JPWO2011145203A1 - 内燃機関及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、内燃機関及び内燃機関の制御装置に関し、ＥＧＲ率を増やした場合、ノッキングの発生を抑制することが可能な内燃機関及びその制御装置を提供することを目的とする。本実施形態のシステムにおいては、図７に示すように、ＥＧＲガスを、ＥＧＲ通路２８を通る経路（経路ａ）と、ＥＧＲ通路３０を通る経路（経路ｂ）とに分けて流すことが可能となる。特に、経路ｂに流すことで、ＥＧＲガスをインタークーラー１８で冷却することができる。インタークーラー１８は通常、ＥＧＲクーラー３４よりも大容量であるため冷却能力が高い。従って、本実施形態のシステムによれば、ＥＧＲガスの熱を十分に放出させた状態でサージタンク２２に流入させることができる。

Description

この発明は、内燃機関及びその制御装置に関する。より詳細には、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気還流通路を設けた内燃機関及びその制御装置に関する。

排気エミッションを向上させるために、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を採用した内燃機関が提供されていることは既知である。また、ＥＧＲは、過給式の内燃機関に適用できることは既知である。このような内燃機関として、従来、例えば特許文献１には、複数気筒のうちの特定気筒の排気通路と、過給用コンプレッサの下流側の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備える内燃機関が開示されている。この内燃機関においては、上記の如くＥＧＲ通路が構成されているため、上記特定気筒からの排気ガスのみを吸気通路に流すことができる。また、この内燃機関は、上記ＥＧＲ通路を開くと共に上記特定気筒以外の他の気筒の排気通路を閉じ、上記ＥＧＲ通路を閉じると共に上記他の気筒の排気通路を開く切換弁を更に備えている。そのため、上記切換弁を操作することで、上記特定気筒からの排気ガスを、上記他の気筒の排気通路に流すこともできる。

日本実開昭６３−１３２８６５号公報 日本特表２００３−５０６６１９号公報

ところで、内燃機関においては、更なる燃費の向上が期待されているところである。これは、ＥＧＲを採用した内燃機関に対しても同様である。ＥＧＲ率を増やせば、冷却損失の低減を図ることができるので燃費を向上できる。上記特許文献１においては、上記切換弁をＥＧＲ通路側に操作することでＥＧＲ率を増やすことができる。

しかしながら、内燃機関の高負荷領域においては、ＥＧＲ率を増やした場合、エンジン冷却水の放熱性能だけでは十分な性能を満たすことができず、ノッキングが発生する可能性がある。ノッキングが発生するような場合、点火時期を進角することができず、排気温度が更に上昇してしまうので、トルクの大幅な低下に繋がる可能性が高い。出力の低下をカバーするために吸入空気量を更に増加させれば、燃料噴射量も増加されることになる。従って、内燃機関の高負荷領域においては、ＥＧＲ率を増やした場合、燃費が悪化してしまう。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲ率を増やした場合、ノッキングの発生を抑制することが可能な内燃機関及びその制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数気筒のうちの少なくとも１つの気筒をＥＧＲ専用気筒とした内燃機関であって、
前記内燃機関の吸気通路に設けられたインタークーラーと、
前記インタークーラーよりも上流側において、前記ＥＧＲ専用気筒の排出口と前記吸気通路とを接続する上流側ＥＧＲ通路と、
前記インタークーラーよりも下流側において、前記ＥＧＲ専用気筒の排出口と前記吸気通路とを接続する下流側ＥＧＲ通路と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記上流側ＥＧＲ通路及び前記下流側ＥＧＲ通路の長さは、
前記排出口から前記上流側ＥＧＲ通路を経て前記ＥＧＲ専用気筒の吸入口に至る経路を第１経路とし、前記排出口から前記下流側ＥＧＲ通路を経て前記吸入口に至る経路を第２経路とした場合に、前記第１経路と前記第２経路との間の経路差が、前記第１経路を経由した排気ガス脈動と前記第２経路を経由した排気ガス脈動との間に１６０°〜２００°の位相差が生じるように設計されることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記経路差は、前記内燃機関の最高出力回転数の際に発生する排気ガス脈動の位相を基準として設計されることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記上流側ＥＧＲ通路と前記下流側ＥＧＲ通路とが分岐する分岐部に設けられ、開度を調整することで前記上流側ＥＧＲ通路に流す排気ガスと、前記下流側ＥＧＲ通路に流す排気ガスとの比率を変更可能な制御弁を更に備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明の内燃機関の制御装置であって、
機関負荷が所定の高負荷判定値を超えるか否かを判定する機関負荷判定手段と、
前記機関負荷が前記高負荷判定値を超えると判定された場合に、前記上流側ＥＧＲ通路側に流す排気ガスの比率が増加するように前記制御弁の目標開度を調整する目標開度調整手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、
内燃機関の冷却水温を取得する冷却水温取得手段と、
前記冷却水温が所定の過剰判定水温よりも高いか否かを判定する冷却水温判定手段と、
を備え、
前記目標開度調整手段は、前記冷却水温が前記過剰判定水温よりも高いと判定された場合に、前記上流側ＥＧＲ通路側に流す排気ガスの比率が更に増加するように前記目標開度を補正することを特徴とする。

また、第７の発明は、第５または第６の発明において、
所定時間内における機関負荷の履歴を取得する負荷履歴取得手段と、
前記機関負荷の履歴に基づいて、内燃機関の冷却水温が現在温度から所定の過剰判定水温を超えるまでに要する時間としての冷却水温過剰時間を推定する過剰時間推定手段と、
前記機関負荷が前記高負荷判定値を超えると判定された場合に、前記制御弁の開度の収束に要する時間として予め定めた収束遅れ期間と、前記冷却水温過剰時間とを比較する過剰時間比較手段と、
前記収束遅れ期間が前記冷却水温過剰時間よりも長い場合には、前記収束遅れ期間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化し、前記冷却水温過剰時間が前記収束遅れ期間よりも長い場合には、前記冷却水温過剰時間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化するＥＧＲ専用気筒リッチ化手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第８の発明は、第５乃至第７の何れか１つの発明において、
前記上流側ＥＧＲ通路に設けられ、排気ガスを浄化可能なＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ触媒の床温を取得する床温取得手段と、
前記床温が所定の過剰判定床温よりも高いか否かを判定する床温判定手段と、
を備え、
前記目標開度調整手段は、前記床温が前記過剰判定床温よりも高いと判定された場合に、前記上流側ＥＧＲ通路側に流す排気ガスの比率が更に増加するように前記目標開度を補正することを特徴とする。

また、第９の発明は、第５乃至第８の何れか１つの発明において、
前記上流側ＥＧＲ通路に設けられ、排気ガスを浄化可能なＥＧＲ触媒と、
所定時間内における機関負荷の履歴を取得する負荷履歴取得手段と、
前記機関負荷の履歴に基づいて、前記ＥＧＲ触媒の床温が現在温度から所定の過剰判定床温を超えるまでに要する床温過剰時間を推定する床温過剰時間推定手段と、
前記機関負荷が前記高負荷判定値を超えると判定された場合に、前記制御弁の開度の収束に要する時間として予め定めた収束遅れ期間と、前記床温過剰時間とを比較する過剰時間比較手段と、
前記収束遅れ期間が前記床温過剰時間よりも長い場合には、前記収束遅れ期間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化し、前記床温過剰時間が前記収束遅れ期間よりも長い場合には、前記床温過剰時間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化するＥＧＲ専用気筒リッチ化手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第１０の発明は、第７または第９の発明において、
前記ＥＧＲ専用気筒リッチ化手段は、前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化した後、リッチ化度合いを徐々に減らすことを特徴とする。

また、第１１の発明は、第５乃至第１０の何れか１つの発明において、
前記機関負荷が前記高負荷判定値を超えると判定された場合に、前記ＥＧＲ専用気筒以外の他の気筒の空燃比を燃料リッチ化し、その後リッチ化度合いを徐々に減らす他気筒リッチ化手段を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、ＥＧＲ専用気筒の排気ガスを吸気通路に流すことができるのでＥＧＲ率を増やすことができる。また、ＥＧＲ専用気筒の排気ガスを上流側ＥＧＲ通路に流すことができるので、インタークーラーで冷却した後に気筒内に流入させることができる。従って、冷却後の排気ガスによってエンジン冷却水の放熱性能を確保できるので、ＥＧＲ率を増やした場合であっても、ノッキングの発生を抑制することができる。

第２の発明によれば、第１経路と第２経路との間の経路差が、第１経路を経由した排気ガス脈動と第２経路を経由した排気ガス脈動との間に１６０°〜２００°の位相差が生じるように設計されるので、第１経路を経由した排気ガス脈動と、第２経路を経由した排気ガス脈動との合成波の振幅を小さくできる。合成波の振幅を小さくできれば、ＥＧＲ専用気筒の排気ガスが、いずれかの気筒にのみ流入するといった気筒間ばらつきを抑制できる。従って、各気筒におけるノッキングの発生を均等に抑制できる。

第３の発明によれば、第１経路と第２経路との間の経路差を、内燃機関の最高出力回転数の際に発生する排気脈動の位相を基準として設計できる。従って、一般に高回転数である最高出力回転数での運転の際に、第１経路を経由した排気ガス脈動と第２経路を経由した排気ガス脈動との間に１６０°〜２００°の位相差を生じさせることができる。

第４の発明によれば、ＥＧＲ専用気筒の排出ガスを、制御弁によって、上流側ＥＧＲ通路と下流側ＥＧＲ通路との間で流し分けることや、一方にのみ流すことができる。

第５の発明によれば、機関負荷が所定の高負荷判定値を超えると判定された場合に、ＥＧＲ専用気筒の排気ガスを、下流側ＥＧＲ通路だけでなく、上流側ＥＧＲ通路にも流すことができる。排気ガスを上流側ＥＧＲ通路に流すことができるので、インタークーラーで冷却した後の排気ガスを気筒内に流入させることができる。従って、冷却後の排気ガスによってエンジン冷却水の放熱性能を確保できるので、ＥＧＲ率を増やした場合であっても、ノッキングの発生を抑制することができる。

第６の発明によれば、内燃機関の冷却水温が所定の過剰判定水温よりも高いと判定された場合に、上流側ＥＧＲ通路側に流す排気ガスの比率が更に増加するように制御弁の目標開度を補正することができる。従って、機関温度が過剰判定水温よりも高くなるのを防止しながら、ノッキングの発生を抑制できる。

第７の発明によれば、収束遅れ期間または冷却水温過剰時間に亘ってＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化することができる。ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化することで、ＥＧＲ専用気筒において多量の水素を発生させることができる。また、この水素発生反応は吸熱反応であるので、機関温度を下げることができる。従って、ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化することで、各気筒の着火性を向上できると共に、機関温度を下げることができるのでノッキングの発生を良好に抑制できる。また、収束遅れ期間または冷却水温過剰時間に亘って燃料リッチ化することで、収束遅れ期間中に機関温度が過剰判定水温よりも高くなることや、急激な機関温度上昇によって過剰判定水温よりも高くなることを防止できる。

第８の発明によれば、ＥＧＲ触媒の床温が所定の過剰判定床温よりも高いと判定された場合に、上流側ＥＧＲ通路側に流す排気ガスの比率が更に増加するように制御弁の目標開度を補正することができる。従って、ＥＧＲ触媒の床温が過剰判定床温よりも高くなるのを防止しながら、ノッキングの発生を抑制できる。

第９の発明によれば、収束遅れ期間または床温過剰時間に亘ってＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化することができる。これにより、収束遅れ期間中にＥＧＲ触媒の床温が過剰温度よりも高くなることや、急激な機関温度上昇によってＥＧＲ触媒の床温が過剰判定床温よりも高くなることを防止できる。

第１０の発明によれば、ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化した後、そのリッチ化度合いを徐々に減らすことができる。従って、ＥＧＲ専用気筒において、燃料リッチ化の終了に伴う空燃比段差の発生を小さくすることができる。

第１１の発明によれば、機関負荷が所定の高負荷判定値を超えると判定された場合に、ＥＧＲ専用気筒以外の他の気筒の空燃比を燃料リッチ化し、その後リッチ化度合いを徐々に減らすことができる。従って、他の気筒において、燃料リッチ化の開始に伴う空燃比段差の発生を小さくすることができる。

実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 エンジン１０の制御系統について説明するための図である。 実施の形態１のシステム構成の比較としての他のシステム構成図である。 吸入空気量（ｇ／ｓｅｃ）とエンジン回転数ＮＥとを変更した場合のエンジン冷却水温Ｔｗの変化を示す図である。 サージタンク２２内におけるＥＧＲガスの割合の変化をクランク角ＣＡ毎に示した図である。 エンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）に対するＥＧＲガス量のばらつきの変化を示した図である。 実施の形態１のシステム構成の効果を説明するための図である。 サージタンク２２内におけるＥＧＲガスの割合の変化をクランク角ＣＡ毎に示した図である。 実施の形態１における負荷、ＥＧＲバルブ３２の開度、４番気筒の目標空燃比、エンジン冷却水の放熱性能Ｑｗ及びサージタンク２２内におけるＥＧＲガス量のばらつきを示すタイミングチャートである。 実施の形態１においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。 実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。 実施の形態２においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。 ＥＧＲバルブ３２の開度を変更するためのマップの一例である。 排気空燃比に対する水素濃度の変化を示した図である。 実施の形態３におけるＥＧＲバルブ３２の開度、４番気筒の目標空燃比、エンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）及び負荷を示すタイミングチャートである。 実施の形態３においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。 実施の形態４における番気筒の目標空燃比、１番〜３番気筒の目標空燃比、１番〜３番気筒の実空燃比及び負荷を示すタイミングチャートである。 エンジン回転数ＮＥと補正ラグとの関係を示した図である。 ＥＧＲバルブ３２の開度と、リッチ補正量との関係を示した図である。 実施の形態４においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。

１０ エンジン
１２ インジェクタ
１４ 吸気通路
１６ ターボ過給機
１６ａ コンプレッサ
１６ｂ タービン
１８ インタークーラー
２０ スロットルバルブ
２２ サージタンク
２４ 排気通路
２６ 排気触媒
２８，３０ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲバルブ
３４ ＥＧＲクーラー
３６ ＥＧＲ触媒
５０ クランク角センサ
５２ 水温センサ
５４ 床温センサ
５６ スロットルセンサ
６０ ＥＣＵ

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、図面中、＃のついた数字は、気筒番号を表す。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
先ず、図１乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は直列４気筒エンジンであり、その点火順序は１番→３番→４番→２番気筒であるものとする。エンジン１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するためのインジェクタ１２が設置されている。また、エンジン１０の各気筒には、筒内の混合気に点火するための点火プラグ（図示せず）が設置されている。

エンジン１０の吸気通路１４には、ターボ過給機１６のコンプレッサ１６ａが設置されている。ターボ過給機１６は、コンプレッサ１６ａと一体的に連結されたタービン１６ｂを備えている。タービン１６ｂは、後述する排気通路２４に設置されており、コンプレッサ１６ａは、タービン１６ｂに入力される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動されるようになっている。

コンプレッサ１６ａの下流には、コンプレッサ１６ａによって過給された空気を冷却するためのインタークーラー１８が設置されている。インタークーラー１８は空冷式のものでもよいが、冷却性能の高い水冷式のものであることが好ましい。インタークーラー１８の更に下流には、電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０を通過した吸入空気は、サージタンク２２を通って、エンジン１０の各気筒に流入するようになっている。

エンジン１０の気筒のうち、１番〜３番気筒の排気口（図示せず）は、排気通路２４と接続されている。排気通路２４には、上述したようにタービン１６ｂが設置されている。また、タービン１６ｂの下流の排気通路２４には、排気ガスを浄化するための排気触媒２６が設置されている。一方、エンジン１０の４番気筒の排出口（図示せず）は、ＥＧＲ通路２８を通じてサージタンク２２と接続され、同時に、ＥＧＲ通路３０を通じてインタークーラー１８よりも上流側の吸気通路１４と接続されている。つまり、エンジン１０の４番気筒の排気ガスは、１番〜３番気筒の排気ガスと異なり、ＥＧＲ通路２８，３０という２つの通路を流れてサージタンク２２などの吸気系に還流される。なお、以下の説明においては、エンジン１０の４番気筒の排気ガスを「ＥＧＲガス」とも称す。

ＥＧＲ通路２８がＥＧＲ通路３０と分岐する箇所には、ＥＧＲバルブ３２が設置されている。ＥＧＲバルブ３２は、開度を調整可能な電磁弁等から構成されている。ＥＧＲバルブ３２の開度を調整することにより、ＥＧＲ通路２８，３０を流すＥＧＲガスの割合を変えることができる。ＥＧＲ通路２８には、エンジン１０を流通する冷却水を利用したＥＧＲクーラー３４が設けられている。ＥＧＲ通路２８を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー３４によって冷却される。

次に、図２を参照しつつ、エンジン１０の制御系統について説明する。図２は、本実施の形態におけるシステムの制御系統を示す構成図である。図２に示すように、本実施形態のシステムは、複数のセンサ５０〜５６を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０とを備えている。

まず、センサ系統について説明する。クランク角センサ５０は、エンジン１０のクランク軸の回転に同期した信号を出力するものである。ＥＣＵ６０は、クランク角センサ５０の出力に基づいて、エンジン回転数ＮＥ及びクランク角ＣＡを検出することができる。水温センサ５２はエンジン冷却水温Ｔｗを検出するものである。ＥＧＲ床温センサ５４は、後述する実施の形態２において、ＥＧＲ触媒３６の床温Ｔｃを検出するものである。スロットルセンサ５６は、スロットルバルブ２０の開度であるスロットル開度ＴＡを検出するものである。

センサ系統には、上記センサ５０〜５６の他にも、車両やエンジン１０の制御に必要な各種のセンサ（例えば排気空燃比を検出する空燃比センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれている。これらのセンサは、ＥＣＵ６０の入力側に接続されている。

一方、ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ１２、スロットルバルブ２０、ＥＧＲバルブ３２等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ６０は、センサ系統によりエンジン１０の運転情報を検出し、その検出結果に基づいて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。基本的には、クランク角センサ５０の出力に基づいてエンジン回転数ＮＥとクランク角ＣＡとを検出し、後述する空燃比フィードバック制御を実行しつつ、クランク角ＣＡに基づいて点火時期を決定し、点火プラグを駆動する。

（空燃比フィードバック制御）
ＥＣＵ６０による運転制御のひとつに、空燃比フィードバック制御がある。空燃比フィードバック制御は、空燃比センサの出力に応じて燃料噴射量を補正することにより、排気空燃比が目標空燃比となるように、空燃比をフィードバック制御するものである。ここで、目標空燃比とは、エンジン１０の運転状態等に応じて可変に設定される空燃比の目標値である。空燃比フィードバック制御によれば、排気空燃比を排気触媒２６の浄化能力が発揮される所定の空燃比範囲（浄化ウィンドウ）内に保持し、排気触媒２６による排気ガスの浄化効率を高めることができる。エンジン１０の１番〜４番気筒は、通常時においては、この空燃比フィードバック制御下にある。

［実施の形態１の特徴］
ところで、エンジン１０は４気筒エンジンであるため、ＥＧＲガスは、全気筒の排気ガスの２５％に相当する。そのため、本実施形態の構成によれば、エンジン１０の運転状態に関係なく、常に２５％という大量の排気ガスをサージタンク２２に還流できる。これにより、エンジン１０のあらゆる運転状態において燃焼温度をより低下でき、冷却損失の低減を一層促進できるので、更なる燃費の向上が期待できる。

上記のような大量ＥＧＲを実現可能な他のシステムとして、図３に示すシステムが挙げられる。しかしながら、図３に示すシステムでは、大量ＥＧＲを高負荷領域（大スロットル開度）で実現しようとすると、エンジン冷却水の放熱性能Ｑｗだけでは十分な性能を満たすことができず、ノッキングが発生するという問題がある。この問題について、図４を用いて説明する。

図４は、エンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）と図示平均有効圧（ＭＰａ）に対する吸入空気量（ｇ／ｓｅｃ）の変化を示す図である。図４において同一図示平均有効圧で見た場合、この図示平均有効圧が低い領域（低負荷領域）においては、エンジン回転数ＮＥを低回転数側から高回転数側にシフトさせても、吸入空気量は少量のままで済む。一方、図示平均有効圧が高い領域（高負荷領域）においては、吸入空気量が低回転数側で既に多く、高回転数では更に多くなる。ここで、図３に示すシステムにおいては、吸入空気量が多くなればＥＧＲガスの量も増加し、ＥＧＲガスの量が増加するほどそれを含んだ吸気温度も上昇することになる。そのため、例えば規定値（図４の太線Ａ）を上回る吸入空気量が必要な領域においては、エンジン冷却水の放熱性能Ｑｗだけでは十分な性能を満たすことができず、ノッキングが発生してしまう。

ノッキングの発生を防止するために、通常のエンジンにおいては、高負荷領域においてＥＧＲをストップする制御を行う。しかしながら、図３のシステムにおいては、その構造上、高負荷領域においてＥＧＲガスをストップすることができない。また、図３のシステムにおいて、点火時期を遅角する制御を行うこともできる。しかしながら、点火時期を遅角すれば排気温度が更に上昇してしまうので、点火時期を更に遅角しなければならず、トルクの大幅な低下に繋がってしまう。

また、図３のシステムにおいては、点火順序を１番→３番→４番→２番とした場合、気筒間で流入するＥＧＲガス量に差が生じてしまうという問題もある。この問題について、図５を用いて説明する。図５は、サージタンク２２内におけるＥＧＲガスの割合の変化をクランク角ＣＡ毎に示した図である。図５は、図３のシステムにおいて、エンジン回転数ＮＥを一定（２４００ｒｐｍ）として作成したものである。

図５に示すように、点火順序を１番→３番→４番→２番とした場合、エンジンの各工程（吸気、排気工程等）もこの順に行われる。そのため、例えば、０°ＣＡで４番気筒の吸気弁が開かれた場合、１８０°ＣＡで２番吸気弁、３６０°ＣＡで１番吸気弁、５４０°ＣＡで３番吸気弁が、それぞれ開かれる。

ここで、サージタンク２２内におけるＥＧＲガスの割合に着目すると、０°ＣＡから５４０°ＣＡにかけて、徐々に減少していく（図５（Ａ））。一方、４番気筒の排気弁（＃４−ＥＸ）は、４５０°ＣＡで開かれる。そのため、サージタンク２２内のＥＧＲガスの割合は、４５０°ＣＡ付近を境に上昇に転じる（図５（Ｂ））。

しかし、図５において最も注目すべきことは、４番気筒の排気弁が開いている時期は、３番気筒の吸気弁が開いている時期とオーバーラップしていることである。そのため、４番気筒から排出されたＥＧＲガスのほとんどが、排出と同時に３番気筒に吸入されてしまう可能性がある。このように、ＥＧＲガスの多くが３番気筒に吸入されてしまうと、サージタンク２２内のＥＧＲガスの割合が、クランク角度で大きくばらついてしまう。この現象が大量ＥＧＲの際に起こると、３番気筒内に流入するＥＧＲガスの量と、１番気筒に流入するＥＧＲガスの量に大きな差が生じてしまうことになる。

図６は、エンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）に対するＥＧＲガス量のばらつきの変化を示した図である。図６は、図３のシステムにおいて、スロットルバルブ２０をＷＯＴ（全開）とし、エンジン回転数ＮＥを変化させた際に、サージタンク２２内におけるＥＧＲガス量の最大値と最小値との差をばらつきとして求め、これをエンジン回転数ＮＥに対してプロットすることにより作成したものである。図６に示すように、エンジン回転数ＮＥが小さい場合であっても、ＥＧＲガス量のばらつきは生じる。これは、図５で説明したように、サージタンク２２内のＥＧＲガスの割合がクランク角度によって変化するからである。しかしながら、このばらつきは、エンジン回転数ＮＥが大きくなる程増加し、ある一定の回転数ＮＥ_１付近からは更に増加して許容レベルを超えてしまう。

これに対し、本実施形態のシステムにおいては、図１に示すように、ＥＧＲ通路２８だけではなく、ＥＧＲ通路３０を設けている。これにより、図７に示すように、ＥＧＲガスを、ＥＧＲ通路２８を通る経路（以下、「経路ａ」と称す。）と、ＥＧＲ通路３０を通る経路（以下、「経路ｂ」と称す。）とに分けて流すことが可能となる。特に、経路ｂに流すことで、ＥＧＲガスをインタークーラー１８で冷却することができる。インタークーラー１８は通常、ＥＧＲクーラー３４よりも大容量であるため冷却能力が高い。従って、本実施形態のシステムによれば、ＥＧＲガスの熱を十分に放出させた状態でサージタンク２２に流入させることができるので、図３のシステムを採用した場合に比べて、ノッキングの発生を抑制できる。

また、本実施形態のシステムにおいては、更に、経路ａ，ｂという２つの経路を経由してサージタンク２２内の所定位置（例えば、図７（Ａ））に到達する２つのＥＧＲガス脈動（密度変動）の位相が概ね半周期（１６０°〜２００°）ずれるように、これらの経路長を設計している。これにより、経路ａを経由するＥＧＲガス（以下、「ＥＧＲガス（ａ）」ともいう。）と、経路ｂを経由するＥＧＲガス（以下、「ＥＧＲガス（ｂ）」ともいう。）の脈動の合成波の振幅を小さくできるので、サージタンク２２内におけるＥＧＲガス量のばらつきを低減できる。この理由について、以下に説明する。

ＥＧＲガス（ａ）とＥＧＲガス（ｂ）とは、同一気筒（４番気筒）から流出するので、回転数ＮＥや負荷が一定の場合には、ＥＧＲガス（ａ）の脈動と、ＥＧＲガス（ｂ）の脈動の周期は同一である。一方、経路ａと経路ｂとは経路長が異なるので、同時刻に発生したＥＧＲガス（ａ）が図７（Ａ）に到達する時刻は、ＥＧＲガス（ｂ）が到達する時刻とずれる。従って、図７（Ａ）においては、ＥＧＲガス（ａ），（ｂ）の脈動の位相がずれることになる。

ＥＧＲガス（ａ），（ｂ）の脈動の位相がずれていると、これらの脈動の合成波の振幅が変化する。即ち、ＥＧＲガス（ａ），（ｂ）の脈動の位相が同期している（位相が概ね合っている）場合には、合成波の振幅が増幅する。一方、ＥＧＲガス（ａ），（ｂ）の脈動の位相が概ね半周期ずれている場合には、打ち消し合うことになるので合成波の振幅は小さくなる。

本実施形態のシステムにおいて、経路ａ，ｂの経路長の差は、ＷＯＴのときのエンジン１０の最高出力回転数を基準に定めることができる。ＥＧＲガス（ａ），（ｂ）の脈動の周期は、概ねエンジン回転数ＮＥに依存する。また、最高出力回転数は、一般に高いエンジン回転数である。そのため、エンジン１０の最高出力回転数のときの脈動の周期が半周期ずれるように経路長の差を設計すれば、高回転高負荷領域において、ＥＧＲガス（ａ），（ｂ）の脈動の位相を概ね半周期ずらすことが可能となる。

図８は、サージタンク２２内におけるＥＧＲガスの割合の変化をクランク角ＣＡ毎に示した図である。図８は、本実施形態のシステムにおいて、エンジン回転数ＮＥを一定（２４００ｒｐｍ）として作成したものである。図８に示すように、サージタンク２２内におけるＥＧＲガスの割合は、クランク角度でばらつくことなく概ね一定の値を取る。これにより、インタークーラー１８で冷却したＥＧＲガスを各気筒に均等に供給できるので、エンジン１０のノッキングの発生を良好に防止できる。

本実施の形態においては、上述したシステムを用いて、更に、以下の制御を実行する。図９は、本実施の形態における負荷、ＥＧＲバルブ３２の開度、４番気筒の目標空燃比、エンジン冷却水の放熱性能Ｑｗ及びサージタンク２２内におけるＥＧＲガス量のばらつきを示すタイミングチャートである。

図９(i)に示すように、時刻ｔ１において、エンジン１０の運転領域が高負荷領域に移行したとする。本実施形態においては、図９(ii)に示すように、このタイミングにおいて、経路ｂ側にＥＧＲガスが流れるようにＥＧＲバルブ３２の開度を調整する。なお、時刻ｔ１までは、通常のＥＧＲとして経路ａにのみＥＧＲガスを流す。図９(iv)に示すように、経路ａにのみＥＧＲガスを流した場合、サージタンク２２内におけるＥＧＲガス量のばらつきは生じている。しかしながら、図６で説明したように、エンジン１０の運転領域が高負荷領域にない限りは、ＥＧＲガス量のばらつきの許容レベル範囲内である。そのため、時刻ｔ１までは経路ａのみを用いて冷却損失の低減を図り、燃費を向上させる制御を実行する。

図９(ii)に示すように、時刻ｔ１において、経路ｂ側にＥＧＲガスが流れるようにＥＧＲバルブ３２の開度を調整する。これにより、インタークーラー１８にＥＧＲガスを流して冷却し、サージタンク２２に流入するＥＧＲガスの温度を低下させる。

上述したように、経路ａと経路ｂとの経路長の差は、ＥＧＲガス（ａ），（ｂ）の脈動の位相が概ね半周期ずれるように設計されている。従って、図９(iv)に示すように、サージタンク２２内におけるＥＧＲガス量のばらつきを低減できる。以上、本実施の形態によれば、図９(iii)に示すように、エンジン冷却水の放熱性能Ｑｗ内での運転が可能となるので、ノッキングの発生を良好に防止できる。

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図１０を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図１０は、本実施形態においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。図１０に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。

図１０に示すルーチンによれば、まず、ＥＣＵ６０は、現在のエンジン１０の運転領域が高負荷領域にあるか否かを判定する（ステップ１００）。運転領域が高負荷領域にあるか否かは、スロットル開度ＴＡが予め設定したスロットル開度ＴＡ_１以上であるか否かで判定できる。ここで、スロットル開度ＴＡ_１は、別途定めたスロットル開度ＴＡの上限の値であり、予めＥＣＵ６０内に記憶されているものとする。

現在のエンジン１０の運転領域が高負荷領域にあると判定した場合には、ＥＣＵ６０は、経路ａ，ｂの両方にＥＧＲガスが流れるようにＥＧＲバルブ３２の開度を調整する（ステップ１０２）。一方、現在のエンジン１０の運転領域が高負荷領域にないと判定した場合には、ＥＣＵ６０は、経路ａにのみＥＧＲガスが流れるようにＥＧＲバルブ３２の開度を調整する（ステップ１０４）。

以上、図１０に示すルーチンによれば、エンジン１０の運転領域が高負荷領域である場合に、経路ｂにＥＧＲガスを流すことができる。従って、経路ｂを流し、熱を十分に放出させた状態のＥＧＲガスをサージタンク２２に流入させることができる。従って、高負荷領域におけるノッキングの発生を良好に防止しつつ、大量ＥＧＲを活用した燃費の向上を図ることができる。

なお、上述した実施の形態１においては、ＥＧＲ通路２８が上記第１の発明における「下流側ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲ通路３０が上記第１の発明における「上流側ＥＧＲ通路」に、それぞれ相当している。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＧＲ通路２８が上記第４の発明における「下流側ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲ通路３０が上記第４の発明における「上流側ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲバルブ３２が上記第４の発明における「制御弁」に、それぞれ相当している。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、図１０のステップ１０２の処理を実行することにより上記第５の発明における「目標開度調整手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図１１乃至図１３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態については、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

［実施の形態２の構成］
図１１は、実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。本実施形態のシステムにおいては、ＥＧＲ通路２８にＥＧＲガスを浄化するためのＥＧＲ触媒３６が設置されている点で実施の形態１のシステム構成と異なる。

［実施の形態２の特徴］
実施の形態１においては、エンジン１０の運転領域が高負荷領域となった場合に、ＥＧＲバルブ３２の開度を調整し、経路ｂ側にＥＧＲガスを流し制御を実行した。しかしながら、実施の形態１の制御を実行したとしても、実際のエンジン冷却水温Ｔｗが高温となってしまっている場合には、エンジン冷却水の放熱性能Ｑｗが追いつかず、ノッキングが発生してしまう可能性がある。また、ＥＧＲ触媒３６の床温Ｔｃが高温となってしまっている場合には、ＥＧＲ触媒３６の浄化能力が低下してしまう。そのため、排気エミッションが悪化する可能性がある。

そこで、本実施の形態においては、エンジン冷却水温Ｔｗと床温Ｔｃとを監視し、ＥＧＲバルブ３２の開度を補正することとした。これにより、エンジン冷却水温Ｔｗや床温Ｔｃが過剰な温度になるのを抑制しながら、大量ＥＧＲを活用した燃費の大幅な向上を図ることができる。

［実施の形態２における具体的処理］
次に、図１２を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図１２は、本実施形態においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。図１２に示すルーチンは、実施の形態１の図１０に示すルーチンに代えて、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。

図１２に示すルーチンによれば、まず、ＥＣＵ６０は、ステップ１１０〜１１４の処理を実行する。これらの処理は、図１０のステップ１００〜１０４までの処理と同一の処理であるのでその説明は省略する。

ステップ１１２に続いて、ＥＣＵ６０は、エンジン冷却水温Ｔｗが過剰温度Ｔｗ_１以上となっているか、またはＥＧＲ触媒３６の床温Ｔｃが過剰温度Ｔｃ_１以上となっているかを判定する（ステップ１１６）。ここで、エンジン冷却水温Ｔｗ及び床温Ｔｃの過剰温度Ｔｗ_１，Ｔｃ_１のそれぞれは、別途定めた上限の温度であり、予めＥＣＵ６０内に記憶されているものとする。なお、エンジン冷却水温Ｔｗは、水温センサ５２により検出できる。同様に、ＥＧＲ触媒３６の床温Ｔｃは、ＥＧＲ床温センサ５４により検出できる。

エンジン冷却水温Ｔｗ、床温Ｔｃの少なくとも一方が過剰温度Ｔｗ_１，Ｔｃ_１以上である場合、ＥＣＵ６０は、より多くのＥＧＲガスが経路ｂ側に流れるようにＥＧＲバルブ３２の開度を変更する（ステップ１１８）。ここで、ＥＧＲバルブ３２の開度は、図１３に示す開度変更マップを参照して変更される。

例えば、ＥＣＵ６０がステップ１１２の処理を実行することで、ＥＧＲバルブ３２の開度が、ＥＧＲガス（ａ）：ＥＧＲガス（ｂ）＝５０：５０に設定されていたとする（図１３（Ａ））。そうすると、本ステップの処理により、例えば、ＥＧＲガス（ａ）：ＥＧＲガス（ｂ）＝４０：６０に更に変更されることになる（図１３（Ｂ））。一方、エンジン冷却水温Ｔｗ、床温Ｔｃの両方が過剰温度Ｔｗ_１，Ｔｃ_１よりも低い場合には、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲバルブ３２の開度を変更せずに本ルーチンを終了する。これにより、ステップ１１２の処理後におけるＥＧＲバルブ３２の開度が維持される。

続いて、ＥＣＵ６０は、エンジン冷却水温Ｔｗが過剰温度Ｔｗ_２よりも低くなっているか、または床温Ｔｃが過剰温度Ｔｃ_２よりも低くなっているかを判定する（ステップ１２０）。ここで、エンジン冷却水温Ｔｗ及びＥＧＲ触媒３６の床温Ｔｃの過剰温度Ｔｗ_２，Ｔｃ_２は、それぞれ、ステップ１１６で用いた過剰温度Ｔｗ_１，Ｔｃ_１と同一の値であり、予めＥＣＵ６０内に記憶されているものとする。

エンジン冷却水温Ｔｗ、床温Ｔｃの少なくとも一方が過剰温度Ｔｗ_２，Ｔｃ_２以上である場合、ＥＣＵ６０は再度、ステップ１２０の判定を実行する。一方、エンジン冷却水温Ｔｗ、床温Ｔｃの両方が過剰温度Ｔｗ_２，Ｔｃ_２よりも低い場合、ＥＣＵ６０は、図１３に示す開度変更マップを参照してＥＧＲバルブ３２の開度を変更する（ステップ１２２）。これにより、ステップ１１２の処理後におけるＥＧＲバルブ３２の開度に変更される。

以上、図１２に示すルーチンによれば、エンジン１０の運転領域が高負荷領域である場合に、エンジン冷却水温Ｔｗや床温Ｔｃを監視し、図１３に示す比率変更マップを参照しながらＥＧＲバルブ３２の開度を微調整できる。従って、エンジン冷却水温Ｔｗや床温Ｔｃが過剰な温度になるのを抑制しながら、大量ＥＧＲを活用した燃費の大幅な向上を図ることができる。

なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、図１２のステップ１１６の処理を実行することにより上記第６の発明における「冷却水温判定手段」及び上記第９の発明における「床温判定手段」がそれぞれ実現されている。

実施の形態３．
次に、図１４乃至図１６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態は、上述した実施の形態２のシステム構成において、ＥＣＵ６０が後述する図１６のルーチンを実行することを特徴とする。

［実施の形態３の特徴］
実施の形態２においては、ＥＣＵ６０は、現在のエンジン１０の運転領域が高負荷領域にあると判定した場合に、経路ａ，ｂの両方にＥＧＲガスが流れるようにＥＧＲバルブ３２の開度を調整した（図１２のステップ１１２参照）。しかしながら、ＥＧＲバルブ３２の開度が目的の開度に収束するまでには、一定期間（以下、「収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲ」と称す。）を要する。そのため、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲに、エンジン冷却水温Ｔｗや床温Ｔｃが上昇してしまう場合がある。一方、高負荷領域へ短期間でシフトしたような場合には、ＥＧＲバルブ３２の開度が目的の開度へ収束したにも関らず、エンジン冷却水温Ｔｗや床温Ｔｃが過剰温度に達してしまう可能性もある。

そこで、本実施の形態においては、ＥＧＲバルブ３２の開度調整に際して、ＥＧＲバルブ３２の収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲを考慮すると共に、ＥＧＲバルブ３２の開度の調整開始までの負荷情報からエンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）が過剰温度Ｔｗ_３（またはＴｃ_３）に到達する時間（以下、これらを「過剰温度時間ｔ_ＯＴ」と総称する。）を推定する。そして、ＥＧＲバルブ３２の開度調整の開始時に、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲと過剰温度時間ｔ_ＯＴとを比較して、これらのうちの長い期間に亘って単気筒燃料リッチ制御を実行することとした。

ここで、ＥＧＲバルブ３２の収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲは、システムの遅れ期間として予めＥＣＵ６０内に記憶されているものとする。一方、過剰温度時間ｔ_ＯＴは、負荷の情報（履歴）をＥＣＵ６０内にストックしておき、これを用いてエンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）の上昇代を算出し、この上昇代を用いることで推定できる。なお、過剰温度Ｔｗ_３，Ｔｃ_３は、それぞれ、実施の形態２で用いた過剰温度Ｔｗ_１，Ｔｃ_１と同一の値であり、予めＥＣＵ６０内に記憶されているものとする。

（単気筒燃料リッチ制御）
次に、本実施の形態において実行する単気筒リッチ制御について説明する。単気筒リッチ制御は、４番気筒のインジェクタ１２の燃料噴射量を補正して、４番気筒の空燃比がストイキよりも燃料リッチとなるように制御するものである。単気筒燃料リッチ制御を実行することで、水蒸気改質効果を得ることができる。

ここで、水蒸気改質効果について説明する。水蒸気改質効果は、次の式（１）及び式（２）によって奏されるものである。
Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎＨ_２Ｏ → ｎＣＯ＋（ｍ／２＋ｎ）Ｈ_２ ・・・（１）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ_２ ・・・（２）

上式（１）の反応は、４番気筒内において、燃料が水蒸気と反応することで進行するものであり、上式（２）の反応は、上式（１）の反応で生じた一酸化炭素が、ＥＧＲ通路２８，３０や、１〜４番気筒内において、水蒸気と反応することで進行するものである。上式（２）の反応は、水性ガスシフト反応と呼ばれるものであり、反応エネルギーとして系外の熱を吸収する吸熱反応である。従って、上式（２）の反応が進行するほど吸熱による冷却効果を得られるので、エンジン１０のノッキングの発生を防止できる。

図１４は、排気空燃比に対する水素濃度の変化を示した図である。図１４から分かるように、排気空燃比がストイキ（＝１４．６）よりも燃料リッチの場合、排気ガス中の水素濃度が高くなる。また、ストイキよりも燃料リッチになる程、排気ガス中の水素濃度が増加する。これは、燃料リッチの雰囲気においては、Ｃ_ｎＨ_ｍが多いので、上式（１）の反応が進行して水素が多く生成されるからである。また、上式（１）の反応で水素と共に生成された一酸化炭素が、上式（２）の反応物質となり、上式（２）の反応が進行した結果、水素が更に生成されるからである。従って、燃料リッチの雰囲気では、多くの水素が生成できることになる。

ここで、４番気筒において生成された多くの水素は、ＥＧＲガスに含まれた状態でＥＧＲ通路２８，３０を流れ、サージタンク２２を経由して各気筒に流入する。従って、単気筒燃料リッチ制御を実行することで、エンジン１０の各気筒の着火性を向上できる。以上のことから、単気筒燃料リッチ制御を実行すれば、水性ガスシフト反応による冷却及び生成水素による着火性向上という水蒸気改質効果を得ることができる。

図１５は、本実施の形態におけるＥＧＲバルブ３２の開度、４番気筒の目標空燃比、エンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）及び負荷を示すタイミングチャートである。

図１５(iv)に示すように、時刻ｔ２において、エンジン１０の運転領域が高負荷領域に移行したとする。本実施の形態においては、実施の形態１同様、このタイミングにおいて、経路ｂ側にＥＧＲガスが流れるようにＥＧＲバルブ３２の開度の調整を開始する。ＥＧＲバルブ３２の開度は、開度調整の開始後、一定期間の後（時刻ｔ３）に収束するものとする。

本図においては、過剰温度時間ｔ_ＯＴの方が収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲよりも長いとする。その場合、図１５(ii)に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ４まで、単気筒燃料リッチ制御を実行する（図１５（Ａ））。即ち、ＥＧＲバルブ３２の開度調整の開始後、過剰温度時間ｔ_ＯＴに亘って単気筒燃料リッチ制御を実行する。これにより、エンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）の上昇を抑制できるので、ＥＧＲバルブ３２の開度が目的の開度へ収束したにも関らず、エンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）が過剰温度（図１５（Ｂ））に達してしまうことを防止できる。

仮に、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲの方が過剰温度時間ｔ_ＯＴよりも長い場合には、ＥＧＲバルブ３２の開度調整の開始後、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲに亘って単気筒燃料リッチ制御を実行する。これにより、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲに、エンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）が過剰温度（図１５（Ｂ））に達してしまうことを防止できる。

特に、本実施形態においては、このような単気筒リッチ制御を大量ＥＧＲと同時に実現できる。水素分子が多い状態でＥＧＲ量が多くなると、気筒内における水素分子間の距離を狭くすることができる。水素分子間の距離が狭まっていれば、通常ＥＧＲ時に比べて燃焼時の速度を向上できる。従って、本実施の形態によれば、エンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）の適正な管理に加え、水蒸気改質効果による機関冷却、着火性の向上や、大量ＥＧＲを活用した燃費の大幅な向上を図ることもできる。

また、本実施形態においては、時刻ｔ４以降は、燃料リッチの度合いを徐々に減少させてストイキに回復させる（図１５（Ｃ））。これにより、ＥＣＵ６０が単気筒リッチ制御から通常時の空燃比フィードバック制御へ復帰する際に生じる空燃比段差を小さくすることができる。

［実施の形態３における具体的処理］
次に、図１６を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図１６は、本実施形態においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。図１６に示すルーチンは、図１０に示すルーチンに代えて、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。

図１６に示すルーチンによれば、まず、ＥＣＵ６０は、負荷履歴の読み込みを実行する（ステップ１３０）。具体的には、現在のスロットル開度ＴＡのデータと、現在までにＥＣＵ６０内にストックされていたスロットル開度ＴＡのデータとを読み込む。なお、読み込むデータの量は、過剰温度時間ｔ_ＯＴの推定精度に応じて適宜設定できる。

続いて、ＥＣＵ６０は、負荷履歴から過剰温度時間ｔ_ＯＴを推定する（ステップ１３２）。具体的には、ステップ１３０で取得したスロットル開度ＴＡのデータから、エンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）の上昇代を算出し、この上昇代を用いることで、過剰温度時間ｔ_ＯＴを推定する。

続いて、ＥＣＵ６０は、ステップ１３４〜１３８の処理を実行する。これらの処理は、図１０のステップ１００〜１０４までの処理と同一の処理であるので、その説明は省略する。

ステップ１３６に続いて、ＥＣＵ６０は、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲと過剰温度時間ｔ_ＯＴとを比較する（ステップ１４０）。上述したように、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲは、ＥＣＵ６０内に予め記憶された値である。また、過剰温度時間ｔ_ＯＴは、ステップ１３２において推定された値である。

収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲと過剰温度時間ｔ_ＯＴとを比較した結果、過剰温度時間ｔ_ＯＴ≧収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲと判定された場合には、ＥＣＵ６０は、過剰温度時間ｔ_ＯＴに亘って４番気筒の目標空燃比を燃料リッチに変更する（ステップ１４２）。一方、過剰温度時間ｔ_ＯＴ＜収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲと判定された場合には、ＥＣＵ６０は、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲに亘って４番気筒の目標空燃比を燃料リッチに変更する（ステップ１４４）。ステップ１４２又はステップ１４４により、単気筒燃料リッチ制御が実行される。そして、ステップ１４２又はステップ１４４に続いて、ＥＣＵ６０は、４番気筒の目標空燃比を徐々にストイキに戻す（ステップ１４６）。

以上、図１６に示すルーチンによれば、ＥＧＲバルブ３２の開度の調整の開始と同時に、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲ、過剰温度時間ｔ_ＯＴのうちの長い期間に亘って単気筒燃料リッチ制御を実行できる。従って、エンジン冷却水温Ｔｗ（または床温Ｔｃ）が過剰温度に達してしまうことを確実に防止できる。また、図１６に示すルーチンによれば、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲ又は過剰温度時間ｔ_ＯＴの経過後、燃料リッチの度合いを徐々に減少させてストイキに回復させることができる。単気筒リッチ制御から空燃比フィードバック制御への復帰時に生じる空燃比の段差を小さくすることができる。

なお、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ６０が、図１６のステップ１３０の処理を実行することにより上記第７，第９の発明における「負荷履歴取得手段」が、図１６のステップ１３２の処理を実行することにより上記第７，第９の発明における「過剰時間推定手段」が、図１６のステップ１４０の処理を実行することにより、上記第７，第９の発明における「過剰時間比較手段」が、図１６のステップ１４２またはステップ１４４の処理を実行することにより上記第７，第９の発明における「ＥＧＲ専用気筒リッチ化手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態４．
次に、図１７乃至図２０を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態は、上述した実施の形態２のシステム構成において、ＥＣＵ６０が後述する図２０のルーチンを実行することを特徴とする。

［実施の形態４の特徴］
実施の形態３においては、ＥＣＵ６０は、エンジン１０の運転領域が高負荷領域となった場合にＥＧＲバルブ３２の開度の調整を開始し、所定期間に亘って単気筒燃料リッチ制御を実行した（図１６のステップ１４２またはステップ１４４参照）。しかしながら、ＥＧＲバルブ３２の開度の調整を開始するタイミングで単気筒燃料リッチ制御を実行すると、次のような問題が発生する可能性がある。

即ち、経路ｂは経路ａよりも長いので、経路ｂを経由したＥＧＲガスは、経路ａを経由したＥＧＲガスよりも遅いタイミングでサージタンク２２に流入する。そのため、単気筒燃料リッチ制御を実行すると、経路ｂを経由したＥＧＲガスが、一定の時間遅れをもってサージタンク２２に流入することになる。従って、ＥＧＲバルブ３２の開度の調整を開始するタイミングで単気筒燃料リッチ制御を実行すると、経路ｂを経由したＥＧＲガスが流入する際に空燃比が急激に変化し、ドライバビリティが悪化する可能性がある。

そこで、本実施の形態においては、単気筒燃料リッチ制御の実行時において、１番〜３番気筒の目標空燃比に時定数を持たせてストイキよりも燃料リッチにする制御を実行することとした。これにより、空燃比の急変に伴う空燃比段差を小さくすることができるので、ドライバビリティの悪化を防止できる。

図１７は、本実施の形態における４番気筒の目標空燃比、１番〜３番気筒の目標空燃比、１番〜３番気筒の実空燃比及び負荷を示すタイミングチャートである。

図１７(iv)に示すように、時刻ｔ５において、エンジン１０の運転領域が高負荷領域に移行したとする。本実施の形態においては、実施の形態１同様、このタイミングにおいて、経路ｂ側にＥＧＲガスが流れるようにＥＧＲバルブ３２の開度の調整を開始する。そうすると、図１７(iii)に破線で示すように、経路ｂを経由したＥＧＲガスが流入する際に、空燃比が急変することになる。

そこで、本実施の形態においては、図１７(ii)に示すように、１番〜３番気筒の空燃比を燃料リッチに切り換えて、その後、時刻ｔ６まで徐々にストイキ側に戻るように制御する。１番〜３番気筒の空燃比を燃料リッチに切り換える際には、補正ラグを設ける。ここで、補正ラグは、図１８に示すように、エンジン回転数ＮＥに比例して設定できる。具体的には、エンジン回転数ＮＥが高いほど補正ラグを短めに設定する。こうすることで、経路ｂを経由したＥＧＲガスがサージタンク２２に流入するよりも前に、１番〜３番気筒の空燃比を燃料リッチ状態にしておくことができる。

なお、１番〜３番気筒の空燃比をリッチ側に切り換える際の補正量は、例えば図１９に示すように、ＥＧＲバルブ３２の開度及び４番気筒のリッチ化度合いに応じて設定できる。具体的には、経路ｂ側に流すＥＧＲガスが多く、４番気筒のリッチ化度合いが大きい程、補正量を大きくする。また、１番〜３番気筒の空燃比を燃料リッチに設定する補正時間は、エンジン回転数ＮＥと経路ｂの容積とから設定できる。図１７(iii)に示すように、このような補正量及び補正時間とすることで、経路ｂを経由したＥＧＲガスがサージタンク２２に流入する際に生じる空燃比段差を小さくすることができるので、ドライバビリティの悪化を防止できる。

［実施の形態４における具体的処理］
次に、図２０を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図２０は、本実施形態においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。図２０に示すルーチンは、図１０に示すルーチンに代えて、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。

図２０に示すルーチンによれば、まず、ＥＣＵ６０は、ステップ１５０〜１５４の処理を実行する。これらの処理は、図１０のステップ１００〜１０４までの処理と同一の処理であるのでその説明は省略する。

ステップ１５２に続いて、ＥＣＵ６０は、単気筒燃料リッチ制御を実行する（ステップ１５６）。ここで、単気筒燃料リッチ制御は、実施の形態３で説明したとおりであり、収束遅れ期間ｔ_ＥＧＲまたは過剰温度時間ｔ_ＯＴのうちの長い期間に亘って実行される。

続いて、ＥＣＵ６０は、１番〜３番気筒の目標空燃比を燃料リッチに変更し、その後、徐々にストイキに戻す（ステップ１５８）。上述したように、ＥＣＵ６０は、燃料リッチ実行までの時間（補正ラグ）、燃料リッチの度合い（補正量）や燃料リッチ化する時間（補正時間）で１番〜３番気筒の空燃比を燃料リッチに変更する。

以上、図２０に示すルーチンによれば、単気筒燃料リッチ制御の実行時において、１番〜３番気筒の目標空燃比を燃料リーンから燃料リッチに切り換えて、その後、徐々にストイキ側に戻るように制御する。従って、経路ｂを経由したＥＧＲガスがサージタンク２２に流入する際に生じる空燃比段差を小さくすることができるので、ドライバビリティの悪化を防止できる。

なお、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ６０が、図２０のステップ１５８の処理を実行することにより上記第１１の発明における「他気筒リッチ化手段」が実現されている。

【０００５】
弁の開度の収束に要する時間として予め定めた収束遅れ期間と、前記床温過剰時間とを比較する過剰時間比較手段と、
前記収束遅れ期間が前記床温過剰時間よりも長い場合には、前記収束遅れ期間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化し、前記床温過剰時間が前記収束遅れ期間よりも長い場合には、前記床温過剰時間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化するＥＧＲ専用気筒リッチ化手段と、
を備えることを特徴とする。
［００１６］
また、第１０の発明は、第７または第９の発明において、
前記ＥＧＲ専用気筒リッチ化手段は、前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化した後、リッチ化度合いを徐々に減らすことを特徴とする。
［００１７］
また、第１１の発明は、第５乃至第１０の何れか１つの発明において、
前記機関負荷が前記高負荷判定値を超えると判定された場合に、前記ＥＧＲ専用気筒以外の他の気筒の空燃比を燃料リッチ化し、その後リッチ化度合いを徐々に減らす他気筒リッチ化手段を更に備えることを特徴とする。
発明の効果
［００１８］
第１の発明によれば、ＥＧＲ専用気筒の排気ガスを吸気通路に流すことができるのでＥＧＲ率を増やすことができる。また、ＥＧＲ専用気筒の排気ガスを上流側ＥＧＲ通路に流すことができるので、インタークーラーで冷却した後に気筒内に流入させることができる。従って、冷却後の排気ガスによってエンジン冷却水の放熱性能を補完できるので、ＥＧＲ率を増やした場合であっても、ノッキングの発生を抑制することができる。
［００１９］
第２の発明によれば、第１経路と第２経路との間の経路差が、第１経路を経由した排気ガス脈動と第２経路を経由した排気ガス脈動との間に１６０°〜２００°の位相差が生じるように設計されるので、第１経路を経由した排気ガス脈動と、第２経路を経由した排気ガス脈動との合成波の振幅を小さくできる。合成波の振幅を小さくできれば、ＥＧＲ専用気筒の排気ガスが、いずれかの気筒にのみ流入するといった気筒間ばらつきを抑制できる。従って

【００１５】
くなる程増加し、ある一定の回転数ＮＥ_１付近からは更に増加して許容レベルを超えてしまう。
［００５１］
これに対し、本実施形態のシステムにおいては、図１に示すように、ＥＧＲ通路２８だけではなく、ＥＧＲ通路３０を設けている。これにより、図７に示すように、ＥＧＲガスを、ＥＧＲ通路２８を通る経路（以下、「経路ａ」と称す。）と、ＥＧＲ通路３０を通る経路（以下、「経路ｂ」と称す。）とに分けて流すことが可能となる。特に、経路ｂに流すことで、ＥＧＲガスをインタークーラー１８で冷却することができる。インタークーラー１８は通常、ＥＧＲクーラー３４よりも大容量であるため冷却能力が高い。従って、本実施形態のシステムによれば、ＥＧＲガスの熱を十分に放出させた状態でサージタンク２２に流入させることができるので、ＥＧＲクーラー３４単独でＥＧＲガスを冷却する図３のシステムを採用した場合に比べて、ノッキングの発生を抑制できる。
［００５２］
また、本実施形態のシステムにおいては、更に、経路ａ，ｂという２つの経路を経由してサージタンク２２内の所定位置（例えば、図７（Ａ））に到達する２つのＥＧＲガス脈動（密度変動）の位相が概ね半周期（１６０°〜２００°）ずれるように、これらの経路長を設計している。これにより、経路ａを経由するＥＧＲガス（以下、「ＥＧＲガス（ａ）」ともいう。）と、経路ｂを経由するＥＧＲガス（以下、「ＥＧＲガス（ｂ）」ともいう。）の脈動の合成波の振幅を小さくできるので、サージタンク２２内におけるＥＧＲガス量のばらつきを低減できる。この理由について、以下に説明する。
［００５３］
ＥＧＲガス（ａ）とＥＧＲガス（ｂ）とは、同一気筒（４番気筒）から流出するので、回転数ＮＥや負荷が一定の場合には、ＥＧＲガス（ａ）の脈動と、ＥＧＲガス（ｂ）の脈動の周期は同一である。一方、経路ａと経路ｂとは経路長が異なるので、同時刻に発生したＥＧＲガス（ａ）が図７（Ａ）に到達する時刻は、ＥＧＲガス（ｂ）が到達する時刻とずれる。従って、図７（Ａ）においては、ＥＧＲガス（ａ），（ｂ）の脈動の位相がずれることになる。
［００５４］
ＥＧＲガス（ａ），（ｂ）の脈動の位相がずれていると、これらの脈動の

第１の発明によれば、ＥＧＲ専用気筒の排気ガスを吸気通路に流すことができるのでＥＧＲ率を増やすことができる。また、ＥＧＲ専用気筒の排気ガスを上流側ＥＧＲ通路に流すことができるので、インタークーラーで冷却した後に気筒内に流入させることができる。従って、冷却後の排気ガスによってエンジン冷却水の放熱性能を補完できるので、ＥＧＲ率を増やした場合であっても、ノッキングの発生を抑制することができる。

これに対し、本実施形態のシステムにおいては、図１に示すように、ＥＧＲ通路２８だけではなく、ＥＧＲ通路３０を設けている。これにより、図７に示すように、ＥＧＲガスを、ＥＧＲ通路２８を通る経路（以下、「経路ａ」と称す。）と、ＥＧＲ通路３０を通る経路（以下、「経路ｂ」と称す。）とに分けて流すことが可能となる。特に、経路ｂに流すことで、ＥＧＲガスをインタークーラー１８で冷却することができる。インタークーラー１８は通常、ＥＧＲクーラー３４よりも大容量であるため冷却能力が高い。従って、本実施形態のシステムによれば、ＥＧＲガスの熱を十分に放出させた状態でサージタンク２２に流入させることができるので、ＥＧＲクーラー３４単独でＥＧＲガスを冷却する図３のシステムを採用した場合に比べて、ノッキングの発生を抑制できる。

Claims (11)

1. 複数気筒のうちの少なくとも１つの気筒をＥＧＲ専用気筒とした内燃機関において、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられたインタークーラーと、
   前記インタークーラーよりも上流側において、前記ＥＧＲ専用気筒の排出口と前記吸気通路とを接続する上流側ＥＧＲ通路と、
   前記インタークーラーよりも下流側において、前記排出口と前記吸気通路とを接続する下流側ＥＧＲ通路と、
   を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記上流側ＥＧＲ通路及び前記下流側ＥＧＲ通路の長さは、
   前記排出口から前記上流側ＥＧＲ通路を経て前記ＥＧＲ専用気筒の吸入口に至る経路を第１経路とし、前記排出口から前記下流側ＥＧＲ通路を経て前記吸入口に至る経路を第２経路とした場合に、前記第１経路と前記第２経路との間の経路差が、前記第１経路を経由した排気ガス脈動と前記第２経路を経由した排気ガス脈動との間に１６０°〜２００°の位相差が生じるように設計されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記経路差は、前記内燃機関の最高出力回転数の際に発生する排気ガス脈動の位相を基準として設計されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記上流側ＥＧＲ通路と前記下流側ＥＧＲ通路とが分岐する分岐部に設けられ、開度を調整することで前記上流側ＥＧＲ通路に流す排気ガスと、前記下流側ＥＧＲ通路に流す排気ガスとの比率を変更可能な制御弁を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
   機関負荷が所定の高負荷判定値を超えるか否かを判定する機関負荷判定手段と、
   前記機関負荷が前記高負荷判定値を超えると判定された場合に、前記上流側ＥＧＲ通路側に流す排気ガスの比率が増加するように前記制御弁の目標開度を調整する目標開度調整手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御装置であって、
   内燃機関の冷却水温を取得する冷却水温取得手段と、
   前記冷却水温が所定の過剰判定水温よりも高いか否かを判定する冷却水温判定手段と、
   を備え、
   前記目標開度調整手段は、前記冷却水温が前記過剰判定水温よりも高いと判定された場合に、前記上流側ＥＧＲ通路側に流す排気ガスの比率が更に増加するように前記目標開度を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項５または６に記載の内燃機関の制御装置であって、
   所定時間内における機関負荷の履歴を取得する負荷履歴取得手段と、
   前記機関負荷の履歴に基づいて、内燃機関の冷却水温が現在温度から所定の過剰判定水温を超えるまでに要する時間としての冷却水温過剰時間を推定する過剰時間推定手段と、
   前記機関負荷が前記高負荷判定値を超えると判定された場合に、前記制御弁の開度の収束に要する時間として予め定めた収束遅れ期間と、前記冷却水温過剰時間とを比較する過剰時間比較手段と、
   前記収束遅れ期間が前記冷却水温過剰時間よりも長い場合には、前記収束遅れ期間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化し、前記冷却水温過剰時間が前記収束遅れ期間よりも長い場合には、前記冷却水温過剰時間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化するＥＧＲ専用気筒リッチ化手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項５乃至７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記上流側ＥＧＲ通路に設けられ、排気ガスを浄化可能なＥＧＲ触媒と、
   前記ＥＧＲ触媒の床温を取得する床温取得手段と、
   前記床温が所定の過剰判定床温よりも高いか否かを判定する床温判定手段と、
   を備え、
   前記目標開度調整手段は、前記床温が前記過剰判定床温よりも高いと判定された場合に、前記上流側ＥＧＲ通路側に流す排気ガスの比率が更に増加するように前記目標開度を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項５乃至８の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記上流側ＥＧＲ通路に設けられ、排気ガスを浄化可能なＥＧＲ触媒と、
   所定時間内における機関負荷の履歴を取得する負荷履歴取得手段と、
   前記機関負荷の履歴に基づいて、前記ＥＧＲ触媒の床温が現在温度から所定の過剰判定床温を超えるまでに要する床温過剰時間を推定する床温過剰時間推定手段と、
   前記機関負荷が前記高負荷判定値を超えると判定された場合に、前記制御弁の開度の収束に要する時間として予め定めた収束遅れ期間と、前記床温過剰時間とを比較する過剰時間比較手段と、
   前記収束遅れ期間が前記床温過剰時間よりも長い場合には、前記収束遅れ期間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化し、前記床温過剰時間が前記収束遅れ期間よりも長い場合には、前記床温過剰時間に亘って前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化するＥＧＲ専用気筒リッチ化手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 請求項７または９に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記ＥＧＲ専用気筒リッチ化手段は、前記ＥＧＲ専用気筒の空燃比を燃料リッチ化した後、リッチ化度合いを徐々に減らすことを特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 請求項５乃至１０の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記機関負荷が前記高負荷判定値を超えると判定された場合に、前記ＥＧＲ専用気筒以外の他の気筒の空燃比を燃料リッチ化し、その後リッチ化度合いを徐々に減らす他気筒リッチ化手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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