JPH0932651A - 排出ガス還流制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主として希薄空燃比での燃焼を行なうエンジ
ンに用いて好適の排出ガス還流制御装置に関し、ＮＯｘ
の生成を低減させた希薄燃焼エンジンを提供しつつ、予
混合による希薄又はストイキオ燃焼運転における燃焼安
定性を確保できるようにし、さらには、空燃比制御及び
排出ガス還流制御にかかる機関の安定性確保、ＥＧＲ導
入量（排出ガス還流量）を変化させる場合の過渡的な燃
焼悪化の抑制をできるようにする。 【構成】 予混合燃焼と層状燃焼とを行なう内燃機関に
おいて、排出ガスの一部を該機関の吸気通路２内に還流
させる排出ガス還流通路２９と、該排出ガス還流通路に
設けられ該吸気通路内に還流する排出ガスの流量を調整
する排出ガス量調整手段３０と、該層状燃焼時に該排出
ガスの一部を吸気通路２内に還流させるように排出ガス
量調整手段３０を制御する制御手段１６とをそなえるよ
うに構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として希薄空燃
比での燃焼を行なうエンジンに用いて好適の、排出ガス
還流制御装置に関し、特に、燃焼モードの切替等により
還流量制御が必要とされる内燃機関に用いて好適の、排
出ガス還流制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用エンジンにおいては、燃
費向上の観点から、燃焼空燃比を理論空燃比よりも大き
く設定したリーンバーンエンジンが提案されている。と
ころで、リーンバーンエンジンは、一般にその燃焼空燃
比を大きくすればするほど燃費向上が図られる反面で、
燃焼悪化による限界が発生する。この限界を極力高める
手法として、燃焼室内の着火点近傍の空年比を極力小さ
くする一方、燃焼室内の総合空燃比は大きく維持して、
層状燃焼を行なう技術が提案されている。

【０００３】また、燃料のより希薄な混合気で機関の運
転を行なえるようにするために、気筒内に直接燃料を噴
射するようにした筒内噴射型エンジンも開発されてい
る。特に、このような筒内噴射型エンジンでは、例えば
圧縮行程後期に燃料噴射を行なうことができるため、気
筒内にタンブル流等の層状の縦渦流を発生させ、この層
状縦渦流へ点火プラグの着火直前（例えば圧縮行程後
期）に燃料噴射を行なうことにより、点火プラグの近傍
のみをリッチな混合気の状態として燃焼性を確保しなが
ら、全体としては極めてリーンな混合気による低燃費運
転を実現できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リーン燃焼
を行なう場合には、その燃焼空燃比を大きくすればする
ほどＮＯｘ生成量が低下することが知られているが、リ
ーン層状燃焼を行なった場合には、着火点近傍の空燃比
は比較的小さいため、ＮＯｘ生成量の低減にも一定の限
界がある。

【０００５】また、自動車用エンジンにおいては、低燃
費化の追求の許される定常運転のほかに、緩加速を含む
加速時などのように比較的高い出力が要求される場合が
あり、このような運転時には、定常運転時の限界的な空
燃比よりもある程度だけ燃焼空燃比を小さくすることが
必要となる。即ち、リーンバーンエンジンにおいては、
空燃比を極力大きくした第１リーン運転（例えば空燃比
２４〜３０程度またはそれ以上）と第１リーン運転より
は空燃比を小さくして出力確保を図った第２リーン運転
（例えば空燃比１５〜２３程度）やストイキオ運転とを
行なうことが考えられる。

【０００６】ところで、この第２リーン運転やストイキ
オ運転においては、あえて層状燃焼を行なわなくても燃
焼が可能である上、第１リーン運転と同様に層状燃焼を
実施すると、着火点近傍の局所的空燃比が小さくなって
ＨＣ生成量が増大したり、また、局所的空燃比が極端に
小さくなった場合にはスモーク限界により却って燃焼が
悪化する。このため、第２リーン運転やストイキオ運転
においては、燃焼室内の空燃比を全体的に均質化するこ
とが望ましい。

【０００７】即ち、自動車用エンジンにおいては、均質
混合燃焼（予混合燃焼）と希薄空燃比での層状燃焼とを
選択的に行なうことが考えられ、上述の筒内噴射型エン
ジンにおいても、燃料をより後期に噴射して層状縦渦流
を利用した層状燃焼によるリーン燃焼運転（層状リーン
燃焼運転）の他、層状燃焼の場合よりも燃料を前期に噴
射することで燃料の混合（予混合）を行ないながら、燃
料濃度は層状燃焼の場合よりも濃い（リッチ）状態で燃
焼運転を行なう予混合燃焼運転もエンジンの負荷状態や
回転速度状態等に基づいて使い分けことが考えられる。
なお、以下、層状リーン燃焼運転は燃料噴射が後期なの
で後期リーン燃焼運転ともいい、予混合燃焼運転のうち
で空燃比がストイキオよりもリーンの場合はこれに比べ
て燃料噴射が前期なので前期リーン燃焼運転ともいう。

【０００８】このような層状燃焼と予混合燃焼とを行な
うエンジンにおいては、特に層状燃焼運転時のＮＯｘに
ついて特に低下させることが求められて、このＮＯｘ低
減を行なう手段としては、排出ガス還流（ＥＧＲ）を用
いることが考えられる。ところで、前期リーン燃焼運転
やストイキオ運転の場合にＥＧＲを大量に投入すると、
燃焼が悪化してしまうという不具合がある。つまり、図
１１に示すように、空燃比を理論空燃比（ストイキオ）
からリーンへと増加させていく場合（即ち、理論空燃比
燃焼運転から前期リーン燃焼運転，後期リーン燃焼運転
へと変化させていく場合）、ＥＧＲを投入するとＮＯｘ
低減に有効であるとともに図１１（Ｂ）に実線で示すよ
うにＥＧＲを投入しない場合とほぼ同様に良好な燃費特
性が得られるが、燃焼安定性は、図１１（Ａ）に示すよ
うに、ＥＧＲを投入すると前期リーン燃焼運転で大きく
悪化し、ストイキオ運転でも後期リーン燃焼運転の場合
よりも若干悪化し、ストイキオ運転においても、特に大
量にＥＧＲを導入されると燃焼安定性の悪化が著しい。

【０００９】そこで、このような場合の燃焼安定性を確
保する必要があり、ＥＧＲの導入又は停止制御等を行な
うことが考えられるが、例えば、前期リーン燃焼運転と
後期リーン燃焼運転との間で、運転モードの切替が行な
われると、切替時の出力変化を相殺させる吸気量制御を
行なう場合に、空燃比の切替に伴う吸気量の調整とＥＧ
Ｒの導入（又は停止）を同時に行なうことになり、以下
のような不具合も考えられる。

【００１０】つまり、例えば前期リーン燃焼運転や前期
ストイキオ運転から後期リーン燃焼運転に切り替えられ
ると、ＥＧＲを停止状態から導入状態に切り替えるとと
もに、吸気量を増加させて空燃比を高めるようにした
い。このときには、ＥＧＲ導入によってスロットルバル
ブ下流の負圧が減少するようになるため、新気エアの導
入量が減少してしまい、急激な出力変動（トルクショッ
ク）を生じて、車両搭載のエンジンではドライバビリテ
ィを損ないやすい。

【００１１】なお、例えば特開平６−２００８３４号公
報記載には、バイパス通路とＥＧＲとを装備した内燃機
関の空燃比制御装置が開示されているが、かかる装置
は、希薄空燃比制御から理論空燃比制御に切り替える際
にＮＯｘの低減とトルク変動の抑制を図ろうとするもの
であるが、上述のような予混合運転（即ち、前期リーン
燃焼運転や前期ストイキオ運転）と後期リーン燃焼運転
との間等の運転状態の切替時の各課題を解決しうる技術
は示唆されていない。

【００１２】また、後期リーンと、前期リーン又は前期
ストイキオとの間のように、空燃比に応じて大量のＥＧ
Ｒ流量をステップ的に変化させる場合を考えると、ＥＧ
Ｒ流量を減少させるときには速やかに変化させても燃焼
悪化を引き起こすことはないが、ＥＧＲ流量を増大させ
るときには急激な増加は過渡的な燃焼悪化を引き起こす
虞がある。

【００１３】本発明は、上述の課題に鑑み創案されたも
ので、ＮＯｘの生成を低減させた希薄燃焼エンジンを提
供しつつ、予混合による希薄又はストイキオ空燃比燃焼
運転における燃焼安定性を確保できるようにし、さらに
は、空燃比制御にかかる運転状態の切替時に吸気量の切
り替えと排出ガス還流制御の制御状態の切り替えとを適
切に行なって効率よい運転と排気ガス浄化とを両立させ
ながらこの切替に伴う出力不足やトルクショックの発生
を回避できるようにし、さらには、ＥＧＲ導入量（排出
ガス還流量）を変化させる場合の過渡的な燃焼悪化を抑
えることができるようにした、排出ガス還流制御装置を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の排出ガス還流制御装置は、予混合燃焼と層状
燃焼とを行なう内燃機関において、排出ガスの一部を該
機関の吸気通路内に還流させる排出ガス還流通路と、該
排出ガス還流通路に設けられ該吸気通路内に還流する排
出ガスの流量を調整する排出ガス量調整手段と、該層状
燃焼時に該排出ガスの一部を該吸気通路内に還流させる
ように該排出ガス量調整手段を制御する制御手段とをそ
なえていることを特徴としている。

【００１５】かかる構成により、内燃機関は、希薄空燃
比領域において、予混合燃焼と層状燃焼とのいずれかの
燃焼を行ないながら運転される。このとき、排出ガス量
調整手段により排出ガスの吸気通路内への還流を調整す
るが、制御手段により、層状燃焼時に該排出ガスの一部
を該吸気通路内に還流させるように該排出ガス量調整手
段が制御される。

【００１６】請求項２記載の本発明の排出ガス還流制御
装置は、請求項１記載の構成において、該内燃機関で
は、該予混合燃焼時の燃焼室内の総合空燃比よりも該層
状燃焼時の該総合空燃比の方が大きくなるように設定さ
れていることを特徴としている。したがって、層状燃焼
時には、予混合燃焼時よりも比較的少ない燃料で機関の
運転を行なうことができる。

【００１７】請求項３記載の本発明の排出ガス還流制御
装置は、請求項２記載の構成において、該内燃機関が、
該燃焼室内に直接燃料を噴射するように燃料噴射弁を配
設された筒内噴射型内燃機関であることを特徴としてい
る。したがって、かかる内燃機関では、吸気弁の開閉に
係わらず、燃料噴射を行なえ、超リーン状態で燃料噴射
を行なうことで、上記の層状燃焼又は予混合燃焼による
運転を、適宜の行程で瞬時に切り替えることができ、出
力向上と燃費向上とを両立させることができる。このよ
うに優れた内燃機関に、本装置を適用することで、効果
的なＮＯｘの低減と燃焼の安定化とが可能になる。

【００１８】請求項４記載の本発明の排出ガス還流制御
装置は、請求項２又は３記載の構成において、該制御手
段が、該予混合燃焼時に、該吸気通路側へ還流する排出
ガスの流量をカット又は該層状燃焼時よりも減少させる
ように該排出ガス量調整手段を制御するように構成され
ていることを特徴としている。したがって、予混合燃焼
時には、排出ガスの還流が停止又は弱められることによ
り、安定燃焼に必要な新気導入量を確保しながら出力を
得ることができる。

【００１９】請求項５記載の本発明の排出ガス還流制御
装置は、請求項４記載の構成において、該予混合燃焼時
における該総合空燃比が、理論空燃比近傍を含む空燃比
領域であることを特徴としている。これにより、予混合
燃焼時には、適宜、総合空燃比を理論空燃比近傍とした
運転状態が選択されて、更に、機関の出力を十分に得ら
れる運転が可能となるとともに、従来より公知の三元触
媒を有効利用しうる。

【００２０】請求項６記載の本発明の排出ガス還流制御
装置は、請求項５記載の構成において、該内燃機関が、
該予混合燃焼時に理論空燃比近傍領域と希薄空燃比領域
との運転を行なうように構成されて、理論空燃比近傍領
域の時に排出ガス還流の導入を行ない、希薄空燃比領域
の時に排出ガス還流の導入を停止するか又は排出ガス還
流量を減少させることを特徴としている。

【００２１】これにより、理論空燃比近傍領域の時に
は、排出ガス還流の導入により吸気管内圧力の増大によ
る燃費の改善が図られ、希薄空燃比領域の時には、排出
ガス還流による燃焼の悪化を招きやすいので、排出ガス
還流の導入を停止するか又は排出ガス還流量を減少させ
ることで安定燃焼に必要な新気導入量を確保し、安定燃
焼しうる範囲で、運転を行なうことが可能となる。

【００２２】請求項７記載の本発明の排出ガス還流制御
装置は、請求項４記載の構成において、該排出ガス量調
整手段が、該内燃機関の運転状態によりアクチュエータ
に駆動されて排出ガス量を調整するバルブをそなえ、該
層状燃焼から該予混合燃焼に切り替わる第１燃焼変化の
場合には該バルブの速度を速くするとともに、該予混合
燃焼から該層状燃焼に切り替わる第２燃焼変化の場合に
は該バルブの速度を該第２燃焼変化の場合よりも遅くす
るように設定されていることを特徴としている。

【００２３】一般に、燃費節約を重視した層状燃焼か
ら、出力確保を重視した予混合燃焼に切り替わる第１燃
焼変化の場合には、機関の出力要求が高まっていると考
えられるが、このとき、排出ガスの流量をカット又は減
少すると、新気導入量が増加するようになるので、燃焼
の悪化を招くことはなく機関の出力増加を行なえるよう
になる。したがって、第１燃焼変化の場合に、バルブの
速度を速く即ち速やかに排出ガスの流量をカット又は減
少することで、燃焼悪化を招くことなく機関の出力要求
に素早く答えることができる。

【００２４】また、予混合燃焼から層状燃焼に切り替わ
る第２燃焼変化の場合には、排出がの浄化を考慮して排
出ガスの導入量（ＥＧＲ量）は増加されることになる
が、第１燃焼変化と同じ速度でバルブを駆動すると、新
気エア導入量が急激に減少し、過渡時に燃焼の悪化を招
くおそれがある。しかし、この場合には、排出ガス量を
調整するバルブの速度を遅くすることで、排出ガスを大
量導入に切り替える場合にも、燃焼を安定させながら行
なえる。これにより、層状燃焼への切替を過渡時の燃焼
悪化を招くことなく排出ガス導入量による排気ガスの浄
化（ＮＯｘ低減）を行なえる。

【００２５】請求項８記載の本発明の排出ガス還流制御
装置は、請求項４記載の構成において、該吸気通路のス
ロットル弁設置部分をバイパスするようにして該吸気通
路に両端部を連通されたバイパス通路と、該バイパス通
路内を流れる空気量を調整しうる吸気調整手段とをそな
え、該制御手段が、該内燃機関の燃焼状態が該層状燃焼
と該予混合燃焼とで切り替わるときに、該吸気調整手段
の吸気量変更タイミングと該排出ガス量調整手段の排出
ガス量変更タイミングとをずらせて制御するように構成
されていることを特徴としている。

【００２６】これにより、例えば、層状燃焼による極め
て空燃比の大きな状態（即ち、燃料濃度が極めて希薄な
状態）での燃焼運転と、予混合燃焼による層状燃焼より
も空燃比の小さな状態（即ち、燃料濃度がある程度希薄
な状態）での燃焼運転との切り替えが円滑に行なわれ
る。

【００２７】請求項９記載の本発明の排出ガス還流制御
装置は、請求項８記載の構成において、該制御手段が、
該内燃機関の燃焼状態が該予混合燃焼から該層状燃焼に
切り替わるときに、該吸気調整手段の吸気量変更を行な
った後に該排出ガス量調整手段の排出ガス量変更を行な
うよう各調整手段を制御するように構成されていること
を特徴としている。

【００２８】これにより、例えば予混合燃焼によるやや
リーンな燃焼運転から層状燃焼による極めてリーンな燃
焼運転に切り替える場合には、吸気量変更と排出ガス量
変更とを同時に行なうと新気導入量が減少してしまい、
急激な出力変動（トルクショック）を生じて、車両搭載
の機関ではドライバビリティを損ないやすいが、排出ガ
ス量変更を遅らせることで、新気導入量の減少が抑制さ
れて、出力変動を抑えながら燃焼状態を切り替えること
ができる。

【００２９】請求項１０記載の本発明の排出ガス還流制
御装置は、請求項４記載の構成において、点火時期を進
角又はリタードさせる点火時期制御手段をそなえ、該点
火時期制御手段が、該内燃機関の燃焼状態が該層状燃焼
と該予混合燃焼とで切り替わるときに該点火時期制御を
行なうように構成されていることを特徴としている。こ
れにより、各燃焼状態に応じて、適切なタイミングで点
火を行なえるようになり、各燃焼状態で安定した燃焼を
行なうことができる。

【００３０】請求項１１記載の本発明の排出ガス還流制
御装置は、請求項１０記載の構成において、該点火時期
制御手段が、該内燃機関の燃焼状態が該層状燃焼から該
予混合燃焼に切り替わるときに該点火時期をリタード制
御するとともに、該内燃機関の燃焼状態が該予混合燃焼
から該層状燃焼に切り替わるときに該点火時期を進角制
御するように構成されていることを特徴としている。

【００３１】したがって、予混合燃焼では排気ガスを導
入しないか又は導入が少ないので燃焼スピードが速まっ
て、点火時期をリタードさせて遅めに点火することが燃
焼効率上で有利となり、層状燃焼では排気ガスを導入す
るので燃焼スピードが遅くなるため、点火時期を進角さ
せて早めに点火することが燃焼効率上で有利となる。

【００３２】請求項１２記載の本発明の排出ガス還流制
御装置は、燃焼室内の総合空燃比が希薄空燃比領域であ
るときに層状燃焼を行なう内燃機関において、排出ガス
の一部を該機関の吸気通路内に還流させる排出ガス還流
通路と、該排出ガス還流通路に設けられ該吸気通路内に
還流する排出ガスの流量を調整する排出ガス量調整手段
と、該層状燃焼時に空燃比が大きくなるほど、該吸気通
路内に還流させる該排出ガスを大きくするように該排出
ガス量調整手段を制御する制御手段とをそなえているこ
とを特徴としている。

【００３３】かかる構成により、燃焼室内の総合空燃比
が希薄空燃比領域であるときに層状燃焼を行なう。ま
た、これと平行して制御手段が排出ガス量調整手段を制
御しながら排出ガスの吸気通路内への還流を制御する
が、制御手段では、該層状燃焼時に空燃比が大きくなる
ほど、該吸気通路内に還流させる該排出ガスを大きくす
るように該排出ガス量調整手段を制御する。

【００３４】請求項１３記載の本発明の排出ガス還流制
御装置は、請求項１２記載の構成において、上記総合空
燃比が約２３以上に設定されていることを特徴としてい
る。したがって、極めて希薄な燃料濃度で少ない燃料で
運転が行なわれる。請求項１４記載の本発明の排出ガス
還流制御装置は、排気通路内から吸気通路に還流させる
排出ガス量を制御するバルブと、内燃機関の運転状態か
ら該バルブの開度を算出する制御部と、該制御部の出力
に応じて該バルブを駆動するアクチュエータとをそな
え、該制御部は、該バルブが開方向に駆動する駆動速度
に対して閉方向に駆動する駆動速度の方を高速に設定さ
れていることを特徴としている。

【００３５】かかる構成により、排出ガス量を増加させ
る場合には、比較的増加速度が遅くなって、排出ガス量
の急激な増加、即ち、新気エアの急激な減少が回避さ
れ、排出ガス量を減少させる場合には、減少速度が速く
なって、排出ガス量を速やかに減少させ、新気エアを速
やかに増加させることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明すると、図１〜図１０は本発明の一
実施形態としての排出ガス還流制御装置及び本装置を有
する内燃機関に関して示すものである。なお、本実施形
態にかかる内燃機関（以下、エンジンという）はガソリ
ンエンジンである。

【００３７】まず、本実施形態にかかるエンジンの構成
について説明すると、図１において、１はエンジン本
体、２は吸気通路、３はスロットル弁設置部分、４はエ
アクリーナ、５はバイパス通路（第１バイパス通路）、
６はバイパスバルブである。吸気通路２は、上流側から
吸気管７，サージタンク８，吸気マニホールド９の順で
接続された構成になっており、バイパス通路５はサージ
タンク８の上流側に設けられている。

【００３８】また、バイパス通路５に設けられるバイパ
スバルブ〔これを、エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）とよ
ぶ〕は、本実施形態では互いに並列に設けられた第１エ
アバイパスバルブ（第１バルブ）１０と第２エアバイパ
スバルブ（第２バルブ）１１とからなる。つまり、バイ
パス通路５のバイパスバルブ設置箇所は２つの通路部分
５ａ，５ｂに分岐しており、各通路部分５ａ，５ｂは互
いに等しい流路面積を有するように構成されている。

【００３９】また、第１エアバイパスバルブ１０，第２
エアバイパスバルブ１１も互いに大きさの等しい同規格
の電磁弁で構成されているが、第１エアバイパスバルブ
１０は、オンオフ弁であり、第２エアバイパスバルブ１
１はデューティ制御弁である。したがって、第１エアバ
イパスバルブ１０は全閉状態と全開状態とのいずれに切
り替えられ、第２エアバイパスバルブ１１は設定された
デューティ比に応じるようにしてオンオフを繰り返しな
がら時間平均の弁開度が調整される。

【００４０】また、１２はアイドルスピートコントロー
ラ（ＩＳＣ）であり、バイパス通路（第２バイパス通
路）１３とバイパスバルブとしてのＩＳＣバルブ（第３
バルブ）１４とからなり、ＩＳＣバルブ１４は図示しな
いステッパモータで駆動されるようになっている。１５
はスロットルバルブであり、バイパス通路１３及びバイ
パス通路５は、吸気通路２のスロットルバルブ１５の装
着部分をバイパスするようにしてそれぞれの上流端及び
下流端を吸気通路２に接続されている。

【００４１】なお、第１エアバイパスバルブ１０，第２
エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバルブ１４の開度制御
は、これらの各バルブの開度による合計流量が所要のエ
アバイパス流量となるように相互関連しながら制御され
るようになっている。したがって、リーン燃焼運転とリ
ッチ燃焼運転との切替時には、第１エアバイパスバルブ
１０のオンオフ制御により、速やかにエアバイパス流量
を変更でき、また、エアバイパス流量の微調整は第２エ
アバイパスバルブ１１及びＩＳＣバルブ１４により行な
うことができる。

【００４２】そして、第１エアバイパスバルブ１０，第
２エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバルブ１４の各開閉
制御は電子制御装置（ＥＣＵ）１６を通じて行なわれる
ようになっている。また、１７は排気通路、１８は燃焼
室であり、吸気通路２及び排気通路１７の燃焼室１８へ
の開口部、即ち吸気ポート２Ａ及び排気ポート１７Ａに
は、吸気弁１９及び排気弁２０が装備されている。さら
に、２１は燃料噴射弁（インジェクタ）であり、本実施
形態では、インジェクタ２１が燃焼室１８へ直接燃料噴
射するように配設されている。

【００４３】そして、２２は燃料タンク、２３Ａ〜２３
Ｅは燃料供給路、２４は低圧燃料ポンプ、２５は高圧燃
料ポンプ、２６は低圧レギュレータ、２７は高圧レギュ
レータ、２８はデリバリパイプであり、燃料タンク２２
内の燃料を低圧燃料ポンプ２４で駆動して更に高圧燃料
ポンプ２５で加圧して所定の高圧状態で燃料供給路２３
Ａ，２３Ｂ，デリバリパイプ２８を通じてインジェクタ
２１へ供給するようになっている。この際、低圧燃料ポ
ンプ２４から吐出された燃料圧力は低圧レギュレータ２
６で調圧され、高圧燃料ポンプ２５で加圧されてデリバ
リパイプ２８に導かれる燃料圧力は高圧レギュレータ２
７で調圧されるようになっている。

【００４４】また、２９は排気ガス還流通路（ＥＧＲ通
路）、３０はＥＧＲ２９を通じた排気ガスの還流量を調
整するバルブ（ＥＧＲバルブ）であり、３１はブローバ
イガスを還元する流路であり、３２はクランク室積極換
気用の通路、３３はクランク室積極換気用のバルブであ
り、３４はキャニスタであり、３５は排気ガス浄化用触
媒（ここでは、三元触媒）である。

【００４５】ここで、ＥＧＲバルブ３０については説明
すると、ＥＧＲバルブ３０は、図２に示すように、バル
ブケース３０Ａ内に、流入路３０Ｂ及び流出路３０Ｃか
らなる流路をそなえ、この流入路３０Ｂと流出路３０Ｃ
との間に、バルブシート３０Ｄ及びこのバルブシート３
０Ｄに密着当接しうる弁体（スプール弁）３０Ｅが配設
されている。

【００４６】弁体３０Ｅは、ステッパモータ３０Ｆで所
要の開度に精度良く駆動されるが、このステッパモータ
３０Ｆのフェイル時にそなえて弁体３０Ｅを閉鎖側へ付
勢するリターンスプリング３０Ｇが装備されている。こ
れにより、ステッパモータ３０Ｆのフェイル時には、弁
体３０Ｅが閉鎖され、ＥＧＲは停止状態になる。また、
３０Ｈは、カーボン除去フィルタであり、弁体３０Ｅの
摺動部へのカーボンを除去して弁体３０Ｅの固着（ステ
ィック）を防止している。

【００４７】ところで、ＥＣＵ１６では、図１に示すよ
うに、第１エアバイパスバルブ１０，第２エアバイパス
バルブ１１，ＩＳＣバルブ１４の開閉制御又は開度制御
を行なうほか、インジェクタ２１や図示しない点火プラ
グのための点火コイルやＥＧＲバルブの制御や高圧レギ
ュレータ２７による燃圧制御も行なうようになってい
る。これらの制御のために、図１に示すように、エアフ
ローセンサ（図示略），吸気温度センサ３６，スロット
ル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰ
Ｓ）３７，アイドルスイッチ３８，ブーストセンサ３
９，エアコンスイッチ（図示略），変速ポジションセン
サ（図示略），車速センサ（図示略），パワーステアリ
ングの作動状態を検出するパワステスイッチ（図示
略），スタータスイッチ（図示略），第１気筒検出セン
サ４０，クランク角センサ４１，エンジンの冷却水温を
検出する水温センサ４２，排気ガス中の酸素濃度を検出
するＯ₂ センサ４３等が設けられ、ＥＣＵ１６に接続さ
れている。なお、ここでは、Ｏ₂ センサ４３にヒータが
付設され、ＥＣＵ１６を通じたヒータ制御で温度調整さ
れるようになっている。ＥＣＵ１６を通じた制御につい
ては、さらに、後述する。

【００４８】次に、ＥＣＵ１６を通じたエンジンに関す
る制御内容について、図２の制御ブロック図に基づいて
説明する。なお、本エンジンでは、エンジンの運転モー
ドとして、後期リーン燃焼運転モード，前期リーン燃焼
運転モード，ストイキオフィードバック運転燃焼運転モ
ード，オープンループ燃焼運転モードがあり、各モード
において、ＥＧＲを作動させる場合とＥＧＲを停止させ
る場合とが設定されており、エンジンの運転状態や車両
の走行状態等に応じてこれらのモードの何れかが選択さ
れる。

【００４９】このうち、後期リーン燃焼運転モードは、
本実施形態では総合空燃比が約２４以上の領域に設定さ
れており、最も希薄燃焼を実現できるが、このモードで
は、燃料噴射を圧縮行程後期のように極めて点火時期に
近い段階で行ない、しかも燃料を点火プラグの近傍に集
めて部分的にはリッチにし全体的にはリーンとしながら
着火性，燃焼安定性を確保しつつ節約運転を行なうよう
にしている。なお、後期リーン燃焼運転モード（層状燃
焼のリーン燃焼運転モード）の領域を本実施形態よりも
低く総合空燃比が約２３以上程度の範囲に設定してもよ
く、また、本実施形態よりも高く設定してもよい。

【００５０】また、前期リーン燃焼運転モードも希薄燃
焼を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を後期リ
ーン燃焼運転モードよりも前に行ない、燃料を予混合し
て全体的には理論空燃比よりもリーンとしながら着火
性，燃焼安定性を確保しつつある程度の出力を得るよう
にしながら、節約運転を行なうようにしている。ここで
は、前期リーン燃焼運転モードの領域を、総合空燃比が
約２４以下で理論空燃比以上の領域に設定されている。

【００５１】ストイキオフィードバック燃焼運転モード
は、Ｏ₂ センサの出力に基づいて、空燃比をストイキオ
状態に維持しながら十分なエンジン出力を効率よく得ら
れるようにしている。また、オープンループ燃焼運転モ
ードでは、加速時や発進時等に十分な出力が得られるよ
うに、オープンループ制御によりストイキオ又はリッチ
な空燃比での燃焼を行なう。これらのモードでは、吸気
行程での燃料噴射に基づく予混合燃焼が行なわれる。

【００５２】まず、各バルブ１０，１１，１４の開度制
御から説明すると、図３に示すように、スロットルセン
サで検出されたスロットル開度θthとクランク角センサ
からの検出情報に基づいたエンジン回転速度Ｎｅとか
ら、マップに基づいて目標エンジン負荷（目標Ｐｅ）を
設定する（ブロックＢ１）。一方、エアコンスイッチか
らの情報に基づいてエアコンディショナがオンであれば
エンジン回転速度Ｎｅからマップに基づいてエアコン対
応補正量ΔＰｅacを設定し（ブロックＢ２）、パワステ
スイッチからの情報に基づいてパワーステアリングがオ
ンであればエンジン回転速度Ｎｅからマップに基づいて
パワステ対応補正量ΔＰｅpsを設定し（ブロックＢ
３）、インヒビタスイッチからの情報に基づいて始動時
にはエンジン回転速度Ｎｅからマップに基づいてインヒ
ビタ対応補正量ΔＰｅinh を設定する（ブロックＢ
４）。

【００５３】そして、適宜これらの対応補正量ΔＰｅa
c，ΔＰｅps，ΔＰｅinh によって、目標Ｐｅを補正す
る。そして、この補正後目標ＰｅをスイッチＳ１を通じ
て適宜フィルタリングし（ブロックＢ５）、このように
して得られた目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、
マップに基づいて要求空気量（又は、目標吸入空気量）
Ｑに応じたバルブ開度に関する制御量Ｐｏｓを設定す
る。

【００５４】この制御量Ｐｏｓの設定にあたっては、ブ
ロックＢ７に示すように複数のマップからエンジンの運
転状態に応じたものを選択して用いられ、スイッチＳ
２，Ｓ３を通じて、エンジンの運転状態に応じて信号が
出力される。ここでは、エンジンの運転状態として、最
も希薄燃焼となる後期リーンモードと、これに次いだ希
薄燃焼となる前期リーンモードと、ストイキオ運転モー
ドの内のＥＧＲ作動中との３モードに関してマップが設
けられ、これらのモードの場合にのみ要求空気量を設定
する。

【００５５】また、スイッチＳ４により、アイドル運転
状態が成立した場合には、ブロックＢ８に示すようにエ
ンジン回転数のフィードバックに基づいた要求空気量
（又は、目標吸入空気量）ＩＳＣＱの制御量ＩＳＣＰｏ
ｓ（この場合には、ＩＳＣバルブを主体とした目標開度
となる）を設定する。このようにして得られた制御量Ｐ
ｏｓ又はＩＳＣＰｏｓに応じて、第１エアバイパスバル
ブ１０をオンオフの何れにするかの判定（ブロックＢ
９）、第２エアバイパスバルブ１１のデューティ比の設
定（ブロックＢ１０）、ＩＳＣバルブ１４の開度位置の
設定（ブロックＢ１１）が行なわれ、第１エアバイパス
バルブ１０，第２エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバル
ブ１４が所要の状態に制御される。なお、第２エアバイ
パスバルブ１１のデューティ比の設定（ブロックＢ１
０）、ＩＳＣバルブ１４の開度位置の設定（ブロックＢ
１１）に関しては、ヒステリシスが設けられており、要
求空気量の増加時と減少時とで異なるマップを用いてい
る。

【００５６】これらの第１エアバイパスバルブ１０，第
２エアバイパスバルブ１１，ＩＳＣバルブ１４の開度制
御は相互関連して行なう。さらに、図２，３に基づい
て、インジェクタ，点火コイル，ＥＧＲの各制御につい
て説明する。インジェクタの駆動のためには、インジェ
クタの噴射開始時期と噴射終了時期とを設定する必要が
あるが、ここでは、インジェクタ駆動時間Ｔinj とイン
ジェクタの噴射終了時期とを設定して、これに基づい
て、インジェクタの噴射開始時期を逆算しながら、イン
ジェクタの駆動のタイミングを決定している。

【００５７】インジェクタ駆動時間Ｔinj の設定には、
まず、フィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正
後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基
づいて空燃比Ａ／Ｆを設定する（ブロックＢ１２）。こ
の場合の設定マップも、後期リーンモードでＥＧＲ作動
中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止中と、前期リーン
モードと、オープンループモードとの４モードに関して
設けられており、エンジンの運転状態に応じたものを選
択して用いられる。

【００５８】こうして得られた空燃比Ａ／Ｆと、ブース
トセンサで検出されたブースト圧ｐｂ，及び体積効率補
正値から得られる吸気量Ｑpbとから、インジェクタ駆動
時間Ｔinj を算出する（ブロックＢ１３）。なお、体積
効率補正値は、エンジン回転速度Ｎｅから運転状態に応
じたマップに基づいて設定される（ブロックＢ１９）。
この場合のマップ（ブロックＢ１９）は、後期リーンモ
ードでＥＧＲ作動中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止
中と、前期リーンモードと、オープンループ運転又はス
トイキオフィードバック運転でＥＧＲ作動中と、オープ
ンループ運転又はストイキオフィードバック運転でＥＧ
Ｒ停止中との５モードに関して設けられている。

【００５９】そして、このインジェクタ駆動時間Ｔinj
に、気筒別インジェクタ不均率補正（ブロックＢ１４）
及び気筒別デッドタイム補正（ブロックＢ１５）を施
す。また、一方、目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとか
ら減速時用燃料噴射時間ＴDECを算出して（ブロックＢ
１６）、減速時で且つ後期リーン燃焼運転時には、スイ
ッチＳ５を通じて、ブロックＢ１３で得られたインジェ
クタ駆動時間Ｔinj とこの減速時用燃料噴射時間ＴDEC
とのうちの小さいほうを選択して（ブロックＢ１７）、
これをインジェクタ駆動時間とする。

【００６０】インジェクタの噴射終了時期の設定も、フ
ィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正後目標Ｐ
ｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて空
燃比Ａ／Ｆを設定する（ブロックＢ１８）。この場合の
設定マップも、後期リーンモードでＥＧＲ作動中と、後
期リーンモードでＥＧＲ停止中と、前期リーンモード
と、オープンループ運転又はストイキオフィードバック
運転のモードとの４モードに関して設けられており、エ
ンジンの運転状態に応じたものを選択して用いられる。

【００６１】こうして得られた噴射終了時期に後期リー
ンモードの場合には水温補正を施して噴射終了時期を得
るようにしている。このようにして得られたインジェク
タ駆動時間Ｔinj 及び噴射終了時期に基づいて、インジ
ェクタの駆動を行なう。また、点火コイルによる点火プ
ラグの点火時期についても、フィルタリング処理（ブロ
ックＢ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎ
ｅとから、マップに基づいて点火時期を設定する（ブロ
ックＢ２０）。この場合の設定マップは、後期リーンモ
ードでＥＧＲ作動中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止
中と、前期リーンモードと、ストイキオフィードバック
運転でＥＧＲ作動中と、オープンループ運転又はストイ
キオフィードバック運転でＥＧＲ停止中の５モードに関
して設けられている。こうして得られた点火時期に各種
リタード補正（進角補正も含む）を施して（ブロックＢ
２１）、これに基づいて点火コイルの制御を行なう。

【００６２】特に、このリタード補正及び進角補正に
は、予混合燃焼による前期リーンモードでは所要量リタ
ードさせて、層状燃焼による後期リーンモードでは所要
量進角させるようになっており、これにより、排気ガス
を導入しないか又は導入が少ないので燃焼スピードが速
まる予混合燃焼では、点火時期をリタードさせることで
遅めに点火することがノッキング防止効果となり、排気
ガスを導入するので燃焼スピードが遅くなる層状燃焼で
は、点火時期を進角させて早めに点火することが燃費節
約上で有利となる。

【００６３】また、ＥＧＲの流量制御についても、図
３，図４に示すように、フィルタリング処理（ブロック
Ｂ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅと
から、マップに基づいてＥＧＲの流量を設定する（ブロ
ックＢ２２）。この場合の設定マップは、Ｄレンジでの
後期リーンモードと、Ｎレンジでの後期リーンモード
と、Ｄレンジでのストイキオフィードバック運転モード
と、Ｎレンジでのストイキオフィードバック運転モード
との４モードに関して設けられている。

【００６４】こうして得られたＥＧＲの流量を水温補正
（ブロックＢ２３）を施して、開度に応じた制御量（デ
ューティ比）を設定して（ブロックＢ２４）、ＥＧＲの
流量制御を行なう。なお、水温補正（ブロックＢ２３）
に関しても、エンジンの運転状態（ここでは、後期リー
ンモードとストイキオフィードバック運転モードとの２
モード）に応じたマップが用いられている。

【００６５】例えばＥＧＲバルブの目標開口度Ｅｔｐ
は、ブロックＢ２２で求められた、ＥＧＲの流量に対応
する基本開口度Ｅｂｔｐと、ブロックＢ２３で求められ
た水温補正係数Ｋｗｔとから、次式により度、算出する
ことができる。 Ｅｔｐ＝Ｅｂｔｐ×数Ｋｗｔ さらに、このようなＥＧＲバルブの目標開口度Ｅｔｐに
対して、ＥＧＲバルブの制御量（調整量）としての目標
ステップは、図４に示すようなマップから設定すること
ができる。

【００６６】また、ここでは、エンジンの運転状態が、
ストイキオ燃焼運転モードか後期リーン燃焼運転モード
かの場合のみ、ＥＧＲ導入を行ない、他の場合、つま
り、前期リーン燃焼運転モードやオープンループモード
では、ＥＧＲ導入を行なわないようになっている。これ
は、前期リーンの場合、ＥＧＲを投入すると、燃焼が悪
化して、ＮＯｘ低減や燃費向上の効果が非常に小さいた
めであり、特に、ＥＧＲ流量を増大すると失火に至るこ
とがあるため、このモードではＥＧＲの大量導入は不可
能であるためである。また、オープンループモードで
は、なによりもエンジン出力の確保を優先させるためで
ある。

【００６７】なお、ストイキオ運転モード時に行なわれ
るＥＧＲの導入量は、原則として後期リーンに比べ少な
く設定されている。これは、ストイキオ運転時には、主
として燃費向上を目的としてＥＧＲの導入を行なうが、
大量にＥＧＲを導入すると燃焼が悪化するからである。
そして、このストイキオ運転時のＥＧＲの導入率は最大
で２０〜２５％程度であり、これは最小の場合は０であ
ってもかまわない。

【００６８】また、層状燃焼時（後期リーン燃焼運転モ
ード時）には、空燃比が大きくなるほど、該吸気通路内
に還流させる該排出ガスを大きくするように設定されて
いる。この際のＥＧＲの導入率は３０〜６０％程度で
る。なお、エンジンによっては、燃焼悪化を抑える観点
から、層状燃焼時のＥＧＲ導入率が特定運転時に例外的
にストイキオ運転時よりも少なく設定される場合もあ
る。

【００６９】次に、後期リーン燃焼運転時のＥＧＲ導入
率及び空燃比の設定について、図７を参照して説明す
る。図７は、後期リーン燃焼運転としての一般的な運転
状態における例であり、例えばエンジン回転状態が１５
００rpm ，正味平均有効圧が０．３ＭＰａといった条件
下のものである。

【００７０】図７において、横軸は空燃比（Ａ／Ｆ）で
あり、縦軸はＮＯｘ排出率であり、このＮＯｘ排出率は
ストイキオ運転時のＮＯｘ排出量に対する後期リーン燃
焼運転時のＮＯｘ排出量の割合である。また、図中、曲
線Ｌ１は安定燃焼限界を示し、この曲線の外側（つま
り、左方や下方）では後期リーン燃焼運転による安定燃
焼は行なえない。曲線Ｌ２は吸気（＝新気エア＋ＥＧ
Ｒ）が０．１ＭＰａ（即ち、約１気圧）の状態でのＷＯ
Ｔ（スロットル全開）のものであり、この曲線の外側
（つまり、右方や下方）による運転は行なえない。

【００７１】そして、曲線ａ１〜ａ３は燃費向上率、即
ち、ストイキオ運転時の燃費に対する後期リーン燃焼運
転時の燃費の向上率を示すもので、曲線ａ１は燃費向上
率１０％，曲線ａ２は燃費向上率２０％，曲線ａ３は燃
費向上率３０％を示す。また、曲線ｂ１〜ｂ３はＥＧＲ
導入率、即ち、吸気量中のＥＧＲ導入量の割合を示すも
ので、曲線ｂ１はＥＧＲ導入率０％，曲線ｂ２はＥＧＲ
導入率２０％，曲線ｂ３はＥＧＲ導入率４０％を示す。

【００７２】後期リーン燃焼運転は、図７中の曲線Ｌ
１，Ｌ２よりも上方の領域で運転が可能であり、この領
域内で、燃費向上率が高く且つＮＯｘ低減率が高く（即
ち、ＮＯｘ排出率が低く）なるように空燃比（Ａ／Ｆ）
及びＥＧＲ導入率を設定すれば、燃費向上とＮＯｘ低減
とが両立する。例えば図７中にハッチングを付す領域の
ように、燃費向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率が
９０％以上（即ち、ＮＯｘ排出率が１０％以上）の領域
で、後期リーン燃焼運転を行なうように、空燃比及びＥ
ＧＲ導入率を設定することが考えられる。なお、図７
中、Ｌ３はＮＯｘ低減率９０％を示す。

【００７３】図７に示す例では、空燃比をおよそ２８〜
３３程度の範囲内のいずれかに設定し、ＥＧＲ導入率を
３０〜６０％程度の範囲内のいずれかに設定して、燃費
向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率が９０％以上を
達成しながら、安定燃焼による後期リーン燃焼運転を行
なうことができる。もちろん、図７は後期リーン燃焼運
転における一つの代表例を示すもので、このような特性
は、エンジンの負荷状態やエンジン回転数によって変化
し、各運転状態に応じて、燃費向上率が高く且つＮＯｘ
低減率が高くなるような空燃比及びＥＧＲ導入率を設定
し、この設定に基づいて制御を行なうようにすればよ
い。

【００７４】この場合、上述のような燃費向上率が３０
％以上で且つＮＯｘ低減率が９０％以上といった目標値
を常に達成できるわけではないが、運転状態によって
は、燃費向上率を重視して空燃比及びＥＧＲ導入率を設
定したり、また、ＮＯｘ低減率を重視して空燃比及びＥ
ＧＲ導入率を設定したりすることが考えられる。なお、
エンジンの運転は常に定常運転とは限らず、運転状態は
時々変化していくことが多いが、このように、変化する
運転状態に応じて運転モードも適宜切り替えられるが、
後期リーン燃焼運転モード内でも、変化する運転状態に
応じて目標空燃比や目標ＥＧＲ導入率が変更されていく
ことになる。この場合、目標空燃比や目標ＥＧＲ導入率
を同時に変更する手法のほかに、目標空燃比制御を重視
して、例えば目標空燃比を変更して次に目標ＥＧＲ導入
率を変更するという手法も考えられる。

【００７５】ところで、エンジンの運転時には、負荷状
態や回転数の変化に応じて、燃焼モードが切り替えられ
るが、通常は、低負荷状態から負荷が増加する場合に
は、後期リーン燃焼運転モードから前期リーン燃焼運転
モードを経てストイキオ燃焼運転モードへと切り替えら
れ、さらに負荷が増加すればオープンループモード（エ
ンリッチ燃焼運転モード）へと切り替えられる。逆に、
高負荷状態から負荷が減少する場合には、例えばストイ
キオ燃焼運転モードから前期リーン燃焼運転モードを経
て後期リーン燃焼運転モードへと切り替えられる。ただ
し、運転者から加速や発進の指令があった場合には、後
期リーンモードからストイキオモードへ直接切り替えら
れる。

【００７６】一般には、エンジン回転数及びエンジン負
荷に対して、図８に示すような領域傾向で、エンリッチ
燃焼運転モード，ストイキオ燃焼運転モード，前期リー
ン燃焼運転モード，後期リーン燃焼運転モードが設定さ
れる。

【００７７】このとき、後期リーン燃焼運転モード及び
ストイキオ燃焼運転モードではＥＧＲ導入を行なうがそ
の他のモードではＥＧＲ導入を行なわない。したがっ
て、モード切替とともにＥＧＲの切替（導入と停止との
間の切替）も行なわれる。ところが、予混合燃焼による
前期リーン燃焼運転或いは前期ストイキオ運転から、層
状燃焼による後期リーン燃焼運転への運転モードの切替
時や、予混合燃焼時の前期リーン燃焼運転から前期スト
イキオ運転への運転モードの切替時のようにＥＧＲの導
入量が増加する場合には、新気エアの導入量が減少して
しまい、急激な出力変動（トルクショック）を生じて、
車両搭載のエンジンではドライバビリティを損ないやす
い。

【００７８】そこで、本装置では、特に、予混合燃焼に
よる前期リーン燃焼運転或いは前期ストイキオ燃焼運転
から層状燃焼による後期リーン燃焼運転への運転モード
の切替時、及び、予混合燃焼における前期リーン燃焼運
転から前期ストイキオ燃焼運転への運転モードの切替時
に、吸気量調整とＥＧＲ切替とをずらせるようにして、
空燃比の切替に伴う吸気量の調整を行なった後に、ＥＧ
Ｒの導入又は停止の切替を行なうようにしている。

【００７９】つまり、図５（Ａ）に示すように、運転モ
ードが、前期ストイキオ燃焼運転から後期リーン燃焼運
転へ切り替えられた場合には、図５（Ｂ）にで示すよ
うにＥＧＲの切替を遅らせるようにしている。このよう
な運転モードの切替は、加速が要求される運転に移行す
ることになるため、新気エアの導入量を確保し目標出力
を得ようとすることが望まれるが、吸気量の調整とＥＧ
Ｒ量の調整とを同時に行なうと、ＥＧＲ導入によって新
気エアの導入量を十分に確保できず、目標とするエンジ
ン出力が得られなくなり、ドライバビリティの悪化を招
く。このため、ＥＧＲ導入を遅延させて、新気エアの導
入量を十分に確保してエンジン出力を十分に得られるよ
うにしているのである。

【００８０】また、図５（Ａ）に示すように、運転モー
ドが、前期ストイキオ燃焼運転から後期リーン燃焼運転
へ切り替えられた場合には、図５（Ｂ）にで示すよう
にＥＧＲの切替を遅らせるようにしている。このような
運転モードの切替の場合、その切替変化の過程で前期リ
ーン燃焼運転状態（即ち、燃焼状態が悪化する運転）が
存在し、この過程でＥＧＲを導入してしまうと出力変化
が生じてドライバビリティの悪化を招く。このため、Ｅ
ＧＲ導入を遅延させて、途中の前期リーン燃焼運転状態
でのＥＧＲ導入を防止しているのである。

【００８１】さらに、図５（Ａ）に示すように、運転モ
ードが、前期リーン燃焼運転から後期リーン燃焼運転へ
切り替えられた場合には、図５（Ｂ）にで示すように
ＥＧＲの切替を遅らせるようにしている。このような運
転モードの切替の場合にも、前期リーン燃焼運転から後
期リーン燃焼運転へ切替が瞬時に行なわれるものではな
く、切替過渡時には、後期リーン燃焼運転へ完全に移行
しないで前期リーン燃焼運転が残存している状態でＥＧ
Ｒを導入してしまうことがあり、このような状況下では
上述と同様に出力変化が生じてドライバビリティの悪化
を招く。このため、ＥＧＲ導入を遅延させて、途中の前
期リーン燃焼運転でのＥＧＲ導入を防止しているのであ
る。

【００８２】なお、この前期リーン燃焼運転から後期リ
ーン燃焼運転への切替に際しては、ＥＧＲの切替の遅延
を行なわないようにしてもよい。これは、前期リーン燃
焼運転から後期リーン燃焼運転への切替に際しては、設
定空燃比の変化が少なく、要求される空気量が少ない場
合には、ＥＧＲ調整（ここでは、ＥＧＲ導入）を吸気量
調整と同時に行なっても、吸気量の増量変化をＥＧＲが
妨げることがないためてある。

【００８３】また、上述のＥＧＲ切替の遅延時間は、モ
ード切替後に燃焼が安定するまでの時間として各エンジ
ンの特性に応じて設定することができる。

【００８４】また、ここでは、ストイキオ燃焼運転，後
期リーン燃焼運転から前期リーン燃焼運転への切替時、
及び、後期リーン燃焼運転からストイキオ燃焼運転への
切替時には、ＥＧＲ切替の遅延は行なっていない。これ
は、このようなストイキオ燃焼運転，後期リーン燃焼運
転から前期リーン燃焼運転への切替時、及び、後期リー
ン燃焼運転からストイキオ燃焼運転への切替時には、Ｅ
ＧＲを停止又は減少させることで、スロットルバルブ下
流の負圧が増加するため新気エアの導入量が増加して、
空燃比を上げるにはむしろ好都合となるため、空燃比の
切替（増加）のためのエアバイパスの流量増加と同時に
ＥＧＲ切替を行なうのである。

【００８５】さらに、ここでは、ストイキオ燃焼運転モ
ードか後期リーン燃焼運転モードかの場合にも、ＥＧＲ
禁止条件が成立したとき、即ち、エンスト時，始動時，
エンジンの運転状態検出手段の異常時（例えば、大気圧
センサのフェール時），リーン燃焼運転モード以外での
減速時には、いずれもＥＧＲバルブを全閉に切替制御す
るようになっている。また、このようなＥＧＲ禁止条件
が解除されたら、ＥＧＲバルブは全閉から所要の開度に
切替制御するようになっている。

【００８６】ここで、ステッパモータを用いたＥＧＲ弁
の開閉駆動の具体的な制御手法について、図９，図１０
のフローチャートを参照して説明する。なお、この説明
では、目標ＥＧＲ弁開度Ｐ_S が設定されるが、この目標
ＥＧＲ弁開度Ｐ_S は、前述のＥＧＲバルブの目標開口度
Ｅｔｐに対応する。まず、ＥＧＲ弁開度の設定手法を図
９を参照して説明する。図９に示すようなＥＧＲ弁開度
設定ルーチンが考えられ、まず、エンジンが始動モード
か否か（ステップＡ１０）が判定され、ここで、始動モ
ードでなければエンジンが冷態か否か（ステップＡ２
０）、ここで、エンジンが冷態でなければステッパモー
タのイニシャライズフラグがセットされているか否か
（ステップＡ３０）が判定される。ここで、イニシャラ
イズフラグがセットされてなければ、ステップＡ５０へ
進むが、エンジンが始動モードであるか、エンジンが冷
態であるか、ステッパモータのイニシャライズフラグが
セットされているか、のいずれかであれば、ＥＧＲ導入
条件でないので、ステップＡ４０へ進み、目標ＥＧＲ弁
開度Ｐ_S を全閉（即ち、Ｐ_S ＝０）に設定する。

【００８７】一方、ステップＡ５０へ進むと、現在の燃
料噴射モードが、後期噴射モード（具体的には、後期リ
ーン燃焼運転モード）か否かが判定され、後期噴射モー
ドでなければ、ステップＡ６０へ進んで、リーンモード
（具体的には、前期リーン燃焼運転モード）か否かが判
定される。ここで、リーンモード（前期リーン燃焼運転
モード）でなければ、次に、ステップＡ７０へ進んで、
エンリッチモード（エンリッチ燃焼運転モード）か否か
が判定される。

【００８８】ここで、エンリッチモードでなければ、ス
トイキオモード（ストイキオ燃焼運転モード）であり、
まず、ステップＡ７２でモードタイマ２が設定値に達し
ているか否かが判定される。ここで、モードタイマ２が
設定値に達していれば、ステップＡ７４に進み、モード
タイマ３を初期値０に設定して、ステップＡ８０に進
む。

【００８９】ところで、モードタイマ２，モードタイマ
３は、後述するモードタイマ１とともに、モード切替時
に、ＥＧＲ制御の切替タイミングを吸気量調整よりも遅
れるようにするためのものである。すなわち、モードタ
イマ１は、前期リーン燃焼運転モードから後期リーン燃
焼運転モードへのモード切替時に、ＥＧＲ制御の導入開
始タイミングを吸気量調整よりも遅れるようにするため
のものであり、このモードタイマ１は後述するステップ
Ａ１１０で前期リーン燃焼運転モード時には常に０にリ
セットされるため、前期リーン燃焼運転モードから後期
リーン燃焼運転モードへと切り替わってから設定値に応
じた時間を経るまで、ＥＧＲの導入開始が遅延されるこ
とになる。なお、前述のように、前期リーン燃焼運転か
ら後期リーン燃焼運転への切替に際しては、ＥＧＲの切
替の遅延を行なわないようにしてもよいので、ＥＧＲの
切替の遅延を行なわない場合には、モードタイマ１にか
かる設定値は０となる。

【００９０】モードタイマ２は、前期リーン燃焼運転モ
ードから前期ストイキオ燃焼運転モードへのモード切替
時に、ＥＧＲ制御の導入開始タイミングを吸気量調整よ
りも遅れるようにするためのものであり、このモードタ
イマ２もやはりステップＡ１１０で前期リーン燃焼運転
モード時には常に０にリセットされるため、前期リーン
燃焼運転モードから前期ストイキオ燃焼運転モードへと
切り替わってから設定値に応じた時間を経るまで、ＥＧ
Ｒの導入開始が遅延されることになる。

【００９１】また、モードタイマ３は、前期ストイキオ
燃焼運転モードから後期リーン燃焼運転モードへのモー
ド切替時に、ＥＧＲ制御の導入量増加タイミングを吸気
量調整よりも遅れるようにするためのものであり、この
モードタイマ３は前述のステップＡ７４で前期ストイキ
オ燃焼運転モード時には常に０にリセットされるため、
前期ストイキオ燃焼運転モードから後期リーン燃焼運転
モードへと切り替わってから設定値に応じた時間を経る
まで、ＥＧＲの導入量増加開始が遅延されることにな
る。

【００９２】したがって、前期リーン燃焼運転モードか
ら前期ストイキオ燃焼運転モードへと切り替わってから
設定値に応じた時間を経ると、ステップＡ７２で、モー
ドタイマ２が設定値に達したと判定され、ステップＡ７
４を経て、ステップＡ８０に進み、前期ストイキオ燃焼
運転モードに応じたＥＧＲの導入を行なうことになる。
つまり、ステップＡ８０では、機関の運転状態、即ち、
エンジン回転数及びエンジン負荷に応じてストイキオモ
ードにおける設定特性で目標ＥＧＲ弁開度Ｐ_SSTOを設定
する。このストイキオ運転時の目標ＥＧＲ弁開度Ｐ_SSTO
は、前述のように、ＥＧＲ導入率を最大で２０〜２５％
程度とするような開度であり、運転状態によっては、Ｅ
ＧＲ導入率が０即ち全閉状態が設定されることもある。

【００９３】そして、このように設定された目標ＥＧＲ
弁開度Ｐ_SSTOを、ＥＧＲ弁開度制御指令用の目標ＥＧＲ
弁開度Ｐ_S とする（ステップＡ９０）。一方、ステップ
Ａ７２でモードタイマ２が設定値に達していないと判定
された場合や、ステップＡ７０でエンリッチモードと判
定された場合には、ステップＡ１２０へ進んで、目標Ｅ
ＧＲ弁開度Ｐ_S を全閉（即ち、Ｐ_S ＝０）に設定して、
新気エアの導入率を増加させて出力要求に応じる。

【００９４】また、ステップＡ６０でリーンモード（前
期リーン燃焼運転モード）と判定された場合には、ステ
ップＡ１１０へ進んで、モードタイマ１，２を初期値つ
まり０にセットする。ステップＡ１１０の処理の後は、
ステップＡ１２０へ進んで、目標ＥＧＲ弁開度Ｐ_S を全
閉（即ち、Ｐ_S ＝０）に設定して、新気エアの導入率を
増加させて、前期リーン燃焼運転モード即ち吸気行程リ
ーン燃焼運転での燃焼安定性を確保する。

【００９５】また、ステップＡ５０で現在の燃料噴射モ
ードが後期噴射モードと判定されると、ステップＡ１３
０へ進んで、モードタイマ１が設定値になったか否かが
判定される。モードタイマ１は、前述のように、前期リ
ーン燃焼運転モード時には常に０にリセットされる（ス
テップＡ１１０）ため、前期リーンモードから後期リー
ンモードへ切り替わってから設定値に応じた時間を経る
まで、前期リーンモードと同様に目標ＥＧＲ弁開度Ｐ_S
が全閉（即ち、Ｐ_S ＝０）に設定される。

【００９６】そして、モードタイマ１が設定値に応じた
時間を経たら、ステップＡ１４０へ進んで、モードタイ
マ３が設定値になったか否かが判定される。モードタイ
マ３は、前述のように、前期ストイキオ燃焼運転モード
時には常に０にリセットされる（ステップＡ７４）た
め、前期ストイキオモードから後期リーンモードへ切り
替わってから設定値に応じた時間を経るまで、目標ＥＧ
Ｒ弁開度Ｐ_S は、直前の前期ストイキオモードのステッ
プＡ９０で設定された値（即ち、Ｐ_S ＝Ｐ_SSTO）が設定
される。

【００９７】前期ストイキオモードから後期リーンモー
ドへ切り替わってから設定値に応じた時間を経ると、モ
ードタイマ３が設定値に達するので、ステップＡ１５０
へ進んで、機関の運転状態、即ち、エンジン回転数及び
エンジン負荷に応じて後期リーンにおける設定特性で目
標ＥＧＲ弁開度Ｐ_SLEAN を設定する。この後期リーン運
転時の目標ＥＧＲ弁開度Ｐ_SLEAN は、前述のように、実
際には、空燃比（Ａ／Ｆ）に応じてＥＧＲ導入率を３０
〜６０％程度とするような開度である。

【００９８】そして、このように設定された目標ＥＧＲ
弁開度Ｐ_SLEAN を、ＥＧＲ弁開度制御指令用の目標ＥＧ
Ｒ弁開度Ｐ_S とする（ステップＡ１６０）。このように
して、ＥＧＲ弁の目標開度Ｐ_S を設定することができる
が、さらに、ＥＧＲ弁の駆動制御に関しては、図１０に
示すような手法で行なうことができる。なお、ここで
は、ＥＧＲ弁駆動用のステッパモータを正転させると開
方向へ駆動することになり、ステッパモータを逆転させ
ると閉方向へ駆動することになるように設定されてい
る。

【００９９】また、ここでは、ステッパモータの駆動周
期として、逆転駆動用周期（開駆動用周期）Ｔ１，正転
駆動用周期（閉駆動用周期）Ｔ２，イニシャライズ用駆
動周期Ｔ３の３通りが設定されており、これらはＴ３＞
Ｔ１＞Ｔ２の関係、即ち、正転駆動用周期（閉駆動用周
期）Ｔ２が最も短く、ついで、逆転駆動用周期（開駆動
用周期）Ｔ１が短く、イニシャライズ用駆動周期Ｔ３は
最も長く設定されている。

【０１００】イニシャライズ用駆動周期Ｔ３は最も長く
設定するのは、ステッパモータを例えばバルブの全閉位
置や全開位置などの機械的な限界位置へ駆動すると、被
駆動体即ちバルブ本体が機械的な衝突をしてバウンスす
るおそれがある。そのため、イニシャライズ時に全閉位
置や全開位置でバウンスしては、バルブ本体を確実に全
閉位置又は全開位置へと駆動することができない。

【０１０１】そこで、このようなバウンスを回避できる
ように、イニシャライズ時用駆動周期Ｔ３を長く設定し
て、ステッパモータの実質的な駆動速度を緩やかにしよ
うとするものである。さらに、逆転駆動用周期（開駆動
用周期）Ｔ１を、正転駆動用周期（閉駆動用周期）Ｔ２
よりも長く設定するのは、ＥＧＲバルブの開駆動は、比
較的長い周期Ｔ１でステッパモータの実質的な駆動速度
を緩やかにして、ＥＧＲバルブの開動速度を遅くし、急
激なＥＧＲ導入を回避しようとするものである。一方、
ＥＧＲバルブの閉駆動は、比較的短い周期Ｔ２でステッ
パモータの実質的な駆動速度を速くして、ＥＧＲバルブ
の開動速度を速め、ＥＧＲ導入の停止を速やかにするこ
とで、早急に新気エアの増加を実現させて、エンジン出
力の向上を速やかに高められるようにするためである。

【０１０２】図１０に示すように、まず、ステッパモー
タのイニシャライズフラグがセットされているか否か
（ステップＢ１０）が判定される。ここで、イニシャラ
イズフラグがセットされていなければ、ステップＢ２０
へ進み、ステッパモータ（ＳＴＭ）のイニシャライズ指
令が有るか否かが判定される。このイニシャライズ指令
は、エンジン停止直後やキースイッチオン直後に発せら
れる。

【０１０３】ステッパモータ（ＳＴＭ）のイニシャライ
ズ指令が有れば、ステップＢ３０へ進み、イニシャライ
ズフラグをセットして、ステップＢ４０で、初期化用駆
動パルス数ＰＰとして所定値βを設定して、ステップＢ
５０へ進む。なお、この所定値βは、ステッパモータの
イニシャライズ時に駆動するステップ数であり、例えば
ステッパモータの全駆動ステップ数（即ち、弁の全開か
ら全閉まで駆動するステップ数）以上に設定すること
で、確実なイニシャライズを行なえる。

【０１０４】また、ステップＢ１０でイニシャライズフ
ラグがセットされていると判定された場合もこのステッ
プＢ５０へ進むが、ステップＢ５０では、初期化用駆動
パルス数ＰＰが０か否かが判定される。もしも、初期化
用駆動パルス数ＰＰが０ならば、イニシャライズフラグ
をリセットして（ステップＢ６０）、ステップＢ８０へ
進む。また、初期化用駆動パルス数ＰＰが０でなけれ
ば、初期化用駆動パルス数ＰＰを１ステップ分減じて
（ステップＢ７０）、ステップＢ１１０へ進む。

【０１０５】ステップＢ１１０では、ステッパモータの
目標駆動パルス周期データＴ０としてイニシャライズ用
駆動周期Ｔ３を設定する。一方、ステップＢ２０でイニ
シャライズ指令がなしと判定されると、ステップＢ８０
へ進み、ＥＧＲ弁の目標開度（目標ポジション）Ｐ_S と
実開度（実ポジション）Ｐｒとの差ΔＰ（＝Ｐ_S −Ｐ
ｒ）を算出し、さらに、ステップＢ９０で、差ΔＰが所
定値−αよりも小さいか否かが判定される。

【０１０６】なお、所定値αは、ＥＧＲ弁の開度の許容
誤差範囲に相当し、差ΔＰの大きさ（＝｜ΔＰ｜）が所
定値αよりも小さければ（即ち、−α≦ΔＰ≦α）、Ｅ
ＧＲ弁が目標開度に達しているものとする。ステップＢ
９０で、差ΔＰが所定値−αよりも小さいと判定される
と、即ち、目標開度Ｐ_S が実開度Ｐｒよりも小さくこの
差が所定値αよりも小さい場合には、ステッパモータを
正転させる必要があり、まず、ステップＢ１００へ進
み、実開度（実ポジション）Ｐｒが所定値γ以下か否か
が判定される。実開度（実ポジション）Ｐｒが所定値γ
以下なら、ステップＢ１１０へ進み、目標駆動パルス周
期データＴ０としてイニシャライズ用駆動周期Ｔ３を設
定する。

【０１０７】これは、実ポジションＰｒが所定値γ以下
になった場合、バルブ本体が正転駆動周期で全閉位置へ
と駆動されると、バルブ本体が機械的な衝突をしてバウ
ンスするおそれがあり、これを回避するためである。こ
のようなバルブ本体の衝突は、もしもステッパモータが
初期設定の段階で脱調していたらバルブ本体が実際の全
閉位置でなくても生じる虞があり、また、ステッパモー
タが脱調していなくても、バルブ本体の応答性を考えて
駆動速度が速い状態でバルブ本体が全閉位置へと駆動さ
れると、バルブ本体が機械的な衝突をしてバウンスする
おそれがある。特に、全閉位置への駆動時には、バウン
スするおそれが高い。そこで、このようなバウンスを回
避できるように、イニシャライズ用駆動周期Ｔ３を用い
て、ステッパモータの実質的な駆動速度を緩やかにしよ
うとするものである。

【０１０８】ステップＢ１１０の処理を終えたら、ステ
ップＢ１２０で、正転フラグをセット（このフラグはス
テッパモータの正転駆動時にセットされる）して、ステ
ップＢ１３０へ進む。一方、実ポジションＰｒが所定値
γ以下になっていなければ、ステップＢ２１０に進み、
比較的短い駆動パルス周期Ｔ２を目標駆動パルス周期デ
ータＴ０として設定する。そして、ステップＢ１２０へ
進み、正転フラグをセットして、ステップＢ１３０へ進
む。

【０１０９】また、ステップＢ９０で、差ΔＰが所定値
−αよりも小さくないと判定された場合には、ステップ
Ｂ２２０へ進み、差ΔＰが所定値αよりも大きいか否か
が判定される。ここで、差ΔＰが所定値αよりも大きく
なければ、ＥＧＲ弁が目標開度に達しているものとし
て、今回の駆動制御は行なわない。ステップＢ２２０
で、差ΔＰが所定値αよりも大きいと判定されると、即
ち、目標開度Ｐ_S が実開度Ｐｒよりも大きくこの差が所
定値αよりも大きい場合には、ステッパモータを逆転さ
せる必要があり、まず、ステップＢ２３０へ進み、正転
時（閉駆動時）よりも比較的長い駆動パルス周期Ｔ１を
目標駆動パルス周期データＴ０として設定する。つい
で、ステップＢ２４０へ進み、正転フラグをリセットし
て、ステップＢ１３０へ進む。

【０１１０】そして、ステップＢ１３０へ進み、周期計
測用タイマ値Ｔが目標駆動パルス周期Ｔ０以上か否かが
判定される。周期計測用タイマ値Ｔが目標駆動パルス周
期Ｔ０以上でなければリターンするが、周期計測用タイ
マ値Ｔが目標駆動パルス周期Ｔ０以上になれば、ステッ
プＢ１４０へ進み、まず、駆動用タイマ値Ｔを０にリセ
ットして、ステップＢ１５０で、正転フラグがセットさ
れているか否かが判定される。

【０１１１】正転フラグがセットされている場合には、
ステップＢ１６０で、逆転タイマが所定値ＴＳ以上か否
かが判定される。この逆転タイマは、逆転駆動時に０に
リセットされる（ステップＢ２６０）ので、逆転駆動状
態から正転駆動状態へ切り替える場合には、逆転駆動停
止後所定値ＴＳ以上経過しないと正転駆動を開始できな
いようになっている。この所定値ＴＳは、正転・逆転切
替時に、弁体の慣性力による動きが収まるのを待って、
反転駆動しようとする正転・逆転切替用待機時間であ
り、所定値ＴＳは前述の周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の何れよ
りも長く設定されている（つまり、ＴＳ＞Ｔ３＞Ｔ１＞
Ｔ２）。

【０１１２】したがって、少なくとも、逆転駆動が終了
して正転・逆転切替用待機時間ＴＳが経過したら、ステ
ップＢ１７０で、正転タイマを０にリセットした後、ス
テッパモータ（ＳＴＭ）に閉側駆動パルス（正転駆動パ
ルス）を１パルスだけ出力する（ステップＢ１８０）。
そして、実ポテンショデータが全閉位置（Ｐｒ＝０）か
否かを判定して（ステップＢ１９０）、実ポテンショデ
ータが全閉位置出ない場合には、実ポテンショデータＰ
ｒを駆動パルス１だけ減じる（ステップＢ２００）。

【０１１３】一方、逆転フラグがセットされている場合
には、ステップＢ２５０で、正転タイマが所定値ＴＳ以
上か否かが判定される。この正転タイマは、前述のよう
に正転駆動時に０にリセットされる（ステップＢ１７
０）ので、正転駆動状態から逆転駆動状態へ切り替える
場合には、正転駆動停止後所定値ＴＳ以上経過しないと
正転駆動を開始できないようになっている。この所定値
ＴＳも、前出のように正転・逆転切替時に、弁体の慣性
力による動きが収まるのを待って、反転駆動しようとす
る正転・逆転切替用待機時間であり、所定値ＴＳは前述
の周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の何れよりも長く設定されてい
る（つまり、ＴＳ＞Ｔ３＞Ｔ１＞Ｔ２）。

【０１１４】したがって、少なくとも、正転駆動が終了
して正転・逆転切替用待機時間ＴＳが経過したら、ステ
ップＢ２６０で、逆転タイマを０にリセットした後、ス
テッパモータ（ＳＴＭ）に開側駆動パルス（逆転駆動パ
ルス）を１パルスだけ出力する（ステップＢ２７０）。
そして、ステップＢ２８０に進み、実ポテンショデータ
Ｐｒを駆動パルス１だけ増加するのである。

【０１１５】本発明の一実施形態としての排出ガス還流
制御装置は、上述のように構成されているので、エンジ
ンの運転状態に応じて、エンジンの運転モードとして、
後期リーン燃焼運転モード，前期リーン燃焼運転モー
ド，ストイキオフィードバック運転燃焼運転モード，オ
ープンループ燃焼運転モードが選択されて、各モードに
応じて空燃比や燃料量や点火時期やＥＧＲが制御され
る。

【０１１６】燃料量は、エンジンに要求される出力状態
に応じて燃料噴射量として制御され、この燃料噴射量に
対応する空燃比の制御は、スロットルバルブ１５に加え
て、エアバイパスバルブ１０，１１，ＩＳＣバルブ１４
の開閉制御や開度制御等を通じて制御される。また、Ｅ
ＧＲも運転モードに応じて、投入・停止が切り替えられ
るが、本装置では、図５に示すように、前期リーン燃焼
運転と後期リーン燃焼運転との間での運転モードの切替
時に、吸気量調整とＥＧＲ切替とをずらせるようにし
て、空燃比の切替に伴う吸気量の調整を行なった後に、
ＥＧＲの導入又は停止の切替を行なうようにしている。

【０１１７】これにより、図６（Ａ）に示すように、前
期リーン燃焼運転では空燃比とともにＮＯｘは低減し
て、後期リーン燃焼運転ではＥＧＲ無しでは空燃比とと
もにＮＯｘが増大するところを、ＥＧＲ導入によりＮＯ
ｘを積極的に減少させることができるのである。また、
ストイキオ運転時には、燃焼安定性を確保しつつＥＧＲ
を適当に導入しながら、ＮＯｘを低減することができ
る。

【０１１８】また、後期リーン燃焼運転から前期リーン
燃焼運転やストイキオ運転に切り替えた場合には空燃比
の低下を速やかに実現できて、エンジン出力の不足を回
避して、望んでいる出力増加を速やかに実現できる。ま
た、前期リーン燃焼運転やストイキオ運転から後期リー
ン燃焼運転に切り替えた場合には、新気エアの導入量を
確保できて、急激な出力変動（トルクショック）を回避
して車両搭載のエンジンではドライバビリティの悪化を
回避することができる。

【０１１９】なお、図６（Ｂ）に示すように、ＥＧＲ率
（新気エアに対するＥＧＲの量の割合）に応じてＮＯｘ
低減効果が得られるが、後期リーン燃焼運転時には、Ｅ
ＧＲ率を高めることで十分なＮＯｘ低減効果を得ること
ができる。特に、層状燃焼時（後期リーン燃焼運転モー
ド時）には、空燃比が大きくなるほど、該吸気通路内に
還流させる排出ガスを大きくするように設定すること
で、十分なＮＯｘ低減効果を得ることができる。

【０１２０】また、予混合燃焼による前期リーンモード
では点火時期を所要量リタードさせて、層状燃焼による
後期リーンモードでは点火時期が所要量進角させるの
で、排気ガスを導入しないか又は導入が少ないので燃焼
スピードが速まる予混合燃焼では、点火時期をリタード
させることで遅めに点火することがノッキング防止効果
があり、排気ガスを導入するので燃焼スピードが遅くな
る層状燃焼では、点火時期を進角させて早めに点火する
ことが燃費節約上で有利となる。

【０１２１】また、本実施形態では、第１エアバイパス
バルブ１０と第２エアバイパスバルブ１１とを同規格の
ものとして部品を共用できるようにしているので、コス
ト低減効果もある。なお、本実施形態では、第１エアバ
イパスバルブ１０と第２エアバイパスバルブ１１とＩＳ
Ｃバルブ１４との３つのバルブをそなえたが、例えば第
２エアバイパスバルブ１１とＩＳＣバルブ１４とのいず
れか一方を省略して、２つのバルブのみで、エアバイパ
スの流量を制御することも考えられる。例えば第１エア
バイパスバルブ１０と第２エアバイパスバルブ１１のみ
からエアバイパスの流量を制御するように構成したり、
第１エアバイパスバルブ１０とＩＳＣバルブ１４のみか
ら構成することもできる。

【０１２２】この場合にも、ＥＧＲ停止からＥＧＲ投入
へと切り替わる際には、主として第１エアバイパスバル
ブ１０によるオフからオンへの切替で瞬時にエアバイパ
ス流量を増大でき、これに第２エアバイパスバルブ１１
又はＩＳＣバルブ１４による流量制御を加えることで、
応答性良く所要の新気吸入量の確保を実現することがで
きる。

【０１２３】また、本排出ガス還流制御装置では、ＥＧ
Ｒ弁の駆動用ステッパモータを、閉動時には、駆動周期
を短くして速やかに閉鎖し、開動時には、駆動周期を長
くして緩やかに開放しているので、次のような利点があ
る。燃費節約を重視した層状燃焼（後期リーン運転）か
ら、出力確保を重視した予混合燃焼（ストイキオ運転や
前期リーン運転）に切り替わる燃焼変化の場合は、機関
の出力要求が高まっていると考えられるが、このときに
は、ＥＧＲ弁を速やかに閉駆動して排出ガスの流量をカ
ット又は減少を素早く行なうことで、新気導入量が速や
かに増加するようになり、燃焼の悪化を招くことなく機
関の出力要求に素早く答えることができる。

【０１２４】また、予混合燃焼（ストイキオ運転や前期
リーン運転）から層状燃焼（後期リーン運転）に切り替
わる燃焼変化の場合は、ＥＧＲ弁を緩やかに開駆動して
排出ガス量を緩やかに増加するので、過渡時の燃焼悪化
を招くことなく、排出ガス導入量による排気ガスの浄化
（ＮＯｘ低減）を行ないながらの層状燃焼への切替を過
渡時の燃焼悪化を招くことなく行なえる。

【０１２５】なお、このようなＥＧＲ弁の駆動速度制御
は、ステッパモータに限らず、負圧弁やＤＣモータやリ
ニアソレノイド等が適用できることは勿論のことであ
る。そして、ＥＧＲ弁のイニシャライズ時や、全閉駆動
時にステッパモータの駆動周期が長くされてゆるやかな
速度で駆動するので、弁のバウンスが防止され、ステッ
パモータの脱調を招くことなく、弁の駆動が確実に行な
われ、イニシャライズも正確に行なえる。

【０１２６】さらに、ＥＧＲ弁の逆方向への駆動時に
は、タイムラグ（ＴＳ）が与えられるので、ＥＧＲ弁の
慣性力がＥＧＲ弁の作動に影響することなく、ＥＧＲ弁
が確実に作動する利点がある。

【０１２７】また、本発明の排出ガス還流制御装置は、
本実施形態のように、筒内噴射型内燃機関に用いること
で大きな効果があるが、本排出ガス還流制御装置は、か
かる内燃機関に限定されるものでなく、この他の内燃機
関の吸気系にも広く適用しうるものである。

【０１２８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の排出ガス還流制御装置によれば、希薄空燃比領域
で予混合燃焼と層状燃焼とを行なう内燃機関において、
排出ガスの一部を該機関の吸気通路内に還流させる排出
ガス還流通路と、該排出ガス還流通路に設けられ該吸気
通路内に還流する排出ガスの流量を調整する排出ガス量
調整手段と、該層状燃焼時に該排出ガスの一部を該吸気
通路内に還流させるように該排出ガス量調整手段を制御
する制御手段とをそなえることにより、予混合燃焼によ
る希薄燃焼運転の場合に排出ガス導入を停止して、層状
燃焼燃焼による希薄燃焼運転の場合に排出ガス導入を行
なうようにし、燃焼の安定性を確保しながら、排出ガス
の浄化（ＮＯｘ低減）を行なうことができる。

【０１２９】請求項２記載の本発明の排出ガス還流制御
装置によれば、請求項１記載の構成において、該内燃機
関では、該予混合燃焼時の燃焼室内の総合空燃比よりも
該層状燃焼時の該総合空燃比の方が大きくなるように設
定されることにより、層状燃焼時には、極めて効率よい
燃焼を実現でき、燃費向上効果が著しい。

【０１３０】請求項３記載の本発明の排出ガス還流制御
装置によれば、請求項２記載の構成において、該内燃機
関が、該燃焼室内に直接燃料を噴射するように燃料噴射
弁を配設された筒内噴射型内燃機関であることにより、
層状燃焼による希薄燃焼をより安定させながらしかもよ
り希薄な混合気で実現でき、燃焼の安定化を図りながら
効果的なＮＯｘの低減効果と燃費向上効果を実現するこ
とができる。

【０１３１】請求項４記載の本発明の排出ガス還流制御
装置によれば、請求項２又は３記載の構成において、該
制御手段が、該予混合燃焼時に、該吸気通路側へ還流す
る排出ガスの流量をカット又は該層状燃焼時よりも減少
させるように該排出ガス量調整手段を制御するように構
成されることにより、燃焼の安定性を確保して機関の出
力を確保しながら、排出ガスの浄化（ＮＯｘ低減）を行
なうことができる。

【０１３２】請求項５記載の本発明の排出ガス還流制御
装置によれば、請求項４記載の構成において、該予混合
燃焼時における該総合空燃比が、理論空燃比近傍を含む
空燃比領域であることにより、予混合燃焼時には、適
宜、総合空燃比を理論空燃比近傍とした運転状態が選択
されて、機関の出力を十分にに得られる運転が可能とな
るとともに、従来より公知の三元触媒を有効利用しうる
利点がある。

【０１３３】請求項６記載の本発明の排出ガス還流制御
装置によれば、請求項５記載の構成において、該内燃機
関が、該予混合燃焼時に理論空燃比近傍領域と希薄空燃
比領域との運転を行なうように構成されて、理論空燃比
近傍領域の時に排出ガス還流の導入を行ない、希薄空燃
比領域の時に排出ガス還流の導入を停止するか又は排出
ガス還流量を減少させることにより、理論空燃比近傍領
域の時には、排出ガス還流の導入による吸気管内圧力の
増大で燃費の改善効果が得られ、希薄空燃比領域の時に
は、排出ガス還流の導入を停止するか又は排出ガス還流
量を減少させることで安定燃焼に必要な新気導入量を確
保し、燃焼の悪化を回避して安定燃焼しうる範囲で運転
を行なうことが可能となり、燃費節約と排気ガス浄化と
をバランスさせることができる利点がある。

【０１３４】請求項７記載の本発明の排出ガス還流制御
装置によれば、請求項４記載の構成において、該排出ガ
ス量調整手段が、該内燃機関の運転状態によりアクチュ
エータに駆動されて排出ガス量を調整するバルブをそな
え、該層状燃焼から該予混合燃焼に切り替わる第１燃焼
変化の場合には該バルブの速度を速くするとともに、該
予混合燃焼から該層状燃焼に切り替わる第２燃焼変化の
場合には該バルブの速度を該第２燃焼変化の場合よりも
遅くするように設定されることにより、一般に、燃費節
約を重視した層状燃焼から、出力確保を重視した予混合
燃焼に切り替わる第１燃焼変化の場合には、バルブの速
度を速く即ち速やかに排出ガスの流量をカット又は減少
することで、燃焼悪化を招くことなく機関の出力要求に
素早く答えることができ、車載の機関の場合、ドライバ
ピリティが向上する。また、第２燃焼変化の場合には、
排出ガス導入量による排気ガスの浄化（ＮＯｘ低減）を
行ないながらの層状燃焼への切替を過渡時の燃焼悪化を
招くことなく行なえ、運転性能を確保しつつ燃費節約と
排気ガス浄化とをバランスさせることができる。

【０１３５】請求項８記載の本発明の排出ガス還流制御
装置によれば、請求項４記載の構成において、該吸気通
路のスロットル弁設置部分をバイパスするようにして該
吸気通路に両端部を連通されたバイパス通路と、該バイ
パス通路内を流れる空気量を調整しうる吸気調整手段と
をそなえ、該制御手段が、該内燃機関の燃焼状態が該層
状燃焼と該予混合燃焼とで切り替わるときに、該吸気調
整手段の吸気量変更タイミングと該排出ガス量調整手段
の排出ガス量変更タイミングとをずらせて制御するよう
に構成されることにより、効率よい運転と排気ガス浄化
とを両立させながらこの切替に伴う出力不足やトルクシ
ョックの発生を回避できるようになる。

【０１３６】請求項９記載の本発明の排出ガス還流制御
装置によれば、請求項８記載の構成において、該制御手
段が、該内燃機関の燃焼状態が該予混合燃焼から該層状
燃焼に切り替わるときに、該吸気調整手段の吸気量変更
を行なった後に該排出ガス量調整手段の排出ガス量変更
を行なうよう各調整手段を制御するように構成されるこ
とにより、効率よい運転と排気ガス浄化とを両立させな
がらこの切替に伴う出力不足やトルクショックの発生を
確実に回避できるようになり、ドライバビリティを向上
させることができる。

【０１３７】請求項１０記載の本発明の排出ガス還流制
御装置によれば、請求項４記載の構成において、点火時
期を進角又はリタードさせる点火時期制御手段をそな
え、該点火時期制御手段が、該内燃機関の燃焼状態が該
層状燃焼と該予混合燃焼とで切り替わるときに該点火時
期制御を行なうように構成されることにより、燃焼性を
安定させることができる。

【０１３８】請求項１１記載の本発明の排出ガス還流制
御装置によれば、請求項１０記載の構成において、該点
火時期制御手段が、該内燃機関の燃焼状態が該層状燃焼
から該予混合燃焼に切り替わるときに該点火時期をリタ
ード制御するとともに、該内燃機関の燃焼状態が該予混
合燃焼から該層状燃焼に切り替わるときに該点火時期を
進角制御するように構成されることより、点火時期をリ
タードさせることでノッキング防止効果があり、点火時
期を進角させることが燃費節約上で有利となる。

【０１３９】請求項１２記載の本発明の排出ガス還流制
御装置によれば、燃焼室内の総合空燃比が希薄空燃比領
域であるときに層状燃焼を行なう内燃機関において、排
出ガスの一部を該機関の吸気通路内に還流させる排出ガ
ス還流通路と、該排出ガス還流通路に設けられ該吸気通
路内に還流する排出ガスの流量を調整する排出ガス量調
整手段と、該層状燃焼時に空燃比が大きくなるほど、該
吸気通路内に還流させる該排出ガスを大きくするように
該排出ガス量調整手段を制御する制御手段とをそなえる
ことにより、層状燃焼燃焼による希薄燃焼運転の場合
に、燃焼の安定性を確保しながら、排出ガスの浄化（Ｎ
Ｏｘ低減）を十分に行なうことができる。

【０１４０】請求項１３記載の本発明の排出ガス還流制
御装置によれば、請求項１２記載の構成において、上記
総合空燃比が約２３以上に設定されることにより、燃費
を大幅に向上させることができる。請求項１４記載の本
発明の排出ガス還流制御装置によれば、排気通路内から
吸気通路に還流させる排出ガス量を制御するバルブと、
内燃機関の運転状態から該バルブの開度を算出する制御
部と、該制御部の出力に応じて該バルブを駆動するアク
チュエータとをそなえ、該制御部は、該バルブが開方向
に駆動する駆動速度に対して閉方向に駆動する駆動速度
の方を高速に設定されていることにより、還流排出ガス
量の急激な増加が回避されるため、機関の燃焼安定性を
確保でき、排出ガス量を減少させる場合には、排出ガス
量を速やかに減少させることができるため、速やかな新
気導入により、機関の出力増を素早く行なえ、ドライバ
ビリティを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制御
装置を有する内燃機関の要部構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制御
装置にかかる排出ガス還流制御弁の構成を示す断面図で
ある。

【図３】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制御
装置の制御ブロック図である。

【図４】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制御
装置を有する内燃機関の制御ブロック図である。

【図５】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制御
装置の制御例を示す図であり、（Ａ）は運転モードに関
し、（Ｂ）はＥＧＲの状態に関する。

【図６】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制御
装置の制御による効果を示す図であり、（Ａ）は空燃比
制御に対する排気ガス中のＮＯｘ低減効果を示し、
（Ｂ）は排出ガス導入率（ＥＧＲ率）に対する排気ガス
中のＮＯｘ低減効果を示す。

【図７】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制御
装置における後期リーン燃焼運転時のＥＧＲ導入率及び
空燃比の設定について説明する図である。

【図８】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制御
装置を有する内燃機関の運転モードについて説明する図
である。

【図９】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制御
装置におけるＥＧＲ弁の開度設定の例を示すフローチャ
ートである。

【図１０】本発明の一実施形態としての排出ガス還流制
御装置におけるＥＧＲ弁の駆動手法の例を示すフローチ
ャートである。

【図１１】本発明の課題を説明する図であり、（Ａ）は
燃焼安定性に関する特性を示し、（Ｂ）は燃料効率（燃
費）に関する特性を示す。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ２ 吸気通路 ２Ａ 吸気ポート ３ スロットル弁設置部分 ４ エアクリーナ ５ バイパス通路（第１バイパス通路） ５ａ，５ｂ 通路部分 ６ バイパスバルブ ７ 吸気管 ８ サージタンク ９ 吸気マニホールド １０ 第１エアバイパスバルブ（第１バルブ） １１ 第２エアバイパスバルブ（第２バルブ） １２ アイドルスピートコントローラ（ＩＳＣ） １３ バイパス通路（第２バイパス通路） １４ バイパスバルブとしてのＩＳＣバルブ（第３バル
ブ） １５ スロットルバルブ １６ 電子制御装置（ＥＣＵ） １７ 排気通路 １７Ａ 排気ポート １８ 燃焼室 １９ 吸気弁 ２０ 排気弁 ２１ 燃料噴射弁（インジェクタ） ２２は燃料タンク ２３Ａ〜２３Ｅは燃料供給路 ２４ 低圧燃料ポンプ ２５ 高圧燃料ポンプ ２６ 低圧レギュレータ ２７ 高圧レギュレータ ２８ デリバリパイプ ２９ 排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路） ３０ ＥＧＲバルブ ３０Ａ バルブケース ３０Ｂ 流入路 ３０Ｃ 流出路 ３０Ｄ バルブシート ３０Ｅ 弁体（スプール弁） ３０Ｆ ステッパモータ ３０Ｇ リターンスプリング ３０Ｈ カーボン除去フィルタ ３１ ブローバイガス還元流路 ３２ クランク室積極換気用通路 ３３ クランク室積極換気用バルブ ３４ キャニスタ ３５ 排気ガス浄化用触媒 ３６ 吸気温度センサ ３７ スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ） ３８ アイドルスイッチ ３９ ブーストセンサ ４０ 第１気筒検出センサ ４１ クランク角センサ ４２ 水温センサ ４３ Ｏ₂ センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｊ ３０１Ｌ ３０１Ｎ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (72)発明者 宮本 勝彦 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 竹村 純 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予混合燃焼と層状燃焼とを行なう内燃機
   関において、 排出ガスの一部を該機関の吸気通路内に還流させる排出
   ガス還流通路と、 該排出ガス還流通路に設けられ該吸気通路内に還流する
   排出ガスの流量を調整する排出ガス量調整手段と、 該層状燃焼時に該排出ガスの一部を該吸気通路内に還流
   させるように該排出ガス量調整手段を制御する制御手段
   とをそなえていることを特徴とする、排出ガス還流制御
   装置。
2. 【請求項２】 該内燃機関では、該予混合燃焼時の燃焼
   室内の総合空燃比よりも該層状燃焼時の該総合空燃比の
   方が大きくなるように設定されていることを特徴とす
   る、請求項１記載の排出ガス還流制御装置。
3. 【請求項３】 該内燃機関が、該燃焼室内に直接燃料を
   噴射するように燃料噴射弁を配設された筒内噴射型内燃
   機関であることを特徴とする、請求項２記載の排出ガス
   還流制御装置。
4. 【請求項４】 該制御手段が、該予混合燃焼時に、該吸
   気通路側へ還流する排出ガスの流量をカット又は該層状
   燃焼時よりも減少させるように該排出ガス量調整手段を
   制御するように構成されていることを特徴とする、請求
   項２又は３記載の排出ガス還流制御装置。
5. 【請求項５】 該予混合燃焼時における該総合空燃比
   が、理論空燃比近傍を含む空燃比領域であることを特徴
   とする、請求項４記載の排出ガス還流制御装置。
6. 【請求項６】 該内燃機関が、該予混合燃焼時に、理論
   空燃比近傍領域と希薄空燃比領域との運転を行なうよう
   に構成されて、 理論空燃比近傍領域の時に排出ガス還流の導入を行な
   い、希薄空燃比領域の時に排出ガス還流の導入を停止す
   るか又は排出ガス還流量を減少させることを特徴とす
   る、請求項５記載の排出ガス還流制御装置。
7. 【請求項７】 該排出ガス量調整手段が、該内燃機関の
   運転状態によりアクチュエータに駆動されて排出ガス量
   を調整するバルブをそなえ、該層状燃焼から該予混合燃
   焼に切り替わる第１燃焼変化の場合には該バルブの速度
   を速くするとともに、該予混合燃焼から該層状燃焼に切
   り替わる第２燃焼変化の場合には該バルブの速度を該第
   ２燃焼変化の場合よりも遅くするように設定されている
   ことを特徴とする、請求項４記載の排出ガス還流制御装
   置。
8. 【請求項８】 該吸気通路のスロットル弁設置部分をバ
   イパスするようにして該吸気通路に両端部を連通された
   バイパス通路と、 該バイパス通路内を流れる空気量を調整しうる吸気調整
   手段とをそなえ、 該制御手段が、該内燃機関の燃焼状態が該層状燃焼と該
   予混合燃焼とで切り替わるときに、該吸気調整手段の吸
   気量変更タイミングと該排出ガス量調整手段の排出ガス
   量変更タイミングとをずらせて制御するように構成され
   ていることを特徴とする、請求項４記載の排出ガス還流
   制御装置。
9. 【請求項９】 該制御手段が、該内燃機関の燃焼状態が
   該予混合燃焼から該層状燃焼に切り替わるときに、該吸
   気調整手段の吸気量変更を行なった後に該排出ガス量調
   整手段の排出ガス量変更を行なうよう各調整手段を制御
   するように構成されていることを特徴とする、請求項８
   記載の排出ガス還流制御装置。
10. 【請求項１０】 点火時期を進角又はリタードさせる点
    火時期制御手段をそなえ、 該点火時期制御手段が、該内燃機関の燃焼状態が該層状
    燃焼と該予混合燃焼とで切り替わるときに該点火時期制
    御を行なうように構成されていることを特徴とする、請
    求項４記載の排出ガス還流制御装置。
11. 【請求項１１】 該点火時期制御手段が、該内燃機関の
    燃焼状態が該層状燃焼から該予混合燃焼に切り替わると
    きに該点火時期をリタード制御するとともに、該内燃機
    関の燃焼状態が該予混合燃焼から該層状燃焼に切り替わ
    るときに該点火時期を進角制御するように構成されてい
    ることを特徴とする、請求項１０記載の排出ガス還流制
    御装置。
12. 【請求項１２】 燃焼室内の総合空燃比が希薄空燃比領
    域であるときに層状燃焼を行なう内燃機関において、 排出ガスの一部を該機関の吸気通路内に還流させる排出
    ガス還流通路と、 該排出ガス還流通路に設けられ該吸気通路内に還流する
    排出ガスの流量を調整する排出ガス量調整手段と、 該層状燃焼時に空燃比が大きくなるほど、該吸気通路内
    に還流させる該排出ガスを大きくするように該排出ガス
    量調整手段を制御する制御手段とをそなえていることを
    特徴とする、排出ガス還流制御装置。
13. 【請求項１３】 上記総合空燃比が約２３以上に設定さ
    れていることを特徴とする、請求項１２記載の排出ガス
    還流制御装置。
14. 【請求項１４】 排気通路内から吸気通路に還流させる
    排出ガス量を制御するバルブと、内燃機関の運転状態か
    ら該バルブの開度を算出する制御部と、該制御部の出力
    に応じて該バルブを駆動するアクチュエータとをそな
    え、 該制御部は、該バルブが開方向に駆動する駆動速度に対
    して閉方向に駆動する駆動速度の方を高速に設定されて
    いることを特徴とする、排出ガス還流制御装置。