JP5986557B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出量を変更可能な機械式の過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関において、機械式の過給機と、クランク軸と、電動モータとを遊星歯車機構を介して互いに接続したものがある（例えば、特許文献１）。この内燃機関では、遊星歯車機構の太陽歯車に過給機の回転軸を接続し、遊星キャリアにベルト・プーリ等の動力伝達機構を介してクランク軸を接続し、内歯車に電動モータの回転軸を接続している。これにより、過給機は、クランク軸及び電動モータの少なくとも一方から駆動力を受けて回転する。この内燃機関では、電動モータの回転数を変化させることによって、過給機の回転数を変化させることができる。そのため、アクセル開度やシフト位置等に基づく運転状態（要求負荷）に対応して、高負荷時には過給機の吐出量を増大させて出力を増大させると共に、低負荷時には過給機の吐出量を低減して、不必要な出力を削減することができる。

特許第３３１５５４９号公報

内燃機関では、燃焼室内の排気の排出効率を向上させ、すなわち体積効率を向上させ、熱効率を向上させたいという要求がある。また、残留排気を減少させることで、筒内温度を低下させ、ノッキング等の異常燃焼を抑制しながら、最適点火時期とすることで熱効率を向上させることができる。過給機を有する内燃機関では、吸気バルブ及び排気バルブの開弁期間が互いに重なるバルブオーバーラップを設定することによって、過給機に加圧された吸気で燃焼室内の排気を押し出す、いわゆる掃気が可能になる。しかしながら、過給機による過給圧が高いと、吸気が燃焼室に留まらずに通過し、排気通路へと吹き抜ける、いわゆる吹き抜けが生じ、内燃機関の熱効率が低下する。従来、過給機の吐出量及び出口圧は、要求トルク等によって決定されるため、吸気の吹き抜けを抑制し、適切に掃気を行うことが困難であった。

本発明は、以上の背景を鑑み、吐出量を変更可能な機械式の過給機を備えた内燃機関の制御装置において、掃気を可能にすることを課題とする。

上記課題を解決するために、吐出量を変更可能な機械式の過給機（１３）を備えた内燃機関（１）の制御装置（２）であって、前記内燃機関の吸気通路（６）における前記過給機よりも下流側に設けられ、前記吸気通路内の圧力を検出する吸気圧センサ（８５）と、前記内燃機関の排気通路（７）における触媒コンバータ（２３）よりも上流側に設けられ、前記排気通路内の圧力を検出する排気圧センサ（８６）とを有し、前記内燃機関の吸気バルブ（６１）及び排気バルブ（６２）の開弁期間は、両方が共に開いた期間であるバルブオーバーラップが設定され、前記吸気圧センサによって取得される吸気圧が、前記排気圧センサによって取得される排気圧より高く、かつ前記排気圧との差が所定の範囲内となるように、前記過給機の吐出量を制御する差圧制御モードを有することを特徴とする。

この構成によれば、差圧制御モードでは、吸気圧センサと排気圧センサとの差圧に基づいて過給機の吐出量が制御されるため、吸気バルブ及び排気バルブの両方が共に開くバルブオーバーラップの期間において、吹き抜けを抑制しながら適切に掃気を行うことができ、体積効率を高めて内燃機関の熱効率を向上させることができる。

また、上記の発明において、前記過給機は、前記内燃機関の要求負荷が低負荷の場合に停止するように制御され、前記要求負荷が中負荷の場合に前記差圧制御モードで制御され、前記要求負荷が高負荷の場合に前記要求負荷に応じて吐出量を増加するように制御されるとよい。

この構成によれば、要求負荷に応じて差圧制御モードが選択されるため、要求負荷が高い場合には差圧制御モードは選択されず、過給機は吐出量を増加させて、要求負荷に対応することができる。

また、上記の発明において、前記排気通路と前記吸気通路とを接続するＥＧＲ通路（２７）に設けられたＥＧＲ弁（２９）を有し、前記差圧制御モードにおいて、前記ＥＧＲ弁を制御して新気量に対するＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率を変化させることによって、前記内燃機関の出力を変化させるとよい。

この構成によれば、差圧制御モードの実行時に、要求負荷に応じて内燃機関の出力を変化させることができる。差圧制御モードの実行時には、過給機の吐出量が吸気圧及び排気圧に基づいて設定されるため、過給機の吐出量、すなわち燃焼室への空気の供給量を要求負荷に応じて変化させることが難しい。そこで、ＥＧＲ率を変化させ、熱効率を変化させることによって内燃機関の出力を要求負荷に応じて変化させることができる。

また、上記の発明において、前記吸気バルブの開閉タイミングを変化させることによって、実効圧縮比を変化させる実効圧縮比可変機構（６５、６６）を有し、前記差圧制御モードにおいて、前記実効圧縮比可変機構を制御して前記実効圧縮比を変化させることによって、前記内燃機関の出力を変化させるとよい。

この構成によれば、差圧制御モードの実行時に、要求負荷に応じて内燃機関の出力を変化させることができる。実効圧縮比を変化させ、熱効率を変化させることによって内燃機関の出力を要求負荷に応じて変化させることができる。

また、上記の発明において、前記吸気通路における前記過給機よりも下流側部分と、前記排気通路における前記触媒コンバータよりも上流側部分とを接続する冷却用通路（９１）と、前記冷却用通路に設けられた開閉弁（９２）とを有し、前記差圧制御モードにおいて、前記開閉弁を開き、吸気の一部を前記内燃機関の燃焼室を介さずに前記排気通路に供給するとよい。

この構成によれば、差圧制御モードにおいて、燃焼室を介さずに吸気通路を流れる空気を直接に排気通路に供給することができる。排気通路を流れる排気に吸気通路からの空気が導入されることによって、排気通路を流れる空気の温度が低下し、触媒コンバータが冷却される。開閉弁の開度を調整することによって、吸気通路から排気通路に導入される空気量を調整することができ、排気温度及び触媒コンバータの温度を調整することができる。

以上の構成によれば、吐出量を変更可能な機械式の過給機を備えた内燃機関の制御装置において、掃気が可能になる。

第１実施形態に係る内燃機関の構成図 機関本体を示す模式図 第１実施形態に係るＥＣＵによる制御手順を示すフロー図 第１実施形態に係るＥＣＵによる過給機の吐出量（ＳＣ吐出量）の制御手順を示すフロー図 エンジン回転数、アクセル開度、及び要求トルクの関係を規定するマップ エンジン回転数、要求トルク、及び運転領域の関係を規定するマップ （Ａ）要求トルクと目標新気量との関係を規定するマップ、（Ｂ）要求トルクと目標ＥＧＲ率との関係を規定するマップ（Ｃ）要求トルクと目標実効圧縮比との関係を規定するマップ、（Ｄ）要求トルクと目標ＳＣ吐出量との関係を規定するマップ 要求トルクと第２ＥＧＲ弁の開度との関係を規定するマップ 目標新気量、第１吸気圧、エンジン回転数、及び目標スロットル開度の関係を規定するマップ （Ａ）領域Ａにおいて、目標ＥＧＲ率、第２吸気圧、及び第１ＥＧＲ弁開度の関係を規定するマップ、（Ａ）領域Ｂにおいて、目標ＥＧＲ率、第１吸気圧、及び第１ＥＧＲ弁開度の関係を規定するマップ 目標ＳＣ回転数、目標ＳＣ出口圧、及びＳＣ体積効率推定値関係を規定するマップ 第２実施形態に係る内燃機関の構成図

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を自動車の内燃機関に適用した第１実施形態について説明する。第１実施形態に係る内燃機関は、走行用の動力源として車両に搭載された内燃機関１と、内燃機関１の運転制御を行うＥＣＵ２（電子制御装置）とを備えている。内燃機関１は、４ストロークの内燃機関である。

内燃機関１は、機関本体３に複数の気筒４と気筒４に対応して形成された燃焼室５とを有し、燃焼室５に空気を供給する吸気通路６と、燃焼室５から排気ガスを排出する排気通路７とを有している。吸気通路６には、上流側から吸気入口１１、エアクリーナ（不図示）、スロットル弁１２、過給機１３、インタークーラー１４、吸気マニホールド１５、吸気ポート１６が記載の順序で直列に設けられている。排気通路７には、上流側から排気ポート２１、排気マニホールド２２、触媒コンバータ２３、消音器（不図示）、排気出口２４が記載の順序で直列に設けられている。

内燃機関１の吸気通路６及び排気通路７の間には、ＥＧＲ装置２６が設けられている。ＥＧＲ装置２６は、排ガスの一部を吸気側に還流させ、その還流させた排ガスを各気筒４の燃焼室５に空気と共に供給する装置である。ＥＧＲ装置２６は、排気通路７と、吸気通路６における過給機１３よりも上流側部分とを接続する第１ＥＧＲ通路２７を有している。詳細には、第１ＥＧＲ通路２７は、排気通路７における触媒コンバータ２３よりも下流側部分と、吸気通路６におけるスロットル弁１２と過給機１３との間の部分とに接続されている。

第１ＥＧＲ通路２７には、排気通路７側から順に、通路を通過するガスを冷却する排気ガス冷却手段としてのＥＧＲクーラー２８と、通路を開閉する第１ＥＧＲ弁２９とが設けられている。第１ＥＧＲ弁２９の開度を制御することで、ＥＧＲ率（燃焼室５に供給する新気量に対するＥＧＲガス（排ガス）量の割合）を制御することが可能となっている。

また、ＥＧＲ装置２６は、第１ＥＧＲ通路２７における第１ＥＧＲ弁２９よりも吸気通路６側の部分と、吸気通路６における過給機１３よりも下流側部分とを接続する第２ＥＧＲ通路３１を有している。詳細には、第２ＥＧＲ通路３１は、吸気通路６における過給機１３とインタークーラー１４との間の部分に接続されている。第２ＥＧＲ通路３１には、通路を開閉する第２ＥＧＲ弁３２が設けられている。

第１ＥＧＲ通路２７と第２ＥＧＲ通路３１とは、吸気通路６において、過給機１３とインタークーラー１４とを迂回するバイパス通路としても機能する。第２ＥＧＲ弁３２は、バイパス通路を開閉するバイパス弁として機能する。

第１ＥＧＲ弁２９が閉じられた状態では、排気通路７から吸気通路６へＥＧＲガス（排気）は還流されない。第１ＥＧＲ弁２９が開かれ、かつ第２ＥＧＲ弁３２が閉じられた状態では、ＥＧＲガスは第１ＥＧＲ通路２７を通り、スロットル弁１２と過給機１３との間の部分から吸気通路６に供給される。第１ＥＧＲ弁２９及び第２ＥＧＲ弁３２が開かれた状態では排気は、排気は第１ＥＧＲ通路２７及び第２ＥＧＲ通路３１を通り、スロットル弁１２と過給機１３との間の部分、及びインタークーラー１４と吸気マニホールド１５との間の部分から吸気通路６に供給される。吸気通路６における過給機１３の上流側及び下流側へのＥＧＲガスの分配比は、第２ＥＧＲ弁３２の開度及び、吸気通路６における過給機１３の上流側及び下流側の圧力差等によって決まる。

スロットル弁１２は、電動式のスロットル弁１２であり、その開度が図示しない電動モータによって制御される。

過給機１３は、機械式過給機（スーパーチャージャー）１３である。過給機１３は、ルーツ式やリショルム式、スクロール式等の公知の機械式過給機であってよい。過給機１３の回転軸１３Ａは、遊星歯車機構３５を介して電動モータ３６及び機関本体３の駆動軸であるクランク軸３７に接続される。

過給機１３の回転軸１３Ａは、第１クラッチ４１を介して過給機１３のケーシング４２に連結されている。ケーシング４２は、車体に対して変位不能に固定されている。第１クラッチ４１は、ＥＣＵ２によって制御され、接続状態で過給機１３の回転軸１３Ａとケーシング４２とを連結して過給機１３の回転軸１３Ａの回転を規制し、切断状態で過給機１３の回転軸１３Ａとケーシング４２とを切断して過給機１３の回転軸１３Ａの回転を許容する。第１クラッチ４１は、通常時において接続を維持する常閉型であることが好ましい。例えば、第１クラッチ４１は、電力によって駆動されるクラッチであり、電力の供給を受けたときに接続を遮断するとよい。

遊星歯車機構３５は、外歯を有する太陽歯車４４と、太陽歯車４４と同軸に配置される内歯車４５と、太陽歯車４４及び内歯車４５の双方に噛み合う複数の遊星歯車４６と、各遊星歯車４６を回転可能に支持すると共に、太陽歯車４４と同軸に配置された遊星キャリア４７とを有する。太陽歯車４４は、過給機１３の回転軸１３Ａに連結され、一体に回転する。内歯車４５の外周部には外歯４５Ａが形成されており、この外歯４５Ａは電動モータ３６の回転軸３６Ａに設けられたギヤ３６Ｂと噛み合う。これにより、電動モータ３６と内歯車４５とは同期して回転する。遊星キャリア４７は、動力伝達機構５０を介してクランク軸３７に接続される。

遊星歯車機構３５の変速比を遊星歯車機構変速比ρ_１とすると、遊星歯車機構変速比ρ_１は、Zr/Zsで表される。ここで、Zrは内歯車４５の歯数であり、Zsは太陽歯車４４の歯数である。

動力伝達機構５０は、第１プーリ５１と、第２プーリ５２と、第１プーリ５１及び第２プーリ５２に掛け渡されたベルト５３と、第１プーリ５１とクランク軸３７との間に設けられた第２クラッチ５４とを有している。第２プーリ５２は、遊星キャリア４７に同軸に結合され、一体となって回転する。第２クラッチ５４は、接続及び切断がＥＣＵ２によって制御される。

動力伝達機構５０の変速比である動力伝達機構変速比ρ_２は、第１プーリ５１の直径を第２プーリ５２の直径で除した値である。第２クラッチ５４が接続された状態では、第２プーリ５２はクランク軸３７の回転数に動力伝達機構変速比ρ_２を掛けた値の回転数で回転する。

内歯車４５を固定した状態では、エンジン回転数（クランク軸３７の回転数）をN_Eとすると、過給機１３の回転軸１３Ａの回転数N_SCは、N_SC=(1+ρ₁)×ρ₂×N_Eで表される。

過給機１３は、過給機１３の回転軸１３Ａが回転しない停止モードと、過給機１３の回転軸１３Ａが回転する第１〜第３駆動モードを取り得る。停止モードでは、第１クラッチ４１が接続（ＯＮ）され、過給機１３の回転軸１３Ａ及び太陽歯車４４の回転が禁止される。停止モードでは、クランク軸３７と電動モータ３６とが所定の変速比をもって同期して回転する。これにより、電動モータ３６がクランク軸３７の駆動力を受けて発電することができる。また、電動モータ３６の駆動力がクランク軸３７に伝達され、クランク軸３７の駆動をアシストすることができる。例えば、内燃機関１の始動時に、電動モータ３６の駆動力をクランク軸３７に伝達し、クランキングを行うことができる。

各駆動モードでは、第１クラッチ４１が切断（ＯＦＦ）され、過給機１３の回転軸１３Ａ及び太陽歯車４４の回転が許容される。第１駆動モードでは、内歯車４５が固定され、過給機１３の回転軸１３Ａは、クランク軸３７に対して所定の変速比で回転する。第２駆動モードでは、電動モータ３６及びクランク軸３７の駆動力が遊星歯車機構３５を介して過給機１３に伝達される。この状態では、電動モータ３６の回転数を制御することによって、過給機１３の回転数を増減することができ、過給機１３の回転数をクランク軸３７の回転数に対して変化させることができる。第３駆動モードでは、遊星キャリア４７が固定され、過給機１３の回転軸１３Ａは、電動モータ３６に対して所定の変速比で回転する。

過給機１３は、回転軸１３Ａの回転数が変化することによって、吐出する空気量（以下、ＳＣ吐出量という）が変化する。

機関本体３には、吸気ポート１６を開閉するための吸気バルブ６１と、排気ポート２１を開閉するための排気バルブ６２と、吸気バルブ６１を開閉駆動する吸気バルブ駆動機構６３と、排気バルブ６２を開閉駆動する排気バルブ駆動機構６４とが設けられている。

吸気バルブ駆動機構６３は、各気筒４の燃焼室５の実効圧縮比を可変的に制御し、アトキンソンサイクル（ミラーサイクル）での内燃機関１の運転を実現するために、吸気バルブ６１の開弁期間の位相角を変化させるための公知のバルブ位相可変機構６５（ＶＴＣ）と、吸気バルブ６１の吸気バルブ６１のリフト量（最大開度）と開弁期間の角度幅とを変化させるための公知のバルブリフト可変機構６６（ＶＴＥＣ）とを有する構成とされている。吸気バルブ６１の開弁期間の角度幅は、吸気バルブ６１の開弁開始から開弁終了までの開弁期間を、内燃機関１の出力軸であるクランク軸３７の回転角度で表したものである。

図２に示すように、吸気バルブ駆動機構６３のバルブリフト可変機構６６は、気筒４毎に、２つの吸気カム６９Ａ、６９Ｂを備えている。各吸気カム６９Ａ、６９Ｂは、吸気側カムシャフト７０と一体に回転するように吸気側カムシャフト７０に結合されている。吸気カム６９Ａ、６９Ｂのプロフィールは、吸気バルブ６１のリフト量（最大開度）と開弁期間の角度幅とが互いに異なるように設定されている。吸気カム６９Ａ、６９Ｂのプロフィールは、リフト量及び開弁期間の角度幅が互いに異なる。

大リフト吸気カム６９Ａによる吸気バルブ６１の開弁期間の角度幅は、小リフト吸気カム６９Ｂよる吸気バルブ６１の開弁期間の角度幅よりも広く、１８０°に近い角度幅に設定されている。小リフト吸気カム６９Ｂによる吸気バルブ６１の開弁期間の角度幅は、１８０°よりも小さく、例えば、１００°程度に設定されている。小リフト吸気カム６９Ｂは、内燃機関１の低負荷運転用の吸気カムとして用いられ、大リフト吸気カム６９Ａは、内燃機関１の高負荷運転用の吸気カムとして用いられる。

吸気バルブ駆動機構６３のバルブリフト可変機構６６は、油圧を利用してロッカアーム７１を介して吸気バルブ６１を開閉駆動する吸気カムを、小リフト吸気カム６９Ｂと大リフト吸気カム６９Ａとの間で選択する。このようなバルブリフト可変機構６６の詳細は、公知であり、例えば特開２００５−１８０３０６号公報等を参照されたい。

吸気バルブ駆動機構６３のバルブ位相可変機構６５は、吸気側カムシャフト７０とクランク軸３７との間に設けられ、クランク軸３７に対する吸気側カムシャフト７０の位相を変化させる。より詳細には、バルブ位相可変機構６５は、吸気側カムシャフト７０の端部に設けられ、タイミングチェーン（不図示）によって、クランク軸３７に設けられたクランクスプロケット（不図示）と連結されている。バルブ位相可変機構６５は、吸気側カムシャフト７０の端部に設けられた第１部材（不図示）と、第１部材に対して回転可能に支持され、第１部材との間に油室を形成する第２部材（不図示）とを有する。第２部材の外周部には、スプロケット（不図示）が形成されている。第２部材のスプロケットは、クランク軸３７に設けられたクランクスプロケットとタイミングチェーンによって連結されている。

バルブ位相可変機構６５は、油室に作動油が供給されることによって、第１部材及び第２部材の相対角度が変化し、クランク軸３７に対する吸気側カムシャフト７０の位相を変化させる。バルブ位相可変機構６５によって、小リフト吸気カム６９Ｂ及び大リフト吸気カム６９Ａのそれぞれは、開弁期間の位相角を所定の範囲で連続的に変化させる。

このようなバルブ位相可変機構６５の詳細は、公知であり、例えば、上記した特開２００５−１８０３０６号公報を参照されたい。バルブ位相可変機構６５は、クランク軸３７の位相角に対する小リフト吸気カム６９Ｂ及び大リフト吸気カム６９Ａの位相角を所定の範囲で連続的に変化させることができる機構であれば他の構成のものを採用してもよい。

上記のように吸気バルブ駆動機構６３がバルブ位相可変機構６５とバルブリフト可変機構６６とを備えることで、各気筒４の燃焼室５の実効圧縮比を可変的に設定することが可能となっている。すなわち、バルブ位相可変機構６５とバルブリフト可変機構６６は、実効圧縮比可変機構を構成する。

小リフト吸気カム６９Ｂによる吸気バルブ６１の開閉駆動時には、吸気バルブ６１の閉弁開始の位相角が、下死点の位相角よりも進角側の位相角になるように開弁期間の位相角を設定することによって、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル（ミラーサイクル）での内燃機関１の運転が実現される。

大リフト吸気カム６９Ａによる吸気バルブ６１の開閉駆動時には、吸気バルブ６１の閉弁開始の位相角が、下死点の位相角よりも遅角側の位相角になるように開弁期間の位相角を設定することによって、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル（ミラーサイクル）での内燃機関１の運転が実現される。吸気バルブ６１の開弁開始及び開弁終了が、それぞれ上死点、下死点とほぼ同じ位相角で行われる場合には、実効圧縮比が膨張比とほぼ同一となるオットーサイクルでの内燃機関１の運転が実現されることとなる。

さらに、吸気バルブ６１を開閉駆動する吸気カム６９Ａ、６９Ｂを、小リフト吸気カム６９Ｂ及び大リフト吸気カム６９Ａの一方から他方に切り替えることによって、実効圧縮比を増加又は減少させることもできる。この場合、小リフト吸気カム６９Ｂを使用する場合よりも大リフト吸気カム６９Ａを使用する場合の方が、実効圧縮比をより高めることができる。

排気バルブ６２は、機関本体３に設けられた排気バルブ駆動機構６４によって駆動される。排気バルブ駆動機構６４は、内燃機関１のクランク軸３７に連動して回転する（クランク軸３７の２回転毎に１回転する）排気側カムシャフト７２に、各排気バルブ６２に対応して排気側カムシャフト７２に設けられた排気カム７３を有している。なお、排気カム７３のプロフィールは、例えば大リフト吸気カム６９Ａのプロフィール（図３の実線ｃのパターン）と同様のパターンに設定され、排気バルブ６２の開弁期間の角度幅が、各気筒４のピストンの下死点の位相角と上死点の位相角との間の角度差（１８０deg）よりも若干大きい角度幅に設定される。

また、機関本体３には、各燃焼室５に燃料を噴射する燃料噴射装置７４が設けられている。なお、他の実施形態では、燃料噴射装置７４は吸気ポート１６等の吸気通路６に燃料を噴射するようにしてもよい。また、機関本体３の各気筒４の燃焼室５には、圧縮される混合気に点火する点火プラグ７５が設けられている。

以上が本実施形態の内燃機関１（機関本体３及びこれに付帯する補機等）の機構的な構成である。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含む電子回路ユニットであり、スロットル弁１２、吸気バルブ駆動機構６３のバルブ位相可変機構６５及びバルブリフト可変機構６６（実効圧縮比可変機構）、ＥＧＲ装置２６の第１ＥＧＲ弁２９及び第２ＥＧＲ弁３２、過給機１３の第１クラッチ４１、動力伝達機構５０の第２クラッチ５４、電動モータ３６、燃料噴射装置７４及び点火プラグ７５の動作を制御する。

ＥＣＵ２には、各種のセンサの検出信号が入力される。本実施形態のシステムでは、以下に示すような、クランク角センサ８１、アクセルセンサ（不図示）、空気流量センサ８３、第１吸気圧センサ８４、第２吸気圧センサ８５、排気圧センサ８６等が設けられており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ２に入力される。

クランク角センサ８１は、機関本体３にクランク軸３７に隣接して設けられ、クランク軸３７の回転数（回転速度）を検出するための信号（詳しくは、クランク軸３７の所定の回転角度毎に発生するパルス信号）を出力する。アクセルセンサは、図示しないアクセルペダルに設けられ、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量（操作量）をアクセル操作量として検出する。

空気流量センサ８３は、吸気通路６のスロットル弁１２よりも上流側に設けられ、吸気通路６を流れる空気の流量を検出する。第１吸気圧センサ８４は、吸気通路６におけるスロットル弁１２と過給機１３との間の部分に設けられ、この部分を通過するガスの圧力を検出する。第２吸気圧センサ８５は、吸気通路６におけるインタークーラー１４（過給機１３）と吸気マニホールド１５との間の部分に設けられ、この部分を通過するガスの圧力を検出する。排気圧センサ８６は、排気通路７における排気マニホールド２２と触媒コンバータ２３との間の部分に設けられ、この部分を通過するガスの圧力を検出する。

次に、本実施形態の内燃機関１の作動を説明する。ＥＣＵ２は、図３のフローチャートに示す制御処理と、図４のフローチャートに示す制御処理とを実行することで、内燃機関１の運転制御を行う。

図３に示す制御処理は、内燃機関１の各気筒４の燃焼室５に供給されるＥＧＲガス（排気）及び新気を含むガスを制御するために、吸気バルブ駆動機構６３の動作状態と、ＥＧＲ装置２６の第１ＥＧＲ弁２９及び第２ＥＧＲ弁３２の開度と、スロットル弁１２の開度と、第１クラッチ４１及び第２クラッチ５４の接続・切断と、過給機１３を駆動する電動モータ３６の回転数とを制御する。

吸気バルブ駆動機構６３の動作状態の制御は、吸気バルブ６１を開閉駆動する吸気カム６９Ａ、６９Ｂの選択及び吸気カム６９Ａ、６９Ｂの位相の制御であり、各気筒４の燃焼室５の目標実効圧縮比に基づいて行われる。第１ＥＧＲ弁２９及び第２ＥＧＲ弁３２の開度の制御は、目標ＥＧＲ率に基づいて行われる。第１クラッチ４１及び第２クラッチ５４の接続・切断、過給機１３を駆動する電動モータ３６の回転数の制御は、過給機１３の吐出量である目標ＳＣ吐出量に基づいて行われる。

図３のフローチャートに示す制御処理では、ＥＣＵ２は、まず、ステップＳ１で、クランク角センサ８１の検出信号に基づいてエンジン回転数を取得し、アクセルセンサの検出信号に基づいてアクセル開度を取得する。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ２において、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいて内燃機関１の要求トルクを設定する。要求トルクは、例えば、予め設定された所定のマップを参照し、エンジン回転数とアクセル位置とに基づいて設定される。要求トルクは、図５に示すように、例えば、エンジン回転数が増加するほど増加し、かつアクセル開度が増加するほど増加するように設定される。

ＥＣＵ２は、ステップＳ３において、エンジン回転数と要求トルクとに基づいて、内燃機関１の運転領域を決定する。運転領域は、図６に示すように、エンジン回転数と要求トルクとに応じて、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃのいずれかに設定される。要求トルクが小さい状態では運転領域は低負荷領域である領域Ａに設定され、要求トルクが大きい状態では運転領域は高負荷領域である領域Ｂに設定され、要求トルクが中程度の状態では運転領域は領域Ａと領域Ｂに挟まれた中負荷領域として領域Ｃに設定される。領域Ａは、過給機１３の回転軸１３Ａの回転が禁止される運転領域であり、領域Ｂ及び領域Ｃは過給機１３の回転軸１３Ａの回転が許容される運転領域である。

エンジン回転数が一定の場合には、要求トルクが小さい状態から大きい状態に変化すると、運転領域は、領域Ａから、領域Ｃを経て領域Ｂに変化する。エンジン回転数が高くなるにつれて、運転領域は領域Ａが拡張されて、領域Ｂが縮小される。これにより、要求トルクが一定の場合には、エンジン回転数が高くなるにつれて、運転領域は、領域Ｂから、領域Ｃを経て領域Ａに変化する。

ＥＣＵ２は、ステップＳ４において、ステップＳ３で設定された運転領域が領域Ａであるか否かを判定する。判定がＹｅｓの場合にはステップＳ５に進み、ＥＣＵ２は第１クラッチ４１を接続するように制御し、第２クラッチ５４を接続するように制御する。第１クラッチ４１が接続されることによって、過給機１３の回転が禁止される。

また、ＥＣＵ２は、図８に示すマップを参照し、要求トルクに基づいて第２ＥＧＲ弁３２の開度を設定する。図８に示すように、マップは要求トルクと第２ＥＧＲ弁３２の開度との関係を規定する。運転領域が領域Ａにあるときには第２ＥＧＲ弁３２の開度は要求トルクに関わらず全開であり、運転領域が領域Ｂ又はＣにあるときには第２ＥＧＲ弁３２の開度は要求トルクに関わらず全閉となる。なお、図８に示すマップは、エンジン回転数に応じて変化する運転領域に対応して変化する。エンジン回転数が増加すると、領域Ｃ及び領域Ｂは右側（要求トルクが増加する側）にずれ、各領域に対応して第２ＥＧＲ弁開度を表すグラフもずれる。

運転領域が領域Ａにあるときには、第２ＥＧＲ弁３２が全開となることによって、スロットル弁１２を通過した新気及びＥＧＲ通路から供給されるＥＧＲガスを含むガスは、第１ＥＧＲ通路２７及び第２ＥＧＲ通路３１によって構成されるバイパス通路及び第２ＥＧＲ弁３２を通過し、過給機１３及びインタークーラー１４を迂回して燃焼室５に供給される。

第２クラッチ５４が接続されることによって、クランク軸３７と遊星歯車機構３５の遊星キャリア４７とは動力伝達機構５０を介して接続される。領域Ａにおいては、第１クラッチ４１が接続され、太陽歯車４４が固定されるため、電動モータ３６とクランク軸３７との間で駆動力の伝達が可能になる。そのため、電動モータ３６の駆動力をクランク軸３７に伝達した機関本体３のアシスト（クランキング等）や、クランク軸３７の駆動力を電動モータ３６に伝達した発電が可能になる。なお、他の実施形態では、領域Ａにおいて第２クラッチ５４を切断してもよい。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ６において、目標新気量、目標ＥＧＲ率、目標実効圧縮比を設定する。目標新気量は、スロットル弁１２を通過して燃焼室５に流れる新気量の目標値である。新気量とＥＧＲガス量とを合計した値を空気量とする。

図７（Ａ）は要求トルクと目標新気量との関係を規定するマップであり、図７（Ｂ）は要求トルクと目標ＥＧＲ率との関係を規定するマップであり、図７（Ｃ）は要求トルクと目標実効圧縮比との関係を規定するマップである。図７の各図において所定の要求トルクに対して引いた実線及び破線は、エンジン回転数を所定の値とした場合の運転領域の境界を示す。

ＥＣＵ２は、図７（Ａ）に示すマップを参照し、要求トルクに基づき、要求トルクを実現するために必要な目標新気量を設定する。図７（Ａ）に示すように、要求トルクが大きいほど、目標新気量が大きくなるようにマップは設定されている。なお、目標新気量は、ＥＧＲガスを含まない空気の目標量であり、スロットル弁１２を通過する空気の目標量である。

ＥＣＵ２は、図７（Ｂ）に示すマップを参照し、要求トルクに基づきＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を設定する。図７（Ｂ）に示すように、要求トルクが小さい値から大きい値に変化するときに、要求トルクが比較的小さい領域では要求トルクの増加に応じて目標ＥＧＲ率が増加し、その後、要求トルクが中程度の領域では要求トルクの増加に応じて目標ＥＧＲ率が減少し、その後、要求トルクが比較的大きい領域では要求トルクの増加に応じて目標ＥＧＲ率が再び増加するようにマップは設定されている。要求トルクが比較的小さい領域は運転領域が領域Ａに対応し、要求トルクが中程度の領域は運転領域が領域Ｃに対応し、要求トルクが比較的大きい領域は運転領域が領域Ｂに対応する。

ＥＣＵ２は、図７（Ｃ）に示すマップを参照し、要求トルクに基づき実効圧縮比の目標値である目標実効圧縮比を設定する。図７（Ｃ）に示すマップの基本的な傾向は、要求トルクが中程度で目標実効圧縮比が最も大きくなるように設定されている。目標実効圧縮比が最も大きくなるときの要求トルクは、運転領域が領域Ｂにあり、比較的要求トルクが小さい範囲に対応する。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ７において、ステップＳ６で設定した目標新気量の補正を行う。新気にＥＧＲガスが導入されると、ノッキングが抑制され、熱効率が向上することから新気量を低減することができる。そのため、ＥＧＲ率に応じて新気量を低減し、要求トルクに応じた新気量にする。目標新気量の補正は、ＥＧＲ率とステップＳ６で設定した目標新気量とに基づいて行う。例えば、ＥＧＲ率と目標新気量補正値との関係を規定するマップを参照し、ＥＧＲ率に基づいて目標新気量補正値を設定する。そして、ステップＳ６で設定した目標新気量から目標新気量補正値を減算することによって、補正後の目標新気量を設定するとよい。他の方法では、ＥＧＲ率、目標新気量、及び補正後の目標新気量の関係を規定するマップを参照し、ＥＧＲ率及び目標新気量に基づいて補正後の目標新気量を設定するようにしてもよい。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ８において、図９に示す、目標新気量、第１吸気圧センサ８４が検出する第１吸気圧、エンジン回転数、及びスロットル弁１２の開度の目標値である目標スロットル開度の関係を規定するマップを参照し、目標新気量、第１吸気圧、及びエンジン回転数に基づいて目標スロットル開度を設定する。ここで使用される目標新気量は、ステップＳ７において設定された補正後の目標新気量である。図９に示すように、目標新気量が大きいほど目標スロットル開度が増加し、また、第１吸気圧が大きいほど目標スロットル開度が減少するようにマップは設定されている。また、エンジン回転数が大きいほど目標スロットル開度が増加するようにマップが設定されている。

また、ＥＣＵ２は、ステップＳ８において、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す、目標ＥＧＲ率と、第１吸気圧又は第２吸気圧と、第１ＥＧＲ弁２９の開度である目標第１ＥＧＲ弁開度との関係を規定するマップを参照し、目標ＥＧＲ率及び第２吸気圧に基づいて目標第１ＥＧＲ弁開度を設定する。運転領域が領域Ａである場合には、図１０（Ａ）に示すマップを使用し、運転領域が領域Ｂ又はＣである場合には、図１０（Ｂ）に示すマップを使用する。図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、目標ＥＧＲ率が大きいほど目標第１ＥＧＲ弁開度が増加し、また、第１吸気圧又は第２吸気圧の圧力が低いほど（負圧が大きいほど）目標第１ＥＧＲ弁開度が減少するように設定されている。

また、ＥＣＵ２は、ステップＳ８において、目標実効圧縮比を実現するための、バルブリフト可変機構６６（ＶＴＥＣ）及びバルブ位相可変機構６５（ＶＴＣ）の駆動量を設定する。ＥＣＵ２は、目標実効圧縮比に基づいて、大リフト吸気カム６９Ａ及び小リフト吸気カム６９Ｂの一方を選択し、選択した吸気カムを使用するためのバルブリフト可変機構６６の駆動量を設定する。また、ＥＣＵ２は、目標実効圧縮比と選択した吸気カム６９Ａ、６９Ｂとに基づいて、バルブ位相可変機構６５の駆動量を設定する。

また、ＥＣＵ２は、設定した目標スロットル開度、目標第１ＥＧＲ弁開度、バルブリフト可変機構６６（ＶＴＥＣ）及びバルブ位相可変機構６５（ＶＴＣ）の駆動量を実現するために、スロットル弁１２、第１ＥＧＲ弁２９、バルブリフト可変機構６６及びバルブ位相可変機構６５を制御する。

ステップＳ４での判定がＮｏの場合、すなわち運転領域が領域Ｂ又は領域Ｃである場合、ＥＣＵ２はステップＳ９において、ステップＳ３で設定された運転領域が領域Ｂであるか否かを判定する。判定がＹｅｓの場合にはステップＳ１０に進み、第１クラッチ４１を切断するように制御し、第２クラッチ５４を接続するように制御する。第１クラッチ４１が切断されることによって、過給機１３の回転が許容される。

第２クラッチ５４が接続されることによって、クランク軸３７と遊星歯車機構３５の遊星キャリア４７とは動力伝達機構５０を介して接続される。これにより、動力伝達機構５０及び遊星歯車機構３５を介してクランク軸３７、電動モータ３６の回転軸３６Ａ、及び過給機１３の回転軸１３Ａの間で駆動力の伝達が可能になる。

また、ＥＣＵ２は、図８に示すマップを参照し、要求トルクに基づいて第２ＥＧＲ弁３２の開度を設定する。図８に示すように、運転領域が領域Ｂにあるときには第２ＥＧＲ弁３２は要求トルクに関わらず全閉に設定される。

このように領域Ｂでは、第２ＥＧＲ弁３２が全閉に制御されることによって、スロットル弁１２を通過した新気は、全て過給機１３及びインタークーラー１４を通過する流路を流れる。また、ＥＧＲガスは、全て過給機１３よりも上流側から吸気通路６に供給される。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１１において、目標新気量、目標ＥＧＲ率、目標実効圧縮比を設定する。ステップＳ１１での目標新気量、目標ＥＧＲ率、目標実効圧縮比の設定方法は、ステップＳ６での設定方法と同様である。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で設定した目標新気量の補正を行う。ステップＳ１１の目的及び処理は、ステップＳ７と同様である。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１３において、スロットル弁１２の開度、第１ＥＧＲ弁２９の開度、バルブリフト可変機構６６（ＶＴＥＣ）及びバルブ位相可変機構６５（ＶＴＣ）の駆動量を設定する。ステップＳ１３での、スロットル弁１２の開度、第１ＥＧＲ弁２９の開度、バルブリフト可変機構６６（ＶＴＥＣ）及びバルブ位相可変機構６５（ＶＴＣ）の駆動量の設定方法は、ステップＳ８での設定方法と同様である。なお、スロットル開度の設定は、ステップＳ１２において補正した目標新気量に基づいて行う。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１４において、図７（Ｄ）に示す要求トルクと目標ＳＣ吐出量との関係を規定するマップを参照し、要求トルクに基づき、過給機１３の吐出量の目標値である目標ＳＣ吐出量を設定する。図７（Ｄ）に示すように、要求トルクが領域Ａに対応する範囲では目標ＳＣ吐出量は０であり、要求トルクが領域Ｃ及び領域Ｂに対応する範囲では目標ＳＣ吐出量は要求トルクの増加に応じて増加するようにマップは設定されている。領域Ｃと領域Ｂでは、要求トルクに対する目標ＳＣ吐出量の増加率が異なり、領域Ｃの方が領域Ｂよりも増加率が大きく設定されている。

また、ＥＣＵ２は、目標ＳＣ吐出量に基づいて過給機１３の出口圧の目標値である目標出口圧を設定する。目標ＳＣ吐出量の増加するほど、目標出口圧が増加するように設定される。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１５において、ステップＳ１４で設定した目標ＳＣ吐出量及び目標出口圧の補正を行う。第２ＥＧＲ弁３２の開度が減少し、ＥＧＲガスが過給機１３を通過するようになると、過給機１３を通過するガスの内で新気の割合が低下する。これにより、燃焼室５に供給される新気量が低下する。そのため、過給機１３を通過するＥＧＲガス量の増加に応じて、目標ＳＣ吐出量及び目標出口圧を増加させるべく、補正を行う。目標ＳＣ吐出量及び目標出口圧の補正は、ＥＧＲ率、第２ＥＧＲ弁３２の開度、及びステップＳ１４で設定した目標ＳＣ吐出量及び目標出口圧に基づいて行う。例えば、ＥＧＲ率及び第２ＥＧＲ弁３２の開度と目標ＳＣ吐出量補正値との関係を規定するマップを参照し、ＥＧＲ率及び第２ＥＧＲ弁３２の開度に基づいて目標ＳＣ吐出量補正値を設定する。そして、ステップＳ１４で設定した目標ＳＣ吐出量に目標ＳＣ吐出量補正値を加算することによって、補正後の目標ＳＣ吐出量を設定する。ＥＧＲ率及び第２ＥＧＲ弁３２の開度と目標ＳＣ吐出量補正値との関係を規定するマップでは、ＥＧＲ率が増加するほどＳＣ吐出量補正値が増加し、第２ＥＧＲ弁３２の開度が増加するほどＳＣ吐出量補正値が減少するように設定されている。

他の方法では、ＥＧＲ率、第２ＥＧＲ弁３２の開度、目標ＳＣ吐出量及び補正後の目標ＳＣ吐出量の関係を規定するマップを参照し、ＥＧＲ率、第２ＥＧＲ弁３２の開度、及び目標ＳＣ吐出量に基づいて補正後の目標新気量を設定するようにしてもよい。補正後の目標出口圧は、補正後の目標ＳＣ吐出量に基づいて設定するとよい。

補正後の目標出口圧は、補正後の目標ＳＣ吐出量が増加するほど、増加するように設定される。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１６において目標ＳＣ吐出量を実現するために、目標ＳＣ吐出量制御を行う。目標ＳＣ吐出量制御は、図４に示すフローチャートに従って実行される。

図４に示すように、ＥＣＵ２は、最初にステップＳ３１において、ステップＳ１５で設定された補正後の目標ＳＣ出口圧に基づいて、過給機１３の回転軸１３Ａの回転数の目標値である目標ＳＣ回転数を設定する。目標ＳＣ回転数の設定は、目標ＳＣ出口圧と目標ＳＣ回転数との関係を規定したマップを参照して行われる。マップでは、目標ＳＣ出口圧が高くなるほど、目標ＳＣ回転数が高くなるように設定されている。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ３２において、目標ＳＣ回転数及び目標ＳＣ出口圧に基づいて、過給機１３の体積効率の推定値であるＳＣ体積効率推定値を算出する。目標ＳＣ回転数の設定は、図１１に示す、目標ＳＣ回転数、目標ＳＣ出口圧、及びＳＣ体積効率推定値の関係を規定したマップに基づいて行われる。マップでは、目標ＳＣ回転数が高くなるほど、或いは目標ＳＣ出口圧が高くなるほど、ＳＣ体積効率推定値が高くなるように設定されている。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ３３において、目標ＳＣ回転数とＳＣ体積効率推定値とに基づいて過給機１３の吐出量の推定値であるＳＣ吐出量推定値を算出する。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ３４において、ステップＳ３３で推定したＳＣ吐出量推定値と目標ＳＣ吐出量とが一致するか否かを判定する。なお、ＳＣ吐出量推定値が目標ＳＣ吐出量に一致するというのは、厳密に等しいということを意味するものではなく、それらの差の絶対値がある所定値以下に収まる状態を意味する。

このステップＳ３４での判定結果がＹｅｓである場合には、ＥＣＵ２は、ステップＳ３５において、目標ＳＣ回転数を実現するための電動モータ３６の回転数である目標モータ回転数を設定し、この目標モータ回転数を実現するように電動モータ３６を制御する。

このステップＳ３４での判定結果がＮｏである場合には、ステップＳ３６において目標ＳＣ回転数を変更する。目標ＳＣ回転数の変更は、ＳＣ吐出量推定値が目標ＳＣ吐出量より大きい場合には目標ＳＣ回転数を所定値だけ減少させ、ＳＣ吐出量推定値が目標ＳＣ吐出量より小さい場合には目標ＳＣ回転数を所定値だけ増加させることによって行う。ステップＳ３６の処理を行った後は、ステップＳ３２に戻る。

ステップＳ３６、ステップＳ３２、及びステップＳ３３の処理は、ステップＳ３４での判定結果がＹｅｓとなるまで繰り返される。これにより、過給機１３の吐出量が、目標ＳＣ吐出量と等しくなるように制御される。

ステップＳ９での判定がＮｏの場合、すなわち運転領域が領域Ｃである場合、ＥＣＵ２は以下のステップＳ１７〜Ｓ２２及びＳ１６に従って、差圧制御モードで過給機１３を制御する。ＥＣＵ２は、ステップＳ１７において、第１クラッチ４１を切断するように制御し、第２クラッチ５４を接続するように制御する。第１クラッチ４１が切断されることによって、過給機１３の回転が許容される。これにより、動力伝達機構５０及び遊星歯車機構３５を介してクランク軸３７、電動モータ３６の回転軸３６Ａ、及び過給機１３の回転軸１３Ａの間で駆動力の伝達が可能になる。

また、ＥＣＵ２は、図８に示すマップを参照し、要求トルクに基づいて第２ＥＧＲ弁３２の開度を設定する。図８に示すように、運転領域が領域Ｂにあるときには第２ＥＧＲ弁３２は要求トルクに関わらず全閉に設定される。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１８において、目標ＥＧＲ率、目標実効圧縮比を設定する。ステップＳ１８での目標ＥＧＲ率、目標実効圧縮比の設定方法は、ステップＳ６での設定方法と同様である。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１９において、第１ＥＧＲ弁２９の駆動量を設定する。ステップＳ１９での、第１ＥＧＲ弁２９の駆動量の設定方法は、ステップＳ８での設定方法と同様である。

また、ＥＣＵ２は、ステップＳ１９において、バルブリフト可変機構６６（ＶＴＥＣ）及びバルブ位相可変機構６５（ＶＴＣ）の駆動量を設定する。バルブリフト可変機構６６（ＶＴＥＣ）及びバルブ位相可変機構６５（ＶＴＣ）の駆動量は、ステップＳ１８において設定した目標実効圧縮比を達成し、かつ吸気バルブ６１の開弁開始時が排気バルブ６２の開弁期間と重なるように設定される。すなわち、吸気バルブ６１及び排気バルブ６２の開弁期間に、両方が共に開いた期間であるバルブオーバーラップが設定されるように駆動量が設定される。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ２０において、排気圧センサ８６の検出信号に基づいて排気圧を取得する。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ２１において、ステップＳ２０で取得した排気圧に基づいて、目標ＳＣ出口圧を設定し、更に目標ＳＣ出口圧に基づいて目標ＳＣ吐出量を設定する。目標ＳＣ出口圧は、排気圧より大きく、かつ排気圧との差が所定値となるように設定される。すなわち、目標ＳＣ出口圧は、排気圧より所定値だけ大きい値に設定される。

目標ＳＣ出口圧と排気圧との差である所定値は、吸気バルブ６１及び排気バルブ６２が共に開いくバルブオーバーラップの期間において、吸気通路６から燃焼室５に供給されるガスが、燃焼室５を通過して排気通路７に流れる、いわゆる吹き抜けが発生しない値に設定され、０より大きい所定の範囲内の値に設定される。この所定値は、吸気ポート１６及び排気ポート２１の形状や大きさ、位置、バルブオーバーラップの期間等に影響を受け、最適値が変化する。

ＥＣＵ２は、目標出口圧に基づいて過給機１３の目標ＳＣ吐出量を設定する。目標出口圧が増加するほど、目標ＳＣ吐出量が増加するように設定される。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ２１において、目標ＳＣ吐出量とＥＧＲ率とに基づいて目標新気量を設定し、目標新気量に基づいてスロットル弁１２の開度の目標値である目標スロットル開度を設定する。目標ＳＣ吐出量は、目標新気量と、目標新気量にＥＧＲ率を掛けて算出されるＥＧＲガス量とを加算したものであるため、この関係から目標ＳＣ吐出量とＥＧＲ率とに基づいて目標新気量を算出することができる。目標スロットル開度の設定は、ステップＳ８と同様に、図９に示すマップを参照し、目標新気量及び第１吸気圧に基づいて目標スロットル開度を設定する。

次に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１６に進み、領域Ｂの場合と同様に図４に示す手順にしたがって、目標ＳＣ吐出量に基づいて電動モータ３６の回転数を設定し、電動モータ３６を制御する。

以下に、本実施形態に係る内燃機関１の作動について説明する。この内燃機関１では、要求トルク及びエンジン回転数に基づいて、運転領域が領域Ａ〜Ｃのいずれかに設定され、各領域に応じて過給機１３、ＥＧＲ装置２６、吸気バルブ駆動機構６３が制御される。

運転領域が領域Ａにあるときには、過給機１３の回転が禁止される。このとき、バイパス弁としての第２ＥＧＲ弁３２が開かれるため、スロットル弁１２を通過した新気は、第１ＥＧＲ通路２７の一部と第２ＥＧＲ通路３１とによって構成されるバイパス通路を通過し、過給機１３を迂回して流れる。ＥＧＲガスは、第１ＥＧＲ通路２７及び第２ＥＧＲ通路３１を通過して過給機１３の下流側部分から吸気通路６に供給される。

領域Ａでは、要求トルクの増加に応じて新気量、実効圧縮比が増加するように制御され、内燃機関１の出力が増加する。ＥＧＲ率は、領域Ａにおける要求トルクが小さい範囲では要求トルクの増加に応じて増加し、領域Ａにおける要求トルクが大きい範囲では要求トルクの増加に応じて減少する。これにより、領域Ａにおける要求トルクが中程度の範囲では、ＥＧＲガス量を増加させてポンピングロスを低減し、要求トルクが大きい範囲では、ＥＧＲガス量を低減して出力の増加を図ることができる。

運転領域が領域Ｂにあるときには、過給機１３の回転が可能になる。領域Ｂでは、第２ＥＧＲ弁３２は、全閉になり、新気及びＥＧＲガスは全て過給機１３を通過するようになる。領域Ｂでは、要求トルクの増加に応じて新気量及びＥＧＲ率が増加し、実効圧縮比が減少するように制御され、内燃機関１の出力が増加する。これにより、要求トルクが増加して新気量が増加しても、ＥＧＲ率が増加、及びバルブ位相可変機構６５及びバルブリフト可変機構６６による実効圧縮比の低下によって、ノッキングの発生が抑制される。また、ＥＧＲクーラー２８によってＥＧＲガスを冷却し、吸気温度を低下させることによって、ノッキングの抑制効果を一層向上させることができる。

このように、ＥＧＲ率は、領域Ａではポンピングロスの低減を目的として制御され、領域Ｂ及びＣではノッキングの抑制を目的として制御される。また、実効圧縮比は、領域Ａ及びＣでは熱効率の向上を目的として制御され、領域Ｂではノッキングの抑制を目的として制御される。新気量は、ＥＧＲ率に応じて補正され、低減されるため、新気による内燃機関１の過度な冷却が抑制され、熱効率の低下が抑制される。

領域Ｂにおいて、過給機１３の吐出量がＥＧＲ率及び第２ＥＧＲ弁３２の開度に応じて補正されるため、要求トルクに応じた新気量が確保される。過給機１３の吐出量が設定された場合において、ＥＧＲガスが過給機１３を通過すると、ＥＧＲガスの流量分だけ過給機１３を通過するべき新気量が低下することになるが、ＥＧＲ率及び第２ＥＧＲ弁３２の開度に応じて過給機１３の吐出量を補正することにより、所期の新気量が確保される。

領域Ｃでは、過給機１３は差圧制御モードによって制御される。差圧制御モードでは、吸気通路６の過給機１３よりも下流側部分のガス圧が、排気通路７の触媒コンバータ２３よりも上流側部分のガス圧よりも所定の範囲で高くなるように設定される。そして、吸気バルブ６１及び排気バルブ６２の開弁期間に、共に開弁するバルブオーバーラップが設定されるため、吸気通路６から燃焼室５に流入する吸気によって、燃焼室５内の排気を排気通路７へと押し出す掃気が可能になる。このとき、吸気通路６の過給機１３よりも下流側部分のガス圧と、排気通路７の触媒コンバータ２３よりも上流側部分のガス圧との差圧が所定の範囲内に収まるように過給機１３の吐出量（出口圧）が設定されるため、吸気の吹き抜けが抑制される。

（第２実施形態）
第２実施形態では、図１２に示すように、第１実施形態の内燃機関１の構成に加えて、吸気通路６におけるインタークーラー１４と吸気マニホールド１５の間の部分と、排気通路７における排気マニホールド２２と触媒コンバータ２３との間の部分とを接続する冷却用通路９１が設けられている。冷却用通路９１には、通路を開閉する開閉弁９２が設けられている。

開閉弁９２は、運転状態が領域Ｃにあるとき、すなわち過給機１３が差圧制御モードで制御されるときに開かれる。過給機１３が差圧制御モードで制御されるときに、開閉弁９２が開かれることによって、冷却用通路９１の両端部には所定の差圧が生じ、吸気通路６におけるインタークーラー１４及び吸気マニホールド１５間の部分のガスが冷却用通路９１を通って排気通路７における排気マニホールド２２及び触媒コンバータ２３間の部分に流れる。冷却用通路９１を通過したガスが排気通路７に流入し、排気と混合されることによって、排気通路７を流れるガスの温度が低下する。開閉弁９２は開度変更が可能であり、冷却用通路９１を流れるガスの流量を調整することができるため、開閉弁９２の開度変更によって排気通路７を流れるガスの温度を調整し、触媒コンバータ２３の温度調整が可能になる。

開閉弁９２が開くと、吸気通路６から燃焼室５に流れるガスの流量が低下するため、開閉弁９２の開度の増加に応じて、ＳＣ吐出量が増加し、かつ新気量が増加するように、過給機１３（電動モータ３６）及びスロットル弁１２を制御するとよい。

１…内燃機関、２…ＥＣＵ、３…機関本体、５…燃焼室、６…吸気通路、７…排気通路、１２…スロットル弁、１３…過給機、１４…インタークーラー、２６…ＥＧＲ装置、２７…第１ＥＧＲ通路、２９…第１ＥＧＲ弁、３１…第２ＥＧＲ通路、３２…第２ＥＧＲ弁、３５…遊星歯車機構、３６…電動モータ、３７…クランク軸、４１…第１クラッチ、４４…太陽歯車、４５…内歯車、４６…遊星歯車、４７…遊星キャリア、５０…動力伝達機構、５４…第２クラッチ、６３…吸気バルブ駆動機構、６４…排気バルブ駆動機構、６５…バルブ位相可変機構、６６…バルブリフト可変機構、６９Ａ…大リフト吸気カム、６９Ｂ…小リフト吸気カム、８１…クランク角センサ、８３…空気流量センサ、８４…第１吸気圧センサ、８５…第２吸気圧センサ、８６…排気圧センサ、９１…冷却用通路、９２…開閉弁

Claims (5)

1. 吐出量を変更可能な機械式の過給機を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の吸気通路における前記過給機よりも下流側に設けられ、前記吸気通路内の圧力を検出する吸気圧センサと、
   前記内燃機関の排気通路における触媒コンバータよりも上流側に設けられ、前記排気通路内の圧力を検出する排気圧センサとを有し、
   前記内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの開弁期間は、両方が共に開いた期間であるバルブオーバーラップが設定され、
   前記吸気圧センサによって取得される吸気圧が、前記排気圧センサによって取得される排気圧より高く、かつ前記排気圧との差が所定の範囲内となるように、前記過給機の吐出量を制御する差圧制御モードを有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記過給機は、前記内燃機関の要求負荷が低負荷の場合に停止するように制御され、前記要求負荷が中負荷の場合に前記差圧制御モードで制御され、前記要求負荷が高負荷の場合に前記要求負荷に応じて吐出量を増加するように制御され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. 前記排気通路と前記吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁を有し、
   前記差圧制御モードにおいて、前記ＥＧＲ弁を制御して新気量に対するＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率を変化させることによって、前記内燃機関の出力を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記吸気バルブの開閉タイミングを変化させることによって、実効圧縮比を変化させる実効圧縮比可変機構を有し、
   前記差圧制御モードにおいて、前記実効圧縮比可変機構を制御して前記実効圧縮比を変化させることによって、前記内燃機関の出力を変化させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記吸気通路における前記過給機よりも下流側部分と、前記排気通路における前記触媒コンバータよりも上流側部分とを接続する冷却用通路と、
   前記冷却用通路に設けられた開閉弁とを有し、
   前記差圧制御モードにおいて、前記開閉弁を開き、吸気の一部を前記内燃機関の燃焼室を介さずに前記排気通路に供給することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の内燃機関の制御装置。

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