JP6614221B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、排気通路と気筒とを接続するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の気筒側の端部に設けられたＥＧＲ弁とを備える内燃機関を制御するうえで好適な制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンの外部ＥＧＲ装置が開示されている。この外部ＥＧＲ装置は、排気通路と気筒とを接続するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の気筒側の端部に設けられたＥＧＲ弁とを備えている。ＥＧＲ弁は吸気行程において開かれる。また、この外部ＥＧＲ装置は、排気通路とＥＧＲ通路との接続部に、ＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ制御弁を備えている。このディーゼルエンジンでは、ＥＧＲ制御弁を閉じることにより、外部ＥＧＲ装置による気筒内への排気ガスの再循環を停止することができる。

特開２０００−０７３８７５号公報

上述のように、特許文献１に記載のディーゼルエンジンでは、気筒内へのＥＧＲガスの導入を停止するためにＥＧＲ制御弁が用いられる。一方、内燃機関の燃焼室を開閉するバルブ（典型的には、吸気弁および排気弁であり、特許文献１に記載のＥＧＲ弁もこれに含まれる）の開弁特性（バルブの位相、リフト量および作用角など）を可変とする可変動弁装置が知られている。このような可変動弁装置の利用によって外部ＥＧＲ装置による気筒への排気ガスの再循環を実質的に停止できれば、上記ＥＧＲ制御弁を不要にできる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、排気通路と気筒とを接続するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の気筒側の端部に設けられたＥＧＲ弁とを有する外部ＥＧＲ装置を備える内燃機関を対象とする。そして、本発明は、吸気通路の吸気ポート内の圧力がＥＧＲ通路のＥＧＲポート内の圧力よりも高い高吸気圧条件において、ＥＧＲ通路と排気通路との接続部に別途ＥＧＲ制御弁を備えることなく、かつ、ＥＧＲ通路を介した気筒から排気通路への新気の吹き抜けを抑制しつつ、外部ＥＧＲ装置による排気ガスの再循環を実質的に停止させられるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、
吸気通路を流れる吸気を過給する過給機と、
前記吸気通路の気筒側の端部に設けられた吸気弁、および、排気通路の前記気筒側の端部に設けられた排気弁と、
前記排気通路と前記気筒とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の前記気筒側の端部に設けられたＥＧＲ弁とを有する外部ＥＧＲ装置と、
前記ＥＧＲ弁の開弁特性、および前記吸気弁の開弁特性のうちの少なくとも一方を可変とする可変動弁装置と、
を備える内燃機関を制御する。
前記ＥＧＲ弁が開くＥＧＲ弁リフト期間は、吸気行程の一部に、または、排気行程の一部と吸気行程の一部とに跨るように設けられている。
前記制御装置は、前記吸気通路の吸気ポート内の圧力が前記ＥＧＲ通路のＥＧＲポート内の圧力よりも高い高吸気圧条件が満たされ、かつ、前記外部ＥＧＲ装置によるＥＧＲガス導入要求がない場合に、前記可変動弁装置を用いてＥＧＲカット制御を実行する。
前記制御装置は、前記ＥＧＲカット制御において、前記吸気弁が前記ＥＧＲ弁よりも後に前記吸気行程において開き、かつ、前記ＥＧＲ弁を介した前記気筒内から前記ＥＧＲ通路への流出ガス量が前記ＥＧＲ弁を介した前記ＥＧＲ通路から前記気筒内への流入ガス量と等しくなるように、前記ＥＧＲ弁のリフトカーブと前記吸気弁のリフトカーブとが重なる部分の面積であるオーバーラップ面積を調整する。
前記ＥＧＲ通路は、前記ＥＧＲカット制御の実行中に前記ＥＧＲ弁を介して前記気筒内から前記ＥＧＲ通路に流出するガスを蓄えられるように構成されている。

前記可変動弁装置は、前記吸気弁の位相を可変としてもよい。そして、前記制御装置は、前記ＥＧＲカット制御において、前記吸気弁の位相の調整によって、前記流出ガス量が前記流入ガス量と等しくなるように前記オーバーラップ面積を調整してもよい。

前記可変動弁装置は、前記吸気弁のリフト量および作用角のうちの少なくとも一方を可変としてもよい。そして、前記制御装置は、前記ＥＧＲカット制御において、前記吸気弁のリフト量および前記吸気弁の作用角のうちの少なくとも一方の調整によって、前記流出ガス量が前記流入ガス量と等しくなるように前記オーバーラップ面積を調整してもよい。

前記内燃機関は、前記吸気通路に設けられたスロットルを含んでいてもよい。そして、前記制御装置は、前記スロットルの開度が全開開度未満であり、かつ、前記ＥＧＲガス導入要求がないときに、前記スロットルを開くことにより前記高吸気圧条件が満たされる場合には、前記スロットルを開いて前記高吸気圧条件を満たしつつ前記ＥＧＲカット制御を実行してもよい。

前記過給機は、前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、前記排気通路に配置されたタービンとを有するターボ過給機であってもよい。そして、前記ＥＧＲ通路は、前記タービンよりも下流側において前記排気通路に接続されてもよい。

本発明によれば、高吸気圧条件が満たされ、かつ、外部ＥＧＲ装置によるＥＧＲガス導入要求がない場合には、可変動弁装置を用いてＥＧＲカット制御が実行される。ＥＧＲカット制御では、ＥＧＲ弁が吸気弁よりも先に開かれ、かつ、ＥＧＲ弁を介した気筒内からＥＧＲ通路への流出ガス量がＥＧＲ弁を介したＥＧＲ通路から気筒内への流入ガス量と等しくなるように、ＥＧＲ弁および吸気弁についてのリフトカーブのオーバーラップ面積が調整される。そして、ＥＧＲ通路は、ＥＧＲカット制御の実行中にＥＧＲ弁を介して気筒内からＥＧＲ通路に流出するガスを蓄えられるように構成されている。したがって、ＥＧＲカット制御が実行されると、ＥＧＲ弁リフト期間中には、ＥＧＲ弁を介して気筒とＥＧＲ通路との間でガスが出入りすることになる。このため、本発明によれば、ＥＧＲ通路と排気通路との接続部に別途ＥＧＲ制御弁を備えることなく、ＥＧＲ通路を介した気筒から排気通路への新気の吹き抜けを抑制しつつ、外部ＥＧＲ装置による排気ガスの再循環（すなわち、いわゆる外部ＥＧＲガスの導入）を実質的に停止させられるようになる。

本発明の実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための図である。 図１に示す可変動弁装置によって実現される吸気弁およびＥＧＲ弁のリフトカーブの一例を排気弁のリフトカーブとともに表した図である。 ＥＧＲガスの導入時に用いられるマップＭ１における吸気弁およびＥＧＲ弁の位相、リフト量および作用角の設定例を示す図である。 ＥＧＲ弁の位相の調整例を表した図である。 高吸気圧条件における吸気弁およびＥＧＲ弁についてのバルブ通過ガス量［ｇ］とＥＧＲ弁と吸気弁とのＯ／Ｌ期間との関係を表した図である。 図４に示す位相Ｂ２が利用される例であって、各弁の通過ガス流量［ｇ／ｓ］のクランク角に対する変化を表した図である。 本発明の実施の形態１に係るＥＧＲカット制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 高吸気圧条件におけるＥＧＲ弁の通過ガス量［ｇ／ｓ］とＥＧＲ弁と吸気弁とのＯ／Ｌ期間との関係を表した図である。 高吸気圧条件におけるＥＧＲ弁の通過ガス量［ｇ／ｓ］とＥＧＲ弁と吸気弁とのＯ／Ｌ期間との関係を表した図である。 図１に示すスロットルの制御領域の一例を説明するための図である。 本発明の実施の形態５に係るＥＧＲカット制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 ＥＧＲカット制御の実行中にＥＧＲ弁の開き時期が排気行程にある例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
まず、図１〜図７を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

１．実施の形態１に係るシステムの構成例
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）１０を備えている。内燃機関１０は、例えば、車両に搭載される。内燃機関１０は、一例として直列４気筒型エンジンであるが、内燃機関の気筒数は、４つ以外の任意の１または複数であってもよい。また、本発明の対象となる内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関に代え、例えば、火花点火式の内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）であってもよい。

１−１．過給機
内燃機関１０は、過給エンジンであり、過給機の一例として、ターボ過給機２０を備えている。より詳細には、ターボ過給機２０は、一例として、タービン２２とコンプレッサ２４と可変ノズル機構２６とを備える可変ノズル式ターボ過給機である。タービン２２は排気エネルギによって回転駆動される。コンプレッサ２４はタービン２２とともに回転して吸入空気を過給する。可変ノズル機構２６によれば、複数の可変ノズルベーンの開度（ＶＮ開度）を変更してタービン２２に流入する排気ガスの流速を変化させることで、過給圧を調整することができる。

１−２．吸気系
内燃機関１０の各気筒１２には、吸気通路３０が連通している。具体的には、吸気通路３０の入口付近には、エアクリーナ３２が取り付けられている。エアクリーナ３２には、吸気通路３０に取り入れられた空気（新気）の流量に応じた信号を出力するエアフローセンサ３４と、この空気の湿度に応じた信号を出力する湿度センサ３６とが設けられている。

エアクリーナ３２よりも下流側の吸気通路３０には、上記のコンプレッサ２４が配置されている。コンプレッサ２４よりも下流側の吸気通路３０には、コンプレッサ２４によって圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ３８が配置されている。インタークーラ３８の下流には、吸気通路３０を流れる吸気の流量を調整するための電子制御式のスロットル４０が設けられている。

スロットル４０の下流側には、各気筒１２に向けて吸気を分配するための吸気マニホールド４２が設けられている。シリンダヘッド１４の内部には、吸気マニホールド４２の各出口と各気筒（各燃焼室）１２とを接続する吸気ポート４４が形成されている。吸気マニホールド４２および吸気ポート４４内の通路は吸気通路３０の一部として機能する。図１に示す例では、吸気ポート４４は、気筒１２毎に２つ設けられている。

吸気マニホールド４２の集合部には、吸気圧（吸気マニホールド圧（過給圧））に応じた信号を出力する吸気圧センサ４６と、吸気温度に応じた信号を出力する吸気温度センサ４８とが取り付けられている。

１−３．排気系
また、各気筒１２には、排気通路６０が連通している。具体的には、シリンダヘッド１４の内部には、各気筒（各燃焼室）１２と排気マニホールド６２とを接続する排気ポート６４が形成されている。排気マニホールド６２および排気ポート６４内の通路は排気通路６０の一部として機能する。図１に示す例では、排気ポート６４は、気筒１２毎に１つ設けられている。

排気マニホールド６２よりも下流側の排気通路６０には、上記のタービン２２が配置されている。タービン２２には、排気マニホールド６２によって集められた各気筒１２からの排気ガスが流入する。タービン２２の下流には、排気ガスの浄化のために排気浄化装置（後処理装置）６６が配置されている。

排気マニホールド６２の集合部には、排気圧（排気マニホールド圧）に応じた信号を出力する排気圧センサ６８と、排気温度に応じた信号を出力する排気温度センサ７０とが取り付けられている。

１−４．外部ＥＧＲ装置
図１に示す内燃機関１０は、外部ＥＧＲ装置（以下、単に「ＥＧＲ装置」とも称する）８０を備えている。ＥＧＲ装置８０は、ＥＧＲ通路８２とＥＧＲ弁８４とＥＧＲクーラ８６とを備えている。ＥＧＲ通路８２は、排気通路６０と各気筒１２とを接続する。ＥＧＲガス流量の制御は、後述のように可変動弁装置１００を用いて行われる。

より詳細には、ＥＧＲ通路８２は、タービン２２よりも下流側の排気通路６０と各気筒１２とを接続しており、排気通路６０内を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガス（いわゆる、外部ＥＧＲガス）として各気筒１２に再循環させることができる。図１に示す例では、ＥＧＲガスを各気筒１２に向けて分配するためのＥＧＲマニホールド８８と、ＥＧＲマニホールド８８と各気筒１２とを接続するＥＧＲポート９０とがシリンダヘッド１４の内部に形成されている。ＥＧＲマニホールド８８およびＥＧＲポート９０内の通路はＥＧＲ通路８２の一部として機能する。図１に示す例では、ＥＧＲポート９０は、気筒１２毎に１つ設けられている。

ＥＧＲ弁８４は、ＥＧＲ通路８２の気筒１２側の端部に設けられている。すなわち、ＥＧＲ弁８４は、気筒１２（燃焼室）を開閉する。ＥＧＲクーラ８６は、排気通路６０からＥＧＲ通路８２に流入した排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却する。また、ＥＧＲ通路８２（より詳細には、ＥＧＲクーラ８６よりもＥＧＲガス流れの下流側かつ、ＥＧＲマニホールド８８よりも上流側の部位）には、ＥＧＲガスの圧力に応じた信号を出力するＥＧＲガス圧センサ９２と、ＥＧＲガスの温度に応じた信号を出力するＥＧＲガス温度センサ９４とが取り付けられている。

（ＥＧＲ通路の容積）
ＥＧＲ通路８２は、後述のＥＧＲカット制御の実行中にＥＧＲ弁８４を介して気筒１２内からＥＧＲ通路８２に流出するガス（主に新気）を蓄えられるように構成されている。より詳細には、内燃機関１０は、複数（４つ）の気筒１２を有しているため、ＥＧＲ通路８２は、ＥＧＲカット制御の実行中に各気筒１２からＥＧＲ通路８２に流出したガスをＥＧＲ通路８２の外（すなわち、排気通路６０内）にまで流出させない大きさの容積が確保されるように構成されている。

１−５．動弁系
図１に示す内燃機関１０の例では、気筒１２（燃焼室）を開閉するバルブとして、４つの弁が設けられている。そのうちの２つは、吸気通路３０（吸気ポート４４）の気筒１２側の端部に設けられた吸気弁５０であり、他の１つは、排気通路６０の気筒１２側の端部に設けられた排気弁７２であり、残りの１つは、上記のＥＧＲ弁８４である。これらの弁５０、７２、８４は、典型的には、何れもポペット型のバルブである。なお、これらの弁５０、７２、８４のそれぞれの数は、上記の例に限定されず、他の任意の数であってもよい。

内燃機関１０は、可変動弁装置１００を備えている。可変動弁装置１００は、吸気弁５０の開弁特性を可変とする吸気可変動弁装置１０２と、ＥＧＲ弁８４の開弁特性を可変とするＥＧＲ可変動弁装置１０４とを含む。なお、排気弁７２は、例えば、図示省略する排気動弁装置によって一定の開弁特性で駆動される。

吸気可変動弁装置１０２およびＥＧＲ可変動弁装置１０４により変更される開弁特性の例は、吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角である。より詳細には、バルブの位相の変更とは、クランク角に対するバルブリフトカーブの位相を変更することに相当する。また、バルブのリフト量は、バルブリフトカーブにおける最大リフト量を指している。バルブの作用角は、バルブが開いているクランク角期間（クランク角幅）に相当する。

吸気可変動弁装置１０２は、吸気弁５０の位相を所定のクランク角範囲内で連続的に可変とする位相可変機能と、吸気弁５０のリフト量および作用角を連続的に可変とするリフト量＆作用角連続可変機能とを有する。同様に、ＥＧＲ可変動弁装置１０４も、位相可変機能とリフト量＆作用角連続可変機能とを有する。

位相可変機能は、例えば、クランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変更可能な位相可変機構（図示省略）を備えることにより実現できる。また、リフト量＆作用角連続可変機能は、例えば、バルブのリフト量および作用角を連続的に変更可能な周知の可変バルブリフト機構を備えることにより実現できる。付け加えると、例えば、吸気弁５０の上記の両機能を実現するためには、吸気弁５０用のカム軸を利用する位相可変機構および可変バルブリフト機構が備えられてもよい。また、ＥＧＲ弁８４の上記の両機能を実現するためには、排気弁７２用のカム軸とＥＧＲ弁８４用のカム軸とを２重構造としつつ、ＥＧＲ弁８４用のカム軸を利用する位相可変機構および可変バルブリフト機構が備えられてもよい。

図２は、図１に示す可変動弁装置１００によって実現される吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４のリフトカーブの一例を排気弁７２のリフトカーブとともに表した図である。図２に示すように、吸気可変動弁装置１０２は、位相可変機能を利用して吸気弁５０の閉じ時期を圧縮行程中の所定時期に合わせつつ、リフト量＆作用角連続可変機能を利用して吸気弁５０のリフト量および作用角を連続的に変更可能に構成されている。また、ＥＧＲ可変動弁装置１０４は、位相可変機能を利用してＥＧＲ弁８４の開き時期を排気上死点（ＴＤＣ）に合わせつつ、リフト量＆作用角連続可変機能を利用してＥＧＲ弁８４のリフト量および作用角を連続的に変更可能に構成されている。また、このような吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４の開弁特性の変更は、ＥＧＲ弁８４のリフトカーブの一部と吸気弁５０のリフトカーブの一部とが吸気行程において重なることを可能にしつつ行われる。なお、排気弁７２は、例えば、膨張行程の所定時期において開かれ、排気上死点付近において閉じられる。

１−６．制御系
図１に示すように、本実施形態のシステムは、さらに電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１０を備えている。ＥＣＵ１１０には、内燃機関１０およびこれを搭載する車両に搭載された各種センサと、内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータとが電気的に接続されている。

上記の各種センサは、上述したエアフローセンサ３４、湿度センサ３６、圧力センサ４６、６８、９２、および温度センサ４８、７０、９４に加え、クランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ１１２、外気温度センサ１１４、大気圧センサ１１６、エンジン冷却水温度に応じた信号を出力する水温センサ１１８、およびアクセルポジションセンサ１２０を含む。ＥＣＵ１１０は、クランク角センサ１１２を用いてエンジン回転速度を取得できる。また、上記の各種アクチュエータは、上述した可変ノズル機構２６、スロットル４０および可変動弁装置１００（１０２、１０４）に加え、各気筒１２に燃料を噴射する燃料噴射弁１２２を含む。

ＥＣＵ１１０は、プロセッサ、メモリおよび入出力インターフェースを備えている。入出力インターフェースは、上記の各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、上記の各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。メモリには、各種アクチュエータを制御するための各種の制御プログラムおよびマップが記憶されている。プロセッサは、制御プログラムをメモリから読み出して実行する。これにより、本実施形態に係る「内燃機関の制御装置」の機能が実現される。

１−７．内燃機関のハードウェア上の特徴
（高過給とＥＧＲガス導入の両立）
本実施形態の外部ＥＧＲ装置８０と異なり、高圧ループ（ＨＰＬ:High Pressure Loop）式のＥＧＲ装置では、ＥＧＲ通路は、タービンよりも上流側の排気通路に接続される。このため、ＥＧＲガスの導入が行われるときには、タービンに流入する排気ガスの量が減少してしまう。また、ＥＧＲ通路がタービンよりも上流側の排気通路に接続されていると、タービンよりも上流側の排気通路の容積がＥＧＲ通路分だけ増加する。その結果、排気脈動が減衰してしまい、タービン仕事の低下が懸念される。これらの理由により、ＨＰＬ式のＥＧＲ装置が採用されると、過給圧を高くすることが困難になる可能性がある。

これに対し、本実施形態のＥＧＲ装置８０によれば、タービン２２を通過した後の排気ガスがＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路８２に取り出される。このため、タービン２２を通過する排気ガスの流量の減少を抑制できる。また、ＥＧＲ通路８２の存在によってタービン２２の上流側の排気通路６０の容積が増加することもない。したがって、高過給を実現しつつＥＧＲガスを導入できるようになる。また、上記のＨＰＬ式のＥＧＲ装置では、タービンよりも上流側の排気通路へのＥＧＲ通路の接続によって各気筒の排気通路が連通してしまうため、ツインスクロール方式のターボ過給機の採用が困難となる。これに対し、ＥＧＲ装置８０の利用により、ツインスクロール方式を容易に採用できる。

（吸気圧が排気圧よりも高い条件でのＥＧＲガスの導入）
また、ＨＰＬ式のＥＧＲ装置では、ＥＧＲ通路は、スロットルよりも下流側の吸気通路に接続される。このような構成では、ターボ効率が良いために吸気通路内の圧力が排気通路内の圧力よりも高い条件においては、ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁が開かれると、吸気通路を流れる新気がＥＧＲ通路に吹き抜けてしまう。このため、この条件では、ＥＧＲガスの導入を行うことが困難となる。

これに対し、本実施形態のＥＧＲ装置８０によれば、吸気行程中にＥＧＲ弁８４と吸気弁５０とを開くクランク角期間を（例えば、後述の図３のように）適切に設定することにより、吸気圧（過給圧）が排気圧よりも高い条件であっても、ＥＧＲガスを気筒１２内に導入することが可能となる。

（ＥＧＲガスの導入遅れの抑制）
排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備える構成（例えば、上記のＨＰＬ式または、低圧ループ（ＬＰＬ：Low Pressure Loop）式のＥＧＲ装置）では、ＥＧＲ弁から気筒までの距離が長くなるため、ＥＧＲ弁の開度を調整しても、気筒内に吸入されるＥＧＲガスの量が実際に変化するまでに時間を要する（すなわち、ＥＧＲガスの導入遅れが大きい）。

これに対し、本実施形態のＥＧＲ装置８０によれば、後に詳述のようにＥＧＲ弁８４の開弁特性および吸気弁５０の開弁特性のうちの少なくとも一方の制御によって、ＥＧＲガスの導入の有無およびＥＧＲガス流量の調整を速やかに行える。

２．ＥＧＲ制御
２−１．ＥＧＲガスの導入およびＥＧＲガス流量の調整
上述の外部ＥＧＲ装置８０および可変動弁装置１００を備える内燃機関１０では、ＥＧＲガスの導入およびＥＧＲガス流量の調整は、吸気弁５０の開弁特性の制御およびＥＧＲ弁８４の開弁特性の制御によって実行される。

より詳細には、吸気弁５０の開弁特性の制御およびＥＧＲ弁８４の開弁特性の制御によって気筒１２内に流入するＥＧＲガスの流量を制御することで、ＥＧＲ率が制御される。ＥＧＲ率［％］は、気筒１２内に充填されるＥＧＲガスの量を、気筒１２内に充填される新気およびＥＧＲガスの総量で除し、かつ、１００を乗じて得られる値である。

（吸気弁およびＥＧＲ弁の位相、リフト量および作用角の決定手法（適合手法））
内燃機関１０では、エンジン負荷（燃料噴射量）とエンジン回転速度とにより特定されるエンジン運転領域内の個々のエンジン動作点に対して、目標ＥＧＲ率が設定されている。また、内燃機関１０では、エンジン運転領域内の個々のエンジン動作点に対して、目標新気量が設定されている。新気量の制御は、例えば、スロットル４０の開度とＶＮ開度の調整によって行うことができる。

本実施形態では、個々のエンジン動作点において目標ＥＧＲ率を満たす吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角は、目標新気量を満たしつつ、かつ、燃料消費が最少となるように（換言すると、エンジントルクが最大となるように）決定される。この決定手法は、例えば、次の通りである。

すなわち、ＥＧＲ制御に関係する各種のパラメータＡが同じ条件の下で吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角を変更しながら試験またはシミュレーションが行われる。そして、得られた結果から、目標ＥＧＲ率および目標新気量を満たしつつ、燃料消費が最小となる吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角の組み合わせが決定される。このような作業がパラメータＡを変更しつつ実行される。これにより、内燃機関１０の運転中に想定されるパラメータＡの範囲内で、目標ＥＧＲ率等の上記要求を満たす吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角が得られる。ＥＣＵ１１０には、このようにして得られた関係（パラメータＡと吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角との関係）がマップＭ１として記憶されている。これにより、内燃機関１０の運転中にそのようなマップＭ１を参照することで、パラメータＡの現在の条件の下で上記要求が満たされるように吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角を決定できる。なお、パラメータＡは、例えば、エンジン回転速度、燃料噴射量、新気量、外気温度、大気圧、エンジン冷却水温度、大気（吸気）湿度、吸気マニホールド４２内の圧力および温度、排気マニホールド６２内の圧力および温度、ならびに、ＥＧＲマニホールド８８内の圧力および温度である。

（吸気弁およびＥＧＲ弁の位相、リフト量および作用角の設定例）
図３は、ＥＧＲガスの導入時に用いられるマップＭ１における吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角の設定例を示している。図３に示す例は、吸気ポート４４内の圧力が排気ポート６４内の圧力よりも低い条件を対象としている。この例では、吸気行程においてＥＧＲ弁８４および吸気弁５０が順に開き、かつ、ＥＧＲ弁８４のリフトカーブの一部が吸気弁５０のリフトカーブの一部と重なっている。ＥＧＲ弁８４と吸気弁５０の両方が開いていると、ＥＧＲ弁８４が単独で開いているときと比べて、吸気弁５０を介した新気の流入量分だけＥＧＲガスの流入量が減少する。したがって、吸気弁５０の開弁特性およびＥＧＲ弁８４の開弁特性のうちの少なくとも一方の調整によってこれらのリフトカーブが重なる部分の面積であるオーバーラップ面積（以下、「Ｏ／Ｌ面積」と称する）が広くなると、ＥＧＲガス流量が減少し、ＥＧＲ率が低くなる。

さらに付け加えると、ＥＧＲ装置８０と可変動弁装置１００とを備える内燃機関１０によれば、図３に示す例とは異なり、吸気行程においてＥＧＲ弁８４が開閉した後に吸気弁５０が開閉することによりＥＧＲ弁８４と吸気弁５０とのオーバーラップを設けないようにすることで、吸気ポート４４内の圧力が排気ポート６４内の圧力よりも高い条件であっても、ＥＧＲ通路８２内への新気の吹き抜けを回避しつつ、ＥＧＲガスの導入が可能となる。その理由は、ＥＧＲ弁８４が開いている間は、ピストンの下降により気筒１２内が負圧になる一方、タービン２２よりも下流側の排気通路６０内の圧力は大気圧近傍となるため、ＥＧＲ通路８２内の圧力よりも気筒１２内の圧力の方が低くなる。このため、ＥＧＲ通路８２を介してＥＧＲガスが気筒１２内に供給される。そして、吸気弁５０の開き時期がＥＧＲ弁８４の閉じ時期よりも後であれば、吸気弁５０が開いて高圧の吸気が気筒１２内に供給されても、吸気がＥＧＲ通路８２に向けて吹き抜けることはない。

２−２．ＥＧＲカット制御
内燃機関１０の運転中には、ＥＧＲガスの導入が必要とされない場合がある。ＥＧＲ装置８０および可変動弁装置１００を備える内燃機関１０では、吸気ポート４４内の圧力がＥＧＲポート９０内の圧力よりも高い圧力条件（以下、単に「高吸気圧条件」と称する）においてＥＧＲガス導入要求がない場合には、次のような「ＥＧＲカット制御」が実行される。

すなわち、本実施形態のＥＧＲカット制御では、吸気行程において開くＥＧＲ弁８４よりも後に吸気弁５０が吸気行程において開き、かつ、流出ガス量Ｇｏｕｔが流入ガス量Ｇｉｎと等しくなるようにＥＧＲ弁８４のリフトカーブと吸気弁５０のリフトカーブについてのＯ／Ｌ面積を調整するように可変動弁装置１００が用いられる。流出ガス量Ｇｏｕｔは、ＥＧＲ弁８４を介して気筒１２内からＥＧＲ通路８２に流出するガスの量であり、流入ガス量Ｇｉｎは、ＥＧＲ弁８４を介してＥＧＲ通路８２から気筒１２内に流入するガスの量である。

２−２−１．ＥＧＲ弁を閉じずに排気ガスの再循環を停止させる原理
本実施形態のＥＧＲカット制御では、一例として、上記のＯ／Ｌ面積の調整は、ＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角、ならびに吸気弁５０の位相、リフト量および作用角の双方の調整によって実行される。しかしながら、以下に図４〜図６を参照して行われる排気ガスの再循環停止の原理についての説明では、説明の簡素化のために、ＥＧＲカット制御としてＥＧＲ弁８４の位相の調整のみが行われる例を利用する。

図４は、ＥＧＲ弁８４の位相の調整例を表した図である。より詳細には、図４は、吸気弁５０（および排気弁７２）のリフトカーブを固定としたまま、ＥＧＲ弁８４の位相を基準位相Ｂ１から徐々に遅角させて得られる位相Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を表している。なお、基準位相Ｂ１では、ＥＧＲ弁８４は、排気上死点において開かれている。

図４に示す例では、ＥＧＲ弁８４の位相の遅角量が大きいほど、ＥＧＲ弁８４と吸気弁５０とのオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ期間）が長くなる。図４中のＯ／Ｌ期間の例Ｏ／Ｌ１〜Ｏ／Ｌ４は、それぞれＥＧＲ弁８４の位相Ｂ１〜Ｂ４に対応している。ＥＧＲ弁８４の位相の調整によれば、Ｏ／Ｌ期間が長くなると、Ｏ／Ｌ面積が広くなる。

図５は、高吸気圧条件における吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４についてのバルブ通過ガス量［ｇ］とＥＧＲ弁８４と吸気弁５０とのＯ／Ｌ期間との関係を表している。より詳細には、図５に示す例は、ＥＧＲ制御に関係する各種のパラメータＡが同じ条件の下で、ＥＧＲ弁８４の位相の調整が行われたときの試験結果を示している。図５中のバルブ通過ガス量は、バルブリフト期間中に気筒１２内に流入するガスの量のことである。このため、バルブ通過ガス量は、バルブリフト期間中に気筒１２内に流入するガスの量よりも気筒１２から流出するガスの量の方が多い場合には負の値を示す。

図５は、図４中の４つのＯ／Ｌ期間（Ｏ／Ｌ１〜Ｏ／Ｌ４）に対応している。図５に示すように、ＥＧＲ弁８４の通過ガス量の値は、ＥＧＲ弁８４の位相の基準位相Ｂ１からの遅角量の増加に伴ってＯ／Ｌ期間が長くなるにつれ、小さくなり、その後ゼロに達した後に負側で大きくなる。

より詳細には、基準位相Ｂ１に対応するＯ／Ｌ１の例では、まず、吸気行程においてＥＧＲ弁８４が開き、ＥＧＲガスが気筒１２内に流入する。高吸気圧条件のため、その後に吸気弁５０が開くと、気筒１２内に新気が流入し、その新気の一部がＥＧＲ通路８２に吹き抜ける。この際、新気は気筒１２内に流入したＥＧＲガスの一部と混ざりながらＥＧＲ通路８２に吹き抜けることになるが、吹き抜けるガスの大部分は新気である。

Ｏ／Ｌ２はＯ／Ｌ１よりも長い。このため、Ｏ／Ｌ２の例では、Ｏ／Ｌ１の例と比べて、ＥＧＲ弁８４のみが開くクランク角期間が短くなるので、気筒１２内に流入するＥＧＲガスの量（＝流入ガス量Ｇｉｎ）が少なくなる。また、ＥＧＲ弁リフト期間中にＥＧＲ通路８２に吹き抜けるガス（主に新気）の量（＝流出ガス量Ｇｏｕｔ）がＯ／Ｌ１の例と比べて多くなる。したがって、ＥＧＲ弁８４の通過ガス量の値がＯ／Ｌ１の例と比べて小さくなる。付け加えると、Ｏ／Ｌ２の例は、ＥＧＲ弁８４の通過ガス量の値がゼロの例、すなわち、流入ガス量Ｇｉｎと流出ガス量Ｇｏｕｔとが等しい例に相当する。

Ｏ／Ｌ３の例では、Ｏ／Ｌ期間がさらに長くなる。このため、ＥＧＲ弁８４のみが開くクランク角期間がさらに短くなるので、気筒１２内に流入するＥＧＲガスの量（＝流入ガス量Ｇｉｎ）がさらに少なくなる。また、ＥＧＲ弁リフト期間中にＥＧＲ通路８２に吹き抜けるガス（主に新気）の量（＝流出ガス量Ｇｏｕｔ）がさらに多くなる。したがって、ＥＧＲ弁８４の通過ガス量の値がさらに小さくなり、負の値になっている。

Ｏ／Ｌ４の例では、ＥＧＲ弁８４と吸気弁５０とが同時に開いている。ＥＧＲ弁８４の開き時期が吸気弁５０の開き時期と同時もしくはそれよりも遅いと、吸気通路３０から気筒１２内に流入する高圧の新気によってＥＧＲ通路８２からのＥＧＲガスの流入自体が妨げられてしまう。その結果、この例では、ＥＧＲ弁８４の通過ガス量の値が負側でさらに大きくなる。

図４に示す例では、ＥＧＲカット制御で利用されるべきＥＧＲ弁８４の位相は、位相Ｂ２となる。次に、図６を参照して、位相Ｂ２が利用された場合に生じる気筒１２へのガスの出入りについてより詳細に説明する。なお、図５に示す例においてＥＧＲ弁８４の位相の調整によらずに吸気弁５０の通過ガス量が一定になっている理由は、スロットル４０の開度とＶＮ開度の調整によって目標新気量が得られるように新気量が別途制御されているためである。

図６（Ａ）、（Ｂ）は、図４に示す位相Ｂ２が利用される例であって、各弁５０、７２、８４の通過ガス流量［ｇ／ｓ］のクランク角に対する変化を表した図である。なお、図６中のＥＧＲ弁８４の通過ガス流量の値は、ガスが気筒１２内に流入するときに正となる。

まず、排気弁７２が開くと、排気ガスが気筒１２から排気通路６０に排出される。図６（Ａ）に示す吸気弁５０およびＥＧＲ弁８４のリフトカーブが最初に用いられる初回サイクルでは、ＥＧＲ弁８４が単独で開いているときに、ＥＧＲ通路８２からＥＧＲガスが気筒１２内に流入する。その結果、ＥＧＲ弁８４の通過ガス流量は、図６（Ｂ）に示すように正の値となる。

次いで、ＥＧＲ弁リフト期間中に吸気弁５０が開くと、吸気通路３０から新気が気筒１２内に流入する。高吸気圧条件であるため、気筒１２内への高圧の新気の流入に伴って、気筒１２内のガス（主に、気筒１２内に流入した高圧の新気の一部）がＥＧＲ通路８２に吹き抜ける。その結果、ＥＧＲ弁８４の通過ガス流量は、図６（Ｂ）に示すように負の値となる。その後にＥＧＲ弁リフト期間が終了すると、ＥＧＲ弁８４の通過ガス流量はゼロとなる。

上記の初回サイクルの次のサイクルでは、ＥＧＲ弁８４が単独で開いているときに、前回のサイクルにおいてＥＧＲ通路８２に吹き抜けていたガス（主に新気）が気筒１２内に再流入する。そして、その後に吸気弁５０が開くと、気筒１２内のガス（主に新気）がＥＧＲ弁リフト期間中にＥＧＲ通路８２に吹き抜ける。このサイクルの次回以降のサイクルにおいても、上記の動作が繰り返される。

既述したように、図４に示す位相Ｂ２の利用時には、ＥＧＲ弁リフト期間中にＥＧＲ弁８４を介して気筒内１２内に出入りするガス量がゼロとなる（すなわち、流入ガス量Ｇｉｎと流出ガス量Ｇｏｕｔとが等しくなる）。このように、ＥＧＲカット制御が実行されると、ＥＧＲ弁リフト期間中には、ＥＧＲ弁８４を介して気筒１２とＥＧＲ通路８２との間でガスが出入りしているに過ぎない。換言すると、ＥＧＲカット制御が実行されると、排気通路６０を経由してＥＧＲ通路８２から気筒１２内に再循環する排気ガス（外部ＥＧＲガス）は実質的には生じない。また、流入ガス量Ｇｉｎと流出ガス量Ｇｏｕｔとが等しいため、ＥＧＲ弁８４と吸気弁５０との間のＯ／Ｌ期間中に、高圧の新気がＥＧＲ通路８２を通過して排気浄化装置６６に向かって吹き抜けることもない。

以上のように、ＥＧＲカット制御によれば、ＥＧＲ弁８４は開いたままであっても、ＥＧＲ弁８４を全閉にした状態と同じ状態、つまり、排気通路６０およびＥＧＲ通路８２を経由する排気ガスの再循環（外部ＥＧＲガスの導入）を停止できる。

２−２−２．実施の形態１に係るＥＧＲカット制御に関するＥＣＵの処理
図７は、本発明の実施の形態１に係るＥＧＲカット制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。ＥＣＵ１１０は、内燃機関１０の運転中に、本ルーチンの処理を所定の周期で繰り返し実行する。

図７に示すルーチンでは、ＥＣＵ１１０は、まず、目標ＥＧＲ率がゼロであるか否か、すなわち、ＥＧＲガス導入要求がないか否かを判定する（ステップＳ１００）。既述したように、目標ＥＧＲ率は、エンジン負荷（燃料噴射量）とエンジン回転速度とにより特定されるエンジン運転領域内の個々のエンジン動作点に対応して設定されている。エンジン動作点の中には、目標ＥＧＲ率がゼロとなる動作点も含まれている。また、目標ＥＧＲ率は、エンジン動作点に応じた設定に関係なく、例えば、車両の環境条件（例えば、外気温度または標高）に応じて変更されることもある。

ＥＣＵ１１０は、ステップＳ１００の判定結果が否定的である場合には、今回のルーチン起動時の処理を速やかに終了する。一方、ステップＳ１００の判定結果が肯定的である場合には、ＥＣＵ１１０は、高吸気圧条件（吸気ポート圧＞ＥＧＲポート圧）が満たされるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。この判定に用いられる吸気ポート圧およびＥＧＲポート圧は、例えば、吸気圧センサ４６およびＥＧＲガス圧センサ９２をそれぞれ利用して取得される。

ＥＣＵ１１０は、ステップＳ１０２の判定結果が否定的である場合には、今回のルーチン起動時の処理を速やかに終了する。なお、この場合には、例えば、ＥＧＲ率を最も低くくさせられるＥＧＲ弁８４の開弁特性および吸気弁５０の開弁特性が得られるように可変動弁装置１００が制御されてもよい。

一方、ステップＳ１０２の判定結果が肯定的である場合には、ＥＣＵ１１０は、ＥＧＲ制御に関係する各種のパラメータＡを取得する（ステップＳ１０４）。パラメータＡの一例は、上述の通りである。より詳細には、本ステップＳ１０４では、これらのパラメータＡのそれぞれに対応するセンサ値またはアクチュエータの指令値が取得される。

次に、ＥＣＵ１１０は、目標新気量を取得する（ステップＳ１０６）。目標新気量は、一例として、目標ＥＧＲ率と同様に、エンジン負荷（燃料噴射量）とエンジン回転速度とにより特定されるエンジン運転領域内の個々のエンジン動作点に対応して設定されている。このため、本ステップＳ１０６では、現在のエンジン動作点に対応する目標新気量が取得される。なお、ＥＣＵ１１０は、本ルーチンとは別のルーチンにおいて、目標新気量が満たされるようにスロットル４０の開度およびＶＮ開度を制御している。

次に、ＥＣＵ１１０は、ＥＧＲカット制御を実行する（ステップＳ１０８）。具体的には、本ステップＳ１０８では、ＥＧＲカット制御の実行中に用いられるＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角、ならびに吸気弁５０の位相、リフト量および作用角の各指令値は、一例として、マップＭ２を参照して取得される。そして、取得された指令値が満たされるように可変動弁装置１００（１０２、１０４）が制御される。

より詳細には、マップＭ２に格納された上記指令値の各マップ値は、吸気行程においてＥＧＲ弁８４が吸気弁５０よりも先に開くように、かつ、ＥＧＲ弁リフト期間中の流出ガス量Ｇｏｕｔを流入ガス量Ｇｉｎと等しくさせられるという要件（ＥＧＲカット要件）が満たされるように決定されている。マップＭ２の決定手法（適合手法）としては、例えば、上述のマップＭ１と同様の手法を用いることができる。このため、マップＭ２の各マップ値も、ＥＧＲカット要件だけでなく、目標新気量を満たしつつ、かつ、燃料消費が最少となるという要件も満たされるように決定される。なお、ＥＧＲカット要件を満たす各指令値を決定するうえで、目標新気量が満たされること、および、燃料消費が最少となるという要件が満たされることの少なくとも一方は、必ずしも考慮されなくてもよい。

さらに付け加えると、上記のＥＧＲカット要件が満たされると、ＥＧＲ弁８４が開いているにもかかわらず、ＥＧＲ通路８２における排気通路６０側の端部Ｅの位置でのガス流量は、ある時間内の平均値で見るとゼロになる。したがって、試験を行って上記ＥＧＲカット要件が満たされるマップ値を探索する場合には、端部Ｅにガス流量計を取り付けて当該端部Ｅの平均ガス流量がゼロになることを確かめることによって、上記ＥＧＲカット要件が満たされていることを把握できる。

なお、ＥＧＲカット制御の実行中に用いられるＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角、ならびに吸気弁５０の位相、リフト量および作用角の各指令値の取得例は、マップＭ２を利用するものに限られない。すなわち、例えば、ノズル式を用いてＥＧＲ弁８４の通過ガス流量と各指令値との関係をモデル化しておき、内燃機関１０の運転中に行われるモデルの演算結果を利用して各指令値が取得されてもよい。

３．実施の形態１に係るＥＧＲカット制御の効果
以上説明した本実施形態のＥＧＲカット制御によれば、吸気行程において開くＥＧＲ弁８４よりも後に吸気弁５０が吸気行程において開き、かつ、ＥＧＲ弁８４に関する流出ガス量Ｇｏｕｔが流入ガス量Ｇｉｎと等しくなるようにＥＧＲ弁８４のリフトカーブと吸気弁５０のリフトカーブについてのＯ／Ｌ面積が調整される。そして、ＥＧＲ通路８２は、ＥＧＲカット制御の実行中にＥＧＲ弁８４を介して気筒１２内からＥＧＲ通路８２に流出するガスを蓄えられるように構成されている。したがって、ＥＧＲカット制御が実行されると、ＥＧＲ弁リフト期間中には、ＥＧＲ弁８４を介して気筒１２とＥＧＲ通路８２との間でガスが出入りすることになる。このため、ＥＧＲ通路８２を介した気筒１２から排気通路６０への新気の吹き抜けを抑制しつつ、外部ＥＧＲ装置８０による排気ガスの再循環（すなわち、外部ＥＧＲガスの導入）を実質的に停止させられるようになる。

さらに付け加えると、本実施形態のＥＧＲカット制御によれば、排気ガスの再循環の停止のために、ＥＧＲ通路８２と排気通路６０との接続部に別途ＥＧＲ制御弁を備える必要がない。また、内燃機関１０のように、排気通路と気筒とを接続するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の気筒側の端部に設けられたＥＧＲ弁とを有する外部ＥＧＲ装置を備え、かつ、可変動弁装置を利用して気筒内に充填される外部ＥＧＲガスの調量が行われる内燃機関では、ＥＧＲガスの調量機能に加えてＥＧＲカット機能を持たせるために、当該ＥＧＲ弁を全閉させられるように当該可変動弁装置を構成することも考えられる。しかしながら、その結果として、可変動弁装置の構成が複雑化し、追加のコストが発生する。これに対し、本実施形態のＥＧＲカット制御によれば、ＥＧＲガスの調量機能のために備えられる可変動弁装置１００の構成をＥＧＲカット機能の充足のために複雑化することなく、高吸気圧条件下において排気ガスの再循環を実質的に停止させることが可能となる。

実施の形態２．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。

１．実施の形態２に係るシステムの構成例
実施の形態２に係るシステムの構成は、可変動弁装置の構成において、実施の形態１に係るシステムの構成と相違している。具体的には、本実施形態で用いられる可変動弁装置は、吸気可変動弁装置を備えているがＥＧＲ可変動弁装置を備えていない。そして、この吸気可変動弁装置は、位相可変機能のみを備えている。ＥＧＲ弁８４は、ＥＧＲ動弁装置によって一定の開弁特性で駆動される。

２．実施の形態２に係るＥＧＲカット制御
図８（Ａ）、（Ｂ）は、高吸気圧条件におけるＥＧＲ弁８４の通過ガス量［ｇ］とＥＧＲ弁８４と吸気弁５０とのＯ／Ｌ期間との関係を表している。図８に示す例では、吸気弁５０の位相の調整によってＯ／Ｌ期間が変更される。

図８（Ａ）は、ＥＧＲ弁８４（および排気弁７２）のリフトカーブを固定としたまま、吸気弁５０の位相を基準位相Ｃ１から徐々に進角させて得られる位相Ｃ２、Ｃ３を表している。図８に示す例では、吸気弁５０の位相の進角量が大きいほど、ＥＧＲ弁８４と吸気弁５０とのＯ／Ｌ期間が長くなる。図８中のＯ／Ｌ５〜Ｏ／Ｌ７の例は、それぞれ吸気弁５０の位相Ｃ１〜Ｃ３に対応している。吸気弁５０の位相の調整によっても、Ｏ／Ｌ期間が変化し、その結果、Ｏ／Ｌ面積が変化する。

図８中のＯ／Ｌ５の例では、Ｏ／Ｌ期間が比較的に少ないためにＥＧＲ弁８４の通過ガス量が正の値を示している。すなわち、この例では、ＥＧＲガスが気筒１２内に充填される。一方、Ｏ／Ｌ５よりも長いＯ／Ｌ６の例では、流入ガス量Ｇｉｎと流出ガス量Ｇｏｕｔとが等しくなり、その結果、ＥＧＲ弁８４の通過ガス量がゼロとなっている。また、Ｏ／Ｌ６よりも長いＯ／Ｌ７の例では、図５中のＯ／Ｌ４の例と同様に、Ｏ／Ｌ期間が長すぎるために流入ガス量Ｇｉｎよりも流出ガス量Ｇｏｕｔが多くなり、その結果、ＥＧＲ弁８４の通過ガス量の値が負となっている。

本実施形態では、図８に示す例の条件下では、Ｏ／Ｌ６に対応する吸気弁５０の位相Ｃ２がＥＧＲカット制御に用いられる。本実施形態では、この例のようにＥＧＲ弁８４の通過ガス量をゼロにできる吸気弁５０の位相が、ＥＧＲ制御に関係するパラメータＡを変更しながら行われる試験またはシミュレーションの結果に基づいて事前に決定されている。そして、得られた吸気弁５０の位相の指令値が、例えばマップとしてＥＣＵ１１０に格納されている。

３．実施の形態２に係るＥＧＲカット制御の効果
以上説明した実施の形態２に係るＥＧＲカット制御によれば、吸気弁５０の位相の調整のみが可能な簡素な吸気可変動弁装置を備えさえすれば、ＥＧＲ通路８２を介した気筒１２から排気通路６０への新気の吹き抜けを抑制しつつ、外部ＥＧＲ装置８０による排気ガスの再循環を実質的に停止させられるようになる。このため、可変動弁装置に要するコストを低く抑えつつ、ＥＧＲカット機能を実現できる。

また、図４に示す例のように、ＥＧＲカット機能の実現のためにＥＧＲ弁８４の位相の調整が利用されると、ＥＧＲ弁８４の位相の遅角によってＥＧＲ弁８４の開き時期が排気上死点から離れることになる。その結果、吸気行程中にＥＧＲ弁８４および吸気弁５０の何れも開いていないクランク角期間が存在することになり、内燃機関のポンプロスが増大してしまう。これに対し、吸気弁５０の位相の調整を利用する本実施形態によれば、ＥＧＲ弁８４の位相の調整を利用する例と比べてポンプロスの低減を図りつつ、ＥＧＲカット機能を実現できる。

実施の形態３．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。

１．実施の形態３に係るシステムの構成例
実施の形態３に係るシステムの構成は、可変動弁装置の構成において、実施の形態２に係るシステムの構成と相違している。具体的には、本実施形態で用いられる吸気可変動弁装置は、位相可変機能とともにリフト量＆作用角連続可変機能を備えている。なお、吸気弁５０の閉じ時期を略一定としつつリフト量および作用角を連続的に可変させられる機構を利用する場合であれば、本実施形態のＥＧＲカット制御に用いられる吸気可変動弁装置は、位相可変機能を有していなくてもよい。

２．実施の形態３に係るＥＧＲカット制御
図９（Ａ）、（Ｂ）は、高吸気圧条件におけるＥＧＲ弁８４の通過ガス量［ｇ］とＥＧＲ弁８４と吸気弁５０とのＯ／Ｌ期間との関係を表している。図９に示す例では、吸気弁５０のリフト量および作用角（および位相）の調整によってＯ／Ｌ期間が変更される。

図９（Ａ）は、ＥＧＲ弁８４（および排気弁７２）のリフトカーブを固定としたまま、吸気弁５０の閉じ時期を変えずにリフト量および作用角を基準リフトカーブＤ１から徐々に大きくして得られるリフトカーブＤ２、Ｄ３を表している。図９に示す例では、吸気弁５０の作用角が大きいほど、ＥＧＲ弁８４と吸気弁５０とのＯ／Ｌ期間が長くなる。図９中のＯ／Ｌ８〜Ｏ／Ｌ１０の例は、それぞれ吸気弁５０のリフトカーブＤ１〜Ｄ３に対応している。このような吸気弁５０の作用角の調整によっても、Ｏ／Ｌ期間が変化し、その結果、Ｏ／Ｌ面積が変化する。また、この例では、リフト量の変化も、Ｏ／Ｌ面積の変化に寄与している。

図９中に示す例では、Ｏ／Ｌ９が選択されたときに、流入ガス量Ｇｉｎと流出ガス量Ｇｏｕｔとが等しくなり、その結果、ＥＧＲ弁８４の通過ガス量がゼロとなっている。本実施形態では、図９中に示す例の条件下では、Ｏ／Ｌ９に対応する吸気弁５０のリフトカーブＤ２がＥＧＲカット制御に用いられることになる。本実施形態では、この例のようにＥＧＲ弁８４の通過ガス量をゼロにできる吸気弁５０の位相、リフト量および作用角の組み合わせが、ＥＧＲ制御に関係するパラメータＡを変更しながら行われる試験またはシミュレーションの結果に基づいて事前に決定されている。そして、得られた吸気弁５０の位相、リフト量および作用角の指令値が、例えばマップとしてＥＣＵ１１０に格納されている。

３．実施の形態３に係るＥＧＲカット制御の効果
以上説明した実施の形態３に係るＥＧＲカット制御によっても、ＥＧＲ弁８４の位相の調整を利用する例と比べてポンプロスの低減を図りつつ、ＥＧＲカット機能を実現できる。

実施の形態４．
１．実施の形態４に係るシステムの構成例
実施の形態４に係るシステムの構成は、可変動弁装置の構成において、実施の形態１に係るシステムの構成と相違している。具体的には、本実施形態で用いられる可変動弁装置は、ＥＧＲ可変動弁装置を備えているが吸気可変動弁装置を備えていない。そして、このＥＧＲ可変動弁装置は、位相可変機能のみを備えている。吸気弁５０は、吸気動弁装置によって一定の開弁特性で駆動される。

２．実施の形態４に係るＥＧＲカット制御
ここでは、本実施形態のＥＧＲカット制御の説明のために、実施の形態１の図４、５を参照する。既述したように、図４、５に示す例では、Ｏ／Ｌ２が選択されたときに、流入ガス量Ｇｉｎと流出ガス量Ｇｏｕｔとが等しくなり、その結果、ＥＧＲ弁８４の通過ガス量がゼロとなっている。

本実施形態では、図４、５中に示す例の条件下では、Ｏ／Ｌ２に対応するＥＧＲ弁８４の位相Ｂ２がＥＧＲカット制御に用いられることになる。本実施形態では、この例のようにＥＧＲ弁８４の通過ガス量をゼロにできるＥＧＲ弁８４の位相が、ＥＧＲ制御に関係するパラメータＡを変更しながら行われる試験またはシミュレーションの結果に基づいて事前に決定されている。そして、得られたＥＧＲ弁８４の位相の指令値が、例えばマップとしてＥＣＵ１１０に格納されている。

３．実施の形態４に係るＥＧＲカット制御
以上説明した実施の形態４に係るＥＧＲカット制御によれば、ＥＧＲ弁８４の位相の調整のみが可能な簡素なＥＧＲ可変動弁装置を備えさえすれば、排気ガスの再循環を実質的に停止させられる。このため、可変動弁装置に要するコストを低く抑えつつ、ＥＧＲカット機能を実現できる。

実施の形態５．
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態５に係るシステムの構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。

１．実施の形態５に係るＥＧＲカット制御
１−１．スロットルの制御領域
図１０は、図１に示すスロットル４０の制御領域の一例を説明するための図である。図１０には、エンジン負荷（燃料噴射量）とエンジン回転速度とにより特定されるエンジン運転領域上に、スロットル４０の制御領域Ｒ１およびＲ２が表されている。また、制御領域Ｒ２は、制御領域Ｒ３〜Ｒ５を含んでいる。

制御領域Ｒ１は、スロットル４０が全開とされる領域であり、一般的には高負荷高速側の領域である。制御領域Ｒ２は、スロットル４０の開度が全開開度未満とされる領域であり、一般的には制御領域Ｒ１よりも低負荷低回転側の領域である。制御領域Ｒ２では、このようにスロットル４０の開度を小さくして吸気通路３０内の圧力を下げることで、気筒１２内へのＥＧＲガスの流入を促進させることができる。

スロットル４０の開度が全開開度未満となる制御領域Ｒ２には、高吸気圧条件が満たされない領域も含まれている。より詳細には、制御領域Ｒ３は、制御領域Ｒ２内で高負荷側に位置する領域であって、高吸気圧条件を満たしている。制御領域Ｒ４は、制御領域Ｒ３よりも低負荷側に位置する領域であって、この領域のために設定されたスロットル開度よりもスロットル４０を開くことにより、高吸気圧条件が満たされる領域である。制御領域Ｒ５は、制御領域Ｒ４よりも低負荷側に位置する領域であって、スロットル４０を全開としても高吸気圧条件が満たされない領域である。

１−２．実施の形態５に係るＥＧＲカット制御の概要
本実施形態のＥＧＲカット制御の基本的な制御内容は、実施の形態１と同様である。そのうえで、このＥＧＲカット制御では、ＥＣＵ１１０は、スロットル４０の開度が全開開度未満であり（すなわち、スロットル４０の制御領域がＲ２であり）、かつ、ＥＧＲガス導入要求がないときには、スロットル４０を開くことにより高吸気圧条件が満たされるか否かを判定する。そして、ＥＣＵ１１０は、スロットル４０を開くことにより高吸気圧条件が満たされる場合（すなわち、制御領域がＲ４である場合）には、スロットル４０を開いて高吸気圧条件を満たしつつＥＧＲカット制御を実行する。

１−３．実施の形態５に係るＥＧＲカット制御に関するＥＣＵの処理
図１１は、本発明の実施の形態５に係るＥＧＲカット制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。図１１に示すルーチン中のステップＳ１００〜Ｓ１０８の処理については、実施の形態１において既述した通りである。

図１１に示すルーチンでは、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ１０２において高吸気圧条件が満たされないと判定した場合には、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、ステップＳ１０４と同様の処理によって、ＥＧＲ制御に関係する各種のパラメータＡを取得する。

次に、ＥＣＵ１１０は、スロットル４０を開くことにより高吸気圧条件が満たされるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。この判定は、例えば、現在のエンジン負荷（燃料噴射量）とエンジン回転速度に基づいて、現在のエンジン動作点が制御領域Ｒ４（図１０参照）内にあるか否かを判断することにより行うことができる。その結果、ステップＳ２０２の判定結果が否定的である場合には、今回のルーチン起動時の処理を速やかに終了する。

一方、ステップＳ２０２の判定結果が肯定的である場合には、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、高吸気圧条件を満たすために必要な開度となるようにスロットル４０が開かれる。ＥＣＵ１１０は、次いで、ステップＳ１０６およびステップＳ１０８の処理を順に実行する。

２．実施の形態５に係るＥＧＲカット制御の効果
以上説明したように、本実施形態のＥＧＲカット制御によれば、ＥＧＲ導入要求がないときにスロットル４０の開度が全開開度未満であっても、スロットル４０を開くことにより高吸気圧条件が満たされる場合には、スロットル４０を開いて高吸気圧条件を満たしつつＥＧＲカット制御が実行される。これにより、このようなスロットル４０の制御が行われない例と比べて、ＥＧＲカット制御の対象となるエンジン運転領域を広げることができる。

他の実施の形態．
（ＥＧＲ弁の開き時期が排気行程にある例）
上述した実施の形態１〜５においては、ＥＧＲ弁リフト期間は吸気行程中にのみ設けられている。しかしながら、本発明に係るＥＧＲ弁リフト期間は、上記の例に代え、以下の図１２に示す例のように排気行程の一部と吸気行程の一部とに跨るように設けられてもよい。

図１２（Ａ）、（Ｂ）は、ＥＧＲカット制御の実行中にＥＧＲ弁８４の開き時期が排気行程にある例を説明するための図である。図１２（Ａ）に示すようにＥＧＲ弁８４の開き時期が排気行程中にあると、排気行程において気筒１２内の既燃ガスの一部がＥＧＲ通路８２に排出される。このため、図１２（Ｂ）に示すように、ＥＧＲ弁８４の通過ガス流量［ｇ／ｓ］は、排気行程中のＥＧＲ弁リフト期間においては負の値を示す。

その後、排気行程から吸気行程に移ると、排気行程中にＥＧＲ通路８２に排出された既燃ガスが、いわゆる内部ＥＧＲガスとして気筒１２内に流入する。より詳細には、吸気行程中にＥＧＲ弁８４が単独で開いているクランク角期間においては、この既燃ガスと、前回のサイクルの吸気行程において気筒１２内からＥＧＲ通路８２に吹き抜けていたガス（主に新気）との混合ガスが、気筒１２内に流入する。その後、吸気弁５０が開くと、高圧の新気がＥＧＲ通路８２に吹き抜ける。より詳細には、新気が上記混合ガスと混ざりながらＥＧＲ通路８２に吹き抜ける。

図１２に示す例のようにＥＧＲ弁８４の開き時期が排気行程にある例では、排気行程中に気筒１２内からＥＧＲ通路８２に流出するガスの量とその後の吸気行程中に気筒１２内からＥＧＲ通路８２に流出するガスの量の合計が上述の流出ガス量Ｇｏｕｔに相当する。したがって、この例におけるＥＧＲカット制御では、この流出ガス量Ｇｏｕｔが、吸気行程中にＥＧＲ通路８２から気筒１２内に流入するガスの量である流入ガス量Ｇｉｎと等しくなるように、Ｏ／Ｌ面積が調整される。

上記のように実行されるＥＧＲカット制御によれば、上記の内部ＥＧＲガス（つまり、外部ＥＧＲガスとは異なり、気筒に繋がるポートから当該気筒内に直接引き戻される排気ガス）の一部が気筒１２内に残留することはある。しかしながら、排気通路６０およびＥＧＲ通路８２を介した気筒１２への排気ガスの再循環（すなわち、外部ＥＧＲガスの導入）を実質的に停止させられることは、本実施形態も、ＥＧＲ弁８４が吸気行程において開く実施の形態１〜５と同様である。付け加えると、ＥＧＲ弁８４が吸気行程において開く例（実施の形態１〜５）では、外部ＥＧＲガスだけでなく内部ＥＧＲガスを含めて、排気ガスの再循環を実質的に停止させられる。

（ＥＧＲカット制御における他のＯ／Ｌ面積の調整手法）
本発明に係るＥＧＲカット制御において流出ガス量Ｇｏｕｔを流入ガス量Ｇｉｎと等しくさせるためのＯ／Ｌ面積の調整手法は、ＥＧＲ弁８４の開弁特性および吸気弁５０の開弁特性のうちの少なくとも一方を利用して行われるものであれば、上述の例に限られない。そして、ＥＧＲ弁８４の開弁特性の調整対象は、例えば、ＥＧＲ弁８４の位相、リフト量および作用角のうちの少なくとも１つであってもよく、同様に、吸気弁５０の開弁特性の調整対象は、例えば、吸気弁５０の位相、リフト量および作用角のうちの少なくとも１つであってもよい。なお、ＥＧＲ弁８４および吸気弁５０の少なくとも一方のリフト量のみが調整される例では、リフト量の調整により、Ｏ／Ｌ期間は変化せずにＯ／Ｌ面積が調整されることになる。

また、上述した内燃機関１０は、ＥＧＲ弁８４および吸気弁５０のリフト量および作用角の調整のために、リフト量および作用角を連続的に変更可能な吸気可変動弁装置１０２およびＥＧＲ可変動弁装置１０４をそれぞれ備えている。このような例に代え、位相、リフト量および作用角のうちの少なくとも１つの調整は、例えば、プロフィールの異なる複数のカムを切替可能な可変動弁装置を用いて行われてもよい。

また、Ｏ／Ｌ面積の調整のために用いられるＥＧＲ弁８４および吸気弁５０の開弁特性の調整対象は、必ずしも位相、リフト量および作用角に限られず、例えば、リフト速度を含んでいてもよい。ここでいうリフト速度とは、バルブが開閉する際の単位クランク角当たりのリフト変化量［ｍｍ／ｄｅｇ］のことである。

（排気通路とＥＧＲ通路との接続位置に関する他の例）
上述した内燃機関１０においては、ＥＧＲ通路８２は、タービン２２よりも下流側において排気通路６０に接続されている。これにより、既述したように、高過給を実現しつつＥＧＲガスを導入できるようになる。しかしながら、本発明に係るＥＧＲ通路は、上記の例に代え、タービンよりも上流側において排気通路に接続されてもよい。

（他の過給機の例）
上述した実施の形態１〜５においては、可変ノズル機構２６を備えるターボ過給機２０を例に挙げた。しかしながら、本発明に係る「過給機」は、上記の例に代え、例えば、可変ノズル機構を備えないターボ過給機、電動過給機、または、内燃機関のクランク軸のトルクを動力とする機械式過給機であってもよい。

また、以上説明した各実施の形態に記載の例および他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。

１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ シリンダヘッド
２０ ターボ過給機
２２ タービン
２６ 可変ノズル機構
３０ 吸気通路
３４ エアフローセンサ
３６ 湿度センサ
４０ スロットル
４２ 吸気マニホールド
４４ 吸気ポート
５０ 吸気弁
６０ 排気通路
６２ 排気マニホールド
６４ 排気ポート
７２ 排気弁
８０ 外部ＥＧＲ装置
８２ ＥＧＲ通路
８４ ＥＧＲ弁
８８ ＥＧＲマニホールド
９０ ＥＧＲポート
１００ 可変動弁装置
１０２ 吸気可変動弁装置
１０４ ＥＧＲ可変動弁装置
１１０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (5)

1. 吸気通路を流れる吸気を過給する過給機と、
   前記吸気通路の気筒側の端部に設けられた吸気弁、および、排気通路の前記気筒側の端部に設けられた排気弁と、
   前記排気通路と前記気筒とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の前記気筒側の端部に設けられたＥＧＲ弁とを有する外部ＥＧＲ装置と、
   前記ＥＧＲ弁の開弁特性、および前記吸気弁の開弁特性のうちの少なくとも一方を可変とする可変動弁装置と、
   を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
   前記ＥＧＲ弁が開くＥＧＲ弁リフト期間は、吸気行程の一部に、または、排気行程の一部と吸気行程の一部とに跨るように設けられ、
   前記制御装置は、前記吸気通路の吸気ポート内の圧力が前記ＥＧＲ通路のＥＧＲポート内の圧力よりも高い高吸気圧条件が満たされ、かつ、前記外部ＥＧＲ装置によるＥＧＲガス導入要求がない場合に、前記可変動弁装置を用いてＥＧＲカット制御を実行し、
   前記制御装置は、前記ＥＧＲカット制御において、
   前記吸気弁が前記ＥＧＲ弁よりも後に前記吸気行程において開き、かつ、
   前記ＥＧＲ弁を介した前記気筒内から前記ＥＧＲ通路への流出ガス量が前記ＥＧＲ弁を介した前記ＥＧＲ通路から前記気筒内への流入ガス量と等しくなるように、前記ＥＧＲ弁のリフトカーブと前記吸気弁のリフトカーブとが重なる部分の面積であるオーバーラップ面積を調整し、
   前記ＥＧＲ通路は、前記ＥＧＲカット制御の実行中に前記ＥＧＲ弁を介して前記気筒内から前記ＥＧＲ通路に流出するガスを蓄えられるように構成されている
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記可変動弁装置は、前記吸気弁の位相を可変とし、
   前記制御装置は、前記ＥＧＲカット制御において、前記吸気弁の位相の調整によって、前記流出ガス量が前記流入ガス量と等しくなるように前記オーバーラップ面積を調整する
   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. 前記可変動弁装置は、前記吸気弁のリフト量および作用角のうちの少なくとも一方を可変とし、
   前記制御装置は、前記ＥＧＲカット制御において、前記吸気弁のリフト量および前記吸気弁の作用角のうちの少なくとも一方の調整によって、前記流出ガス量が前記流入ガス量と等しくなるように前記オーバーラップ面積を調整する
   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。
4. 前記内燃機関は、前記吸気通路に設けられたスロットルを含み、
   前記制御装置は、前記スロットルの開度が全開開度未満であり、かつ、前記ＥＧＲガス導入要求がないときに、前記スロットルを開くことにより前記高吸気圧条件が満たされる場合には、前記スロットルを開いて前記高吸気圧条件を満たしつつ前記ＥＧＲカット制御を実行する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記過給機は、前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、前記排気通路に配置されたタービンとを有するターボ過給機であって、
   前記ＥＧＲ通路は、前記タービンよりも下流側において前記排気通路に接続されている
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。

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