JP6583313B2

JP6583313B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP6583313B2
Application number: JP2017037322A
Authority: JP
Inventors: 嘉之山下; 中坂　幸博; 幸博中坂; 村田　宏樹; 宏樹村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP2018141442A; CN108506102A; US20180245522A1; US10975778B2; DE102018104463A1

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、機関高負荷側では圧縮比を低くして排気を還流させ、機関低負荷側では圧縮比を高くして排気を還流させるように構成されたものが開示されている。

特開２００３−３１４３１８号公報

機関低負荷側で排気を還流させている状態から、さらに機関負荷が低下したときは、燃焼の安定性を確保するためにＥＧＲ弁を全閉として排気の還流を停止させる必要がある。しかしながら、ＥＧＲ弁を全閉とした後も、しばらくの間はＥＧＲ弁よりも下流側のＥＧＲ通路に残留している排気が各気筒に導入されることになる。そのため、前述した従来の内燃機関の制御装置では、排気を還流させている状態から排気の還流を停止させたときに、過渡的に燃焼が不安定になるおそれがある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、排気の還流を停止させたときに燃焼が不安定になるのを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構と、機関本体の燃焼室から排出された排気を機関本体の吸気通路に還流させることができるように構成された吸気装置と、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、機械圧縮比が目標圧縮比となるように可変圧縮比機構を制御する圧縮比制御部を備える。そして圧縮比制御部は、機関低負荷側の所定の運転領域において排気の還流が行われているときは、排気の還流が行われていないときよりも前記目標圧縮比を低い値に設定するように構成されている。

本発明のこの態様によれば、排気の還流を停止させたときに燃焼が不安定になるのを抑制することができる。

図１は、内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。図２は、内燃機関の機関本体の断面図である。図３は、可変圧縮比機構の分解斜視図である。図４Ａは、可変圧縮比機構の動作について説明する図である。図４Ｂは、可変圧縮比機構の動作について説明する図である。図４Ｃは、可変圧縮比機構の動作について説明する図である。図５は、或る機関回転速度での本実施形態におけるＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎと、ＥＧＲ非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆとを、機関負荷に応じて示した図である。図６は、本発明の第１実施形態による圧縮比制御について説明するフローチャートである。図７は、機関運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率ｔＲｅを算出するための目標ＥＧＲ率算出マップである。図８は、本発明の第１実施形態による圧縮比制御の動作について説明するタイムチャートである。図９は、本発明の第２実施形態による圧縮比制御の内容について説明する図である。図１０は、本発明の第２実施形態による圧縮比制御について説明するフローチャートである。図１１は、ＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆの補正方法について説明する図である。図１２は、本発明の第２実施形態による圧縮比制御の動作について説明するタイムチャートである。図１３は、本発明の第２実施形態による圧縮比制御について説明する図である。図１４は、本発明の第２実施形態に変形例による吸気弁閉時期制御の動作について説明するタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、内燃機関１００の機関本体１の断面図である。

内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、を備える。

機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に１つの点火プラグ１５が、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられる。

また図２に示すように、機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁８１と一対の排気弁９１とが設けられると共に、吸気弁８１を開閉駆動するための吸気動弁装置８と排気弁９１を開閉駆動するための排気動弁装置９とが設けられる。本実施形態による吸気動弁装置８は、吸気弁８１を吸気カムシャフト８２によって開閉駆動させるようにし、吸気カムシャフト８２の一端部に油圧制御によってクランクシャフト１４に対する吸気カムシャフト８２の相対位相角を変更する可変動弁機構Ｂを設けることによって、吸気弁８１の開閉時期を任意の時期に制御できるように構成されている。

各気筒１０の内部には、燃焼圧力を受けて各気筒１０の内部を往復運動するピストン１２が収められる。ピストン１２は、コンロッド１３を介してクランクシャフト１４と連結されており、クランクシャフトによってピストン１２の往復運動が回転運動に変換される。

また本実施形態による機関本体１は、シリンダブロック２とクランクケース４との連結部に可変圧縮比機構Ａを備える。本実施形態による可変圧縮比機構Ａは、シリンダブロック２とクランクケース４とのシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによって、ピストン１２が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１１の容積を変更するものである。シリンダブロック２とクランクケース４との連結部には、シリンダブロック２とクランクケース４との相対位置関係を検出するための相対位置センサ２１１が取り付けられており、この相対位置センサ２１１からはシリンダブロック２とクランクケース４との間隔の変化を示す出力信号が出力される。相対位置センサ２１１の出力信号は、対応するＡＤ変換器２０７を介して電子制御ユニット２００に入力されている。電子制御ユニット２００は、相対位置センサ２１１の出力信号に基づいて、機関本体１の機械圧縮比を検出する。可変圧縮比機構Ａの詳細については、図３から図４Ｃを参照して後述する。

図１に戻り、燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、を備える。

燃料噴射弁２０は、点火プラグ１５に隣接するように燃焼室１１の中央頂部に配置され、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように各気筒１０に１つ設けられる。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接燃料が噴射される。

デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。

サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。

吸気装置３は、燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。

吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタクーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。

エアフローメータ２１２は、吸気通路３０内を流れて最終的に各気筒１０内に吸入される空気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。

コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。

インタクーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気コレクタ３１ａに導入される吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。

吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１６（図２参照）に接続されており、吸気通路３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１６を介して各気筒１０に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。

ＥＧＲ通路３２は、排気通路４２と吸気通路３０とを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気通路３０に戻し、吸気通路３０に戻した排気を最終的に各気筒１０に還流させることができるようにするための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。

ＥＧＲクーラ３７は、外部ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させる外部ＥＧＲガスの流量が調節される。

排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、排気後処理装置４３と、を備える。

排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１７（図２参照）に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。

排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。

タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。

排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述した相対位置センサ２１１やスロットルセンサ２１２、エアフローメータ２１３、吸気圧センサ２１４、吸気温センサ２１５などの出力信号の他、機関本体１を冷却する冷却水の温度（以下「冷却水温」という。）を検出するための水温センサ２１６などからの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフト１４が例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。

出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁２０や点火プラグ１５、可変圧縮比機構Ａ、可変動弁機構Ｂなどの各制御部品が電気的に接続される。

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。

図３は、本実施形態による可変圧縮比機構Ａの分解斜視図である。

図３に示すように、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されており、各突出部５０には断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース４の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合する複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。

また可変圧縮比機構Ａは、一対のカムシャフト５４，５５を備えており、各カムシャフト５４，５５上には、所定の間隔を空けて各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される円形カム５８が固定されている。これらの円形カム５８は各カムシャフト５４，５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５８の両側には各カムシャフト５４，５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７（図４Ａ〜図４Ｃ参照）が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図３に示されるようにこれら円形カム５６は各円形カム５８の両側に配置されており、これら円形カム５６は対応する各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。

各カムシャフト５４，５５の一端部には、制御軸６０に設けられた一対のウォーム６１，６２とそれぞれ噛み合うウォームホイール６３，６４が取り付けられている。一対のウォーム６１，６２は、各カムシャフト５４，５５をそれぞれ反対方向に回転させることができるように、螺旋方向が逆向きとなっている。制御軸６０は、モータ６５によって回転させられ、モータ６５を回転させて各カムシャフト５４，５５をそれぞれ反対方向に回転させることで、図３Ａから図３Ｃに示すように、ピストン１２が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１１の容積が変更させられる。カムシャフト５５にはカムシャフト５５の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ２２１が取付けられており、カム回転角度センサ２２１の出力信号は対応するＡＤ変換器２０７を介して電子制御ユニット２００に入力されている。以下、図４Ａから図４Ｃを参照して可変圧縮比機構Ａの動作について説明する。

図４Ａから図４Ｃは、可変圧縮比機構Ａの動作について説明する図である。

図４Ａは、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン１２が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１１の容積が最大にされている状態、すなわち機械圧縮比が最小にされている状態の図である。図４Ｂは、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン１２が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１１の容積が最大と最少との間にされている状態、すなわち機械圧縮比が最小と最大との間にされている状態の図である。図４Ｃは、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン１２が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１１の容積が最少にされている状態、すなわち機械圧縮比が最大にされている状態の図である。

図４Ａに示す状態から各カムシャフト５４，５５上に固定された円形カム５８を、図４Ａにおいて矢印で示されるように互いに反対方向に回転させると、偏心軸５７が互いに離れる方向に移動するために円形カム５６がカム挿入孔５１内において円形カム５８とは反対方向に回転する。これにより図４Ｂに示すように、偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム５８を矢印で示される方向に回転させると、図４Ｃに示すように偏心軸５７は最も低い位置となる。

なお図４Ａから図４Ｃには、それぞれの状態における円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。

図４Ａから図４Ｃを比較するとわかるように、クランクケース４とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース４から離間側に移動する。すなわち、本実施形態による可変圧縮比機構Ａは、回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース４とシリンダブロック２間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック２がクランクケース４から離れるとピストン１２が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１１の容積は増大する。このように、各カムシャフト５４，５５を回転させることによってピストン１２が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１１の容積を変更することができる。

なお、図２及び図３に示す可変圧縮比機構Ａは一例を示すものであって、例えば一端がピストンピンを介してピストンに連結されるアッパリンクと、アッパリンクの他端及びクランクシャフトのクランクピンに連結されるロアリンクと、クランクシャフトと略平行に配置した制御軸と、一端が制御軸に揺動可能に連結されるとともに、他端がロアリンクに連結されるコントロールリンクと、を備え、制御軸をモータによって回転させることでピストン上死点位置を変化させ、機械圧縮比を変更することができるような構成としても良い。

ここで本実施形態のように、可変圧縮比機構Ａを備え、かつＥＧＲガスを各気筒１０に還流させることできるように構成された吸気装置３を備える内燃機関１００の場合、ＥＧＲガスを各気筒１０に還流させることで、燃焼室１１内の酸素濃度を低下させて燃焼温度を下げることができる。そのため、ＥＧＲガスを各気筒１０に還流させるＥＧＲガス導入時は、ＥＧＲガスを各気筒１０に還流させないＥＧＲガス非導入時と比較して、ノッキングの発生を抑制することができる。

したがって、ＥＧＲガスを各気筒１０に還流させることで、ＥＧＲガス非導入時と比較して機械圧縮比を高めた状態で機関本体１の運転を行うことができる。これにより熱効率、ひいては燃費を向上させることができる。また、ＥＧＲガスを還流させることで、その分だけスロットル弁３６を通過する空気（新気）の流量が減少するため、必要量の空気を各気筒１０に供給するにはスロットル開度を大きくする必要がある。そのため、ポンピングロスを低減することができるので、さらに熱効率を向上させて、燃費を向上させることができる。

一方で、ＥＧＲガスを各気筒１０に還流させると、燃焼室１１内の酸素濃度の低下によって燃焼が不安定になる傾向にある。

そのため本実施形態では、相対的に燃料噴射量が少なく、燃焼が不安定になりやすい機関低負荷側の一部の運転領域において、ＥＧＲガスの還流を停止するようにしている。

したがって、機関運転状態が変化して、ＥＧＲガスを各気筒１０に還流させる運転領域（以下「ＥＧＲガス導入領域」という。）から、機関低負荷側のＥＧＲガスを各気筒１０に還流させない運転領域（以下「ＥＧＲガス非導入領域」という。）に移行した場合は、ＥＧＲ開度がゼロ（全閉）となるようにＥＧＲ弁が制御されることになる。しかしながら、ＥＧＲ弁３８を全閉とした後も、ＥＧＲ弁３８よりも下流側のＥＧＲ通路３２に残留しているＥＧＲガスがしばらくの間は各気筒１０に導入されることになる。そのため、ＥＧＲガス導入領域から機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域に移行したときは、ＥＧＲガス非導入領域において過渡的に不要なＥＧＲガスが各気筒１０に導入されることになり、燃焼が不安定になって最悪失火するおそれがある。

ここで燃焼を安定させる方法としては、機械圧縮比を高くすることが挙げられる。機械圧縮比を高くすることで、点火時期（圧縮上死点近傍）における燃焼室１１内の混合気の温度を上昇させて混合気の着火性を向上させることができると共に、燃焼速度も速くすることができるためである。

そこで本実施形態では、ＥＧＲガス導入領域から機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域に移行したときの燃焼安定性を確保するために、ＥＧＲガス導入時には機械圧縮比を敢えて最大値まで高くせずに、ノッキングの発生を抑えた条件でＥＧＲ率を比較的低めの値に設定し、ＥＧＲガス非導入時に機械圧縮比を高くすることができるように、可変圧縮比機構Ａを制御することとした。これにより、ＥＧＲガス導入領域から機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域に移行した場合に機械圧縮比を高くすることができるので、機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域において過渡的にＥＧＲガスが各気筒１０に導入されたとしても、燃焼が不安定になるのを抑制することができる。

図５は、或る機関回転速度での本実施形態におけるＥＧＲガス導入時の目標圧縮比（実線Ｙ１）ｔε_ｏｎと、ＥＧＲ非導入時の目標圧縮比（破線）ｔε_ｏｆｆとを、機関負荷に応じて示した図である。図５に示すように、本実施形態では機関負荷が所定の第１負荷ＫＬ１未満の領域、及び所定の第２負荷ＫＬ２以上の領域が、ＥＧＲガス非導入領域となっており、第１負荷ＫＬ１以上２負荷ＫＬ２未満の領域がＥＧＲガス導入領域となっている。

なお図５の一点鎖線Ｘ１は、ＥＧＲガス導入領域において、或る機関回転速度で機関負荷が一定の定常運転を実施している状態（ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に制御されている状態）から機関負荷が変化してＥＧＲガス非導入領域に移行したときに、機械圧縮比を最大圧縮比ε_ｍａｘまで高くすることで、燃焼が不安定になるのを抑制して失火を防止することのできるＥＧＲガス導入時の上限圧縮比（以下「失火防止上限圧縮比」という。）ε_ｌｉｍを示す。

図５に示すように、機関低負荷側の運転領域では、ＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎは失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍとされ、ＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆは最大圧縮比ε_ｍａｘとされる。すなわち機関低負荷側の運転領域では、ＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎは、ＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆよりも小さい値に設定される。これにより、ＥＧＲガス導入領域から機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域に移行したときに、機械圧縮比を高めることができるので、燃焼が不安定になるのを抑制することができる。

一方で機関高負荷側の運転領域では、ノッキングの発生を防止するために機関負荷の増加に併せて機械圧縮比を下げていく必要がある。そのため機関高負荷側の運転領域では、機関負荷が増大にするにつれて、ＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎは失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍから徐々に低下させられ、ＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆも最大圧縮比ε_ｍａｘから徐々に低下させられる。このとき前述した通り、ＥＧＲガス導入時は、ＥＧＲガス非導入時と比較してノッキングの発生を抑制することができるので、ＥＧＲガス非導入時よりも機械圧縮比を高くした状態で機関本体１の運転を行うことができる。そのため、機関高負荷側の運転領域では、ＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎは、ＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆよりも大きい値に設定される。

図６は、本実施形態による圧縮比制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、を読み込み、機関運転状態を検出する。また電子制御ユニット２００は、水温センサ２１６によって検出された冷却水温を読み込む。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、冷却水温が所定のＥＧＲガス導入許可水温Ｔｔｈ以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、冷却水温がＥＧＲガス導入許可水温Ｔｔｈ以上であれば、ステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、冷却水温がＥＧＲガス導入許可水温Ｔｔｈ未満であれば、ステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、運転領域がＥＧＲガス導入領域内である否か、すなわち機関負荷が第１負荷ＫＬ１以上２負荷ＫＬ２未満であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、運転領域がＥＧＲガス導入領域内であればステップＳ４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、運転領域がＥＧＲガス非導入領域内であればステップＳ８の処理に進む。なお本実施形態では、このように運転領域がＥＧＲガス導入領域内である否かを判定するための閾値である第１負荷ＫＬ１及び２負荷ＫＬ２の値を一定（固定値）としているが、例えば機関回転速度に応じて第１負荷ＫＬ１や第２負荷ＫＬ２の値を変化させても良い。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成された図７の目標ＥＧＲ率算出マップを参照し、機関運転状態に基づいて、目標ＥＧＲ率ｔＲｅ［％］を算出する。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ｔＲｅとなるようにＥＧＲ弁３８の開度を制御する。

ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、前述した図５のテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、ＥＧＲ導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎを算出する。なお図５のテーブルは、機関回転速度毎に複数用意されており、電子制御ユニット２００は、その中から機関回転速度に応じた最適なテーブルを選択した上で、機関負荷に基づいてＥＧＲ導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎを算出している。

ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、機械圧縮比がＥＧＲ導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎとなるように可変圧縮比機構Ａを制御する。

ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、目標ＥＧＲ率を０［％］とする。

ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ｔＲｅとなるように、すなわちＥＧＲ弁３８の開度が全閉となるようにＥＧＲ弁３８を制御する。

ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、前述した図５のテーブル（機関回転速度に応じた最適なテーブル）を参照し、機関負荷に基づいて、ＥＧＲ非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆを算出する。

ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、機械圧縮比がＥＧＲ非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆとなるように可変圧縮比機構Ａを制御する。

図８は、本実施形態による圧縮比制御の動作について説明するタイムチャートである。

図８に示す例では、時刻ｔ０から時刻ｔ５までは、冷却水温ＴｗがＥＧＲガス導入許可水温Ｔｔｈ未満となっている。そのため電子制御ユニット２００は、時刻ｔ０から時刻ｔ５までは、目標ＥＧＲ率ｔＲｅを０［％］に設定してＥＧＲ弁３８を全閉にする共に、機械圧縮比がＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆとなるように可変圧縮比機構Ａを制御する。

具体的には時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、ＥＧＲガス非導入領域において機関負荷が一定の定常運転が行われている。そのため電子制御ユニット２００は、機関負荷に基づいてＥＧＲ非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆを算出する。本実施形態では、ＥＧＲガス非導入領域におけるＥＧＲ非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆは最大圧縮比ε_ｍａｘに設定されているので、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、機械圧縮比が最大圧縮比ε_ｍａｘに制御される。

時刻ｔ１で、加速のためにアクセルペダルが踏み増されると、機関負荷が増大して機関高負荷側のＥＧＲガス導入領域に移行するが、時刻ｔ５までは冷却水温がＥＧ機関負荷に基づいてＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆを算出する。その結果、時刻ｔ２以降は機関負荷の増大に伴ってＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆが最大圧縮比ε_ｍａｘから低下するので、電子制御ユニット２００は、機械圧縮比がその低下したＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆとなるように可変圧縮比機構Ａを制御する。

そして時刻ｔ３で、加速が終了してアクセルペダルが戻され、機関負荷が減少していき、それに伴って機械圧縮比が最大圧縮比ε_ｍａｘまで戻され、時刻ｔ４から時刻６までは、機関低負荷側のＥＧＲガス導入領域において機関負荷が一定の定常運転が行われる。

このとき時刻ｔ５までは、冷却水温ＴｗがＥＧＲガス導入許可水温Ｔｔｈ未満となっているので、機関負荷に基づいてＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆが算出され、機械圧縮比が最大圧縮比ε_ｍａｘに維持される。

そして時刻ｔ５で、冷却水温ＴｗがＥＧＲガス導入許可水温Ｔｔｈ以上になると、機関低負荷側のＥＧＲガス導入領域において機関本体１の運転が行われているので、電子制御ユニット２００は、機関運転状態に応じて目標ＥＧＲ率ｔＲｅを算出し、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ｔＲｅとなるようにＥＧＲ弁３８を制御する。

また電子制御ユニット２００は、機関負荷に基づいてＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎを算出する。本実施形態では、機関低負荷側のＥＧＲガス導入領域におけるＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎは、最大圧縮比ε_ｍａｘよりも低い失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍに設定されている。そのため電子制御ユニット２００は、時刻ｔ５で機械圧縮比が失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍとなるように可変圧縮比機構Ａを制御し、機械圧縮比を最大圧縮比ε_ｍａｘから失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍまで低下させる。

ここで機関低負荷側のＥＧＲガス導入領域において、仮に機械圧縮比を失火上限圧縮比εｌｉｍよりも高くした状態で機関本体１を行えば、機械圧縮比を高くした分だけ還流させるＥＧＲガスの流量を多くすることができる（すなわち目標ＥＧＲ率ｔＲｅを高い値に設定することができる）。そのため、ポンピングロスの低減を図ることができるので、燃費の観点からは、機関低負荷側のＥＧＲガス導入領域において機械圧縮比を失火上限圧縮比εｌｉｍよりも高くした方が良いとも考えられる。

しかしながら時刻ｔ６で、減速のためにアクセルペダルが戻されて更に機関負荷が低下し、時刻ｔ７でＥＧＲガス非導入領域に移行すると、目標ＥＧＲ率ｔＲｅが０［％］に設定され、ＥＧＲ弁３８が全閉にされる。このとき、ＥＧＲ弁３８を全閉とした後も、ＥＧＲ弁３８よりも下流側のＥＧＲ通路３２に残留しているＥＧＲガスがしばらくの間は各気筒１０に導入される。すなわち、実際のＥＧＲ率（以下「実ＥＧＲ率」という。）が目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでには時間遅れが生じる。そのため、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの間は、ＥＧＲガス非導入領域において過渡的にＥＧＲガスが各気筒１０に導入され、燃焼が不安定になる。

したがって、機関低負荷側のＥＧＲガス導入領域において機械圧縮比を失火上限圧縮比εｌｉｍよりも高くした状態で機関本体１の運転を行ってしまうと、機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域に移行したときに、燃焼の安定性を確保するための手段がなくなってしまい、最悪失火してしまうおそれがある。

そこで本実施形態では、ＥＧＲガス導入領域では機械圧縮比を失火上限圧縮比ε_ｌｉｍまでに制限しておき、時刻ｔ７でＥＧＲガス導入領域から機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域に移行したときは、機械圧縮比を最大圧縮比ε_ｍａｘまで高くすることができるようにしたのである。これにより、ＥＧＲガス導入領域からＥＧＲガス非導入領域に移行したときの燃焼の安定性を確保することができる。

以上説明した本実施形態によれば、機関本体と、機関本体の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構と、機関本体の燃焼室から排出された排気を機関本体の吸気通路に還流させることができるように構成された吸気装置３と、を備える内燃機関を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、機械圧縮比が目標圧縮比となるように可変圧縮比機構を制御する圧縮比制御部を備える。

そして圧縮比制御部は、機関低負荷側の所定の運転領域において排気の還流が行われているときは、排気の還流が行われていないときよりも目標圧縮比を低い値に設定するように構成されている。

これにより、機関低負荷側で排気を還流させている状態から排気の還流を停止させたときに、目標圧縮比が相対的に低い値から高い値に変更され、可変圧縮機構Ａによって機械圧縮比が高くされる。そのため、排気の還流を停止してからも過渡的に各気筒１０に導入されるＥＧＲ通路３２に残存しているＥＧＲガスによって、燃焼が不安定になるのを抑制することができる。

また本実施形態による圧縮比制御部は、機関高負荷側の所定の運転領域において排気の還流が行われているときは、排気の還流が行われていないときよりも目標圧縮比を高い値に設定するように、さらに構成されている。

これにより、比較的ノッキングが生じやすい機関高負荷側の運転領域において、排気の還流を行ってノッキングの発生を抑制しつつ、排気の還流を停止しているときよりも機械圧縮比を高くして機関本体１の運転を行うことができる。このように、排気の還流を停止しているときよりも機械圧縮比を高くすることで、排気の還流を停止しているときよりも熱効率、ひいては燃費を向上させることができる。また、ポンピングロスも低減することができるので、さらに熱効率を向上させて、燃費を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、圧縮比制御の内容が、実ＥＧＲ率ｒＲｅに基づいてＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎを補正する点で、第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。

図９は、本実施形態による圧縮比制御の内容について説明する図である。

前述した第１実施形態では、機関回転速度毎に設けられた図５のテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、ＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎ、又はＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆを算出していた。そして、機関低負荷側においては、減速時における失火を防止するために、ＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎを、失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍに制限していた。

ここで図５及び図９において一点鎖線Ｘ１で示す失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍは、或る機関回転速度において、ＥＧＲガス導入領域で機関負荷が一定の定常運転を実施している状態（実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に制御されている状態）から、機関負荷が変化して機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域に移行したときに、機械圧縮比を最大圧縮比ε_ｍａｘまで高くすることで、失火を防止することのできるＥＧＲガス導入時の機械圧縮比の上限値である。

機関低負荷側、又は機関高負荷側のＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行したときは、ＥＧＲ弁３８が開かれて各気筒１０にＥＧＲガスが導入されることになるが、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでには時間遅れが生じる。そのため、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの間は、過渡的に各気筒１０に導入されるＥＧＲガスの量が目標量よりも少なくなる。また、ＥＧＲ弁３８よりも下流側のＥＧＲ通路３２に存在するＥＧＲガスの量も定常運転時と比較して少なくなる。

そのため、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの間に、仮に機関負荷がさらに低下して機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域に移行したとしても、定常運転時と比較して、過渡的に各気筒１０に導入されるＥＧＲガスの量は少なくなる。すなわち、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの過渡時は、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束した後の定常運転時から機関低負荷側のＥＧＲガス非導入領域に移行したときよりも失火しにくい状態となる。

したがって、図９に一点鎖線Ｘ２で示すように、機関低負荷側、又は機関高負荷側のＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行し、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの間は、失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍが、一点鎖線Ｘ１で示す定常運転時の失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍよりも高くなる。そして、過渡的に増加した失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍは、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束していくにつれて、一点鎖線Ｘ１で示す定常運転時の失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍへと収束していくことになる。

また図５及び図９において実線Ｙ１で示すＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎは、或る機関回転速度において、機関負荷が一定の定常運転を実施している状態で、ノッキングや失火を回避しつつ燃費が最良となる最適な機械圧縮比である。

前述した通り、ＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行したときは、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの間は、過渡的に各気筒１０に導入されるＥＧＲガスの量が目標量よりも少なくなる。そのため、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの過渡時は、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束した後の定常運転時よりもノッキングが発生しやすい筒内環境となる。

したがって、図９に実線Ｙ２で示すように、ＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行し、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの間は、最適な機械圧縮比が、機関高負荷側においては過渡的に実線Ｙ１で示す定常運転時のＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎよりも低くなる。また機関低負荷側においては、一点鎖線Ｘ２で示すように失火防止上限圧縮比ε_ｌｉｍが高くなるので、最適な機械圧縮比が過渡的に実線Ｙ１で示す定常運転時のＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎよりも高くなる。そして最適な機械圧縮比は、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束していくにつれて、実線Ｙ１で示すＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎへと収束していくことになる。

このように、ＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行し、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの間は、実ＥＧＲ率に応じて過渡的にノッキングや失火を回避しつつ燃費が最良となる最適な機械圧縮比が変化する。

そこで本実施形態では、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの間は、実ＥＧＲ率ｒＲｅに基づいて、ＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎを補正することとした。以下、この本実施形態による圧縮比制御について説明する。

図１０は、電子制御ユニット２００が実施する本実施形態による圧縮比制御について説明するフローチャートである。なお図１０のステップＳ１からステップＳ１１までの処理は第１実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、ＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行し、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの過渡時か否かを判定する。

具体的には電子制御ユニット２００は、過渡時における実ＥＧＲ率ｒＲｅを推定し、目標ＥＧＲ率ｔＲｅから実ＥＧＲ率ｒＲｅを減算した差分値ΔＲｅが、所定値α以上であるか否かを判定する。なお実ＥＧＲ率ｒＲｅの推定方法は、公知の種々の方法の中から適宜選択すればいいものであるが、本実施形態では機関運転状態や吸気圧等に基づいて実ＥＧＲ率ｒＲｅを推定している。また所定値αは、差分値ΔＲｅが所定値α未満であれば、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束していると判定できる値、すなわち実ＥＧＲ率ｒＲｅと目標ＥＧＲ率ｔＲｅとの差が十分に小さく、定常運転時であると判定できる値であり、任意に設定可能な値である。電子制御ユニット２００は、差分値ΔＲｅが所定値α以上であれば、ステップＳ２３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、差分値ΔＲｅが所定値α未満であれば、ステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ２２において、電子制御ユニット２００は、実ＥＧＲ率ｒＲｅに基づいて、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、実ＥＧＲ率ｒＲｅに基づいて、前述した図５のテーブルを補正し、その補正したテーブルを参照して機関負荷に基づきＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’を算出する。

具体的には電子制御ユニット２００は、図１１に示すように、ＥＧＲ弁３８の開弁直後の実ＥＧＲ率ｒＲｅがゼロ［％］のときには、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’が、ＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆになるように図５のテーブルを補正する。

そして、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅになったときに補正が終了するように（ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’が、定常運転時のＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎとなるように）、実ＥＧＲ率ｒＲｅの増加に伴って、図１１の矢印Ｚで示されるように図５のテーブルを補正する。

すなわち、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの間は、機関低負荷側では実ＥＧＲ率ｒＲｅが低いときほど、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’が、定常運転時のＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎよりも高くなるように、図５のテーブルが補正される。また機関高負荷側では実ＥＧＲ率ｒＲｅが低いときほど、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’が、定常運転時のＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎよりも低くなるように、図５のテーブルが補正される。

ステップＳ２３において、電子制御ユニット２００は、機械圧縮比がＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’となるように可変圧縮比機構Ａを制御する。

図１２は、本実施形態による圧縮比制御の動作について説明するタイムチャートであり、特に図１３に示すように、機関高負荷側のＥＧＲガス非導入領の第４負荷ＫＬ４から、ＥＧＲガス導入領域の第３負荷ＫＬ３まで機関負荷が低下したときのタイムチャートである。

時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、加速のためにアクセルペダルが深く踏み込まれており、機関高負荷側のＥＧＲガス非導入領域において、機関負荷が一定（第４負荷ＫＬ４）の定常運転が行われている。

時刻ｔ１で、加速が終了してアクセルペダルが戻され、機関負荷が減少していき、時刻ｔ２で機関負荷が第２負荷ＫＬ２を下回ると、電子制御ユニット２００は、機関運転状態に応じて目標ＥＧＲ率ｔＲｅを算出し、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅとなるようにＥＧＲ弁３８を制御する。これによりＥＧＲ弁３８が開かれ、時刻ｔ２以降は徐々に実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに向けて上昇していき、時刻ｔ５で実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束する。

本実施形態では、この時刻ｔ２から時刻ｔ５の間、実ＥＧＲ率に基づいて、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’が算出されることになる。

具体的には時刻ｔ２から時刻ｔ３では、実ＥＧＲ率ｒＲｅがゼロとなっているため、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’は、ＥＧＲガス非導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｆｆと一致しており、図１２及び図１３に示すように、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’はε１に設定される。そして実ＥＧＲ率の増加に伴って、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’が、例えばε２、ε５、ε４、ε３の順に設定され、機械圧縮比が設定されたＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’となるように可変圧縮比機構Ａが制御される。

このとき時刻ｔ４で失火防止上限圧縮比εｌｉｍによって機械圧縮比の上限が制限されるまでは、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’は増加していくことになる。そして、時刻ｔ４以降は、ＥＧＲガス導入時の補正目標圧縮比ｔε_ｏｎ’は低下していくことになる。

そして実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束した時刻ｔ５以降は、機械圧縮比が定常運転時のＥＧＲガス導入時の目標圧縮比ｔε_ｏｎとなるように可変圧縮比機構Ａが制御される。

以上説明した本実施形態による電子制御ユニット２００（制御装置）は、ＥＧＲ率（排気の還流率）が目標ＥＧＲ率（目標還流率）ｔＲｅとなるように吸気装置３を制御する排気還流制御部と、実ＥＧＲ率（実際の還流率）ｒＲｅを推定する実還流率推定部と、をさらに備える。そして圧縮比制御部が、排気の還流を開始するときは、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの間、実ＥＧＲ率ｒＲｅに基づいて目標圧縮比を補正するように構成されている。

具体的には圧縮比制御部は、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅよりも低いときほど、機関低負荷側の所定の運転領域においては目標圧縮比が高くなるように補正し、前記機関高負荷側の所定の運転領域においては目標圧縮比が低くなるように補正するように構成されている。

これにより、ＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行し、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの過渡時において、機械圧縮比をノッキングや失火を回避しつつ燃費が最良となる最適な機械圧縮比に制御することができる。

なお第２実施形態の変形例として、吸気弁閉時期（以下「ＩＶＣ」という。）が機関運転状態に応じた目標ＩＶＣとなるように可変動弁機構Ｂをさらに制御している場合は、実ＥＧＲ率ｒＲｅに基づいて目標ＩＶＣを補正することで、以下のような効果を得ることができる。

すなわち機関運転状態に基づいて目標ＩＶＣを算出し、ＩＶＣが目標ＩＶＣとなるように可変動弁機構Ｂを制御している場合、定常運転時（実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに制御されているとき）において吸気量が最適となるＩＶＣが目標ＩＶＣとして設定される。

そのため、ＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行したときに、実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束する前に、ＩＶＣを実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束した後の定常運転時における目標ＩＶＣに制御してしまうと、過渡的にＥＧＲガス量が不足する。その結果、ＥＧＲガスが導入されない分だけ吸気量（新気量）が過剰となってしまい、過渡的にノッキングが生じるおそれがある。

このように、可変圧縮比機構Ａ及び可変動弁機構Ｂのそれぞれを機関運転状態に応じて制御しているときは、ＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行し、実ＥＧＲ率ｒＲｅが増加して目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束するまでの過渡時において、機械圧縮比の目標値だけを実ＥＧＲ率ｒＲｅに基づいて補正しても、ノッキングが生じてしまうおそれがある。

またＥＧＲガス導入領域からＥＧＲガス非導入領域に移行したときに、実ＥＧＲ率ｒＲｅが低下して目標ＥＧＲ率ｔＲｅ（＝ゼロ）に収束する前に、ＩＶＣを実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束した後の定常運転時における目標ＩＶＣに制御してしまうと、過渡的にＥＧＲガス量が過剰となる。その結果、過剰に導入されたＥＧＲガスの分だけ吸気量（新気量）が不足してしまい、機関出力が低下するおそれがある。

そこで本実施形態では、実ＥＧＲ率ｒＲｅに基づいて目標ＩＶＣを補正し、可変圧縮比機構Ａ及び可変動弁機構Ｂのそれぞれを協調的に制御することとした。これにより、このようなノッキングの発生や機関出力の低下を抑制することができる。

図１４は、第２実施形態による変形例による吸気弁閉時期制御の動作について説明するタイムチャートである。図１４において、吸気弁閉時期の動作以外は、図１２のタイムチャートの動作を同様である。

前述した通り、機関運転状態に基づいて目標ＩＶＣを算出し、実ＩＶＣが目標ＩＶＣとなるように可変動弁機構Ｂを制御している場合、機械圧縮比及び実ＥＧＲ率ｒＲｅのそれぞれが目標値に制御されている状態で吸気量が最適となるＩＶＣが目標ＩＶＣとして設定される。

そのため、図１４（Ｆ）に破線Ｐで示すように、時刻ｔ２でＥＧＲガス非導入領域からＥＧＲガス導入領域に移行したときに、時刻ｔ５で実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束する前の時点（図１４に示す例では時刻ｔ３）で、実ＩＶＣを実ＥＧＲ率ｒＲｅが目標ＥＧＲ率ｔＲｅに収束した後の定常運転時において最適な目標ＩＶＣに制御してしまうと、ＥＧＲガスが導入されない分だけ吸気量（新気量）が過剰となってしまい、過渡的にノッキングが生じるおそれがある。

したがって、図１４（Ｆ）に実線で示すように、実ＥＧＲ率ｒＲｅに応じてＩＶＣを制御することで、実ＥＧＲ率ｒＲｅ及び機械圧縮比に応じたＩＶＣに制御することができ、これによりノッキングを抑制することができる。具体的には、過渡時（時刻ｔ２〜時刻ｔ５）において実ＥＧＲ率が低いときには、定常運転時に導入されるＥＧＲガス量に相当する分だけ吸気量を減少させるべく、吸気下死点からの遅角量が大きくなるように、目標ＩＶＣを補正する。そして実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に収束するにつれて、徐々に吸気下死点からの遅角量が小さくなるように、目標ＩＶＣを補正する。

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。

１機関本体
３吸気装置
Ａ可変圧縮比機構
１００内燃機関
２００電子制御ユニット（制御装置）

Claims

機関本体と、
前記機関本体の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構と、
前記機関本体の燃焼室から排出された排気を前記機関本体の吸気通路に還流させることができるように構成された吸気装置と、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記機械圧縮比が目標圧縮比となるように前記可変圧縮比機構を制御する圧縮比制御部を備え、
前記圧縮比制御部は、
機関低負荷側の所定の運転領域において排気の還流が行われているときの実圧縮比を、排気の還流が行われていないときの前記実圧縮比よりも低くするために、機関低負荷側の所定の運転領域において排気の還流が行われているときは、排気の還流が行われていないときよりも前記目標圧縮比を低い値に設定する、
内燃機関の制御装置。
前記圧縮比制御部は、
機関高負荷側の所定の運転領域において排気の還流が行われているときは、排気の還流が行われていないときよりも前記目標圧縮比を高い値に設定する、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
排気の還流率が目標還流率となるように前記吸気装置を制御する排気還流制御部と、
排気の実際の還流率を推定する実還流率推定部と、
をさらに備え、
前記圧縮比制御部は、
排気の還流を開始するときは、排気の還流率が増加して前記目標還流率に収束するまでの間、実際の還流率に基づいて前記目標圧縮比を補正する、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記圧縮比制御部は、
実際の還流率が前記目標還流率よりも低いときほど、機関低負荷側の所定の運転領域においては前記目標圧縮比が高くなるように補正し、機関高負荷側の所定の運転領域においては前記目標圧縮比が低くなるように補正する、
請求項３に記載の内燃機関の制御装置。