WO2012157108A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2012157108A1
WO2012157108A1 PCT/JP2011/061508 JP2011061508W WO2012157108A1 WO 2012157108 A1 WO2012157108 A1 WO 2012157108A1 JP 2011061508 W JP2011061508 W JP 2011061508W WO 2012157108 A1 WO2012157108 A1 WO 2012157108A1
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actuators
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Inventor
宮下　茂樹
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly, to a control device for an internal combustion engine suitable for executing control of an internal combustion engine mounted on a vehicle.
  • the operation amounts of the plurality of actuators are set so as to satisfy the target EGR amount (EGR rate) corresponding to the operating conditions.
  • EGR rate EGR rate
  • the responsiveness to the EGR amount change is different for each actuator. Therefore, when the EGR amount increase control by the highly responsive actuator and the EGR amount decrease control by the low responsive actuator are performed simultaneously, the EGR amount temporarily becomes higher (overshoots) than the target EGR amount. If the EGR amount is temporarily excessive, the combustion becomes unstable and causes misfire and the like.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an internal combustion engine control device capable of suppressing an excessive amount of EGR and suppressing instability of combustion. With the goal.
  • a first invention is a control device for an internal combustion engine, Setting means for setting operation amounts of a plurality of actuators that affect the EGR amount in accordance with changes in operating conditions; When the operation amounts of the plurality of actuators are set, the EGR amount is increased after starting the operation of the actuator that decreases the EGR amount (which means at least one of the external EGR amount and the internal EGR amount, the same applies hereinafter). Actuator sequential control means for starting the operation of another actuator to be operated.
  • the second invention is the first invention, wherein
  • the actuator sequential control means starts the operation of the actuator for increasing the EGR amount after completing the operation of the actuator for decreasing the EGR amount when the operation amounts of the plurality of actuators are set.
  • the third invention is the second invention, wherein Estimating means for estimating a change process of the EGR amount when the operations of the plurality of actuators start simultaneously according to the set operation amounts of the plurality of actuators; A determination unit that satisfies a determination condition when the EGR amount becomes larger than an allowable value in the changing process; An actuator simultaneous control means for simultaneously starting the operations of the plurality of actuators when the determination condition is not satisfied, The actuator sequential control means starts the operation of the actuator for increasing the EGR amount after completing the operation of the actuator for decreasing the EGR amount when the determination condition is satisfied.
  • the fourth invention is the first to third invention
  • the plurality of actuators are at least A wastegate valve that can arbitrarily open and close a bypass passage that bypasses the upstream and downstream of the supercharger disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
  • An EGR valve capable of arbitrarily opening and closing an EGR passage connecting the exhaust passage upstream of the supercharger and the intake passage of the internal combustion engine;
  • a throttle that can arbitrarily open and close the intake passage.
  • the operation of the actuator that decreases the EGR amount is started, and then the operation of another actuator that increases the EGR amount is started. For this reason, according to this invention, it can suppress that the amount of EGR becomes excess, and can suppress instability of combustion.
  • the operation of the actuator that increases the EGR amount is started after the operation of the actuator that decreases the EGR amount is completed.
  • the EGR amount can be controlled to the target EGR amount without the EGR amount becoming excessive.
  • the operations of the plurality of actuators are started simultaneously. Therefore, the EGR amount can be controlled to the target EGR amount at an early stage without the EGR amount becoming excessive.
  • the operation of the actuator for increasing the EGR amount is started after the operation of the actuator for decreasing the EGR amount is completed. Therefore, it is possible to suppress the EGR amount from becoming excessive, and to suppress instability of combustion. For this reason, according to the present invention, both controllability of the EGR amount and combustion stability can be achieved.
  • the waste gate valve, the EGR valve, and the throttle can be cooperatively controlled.
  • Embodiment 1 of this invention It is a figure for demonstrating the system configuration
  • Embodiment 1 of this invention it is a flowchart of the control routine which ECU50 performs.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention.
  • the system shown in FIG. 1 includes an internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 is a four-cycle engine mounted on a vehicle or the like and used as a power source.
  • the internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 is an in-line four-cylinder type, in the present invention, the number of cylinders and the cylinder arrangement are not limited thereto.
  • Each cylinder of the internal combustion engine 10 is provided with an injector 12 that directly injects fuel into the cylinder.
  • the present invention is not limited to such an in-cylinder injection type internal combustion engine, but a port injection type internal combustion engine having a port injector for port-injecting fuel into an intake port, or a combination of an injector 12 and a port injector.
  • the present invention can be similarly applied to an internal combustion engine.
  • An intake passage 16 and an exhaust passage 18 are connected to each cylinder of the internal combustion engine 10.
  • An intake valve 20 that opens and closes between the cylinder and the intake passage 16 is provided at the downstream end of the intake passage 16.
  • an exhaust valve 22 that opens and closes between the cylinder and the exhaust passage 18 is provided at the upstream end of the exhaust passage 18.
  • the internal combustion engine 10 includes a turbocharger 24 that performs supercharging with the energy of exhaust gas.
  • the turbocharger 24 includes a turbine 24a that is rotated by the energy of the exhaust gas, and a compressor 24b that is rotated by being driven by the turbine 24a.
  • the turbine 24 a is arranged in the middle of the exhaust passage 18, and the compressor 24 b is provided in the middle of the intake passage 16.
  • the exhaust passage 18 upstream of the turbine 24 a is connected to the intake passage 16 by an external EGR passage 26.
  • An EGR cooler 28 is provided in the middle of the external EGR passage 26.
  • An electronically controlled EGR valve 30 that can arbitrarily open and close the external EGR passage 26 is provided downstream of the EGR cooler 28.
  • a bypass passage 32 that connects the exhaust passage 18 near the inlet of the turbine 24a and the exhaust passage 18 near the outlet of the turbine 24a is provided.
  • the bypass passage 32 is provided with an electronically controlled waste gate valve (hereinafter referred to as WGV (Waste Gate Valve)) 34 that can open and close the bypass passage 32 arbitrarily.
  • WGV Waste Gate Valve
  • a catalyst 36 for purifying harmful components in the exhaust gas is provided in the exhaust passage 18 downstream of the turbine 24a.
  • the catalyst 36 for example, a three-way catalyst or the like is used.
  • an air cleaner 38 is provided Near the inlet of the intake passage 16.
  • An air flow meter 40 for detecting the intake air amount is provided in the vicinity of the downstream side of the air cleaner 38.
  • a compressor 24 b is provided downstream of the air flow meter 40.
  • An intercooler 42 is provided downstream of the compressor 24b.
  • the fresh air drawn through the air cleaner 38 is compressed by the compressor 24b of the turbocharger 24 and then cooled by the intercooler 42.
  • An electronically controlled throttle valve 44 is provided downstream of the intercooler 42.
  • the fresh air that has passed through the throttle valve 44 flows into a surge tank 46 formed in the downstream portion of the intake passage 16.
  • the fresh air flowing into the surge tank 46 is distributed and flows into each cylinder.
  • the surge tank 46 is provided with an intake pressure sensor 48 that detects the intake pressure at that portion.
  • the system of this embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 50.
  • ECU Electronic Control Unit
  • an input portion of the ECU 50 includes a crank angle sensor 52 that detects a crank angle, and an accelerator opening that detects a value corresponding to the amount of depression of the accelerator operated by the driver.
  • Various sensors for detecting the operation state of the internal combustion engine 10 such as the sensor 54 are connected.
  • the output portion of the ECU 50 includes a variable valve gear (hereinafter referred to as an intake VVT) that can change the valve timing and lift amount of the intake valve 20.
  • a variable valve gear hereinafter referred to as exhaust VVT
  • Various actuators for controlling the operating state of the internal combustion engine 10 such as a variable valve gear (hereinafter referred to as exhaust VVT) 58 that can change the valve timing of the exhaust valve 22 are connected.
  • a variable valve gear hereinafter referred to as exhaust VVT 58
  • the ECU 50 controls the operating state of the internal combustion engine 10 by operating various actuators according to a predetermined program based on the outputs of the various sensors described above.
  • the ECU 50 calculates the target EGR amount (the amount of exhaust gas to be introduced into the intake passage 16 via the external EGR passage 26 and the amount of exhaust gas to be supplied to the combustion chamber) according to the operating conditions.
  • the target EGR amount is calculated based on, for example, the engine speed and the load factor.
  • the ECU 50 calculates the operation amounts of the various actuators described above in order to realize the target EGR amount.
  • the various actuators described above have different effects on the operation speed and the EGR amount for each actuator. Therefore, when the EGR amount increase control by the actuator having a high operation speed and the EGR amount decrease control by the actuator having a low operation speed are performed simultaneously, the EGR amount temporarily becomes excessive (overshoots). If the EGR amount is temporarily excessive, the combustion becomes unstable and causes misfire and the like.
  • FIG. 2 is a diagram showing a change in the EGR amount when a plurality of actuators operate according to the operating conditions.
  • the solid line 60 indicates the output request
  • the solid line 62 indicates the opening degree of the EGR valve 30
  • the solid line 64 indicates the opening degree of the WGV 34
  • the solid line 66 indicates the opening degree of the throttle valve 44
  • the solid line 68 indicates the external EGR amount.
  • the operating state changes from steady operation to transient operation.
  • the ECU 50 calculates a target EGR amount according to a change in operating conditions, and determines control amounts of various actuators that satisfy the target EGR amount.
  • the EGR valve 30 is controlled in a direction in which the opening is decreased (solid line 62)
  • the WGV 34 is controlled from the closed state to the opened state (solid line 64)
  • the throttle valve 44 is in a direction in which the opening is decreased. (Solid line 66).
  • the control to the EGR valve 30 and the WGV 34 is a control to decrease the EGR amount.
  • Control to the throttle valve 44 is control to increase the EGR amount.
  • the operating speed of the throttle valve 44 is faster than the operating speed of the EGR valve 30 and the WGV 34. Therefore, although the operation of the throttle valve 44 at time t 1 has been completed, the operation of the EGR valve 30 and WGV34 has not been completed. Therefore, as shown by the solid line 68, the external EGR amount may temporarily become excessive. If the EGR amount is excessive, combustion stability is impaired. In order to solve such a problem, it is desirable to operate each actuator so that the amount of external EGR during transient operation is smaller than that during steady operation.
  • the operation speed of the EGR valve 30 is slower than that of the throttle valve 44, the WGV 34, or the like. Further, the EGR amount increases as the valve opening increases, and the EGR amount decreases as the valve opening decreases.
  • the WGV 34 has an early influence on the EGR amount due to valve opening, and has a slow influence on the EGR amount due to valve closing. Further, the EGR amount increases as the valve opening decreases, and the EGR amount decreases as the valve opening increases.
  • the operating speed of the intake VVT 56 varies depending on the hydraulic pressure. Further, the EGR amount increases as the valve timing of the intake valve 20 approaches the intermediate position (reference position), and the EGR amount decreases as the angle is advanced or retarded from the intermediate position.
  • the operation speed of the exhaust VVT 58 varies depending on the hydraulic pressure. Further, the EGR amount increases as the valve timing of the exhaust valve 22 approaches the intermediate position (reference position), and the EGR amount decreases as the valve is advanced or retarded from the intermediate position.
  • the operating angle of the intake valve 20 is faster than the EGR valve 30 or the like. Further, the EGR amount increases as the operating angle increases, and the EGR amount decreases as the operating angle decreases.
  • the throttle valve 44 operates faster than the EGR valve 30, the WGV 34, or the like. Further, the EGR amount increases as the valve opening decreases, and the EGR amount decreases as the valve opening increases.
  • the ECU 50 determines the operation order of the actuator having a low operation speed controlled in the direction in which the EGR amount is decreased, and the operation order of the actuator having a high operation speed controlled in the direction in which the EGR amount is increased.
  • the priority order is set in advance so that priority can be given over the operation order.
  • the actuator operation restriction as described above is not necessary when the EGR amount does not overshoot. Therefore, it is desirable to execute only when the EGR amount is estimated to overshoot when a plurality of actuators are operated simultaneously. Therefore, in the system of the present embodiment, the process of changing the EGR amount according to the change of the operating condition is estimated, and when the transient change of the EGR amount cannot be permitted, the operation of the actuator that increases the EGR amount is limited. And
  • EGR amount change process estimation method a method for estimating the change process of the EGR amount.
  • the change process of the EGR amount can be estimated from the EGR gas flow rate at each time during the transient operation.
  • the EGR gas flow rate can be calculated based on the equation (1).
  • G egr represents the correlation value of the EGR gas flow rate
  • ⁇ P represents the differential pressure across the EGR valve 30
  • S egr represents the passage area of the EGR valve 30.
  • G egr ⁇ P ⁇ S egr (1)
  • the differential pressure ⁇ P of the EGR valve 30, the back pressure (exhaust pressure of the turbine 24a upstream) P ex and the intake pressure P in can be expressed by the difference between the intake pressure S egr. Therefore, the correlation value G egr of the EGR gas flow rate can be calculated based on the equation (2).
  • G egr (P ex ⁇ P in ) ⁇ S egr (2)
  • the back pressure P ex in the expression (2) is a back pressure when there is no external EGR, and is obtained from a previously stored map.
  • the ECU 50 the map that defines the relationship between the engine speed for each switching conditions of WGV34 load factor and the back pressure P ex is stored in advance.
  • the engine speed is calculated from the value detected by the crank angle sensor 52.
  • the load factor is calculated based on, for example, the intake air amount and the intake pressure.
  • the ECU 50 acquires the back pressure P ex from the map using the opening / closing conditions of the WGV 34, the engine speed, and the load factor as input parameters.
  • the intake pressure Pin in Expression (2) is an intake pressure without external EGR, and is obtained from a previously stored map.
  • the ECU 50 for each combination of the angles and the angle of the exhaust VVT58 intake VVT56, map that defines the relationship between the engine speed load factor and the intake pressure P in are stored in advance.
  • the ECU 50 determines the angle of the intake VVT 56 (angle advanced or retarded from the center position), the angle of the exhaust VVT 58 (angle advanced or retarded from the center position), the engine speed, and the load factor. as an input parameter to obtain the intake air pressure P in the map.
  • the passage area S egr of the EGR valve 30 in the equation (2) can be calculated based on the equation (3).
  • S egr is a correlation value of the passage area of the EGR valve 30 correlated with the EGR valve opening.
  • the opening degree of each time such as the WGV 34 and the throttle valve 44 is calculated from the current position and the operating speed of each actuator, and is used as the input parameter of the map.
  • S egr current opening + time ⁇ EGR valve operating speed (3)
  • the correlation value G egr of the EGR gas flow rate at each time until the EGR amount changes from the current EGR amount to the target EGR amount can be calculated based on the equation (2). In this way, the process of changing the future EGR amount can be estimated. In this process of changing the EGR amount, if the correlation value G egr of the EGR gas flow rate exceeds an allowable value (for example, the EGR amount in the steady operation before the transient operation), the transient EGR amount change cannot be allowed. Judgment can be made.
  • the change process of the EGR amount during the transient operation is estimated based on the equation (2), and when the EGR amount in the change process is expected to exceed the allowable value, the EGR amount is calculated.
  • the actuator to be decreased is operated first.
  • the actuators are operated simultaneously.
  • FIG. 4 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 50 in order to realize the above-described operation.
  • step S100 it is determined whether or not there is a change in operating conditions.
  • step S100 it is determined whether or not there is a change in operating conditions.
  • step S110 a change process of the EGR amount until the current EGR amount changes to the target EGR amount is estimated.
  • the target EGR amount is set according to the operating conditions, and the change process of the EGR amount is estimated by the estimation method described above.
  • step S120 it is determined whether or not the EGR amount becomes larger than the allowable value in the process of changing the EGR amount (step S120).
  • the allowable value a value larger than the EGR amount in the steady operation before the transient operation is set, and a value larger than the target EGR amount is set. If it is determined that the EGR amount in the changing process is less than or equal to the allowable value, the processing of this routine is terminated. Thereafter, in other routines, the operations of the plurality of actuators whose operation amounts are set according to the operating conditions are started simultaneously.
  • step S130 an actuator having an effect of decreasing the EGR is operated (step S130).
  • the ECU 50 stores in advance the priority order regarding the operation of the actuator, and operates the actuator with the earlier priority order first.
  • step S140 it is determined whether or not the actuator having the effect of decreasing the EGR amount has been operated. If it has not been operated, it waits until the completion of the operation is confirmed.
  • step S140 when it is determined that the actuator having the effect of decreasing the EGR amount has been operated, all other actuators are operated (step S150). Thereafter, the processing of this routine is terminated.
  • the process of changing the EGR amount during transient operation is estimated, and when the EGR amount in the change process is expected to exceed the allowable value, the EGR amount decreases. Actuate the affected actuator first. Therefore, it is possible to suppress the EGR amount from becoming excessive, and to suppress combustion instability due to an excessive increase in the EGR amount. If the EGR amount is expected not to exceed the allowable value, the actuators are operated simultaneously. Therefore, the target EGR amount can be achieved at an early stage without the EGR amount becoming excessive.
  • the estimation method of the change process of the EGR amount in the system of the first embodiment described above is not limited to the estimation method described above, and may be replaced with another estimation method.
  • the WGV 34 is the “waist gate valve” in the fourth invention
  • the EGR valve 30 is the “EGR valve” in the fourth invention
  • the throttle valve 44 is the fourth valve. It corresponds to “throttle” in the invention.
  • the ECU 50 executes the process of step S110, so that the “estimator” in the third invention executes the process of step S120, and the “determination means” in the third invention.
  • the “actuator simultaneous control means” in the third aspect of the invention by executing the processes of steps S120 and S150 performs the “actuator of the first aspect of the invention by executing the processes of steps S140 and S150.
  • “Sequential control means” is realized respectively.

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Abstract

　この発明は、ＥＧＲ量が過剰となることを抑制し、燃焼の不安定化を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。　まず、運転条件の変化に応じて、ＥＧＲ量に影響する複数のアクチュエータの動作量を設定する。そして、前記複数のアクチュエータの動作量が設定された場合に、ＥＧＲ量（外部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ量の少なくとも一方をいう。以下同じ。）を減少させるアクチュエータの動作を開始させた後（Ｓ１４０）、ＥＧＲ量を増加させる他のアクチュエータの動作を開始させる（Ｓ１５０）。

Description

内燃機関の制御装置
　この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。
　従来、例えば特許文献１（日本特開２０００－１１０６２８号公報）に開示されるように、過給機と排気ガス再循環装置（以下、単にＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置という。）が取り付けられた内燃機関が知られている。また、本公報には、吸入空気量や過給効率に基づいて、ＥＧＲ弁を制御する内燃機関の制御装置が開示されている。
日本特開２０００－１１０６２８号公報 日本特開２００１－０２０７９３号公報
　上述した内燃機関では、運転条件に応じた目標ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を満たすように複数のアクチュエータの動作量が設定される。しかしながら、アクチュエータ毎にＥＧＲ量変化に対する応答性は異なる。そのため、応答性の高いアクチュエータによるＥＧＲ量増加制御と、応答性の低いアクチュエータによるＥＧＲ量減少制御とを同時に行った場合、ＥＧＲ量が一時的に目標ＥＧＲ量よりも高くなる（オーバーシュートする）。ＥＧＲ量が一時的に過剰となれば、燃焼が不安定となり失火等が発生する要因となる。
　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量が過剰となることを抑制し、燃焼の不安定化を抑制することのできる内燃機関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、内燃機関の制御装置であって、
　運転条件の変化に応じて、ＥＧＲ量に影響する複数のアクチュエータの動作量を設定する設定手段と、
　前記複数のアクチュエータの動作量が設定された場合に、ＥＧＲ量（外部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ量の少なくとも一方をいう。以下同じ。）を減少させるアクチュエータの動作を開始させた後、ＥＧＲ量を増加させる他のアクチュエータの動作を開始させるアクチュエータ順次制御手段と、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、
　前記アクチュエータ順次制御手段は、前記複数のアクチュエータの動作量が設定された場合に、ＥＧＲ量を減少させるアクチュエータの動作を完了させた後、ＥＧＲ量を増加させるアクチュエータの動作を開始させること、を特徴とする。
　また、第３の発明は、第２の発明において、
　前記設定された複数のアクチュエータの動作量に応じて、前記複数のアクチュエータの動作が同時に開始した場合のＥＧＲ量の変化過程を推定する推定手段と、
　前記変化過程においてＥＧＲ量が許容値よりも大きくなる場合に判定条件が成立する判定手段と、
　前記判定条件が成立しない場合に、前記複数のアクチュエータの動作を同時に開始させるアクチュエータ同時制御手段と、を更に備え、
　前記アクチュエータ順次制御手段は、前記判定条件が成立する場合に、ＥＧＲ量を減少させるアクチュエータの動作を完了させた後、ＥＧＲ量を増加させるアクチュエータの動作を開始させること、を特徴とする。
　また、第４の発明は、第１乃至第３の発明において、
　前記複数のアクチュエータは、少なくとも、
　前記内燃機関の排気通路に配置された過給機の上流と下流とをバイパスするバイパス通路を任意に開閉可能なウェイストゲートバルブと、
　前記過給機の上流の前記排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を任意に開閉可能なＥＧＲバルブと、
　前記吸気通路を任意に開閉可能なスロットルと、を含むことを特徴とする。
　第１の発明によれば、複数のアクチュエータの動作量が設定された場合に、ＥＧＲ量を減少させるアクチュエータの動作を開始させた後、ＥＧＲ量を増加させる他のアクチュエータの動作を開始させる。このため、本発明によれば、ＥＧＲ量が過剰となることを抑制し、燃焼の不安定化を抑制することができる。
　第２の発明によれば、複数のアクチュエータの動作量が設定された場合に、ＥＧＲ量を減少させるアクチュエータの動作を完了させた後、ＥＧＲ量を増加させるアクチュエータの動作を開始させる。このため、本発明によれば、ＥＧＲ量が過剰となることなく、ＥＧＲ量を目標ＥＧＲ量に制御することができる。
　第３の発明によれば、変化過程におけるＥＧＲ量が許容値以下である場合には、複数のアクチュエータの動作を同時に開始させる。そのため、ＥＧＲ量が過剰となることなく、ＥＧＲ量を早期に目標ＥＧＲ量に制御することができる。また、変化過程におけるＥＧＲ量が許容値よりも大きい場合には、ＥＧＲ量を減少させるアクチュエータの動作を完了させた後、ＥＧＲ量を増加させるアクチュエータの動作を開始させる。そのため、ＥＧＲ量が過剰となることを抑制し、燃焼の不安定化を抑制することができる。このため、本発明によれば、ＥＧＲ量の制御性と、燃焼安定性とを両立することができる。
　第４の発明によれば、ウェイストゲートバルブ、ＥＧＲバルブ、スロットルを協調制御することができる。
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。 運転条件に応じて、複数のアクチュエータが動作する場合におけるＥＧＲ量の変化を示す図である。 各種アクチュエータの動作速度と動作によるＥＧＲ量への影響を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、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。
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
　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。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる４サイクルエンジンである。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
　内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設けられている。なお、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料をポート噴射するポートインジェクタを備えたポート噴射式の内燃機関や、インジェクタ１２とポートインジェクタとを併用する内燃機関にも同様に適用可能である。
　内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１６および排気通路１８が接続されている。吸気通路１６の下流端には、気筒内と吸気通路１６との間を開閉する吸気バルブ２０が設けられている。同様に、排気通路１８の上流端には、気筒内と排気通路１８との間を開閉する排気バルブ２２が設けられている。
　内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気通路１８に流入する。内燃機関１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャ２４を備えている。ターボチャージャ２４は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン２４ａと、タービン２４ａに駆動されて回転するコンプレッサ２４ｂとを有している。タービン２４ａは、排気通路１８の途中に配置されており、コンプレッサ２４ｂは、吸気通路１６の途中に設けられている。
　タービン２４ａ上流の排気通路１８は、外部ＥＧＲ通路２６により吸気通路１６に接続されている。外部ＥＧＲ通路２６の途中には、ＥＧＲクーラ２８が設けられている。ＥＧＲクーラ２８の下流には、外部ＥＧＲ通路２６を任意に開閉可能な電子制御式のＥＧＲバルブ３０が設けられている。
　タービン２４ａの近傍には、タービン２４ａの入口付近の排気通路１８と、タービン２４ａの出口付近の排気通路１８とを接続するバイパス通路３２が設けられている。バイパス通路３２には、バイパス通路３２を任意に開閉可能な電子制御式のウェイストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ（Waste Gate Valve）という。）３４が設けられている。
　タービン２４ａ下流の排気通路１８には、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒３６が設けられている。触媒３６には、例えば、三元触媒などが用いられる。
　吸気通路１６の入口付近には、エアクリーナ３８が設けられている。また、エアクリーナ３８の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ４０が設けられている。エアフローメータ４０の下流には、コンプレッサ２４ｂが設けられている。コンプレッサ２４ｂの下流には、インタークーラ４２が設けられている。
　エアクリーナ３８を通って吸入された新気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２４ｂで圧縮された後、インタークーラ４２で冷却される。インタークーラ４２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ４４が設けられている。スロットルバルブ４４を通過した新気は、吸気通路１６下流部に形成されたサージタンク４６に流入される。サージタンク４６に流入された新気は、各気筒内に分配されて流入される。サージタンク４６には、その部位での吸気圧力を検出する吸気圧力センサ４８が設けられている。
　本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ４０、吸気圧力センサ４８の他、クランク角度を検出するクランク角センサ５２、運転者に操作されるアクセルの踏み込み量に応じた値を検出するアクセル開度センサ５４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。
　また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述したインジェクタ１２、ＥＧＲバルブ３０、ＷＧＶ３４、スロットルバルブ４４の他、吸気バルブ２０のバルブタイミングやリフト量を変更することができる可変動弁装置（以下、吸気ＶＶＴという。）５６、排気バルブ２２のバルブタイミングを変更することができる可変動弁装置（以下、排気ＶＶＴという。）５８等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。吸気ＶＶＴ５６および排気ＶＶＴ５８には、油圧によりバルブタイミングやリフト量を変更可能な公知の機構が用いられる。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
　ＥＣＵ５０は、運転条件に応じて目標ＥＧＲ量（外部ＥＧＲ通路２６を介して吸気通路１６に導入すべき排気ガスの量、ひいては燃焼室に供給すべき排気ガスの量）を算出する。目標ＥＧＲ量は、例えばエンジン回転数と負荷率に基づいて算出される。また、ＥＣＵ５０は、目標ＥＧＲ量を実現するために、上述した各種アクチュエータの動作量を算出する。ところで、上述した各種アクチュエータは、アクチュエータ毎に動作速度やＥＧＲ量に及ぼす影響が異なる。そのため、動作速度の早いアクチュエータによるＥＧＲ量増加制御と、動作速度の遅いアクチュエータによるＥＧＲ量減少制御とを同時に行った場合、一時的にＥＧＲ量が過多となる（オーバーシュートする）。一時的にＥＧＲ量が過多となれば、燃焼が不安定となり、失火等が発生する要因となる。
　図２を用いて具体的な例を説明する。図２は、運転条件に応じて、複数のアクチュエータが動作する場合におけるＥＧＲ量の変化を示す図である。実線６０は出力要求を、実線６２はＥＧＲバルブ３０の開度を、実線６４はＷＧＶ３４の開度を、実線６６はスロットルバルブ４４の開度を、実線６８は外部ＥＧＲ量をそれぞれ示している。
　時刻ｔ０において、実線６０で示すように出力要求が大きい運転条件から小さい運転条件に変化すると、運転状態は定常運転から過渡運転に変化する。ＥＣＵ５０は、運転条件の変化に応じて目標ＥＧＲ量を算出し、これを満たす各種アクチュエータの制御量を決定する。図２に示す例では、ＥＧＲバルブ３０は開度が減少する方向に制御され（実線６２）、ＷＧＶ３４は閉じ状態から開き状態へ制御され（実線６４）、スロットルバルブ４４は開度が減少する方向に制御される（実線６６）。ここで、ＥＧＲバルブ３０およびＷＧＶ３４への制御は、ＥＧＲ量を減少させる制御である。スロットルバルブ４４への制御は、ＥＧＲ量を増加させる制御である。
　一般的に、スロットルバルブ４４の動作速度は、ＥＧＲバルブ３０やＷＧＶ３４の動作速度よりも早い。そのため、時刻ｔ１においてスロットルバルブ４４の動作は完了しているが、ＥＧＲバルブ３０とＷＧＶ３４の動作は完了していない。そのため、実線６８に示すように、外部ＥＧＲ量が一時的に過多となる場合がある。ＥＧＲ量が過多となれば、燃焼安定性が損なわれる。このような課題を解決するには、過渡運転時の外部ＥＧＲ量が定常運転時よりも小量となるように各アクチュエータを動作させることが望ましい。
［実施の形態１における特徴的制御］
　そこで、本実施形態のシステムでは、ＥＧＲ量が減少する方向に制御される動作速度の遅いアクチュエータの動作順番を早く、ＥＧＲ量が増大する方向に制御される動作速度の速いアクチュエータの動作順番を遅くすることとする。
（各種アクチュエータの動作速度と、動作によるＥＧＲ量への影響）
　各種アクチュエータの動作順番を定めるにあたり、各種アクチュエータの動作速度と動作によるＥＧＲ量への影響について図３を用いて説明する。（ａ）ＥＧＲバルブ３０は、スロットルバルブ４４やＷＧＶ３４等に比して動作速度が遅い。また、バルブ開度が増加するほどＥＧＲ量は増加し、バルブ開度が減少するほどＥＧＲ量は減少する。（ｂ）ＷＧＶ３４は、開弁によるＥＧＲ量への影響が早く、閉弁によるＥＧＲ量への影響が遅い。また、バルブ開度が減少するほどＥＧＲ量は増加し、バルブ開度が増加するほどＥＧＲ量は減少する。（ｃ）吸気ＶＶＴ５６は油圧により動作速度が変化する。また、吸気バルブ２０のバルブタイミングを中間位置（基準位置）に近づけるほどＥＧＲ量は増加し、中間位置から進角又は遅角させるほどＥＧＲ量は減少する。（ｄ）排気ＶＶＴ５８は油圧により動作速度が変化する。また、排気バルブ２２のバルブタイミングを中間位置（基準位置）に近づけるほどＥＧＲ量は増加し、中間位置から進角又は遅角させるほどＥＧＲ量は減少する。（ｅ）吸気バルブ２０の作用角は、ＥＧＲバルブ３０等に比して動作速度が早い。また、作用角が増加するほどＥＧＲ量は増加し、作用角が減少するほどＥＧＲ量は減少する。（ｆ）スロットルバルブ４４は、ＥＧＲバルブ３０やＷＧＶ３４等に比して動作速度が早い。また、バルブ開度が減少するほどＥＧＲ量は増加し、バルブ開度が増加するほどＥＧＲ量は減少する。
　このようなアクチュエータの特性に基づいて、ＥＣＵ５０には、ＥＧＲ量が減少する方向に制御される動作速度の遅いアクチュエータの動作順番を、ＥＧＲ量が増大する方向に制御される動作速度の速いアクチュエータの動作順番よりも優先できるように優先順番が予め設定されている。
　ところで、上述のようなアクチュエータの動作制限は、ＥＧＲ量がオーバーシュートしない場合には必要がない。そのため、複数のアクチュエータを同時に動作させた場合に、ＥＧＲ量がオーバーシュートすると推定される場合にのみ実行することが望ましい。そこで、本実施形態のシステムでは、運転条件の変化に応じたＥＧＲ量の変化過程を推定し、過渡的なＥＧＲ量変化が許容できない場合に、ＥＧＲ量を増大させるアクチュエータの動作に制限を加えることとする。
（ＥＧＲ量の変化過程の推定方法）
　ここで、ＥＧＲ量の変化過程の推定方法について説明する。ＥＧＲ量の変化過程は、過渡運転中の各時刻におけるＥＧＲガス流量から推定することができる。ＥＧＲガス流量は（１）式に基づいて算出することができる。（１）式において、ＧｅｇｒはＥＧＲガス流量の相関値を、ΔＰはＥＧＲバルブ３０の前後差圧を、ＳｅｇｒはＥＧＲバルブ３０の通路面積を意味する。
　Ｇｅｇｒ＝ΔＰ×Ｓｅｇｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
　ＥＧＲバルブ３０の前後差圧ΔＰは、背圧（タービン２４ａ上流の排気圧力）Ｐｅｘと吸気圧Ｐｉｎは吸気圧Ｓｅｇｒとの差で表せる。そのため、ＥＧＲガス流量の相関値Ｇｅｇｒは（２）式に基づいて算出することができる。
　Ｇｅｇｒ＝（Ｐｅｘ－Ｐｉｎ）×Ｓｅｇｒ　　　　　　　　　　　　　…（２）
　（２）式の背圧Ｐｅｘは、外部ＥＧＲなし時の背圧であり予め記憶されたマップから取得される。具体的には、ＥＣＵ５０には、ＷＧＶ３４の開閉条件毎にエンジン回転数と負荷率と背圧Ｐｅｘとの関係を定めたマップが予め記憶されている。エンジン回転数はクランク角センサ５２の検出値から算出される。負荷率は、例えば吸入空気量や吸気圧等に基づいて算出される。ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３４の開閉条件とエンジン回転数と負荷率とを入力パラメータとして、マップから背圧Ｐｅｘを取得する。
　また、（２）式の吸気圧Ｐｉｎは、外部ＥＧＲなし時の吸気圧であり予め記憶されたマップから取得される。具体的には、ＥＣＵ５０には、吸気ＶＶＴ５６の角度と排気ＶＶＴ５８の角度との組み合わせ毎に、エンジン回転数と負荷率と吸気圧Ｐｉｎとの関係を定めたマップが予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、吸気ＶＶＴ５６の角度（中央位置から進角又は遅角させた角度）と、排気ＶＶＴ５８の角度（中央位置から進角又は遅角させた角度）と、エンジン回転数と、負荷率とを入力パラメータとして、マップから吸気圧Ｐｉｎを取得する。
　さらに、（２）式におけるＥＧＲバルブ３０の通路面積Ｓｅｇｒは（３）式に基づいて算出することができる。ＳｅｇｒはＥＧＲバルブ開度に相関するＥＧＲバルブ３０の通路面積の相関値である。同様にＷＧＶ３４、スロットルバルブ４４等の各時刻の開度も、現在位置と各アクチュエータの動作速度から算出し、上記マップの入力パラメータとする。
　Ｓｅｇｒ＝現在の開度＋時間×ＥＧＲバルブ動作速度　　　　　…（３）
　以上より（２）式に基づいて、ＥＧＲ量が現在のＥＧＲ量から目標ＥＧＲ量に変化するまでの間の各時刻におけるＥＧＲガス流量の相関値Ｇｅｇｒを算出することができる。このように将来のＥＧＲ量の変化過程を推定することができる。このＥＧＲ量の変化過程において、ＥＧＲガス流量の相関値Ｇｅｇｒが許容値（例えば、過渡運転となる前の定常運転におけるＥＧＲ量）を超える場合には、過渡的なＥＧＲ量変化を許容できないと判断することができる。
　そこで、本実施形態のシステムでは、過渡運転時におけるＥＧＲ量の変化過程を（２）式に基づいて推定し、その変化過程におけるＥＧＲ量が許容値を超えると予想される場合に、ＥＧＲ量を減少させるアクチュエータを先に動作させることとする。一方、ＥＧＲ量が許容値を超えないと予想される場合には、各アクチュエータを同時に動作させることとする。
（制御ルーチン）
　図４は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、運転条件に変化があるか否かが判定される。定常運転が継続している場合には、本ルーチンの処理は終了される。
　一方、運転条件に変化があると判定された場合には、次に、現在のＥＧＲ量から目標ＥＧＲ量に変化するまでのＥＧＲ量の変化過程が推定される（ステップＳ１１０）。なお、目標ＥＧＲ量は運転条件に応じて設定され、ＥＧＲ量の変化過程は上述した推定方法により推定される。
　次に、ＥＧＲ量の変化過程においてＥＧＲ量が許容値よりも大きくなるか否かが判定される（ステップＳ１２０）。許容値には、過渡運転となる前の定常運転におけるＥＧＲ量よりも大きい値であり、目標ＥＧＲ量よりも大きい値が設定される。変化過程におけるＥＧＲ量が許容値以下であると判定された場合には、本ルーチンの処理は終了される。その後、他のルーチンにおいて、運転条件に応じて動作量が設定された複数のアクチュエータの動作が同時に開始される。
　一方、変化過程におけるＥＧＲ量が許容値よりも大きいと判定された場合には、まず、ＥＧＲ減少影響のあるアクチュエータを動作させる（ステップＳ１３０）。上述したように、ＥＣＵ５０は、アクチュエータの動作に関して優先順番を予め記憶しており、優先順番の早いアクチュエータを先に動作させる。
　次に、ＥＧＲ量減少影響のあるアクチュエータが動作済みであるか否かが判定される（ステップＳ１４０）。動作済みでない場合には、動作完了を確認するまで待つ。
　ステップＳ１４０において、ＥＧＲ量減少影響のあるアクチュエータが動作済みであると判定された場合には、その他のすべてのアクチュエータを動作させる（ステップＳ１５０）。その後、本ルーチンの処理は終了される。
　以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、過渡運転時におけるＥＧＲ量の変化過程を推定し、その変化過程におけるＥＧＲ量が許容値を超えると予想される場合には、ＥＧＲ量減少影響のあるアクチュエータを先に動作させる。そのため、ＥＧＲ量が過剰となることを抑制し、過剰なＥＧＲ量増加による燃焼不安定化を抑制することができる。また、ＥＧＲ量が許容値を超えないと予想される場合には、各アクチュエータを同時に動作させる。そのため、ＥＧＲ量が過剰となることなく、早期に目標ＥＧＲ量を達成することができる。
　ところで、上述した実施の形態１のシステムにおける、ＥＧＲ量の変化過程の推定方法は、上述した推定方法に限定されるものではなく、他の推定方法に置き換えることとしても良い。
　尚、上述した実施の形態１においては、ＷＧＶ３４が前記第４の発明における「ウェイストゲートバルブ」に、ＥＧＲバルブ３０が前記第４の発明における「ＥＧＲバルブ」に、スロットルバルブ４４が前記第４の発明における「スロットル」に、それぞれ相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１１０の処理を実行することにより前記第３の発明における「推定手段」が、上記ステップＳ１２０の処理を実行することにより前記第３の発明における「判定手段」が、上記ステップＳ１２０およびステップＳ１５０の処理を実行することにより前記第３の発明における「アクチュエータ同時制御手段」が、上記ステップＳ１４０およびステップＳ１５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「アクチュエータ順次制御手段」が、それぞれ実現されている。
１０　内燃機関
１２　インジェクタ
１６　吸気通路
１８　排気通路
２０　吸気バルブ
２２　排気バルブ
２４　ターボチャージャ
２４ａ　タービン
２４ｂ　コンプレッサ
２６　外部ＥＧＲ通路
３０　ＥＧＲバルブ
３０　ＥＧＲバルブ
３２　バイパス通路
３４　ＷＧＶ
３６　触媒
４０　エアフローメータ
４４　スロットルバルブ
４８　吸気圧力センサ
５２　クランク角センサ
５４　アクセル開度センサ
５６　吸気ＶＶＴ（ＩＮ－ＶＶＴ）
５８　排気ＶＶＴ（ＥＸ－ＶＶＴ）

Claims (4)

  1. 　運転条件の変化に応じて、ＥＧＲ量に影響する複数のアクチュエータの動作量を設定する設定手段と、
    　前記複数のアクチュエータの動作量が設定された場合に、ＥＧＲ量（外部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ量の少なくとも一方をいう。以下同じ。）を減少させるアクチュエータの動作を開始させた後、ＥＧＲ量を増加させる他のアクチュエータの動作を開始させるアクチュエータ順次制御手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　前記アクチュエータ順次制御手段は、前記複数のアクチュエータの動作量が設定された場合に、ＥＧＲ量を減少させるアクチュエータの動作を完了させた後、ＥＧＲ量を増加させるアクチュエータの動作を開始させること、
    　を特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
  3. 　前記設定された複数のアクチュエータの動作量に応じて、前記複数のアクチュエータの動作が同時に開始した場合のＥＧＲ量の変化過程を推定する推定手段と、
    　前記変化過程においてＥＧＲ量が許容値よりも大きくなる場合に判定条件が成立する判定手段と、
    　前記判定条件が成立しない場合に、前記複数のアクチュエータの動作を同時に開始させるアクチュエータ同時制御手段と、を更に備え、
    　前記アクチュエータ順次制御手段は、前記判定条件が成立する場合に、ＥＧＲ量を減少させるアクチュエータの動作を完了させた後、ＥＧＲ量を増加させるアクチュエータの動作を開始させること、
    　を特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
  4. 　前記複数のアクチュエータは、少なくとも、
    　前記内燃機関の排気通路に配置された過給機の上流と下流とをバイパスするバイパス通路を任意に開閉可能なウェイストゲートバルブと、
    　前記過給機の上流の前記排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を任意に開閉可能なＥＧＲバルブと、
    　前記吸気通路を任意に開閉可能なスロットルと、を含むこと、
    　を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
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