JP4985446B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ制御装置に関する。

内燃機関の排気エミッションの低減及び燃費向上を図る技術として、内燃機関からの排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に戻すＥＧＲ装置が知られている。

また、減速時やエコラン車やハイブリッド車における機関自動停止時等に内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット制御を行うことによって、燃費向上を図る技術が知られている。

ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、ＥＧＲ装置による吸気系へのＥＧＲガスの導入が行われている時に燃料カット制御が行われると、燃料カット制御中吸気系及び排気系内にＥＧＲガスが残留し、この残留しているＥＧＲガスが燃料カット制御から通常の燃料噴射制御への復帰時に内燃機関に吸入される。この通常制御への復帰時に内燃機関に吸入される残留ＥＧＲガスが、排気浄化触媒によって十分に浄化されないまま車外に排出されてしまう場合があった。これに対し、動力源として内燃機関及び電動モータを備えたハイブリッドシステムにおいて、減速時に電動モータと内燃機関との間のクラッチを締結してモータリングを行うと共に、スロットルバルブを全開にして残留ＥＧＲガスを排気浄化触媒に送ることにより、残留ＥＧＲガスの浄化を行うことを図る技術が特許文献１に記載されている。
特開２００２−２５６９１９号公報 特開平６−２５７５１８号公報

ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、ＥＧＲ装置による吸気系へのＥＧＲガスの導入が行われている時に燃料カット制御が行われると、燃料カット制御中吸気系内にＥＧＲガスが残留し、この残留しているＥＧＲガスが燃料カット制御からの復帰時に気筒に吸入されることになる。この時のＥＧＲガスの量が過剰に多い場合、燃料カット制御からの復帰時の内燃機関始動時に、失火等の燃焼不安定を生じる場合があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、燃料カット制御から通常の燃料噴射制御への復帰時における燃焼を安定化させる技術を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関のＥＧＲ制御装置は、
内燃機関からの排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に流入させるＥＧＲ装置と、
所定の燃料カット条件が成り立つ時に前記内燃機関における燃料噴射を停止する燃料カット制御を行う燃料カット制御手段と、
車両が走行する道路状況を取得する道路状況取得手段と、
前記道路状況取得手段によって取得した道路状況に基づいて、現在以降において前記燃料カット条件が成り立つタイミングを予測する予測手段と、
前記予測手段により予測された前記燃料カット条件が成り立つタイミングより所定時間前の時点で、前記内燃機関の吸気系内に存在するＥＧＲガス量を減少させる処理を行う制
御手段と、
を備えることを特徴とする。

ここで、「車両が走行する道路状況」とは、道路の形状に関する情報のみならず、道路周辺環境に関する情報や交通状況に関する情報等を含んでも良い。

また、「予測手段」は、道路状況取得手段により取得した上記のような情報に基づいて、現在以降において燃料カット条件が成り立つタイミングを予測する。例えば、現在走行中の道路を現在の運転状態のまま走行した場合、ある時間経過後に、カーブや下り坂といった減速運転される可能性が高い道路状況が現れる、という予測を行う。これにより、減速運転が行われるタイミング、すなわち燃料カット条件が成立するタイミングを予測することができる。

「制御手段」は、予測手段により燃料カット条件が成立すると予測されたタイミングより所定時間前の時点において、吸気系内に存在するＥＧＲガス量を減少させる処理（以下、ＥＧＲガス低減処理という）を行う。ここで「所定時間」とは、燃料カット制御が行われることが予測されるタイミングより当該「所定時間」前にＥＧＲガス低減処理を開始することにより、当該燃料カット制御の実行中に内燃機関の吸気系内のガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率より高くなることを抑制できるように定められる時間である。なお、「限界ＥＧＲ率」とは、失火等の燃焼不安定の発生を抑制可能なＥＧＲ率の上限値に基づいて定められる。

このように、本発明によれば、燃料カット制御が実際に開始される前の時点で、内燃機関の吸気系内のＥＧＲガス量を減少させる制御が行われるので、実際に燃料カット制御が開始される時点において、既にある程度吸気系内のＥＧＲガス量が減少した状態となる。従って、燃料カット制御の実行中に吸気系内に存在するガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率より高くなることを抑制できる。これにより、燃料カット制御から通常の燃料噴射制御に復帰する条件が成立して通常の燃料噴射制御が開始された時に、失火等の燃焼不安定が生じることを抑制できる。

本発明において、上述した「ＥＧＲガス低減処理」を行う制御手段は、吸気系内に流入するＥＧＲガスの量を減少させる手段として構成することができる。

具体的には、上記本発明の構成において、
前記ＥＧＲ装置により前記内燃機関の吸気系に流入するＥＧＲガスの量を調節する調節手段を更に備え、
前記制御手段は、前記予測手段により予測された前記燃料カット条件が成り立つタイミングより所定時間前の時点で、前記内燃機関の吸気系に流入するＥＧＲガスの量が当該時点において吸気系に流入しているＥＧＲガスの量より少なくなるように前記調節手段を制御しても良い。

ここで、「調節手段」としては、ＥＧＲ弁等、吸気系に流入するＥＧＲガスの量を調節する機能を有する手段であればどのような手段を用いることもできる。吸気系に流入するＥＧＲガス量をその時点で吸気系に流入しているＥＧＲガス量より少なくするように調節手段を制御することによって、ＥＧＲガス低減処理を実現することができる。

本発明において、上述した「ＥＧＲガス低減処理」を行う制御手段は、吸気系内のＥＧＲガスを吸気系外に排出する手段として構成することもできる。

例えば、上記本発明の構成において、
前記内燃機関の回転数を上昇させる回転数上昇手段を更に備え、
前記制御手段は、前記予測手段により予測された前記燃料カット条件が成り立つタイミングより所定時間前の時点で、前記回転数上昇手段により、前記内燃機関の回転数を当該時点における回転数より上昇させても良い。

上記構成において、「回転数上昇手段」とは、内燃機関の回転数を上昇させる機能を有する手段であればどのような手段を用いることもできる。例えば、前記回転数上昇手段を、前記内燃機関が搭載された車両のシフトをダウンさせる手段として構成することができる。回転数上昇手段によって、内燃機関の回転数をその時点における回転数よりも上昇させることによって、より早期に且つより多くの吸気系内のガスが気筒に吸入されることになるので、ＥＧＲガス低減処理を実現することができる。

本発明により、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、燃料カット制御から通常の燃料噴射制御への復帰時における燃焼を安定化させることが可能になる。

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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、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。なお、以下の全ての実施例において内燃機関とその吸排気系及び制御系の概略構成は共通である。内燃機関１は、複数の気筒１８を有するガソリンエンジンである（図１には複数のうち１の気筒１８の模式図を示している。他の気筒についても同様の構成を有する）。気筒１８の内部には摺動可能にピストン３が挿入され、ピストン３と気筒１８の内壁とにより気筒１８内部に燃焼室２が形成されている。

燃焼室２は、吸気ポート１１を介して吸気通路５と連通しており、また、排気ポート８を介して排気通路６と連通している。吸気ポート１１と燃焼室２との境界は吸気バルブ１２によって開閉される。また、排気ポート８と燃焼室２との境界は排気バルブ９によって開閉される。

吸気ポート１１には、吸気ポート１１内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁１０が設けられている。また、気筒１８の上部には、燃焼室２内に吸入される混合気に点火するための点火プラグ１５が設けられている。

排気通路６には、活性状態で排気の空燃比を検出する空燃比センサ２３及び、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、微粒子物質（ＰＭ）等を浄化する排気浄化装置７が設けられている。吸気通路５には、吸気の量を制御可能なスロットル弁１４が設けられている。また、吸気通路５には、吸気通路５に導入される空気の量（吸入空気量）を検出するエアフローメータ１３及びサージタンク１６が設けられている。

吸気通路５と排気通路６とはＥＧＲ通路３０により接続されている。排気通路６を流れる排気の一部はＥＧＲ通路３０を介して吸気通路５に流入する。ＥＧＲ通路３０によって内燃機関１の吸気系に流入する排気を「ＥＧＲガス」と称する。ＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲ通路３０内を流れるＥＧＲガスの流れ方向（図１中において矢印で示す）に沿って上流からＥＧＲクーラ３１及びＥＧＲ弁３２が順に配置されている。

ＥＧＲクーラ３１は、ＥＧＲ通路３０の周囲を取り巻くように設けられ、ＥＧＲ通路３０内を流れるＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁３２は、無段階に開閉される電子制御弁（開閉弁）であり、ＥＧＲ通路３０内を流れて吸気通路５に流入するＥＧＲガス量を自在に調整することができる。本実施例におけるＥＧＲ通路３０及びＥＧＲ弁３２は、本発明におけるＥＧＲ装置に相当する。

内燃機関１は、前述の空燃比センサ２３、エアフローメータ１３の他、図示しないクランクシャフトの回転角度に応じた電気信号を出力するクランクポジションセンサ２１、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた電気信号を出力するアクセルポジションセンサ２２を備えている。これら各種センサから出力される信号は、内燃機関１を制御するコンピュータであるＥＣＵ２０に入力されるようになっている。ＥＣＵ２０は、これら各種センサから入力される信号に基づいて、燃料噴射弁１０、ＥＧＲ弁３２、点火プラグ１５、スロットル弁１４を含む各種機器の動作を制御することにより、内燃機関１の運転状態を制御する。

また、内燃機関１を搭載した車両（図示省略）には、カーナビゲーションシステム（以下、ナビ）１７が備えられている。ナビ１７は、地図、道路形状（例えば、直線、カーブ、カーブの曲率、勾配等）、道路周辺環境（鉄道、サービスエリア、駐車場等）、交通状況（渋滞情報、工事情報、天候情報等）等の各種データを蓄積した記憶装置及び／又はそれら各種データをオンラインサービス等からダウンロードする情報取得システム等を備えて構成される。なお、ナビ１７が利用可能なデータは、特に車両の走行速度に影響を与え得る情報を含むものであればどのようなものであっても良く、上記列挙した例に限られないし、上記列挙した例を全て利用可能である必要もない。本実施例におけるナビ１７は、本発明における道路状況取得手段に相当する。「車両の走行速度に影響を与える情報」としては、例えば、カーブや下り坂等、運転者が減速運転をする可能性が高いと考えられる道路形状情報や道路勾配情報等を挙げることができる。

ＥＧＲ弁３２を開弁することにより、ＥＧＲガスが吸気通路５に流入する。このようにして内燃機関１の吸気系にＥＧＲガスを導入することにより、冷却損失やポンプ損失が低減するので、燃費を向上させることができる。また、排気に含まれるＮＯｘの量を低減させることができる。しかしながら、吸気のＥＧＲ率が過剰に高くなると、燃焼が不安定化し、失火やトルク変動等の問題が生じる場合がある。

図２を用いて、このＥＧＲ率と燃焼不安定及び燃費との関係について説明する。図２において横軸はＥＧＲ率、縦軸は燃費及びトルク変動を表す。ＥＧＲ率が増加していくと、ＥＧＲガス中の不活性ガスにより吸気の熱容量が増大し、燃焼温度が低下することにより、冷却損失が低下する。また、ＥＧＲガスの量が増加することでトルクが出なくなり、スロットル弁１４の開度が増加しポンプ損失が減少する。その結果、領域Ａにおいては、ＥＧＲ率が増加するとともに燃費は向上（燃料消費量が減少）する。

さらにＥＧＲ率が増加すると、不活性ガスの比率が高くなるため燃焼が悪化するので、領域Ｂにおいては燃費が悪化（燃料消費量が増加）し始めるとともに、燃焼が不安定化してトルク変動が急激に悪化する。本実施例では、過度の燃焼不安定が発生せず、且つ燃費が最高となる点（領域ＡとＢの境界）をＥＧＲの限界値としている。このような限界値を以下「限界ＥＧＲ率」と称する。

一般に、内燃機関１の運転条件が低負荷低回転の場合、新気量及び燃料噴射量が少ないため、ＥＧＲガスの導入に対して燃焼不安定が生じ易い。一方、内燃機関１の運転条件が高負荷高回転の場合、安定した燃焼が行われるので、大量のＥＧＲガスを導入しても燃焼
不安定を生じにくい。図３に、内燃機関１の運転条件が低負荷低回転の場合と高負荷高回転の場合との各場合における、吸気のＥＧＲ率とトルク変動との関係を示す。例えば図３のＥＧＲ率Ｒ_ＥＧＲのように、内燃機関１の運転条件が高負荷高回転の場合にはトルク変動が生じにくいＥＧＲ率であっても、内燃機関１の運転条件が低負荷低回転の場合には大きなトルク変動が生じる場合がある。

このように、燃焼が不安定化しない吸気のＥＧＲ率の上限値（限界ＥＧＲ率）が内燃機関１の運転条件に応じて異なる点に鑑み、本実施例では、内燃機関１の運転条件が高負荷高回転になるほど吸気のＥＧＲ率が高くなるようにＥＧＲ制御を行うこととした。図４に、内燃機関１の運転条件（図４の例では回転数及び負荷）毎に定められるＥＧＲ率のマップを示す。図４に示すように、内燃機関１の回転数及び／又は負荷が高くなるほど、ＥＧＲ率は高くされる。また、図４において斜線で示す所定の低負荷低回転領域ではＥＧＲガスの導入が停止される。

本実施例では、内燃機関１の所定の運転条件において、燃料噴射弁１０による燃料噴射を停止する燃料カット制御を行う。所定の運転条件としては、減速時等を例示できる。この所定の運転条件を本実施例では「燃料カット条件」と称する。燃料カット条件が成立する時に燃料カット制御を行うことにより、余計な燃料消費を抑制することができ、燃費を向上させることができる。燃料カット制御時には、ＥＧＲ弁３２は閉弁され、吸気系へのＥＧＲガスの導入も停止される。本実施例において、燃料カット条件が成り立つ時に燃料噴射弁１０による燃料噴射を停止させる燃料カット制御を実行するＥＣＵ２０が、本発明における燃料カット制御手段に相当する。

ここで、吸気系にＥＧＲガスが導入される運転条件で内燃機関１が運転されている時に燃料カット制御が開始されると、燃料カット制御中、ＥＧＲ弁３２より下流側のＥＧＲ通路３０、ＥＧＲ通路３０の接続箇所より下流側の吸気通路５、サージタンク１６、及び吸気ポート１１から成る吸気系領域内にＥＧＲガスが残留する。

吸気系領域内に残留しているＥＧＲガスの一部は、燃料カット制御開始後に内燃機関１の回転が低下していく間に燃焼室２に吸入されて掃気されるが、燃料カット制御の開始直前の内燃機関１の運転条件等により十分に吸気系領域内から掃気されない場合がある。このような吸気系領域内にＥＧＲガスが残留した状態で、燃料カット制御から通常の燃料噴射制御（通常制御）へ復帰すべき条件（復帰条件）が成立した場合、まず吸気系領域内に残留しているＥＧＲガスが燃焼室２内に吸入されることになる。

特に、大量のＥＧＲガスが導入される高負荷高回転領域に属する運転条件から燃料カット制御が開始された場合、通常制御への復帰条件が成立した時に吸気系領域内に大量のＥＧＲガスが残留している可能性がある。そのような場合、通常制御への復帰条件が成立した時に即座に通常制御への復帰が行われると、吸気系領域内の高ＥＧＲ率の残留ガスが内燃機関１の燃焼室２に吸入されるとともに、燃料噴射弁１０による内燃機関１への燃料供給が行われる。そのため、復帰条件成立時の内燃機関１の運転条件に対応する限界ＥＧＲ率を超えて気筒吸入ガスのＥＧＲ率が過剰に高くなり、失火等の燃焼不安定を生じる可能性がある。

このような燃料カット制御中の吸気系領域内に残留するガスのＥＧＲ率の変化について、図５を参照して説明する。図５のグラフの横軸は時間を表し、縦軸は限界ＥＧＲ率、吸気系領域内のガスのＥＧＲ率、ＥＧＲ弁３２の開度、及び、スロットル弁１４の開度を表す。図５において、燃料カット制御の開始前（時刻ｔ_０より前）の通常制御が行われている時は、吸気のＥＧＲ率が図４のマップで定められるような目標ＥＧＲ率に制御される。目標ＥＧＲ率は限界ＥＧＲ率以下に設定される。これにより、通常制御時においては燃費
向上効果及び排気性能向上効果を実現しつつ、燃焼不安定が生じることを抑制できる。

時刻ｔ_０において燃料カット条件が成立すると、燃料カット制御が開始される。同時に、ＥＧＲ弁３２が閉弁され、スロットル弁１４が閉弁される。これにより、破線Ａで示されるように、時刻ｔ_０以降限界ＥＧＲ率が急激に減少する。また、時刻ｔ_０以降、燃料カット制御により燃料噴射が停止されるが、暫くの間は慣性により内燃機関１の回転が継続し、それにより吸気系領域内の残留ガスが燃焼室２内に吸入され、掃気されていく。これにより、実線Ｂで示されるように、時刻ｔ_０以降吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率も低下していく。

ところが、図５に示すように、限界ＥＧＲ率の低下と比較して残留ガスのＥＧＲ率の低下は遅く、燃料カット制御開始後において、吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率を超える場合がある（図５の例では時刻ｔ_Ａ〜ｔ_Ｂの期間）。燃料カット制御の継続時間が長くなると（例えば減速状態が長期に亘って継続する場合等）、図５の時刻ｔ_Ｂ以降のように、吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率が十分に低下して限界ＥＧＲ率以下となる場合もある。

燃料カット制御中に通常制御への復帰条件が成立した場合、再びスロットル弁１４が開弁されるとともに内燃機関１に対して燃料供給が再開されるが、復帰条件成立時にはまず吸気系領域内に残留しているガスが燃焼室２内に吸入される。

従って、吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率以下まで低下している期間（図５の例では時刻ｔ_Ｂ以降）内の時点（例えば図５の時刻ｔ_２）において、燃料カット制御から通常制御への復帰条件が成立して通常の燃料噴射制御が開始された場合、適切な燃焼が行われると考えられる。

一方、吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率を超えている期間（時刻ｔ_Ａ〜ｔ_Ｂ）内の時点（例えば図５の時刻ｔ_１）において燃料カット制御から通常制御への復帰条件が成立して通常の燃料噴射制御が開始された場合、安定的に燃料が燃焼可能なＥＧＲ率に対して過剰にＥＧＲ率の高いガスが燃焼室２内に吸入されることになるため、失火等の燃焼不安定が生じる虞がある。

これに対し、燃料カット制御開始後の吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率以下の値を維持できるように、図４のようなマップとして予め定められる目標ＥＧＲ率を限界ＥＧＲ率に対して十分低い値に設定することによって、燃料カット制御から通常制御への復帰時における燃焼不安定を抑制する対策が考えられる。

図６は、そのような考え方で目標ＥＧＲ率を設定した場合の、燃料カット制御開始後の吸気系領域内ガスのＥＧＲ率と限界ＥＧＲ率との関係を示したものである。図６の実線Ｂ２のように、燃料カット制御開始後における吸気系領域内ガスのＥＧＲ率の低下速度が遅くても燃料カット制御中に吸気系領域内のガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率を超えないように、通常制御時における目標ＥＧＲ率Ｒ_ＴＲＧ２（＜Ｒ_ＴＲＧ１）を設定することができる。

しかしながら、目標ＥＧＲ率をこのような低い値に設定することは、図２における限界線よりもかなり低いＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率とすることを意味する。つまり、ＥＧＲの実施による燃費向上効果や排気性能向上効果を十分に得られなくなる可能性がある。

そこで、本実施例では、目標ＥＧＲ率として燃費向上効果や排気性能向上効果を十分に得ることが可能な限界ＥＧＲ率に近い値を設定する。そして、ナビ１７によってこれから
走行することが予測される道路の形状や勾配に関する情報を取得し、当該取得した情報に基づいて、近い将来において燃料カット条件が成立する可能性があるタイミングを予測する。

例えば、カーブの手前や下り坂においては一般に運転者は減速運転すると考えられるので、ナビ１７により、現在走行中の道路においてある距離だけ離れた位置にカーブ又は下り坂が存在するという情報が取得された場合、現在の位置から当該カーブや下り坂に到るまでに要する時間を、例えば現在の車速に基づいて算出する。これにより、減速運転が行われることが予測されるタイミング、すなわち燃料カット条件が成立すると予測されるタイミングを算出することができる。

そして、このようにして予測されたタイミングより一定時間前の時点で、ＥＧＲ弁の開度を、その時点におけるＥＧＲ弁開度よりも閉じ側の開度に設定する制御を行う。これにより、実際に燃料カット条件が成立するタイミングより前の段階で、吸気系領域内に存在するガスのＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率より低くすることができる。よって、実際に燃料カット条件が成立した時に、既に吸気系領域内のガスのＥＧＲ率が十分に低下した状態としておくことができる。

ここで、「ＥＧＲ率が十分に低下した状態」とは、燃料カット制御中に吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率を超えない程度にまで、吸気系領域内のＥＧＲ率が低下した状態を意味する。従って、燃料カット制御中に通常制御への復帰条件が成立した時に、即座に内燃機関１を通常制御に復帰させるべく燃料噴射を行っても、失火等の燃焼不安定が生じることを抑制できる。

更に、燃料カット条件が成立すると予測されたタイミングより前において吸気のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低くなるのは、当該タイミングより上記一定期間前の時点から、実際に燃料カット条件が成立する時点までの期間、すなわち当該一定期間の間に限られる。従って、ＥＧＲの実施による燃費向上効果や排気性能向上効果の低下を抑制することができる。

本実施例において、ナビ１７により取得された情報に基づいて燃料カット条件成立タイミングを算出し、当該タイミングより一定時間前の時点でＥＧＲ弁の開度を閉じ側の開度に変更する処理を行うＥＣＵ２０が、本発明における制御手段に相当する。この処理を以下「ＥＧＲガス低減処理」と称する。

図７は、上記の本実施例に係る制御が行われる時の限界ＥＧＲ率、吸気系領域内のガスのＥＧＲ率、ＥＧＲ弁開度の時間変化の一例を示したタイムチャートである。ナビ１７によって取得された情報及び現在の車速等の運転状態に関する情報に基づいて、現時点（時刻ｔ_Ｎ）から減速等の燃料カット条件が成立することが予測される位置に到達するまでに要する時間Δｔ_Ｐが算出され、燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０が算出される。

この予測結果に基づいて、燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０より一定時間Δｔ_Ｃ前の時点（時刻ｔ_Ｐ）において、ＥＧＲガス低減処理（本実施例では、ＥＧＲ弁開度を、当該時点ｔ_Ｐにおける目標開度Ｄ_ＴＲＧよりΔＤ_Ｃだけ閉じ側の開度Ｄ_Ｃ（＝Ｄ_ＴＲＧ−ΔＤ_Ｃ）に制御する処理）を開始すべきと判断される。

そして、時刻ｔ_Ｐにおいて、ＥＧＲ弁開度が開度Ｄ_Ｃに制御されることにより、吸気のＥＧＲ率が、その時点における目標ＥＧＲ率Ｒ_ＴＲＧより低いＥＧＲ率Ｒ_Ｃへと変化する。

これにより、時刻ｔ_０において燃料カット条件が成立して実際に燃料カット制御が開始される時点において、吸気系領域内のガスのＥＧＲ率が「十分に低いＥＧＲ率」に低下した状態となるようにすることができる。

よって、図７に示すように、燃料カット制御の実行中における吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率（実線Ｂ_３）が限界ＥＧＲ率（破線Ａ）を超えることが抑制される。従って、燃料カット制御から通常制御へ復帰すべき条件が成立した時に、即座に内燃機関１の制御を通常制御に復帰させても、失火等の燃焼不安定が生じることを抑制できる。

ここで、「一定時間」とは、燃料カット制御が開始されることが予測されるタイミングよりその時間前の時点でＥＧＲガス低減処理を行う（本実施例では、ＥＧＲ弁開度を閉じ側にする）ことにより、当該燃料カット制御の実行中に吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率より高くなることを抑制できるように定められる時間である。この「一定時間」として最適な時間は、ＥＧＲガス低減処理においてＥＧＲ弁開度を閉じ側にする時の開度変更量によって変わることが考えられる。

例えば、開度変更量（閉じ量）を少なくする場合、ＥＧＲガス低減処理が開始されてから吸気系領域内のＥＧＲ率が十分に低下するまでに要する時間が比較的長くなるため、「一定時間」を比較的長い時間に設定し、燃料カット条件成立が予測されるタイミングよりかなり前の時点からＥＧＲガス低減処理を開始する必要がある。すなわち、ＥＧＲガス低減処理の実施期間が長くなる。

但し、この場合、ＥＧＲガス低減処理の実施中においても、吸気のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低くなる程度が比較的小さいので、燃費向上効果や排気性能向上効果へ与える影響は少ないと考えられる。

一方、ＥＧＲガス低減処理におけるＥＧＲ弁の開度変更量（閉じ量）を多くする場合、ＥＧＲガス低減処理が開始されてから吸気系領域内のＥＧＲ率が十分に低下するまでに要する時間が比較的短くなるため、「一定時間」を比較的短い時間に設定し、燃料カット条件成立が予測されるタイミングに比較的近い時点からＥＧＲガス低減処理を開始すれば十分である。すなわち、ＥＧＲガス低減処理の実施期間を短くできる。

但し、この場合、ＥＧＲガス低減処理の実施中において、吸気のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりかなり低くなるため、燃費向上効果や排気性能向上効果がある程度低下することが考えられる。しかしながら、ＥＧＲによる効果が低下する場合があったとしてもその期間を短くすることができるので、その影響は上述の場合と同様十分小さいと考えられる。

本実施例では、実験やシミュレーションなどにより、燃費、排気性能、ドライバビリティ、燃焼安定化効果等について最適な「一定時間Δｔ_Ｃ」（燃料カット条件の成立が予測される時点に対するＥＧＲガス低減処理の開始時点の先行時間）及び「ＥＧＲ弁の閉じ量ΔＤ_Ｃ」（ＥＧＲガス低減処理開始時の目標ＥＧＲ弁開度に対する開度減少補正量）を定めて用いることとした。

図８は、上記説明した本実施例の制御を実行するためのルーチンを表すフローチャートである。このルーチンは、内燃機関１の稼働中所定期間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、ナビ１７によって取得される情報に基づいて、現在以降において燃料カット条件が成立することが予測される箇所があるか否かを判定する。ステップＳ１０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０１において否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行
を一旦終了する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲガス低減処理の開始時刻ｔ_Ｐを決定する。具体的には、ナビ１７によって取得される道路情報及び現在の車速等の運転状態に関する情報に基づいて、燃料カット条件が成立することが予測される時刻ｔ_０を算出し、当該時刻ｔ_０から一定時間Δｔ_Ｃ前の時刻ｔ_Ｐ＝ｔ_０−Δｔ_ＣをＥＧＲガス低減処理の開始時刻とする。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２において算出したＥＧＲガス低減処理開始時刻ｔ_Ｐになったか否かを判定する。ステップＳ１０３で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０４に進む。ＥＣＵ２０は肯定判定されるまでステップＳ１０３を繰り返す。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲガス低減処理を実行する。具体的には、ＥＧＲ弁開度を目標ＥＧＲ弁開度Ｄ_ＴＲＧから閉じ量ΔＤ_Ｃ閉じ側の開度Ｄ_Ｃに制御する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２において算出した燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０になったか否かを判定する。ステップＳ１０５で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０６に進む。ＥＣＵ２０は肯定判定されるまでステップＳ１０５を繰り返す。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、燃料カット条件が成立したか否かを判定する。ステップＳ１０６において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０６において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０は、燃料カット制御を開始する。具体的には、燃料噴射を停止し、スロットル弁１４及びＥＧＲ弁３２を閉弁する。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１においてなされた予測通りに車両が走行しなかったものを判断し、ＥＧＲガス低減処理を停止する。すなわち、ＥＧＲ弁開度を通常の目標ＥＧＲ弁開度に戻す。また、燃料噴射についても通常制御を行う。

なお、上記実施例において、ＥＧＲガス低減処理の開始時刻ｔ_ＰにおいてＥＧＲ弁開度を目標ＥＧＲ弁開度に対して一定値ΔＤ_Ｃだけ閉じ側の開度Ｄ_Ｃに変更する制御について説明したが、時刻ｔ_Ｐから時刻ｔ_０にかけてＥＧＲ弁開度を連続的に開度を変化させたり、２段階以上のステップを経て段階的に開度を変化させたりしても良い。また、当初燃料カット条件が成立すると予測された時刻ｔ_０になっても実際には燃料カット条件が成立していない場合において、燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０以後一定期間燃料カット条件の成立の有無を確認してから、ステップＳ１０８の通常のＥＧＲ弁開度制御への復帰を行うようにしても良い。この「一定期間」は、燃料カット条件成立時刻の予測に関して生じる誤差の程度を予め実験等によって調査して定めたり、時刻の算出誤差に影響する因子（ナビ１７から取得できる道路情報や運転状態等）に基づいてその都度算出したりして定めることができる。また、ＥＧＲガス低減処理（ステップＳ１０４）を実行した後、燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０になったか否かの判定（ステップＳ１０５）を行わずに、燃料カット条件成立の有無の判定（ステップＳ１０６）を行い、その判定結果に基づいて燃料カット制御（ステップＳ１０７）を行うようにしても良い。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例と実施例１との相違点は、ＥＧＲガス低減処理として、ＥＧＲ弁開度を閉じ側にする制御の代わりに、シフトダウンを行うようにした点である。この点以外は実施例１と同様であるので詳細な説明は省略する。

図９は、回転数と車速との関係をシフト毎に示した図である。車速が等しければ、シフトダウンすることによって内燃機関１の回転数が上昇する。例えば、図９の点Ａの運転状態（シフト５速、車速Ｖ、回転数Ｎ_Ａ）において、１段シフトダウンすることにより、図９の点Ｂの運転状態（シフト４速、車速Ｖ、回転数Ｎ_Ｂ）に移行する。これにより、回転数はΔＮ（＝Ｎ_Ｂ−Ｎ_Ａ）上昇する。回転数が上昇することによって、吸気系領域内のガスがより早期且つより多く燃焼室２内に吸入されるので、吸気系領域内のガスを早期に掃気することが可能になる。

そこで、本実施例では、ナビ１７の情報によって将来の燃料カット条件が成立するタイミングを予測し、当該予測されたタイミングより一定時間前の時点で、ＥＧＲガス低減処理としてシフトダウンする制御を行うこととした。

これにより、実際に燃料カット条件が成立するタイミングより前の段階で、吸気系領域内に存在するガスを効率的に掃気することができるので、実際に燃料カット条件が成立する時点において吸気系領域内に存在するＥＧＲガスの量が十分に減少した状態としておくことができる。

「ＥＧＲガス量が十分に減少した状態」とは、燃料カット制御中に吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率を超えない程度にまで、吸気系領域内のＥＧＲガス量が減少している状態を意味する。従って、燃料カット制御中に通常制御への復帰条件が成立した時に、即座に内燃機関１を通常制御に復帰させるべく燃料噴射を行っても、失火等の燃焼不安定が生じることを抑制できる。

更に、吸気のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低くなるのは、燃料カット条件が成立すると予測されたタイミングより上記一定期間前の時点から、実際に燃料カット条件が成立する時点までの期間、すなわち当該一定期間の間に限られる。従って、ＥＧＲの実施による燃費向上効果や排気性能向上効果の低下を抑制することができる。

図１０は、上記の本実施例に係る制御が行われる時の限界ＥＧＲ率、吸気系領域内のガスのＥＧＲ率、ＥＧＲ弁開度、シフト位置、内燃機関１の回転数の時間変化の一例を示したタイムチャートである。ナビ１７によって取得された情報及び車速等の運転状態に関する情報に基づいて、現時点（時刻ｔ_Ｎ）から時間Δｔ_Ｐ将来の時点（時刻ｔ_０）において、減速等の燃料カット条件が成立することが予測される。

この予測結果に基づいて、燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０より一定時間Δｔ_Ｃ前の時点（時刻ｔ_Ｐ）において、ＥＧＲガス低減処理（本実施例では、当該時点ｔ_ＰにおけるシフトＳ_ｎからＳ_ｎ−１に１段シフトダウンする処理）を開始すべきと判断される。そして、時刻ｔ_Ｐにおいて、Ｓ_ｎ−１にシフトダウンされることにより、内燃機関１の回転数の回転数がその時点における回転数ＮＴＲＧより高い回転数Ｎ_Ｃに変化する。

これにより、吸気系領域内のガスの掃気が促進されるので、吸気系領域内のガスのＥＧＲ率が、その時点における目標ＥＧＲ率Ｒ_ＴＲＧより低いＥＧＲ率に低下し始める。これにより、時刻ｔ_０において燃料カット条件が成立して実際に燃料カット制御が開始される時点において、吸気系領域内のガスのＥＧＲガス量が「十分に減少した」状態となるよう
にすることができる。

よって、図１０に示すように、燃料カット制御の実行中における吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率（実線Ｂ_４）が限界ＥＧＲ率（破線Ａ）を超えることが抑制される。従って、燃料カット制御から通常制御へ復帰すべき条件が成立した時に、即座に内燃機関１の制御を通常制御に復帰させても、失火等の燃焼不安定が生じることを抑制できる。

本実施例における「一定時間」は、燃料カット制御が開始されることが予測されるタイミングよりその時間前の時点でＥＧＲガス低減処理を行う（本実施例では、シフトダウンを行う）ことにより、当該燃料カット制御の実行中に吸気系領域内の残留ガスのＥＧＲ率が限界ＥＧＲ率より高くなることを抑制できるように定められる時間である。この「一定時間」として最適な時間は、ＥＧＲガス低減処理においてシフトダウンを行う時の車速、シフト位置、回転数によって変わることが考えられる。

例えば、シフトダウンを行う時の車速が早いほど、シフトダウンによる回転数の上昇幅も大きくなることが考えられるので、より早期に掃気を行うことができる。従って、「一定時間」を短い時間に設定することができる。本実施例では、実験やシミュレーションなどにより、燃費、排気性能、ドライバビリティ、燃焼安定化効果等について最適な「一定時間Δｔ_Ｃ」（燃料カット条件の成立が予測される時点に対するＥＧＲガス低減処理の開始時点の先行時間）を定めて用いることとした。なお、シフトダウンにより減速感が発生する場合があるため、シフトダウンは１段とすることが好ましいが、吸気系領域内のガスの掃気を促進するという本実施例の効果を奏するための制御としてはそれに限られるわけではない。

図１１は、上記説明した本実施例の制御を実行するためのルーチンを表すフローチャートである。このルーチンは、内燃機関１の稼働中所定期間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ２０１において、ＥＣＵ２０は、ナビ１７によって取得される情報に基づいて、現在以降において燃料カット条件が成立することが予測される箇所があるか否かを判定する。ステップＳ２０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０１において否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲガス低減処理の開始時刻ｔ_Ｐを決定する。具体的には、ナビ１７によって取得される道路情報及び現在の車速等の運転状態に関する情報に基づいて、燃料カット条件が成立することが予測される時刻ｔ_０を算出し、当該時刻ｔ_０から一定時間Δｔ_Ｃ前の時刻ｔ_Ｐ＝ｔ_０−Δｔ_ＣをＥＧＲガス低減処理の開始時刻とする。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０２において算出したＥＧＲガス低減処理開始時刻ｔ_Ｐになったか否かを判定する。ステップＳ２０３で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０４に進む。ＥＣＵ２０は肯定判定されるまでステップＳ２０３を繰り返す。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲガス低減処理を実行する。具体的には１段シフトダウンする。

ステップＳ２０５において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０２において算出した燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０になったか否かを判定する。ステップＳ２０５で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０６に進む。ＥＣＵ２０は肯定判定されるまでステッ
プＳ２０５を繰り返す。

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ２０は、燃料カット条件が成立したか否かを判定する。ステップＳ２０６において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０６において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０７において、ＥＣＵ２０は、燃料カット制御を開始する。具体的には、燃料噴射を停止し、スロットル弁１４及びＥＧＲ弁３２を閉弁する。

ステップＳ２０８において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０１においてなされた予測通りに車両が走行しなかったものを判断し、ＥＧＲガス低減処理を停止する。すなわち、シフトを通常の位置に戻す。また、燃料噴射についても通常制御を行う。

なお、上記実施例において、当初燃料カット条件が成立すると予測された時刻ｔ_０になっても実際には燃料カット条件が成立していない場合において、燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０以後一定期間燃料カット条件の成立の有無を確認してからステップＳ２０８の通常のシフト位置に戻す処理を行うようにしても良い。この「一定期間」は、実施例１で説明したものと同様に定めることができる。また、燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０になったか否かの判定を行わずに、ＥＧＲガス低減処理（ステップＳ２０４）を実行した後、燃料カット条件成立予測時刻ｔ_０になったか否かの判定（ステップＳ２０５）を行わずに、燃料カット条件成立の有無の判定（ステップＳ２０６）を行い、その判定結果に基づいて燃料カット制御（ステップＳ２０７）を行うようにしても良い。

なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例はＥＧＲガス低減処理の開始タイミングや燃料カット条件成立タイミングの予測を時刻で説明しているが、サイクル数やクランク角度等の、時刻と相互変換可能なパラメータに置き換えることができる。また、実施例１のＥＧＲガス低減処理（ＥＧＲ弁開度を閉じ側にする）と、実施例２のＥＧＲガス低減処理（シフトダウンする）とを組み合わせて行うこともできる。そうすることでより確実に吸気系領域内の残留ＥＧＲガス量を低減することができる。

実施例における内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。 ＥＧＲ率と燃費との関係及びＥＧＲ率とトルク変動との関係を示す図である。 内燃機関の運転状態毎のＥＧＲ率とトルク変動との関係の相違を説明するための図である。 内燃機関の運転条件と目標ＥＧＲ率との関係を示す図である。 従来のシステムにおいてＥＧＲガスが導入される運転状態から燃料カット制御が行われた場合の限界ＥＧＲ率、吸気系領域内のガスのＥＧＲ率、ＥＧＲ弁開度及びスロットル弁開度の時間変化の一例を示す図である。 燃料カット制御から通常の燃料噴射制御に復帰する時に起こり得る燃焼不安定を抑制するために従来とられた解決方法を説明するための図である。 実施例１の制御を行った場合において、ＥＧＲガスが導入される運転状態から燃料カット制御が行われた場合の限界ＥＧＲ率、吸気系領域内のガスのＥＧＲ率及びＥＧＲ弁開度の時間変化の一例を示す図である。 実施例１の制御を行うためのルーチンを示すフローチャートである。 内燃機関の回転数と車速との関係をシフト位置毎に示す図である。 実施例２の制御を行った場合において、ＥＧＲガスが導入される運転状態から燃料カット制御が行われた場合の限界ＥＧＲ率、吸気系領域内のガスのＥＧＲ率、ＥＧＲ弁開度、シフト位置及び内燃機関の回転数の時間変化の一例を示す図である。 実施例２の制御を行うための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 燃焼室
３ ピストン
４ コンロッド
５ 吸気通路
６ 排気通路
７ 排気浄化装置
８ 排気ポート
９ 排気バルブ
１０ 燃料噴射弁
１１ 吸気ポート
１２ 吸気バルブ
１３ エアフローメータ
１４ スロットル弁
１５ 点火プラグ
１６ サージタンク
１７ カーナビゲーションシステム
１８ 気筒
２０ ＥＣＵ
２１ クランクポジションセンサ
２２ アクセルポジションセンサ
２３ 空燃比センサ
３０ ＥＧＲ通路
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲ弁

Claims (5)

1. 内燃機関からの排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に流入させるＥＧＲ装置と、
   所定の燃料カット条件が成り立つ時に前記内燃機関における燃料噴射を停止する燃料カット制御を行う燃料カット制御手段と、
   車両が走行する道路状況を取得する道路状況取得手段と、
   前記道路状況取得手段によって取得した道路状況に基づいて、現在以降において前記燃料カット条件が成り立つタイミングを予測する予測手段と、
   前記予測手段により予測された前記燃料カット条件が成り立つタイミングより所定時間前の時点で、前記内燃機関の吸気系内に存在するＥＧＲガス量を減少させる処理を行う制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
2. 請求項１において、
   前記ＥＧＲ装置により前記内燃機関の吸気系に流入するＥＧＲガスの量を調節する調節手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記予測手段により予測された前記燃料カット条件が成り立つタイミングより所定時間前の時点で、前記内燃機関の吸気系に流入するＥＧＲガスの量が当該時点において吸気系に流入しているＥＧＲガスの量より少なくなるように前記調節手段を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
3. 請求項２において、
   前記ＥＧＲ装置は、前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を有し、
   前記調節手段は、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁を有し、
   前記制御手段は、前記予測手段により予測された前記燃料カット条件が成り立つタイミングより所定時間前の時点で、前記ＥＧＲ弁の開度が当該時点における前記ＥＧＲ弁の開度より閉じ側の開度となるように前記ＥＧＲ弁を制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項において、
   前記内燃機関の回転数を上昇させる回転数上昇手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記予測手段により予測された前記燃料カット条件が成り立つタイミングより所定時間前の時点で、前記回転数上昇手段により、前記内燃機関の回転数を当該時点における回転数より上昇させることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
5. 請求項４において、
   前記回転数上昇手段は、前記内燃機関が搭載された車両のシフトをダウンさせることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。

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