ」とし、その流量を「外部ＥＧＲガス量」と称す。

しかしながら、内燃機関から排出された排気が再循環するまでに流通する経路（以下、「ＥＧＲ経路」ともいう。）において、高圧ＥＧＲ装置のＥＧＲ経路に比べて低圧ＥＧＲ装置のＥＧＲ経路の方が長い。そのため、内燃機関の運転状態が変更されたときに低圧ＥＧＲガス量が増加される場合には、低圧ＥＧＲガス量が要求される目標ガス量になるまでの期間が長くなる場合があった（以下、これを「還流遅れ」ともいう。）。その結果、ＥＧＲガス量が不足して内燃機関におけるＮＯｘの排出量が過度に増加する虞があった。

これに対し、上記運転状態が変更される過渡期に高圧ＥＧＲガス量を制御して低圧ＥＧＲガスの還流遅れを低減させることが考えられるが、低圧ＥＧＲガスと同様に高圧ＥＧＲガスにおいても還流遅れが生じる虞があり、上記過渡期において内燃機関に再循環されるＥＧＲガス量が不足することをより好適に抑制可能な技術が望まれていた。
特開２００４−１５０３１９号公報 特開２００４−１２４７６０号公報 特開２００５−０４８７４３号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを備えた内燃機関において、内燃機関の運転状態が第１の運転状態から該第１の運転状態よりも低圧ＥＧＲガス量が増加する第２の運転状態に変更
される過渡期において、内燃機関から排出されるＮＯｘが過度に増加することを抑制できる技術を提供することである。

上記課題を達成するために本発明のＥＧＲ装置付き内燃機関は、以下の手段を採用した。即ち、内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び該内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンよりも下流側の排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を有し、該低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンよりも上流側の排気通路と前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を有し、該高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
を備え、前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環を行うＥＧＲ装置付き内燃機関において、
内燃機関における少なくとも排気弁の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、
前記内燃機関の運転状態が第１の運転状態から該第１の運転状態よりも前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である低圧ＥＧＲガス量が増加する第２の運転状態に変更される過渡期に、前記可変バルブタイミング機構に前記排気弁の閉弁時期を遅角させ前記内燃機関の内部ＥＧＲガス量を増加させる内部ＥＧＲガス量増加手段と、
を備えることを特徴とする。

上記構成のＥＧＲ装置付き内燃機関（以下、単に「内燃機関」ともいう。）では、内燃機関の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ装置と高圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環が行われる。例えば、内燃機関の運転状態が低負荷・低回転の領域にある場合には主に高圧ＥＧＲ装置により、高負荷・高回転の領域にある場合には主に低圧ＥＧＲ装置により、中負荷・中回転の領域にある場合には低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して排気の再循環（ＥＧＲ）を行う場合がある。

本発明では、内燃機関の運転状態が第１の運転状態から該第１の運転状態よりも低圧ＥＧＲガス量が増加する第２の運転状態に変更される過渡期に、内部ＥＧＲガス量増加手段が可変バルブタイミング機構に前記排気弁の閉弁時期を遅角させる。そうすると、内燃機関の燃焼室において燃焼した既燃ガスの一部が気筒内に残留し、内燃機関に所謂内部ＥＧＲガスを供給することができる。ここで、上記の過渡期とは、第１の運転状態で稼働している内燃機関に対して要求される運転状態が第２の運転状態に変更されるときに、内燃機関の運転状態が定常状態としての第１の運転状態から定常状態としての第２の運転状態に移行するまでの期間を意味している。

以上のように本発明によれば、上記の過渡期に低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じて低圧ＥＧＲ装置及び／又は高圧ＥＧＲ装置によって再循環される外部ＥＧＲガス量が不足しても、内部ＥＧＲガス量を増加させることにより次回の燃焼サイクルにおける混合気の燃焼温度を低下させることができる。これにより、内燃機関においてＮＯｘ排出量が過度に増加することを抑制できる。

更に、内部ＥＧＲガスは、外部ＥＧＲガスのように再循環させるまでに長い経路を流通させる必要がない。つまり、内部ＥＧＲガスを内燃機関に供給するための応答性が非常に優れている。これにより、迅速に外部ＥＧＲガスの不足分を内部ＥＧＲにより補うことができる。

ここで、内部ＥＧＲガス量増加手段は内燃機関の排気弁の閉弁時期のみを変更させることにより内部ＥＧＲガス量を増加させても良いし、排気弁の閉弁時期及び吸気弁の開弁時期を変更させて内部ＥＧＲガス量を増加させても良い。

また、排気弁の閉弁時期は内燃機関の燃焼サイクルにおける吸気行程の途中まで遅角させるようにしても良い。これにより、好適に気筒内に内部ＥＧＲガスを供給することができる。尚、本発明における内部ＥＧＲガスは、内燃機関の気筒内に残留した既燃ガスのみならず、内燃機関の排気系（例えば、排気ポート）に流出した後に再び気筒内に流入した既燃ガスを含むものである。

前記第１の運転状態が前記内燃機関の気筒内に燃料が噴射されない燃料カット状態であって、且つ前記第２の運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置のみにより或いは前記低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して前記排気の再循環が行われる状態となる場合がある。例えば、内燃機関の運転状態が燃料カット状態から中高負荷に変更する場合が例示できる。

上記のように、第１の運転状態のように燃料カットが行われている間は内燃機関の筒内温度が低温になっている場合がある。そこで、本発明における前記可変バルブタイミング機構は前記内燃機関の吸気弁の開弁時期を更に変更可能であっても良い。そして、前記内部ＥＧＲガス量増加手段は、前記可変バルブタイミング機構に前記排気弁の閉弁時期を遅角させるときに前記吸気弁の開弁時期も遅角させるようにしても良い。

つまり、本発明では、可変バルブタイミング機構によって排気弁の閉弁時期だけでなく、吸気弁の開弁時期をも遅角させる制御が行われる。その結果、より多くの内部ＥＧＲガスが次回の燃焼サイクルにおいて気筒内に供給される。つまり、高温の内部ＥＧＲガス量の吸気量に対する割合が増加して、筒内温度が過度に低い状態で混合気が燃焼することを抑制できる。これにより、混合気の燃焼状態が悪化し、或いは未燃ＨＣの排出量が急増することを抑制できる。なお、本発明において前記内部ＥＧＲガス量増加手段は前記過渡期の全期間に亘り前記可変バルブタイミング機構に前記吸気弁の開弁時期を遅角させるようにしても良い。

また、本発明においては、前記第１の運転状態が前記高圧ＥＧＲ装置のみにより或いは前記低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して前記排気の再循環が行われる状態であって、且つ前記第２の運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置のみにより該排気の再循環が行われる状態となる場合がある。このような状態としては、例えば、内燃機関の運転状態が低中負荷から高負荷に変更される場合が例示できる。

そのような場合に、本発明では少なくとも前記過渡期の一部の期間に亘り前記高圧ＥＧＲ装置による排気の再循環を継続するようにしても良い。即ち、少なくとも過渡期の一部の期間に亘り高圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である高圧ＥＧＲガス量を略零に変更しないようにしても良い。つまり、本来ならば第２の運転状態では低圧ＥＧＲ装置のみにより排気の再循環が行われるので、内燃機関の目標とする運転状態が第１の運転状態が第２の運転状態に変更される時に高圧ＥＧＲガス量が略零に変更される。これに対し、本発明では少なくとも前記過渡期の一部の期間に亘り、高圧ＥＧＲ装置による高圧ＥＧＲガスの再循環が継続される。

このように、内部ＥＧＲガス量増加手段が内部ＥＧＲガス量を増加するとともに、高圧ＥＧＲガスが継続して再循環されることにより、低圧ＥＧＲガスの還流遅れに起因するＥＧＲガスが不足してしまうことをより好適に抑制できる。尚、上記の過渡期における高圧ＥＧＲガス量は、運転状態が第１の状態における高圧ＥＧＲガス量に対して略等しくても良いし、異なる量に変更させても良い。例えば、高圧ＥＧＲガス量を内部ＥＧＲガス量に
応じて変更させても良い。これにより、過渡期における低圧ＥＧＲガスの不足分をより好適に高圧ＥＧＲガスにより補うことができる。尚、本発明においては、前記過渡期の全期間に亘り高圧ＥＧＲ装置による排気の再循環を継続するようにしても良い。

また、本発明においては、前記第１の運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して前記排気の再循環が行われる状態であって、且つ前記第２の運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置のみにより該排気の再循環が行われる状態となる場合がある。このような状態としては、例えば、内燃機関の運転状態が中負荷・中回転から高負荷・高回転に変更される場合が例示できる。そのような条件下では、混合気の燃焼温度が高いため、内部ＥＧＲガスの温度も高温となる。その結果、次の燃焼サイクルにおける混合気の燃焼温度が低下し難く、該燃焼温度が過度に高くなる場合があると考えられる。

そこで、本発明では、前記内部ＥＧＲガス量増加手段は、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となるバルブオーバーラップが起こるように可変バルブタイミング機構に前記排気弁の閉弁時期を遅角させても良い。

その結果、バルブオーバーラップのない場合に比べて内部ＥＧＲガスの温度を低下させることができるので、混合気の燃焼温度をより低下させることができる。これにより、内燃機関の運転状態が変更されるときの過渡期において該内燃機関で生成されるＮＯｘが過度に増加することを抑制できる。更に、多量かつ高温の内部ＥＧＲガスが混合気中に存在することに起因して内燃機関からスモークが過度に排出されることを抑制することができる。

また、本発明においては、前記第１の運転状態が前記高圧ＥＧＲ装置のみにより前記排気の再循環が行われる状態であって、且つ前記第２の運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して該排気の再循環が行われる状態となる場合がある。例えば、内燃機関の運転状態が低負荷・低回転から中負荷・中回転に変更される場合が例示できる。このような場合に、少なくとも前記過渡期の一部の期間に亘り前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である高圧ＥＧＲガス量を前記第２の運転状態において要求される目標高圧ＥＧＲガス量よりも多い過渡期高圧ＥＧＲガス量に維持するようにしても良い。

つまり、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じ得る過渡期においては、上述のように内部ＥＧＲガス量増加手段により内部ＥＧＲガス量を増加させることに加え、高圧ＥＧＲガス量が目標高圧ＥＧＲガス量よりも多い過渡期高圧ＥＧＲガス量に維持されても良い。これにより、より好適に低圧ＥＧＲガスの還流遅れに起因してＥＧＲガス量が不足することを抑制できる。尚、本発明においては、前記過渡期の全期間に亘り高圧ＥＧＲガス量を過渡期高圧ＥＧＲガス量に維持するようにしても良い。

尚、上記の目標高圧ＥＧＲガス量とは、内燃機関の運転状態が第１の運転状態から第２の運転状態に変更される際の過渡期を経過し、内燃機関に再循環される高圧ＥＧＲガス量が定常状態となった後に要求される高圧ＥＧＲガス量の目標値を意味するものである。また、本発明における過渡期高圧ＥＧＲガス量は目標高圧ＥＧＲガス量よりも増量されていれば良く、第１の運転状態における高圧ＥＧＲガス量に対して過渡期高圧ＥＧＲガス量が減量されても良い。そして、この過渡期高圧ＥＧＲガス量は、予め実験的に求めておいても良い。例えば、目標高圧ＥＧＲガス量に応じて求められても良いし、内部ＥＧＲガス量に応じて求められても良い。

また、上記のように高圧ＥＧＲガス量が過渡期に亘り目標高圧ＥＧＲガス量に対して増量側の過渡期高圧ＥＧＲガス量に維持されると、ターボチャージャのタービンに流入する
排気エネルギが減少するため、過給圧が減少する場合がある。そこで、本発明における前記ターボチャージャは、前記内燃機関の吸気の過給を補助する電動機を更に有していても良い。

そして、前記高圧ＥＧＲガス量が前記過渡期高圧ＥＧＲガス量に維持されることに起因して過給圧が前記第２の運転状態において要求される目標過給圧に対し不足するときに、前記電動機によって前記過給を補助するようにしても良い。例えば、電動機は、ターボチャージャのコンプレッサ又はタービンの少なくとも何れかを駆動可能であっても良い。これにより、高圧ＥＧＲガス量が過渡期に亘り過渡期高圧ＥＧＲガス量に制御されることに起因して過給圧が低下することを好適に抑制することができる。

また、内部ＥＧＲガス量増加手段がより好適に内部ＥＧＲガス量を増加させるための本発明は、前記ターボチャージャは可変ノズルを有し、該可変ノズルの開度を制御することによって過給圧を変更可能であっても良い。通常、可変ノズルの開度は運転状態に応じて好適な過給圧を得るための開度に制御される。例えば、運転状態が第１の運転状態から第２の運転状態に変更された場合、第２の運転状態において要求される目標開度に制御される。

本発明においては、少なくとも前記過渡期の一部の期間に亘り、前記可変ノズルの開度を上記の目標開度に比べて閉じ側の所定ノズル開度に維持するようにしても良い。また、前記過渡期の全期間に亘り前記可変ノズルの開度を所定ノズル開度に維持するようにしても良い。

これにより、排気通路におけるタービンよりも上流側の背圧を上昇し、内燃機関の気筒内に内部ＥＧＲガスをより入り易くすることができる。つまり、内部ＥＧＲガス量増加手段が内部ＥＧＲガス量をより好適に増加することが可能となる。尚、本発明では、内部ＥＧＲガス量増加手段が前記可変バルブタイミング機構に前記排気弁の閉弁時期を遅角させるときに前記可変ノズルの開度を上記所定ノズル開度に維持するようにしても良く、この所定ノズル開度は予め実験的に求めておいても良い。

また、上記の可変ノズルの開度に係る制御は、本発明における第１の運転状態、第２の運転状態に関わらず適用することができるが、特に、第１の運転状態が高圧ＥＧＲ装置のみにより前記排気の再循環が行われる状態であって、且つ第２の運転状態が低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して排気の再循環が行われる状態であるときに適用するとより好適である。

上記の場合には、高圧ＥＧＲガス量が第２の運転状態に要求される目標高圧ＥＧＲガス量よりも多い過渡期高圧ＥＧＲガス量に維持され、過給圧が前記第２の運転状態において要求される目標過給圧に対し不足する虞がある。そこで、本発明では、高圧ＥＧＲガス量が第２の運転状態に要求される目標高圧ＥＧＲガス量よりも多い過渡期高圧ＥＧＲガス量に維持されるときに、前記可変ノズルの開度を上記の目標開度に比べて閉じ側の所定ノズル開度に維持するようにしても良い。これにより、過給圧が上記の目標過給圧に対し不足することを好適に抑制できる。

また、本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関は、前記内燃機関の吸気通路に設けられるとともに該内燃機関の気筒内の混合気が渦流（スワール）を形成し得るように開度が制御されるスワールコントロールバルブを有し、該スワールコントロールバルブの開度を制御することにより前記渦流の強度を制御可能な渦流強度制御手段を更に備えていても良い。そして、少なくとも前記過渡期の一部の期間に亘り、渦流強度制御手段は前記スワールコントロールバルブの開度を所定の開き側の開度に維持するようにしても良い。

ここで、本発明における所定の開き側の開度とは、前記渦流を充分に弱くすることができるスワールコントロールバルブの開度であっても良いし、前記渦流を略形成させないときのスワールコントロールバルブの開度であっても良い。また、所定の開き側の開度は全開の開度を含んだ開き側の開度であり、予め実験的に求めておいても良い。

これにより、前記混合気の渦流（スワール）が強くなり混合気の燃焼速度が過度に速くなることに起因して内燃機関におけるＮＯｘの生成量が過度に増加することを抑制できる。また、本発明においては、前記過渡期の全期間に亘り前記スワールコントロールバルブの開度を所定の開き側の開度に維持するようにしても良い。

また、本発明においては、前記過渡期とは、前記低圧ＥＧＲガス量を第２の運転状態において要求される目標低圧ＥＧＲガス量に変更する指令が前記低圧ＥＧＲ装置に出される時から前記内燃機関に再循環される実際の低圧ＥＧＲガス量が前記目標低圧ＥＧＲガス量に増加するまでの期間であっても良い。

これにより、低圧ＥＧＲガスの還流遅れに起因して外部ＥＧＲガス量が不足する期間において、内部ＥＧＲガス量増加手段が内部ＥＧＲガス量を増加させることができる。つまり、内燃機関に再循環されるＥＧＲガス量が不足することを抑制できる。

ここで、上記過渡期の長さは内燃機関が吸入する吸気量と相関関係があると考えられる。そして、吸気量が少ないほど過渡期の期間が長くなると考えられる。また、吸気量は機関回転数と内燃機関の過給圧とに相関関係があり、更に過給圧は機関回転数と燃料噴射量とに相関関係があると考えられる。そこで、本発明において、過渡期の長さは、内燃機関の運転状態に基づいて導出されても良い。

つまり、内燃機関の機関回転数と燃料噴射量、或いは機関回転数と過給圧とに基づいて過渡期の長さを導出するようにしても良い。具体的には、例えば、上記パラメータと過渡期の長さとの関係を予め実験等により求めておき、これらの関係を格納したマップから読み出すことにより、又は上記パラメータの関数から算出するようにして過渡期の長さを求めても良い。

これにより、内燃機関の運転状態が変動しても過渡期の長さを好適に導出することができる。その結果、内部ＥＧＲガス量を増加させる期間を好適に制御することにより、ＥＧＲガス量が運転状態に応じて要求される目標値に対して過不足が生じることを抑制することができる。

本発明にあっては、内燃機関の運転状態が第１の運転状態から該第１の運転状態よりも低圧ＥＧＲガス量が増加する第２の運転状態に変更される過渡期において、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じることに起因して内燃機関から排出されるＮＯｘが過度に増加することを抑制することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は本実施例における内燃機関１と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼルエンジンである。図２は本実施例における内燃機関１の縦断面を示す概略図である。また、内燃機関１には、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１０を各気筒に備えている。

＜吸気系＞
内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気通路９との接続部近傍には、吸気通路９内を流通する吸気の流量を調節可能な第１吸気絞り弁２１が設けられている。また、吸気通路９における第１吸気絞り弁２１よりも上流側には、吸気通路９を流れるガスを冷却するインタークーラ１４が設けられている。

さらに、吸気通路９におけるインタークーラ１４よりも上流側には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ２５のコンプレッサハウジング２５ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング２５ａよりも上流側には吸気通路９内を流通する吸気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１５が配置されており、該エアフローメータ１５よりも上流側にはエアクリーナ１６が設けられている。また、吸気通路９におけるエアフローメータ１５よりも下流側であって、後述する高圧ＥＧＲ通路４１と吸気通路９との接続部よりも上流側には、吸気通路９内を流通する吸気の流量を調節可能な第２吸気絞り弁２２が設けられている。

このように構成された内燃機関１の吸気系では、エアクリーナ１６によって吸気中の塵や埃が除去された後、吸気通路９を介してコンプレッサハウジング２５ａに流入する。コンプレッサハウジング２５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング２５ａに内装されたコンプレッサホイール２７の回転によって圧縮される。そして、圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１４にて冷却された後、必要に応じて第１吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気マニホールド８に流入する。そして、吸気マニホールド８に流入した吸気は、各吸気ポート４を介して各気筒２に分配される。

図２に示すように、内燃機関１の各気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室１１には、吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。また、吸気ポート４には、燃焼室内１１の混合気が渦流（スワール）を形成し得るように開度が制御されるスワールコントロールバルブ１７が設けられている。このスワールコントロールバルブ１７の開閉によって吸気ポート４から燃焼室１１への空気の流れが制御される。また、吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室１１への開口部は、それぞれ吸気弁６及び排気弁７によって開閉される。吸気弁６及び排気弁７には、バルブタイミングを制御する可変動弁機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」という。）１２、可変動弁機構（以下、「排気側ＶＶＴ」という。）１３がそれぞれ設けられている。ここで、本実施例においては、吸気側ＶＶＴ１２及び排気側ＶＶＴ１３が本発明における可変バルブタイミング機構に相当する。

吸気ポート４及び排気ポート５は、それぞれ吸気マニホールド８及び排気マニホールド１８に接続されている。また、各気筒２には燃焼室１１に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。そして、各気筒２に分配された吸気は各燃料噴射弁１０から噴射された燃料を着火源として燃焼される。

ここで、図１に戻ると、内燃機関１には排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポート５を介して各気筒２の燃焼室１１と接続されている。排気マニホールド１８にはターボチャージャ２５のタービンハウジング２５ｂが接続されている。このタービンハウジング２５ｂには排気通路１９が接続されており、排気通
路１９は下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。

＜排気系＞
排気通路１９の途中には排気中のＰＭを捕集するフィルタ２０が設けられている。また、排気通路１９における該排気通路１９と後述する低圧ＥＧＲ通路３１との接続部よりも下流側には、排気通路１９内を流通する排気の流量を調節可能な排気絞り弁２３が設けられている。

このように構成された内燃機関１の排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された既燃ガスが排気ポート５を介して排気マニホールド１８に排出され、次いで排気マニホールド１８からターボチャージャ２５のタービンハウジング２５ｂに流入する。タービンハウジング２５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング２５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイール２８を回転させる。その際、タービンホイール２８の回転トルクはコンプレッサハウジング２５ａのコンプレッサホイール２７に伝達される。

そして、タービンハウジング２５ｂから流出した排気は、排気通路１９を介してフィルタ２０へ流入し排気中のＰＭが捕集される。このようにＰＭが除去された排気は、必要に応じて排気絞り弁２３によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。

＜ＥＧＲ装置＞
また、内燃機関１には、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側を通過する排気の一部を吸気通路９におけるコンプレッサハウジング２５ａよりも上流側に再循環させる低圧ＥＧＲ装置３０が設けられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側であって且つ排気絞り弁２３よりも上流側の部分と吸気通路９におけるコンプレッサハウジング２５ａよりも上流側であって且つ第２吸気絞り弁２２よりも下流側の部分とを接続する低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１内を流れる排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という。）の流量を調節可能な低圧ＥＧＲ弁３２と、低圧ＥＧＲ通路３１における低圧ＥＧＲ弁３２よりも上流側を流れる低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ３３とを備えている。

このように構成された低圧ＥＧＲ装置３０では、低圧ＥＧＲ弁３２が開弁されると、低圧ＥＧＲ通路３１が導通状態となり、フィルタ２０から流出した排気の一部が低圧ＥＧＲ通路３１を経由して吸気通路９に流入する。吸気通路９に流入した低圧ＥＧＲガスはコンプレッサハウジング２５ａ、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の燃焼室に過給される。

さらに、内燃機関１には、排気マニホールド１８を通過する排気の一部を吸気マニホールド８に再循環させる高圧ＥＧＲ装置４０が設けられている。この高圧ＥＧＲ装置４０は、排気マニホールド１８と吸気マニホールド８とを接続する高圧ＥＧＲ通路４１と、高圧ＥＧＲ通路４１内を流れる排気（以下、「高圧ＥＧＲガス」という。）の流量を調節可能な高圧ＥＧＲ弁４２とを備えている。

このように構成された高圧ＥＧＲ装置４０では、高圧ＥＧＲ弁４２が開弁されると、高圧ＥＧＲ通路４１が導通状態となり、排気マニホールド１８内の排気の一部が高圧ＥＧＲ通路４１を経由して吸気マニホールド８に流入する。そして、吸気マニホールド８に流入した高圧ＥＧＲガスは内燃機関１の燃焼室に吸入される。

ここで、低圧ＥＧＲガスの流量（以下、「低圧ＥＧＲガス量」）は排気絞り弁２３の開
度及び第２吸気絞り弁２２の開度を調節して排気通路１９における低圧ＥＧＲ通路３１との接続部の排気の圧力、或いは吸気通路９における低圧ＥＧＲ通路３１との接続部の吸気の圧力を増減することによって調節することができる。

例えば、排気絞り弁２３の開度を閉弁側に調節すると、排気通路１９と低圧ＥＧＲ通路３１との接続部における排気の圧力が上昇するため、低圧ＥＧＲ通路３１の上流側と下流側の差圧が増大して低圧ＥＧＲガス量が増大する。同様に、第２吸気絞り弁２２の開度を閉弁側に調節すると、吸気通路９と低圧ＥＧＲ通路３１との接続部に負圧が生じるため、低圧ＥＧＲガス量が増大する。

一方、高圧ＥＧＲガスの流量（以下、「高圧ＥＧＲガス量」）は、第１吸気絞り弁２１の開度を調節して吸気マニホールド８における高圧ＥＧＲ通路４１との接続部の吸気の圧力を増減することによって調節することができる。例えば、第１吸気絞り弁２１の開度を閉弁側に調節すると、吸気マニホールド８と高圧ＥＧＲ通路４１との接続部に負圧が生じるため、高圧ＥＧＲ通路４１の上流側と下流側の差圧が増大して高圧ＥＧＲガス量が増大する。

また、低圧ＥＧＲガスや高圧ＥＧＲガスには、水（Ｈ_２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）等のように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、低圧ＥＧＲガスや高圧ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低くなり、内燃機関１におけるＮＯｘの生成量が抑制される。

さらに、低圧ＥＧＲクーラ３３において低圧ＥＧＲガスが冷却されると、低圧ＥＧＲガスの温度が低下するとともにガスの体積が縮小されるため、低圧ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少する虞もない。

＜可変容量型ターボチャージャ＞
次に、本実施例におけるターボチャージャ２５について説明する。図３は、本実施例におけるターボチャージャ２５の概略構成を示す断面図である。ターボチャージャ２５は、吸気通路９の途中に配置されたコンプレッサハウジング２５ａと、排気通路１９に配置されたタービンハウジング２５ｂと、コンプレッサハウジング２５ａとタービンハウジング２５ｂとの間に設けられたセンタハウジング２５ｃとを備えている。センタハウジング２５ｃにはロータシャフト２６がその軸心を中心に回転可能な状態で支持されており、ロータシャフト２６の一端は、コンプレッサハウジング２５ａ内に配置されたコンプレッサホイール２７に取り付けられている。また、ロータシャフト２６の他端は、タービンハウジング２５ｂ内に配置されたタービンホイール２８に取り付けられている。

このような構成のターボチャージャ２５においては、排気が吹き付けられることによってタービンホイール２８が回転し、該タービンホイール２８が回転することによってコンプレッサホイール２７も回転する。そして、該コンプレッサホイール２７の回転によって、該コンプレッサホイール２７より下流の吸気通路９に送り込まれる吸気の過給が行われる。

さらに、タービンハウジング２５ｂ内においては、図４に示すように、羽形状のノズルベーン２９がタービンホイール２８の円周方向に複数取り付けられる。図４は、本実施例におけるノズルベーン２９の概略配置を示すタービンハウジングの側面断面図である。また、タービンハウジング２５ｂには、該ノズルベーン２９を開閉駆動させるノズルベーン用アクチュエータ２４が設けられている。該ノズルベーン用アクチュエータ２４によりノズルベーン２９が開閉駆動されることによって、隣り合うノズルベーン２９間の隙間の大
きさが変化し、タービンホイール２８に吹き付けられる排気の流速が変化することになる。その結果、タービンホイール２８及びコンプレッサホイール２７の回転速度や回転トルクも変化するため、コンプレッサホイール２７より下流側の吸気通路９への過給圧を調整することが可能となる。

上記構成のターボチャージャ２５においては、ノズルベーン２９の開度を制御することによって、ターボチャージャ２５の過給圧が調節される。例えば、ノズルベーン２９の開度を減少させると、タービンホイール２８に吹き付けられる排気の流速が増加し、タービンホイール２８及びコンプレッサホイール２７の回転速度や回転トルクが増加する。その結果、過給圧が上昇することになる。一方、ノズルベーン２９の開度を増大させると、タービンホイール２８に吹き付けられる排気の流速が低下して過給圧が低下する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１及び吸排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）５０が併設されている。こ
のＥＣＵ５０は、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ほか、吸気側ＶＶＴ１２、排気側ＶＶＴ１３等を制御する。

また、ＥＣＵ５０には、エアフローメータ１５や、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ５１、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ５２などの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ５０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ５０には、燃料噴射弁１０、スワールコントロールバルブ１７、第１吸気絞り弁２１、第２吸気絞り弁２２、排気絞り弁２３、ノズルベーン用アクチュエータ２４、第１ＥＧＲ弁３２、第２ＥＧＲ弁４２等が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ５０によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ５０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。また、後述する各種ルーチンはＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。

＜ＥＧＲ制御＞
次に本実施例におけるＥＧＲ制御について説明する。図５は、本実施例における内燃機関１の運転状態に応じた低圧ＥＧＲ装置３０との高圧ＥＧＲ装置４０の使用領域（以下、「ＥＧＲ制御領域」という。）を例示した概略図である。図５の横軸は内燃機関１の機関回転数ＮＥを表し、縦軸は内燃機関１の燃料噴射量Ｑｆを表している。燃料噴射量Ｑｆは内燃機関１の期間負荷Ｔｑを表すパラメータである。

図５において、領域ＨＰＬは、内燃機関１の運転状態が低負荷・低回転の領域であり、高圧ＥＧＲ装置４０によってＥＧＲが行われる。領域ＭＩＸは、内燃機関１の運転状態が中負荷・中回転の領域であり、ここでは高圧ＥＧＲ装置４０と低圧ＥＧＲ装置３０が併用されてＥＧＲが行われる。領域ＬＰＬは、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転の領域であり、低圧ＥＧＲ装置３０によってＥＧＲが行われる。尚、図中の領域Ｆ／Ｃとは燃料噴射弁１０から燃料が噴射されていないフューエルカット状態を意味している。

このように、高圧ＥＧＲ装置４０と低圧ＥＧＲ装置３０とを切り換え、或いは併用することによって、広範な運転領域においてＥＧＲを行うことが可能になり、内燃機関１におけるＮＯｘの生成量を低減することが可能になっている。

また、本実施例では、低圧ＥＧＲ弁３２の開度（以下、「低圧ＥＧＲ開度」という。）ＤＬ、高圧ＥＧＲ弁４２の開度（以下、「高圧ＥＧＲ開度」という。）ＤＨは内燃機関１
に要求される低圧ＥＧＲガス量ＧＬ及び高圧ＥＧＲガス量ＧＨに応じて、それぞれの開度がＥＣＵ５０によって制御される。しかしながら、例えば内燃機関１の運転状態が第１の運転状態から第２の運転状態に変更されるときにおいて、第１の運転状態に比べて第２の運転状態に要求される低圧ＥＧＲガス量ＧＬが多い場合（第２の運転状態の低圧ＥＧＲ開度ＤＬが大きい場合）には、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じる場合がある。低圧ＥＧＲガスが内燃機関１に再循環されるまでに流通する経路（以下、「低圧ＥＧＲ経路」という。）は、高圧ＥＧＲガスが流通する経路（以下、「高圧ＥＧＲ経路」という。）に比べて長いからである。

その結果、内燃機関１に吸入されるＥＧＲガス量の総和（以下、「総ＥＧＲガス量」という。）が要求されるＥＧＲガス量（以下、「要求総ＥＧＲガス量」という。）に対し不足して、内燃機関１におけるＮＯｘの生成量が過度に増加する虞があった。

以下、本実施例における内燃機関１の運転状態が変更するときの過渡期において、低圧ＥＧＲガスの還流遅れに起因する総ＥＧＲガス不足を抑制するための総ＥＧＲガス量不足抑制制御について説明する。ここで、図６は、本実施例における総ＥＧＲガス量不足抑制制御に係る内燃機関１のクランク角に対する排気弁７のリフト量の推移を例示した図である。横軸はクランク角を示しており、ＢＤＣは内燃機関１のピストン下死点を、ＴＤＣはピストン上死点を示す。また、縦軸はバルブリフト量を示している。また、図中の破線で示すリフト量の推移は、排気弁ベースタイミングＶＴｅｂを例示したものである。ここで、排気弁ベースタイミングＶＴｅｂとは、第２の運転状態に最適となる（例えば、内燃機関１の出力が最高出力になる）バルブタイミングである。

図示のように、本制御では排気弁７が吸気行程途中まで開弁されるように該排気弁７の閉弁時期を排気弁ベースタイミングＶＴｅｂよりも遅角させる。その結果、燃焼室１１で燃焼した既燃ガスが内部ＥＧＲガスとして内燃機関１に吸入される。これにより、内燃機関１における運転状態変更時の過渡期において、低圧ＥＧＲガスの還流遅れによる総ＥＧＲガス量が要求総ＥＧＲガス量に対して不足することが抑制される。

＜総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチン＞
以下、本実施例における総ＥＧＲガス量不足抑制制御について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。図７は、本実施例における総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ５０内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、所定期間毎に実行される。尚、本ルーチンにおいて排気側ＶＶＴ１３のバルブタイミングを制御して内部ＥＧＲガス量を増加させるＥＣＵ５０が、本発明における内部ＥＧＲガス量増加手段に相当する。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０によって、内燃機関１の機関回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆ、吸入新気量Ｇａが検出される。具体的には、機関回転数ＮＥはクランクポジションセンサ５１によるクランク角度の検出値により求められ、燃料噴射量Ｑｆはアクセルポジションセンサ５２によるアクセル開度の検出値から求められる。また、吸入新気量Ｇａはエアフローメータ１５による検出値から求められる。そして、ステップＳ１０１の処理が終わるとステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、現在の運転状態（第２の運転状態）における機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆとの組み合わせが、図５に示した何れのＥＧＲ制御領域における領域ＬＰＬまたは領域ＭＩＸであるか否かが判定される。そして、現在の運転状態（第２の運転状態）におけるＥＧＲ制御領域が領域ＬＰＬまたは領域ＭＩＸであると判定された場合には、ステップＳ１０３に進む。一方、領域ＬＰＬまたは領域ＭＩＸではないと判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０３では、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇ及び目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇが算出される。ここで、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇと目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇとは、内燃機関１の運転状態に応じて決定される低圧ＥＧＲ開度ＤＬの目標値と、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの目標値を意味する。具体的には、ＥＣＵ５０によって機関回転数ＮＥ、機関負荷Ｔｑに応じた目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇが演算され、目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇと吸入新気量Ｇａとに基づいて要求総ＥＧＲガス量Ｇｔｇが演算される。そして、要求総ＥＧＲガス量Ｇｔｇに基づいて、目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬｔｇと目標高圧ＥＧＲガス量ＧＨｔｇが算出され、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇと目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇが算出される。

尚、上述したステップＳ１０２において、ＥＧＲ制御領域が領域ＬＰＬであると判定された場合には、目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇは零となる。また、上記の目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇは、予め定められた目標値であり、例えば、排出ガス規制値と該規制値に対する適合マージンとを考慮して定められた目標ＮＯｘ低減率に基づいて、該目標ＮＯｘ低減率を達成するために要求されるＥＧＲ率として定められる。そして、ステップＳ１０３の処理が終わるとステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０から出されている現在のＥＧＲ開度ＤＬの指令値が読み出され、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇが現在のＥＧＲ開度ＤＬの指令値よりも大きいか否かが判定される。つまり、本ステップでは低圧ＥＧＲガス量ＧＬが増加されることにより低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じるか否かが判定される。そして、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇが現在のＥＧＲ開度ＤＬの指令値よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１０５に進む。一方、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇが現在のＥＧＲ開度ＤＬの指令値以下であると判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０５では、現在のＥＧＲ開度ＤＬを目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇに変更する過渡期における低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じる期間である還流遅れ期間Δｔｄが演算される。本実施例では、還流遅れ期間Δｔｄは、後述するステップでＥＣＵ５０が現在のＥＧＲ開度ＤＬを目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇに変更してから低圧ＥＧＲガス量ＧＬが目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬｔｇまで増加するまでの期間とした。

ここで、還流遅れ期間Δｔｄは少なくとも内燃機関１の運転状態に依存すると考えられる。そこで、還流遅れ期間Δｔｄは内燃機関１の機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆ（つまり、機関負荷Ｔｑ）との関数又はマップの形でＥＣＵ５０のＲＯＭに格納しておき、これらに基づいて演算される。そして、ステップＳ１０５の処理が終わるとステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ５０が、排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔを決定する。ここで、排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔは、排気弁７が吸気行程の途中まで開弁されるように、該排気弁７の閉弁時期が遅角量ΔＶＴｅだけ遅角するように決定される。この遅角量ΔＶＴｅは、還流遅れ期間Δｔｄが長くなるほど大きくなるように決定されても良い。そして、ステップＳ１０６の処理が終わるとステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ５０が、還流遅れ期間Δｔｄに亘り維持されるノズルベーン２９の開度（以下、「過渡期ベーン開度」という。）Ｄｎｄを決定する。本実施例においては、ベーン開度Ｄｎを還流遅れ期間Δｔｄに亘りベースベーン開度Ｄｎｂよりも閉じ側の開度に制御される。ここで、ベースベーン開度Ｄｎｂとは現在の運転状態（第２の運転状態）に要求される過給圧を得るために最適なベーン開度であり、予め実験的に求められる開度である。本実施例においてはベースベーン開度Ｄｎｂが本発明における第２の
運転状態において要求される目標開度に相当する。

本実施例では、該過渡期ベーン開度Ｄｎｄとベースベーン開度Ｄｎｂとの関係を予め実験等で求めておき、該関係を制御マップの形でＥＣＵ５０内に格納しておく。そして、該制御マップにベースベーン開度Ｄｎｂをパラメータとしてアクセスすることで、過渡期ベーン開度Ｄｎｄが求められる。ここで、本実施例においては過渡期ベーン開度Ｄｎｄが本発明における所定ノズル開度に相当する。そして、ステップＳ１０７の処理が終わるとステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ５０によって低圧ＥＧＲ開度ＤＬ、高圧ＥＧＲ開度ＤＨをそれぞれステップＳ１０３で算出された目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇ、目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇに変更される。本ステップでは低圧ＥＧＲ開度ＤＬ、高圧ＥＧＲ開度ＤＨが変更されると同時に以下の制御が実行される。

本ステップでは、排気側ＶＶＴ１３により排気弁７のバルブタイミングＶＴｅが目標バルブタイミングＶＴｅｔに変更される。これにより、燃焼室１１において燃焼した既燃ガスの一部が気筒内に残留し、或いは排気マニホールド１８に一旦排出された排気が再び燃焼室１１に吸入され、内燃機関１に内部ＥＧＲガスが流入する。

また、本ステップでは、ＥＣＵ５０からノズルベーン用アクチュエータ２４に指令が出され、ベーン開度Ｄｎが過渡期ベーン開度Ｄｎｄに変更される。その結果、排気通路１９におけるタービンハウジング２５ｂよりも上流側の背圧が上昇する。つまり、排気マニホールド１８の背圧が上昇し、内燃機関１に内部ＥＧＲガスがより効率的に流入させることができる。従って、内部ＥＧＲガス量をより好適に増加することができる。

また、本ステップでは、ＥＣＵ５０からの指令によりスワールコントロールバルブ１７の開度（以下、「ＳＣＶ開度」という。）Ｄｓｃｖが全開に変更される。これにより、燃焼室内１１の混合気に渦流（スワール）が形成されることが抑制される。つまり、混合気の所謂ミキシングが抑制されることにより、混合気の燃焼温度が過度に高くなることが抑制される。ここで、本実施例においては全開のＳＣＶ開度が本発明における所定の開き側の開度に相当する。また、ＳＣＶ開度Ｄｓｃｖを制御するＥＣＵ５０が本発明における渦流強度制御手段に相当する。

ここで、本ステップの処理はステップＳ１０５で求められた還流遅れ期間Δｔｄが経過するまで継続される。そして、本ステップの処理が終了し、還流遅れ期間Δｔｄが経過した時に、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ５０から排気側ＶＶＴ１３に指令が出され、排気弁７のバルブタイミングＶＴｅが排気弁ベースタイミングＶＴｅｂに変更される。また、ベーン開度Ｄｎがベースベーン開度Ｄｎｂに変更される。更に、ＳＣＶ開度ＤｓｃｖがベースＳＣＶ開度Ｄｓｃｖｂに変更される。尚、ベースＳＣＶ開度Ｄｓｃｖｂは内燃機関１の運転状態に好適なＳＣＶ開度であって、予め実験的に求められる開度である。そして、ステップＳ１０９の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンによれば、内燃機関１が第１の運転状態から第２の運転状態に変更される過渡期において、低圧ＥＧＲ開度ＤＬが開き側の開度に変更されて低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じる場合でも、還流遅れ期間Δｔｄに亘って内部ＥＧＲガス量を増加させることにより総ＥＧＲガス量が要求総ＥＧＲガス量に対して不足することを抑制できる。

また、還流遅れ期間Δｔｄに亘りベーン開度Ｄｎが過渡期ベーン開度Ｄｎｄに維持されることにより内部ＥＧＲガスを燃焼室１１内に効率よく流入させ、内部ＥＧＲガス量をより好適に増加できる。また、ＳＣＶ開度Ｄｓｃｖを全開に維持することにより混合気に渦流（スワール）が形成されることを抑制し、以って混合気の燃焼温度が上昇し過ぎることを抑制できる。その結果、上記過渡期において内燃機関１におけるＮＯｘの生成量が過度に増加することを抑制できる。

尚、本ルーチンにおいては、還流遅れ期間Δｔｄに亘りＳＣＶ開度Ｄｓｃｖを全開に維持したが、これに限定される趣旨ではない。例えば、ＳＣＶ開度Ｄｓｃｖは混合気に渦流が形成されない開き側の開度であればよく、内燃機関１の運転状態に応じて定めても良い。

次に、本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関１の実施例１とは異なる実施例について説明する。本実施例における内燃機関１の構成は実施例１に係る構成と同様である。本実施例では、第１の運転状態から第２の運転状態に変更される過渡期におけるＥＧＲガス不足をより好適に抑制するため、第１の運転状態及び第２の運転状態におけるＥＧＲ制御領域に応じて特有の制御が実施される。

例えば、内燃機関１の第１の運転状態が領域「Ｆ／Ｃ」で第２の運転状態が領域「ＭＩＸ」の場合と、第１の運転状態が領域「ＭＩＸ」で第２の運転状態が領域「ＬＰＬ」の場合とでは、運転状態の変更時における内燃機関１の燃焼室１１内の温度が大きく異なる。そこで、本実施例では、上記過渡期に行われる総ＥＧＲガス量不足抑制制御において、混合気の燃焼温度が過度に低くなることを抑制し、以って燃焼状態が悪化することを抑制し、或いは未燃ＨＣの排出量が過度に増加することを抑制する。

以下、本実施例において、内燃機関１の第１の運転状態が領域「Ｆ／Ｃ」であって、且つ第２の運転状態が領域「ＭＩＸ」又は領域「ＬＰＬ」の場合に適用される総ＥＧＲガス量不足抑制制御について説明する。図８は、本実施例における内燃機関１のクランク角に対する排気弁７及び吸気弁６のリフト量の推移を例示した図である。横軸はクランク角を示しており、ＢＤＣは内燃機関１のピストン下死点を、ＴＤＣはピストン上死点を示す。また、縦軸はバルブリフト量を示している。また、図中の破線で示すリフト量の推移は、排気弁ベースタイミングＶＴｅｂ、吸気弁ベースタイミングＶＴｉｂを例示したものである。ここで、吸気弁ベースタイミングＶＴｉｂとは、上述した排気弁ベースタイミングＶＴｅｂと同様に、第２の運転状態に最適となるような吸気弁６のバルブタイミングを意味する。

図示のように排気弁７のバルブタイミングＶＴｅは、実施例１（図６）と同様に排気弁７が吸気行程途中まで開弁されるように該排気弁７の閉弁時期が遅角される。これに対し本実施例では、更に吸気弁６の開弁時期が吸気弁ベースタイミングＶＴｉｂよりも遅角するように該吸気弁６のバルブタイミングＶＴｉが制御される。また、排気弁７のバルブタイミングＶＴｅ及び吸気弁６のバルブタイミングＶＴｉは、吸気弁６と排気弁７とが共に開弁状態となるバルブオーバーラップが生じないように決定することとした。

＜第２総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチン＞
以下、本実施例における総ＥＧＲガス量不足抑制制御について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。図９は、本実施例における第２総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンもＥＣＵ５０内のＲＯＭに記憶されたプログラムである。また、本ルーチンでは内燃機関１の第１の運転状態が領域「Ｆ／Ｃ」であって、且つ第２の運転状態が領域「ＭＩＸ」の場合を例示的に説明する。また、第１の運転
状態（領域「Ｆ／Ｃ」）から第２の運転状態（領域「ＭＩＸ」）に変更される時に低圧ＥＧＲ開度ＤＬが開き側の開度に変更されることを前提に説明する。尚、本ルーチンにおいて排気側ＶＶＴ１３及び吸気側ＶＶＴ１２のバルブタイミングを制御して内部ＥＧＲガス量を増加させるＥＣＵ５０が、本発明における内部ＥＧＲガス量増加手段に相当する。

また、本ルーチンと実施例１における総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンの処理内容が同一のステップは、同じ数字を用いることで詳しい説明を省略する。先ず、ステップＳ１０１では、内燃機関１の機関回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆ、吸入新気量Ｇａが検出され、続くステップＳ１０３では、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇ及び目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇが算出される。そして、続くステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０によって還流遅れ期間Δｔｄが演算される。そして、ステップＳ１０５の処理が終わるとステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔ及び吸気弁６の目標バルブタイミングＶＴｉｔが決定される。具体的には、図８で説明したように、排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔは排気弁７が吸気行程途中まで開弁されるように該排気弁７の閉弁時期が遅角するように決定される。また、吸気弁６の目標バルブタイミングＶＴｉｔも、バルブオーバーラップが生じないように吸気弁６の開弁時期が遅角するように決定される。そして、ステップＳ２０６の処理が終わるとステップＳ１０７に進む。即ち、過渡期ベーン開度Ｄｎｄが決定される。そして、ステップＳ１０７の処理が終わるとステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８では、ＥＣＵ５０によって低圧ＥＧＲ開度ＤＬ、高圧ＥＧＲ開度ＤＨをそれぞれステップＳ１０３で算出された目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇ、目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇに変更される。また、ＥＣＵ５０から排気側ＶＶＴ１３及び吸気側ＶＶＴ１２に指令が出され、排気弁７のバルブタイミングＶＴｅが目標バルブタイミングＶＴｅｔに、吸気弁６のバルブタイミングＶＴｉが目標閉弁タイミングＶＴｉｔに変更される。更に、ＥＣＵ５０からノズルベーン用アクチュエータ２４に指令が出され、ベーン開度Ｄｎが過渡期ベーン開度Ｄｎｄに変更される。また、ＳＣＶ開度Ｄｓｃｖが全開に変更される。そして、本ステップの処理が終了し、還流遅れ期間Δｔｄが経過した時に、ステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０９では、ＥＣＵ５０から排気側ＶＶＴ１３及び吸気側ＶＶＴ１２に指令が出され、排気弁７のバルブタイミングＶＴｅが排気弁ベースタイミングＶＴｅｂに、吸気弁６のバルブタイミングＶＴｉが吸気弁ベースバルブタイミングＶＴｉｂに変更される。即ち、内燃機関１の第２の運転状態に最適なバルブタイミングに変更される。また、ベーン開度Ｄｎがベースベーン開度Ｄｎｂに、ＳＣＶ開度ＤｓｃｖがベースＳＣＶ開度Ｄｓｃｖｂに変更される。そして、ステップＳ２０９の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンによれば、排気弁７の閉弁時期を遅角させて内部ＥＧＲガス量を増加させるときに、吸気弁６の開弁時期も遅角させ、バルブオーバーラップが生じないように制御される。これにより、混合気の燃焼温度が過度に低くなることを抑制できる。従って、混合気の燃焼状態が悪化し、或いは未燃ＨＣの排出量が過度に増加することを抑制することが可能となる。

また、本ルーチンでは、内燃機関１の第１の運転状態が領域「Ｆ／Ｃ」であって、且つ第２の運転状態が領域「ＭＩＸ」のときを例に説明したが、第２の運転状態は領域「ＬＰＬ」であっても良い。その場合には、ステップＳ１０３において目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇを零とすれば良い。そして、第２の運転状態に要求される目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇを得
るために必要な要求総ＥＧＲガス量Ｇｔｇと目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬｔｇとは等しいため、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇは、要求総ＥＧＲガス量Ｇｔｇを内燃機関１に再循環させるために必要な開度として算出すれば良い。

次に、本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関内燃機関１の実施例１及び実施例２とは異なる実施例について説明する。本実施例における内燃機関１の構成は実施例１に係る構成と同様である。本実施例では、例えば図５に示したＥＧＲ制御領域において、第１の運転状態が領域「ＭＩＸ」であって、第２の運転状態が領域「ＬＰＬ」の場合のように、内燃機関１が中負荷・中回転から高負荷・高回転の領域で運転状態が変更されるときに適用される。

つまり、上記のような場合には混合気の燃焼温度が過度に高くなり、運転状態変更時の過渡期において内部ＥＧＲガス量を増加させても、ＮＯｘの生成量を好適に低減できない虞がある。そこで、本実施例では、運転状態が変更される過渡期において混合気の燃焼温度が過度に高くなることをより好適に抑制するための制御が行われる。

ここで、図１０は、本実施例における内燃機関１のクランク角に対する排気弁７及び吸気弁６のリフト量の推移を例示した図である。横軸はクランク角を示しており、縦軸はバルブリフト量を示している。また、図中の記号等は図８と同様であり、説明を省略する。

図示のように、排気弁７のバルブタイミングＶＴｅは、実施例１（図６）及び実施例２（図８）と同様に、排気弁７が吸気行程途中まで開弁されるように該排気弁７の閉弁時期が遅角される。これに対し、本実施例ではバルブオーバーラップが生じるように排気弁７の閉弁時期が決定される点で実施例２に係る制御と相違する。

そして、バルブオーバーラップが生じる期間（以下、単に「Ｖ．Ｏ量」という。）を増大させるほど、内燃機関１に吸入される新気量が増加される。その結果、内部ＥＧＲガスの温度を低下させ、混合気の燃焼温度をより低下させることができる。これにより、上記の過渡期において内燃機関１で生成されるＮＯｘが過度に増加することを抑制するとともに、内燃機関１からスモークが過度に排出されることを抑制することができる。

尚、本実施例においては、吸気弁６のバルブタイミングＶＴｉを吸気側ＶＶＴ１２によって変更させず、図示のように吸気弁ベースタイミングＶＴｉｂと略等しくさせても良いし、バルブオーバーラップを生じさせる範囲において変更させるようにしても良い。

また、本実施例における制御フローは、実施例２における第２総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンを用いることが可能である。その場合には、ステップＳ２０６において、バルブオーバーラップが生じるように排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔ及び吸気弁６の目標バルブタイミングＶＴｉｔを決定する。また、Ｖ．Ｏ量は第１の運転状態及び第２の運転状態に基づいて決定しても良い。例えば、第１の運転状態及び第２の運転状態における燃料噴射量Ｑｆ、機関回転数ＮＥが大きいほど上記のＶ．Ｏ量を大きくして、混合気の燃焼温度をより低い温度まで低下させるようにしても良い。

また、本実施例における総ＥＧＲガス量不足抑制制御は、内燃機関１が中負荷・中回転から高負荷・高回転の領域で運転状態が変更されるときのように、過渡期における混合気の燃焼温度を迅速に低下させることが好ましい場合であれば適用可能である。例えば、第１の運転状態及び第２の運転状態が共に領域「ＭＩＸ」又は「ＬＰＬ」の場合に適用するようにしても良い。これにより、迅速に過渡期における混合気の燃焼温度を低下させて、過度にＮＯｘの生成量が多くなることを抑制できる。

次に、本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関１の実施例１から実施例３とは異なる実施例について説明する。本実施例における内燃機関１の構成は実施例１に係る構成と同様である。本実施例では、例えば図５に示したＥＧＲ制御領域において、第１の運転状態が領域「ＭＩＸ」又は領域「ＨＰＬ」のように少なくとも高圧ＥＧＲ装置４０によってＥＧＲが行われる状態であって、第２の運転状態が領域「ＬＰＬ」のように低圧ＥＧＲ装置３０のみによってＥＧＲが行われる状態の過渡期に適用される。

本実施例では、上記のように運転状態が変更される過渡期において、より好適に総ＥＧＲガス量が不足することを抑制すべく、高圧ＥＧＲ開度ＤＨを制御することとした。以下、内燃機関１の運転状態が領域「ＭＩＸ」から領域「ＬＰＬ」に変更される場合を例として本実施例の高圧ＥＧＲ開度ＤＨに係る制御について図１１に基づいて説明する。

図１１は、本実施例における内燃機関１の運転状態が領域「ＭＩＸ」から領域「ＬＰＬ」に変更されるときの、低圧ＥＧＲガス量ＧＬ、高圧ＥＧＲガス量ＧＨ、低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値の推移を例示したタイムチャートである。（ａ）は、低圧ＥＧＲガス量ＧＬの推移を例示したタイムチャートである。（ｂ）は、高圧ＥＧＲガス量ＧＨの推移を例示したタイムチャートである。（ｃ）は、低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値の推移を例示したタイムチャートである。（ｄ）は、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値の推移を例示したタイムチャートである。

また、図１１（ａ）中の「ＧＬｔｇ１」、「ＧＬｔｇ２」は、それぞれ、第１の運転状態及び第２の運転状態における目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬｔｇである。図１１（ｂ）中の「ＧＨｔｇ１」は、第１の運転状態における目標高圧ＥＧＲガス量ＧＨｔｇである。図１１（ｃ）中の「ＤＬ１」、「ＤＬ２」は、それぞれ目標低圧ＥＧＲガス量が「ＧＬｔｇ１」、「ＧＬｔｇ２」であるときの低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値である。また、図１１（ｄ）中の「ＤＨ１」は、目標高圧ＥＧＲガス量ＧＨｔｇが「ＧＨｔｇ１」であるときの高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値である。

ここで、図中の時点ｔ０において内燃機関１が第１の運転状態（領域「ＭＩＸ」）から第２の運転状態（領域「ＬＰＬ」）に変更される。つまり、目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬｔｇがＧＬｔｇ１からＧＬｔｇ２に変更される（ここで、ＧＬｔｇ１＜ＧＬｔｇ２）。しかしながら、図１１（ｃ）に示すように時点ｔ０において低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値がＤＬ１からＤＬ２に変更されても低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じるため（破線により示す。）、実際に低圧ＥＧＲガス量ＧＬが目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬｔｇまで増加するのは、時点ｔ０から還流遅れ期間Δｔｄが経過した後の時点ｔ１となる。

そこで、本実施例では、図１１（ｄ）に示すように、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値を時点ｔ０において「ＤＨ１」から「０」に変更せず、還流遅れ期間Δｔｄが経過する時点ｔ１において「０」に変更することとした。その結果、図１１（ｂ）に示すように、還流遅れ期間Δｔｄに亘り高圧ＥＧＲガスの再循環が延長される。これにより、低圧ＥＧＲガスの不足分を高圧ＥＧＲガスによって補うことができる。また、本制御を上述した内部ＥＧＲガス量を増加させる制御と組み合わせることにより、内燃機関１の運転状態が変更される過渡期において総ＥＧＲガス量が要求総ＥＧＲガス量に対して不足することをより好適に抑制することができる。

＜第３総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチン＞
以下、本実施例における総ＥＧＲガス量不足抑制制御について、図１２のフローチャートを参照しながら説明する。図１２は、本実施例における第３総ＥＧＲガス量不足抑制ル
ーチンを示すフローチャートである。本ルーチンもＥＣＵ５０内のＲＯＭに記憶されたプログラムである。また、本ルーチンでは内燃機関１の第１の運転状態が領域「ＭＩＸ」であって、第２の運転状態が領域「ＬＰＬ」の場合を例示的に説明する。また、第１の運転状態（領域「ＭＩＸ」）から第２の運転状態（領域「ＬＰＬ」）に変更される時に低圧ＥＧＲ開度ＤＬが開き側の開度に変更されることを前提に説明する。

また、本ルーチンと実施例１における第２総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンの処理内容が同一のステップは、同じ数字を用いることで詳しい説明を省略する。先ず、ステップＳ１０１では、内燃機関１の機関回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆ、吸入新気量Ｇａが検出される。そして、ステップＳ１０１の処理が終わると、ステップＳ３０３に進む。

続くステップＳ３０３では、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇが算出される。ここで目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬｔｇは、第２の運転状態に要求される目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇを得るために必要な要求総ＥＧＲガス量Ｇｔｇと等しいため、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇは、要求総ＥＧＲガス量Ｇｔｇを内燃機関１に再循環させるために必要な開度として算出すれば良い。そして、ステップＳ３０３の処理が終わると、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０によって還流遅れ期間Δｔｄが演算される。そして、ステップＳ１０５の処理が終わるとステップＳ３０６に進む。

ステップＳ３０６では、排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔ及び吸気弁６の目標バルブタイミングＶＴｉｔが決定される。具体的には、バルブオーバーラップが生じるように排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔ及び吸気弁６の目標バルブタイミングＶＴｉｔを決定する。そして、ステップＳ３０６の処理が終わるとステップＳ１０７に進む。即ち、過渡期ベーン開度Ｄｎｄが決定される。そして、ステップＳ１０７の処理が終わるとステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８では、ＥＣＵ５０によって低圧ＥＧＲ開度ＤＬがステップＳ１０３で算出された目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇに変更される。また、ＥＣＵ５０から排気側ＶＶＴ１３及び吸気側ＶＶＴ１２に指令が出され、排気弁７のバルブタイミングＶＴｅが目標バルブタイミングＶＴｅｔに、吸気弁６のバルブタイミングＶＴｉが目標閉弁タイミングＶＴｉｔに変更される。更に、ＥＣＵ５０からノズルベーン用アクチュエータ２４に指令が出され、ベーン開度Ｄｎが過渡期ベーン開度Ｄｎｄに変更される。また、ＳＣＶ開度Ｄｓｃｖが全開に変更される。そして、本ステップの処理が終了し、還流遅れ期間Δｔｄが経過した時に、ステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９では、ＥＣＵ５０によって高圧ＥＧＲ開度ＤＨが零（全閉）に変更される。また、ＥＣＵ５０から排気側ＶＶＴ１３及び吸気側ＶＶＴ１２に指令が出され、排気弁７のバルブタイミングＶＴｅが排気弁ベースタイミングＶＴｅｂに、吸気弁６のバルブタイミングＶＴｉが吸気弁ベースバルブタイミングＶＴｉｂに変更される。即ち、内燃機関１の第２の運転状態に最適なバルブタイミングに変更される。また、ベーン開度Ｄｎがベースベーン開度Ｄｎｂに、ＳＣＶ開度ＤｓｃｖがベースＳＣＶ開度Ｄｓｃｖｂに変更される。そして、ステップＳ３０９の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本実施例では第１の運転状態において少なくとも高圧ＥＧＲ装置４０によってＥＧＲが行われ、第２の運転状態が低圧ＥＧＲ装置３０のみによってＥＧＲが行われる場合に、低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じる還流遅れ期間Δｔｄに亘り、高圧ＥＧＲガスの再循環を継続させることにより、より好適に総ＥＧＲガス量が要求総ＥＧＲガス量に対して不足することを抑制できる。

また、本ルーチンでは、内燃機関１の第１の運転状態が領域「ＭＩＸ」であって、且つ
第２の運転状態が領域「ＬＰＬ」のときを例に説明したが、第１の運転状態は領域「ＨＰＬ」であっても良い。

次に、本発明に係るＥＧＲ装置付き内燃機関１の実施例１から実施例４とは異なる実施例について説明する。本実施例における内燃機関１の構成は実施例１に係る構成と同様である。本実施例では、図５に示したＥＧＲ制御領域において、第１の運転状態が領域「ＨＰＬ」であって、第２の運転状態が領域「ＭＩＸ」のように第１及び第２の運転状態において少なくとも高圧ＥＧＲ装置４０によってＥＧＲが行われる場合に適用される。

本実施例においても、実施例４に係る制御と同様に、より好適に総ＥＧＲガス量が不足することを抑制すべく高圧ＥＧＲ開度ＤＨが制御される。以下、内燃機関１の運転状態が領域「ＨＰＬ」から領域「ＭＩＸ」に変更される場合を例として本実施例の高圧ＥＧＲ開度ＤＨに係る制御について図１３に基づいて説明する。

図１３は、本実施例における内燃機関１の運転状態が領域「ＨＰＬ」から領域「ＭＩＸ」に変更されるときの、低圧ＥＧＲガス量ＧＬ、高圧ＥＧＲガス量ＧＨ、低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値の推移を例示したタイムチャートである。（ａ）は、低圧ＥＧＲガス量ＧＬの推移を例示したタイムチャートである。（ｂ）は、高圧ＥＧＲガス量ＧＨの推移を例示したタイムチャートである。（ｃ）は、低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値の推移を例示したタイムチャートである。（ｄ）は、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値の推移を例示したタイムチャートである。

また、図１３中において図１１中に示した記号と同義のものは同じ記号を用いて説明を省略する。また、図１３（ｂ）中の「ＧＨｔｇ２」は、第２の運転状態における目標高圧ＥＧＲガス量ＧＨｔｇであって「ＧＨｔｇ１」よりも少ない量である。図１３（ｄ）中の「ＤＨ２」は、目標高圧ＥＧＲガス量ＧＨｔｇが「ＧＨｔｇ２」であるときの高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値であり、「ＧＨｔｇ１」よりも閉じ側の開度である。

ここで、図中の時点ｔ０において内燃機関１が第１の運転状態（領域「ＨＰＬ」）から第２の運転状態（領域「ＭＩＸ」）に変更される。つまり、目標低圧ＥＧＲガス量ＧＬｔｇがＧＬｔｇ１からＧＬｔｇ２に変更され、還流遅れ期間Δｔｄに亘って低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じる。

そこで、本実施例では、図１３（ｄ）に示すように、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値を時点ｔ０において「ＤＨ１」から「ＤＨ２」に変更せず、還流遅れ期間Δｔｄに亘り、「ＤＨ２」よりも開き側の開度「ＤＨ３」に維持することとした。その結果、図１３（ｂ）に示すように、高圧ＥＧＲガス量ＧＨが第２の運転状態において要求される「ＧＨｔｇ２」に比べてより多い量（ＧＨｔｇ３）の高圧ＥＧＲガスを内燃機関１に再循環させることができる。つまり、低圧ＥＧＲガスの不足分を高圧ＥＧＲガスによって補うことができる。また、本制御を上述した内部ＥＧＲガス量を増加させる制御と組み合わせることにより、内燃機関１の運転状態が変更される過渡期において総ＥＧＲガス量が要求総ＥＧＲガス量に対して不足することをより好適に抑制することができる。尚、本実施例においては目標高圧ＥＧＲガス量ＧＨｔｇ３が本発明における過渡期高圧ＥＧＲガス量に相当する。

＜第４総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチン＞
以下、本実施例における総ＥＧＲガス量不足抑制制御について、図１４のフローチャートを参照しながら説明する。図１４は、本実施例における第４総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンもＥＣＵ５０内のＲＯＭに記憶されたプログラムである。また、本ルーチンでは内燃機関１の第１の運転状態が領域「ＨＰＬ」で
あって、第２の運転状態が領域「ＭＩＸ」の場合を説明する。また、第１の運転状態（領域「ＨＰＬ」）から第２の運転状態（領域「ＭＩＸ」）に変更される時に低圧ＥＧＲ開度ＤＬが開き側の開度に変更されることを前提に説明する。

また、本ルーチンと実施例１における第２総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンの処理内容が同一のステップは、同じ数字を用いることで詳しい説明を省略する。先ず、ステップＳ１０１では、内燃機関１の機関回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆ、吸入新気量Ｇａが検出され、続くステップＳ１０３では、目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇ及び目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇが算出される。そして、続くステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０によって還流遅れ期間Δｔｄが演算される。そして、ステップＳ１０５の処理が終わるとステップＳ４０６に進む。

ステップＳ４０６では、排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔ及び吸気弁６の目標バルブタイミングＶＴｉｔが決定される。具体的には、排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔは排気弁７が吸気行程途中まで開弁され、且つ排気弁７の閉弁時期が排気弁ベースタイミングＶＴｅｂにおける閉弁時期よりも遅角するように決定される。

ここで、排気弁７の目標バルブタイミングＶＴｅｔは、バルブオーバーラップが生じるように決定しても良いし、バルブオーバーラップが生じないように決定しても良い。例えば、第１の運転状態及び第２の運転状態における燃料噴射量Ｑｆ、機関回転数ＮＥに応じてバルブオーバーラップをさせるか否かを決定しても良い。そして、バルブオーバーラップを生じさせるときのＶ．Ｏ量は、例えば第１の運転状態及び第２の運転状態における燃料噴射量Ｑｆ、機関回転数ＮＥが大きいほどが多くさせても良い。そして、ステップＳ４０６の処理が終わるとステップＳ１０７に進む。即ち、過渡期ベーン開度Ｄｎｄが決定される。そして、ステップＳ１０７の処理が終わるとステップＳ４０８に進む。

ステップＳ４０８では、ＥＣＵ５０によって、還流遅れ期間Δｔｄに亘り維持される目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇ３を決定する。本実施例における目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇ３は、ステップ１０３で算出した目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇよりも開き側の開度であり、予め実験的に求められる開度である。そして、ステップＳ４０８の処理が終わるとステップＳ４０９に進む。

ステップＳ４０９では、ＥＣＵ５０によって低圧ＥＧＲ開度ＤＬがステップＳ１０３で算出された目標低圧ＥＧＲ開度ＤＬｔｇに、高圧ＥＧＲ開度ＤＨが目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇ３に変更される。これにより、還流遅れ期間Δｔｄにおいて低圧ＥＧＲガス量ＧＬが不足しても、高圧ＥＧＲ開度ＤＨが目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇよりも開き側の開度であるＤＨｔｇ３に変更されることにより、低圧ＥＧＲガス量ＧＬの不足分を補うことができる。

また、本ステップでは、ＥＣＵ５０から排気側ＶＶＴ１３及び吸気側ＶＶＴ１２に指令が出され、排気弁７のバルブタイミングＶＴｅが目標バルブタイミングＶＴｅｔに、吸気弁６のバルブタイミングＶＴｉが目標閉弁タイミングＶＴｉｔに変更される。また、ＳＣＶ開度Ｄｓｃｖが全開に変更される。

また、本ステップでは、ＥＣＵ５０からノズルベーン用アクチュエータ２４に指令が出され、ベーン開度Ｄｎが過渡期ベーン開度Ｄｎｄに変更される。ここで、これにより、高圧ＥＧＲ開度ＧＨをＧＨｔｇより開き側のＤＨｔｇ３に変更することに起因して内燃機関１の過給圧が過度に低下してしまうことを抑制することができる。そして、本ステップの処理が終了し、還流遅れ期間Δｔｄが経過した時に、ステップＳ４１０に進む。

ステップＳ４１０では、ＥＣＵ５０によって高圧ＥＧＲ開度ＤＨがステップＳ１０３で算出された目標高圧ＥＧＲ開度ＤＨｔｇに変更される。また、ＥＣＵ５０から排気側ＶＶＴ１３及び吸気側ＶＶＴ１２に指令が出され、排気弁７のバルブタイミングＶＴｅが排気弁ベースタイミングＶＴｅｂに、吸気弁６のバルブタイミングＶＴｉが吸気弁ベースバルブタイミングＶＴｉｂに変更される。即ち、内燃機関１の第２の運転状態に最適なバルブタイミングに変更される。また、ベーン開度Ｄｎがベースベーン開度Ｄｎｂに、ＳＣＶ開度ＤｓｃｖがベースＳＣＶ開度Ｄｓｃｖｂに変更される。そして、ステップＳ４１０の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンによれば、内燃機関１の運転状態が第１の運転状態から第２の運転状態に変更される過渡期において、内部ＥＧＲガス量を増加させるとともに、高圧ＥＧＲガス量ＧＨを運転状態に要求される目標高圧ＥＧＲガス量ＧＨｔｇよりも多く維持することにより、より好適に総ＥＧＲガス量が要求総ＥＧＲガス量に対して不足することを抑制できる。

また、ステップＳ４０９においては、ベーン開度Ｄｎをベースベーン開度Ｄｎｂよりも閉じ側の過渡期ベーン開度Ｄｎｄに維持することで内燃機関１の過給圧が過度に低下してしまうことを抑制したが、これに限定されるものではない。例えば、本実施例におけるターボチャージャ２５は、吸気の過給を補助する電動機を有していても良い。

そして、高圧ＥＧＲ開度ＧＨがＧＨｔｇより開き側のＤＨｔｇ３に変更されることに起因して内燃機関１の過給圧が過度に低下してしまうときに、上記の電動機によってターボチャージャ２５の過給を補助するようにしても良い。これにより、内燃機関１の運転状態が変更される過渡期において、内燃機関１の過給圧が過度に低下してしまうことを抑制することを好適に抑制することができる。

実施例１における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例１における内燃機関の縦断面を示す概略図である。 実施例１におけるターボチャージャの概略構成を示す断面図である。 実施例１におけるノズルベーンの概略配置を示すタービンハウジングの側面断面図である。 実施例１における内燃機関の運転状態に応じたＥＧＲ制御領域を例示した概略図である。 実施例１における総ＥＧＲガス量不足抑制制御に係る内燃機関のクランク角に対する排気弁７のリフト量の推移を例示した図である。 実施例１における総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２における内燃機関のクランク角に対する排気弁及び吸気弁のリフト量の推移を例示した図である。 実施例２における第２総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンを示すフローチャートである。 実施例３における内燃機関のクランク角に対する排気弁及び吸気弁のリフト量の推移を例示した図である。 実施例４における内燃機関の運転状態が領域「ＭＩＸ」から領域「ＬＰＬ」に変更されるときの、低圧ＥＧＲガス量ＧＬ、高圧ＥＧＲガス量ＧＨ、低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値の推移を例示したタイムチャートである。（ａ）は、低圧ＥＧＲガス量ＧＬの推移を例示したタイムチャートである。（ｂ）は、高圧ＥＧＲガス量ＧＨの推移を例示したタイムチャートである。（ｃ）は、低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値の推移を例示したタイムチャートである。（ｄ）は、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値の推移を例示したタイムチャートである。 実施例４における第３総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンを示すフローチャートである。 実施例５における内燃機関１の運転状態が領域「ＨＰＬ」から領域「ＭＩＸ」に変更されるときの、低圧ＥＧＲガス量ＧＬ、高圧ＥＧＲガス量ＧＨ、低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値の推移を例示したタイムチャートである。（ａ）は、低圧ＥＧＲガス量ＧＬの推移を例示したタイムチャートである。（ｂ）は、高圧ＥＧＲガス量ＧＨの推移を例示したタイムチャートである。（ｃ）は、低圧ＥＧＲ開度ＤＬの指令値の推移を例示したタイムチャートである。（ｄ）は、高圧ＥＧＲ開度ＤＨの指令値の推移を例示したタイムチャートである。 実施例５における第４総ＥＧＲガス量不足抑制ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
４・・・吸気ポート
５・・・排気ポート
６・・・吸気弁
７・・・排気弁
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気通路
１０・・燃料噴射弁
１１・・燃焼室
１２・・吸気側ＶＶＴ
１３・・排気側ＶＶＴ
１４・・インタークーラ
１５・・エアフローメータ
１６・・エアクリーナ
１７・・スワールコントロールバルブ
１８・・排気マニホールド
１９・・排気通路
２０・・フィルタ
２１・・第１吸気絞り弁
２２・・第２吸気絞り弁
２３・・排気絞り弁
２４・・ノズルベーン用アクチュエータ
２５・・ターボチャージャ
２５ａ・コンプレッサハウジング
２５ｂ・タービンハウジング
２５ｃ・センタハウジング
２６・・ロータシャフト
２７・・コンプレッサホイール
２８・・タービンホイール
２９・・ノズルベーン
３０・・低圧ＥＧＲ装置
３１・・低圧ＥＧＲ通路
３２・・低圧ＥＧＲ弁
３３・・低圧ＥＧＲクーラ
４０・・高圧ＥＧＲ装置
４１・・高圧ＥＧＲ通路
４２・・高圧ＥＧＲ弁
５０・・ＥＣＵ
５１・・クランクポジションセンサ
５２・・アクセルポジションセンサ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び該内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
   前記タービンよりも下流側の排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を有し、該低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
   前記タービンよりも上流側の排気通路と前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を有し、該高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
   を備え、前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環を行うＥＧＲ装置付き内燃機関において、
   内燃機関における少なくとも排気弁の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、
   前記内燃機関の運転状態が第１の運転状態から該第１の運転状態よりも前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である低圧ＥＧＲガス量が増加する第２の運転状態に変更される過渡期に、前記可変バルブタイミング機構に前記排気弁の閉弁時期を遅角させ前記内燃機関の内部ＥＧＲガス量を増加させる内部ＥＧＲガス量増加手段と、
   を備え、
   前記第１の運転状態が前記高圧ＥＧＲ装置のみにより或いは前記低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して前記排気の再循環が行われる状態であって、且つ前記第２の運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置のみにより該排気の再循環が行われる状態であるときに、
   少なくとも前記過渡期の一部の期間に亘り前記高圧ＥＧＲ装置による排気の再循環を継続することを特徴とするＥＧＲ装置付き内燃機関。
2. 前記第１の運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して前記排気の再循環が行われる状態であって、且つ前記第２の運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置のみにより該排気の再循環が行われる状態であるときに、
   前記内部ＥＧＲガス量増加手段は、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となるバルブオーバーラップが起こるように可変バルブタイミング機構に前記排気弁の閉弁時期を遅角させることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
3. 内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び該内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
   前記タービンよりも下流側の排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を有し、該低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
   前記タービンよりも上流側の排気通路と前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を有し、該高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
   を備え、前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環を行うＥＧＲ装置付き内燃機関において、
   内燃機関における少なくとも排気弁の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、
   前記内燃機関の運転状態が第１の運転状態から該第１の運転状態よりも前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である低圧ＥＧＲガス量が増加する第２の運転状態に変更される過渡期に、前記可変バルブタイミング機構に前記排気弁の閉弁時期を遅角させ前記内燃機関の内部ＥＧＲガス量を増加させる内部ＥＧＲガス量増加手段と、
   を備え、 前記第１の運転状態が前記高圧ＥＧＲ装置のみにより前記排気の再循環が行われる状態であって、且つ前記第２の運転状態が前記低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を併用して該排気の再循環が行われる状態であるときに、
   少なくとも前記過渡期の一部の期間に亘り前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である高圧ＥＧＲガス量を前記第２の運転状態において要求される目標高圧ＥＧＲガス量よりも多い過渡期高圧ＥＧＲガス量に維持することを特徴とするＥＧＲ装置付き内燃機関。
4. 前記ターボチャージャは、前記内燃機関の吸気の過給を補助する電動機を更に有し、前記高圧ＥＧＲガス量が前記過渡期高圧ＥＧＲガス量に維持されることに起因して過給圧が前記第２の運転状態において要求される目標過給圧に対し不足するときに、前記電動機によって前記過給を補助することを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
5. 前記ターボチャージャは可変ノズルを有し、該可変ノズルの開度を制御することによって過給圧を変更可能であって、
   少なくとも前記過渡期の一部の期間に亘り、前記可変ノズルの開度を前記第２の運転状態において要求される目標開度に比べて閉じ側の所定ノズル開度に維持することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
6. 前記内燃機関の気筒内の混合気が渦流を形成し得るように開度が制御されるスワールコントロールバルブを有し、該スワールコントロールバルブの開度を制御することにより前記渦流の強度を制御可能な渦流強度制御手段を更に備え、
   少なくとも前記過渡期の一部の期間に亘り、渦流強度制御手段は前記スワールコントロールバルブの開度を所定の開き側の開度に維持することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。
7. 前記過渡期とは、前記低圧ＥＧＲガス量を第２の運転状態において要求される目標低圧ＥＧＲガス量に変更する指令が前記低圧ＥＧＲ装置に出される時から前記内燃機関に再循環される実際の低圧ＥＧＲガス量が前記目標低圧ＥＧＲガス量に増加するまでの期間であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のＥＧＲ装置付き内燃機関。

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