JP6540815B2 - 内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。

ＪＰ２０１２−４７０９３Ａには、吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所よりも上流側に吸気絞り弁を設け、さらに、ＥＧＲ通路の接続箇所付近の圧力を検出する圧力センサを設けることが開示されている。そして、圧力センサを介して検出される圧力が大気圧よりもやや低い所定の目標値となるように、吸気絞り弁開度を操作するフィードバック制御を行う。これにより、ＥＧＲ通路から吸気通路にＥＧＲガスを導入する。

上記の手法であると、圧力センサで検出された圧力に応じて吸気絞り弁開度を操作するため、精度の高い圧力センサを用いる必要があり、その分コスト増となる。仮に、精度の低い圧力センサを用いた場合、その分解能の低さから吸気絞り弁開度の制御性が低くなる。このような状況下で確実にＥＧＲガスを導入しようとすれば、排気通路と吸気通路との間の差圧の目標値を実際に必要な差圧より大きくなるように設定して制御せざるを得ない。その場合、吸気絞り弁による吸気絞り量も大きくなるためポンピングロスも大きくなる。そして、ポンピングロスの発生は内燃機関の出力の低下を招くという問題がある。

本発明の目的は、出力低下を抑制しつつ適切にＥＧＲガスを導入することである。

本発明のある態様によれば、内燃機関は、内燃機関の吸気通路と、内燃機関の排気通路と、吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、を備える。また、内燃機関は、吸気通路においてＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられ、下流側への吸入空気量を制御するスロットル弁と、吸気通路においてＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、を備える。そして、内燃機関の制御装置において、吸気絞り弁の開度は、ＥＧＲ領域かつスロットル弁の開度が新気導入量に対する吸気絞り弁による吸気絞りの影響が比較的小さい範囲の境界として予め定められた設定開度以下である場合に、スロットル弁の開度に基づいて決定され、ＥＧＲ領域かつスロットル弁の開度が設定開度を超えて吸気絞りの影響が上記範囲よりも大きい場合に、当該範囲外の領域におけるスロットル弁の開度の変化に関わりなく、所定開度に設定される。

図１は、内燃機関システムの全体構成の説明図である。 図２は、アドミッションバルブ制御のフローチャートである。 図３は、等スロットル開度線の説明図である。 図４は、スロットル開度等価直径とアドミッションバルブ開度等価直径との関係を示す図である。 図５は、電子制御スロットルの開度によるアドミッションバルブの開度の説明図である。 図６は、目標吸入空気量の等空気量線の説明図である。 図７は、目標吸入空気量とアドミッションバルブ開度との関係を示す図である。 図８は、目標吸入空気量によるアドミッションバルブの開度の説明図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、内燃機関システムの全体構成の説明図である。内燃機関１００は、ターボ式過給機７を備える。ターボ式過給機７は、シャフト７ｃで接続されたコンプレッサ７ａとタービン７ｂを備える。コンプレッサ７ａは内燃機関１００の吸気通路５１ａに配設される。タービン７ｂは内燃機関１００の排気通路５２ａに配設される。これにより、タービン７ｂが内燃機関１００の排気エネルギにより回転すると、コンプレッサ７ａも回転し、吸入空気を下流側に圧送する。

また、内燃機関１００は、クランク角センサ３７を備える。クランク角センサ３７は、内燃機関１００におけるクランク角を検出する。クランク角センサ３７はコントローラ５０に接続され、コントローラ５０は内燃機関１００のクランク角を取得することができる。これによりコントローラ５０は、例えば、内燃機関１００の回転速度を求めることができる。

また、コンプレッサ７ａの下流側における内燃機関１００の吸気通路５１ａには、電子制御スロットル４１が設けられ、コントローラ５０によってスロットル開度が制御される。また、電子制御スロットル４１のさらに下流にはコレクタタンク４６が設けられる。コレクタタンク４６内には、空気冷却器３１ａが設けられる。空気冷却器３１ａには、冷却水を循環させるポンプ３１ｂとサブラジエータ３１ｃが接続され、これらで水冷インタークーラを構成する。

吸気通路５１ｂからはリサーキュレーション通路３４が分岐し吸気通路５１ａに接続する。リサーキュレーション通路３４は、コンプレッサ７ａをバイパスする。リサーキュレーション通路３４には、リサーキュレーションバルブ３３が設けられ、その開閉がコントローラ５０によって制御される。リサーキュレーションバルブ３３の開閉が制御されることによって、コンプレッサ７ａの下流の過給圧が高くなりすぎないように調整される。

また、コンプレッサ７ａの上流側の吸気通路５１ｂにはエアフローメータ３８が設けられる。エアフローメータ３８は、コントローラ５０に接続される。そして、コントローラ５０は吸気通路５１ｂを通過する吸気量を取得する。

排気通路５２ａには、タービン７ｂをバイパスするバイパス通路が設けられる。そして、このバイパス通路の開閉を制御するウェストゲートバルブ１９が設けられている。ウェストゲートバルブ１９は、コントローラ５０によって、その開閉が制御される。

排気通路５２ｂには、排気浄化用の排気触媒４４、４５が設けられる。排気触媒４４、４５には三元触媒等が用いられる。

吸気通路５１ｂと排気通路５２ｂは、ＥＧＲ通路５３を介して接続される。ＥＧＲ通路５３にはＥＧＲクーラー４３が設けられる。また、ＥＧＲ通路５３には、ＥＧＲバルブ４２が設けられる。ＥＧＲバルブ４２は、コントローラ５０に接続される。そして、内燃機関１００の運転条件に応じて、コントローラ５０によりＥＧＲバルブ４２の開度が制御される。

排気通路５２ｂにおいて、ＥＧＲ通路５３との接続部とエアフローメータ３８との間にはアドミッションバルブ（吸気絞り弁に相当、図面等において「ＡＤＭ／Ｖ」と表されることがある）３９が設けられる。アドミッションバルブ３９はコントローラ５０によってその開閉が制御され、吸気通路５１ｂと排気通路５２ｂとの間に差圧を作り出す。そして、この差圧によって、排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂにＥＧＲガスを導入しやすくする。なお、アドミッションバルブ３９は、そのデフォルト状態において全開であり、コントローラ５０によって制御されることにより閉方向に操作される。

なお、アドミッションバルブ３９は排気通路５２ｂに比して吸気通路５１ｂを負圧にする制御に専従する。一方、ＥＧＲバルブ４２はＥＧＲガスの導入制御に専従する。ＥＧＲバルブ４２の制御は、内燃機関１００の回転数と負荷とのマップに対するＥＧＲバルブ４２開度を示すマップに応じて行われる。

コントローラ５０は、前述の各種センサ及び図示しないその他のセンサからの出力を読み込み、これらに基づいて点火時期、空燃比等の制御を行う。また、コントローラ１０は、後述するアドミッションバルブ制御を行う。

図２は、アドミッションバルブ制御のフローチャートである。この制御ルーチンは、コントローラ５０によって、実行される。本ルーチンは、例えば、１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。

コントローラ５０は、アドミッションバルブ３９が正常か否かについて判定する（Ｓ１）。アドミッションバルブ３９が正常でない場合とは、例えば、アドミッションバルブ３９のバタフライバルブが特定の位置で固着してしまっている場合などである。

そして、アドミッションバルブ３９が正常でない場合、コントローラ５０はステップＳ１１において、ＥＧＲバルブ４２の動作を許可しないこととする。また、コントローラ５０は、ステップＳ１１において、アドミッションバルブ３９を全開にする。ＥＧＲバルブ４２の動作を許可しないようにするためには、例えば、ＥＧＲバルブ４２の動作を禁止するフラグに動作を禁止する値を設定するなどの手法を採用することができる。

一方、ステップＳ１においてアドミッションバルブ３９が正常である場合には、コントローラ５０は、現在の運転領域がＥＧＲ領域であるか否かについて判定する（Ｓ２）。

図３は、等スロットル開度線の説明図である。図３のグラフにおいて、横軸は内燃機関回転速度であり、縦軸は内燃機関負荷である。図３には、内燃機関１００の出力特性が実線で示されるとともに、ＥＧＲ領域が破線で囲われて示されている。ＥＧＲ領域とは、ＥＧＲバルブ４２が操作され、排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂへＥＧＲガスを導入可能とする領域である。

また、ＥＧＲ領域の一部において等スロットル開度線が示されている。また、新気量影響域との境界線が一点鎖線で示されている。ＥＧＲ領域のうち、一点鎖線よりも右斜め上の領域が新気量影響域である。図３において等スロットル開度線が示された領域は、アドミッションバルブ３９を閉側に制御することで、排気通路５２ｂに比して吸気通路５１ｂに適度な負圧を生じさせることができる領域である。一方、新気量影響域は、仮にアドミッションバルブ３９を閉側に制御したとすれば、アドミッションバルブ３９によるポンピングロスが大きく、新気導入量の減少に顕著に影響を及ぼす領域である。

コントローラ５０は、内燃機関１００の回転速度と内燃機関１００の負荷を取得し、これらから現在の運転状態が図３に示されるＥＧＲ領域内であるか否かを判定する。このように、現在の運転状態がＥＧＲ領域内であるか否かを判定するのは、アドミッションバルブ３９の閉側への制御がＥＧＲ領域の一部の領域でのみ実行されるためである。なお、コントローラ５０は、内燃機関１００の回転速度をクランク角センサ３７からの信号に基づいて得ることができる。また、コントローラ５０は、内燃機関１００の負荷を不図示のアクセルペダルの踏み込み量に基づいて得ることができる。

そして、ステップＳ２においてＥＧＲ領域ではないと判定された場合、コントローラ５０はステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１の動作については既述であるので、説明を省略する。

ステップＳ２においてＥＧＲ領域であると判定された場合、コントローラ５０は、電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値以下か否かを判定する（Ｓ３）。スロットル開度上限閾値とは、電子制御スロットルの開度と吸入空気量との相関関係が維持される上限のスロットル開度である。過給機付き内燃機関では、過給圧が大気圧を超えて上昇すると電子制御スロットル４１が全開になっていても吸入空気量はさらに増大する。つまり、電子制御スロットル４１の開度と吸入空気量との間に相関関係がなくなる。

アドミッションバルブ３９の作動域において電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値以下の場合であれば、電子制御スロットル４１の開度を制御することで吸入空気量を制御することができる。つまり、後述するように、電子制御スロットル４１のスロットル開度等価直径に基づいてアドミッションバルブ開度等価直径を決定することができる（ステップＳ４−Ｓ６、図３のスロットル制御となる）。ここで、等価直径とは、その流路が流動の点からどの長さの直径の円管と等価であるかを示す代表長さである。

しかしながら、アドミッションバルブ３９の作動域において電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値より大きい場合には、電子制御スロットル４１の開度を制御することで吸入空気量を制御することができない。この場合、ウェストゲートバルブ１９の開閉を制御することにより吸入空気量を制御する（図３のウェストゲートバルブ制御となる）。例えば、ウェストゲートバルブ１９を閉じることによって過給圧を高め吸入空気量を増加させることができ、ウェストゲートバルブ１９を開けることによって吸入空気量を減少させることができる。よって、電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値より大きい場合には、後述するように、目標吸入空気量に基づいてアドミッションバルブ３９の開度を決定することとする（ステップＳ７〜Ｓ９）。

なお、スロットル開度上限閾値は、過給機の仕様等により変動するものであり、電子制御スロットルの全開値よりも小さい値がスロットル開度上限閾値になる場合がある。本実施形態では、スロットル開度上限閾値が電子制御スロットル４１の全開値よりも小さい場合について説明する。

目標吸入空気量に基づいてアドミッションバルブ３９の開度が決定される領域は、図３の「Ａ」で示された領域である。具体的には、運転状態がＥＧＲ領域内であって、等スロットル開度線がスロットル開度上限閾値以上であり、かつ、等スロットル開度線が後述する設定等価直径以下のとき（新気量影響域以下のとき）である。

電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値以下である場合、コントローラ５０は、電子制御スロットル４１の開度が設定等価直径に対応する開度以下か否かについて判定する（Ｓ４）。ここで、設定等価直径とは、図３に示された新気量影響域との境界線である一点鎖線で示された等スロットル開度線である。具体的には、設定等価直径は、これ以上電子制御スロットル４１の開度を大きくすると、アドミッションバルブ３９による吸気絞りによるポンピングロスの影響が大きくなり、新気導入量に影響を及ぼしてしまう空気量である。特に、ターボ式過給機７を用いる場合には、より多くの空気を吸入することが望ましい。そのため、本実施形態では、ターボ式過給機７を用いた場合であっても、新気導入量に影響を及ぼしにくい設定等価直径が設定されることになる。

図３の等スロットル開度線において、右上にあるほどその開度は大きい。電子制御スロットル４１の開度が小さく吸入空気量が少ないうちは、吸入空気量自体が多くない。このように、吸入空気量自体が多くないため、アドミッションバルブ３９を閉側にしておいてもさほど吸入空気の抵抗にはならない。よって、電子制御スロットル４１の開度が小さいうちは、アドミッションバルブ３９を閉側に設定することができるのである。

しかしながら、電子制御スロットル４１の開度が大きくなると、吸入空気量増大のため、アドミッションバルブ３９を閉側に設定すると大きなポンピングロスが発生する。一方、吸入空気量増大のためアドミッションバルブ３９を全開にしておけば内燃機関１００の回転速度も高まり、ターボ式過給機７の回転速度も高まる。その結果、排気圧を高めることができ、アドミッションバルブ３９を全開にしたとしても、ＥＧＲ領域において排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂにＥＧＲガスを導入することができるのである。よって、電子制御スロットル４１の開度が設定等価直径となる開度を超えた場合、アドミッションバルブ３９を全開にすることが好ましいことになる。

そのため、コントローラ５０は、電子制御スロットル４１の開度が設定等価直径に対応する開度以下か否かについて判定する。そして、その結果に応じてアドミッションバルブ３９を全開にしたり（後述するステップＳ１２）、目標等価直径に応じてアドミッションバルブ３９の開度を決定したりするのである（後述するステップＳ５）。

ステップＳ４において、電子制御スロットル４１の開度が設定等価直径に対応する開度以下ではない場合、コントローラ５０は、アドミッションバルブ３９に対してデフォルト指示をする（Ｓ１２）。デフォルト指示において、コントローラ５０は、アドミッションバルブ３９への電源供給をオフにし、アドミッションバルブ３９を全開にする。また、コントローラ５０は、ＥＧＲバルブ４２に対して動作許可の指示をする。ＥＧＲバルブ４２に対して動作許可の指示をする手法としては、例えば、ＥＧＲバルブ４２の動作を禁止するフラグにＥＧＲバルブ４２の動作を禁止しない値を設定するなどの手法がある。この場合、アドミッションバルブ３９は全開にされた上で、ＥＧＲバルブ４２の制御のみでＥＧＲガスの導入が制御されることになる。

一方、ステップＳ４において、電子制御スロットル４１の開度が設定等価直径に対応する開度以下の場合、コントローラ５０は、アドミッションバルブ３９の目標等価直径を決定する（Ｓ５）。

図４は、スロットル開度等価直径とアドミッションバルブ開度等価直径との関係を示す図である。図４のグラフにおいて、横軸はスロットル開度等価直径Ａｔｈであり、縦軸はアドミッションバルブ開度等価直径Ａａｄである。ここで、スロットル開度等価直径Ａｔｈは、電子制御スロットル４１の開度に対応する等価直径である。また、図４において、実線で示されたのがアドミッションバルブ開度の目標等価直径である。

また、図４には、スロットル開度等価直径Ａｔｈとアドミッションバルブ開度等価直径Ａａｄが等しいときの線分が破線で示されている。スロットル開度等価直径Ａｔｈとアドミッションバルブ開度等価直径Ａａｄが等しいとき、電子制御スロットル４１を通過する空気量とアドミッションバルブ３９を通過する空気量は等しいため、吸気通路内は負圧にはならず、ほぼ大気圧である。負圧を設けるためには、図４に示されるように必要差圧を設定する。具体的には、アドミッションバルブ開度等価直径をスロットル開度等価直径よりも小さくする。

本実施形態では、図４に示されるようにスロットル開度等価直径ＡｔｈがゼロからＡｔｈ１未満においてアドミッションバルブ開度等価直径は最大とされる。また、スロットル開度等価直径ＡｔｈがＡｔｈ１においてアドミッションバルブ開度等価直径がＡａｄ１に設定される。また、スロットル開度等価直径ＡｔｈがＡｔｈ２に至るまでアドミッションバルブ開度等価直径はＡａｄ２までほぼ単調的に増加する。そして、スロットル開度等価直径ＡｔｈがＡｔｈ２を超えるとアドミッションバルブ開度等価直径は再び最大とされる。

Ａｔｈ１はＥＧＲ領域における最小のスロットル開度等価直径である。そして、Ａａｄ１はスロットル開度等価直径Ａｔｈ１における目標ＥＧＲ率を実現するための差圧を得るアドミッションバルブ３９の開度の等価直径である。また、Ａｔｈ２はアドミッションバルブ３９を閉じる方向に動かすことによるポンピングロスによる燃費悪化や新気量抑制による出力低下が小さく許容できる最大のスロットル開度等価直径である。そして、Ａａｄ２はスロットル開度等価直径Ａｔｈ２における目標ＥＧＲ率を実現するための差圧を得るアドミッションバルブ３９の開度の等価直径である。

このように、アドミッションバルブ開度等価直径Ａａｄが一部不連続となるのは次のような理由からである。まず、スロットル開度等価直径ＡｔｈがゼロからＡｔｈ１未満では、内燃機関１００の運転状態がＥＧＲ領域に入っていない。前述のように、アドミッションバルブ３９の閉側への制御はＥＧＲ領域の一部の領域でのみ行われるものである。よって、内燃機関１００の運転状態がＥＧＲ領域に入っていないときには、アドミッションバルブ開度等価直径Ａａｄは最大とされる。一方、スロットル開度等価直径がＡｔｈ１以上Ａｔｈ２以下では、スロットル開度等価直径が増えるほど排気圧力が高くなり、アドミッションバルブ３９を用いなくても排気通路５２ｂと吸気通路５１ｂとの差圧を得やすくなるため、アドミッションバルブ３９の開度の等価直径は単調に増加することとなる。

スロットル開度等価直径がＡｔｈ１未満のときはＥＧＲ領域外である。スロットル開度等価直径Ａｔｈ１は、図３に示される等スロットル開度線のうち最も開度の小さい等スロットル開度線に相当する。このＡｔｈ１未満のときは、アドミッションバルブ３９の目標開度を全開に設定することが望ましい。

スロットル開度等価直径ＡｔｈがＡｔｈ１以上Ａｔｈ２以下では、排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂへとＥＧＲガスを導入する差圧を作り出すために、スロットル開度等価直径Ａｔｈに対応したアドミッションバルブ開度等価直径Ａａｄが設定される。なお、スロットル開度等価直径ＡｔｈがＡｔｈ１以上Ａｔｈ２以下において差圧は一定でなくてもよい。

スロットル開度等価直径ＡｔｈがＡｔｈ２より大きくなると、前述の図３において説明した新気量影響域となる。つまり、スロットル開度等価直径Ａｔｈ２は、図３に示される等スロットル開度線のうち新気量影響域を示す一点鎖線の等スロットル開度線に相当する。そのため、スロットル開度等価直径ＡｔｈがＡｔｈ２よりも大きい領域では、ポンピングロスを低く抑えるために、アドミッションバルブ３９の等価直径を最大に設定することが望ましい。

以上のことから、アドミッションバルブ開度の目標等価直径は、スロットル開度等価直径ＡｔｈがＡｔｈ１の境界において不連続となる。また、アドミッションバルブ開度の目標等価直径は、スロットル開度等価直径ＡｔｈがＡｔｈ２の境界において不連続となる。

コントローラ５０は、アドミッションバルブ開度の目標等価直径を決定するに際し、電子制御スロットル４１の開度を取得する。次に、電子制御スロットル４１の開度からスロットル開度等価直径Ａｔｈを求める。得られたスロットル開度等価直径Ａｔｈに基づいて図４のマップからアドミッションバルブ開度の目標等価直径が求められる。

次に、コントローラ５０は、求められた目標等価直径に対応する開度となるようにアドミッションバルブ３９を制御する（Ｓ６）。このようにすることによって、スロットル開度等価直径Ａｔｈに応じてアドミッションバルブ３９の開閉度合を制御し、ＥＧＲガスを排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂに導入する差圧を作り出すことができる。換言すると、電子制御スロットル４１の開度に応じてアドミッションバルブ３９の開閉度合を制御し、ＥＧＲガスを排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂに導入する差圧を作り出すことができる。

図５は、電子制御スロットルの開度によるアドミッションバルブの開度の説明図である。図５のグラフにおいて、横軸は内燃機関回転速度であり、縦軸は内燃機関負荷である。図５においても内燃機関１００の出力特性が実線で示されるとともに、ＥＧＲ領域が破線で示されている。

図５において、「ＡＤＭ／Ｖ ＯＰＥＮ」と記載されている領域は、アドミッションバルブ３９が全開にされる領域である。アドミッションバルブ３９が閉側に制御される領域は、ＥＧＲ領域内であって、かつ、一点鎖線よりも左下の領域である。ここでは、アドミッションバルブ３９の開度として、開度Ａ、開度Ｂ、開度Ｃが示されている。開度Ｂは開度Ｃより開度が大きく、さらに、開度Ａは開度Ｂより開度が大きい。

図５を前述の図３と比較すると、図５におけるアドミッションバルブ３９の開度は図３における等スロットル開度線と一致している。これは、アドミッションバルブ３９の目標開度は、電子制御スロットル４１の開度によって決定されることを意味する。例えば、内燃機関１００の回転速度が異なっている場合であっても、電子制御スロットル４１の開度が同等の開度のときはアドミッションバルブ３９の目標開度も同等に設定されることを意味する。

一方、ステップＳ３において、電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値以下ではなかった場合、コントローラ５０は、ステップＳ７以降の処理を行うことになる。これにより、アドミッションバルブ３９の制御方式が等価直径に基づいて決定する方式（ステップＳ４−Ｓ６）から吸入空気量に基づいて決定する方式（ステップＳ７−Ｓ９）へと切り替えられることになる。

このようにしているのは、電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値以下でない場合、電子制御スロットル４１の開度をこれ以上大きくすることができない。そのため、電子制御スロットル４１の等価直径に基づいてアドミッションバルブ３９を制御することができない。よって、目標吸入空気量に基づいてアドミッションバルブ３９の開度を決定することとしているのである。

ステップＳ７において、コントローラ５０は、目標吸入空気量が設定空気量以下か否かについて判定する（Ｓ７）。

図６は、目標吸入空気量の等空気量線の説明図である。図６のグラフにおいて、横軸は内燃機関回転速度であり、縦軸は内燃機関負荷である。図６には、内燃機関１００の出力特性が実線で示されるとともに、ＥＧＲ領域が破線で囲われて示されている。ＥＧＲ領域とは、ＥＧＲバルブ４２が操作され、排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂへＥＧＲガスを導入可能とする領域である。

また、ＥＧＲ領域の一部において目標吸入空気量の等空気量線が示されている。また、新気量影響域との境界線が一点鎖線で示されている。ＥＧＲ領域のうち、一点鎖線よりも右斜め上の領域が新気量影響域である。図６において目標吸入空気量の等空気量線が示された領域は、アドミッションバルブ３９を閉側に制御することで、排気通路５２ｂに比して吸気通路５１ｂに適度な負圧を生じさせることができる領域である。一方、新気量影響域は、仮にアドミッションバルブ３９を閉側に制御したとすれば、アドミッションバルブ３９によるポンピングロスが大きく、新気導入量の減少に顕著に影響を及ぼす領域である。

設定空気量とは、図６に示された新気量影響域との境界線である一点鎖線で示された空気量である。具体的には、設定空気量とは、これ以上に目標吸入空気量が増加した場合、アドミッションバルブ３９による吸気絞りを行うとポンピングロスの影響が大きくなり、新気導入量に影響を及ぼしてしまう（即ち、吸気絞りを行っても新気導入量に影響が及ばない最大の）吸入空気量である。特に、ターボ式過給機７を用いる場合には、より多くの空気を吸入することが望ましい。そのため、本実施形態では、ターボ式過給機７を用いた場合であっても、新気導入量に影響を及ぼしにくい設定空気量が設定されることになる。

図６の目標吸入空気量の等空気量線において、右上の等空気量線ほどその空気量は大きい。目標吸入空気量が少ないうちは、電子制御スロットル４１の開度も大きくなく、吸入空気量自体が多くない。このように、吸入空気量自体が多くないため、アドミッションバルブ３９を閉側にしてもさほど吸入空気の抵抗にはならない。よって、目標吸入空気量が少ないうちは、アドミッションバルブ３９を閉側に設定することができるのである。

しかしながら、目標吸入空気量が多くなり電子制御スロットル４１の開度も大きくなると、吸入空気量増大のため、アドミッションバルブ３９を閉側に設定すると大きなポンピングロスが発生する。一方、吸入空気量増大のためアドミッションバルブ３９を全開にしておけば内燃機関１００の回転速度も高まり、ターボ式過給機７の回転速度も高まる。その結果、排気圧を高めることができ、アドミッションバルブ３９を全開にしたとしても、ＥＧＲ領域において排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂにＥＧＲガスを導入することができるのである。よって、目標吸入空気量が設定空気量を超えた場合、アドミッションバルブ３９を全開にしたほうが好ましいことになる。

そのため、コントローラ５０は、目標吸入空気量が設定空気量以下か否かについて判定する。そして、その結果に応じてアドミッションバルブ３９を全開にしたり（後述するステップＳ１２）、目標吸入空気量に応じてアドミッションバルブ３９の開度を決定したりするのである（後述するステップＳ８）。

ステップＳ７において、目標吸入空気量が設定空気量以下ではない場合、コントローラ５０は、アドミッションバルブ３９に対してデフォルト指示をする（Ｓ１２）。デフォルト指示において、コントローラ５０は、アドミッションバルブ３９への電源供給をオフにし、アドミッションバルブ３９を全開にする。また、コントローラ５０は、ＥＧＲバルブ４２に対して動作許可の指示をする。ＥＧＲバルブ４２に対して動作許可の指示をする手法としては、例えば、ＥＧＲバルブ４２の動作を禁止するフラグにＥＧＲバルブ４２の動作を禁止しない値を設定するなどの手法がある。この場合、アドミッションバルブ３９は全開にされた上で、ＥＧＲバルブ４２の制御のみでＥＧＲガスの導入が制御されることになる。

一方、ステップＳ７において、目標吸入空気量が設定空気量以下の場合、コントローラ５０は、アドミッションバルブ３９の目標開度を決定する（Ｓ８）。

図７は、目標吸入空気量とアドミッションバルブ開度との関係を示す図である。図７のグラフにおいて、横軸は目標吸入空気量であり、縦軸はアドミッションバルブ３９の目標開度である。そして、図７において実線で示されているのがアドミッションバルブ３９の目標開度である。

本実施形態では、図７に示されるように目標吸入空気量がゼロからＱ１未満においてアドミッションバルブ３９の目標開度は全開とされる。また、目標吸入空気量がＱ１においてアドミッションバルブ３９の目標開度がＯ１に設定される。また、目標吸入空気量がＱ２に至るまでアドミッションバルブ３９の目標開度はＯ２までほぼ単調的に増加する。そして、目標吸入空気量がＱ２を超えるとアドミッションバルブ３９の目標開度は再び全開とされる。

Ｑ１はＥＧＲ領域における最小の目標吸入空気量である。そして、Ｏ１は、目標吸入空気量Ｑ１における目標ＥＧＲ率を実現するための差圧を得るアドミッションバルブ３９の開度である。また、Ｑ２はアドミッションバルブを閉じる方向に動かすことによるポンピングロスによる燃費悪化や新気量抑制による出力低下が小さく許容できる最大の目標吸入空気量である。そして、Ｏ２は、目標吸入空気量Ｑ２における目標ＥＧＲ率を実現するための差圧を得るアドミッションバルブ３９の開度である。

このように、アドミッションバルブ３９の目標開度が一部不連続となるのは次のような理由からである。まず、目標吸入空気量がゼロからＱ１未満では、内燃機関１００の運転状態がＥＧＲ領域に入っていない。前述のように、アドミッションバルブ３９の閉側への制御はＥＧＲ領域の一部の領域でのみ行われるものである。よって、内燃機関１００の運転状態がＥＧＲ領域に入っていないときには、アドミッションバルブ３９の目標開度は全開とされる。一方、目標吸入空気量がＱ１以上Ｑ２以下では、目標吸入空気量が増えるほど排気圧力が高くなり、アドミッションバルブ３９を用いなくても排気通路５２ｂと吸気通路５１ｂとの差圧を得やすくなるため、アドミッションバルブ３９の開度は単調的に増加することになる。

目標吸入空気量がＱ１未満のときはＥＧＲ領域外である。目標吸入空気量Ｑ１は、図６に示される等空気量線のうち最も空気量が少ない等空気量線に相当する。このＱ１未満のときは、アドミッションバルブ３９の目標開度を全開に設定することが望ましい。

目標吸入空気量がＱ１以上Ｑ２以下では、排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂへとＥＧＲガスを導入する所定の差圧を作り出すために、目標吸入空気量に対応したアドミッションバルブ３９の目標開度が設定される。

目標吸入空気量がＱ２より大きくなると、前述の図６において説明した新気量影響域となる。つまり、目標吸入空気量Ｑ２は、図６に示される等空気量線のうち新気量影響域を示す一点鎖線の等空気量線に相当する。そのため、目標吸入空気量がＱ２よりも大きい領域では、ポンピングロスを低く抑えるために、アドミッションバルブ３９の目標開度を全開に設定することが好ましい。

以上のことから、アドミッションバルブ３９の目標開度は、目標吸入空気量がＱ１の境界において不連続となる。また、アドミッションバルブ３９の目標開度は、目標吸入空気量Ｑ２の境界において不連続となる。

コントローラ５０は、アドミッションバルブ３９の目標開度を決定するに際し、目標吸入空気量を取得する。目標吸入空気量は、不図示のアクセルペダルの踏み込み量に基づいて要求負荷を取得し、この要求負荷に対応する目標吸入空気量が不図示のマップで検索されることにより得られる。

そして、得られた目標吸入空気量に基づいて図７のマップからアドミッションバルブ３９の目標開度が求められる。

次に、コントローラ５０は、求められた目標開度となるようにアドミッションバルブ３９を制御する（Ｓ９）。このようにすることによって、目標吸入空気量に応じてアドミッションバルブ３９の開閉度合を制御し、ＥＧＲガスを排気通路５２ｂから吸気通路５１ｂに導入する差圧を作り出すことができる。

図８は、目標吸入空気量によるアドミッションバルブの開度の説明図である。図８のグラフにおいて、横軸は内燃機関回転速度であり、縦軸は内燃機関負荷である。図８においても内燃機関１００の出力特性が実線で示されるとともに、ＥＧＲ領域が破線で示されている。

図８において、「ＡＤＭ／Ｖ ＯＰＥＮ」と記載されている領域は、アドミッションバルブ３９が全開にされる領域である。アドミッションバルブ３９が閉側に制御される領域は、ＥＧＲ領域内であって、かつ、ＡＤＭ／Ｖ ＯＰＥＮ（ｄｅｆ）と示された一点鎖線よりも左下の領域である。ここでは、アドミッションバルブ３９の開度として、開度Ａ、開度Ｂ、開度Ｃが示されている。開度Ｂは開度Ｃより開度が大きく、さらに、開度Ａは開度Ｂより開度が大きい。

図８を前述の図６と比較すると、図８におけるアドミッションバルブ３９の開度は図６における目標吸入空気量の等空気量線と一致している。これは、アドミッションバルブ３９の目標開度は、目標吸入空気量によって決定されることを意味する。例えば、内燃機関１００の回転速度が異なっている場合であっても、目標吸入空気量が同等の吸入空気量のときにはアドミッションバルブ３９の目標開度も同等に設定されることを意味する。

なお、ここではアドミッションバルブ３９の開度は目標吸入空気量に基づいて決定されることとしたが、実吸入空気量に基づいて決定されることとしてもよい。実吸入空気量に基づいてアドミッションバルブ３９の開度を決定する場合、エアフローメータ−３８から取得された吸入空気量に基づいてアドミッションバルブ３９の開度を決定する。また、この場合、図７に準ずるマップをに基づいてアドミッションバルブ３９の開度を制御することになる。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態において、アドミッションバルブ３９の開度は電子制御スロットル４１の開度に基づいて決定される。仮に、吸気通路５１ｂに負圧を作り出すために、吸気通路５１ｂに圧力センサを設けて圧力を測定し、測定結果をフィードバックすることでアドミッションバルブ３９を制御したとする。吸気通路５１ｂと排気通路５２ｂとの間で小さな差圧を作り出さなければならない状況下において圧力センサの値に基づいてアドミッションバルブ３９を制御しようとすると、極めて高い精度を有する圧力センサが必要となる。つまり、圧力センサの分解能がアドミッションバルブ３９の制御により作り出される差圧よりも高くなければならない。

仮に精度の低い圧力センサを用いた場合、その分解能の低さからアドミッションバルブ３９の制御性は低くなる。このような状況下で確実にＥＧＲガスを導入しようとすれば、排気通路５２ｂと吸気通路５１ｂとの差圧が要求より大きくなるように設定して制御せざるを得ない。その場合、アドミッションバルブ３９による吸気絞り量も大きくなるためポンピングロスも大きくなる。そして、ポンピングロスの発生は内燃機関の出力の低下を招く。

これに対し、本実施形態によれば、電子制御スロットル４１の開度に基づいてアドミッションバルブ３９を制御することができるので、排気通路５２ｂと吸気通路５１ｂとの差圧を要求より大きく設定して制御しなくてもよい。そのため、アドミッションバルブ３９による吸気絞り量も適切な量を設定することができるので、ポンピングロスの発生も最小限にとどめることができる。そして、内燃機関の出力の低下を抑制しつつ適切にＥＧＲガスを吸気通路５１ｂに導入することができる。

また、内燃機関１００のコントローラ５０は電子制御スロットル４１を制御していることから、電子制御スロットル４１の開度を予め情報として有している。そのため、例えば、スロットル開度等価直径とアドミッションバルブ開度等価直径の関係を表すマップさえ有していれば、容易にアドミッションバルブ３９の制御を行うことができるようになる。

また、本実施形態において、アドミッションバルブ３９の開度は、電子制御スロットル４１の開度から決まる等価直径に基づいてアドミッションバルブ３９の等価直径を求めることによって決定される。アドミッションバルブ３９の開度から決まる等価直径と負圧を発生させる抵抗値との関係は流速が一定の時に同等となる。よって、等価直径が略同等であれば、略同等の負圧が確保できることになる。アドミッションバルブ３９の開度は、コントローラ５０が予め把握しているか若しくはポジションセンサから検知でき、等価直径を容易に演算できる。そのため、電子制御スロットル４１の開度の等価直径とアドミッションバルブ３９の開度の等価直径との関係をコントローラ５０が有していれば、容易にアドミッションバルブ３９を制御して目標の負圧を発生させることができる。また、等価直径を指標とすることで、それぞれの吸気配管径が異なる場合でも本制御を適用することができる。

また、本実施形態では、運転状態が異なる場合であっても、電子制御スロットル４１の開度から決まる等価直径が同等のときはアドミッションバルブ３９の開度も同等となるように決定される。例えば、電子制御スロットル４１の開度から決まる等価直径が同等の等価直径であれば、内燃機関１００の回転速度が異なったとしても、アドミッションバルブ３９の等価直径も同じ等価直径となる。換言すると、電子制御スロットル４１の開度が同等であれば、内燃機関１００の回転速度が異なったとしても、アドミッションバルブ３９の開度も同等の開度となる。これは、図３及び図５に示されるように、アドミッションバルブ３９の開度は、等スロットル開度線に沿って決定されるためである。すなわち、電子制御スロットル４１の開度が同じであればアドミッションバルブ３９の開度を同じにすることができる。

また、本実施形態において、電子制御スロットル４１の開度から決まる等価直径が所定の開度から決まる等価直径より大きい場合には、アドミッションバルブ３９を全開にする。アドミッションバルブ３９が吸気通路内に設けられているので、体積流量が増加してくると空気抵抗となり、ポンピングロスを生ずるおそれがある。このようなポンピングロスは燃費悪化及び出力低下をもたらすおそれがある。しかしながら、本実施形態では上記のように、内燃機関１００における等価直径が所定の開度から決まる等価直径以上の場合には、アドミッションバルブ３９を全開にするので、ポンピングロスを低減し、燃費悪化及び出力低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、アドミッションバルブ３９の作動域において電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値より大きい場合には、アドミッションバルブ３９の開度は吸入空気量に基づいて決定される。アドミッションバルブ３９の作動域において電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値以下の場合であれば、電子制御スロットル４１の開度に基づいてアドミッションバルブ３９の開度を決定することができた。しかしながら、アドミッションバルブ３９の作動域において電子制御スロットル４１の開度がスロットル開度上限閾値より大きい場合にはこのような制御を行うことができない。そこで、吸入空気量に基づいてアドミッションバルブ３９の開度を決定する。このようにすることで、電子制御スロットル４１の開度が全開になった後も、アドミッションバルブ３９の制御方式を切り替えて、アドミッションバルブ３９を適切に制御することができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲ領域以外ではＥＧＲバルブ４２を閉じるとともにアドミッションバルブ３９を全開にする。本実施形態は、ＥＧＲガスを吸気通路で導入するＥＧＲ領域においてアドミッションバルブ３９の開度を制御する。よって、ＥＧＲ領域以外ではアドミッションバルブ３９を全開とすることで、アドミッションバルブ３９による駆動損失を低減し、燃費を改善することができる。

また、本実施形態では、アドミッションバルブ３９の開度は、アドミッションバルブ３９の開度から決まる等価直径と電子制御スロットル４１の開度から決まる等価直径との関係を表すマップに基づいて決定される。このようにすることで、コントローラ５０は余計な制御ロジックを持たなくてもよいためシンプルな構成とすることができ、かつ、制御性も改善することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上述した各実施形態は、それぞれ単独の実施形態として説明したが、適宜組み合わせてもよい。

Claims (11)

1. 内燃機関の吸気通路と、
   前記内燃機関の排気通路と、
   前記吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
   前記吸気通路において前記ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられ、前記下流側への吸入空気量を制御するスロットル弁と、
   前記吸気通路において前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、
   を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気絞り弁の開度は、ＥＧＲ領域かつ前記スロットル弁の開度が新気導入量に対する前記吸気絞り弁による吸気絞りの影響が比較的小さい範囲の境界として予め定められた設定開度以下である場合に、前記スロットル弁の開度に基づいて決定され、前記ＥＧＲ領域かつ前記スロットル弁の開度が前記設定開度を超えて前記吸気絞りの影響が前記範囲よりも大きい場合に、当該範囲外の領域における前記スロットル弁の開度の変化に関わりなく、所定開度に設定される、
   内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気絞り弁の開度は、前記ＥＧＲ領域かつ前記スロットル弁の開度が前記設定開度以下である場合に、前記スロットル弁の開度の増大に対して単調的に増加するように決定される、内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記ＥＧＲ領域において前記スロットル弁の開度が前記設定開度を超える場合に、前記吸気絞り弁を全開にする、内燃機関の制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記設定開度は、前記スロットル弁の開度が当該設定開度を超えた場合に、前記吸気絞り弁による吸気絞りを行うとポンピングロスの増大により前記新気導入量に影響が及ぶようになる開度である、内燃機関の制御装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気絞り弁の開度は、前記吸気絞り弁の作動域において前記スロットル弁の開度が所定開度以下の場合には前記スロットル弁の開度に基づいて決定され、前記所定開度より大きい場合には吸入空気量に基づいて決定される、内燃機関の制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気絞り弁の開度は、前記スロットル弁の開度から決まる等価直径に基づいて前記吸気絞り弁の等価直径を求めることによって決定される、内燃機関の制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の制御装置であって、
   運転状態が異なる場合であっても、前記スロットル弁の開度から決まる等価直径が同等のときは前記吸気絞り弁の開度も同等となるように決定される、内燃機関の制御装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記スロットル弁の開度から決まる等価直径が前記設定開度に応じた等価直径より大きい場合には、前記吸気絞り弁を全開にする、内燃機関の制御装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを備え、ＥＧＲ領域において前記ＥＧＲバルブを制御して前記排気通路の排気ガスを吸気通路に導入し、
   前記ＥＧＲ領域以外では前記吸気絞り弁を全開にする、内燃機関の制御装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記吸気絞り弁の開度は、前記吸気絞り弁の開度から決まる等価直径と前記スロットル弁の開度から決まる等価直径との関係を表すマップに基づいて決定される、内燃機関の制御装置。
11. 吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
    前記吸気通路において前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、
    を備えた内燃機関の制御方法であって、
    運転状態がＥＧＲ領域にあるときに、内燃機関のスロットル弁開度を定め、
    前記ＥＧＲ領域かつ前記スロットル弁の開度が新気導入量に対する前記吸気絞り弁による吸気絞りの影響が比較的小さい範囲の境界として予め定められた設定開度以下である場合に、前記吸気絞り弁の開度を前記スロットル弁の開度に基づいて決定し、前記ＥＧＲ領域かつ前記スロットル弁の開度が前記設定開度を超えて前記吸気絞りの影響が前記範囲よりも大きい場合に、当該範囲外の領域における前記スロットル弁の開度の変化に関わりなく、所定開度に設定する、
    内燃機関の制御方法。

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