JP2009264210A - 内燃機関制御装置及び内燃機関制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】低雰囲気圧条件下でも低エミッションと燃焼安定性とを両立できる内燃機関制御装置及び内燃機関制御システムを提供する。
【解決手段】排気の一部が排気通路から吸気通路に還流する外部ＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁等の外部ＥＧＲ調整装置と、既燃ガスの一部が気筒内に残留する内部ＥＧＲ量を調整するバルブタイミング可変機構等の内部ＥＧＲ調整装置）と、を備える内燃機関に適用され、外部ＥＧＲ調整装置及び内部ＥＧＲ調整装置の作動を制御することで、外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を制御するＥＧＲ外内比率制御手段Ｓ３０，Ｓ４０と、雰囲気圧を取得する雰囲気圧取得手段Ｓ１０と、を備える。そして、ＥＧＲ外内比率制御手段Ｓ３０，Ｓ４０は、取得した雰囲気圧に応じて前記比率を可変制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、排気の一部を排気通路から吸気通路に還流させる手段を備える内燃機関に適用された、内燃機関制御装置及び内燃機関制御システムに関する。

従来より、排気の一部を排気通路から吸気通路に還流させることで、排気中のＮＯｘ成分を減少させることを図ったＥＧＲシステムが知られている（特許文献１等参照）。しかしながら、例えば内燃機関を搭載した車両が高地（例えば標高１０００ｍ）を走行するような場合には雰囲気圧が低くなるため、気筒に流入される吸入空気の質量流量が少なくなる。すると、吸気中の酸素量が少なくなるので、燃焼状態を安定させるにはＥＧＲシステムによる還流量（ＥＧＲ量）を減少せざるを得ない。しかしその背反として、ＮＯｘ低減効果を十分に発揮できなくなる。
特開平９−５３５１９号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低雰囲気圧条件下でも低エミッションと燃焼安定性とを両立できる内燃機関制御装置及び内燃機関制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、排気の一部が排気通路から吸気通路に還流する外部ＥＧＲ量を調整する外部ＥＧＲ調整装置と、既燃ガスの一部が気筒内に残留する内部ＥＧＲ量を調整する内部ＥＧＲ調整装置と、を備える内燃機関に適用され、前記外部ＥＧＲ調整装置及び前記内部ＥＧＲ調整装置の作動を制御することで、前記外部ＥＧＲ量と前記内部ＥＧＲ量との比率を制御するＥＧＲ外内比率制御手段と、前記内燃機関の雰囲気圧を取得する雰囲気圧取得手段と、を備え、前記ＥＧＲ外内比率制御手段は、取得した前記雰囲気圧に応じて前記比率を可変制御することを特徴とする。

本発明者らは、排気の一部を排気通路から吸気通路に還流させる外部ＥＧＲ量と、既燃ガスの一部を気筒内に残留させる内部ＥＧＲ量との比率に着目し、この比率を変えれば、低雰囲気圧条件下であっても、外部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ量の総量（以下「総ＥＧＲ量」と呼ぶ）を大きく減少させることなく、燃焼の安定性を確保できる、との知見を得た。この知見に鑑みた上記請求項１記載の発明によれば、雰囲気圧に応じて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を可変制御するので、低雰囲気圧条件下であっても、総ＥＧＲ量を大きく減少させることなく燃焼の安定性を確保でき、低エミッションと燃焼安定性とを両立できる。

上記知見をさらに詳細に説明すると、総ＥＧＲ量が同じであっても内部ＥＧＲ量の比率を高くするほど気筒内の温度は上昇する。そして、筒内温度が上昇すれば着火安定性が向上して燃焼安定性を向上できる。但し、筒内温度が高すぎると排気中にスモークが発生する。また、内燃機関の制御状態が同じであれば、雰囲気圧が低いほど吸入空気の酸素量が低下して筒内温度は低下する。この点を鑑みた請求項２記載の発明では、雰囲気圧が低いほど内部ＥＧＲ量の比率を高くすることを特徴とするので、雰囲気圧が低くなっても筒内温度が低下することを抑制して燃焼安定性を向上できる。なお、雰囲気圧が高くなってくれば内部ＥＧＲ量の比率を低くすることとなるので、上述したスモーク発生を回避できる。

ところで、過給機を備える内燃機関においては、外部ＥＧＲ量が少なくなれば過給機に供給される駆動源としての排気量は増えるので、過給圧を上昇させて吸入空気の質量流量を増大でき、ひいては吸気中の酸素量を増大できる。したがって、雰囲気圧が低いほど内部ＥＧＲ量の比率を高くする請求項２記載の発明を、請求項３記載の如く過給機を備える内燃機関に適用させれば、雰囲気圧が低いほど過給圧を上昇させて吸気中の酸素量を増大できるので、燃焼安定性を向上でき好適である。

請求項４記載の発明では、前記内部ＥＧＲ調整装置は、バルブタイミング可変機構、排気管バルブ、及び過給圧制御機構の少なくとも１つを備えて構成されていることを特徴とする。例えば、排気バルブの閉タイミングを早くするようバルブタイミング可変機構の作動を制御すれば、内部ＥＧＲ量を容易に増大できる。また、排気流出量を減少させるよう排気管バルブを閉塞側に作動させれば、内部ＥＧＲ量を容易に増大できる。また、排気の流体エネルギを駆動力に変換する割合を大きくするよう過給圧制御機構の作動を制御すれば、内部ＥＧＲ量を容易に増大できる。

なお、「排気の流体エネルギを駆動力に変換する割合を設定変更可能に構成」の具体例としては、容量可変型のターボチャージャが挙げられ、より具体的には、ターボチャージャを構成するタービンホイールに可変ベーンを設ける構成や、タービンホイールに向けて排気を吹き出す吹出口に吹出量を調整する可変フラップを備える構成等が挙げられる。

請求項５記載の発明は、上記内燃機関制御装置と、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を介して排気の一部を気筒に還流させる外部ＥＧＲ調整装置、既燃ガスの一部を前記気筒内に残留させる内部ＥＧＲ調整装置、及び雰囲気圧を検出する雰囲気圧検出センサの少なくとも１つと、を備えることを特徴とする内燃機関制御システムである。この内燃機関制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。

以下、本発明にかかる内燃機関制御装置を、車両に搭載された圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、エンジンの吸排気系システムの構成について、図１を用いて説明する。当該エンジンは、排気系から吸気系に排気を還流させるＥＧＲ配管１０を備えており、排気の一部を吸気管１１に戻すことで、燃焼室１２における燃焼温度を下げて排ガス中のＮＯＸ低減等を図っている。

ＥＧＲ配管１０には、ＥＧＲ流量を調整するＥＧＲ流量調整装置１３が備えられている。ＥＧＲ流量調整装置１３は、ＥＧＲ配管１０の流路断面開度を調整するＥＧＲ弁１３ａと、ＥＧＲ弁１３ａを駆動させる電動モータ１３ｂと、を備えて構成されている。そして、ＥＧＲ弁１３ａを全開作動させるとＥＧＲ流量は最大となり、全閉作動させるとＥＧＲ流量はゼロとなる。

ＥＧＲ配管１０のうちＥＧＲ弁１３ａの下流側部分には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１４が備えられている。このようにＥＧＲガスを冷却することで、ＥＧＲガスの体積減少（密度上昇）を図り、これによって燃焼室１２に流入する吸気の充填効率向上を図っている。

ＥＧＲ配管１０のうちＥＧＲ弁１３ａの下流側部分には、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１４に対して迂回させるバイパス配管１５が備えられているとともに、ＥＧＲガスの流れをＥＧＲクーラ１４とバイパス配管１５とに切り替える切替装置１６が備えられている。

切替装置１６は、ＥＧＲ配管１０のうちＥＧＲクーラ１４への流入口１０ａとバイパス配管１５への流入口１０ｂとを切替開閉する切替弁１６ａと、切替弁１６ａを駆動させる電動モータ１６ｂと、を備えて構成されている。

切替弁１６ａは、両流入口１０ａ，１０ｂを単に切替開閉するのみならず、両流入口１０ａ，１０ｂを開口させた中間開度位置においてその開度を調整することで、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１４へ流通させる流量とバイパス配管１５により迂回させる流量との流通割合を調整している。これにより、ＥＧＲクーラ１４の下流側にてバイパス配管１５と合流した部分における、ＥＧＲガスの温度が調整されることとなる。これによれば、ＥＧＲガスの温度を最適値に調整して、ＥＧＲガスを還流させることによるＮＯＸ低減の効果を向上させることができる。

吸気管１１のうち、ＥＧＲ配管１０が接続される部分の上流側には、燃焼室１２に流入する吸気のうち新気の流量を調整するスロットル弁１７ａが備えられている。スロットル弁１７ａは電動モータ１７ｂにより開閉作動し、全開作動時に新気量は最大となる。

吸気管１１と排気管１８との間にはターボチャージャ１９（過給機）が配設されている。ターボチャージャ１９は、吸気管１１に設けられたコンプレッサインペラ１９ａと、排気管１８に設けられたタービンホイール１９ｂとを有し、それらがシャフト１９ｃにて連結されている。ターボチャージャ１９では、排気管１８を流れる排気によってタービンホイール１９ｂが回転し、その回転力がシャフト１９ｃを介してコンプレッサインペラ１９ａに伝達される。そして、コンプレッサインペラ１９ａにより、吸気管１１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。

また、本実施形態に係るターボチャージャ１９には、排気の流体エネルギをシャフト１９ｃの回転駆動力に変換する割合を設定変更可能にする容量可変型のターボチャージャが採用されている。具体的には、タービンホイール１９ｂには、吹き付けられる排気の流速を可変とするための複数の可変ベーン１９ｄ（過給圧制御機構）が設けられている。これらの可変ベーン１９ｄは互いに同期した状態で開閉動作する。そして、隣り合う可変ベーン１９ｄ間の隙間の大きさ、すなわち可変ベーン１９ｄの開度を変化させることで、前記排気流速を調整し、これによりタービンホイール１９ｂの回転速度が調整される。そして、タービンホイール１９ｂの回転速度が調整されることにより、燃焼室１２に強制的に供給される空気の量、すなわち過給圧が調整される。

ターボチャージャ１９にて過給された空気は、インタークーラ２０によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ２０によって吸入空気を冷却して体積減少（密度上昇）を図ることで、燃焼室１２に流入する吸気の充填効率向上を図っている。

吸気管１１のうちスロットル弁１７ａの上流側部分には、過給圧調整された吸気をインタークーラ２０に対して迂回させるバイパス配管２１が備えられているとともに、吸気の流れをインタークーラ２０とバイパス配管２１とに切り替える切替装置２２が備えられている。

切替装置２２は、吸気管１１のうちインタークーラ２０への流入口１１ａとバイパス配管２１への流入口１１ｂとを切替開閉する切替弁２２ａと、切替弁２２ａを駆動させる電動モータ２２ｂと、を備えて構成されている。また、切替弁１６ａは、両流入口１１ａ，１１ｂを単に切替開閉するのみならず、両流入口１１ａ，１１ｂを開口させた中間開度位置においてその開度を調整することで、吸気をインタークーラ２０へ流通させる流量とバイパス配管２１により迂回させる流量との流通割合を調整している。これにより、スロットル弁１７ａで流量調整される新気の温度が調整されることとなる。

吸気管１１のうちコンプレッサインペラ１９ａの上流側、かつ、エアクリーナ２３の下流側には、単位時間あたりに流入する吸入空気の質量流量ＭＡＦ（以下、単に吸入空気量又は吸気量と呼ぶ）を検出するエアフロメータ２４（吸気量センサ）が取り付けられている。

排気管１８のうちタービンホイール１９ｂの下流側には、排気を浄化する浄化装置２５が取り付けられている。浄化装置２５の具体例としては、排気中のＰＭを捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒や排気中のＨＣやＣＯを浄化する酸化触媒等が挙げられる。

排気管１８のうち浄化装置２５の下流側には、エンジン外部への排気流出量を制御する排気管バルブ２６ａが備えられている。排気管バルブ２６ａは電動モータ２６ｂにより開閉作動し、全開作動時に排気流出量は最大となる。

排気管１８のうち浄化装置２５の上流側には、排気中の酸素濃度を検出することで空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ２７が取り付けられている。Ａ／Ｆセンサ２７は、時々の排気中酸素濃度に応じた酸素濃度検出信号Ｏ２を出力する酸素濃度センサである。Ａ／Ｆセンサ２７のセンサ出力としての酸素濃度検出信号は、酸素濃度に応じてリニアに変化するように調整される。なお、Ａ／Ｆセンサ２７に替えて、排気がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号を出力する起電力出力型のＯ２センサを採用してもよい。

吸気管１１のうち、ＥＧＲ配管１０が接続される部分でありスロットル弁１７ａの下流側部分には、吸気圧Ｐ１（後述するターボチャージャの過給圧でもある）を検出する吸気圧センサ２８が備えられている。

上述した各種センサ２４，２７，２８、クランク角センサ３１、アクセルセンサ３２及び大気圧センサ３７（雰囲気圧センサ）等から出力される検出信号は、内燃機関制御装置として機能するエンジンＥＣＵ３３（電子制御ユニット）に入力される。ＥＣＵ３３はこれらの検出信号に基づき、以下の如く燃料噴射量、過給圧、ＥＧＲ弁１３ａの開度、スロットル弁１７ａの開度、排気管バルブ２６ａの開度、可変ベーン１９ｄの開度、及び切替弁１６ａ，２２ａの開度等を制御することでエンジン制御を行う。

ＥＣＵ３３に備えられたマイコン３３ａは、クランク角センサ３１から入力される検出信号に基づき、エンジンのクランク軸３４（出力軸）の回転速度（エンジン回転速度NE）を算出する。また、アクセルセンサ３２から入力される検出信号に基づき、運転者によるアクセルペダルの操作量（踏込み量）が算出される。そしてマイコン３３ａは、時々のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度NE）やアクセルペダル操作量等に基づき燃料の目標噴射量Qfinを算出し、その目標噴射量QfinとなるようインジェクタＩＮＪの作動を制御する。

ＥＣＵ３３のマイコン３３ａは、容量可変型ターボチャージャ１９の容量を調整することで過給圧を制御する。すなわち、前述の目標噴射量Qfin、及びエンジン回転速度NE等をパラメータとして、マップ等を用いて可変ベーン１９ｄの目標開度を算出する。そして、目標開度となるよう図示しないアクチュエータを駆動制御することにより、可変ベーン１９ｄが目標開度となるよう制御する。なお、エンジン回転速度NEが高いほど、或いは目標噴射量Qfinが多いほど目標開度は大きく設定され、ひいては過給圧が増加する。さらにＥＣＵ３３は、吸気圧センサ２８により検出した過給圧Ｐ１の値が目標値に近づくよう、可変ベーン１９ｄの開度をフィードバック制御する。

ＥＣＵ３３のマイコン３３ａはＥＧＲ弁１３ａの開度を制御することで、排気管１８からＥＧＲ配管１０に流入して還流するＥＧＲ流量を制御する。すなわち、前述の目標噴射量Qfin及びエンジン回転速度NE等をパラメータとして、マップ等を用いて排気中の酸素濃度（排気酸素濃度）の目標値（目標排気酸素濃度）を算出する。そして、Ａ／Ｆセンサ２７により検出された排気酸素濃度が目標排気酸素濃度に近づくよう目標ＥＧＲ率（新気量に対する後述の総ＥＧＲ量の比率）を設定し、その目標ＥＧＲ率となるようＥＧＲ弁１３ａの開度を算出する。つまり、排気酸素濃度及び目標排気酸素濃度の偏差に基づきＥＧＲ弁１３ａの開度をフィードバック制御していると言える。

ちなみに、ＥＧＲ量が過小の場合には十分なＮＯｘ低減効果が得られず、ＥＧＲ量が過大の場合には、気筒内の酸素が不足してパティキュレート（特にスモーク）が増加する。これを回避するためには、スモーク発生限界ぎりぎりまでＥＧＲ流量を増やし、スモークの発生なしでＮＯｘを低減させることが要求される。そこで、上記ＥＧＲ弁開度の制御により、パティキュレート、特にスモーク発生量と相関が強い排気酸素濃度を所定値以上とすることでスモーク発生ぎりぎりまでＥＧＲ流量を増やすよう、上述の目標排気酸素濃度は設定されている。また、浄化装置２５の状態に応じて目標排気酸素濃度は設定される。

さらに、本実施形態に係るエンジンには、排気バルブ３５の閉タイミングを可変制御するバルブタイミング可変機構４０が備えられている。以下、図２を用いてバルブタイミング可変機構４０の構成を説明する。

上記排気バルブ３５を駆動させる排気側カム軸３６は、クランク軸３４から動力を付与されており、クランク軸３４が２回転する毎に１回転して、排気バルブ３５を１回開閉駆動させる。ただし、排気側カム軸３６は、バルブタイミング可変機構４０を介してクランク軸３４と連結されている。このため、クランク軸３４の回転角度に対する排気バルブ３５の開閉弁タイミングを可変とすることが可能となっている。

詳しくは、クランク軸３４の動力は、図示しないベルト、バルブタイミング可変機構４０を介して排気側カム軸３６に伝達される。バルブタイミング可変機構４０は、クランク軸３４と機械的に連結される第１の回転体４４と、カム軸３６と機械的に連結される第２の回転体４６とを備えている。そして、本実施形態では、第２の回転体４６が複数の突起部４６ａを備えて且つ、第１の回転体４４内に第２の回転体４６が収納されている。そして、第２の回転体４６の突起部４６ａと第１の回転体４４の内壁とによって、クランク軸３４に対するカム軸３６の相対的な回転角度（回転位相差）を遅角させるための遅角室４８と、同回転位相差を進角させるための進角室５０とが区画形成されている。

バルブタイミング可変機構４０は、遅角室４８及び進角室５０との間のオイルの流出入によって油圧駆動される。このオイルの流出入は、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ６０）によって調節される。

ＯＣＶ６０は、油圧ポンプ７０によって、オイルパン７２内のオイルを、供給経路６１及び遅角経路６２又は進角経路６３を介して遅角室４８又は進角室５０へと供給する。また、ＯＣＶ６０は、遅角室４８又は進角室５０から遅角経路６２又は進角経路６３及び排出経路６４を介してオイルパン７２へとオイルを流出させる。そして、上記遅角経路６２又は進角経路６３と供給経路６１又は排出経路６４との流路面積は、スプール６５によって調節される。すなわち、スプール６５は、スプリング６６によって、図中、左側に押されており且つ、電磁ソレノイド６７によって図中、右側に向かう力が付与される。このため、電磁ソレノイド６７に操作信号を付与して且つ、この操作信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）を調節することで、スプール６５の変位量を操作することが可能となる。

つまり、ＥＣＵ３３は、前記操作信号を電磁ソレノイド６７に出力することで、電磁ソレノイド６７をデューティ制御する。これにより、バルブタイミング可変機構４０を油圧制御してクランク軸３４に対するカム軸３６の回転位相差を制御する。

ところで、車両が高地（例えば標高１０００ｍ）を走行する場合には雰囲気圧が低くなるため、エアクリーナ２３を通じて燃焼室１２に流入される吸入空気の質量流量が少なくなる。すると、吸気中の酸素量が少なくなり燃焼状態の安定性が悪化することが懸念される。この懸念に対し、ＥＧＲ配管１０により還流させる量を単純に減少させるだけでは、その背反として、還流によるＮＯｘ低減効果を十分に発揮できなくなる。

そこで本実施形態では、ＥＧＲ配管１０により還流させる量（上述してきたＥＧＲ量）を外部ＥＧＲ量とし、既燃ガスの一部を燃焼室１２に残留させる量を内部ＥＧＲ量とし、雰囲気圧に応じて、外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を可変設定する制御（ＥＧＲ外内比制御）を実施することで、以下に説明するように低エミッションと燃焼安定性との両立を図っている。

図３は、ＥＧＲ外内比制御の実行手順を示すフローチャートであり、マイコン３３ａにより所定周期（例えばＣＰＵの演算周期、又は所定クランク角毎）で繰り返し実行される。

先ず、ステップＳ１０において、大気圧センサ３７からの出力信号を取り込み、取り込んだ信号に基づき雰囲気圧（大気圧）を算出して取得する。続くステップＳ２０では、スロットル弁１７ａにより調整されて吸気管１１から流入する新気に対するＥＧＲ量の比率について、その比率の目標値である目標ＥＧＲ率を設定する。

このステップＳ１０で言う「ＥＧＲ量」とは、外部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ量の総量（総ＥＧＲ量）のことである。そして目標ＥＧＲ率は、先述した通りＡ／Ｆセンサ２７により検出された排気酸素濃度（空燃比）が目標排気酸素濃度（理論空燃比）に近づくよう設定される。或いは、目標噴射量Qfin又はアクセルペダル操作量等のエンジン負荷、及びエンジン回転速度NEに基づき、予め試験により得られた適合値をマップから取得して目標ＥＧＲ率を設定する。概ね、エンジン回転速度及びエンジン負荷が小さいほど目標ＥＧＲ率を大きくして総ＥＧＲ量を多くするように設定している。

続くステップＳ３０（ＥＧＲ外内比率制御手段）では、ステップＳ１０にて取得した雰囲気圧に基づき外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率（ＥＧＲ外内比率）を設定する。具体的には、図４（ａ）中の実線(1)に示すように、低雰囲気圧であるほど内部ＥＧＲ量を多くするようＥＧＲ外内比率を設定する。なお、図４（ａ）中の実線(2)は、ステップＳ２０にて設定された目標ＥＧＲ率に基づき算出した総ＥＧＲ量を示す。ちなみに、図４（ａ）中の一点鎖線(1')(2')は、従来制御の場合におけるＥＧＲ外内比率及び総ＥＧＲ量を示す。

続くステップＳ４０（ＥＧＲ外内比率制御手段）では、ステップＳ３０にて設定したＥＧＲ外内比率となるよう、内部ＥＧＲ量を調整する内部ＥＧＲ量調整手段の作動を制御する。内部ＥＧＲ量調整手段には、バルブタイミング可変機構４０、排気管１８に取り付けられた排気管バルブ２６ａ、及びターボチャージャ１９の可変ベーン１９ｄ等が挙げられる。

先ず、バルブタイミング可変機構４０について説明すると、内部ＥＧＲ量を増加させたい場合には、回転位相差を進角させる。これにより、排気バルブ３５の開閉タイミングが図５（ａ）中の点線位置から実線位置に変化することとなる。よって、排気バルブ３５の閉タイミング（図５（ａ）中の符号ｔ１に示すタイミング）が早くなる。その結果、既燃ガスのうち燃焼室１２から排出される量が減少して内部ＥＧＲ量が増加する。排気管バルブ２６ａについては、当該排気管バルブ２６ａの開度を小さくするほど既燃ガスのうち燃焼室１２から排出される量が減少して内部ＥＧＲ量が増加する。

次に、可変ベーン１９ｄについて説明すると、内部ＥＧＲ量を増加させたい場合には、排気の流体エネルギを駆動力に変換する割合を大きくするよう可変ベーン１９ｄの開度を変化させる。つまり、過給圧を大きくさせる側に可変ベーン１９ｄの開度を変化させる。すると、可変ベーン１９ｄによる排気の流通抵抗が大きくなるので、既燃ガスが燃焼室１２に残留しやすくなり内部ＥＧＲ量が増加する。

但し、目標ＥＧＲ率となるようにするためには、内部ＥＧＲ量の調整と協同して、外部ＥＧＲ量を調整する外部ＥＧＲ量調整手段の作動を制御する必要がある。外部ＥＧＲ量調整手段には、ＥＧＲ弁１３ａ及びスロットル弁１７ａ等が挙げられる。具体的には、外部ＥＧＲ量を増加させたい場合には、ＥＧＲ弁１３ａの開度を大きくし、スロットル弁１７ａの開度を小さくすればよい。

以上詳述した本実施形態によれば、雰囲気圧が低いほど内部ＥＧＲ量が多くなるようＥＧＲ内外比率を可変設定する。これにより、以下の２つの作用が生じることとなる。

（作用１）
すなわち、総ＥＧＲ量が同じであっても内部ＥＧＲ量の比率を大きくするほど気筒内の温度は上昇する。そして、筒内温度が上昇すれば着火安定性が向上して燃焼安定性を向上できる。但し、筒内温度が高すぎると排気中にスモークが発生する。一方、仮に、スロットル弁１７ａの開度や目標噴射量Qfin等のエンジン制御状態が同じであれば、雰囲気圧が低いほど吸入空気の酸素量が低下して筒内温度は低下する。

これらの点を鑑みた本実施形態では、雰囲気圧が低いほど内部ＥＧＲ量の比率を大きくするので、雰囲気圧が低くなっても筒内温度が低下することを抑制して燃焼安定性を向上できる。また、雰囲気圧が高くなってくれば内部ＥＧＲ量の比率を低くすることとなるので、上述したスモーク発生を回避できる。

なお、図４（ｃ）中の実線は、本実施形態における吸気量（総ＥＧＲ量＋新気量）と雰囲気圧との関係を示し、点線は、従来制御によるもので、ＥＧＲ内外比率を固定にしたまま雰囲気圧が低いほどＥＧＲ量を減少させて燃焼安定性を確保するものである。このように従来制御では、雰囲気圧が低くなるほどＥＧＲ量を大幅に減少せざるを得なかった（図４（ａ）中の一点鎖線(2')及び図４（ｃ）中の点線参照）。そのため、図４（ｄ）中の点線に示すように雰囲気圧が低くなるほどＮＯｘ発生量が大幅に増大していた。これに対し本実施形態によれば、図４（ａ）中の実線(2)及び図４（ｃ）中の実線に示すように、雰囲気圧低下に伴う総ＥＧＲ量の減少を抑制できるので、図４（ｄ）中の実線に示すように低雰囲気圧においてもＮＯｘ発生量の増大を抑制できる。

また、上述した作用１による筒内温度低下抑制の効果により、図４に示す例では、高地での筒内温度と平地での筒内温度とを略同一にできる。換言すれば、図４（ｃ）中のα１に示す分だけ、点線に示す従来制御に比べて総ＥＧＲ量を増加できる。

（作用２）
内部ＥＧＲ量の比率を高くすれば外部ＥＧＲ量が少なくなる。すると、タービンホイール１９ｂに供給される駆動源としての排気量は増えるので、過給圧を上昇させて吸入空気の質量流量を増大でき、ひいては吸気中の酸素量を増大できる。この点を鑑みた本実施形態では、雰囲気圧が低いほど内部ＥＧＲ量の比率を大きくするため、雰囲気圧が低いほど過給圧を上昇させて吸気中の酸素量を増大できるので、燃焼安定性を向上できる。そして、このような作用２による酸素量増大の効果により、図４（ｃ）中のα２に示す分だけ、点線に示す従来制御に比べて総ＥＧＲ量を増加できる。

ちなみに、本実施形態によれば上述の如く酸素量増大を図ることができるものの、図４（ｃ）中の二点鎖線に示すように、雰囲気圧が低くなるほど新気量は減少する。但し、前記酸素量増大の効果によりその減少を抑制できている。

以上により、雰囲気圧が低いほど内部ＥＧＲ量の比率を大きくする本実施形態によれば、上述した作用１による筒内温度低下抑制の効果及び作用２による酸素量増大の効果により、図４（ｃ）中のα１及びα２に示す分だけ、点線に示す従来制御に比べて総ＥＧＲ量を増加できる。よって、低雰囲気圧条件下であっても、総ＥＧＲ量を大きく減少させることなく燃焼の安定性を確保でき、低エミッションと燃焼安定性とを両立できる。

（他の実施形態）
上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下の各特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・図２に示すバルブタイミング可変機構４０では、回転位相差を進角させて排気バルブ３５の閉タイミングｔ１を早くすると、排気バルブ３５の開タイミングｔ０も早くなってしまうため、閉タイミングｔ１を早くするのに限界がある。そこで、閉タイミングｔ１のみを可変設定できるバルブタイミング可変機構を採用すれば、図５（ｂ）中の実線に示すように開タイミングｔ０を変化させることなく閉タイミングｔ１のみを早く設定できるので、内部ＥＧＲ量の最大増加量を大きくでき、好適である。

・図２に示すバルブタイミング可変機構４０は、クランク軸３４により作動する油圧ポンプ７０により作動する構造であるが、電動モータにより作動する構造のバルブタイミング可変機構を採用すれば、図５（ｂ）中の一点鎖線(2)に示すように吸気バルブのリフトアップ期間中に排気バルブ３５を僅かにリフトアップさせたり、一点鎖線(1)に示すように排気バルブ３５のリフトアップ期間中に吸気バルブを僅かにリフトアップさせることができる。これによれば、内部ＥＧＲ量の最大増加量を大きくでき、好適である。

・上記実施形態では、内部ＥＧＲ量調整手段を、バルブタイミング可変機構４０、排気管バルブ２６ａ及び可変ベーン１９ｄから構成しているが、例えば、これらのうち少なくとも１つにより内部ＥＧＲ量調整手段を構成するようにしてもよい。

・排気管１８に、タービンホイール１９ｂをバイパスするバイパス通路を設け、そのバイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを備えたエンジンに本発明を適用し、このウェイストゲートバルブを内部ＥＧＲ量調整手段として機能させてもよい。この場合、バイパス通路の流通量を減少させる向きにウェイストゲートバルブを作動させれば、排気の流通抵抗が大きくなるので、既燃ガスが燃焼室１２に残留しやすくなり内部ＥＧＲ量が増加する。

・上記実施形態ではディーゼルエンジンに適用させているが、点火式のガソリンエンジンに適用させてもよい。但しこの場合には、筒内に燃料を直接噴射させる直噴式のエンジン等、リーン状態の混合気を燃焼させるエンジンが望ましい。

・筒内温度を検出する手段、又は筒内圧センサ等により検出された物理量に基づき筒内温度を推定する手段を備え、検出又は推定した筒内温度が目標値となるよう内部ＥＧＲ量の割合をフィードバック制御すれば、スモークを生じさせることのない最大の総ＥＧＲ量に設定することを精度良くでき、好適である。

本発明の一実施形態が適用された、エンジンの吸排気系システムの構成を示す図。 図１に記載のバルブタイミング可変機構の構成を示す図。 図１に記載のＥＣＵにより実行される、ＥＧＲ外内比制御の実行手順を示すフローチャート。 図３に記載のＥＧＲ外内比制御による効果を説明する図。 図３に記載のＥＧＲ外内比制御による、バルブタイミング可変機構の作動を説明する図。

符号の説明

１３ａ…ＥＧＲ弁（外部ＥＧＲ調整装置）、１７ａ…スロットル弁（外部ＥＧＲ調整装置）、１９…ターボチャージャ（過給機）、１９ｄ…可変ベーン（過給圧制御機構（内部ＥＧＲ調整装置））、２６ａ…排気管バルブ（内部ＥＧＲ調整装置）、３３…内燃機関制御装置、３７…大気圧センサ（雰囲気圧センサ）、４０…バルブタイミング可変機構（内部ＥＧＲ調整装置）、Ｓ１０…雰囲気圧取得手段、Ｓ３０，Ｓ４０…ＥＧＲ外内比率制御手段。

Claims (5)

1. 排気の一部が排気通路から吸気通路に還流する外部ＥＧＲ量を調整する外部ＥＧＲ調整装置と、既燃ガスの一部が気筒内に残留する内部ＥＧＲ量を調整する内部ＥＧＲ調整装置と、を備える内燃機関に適用され、
   前記外部ＥＧＲ調整装置及び前記内部ＥＧＲ調整装置の作動を制御することで、前記外部ＥＧＲ量と前記内部ＥＧＲ量との比率を制御するＥＧＲ外内比率制御手段と、
   前記内燃機関の雰囲気圧を取得する雰囲気圧取得手段と、
   を備え、
   前記ＥＧＲ外内比率制御手段は、取得した前記雰囲気圧に応じて前記比率を可変制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記ＥＧＲ外内比率制御手段は、前記内燃機関の雰囲気圧が低いほど、前記外部ＥＧＲ量に対する前記内部ＥＧＲ量の比率を高くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 排気を駆動力として吸気を過給する過給機を備えた内燃機関に適用されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記内部ＥＧＲ調整装置は、
   前記気筒に取り付けられた排気バルブの閉タイミングを可変制御するバルブタイミング可変機構、
   排気管に取り付けられて前記内燃機関の外部への排気流出量を制御する排気管バルブ、
   及び、排気を駆動力として吸気を過給する過給機に設けられ、排気の流体エネルギを前記駆動力に変換する割合を可変制御する過給圧制御機構、
   の少なくとも１つを備えて構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置と、
   排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を介して排気の一部を気筒に還流させる外部ＥＧＲ調整装置、既燃ガスの一部を前記気筒内に残留させる内部ＥＧＲ調整装置、及び雰囲気圧を検出する雰囲気圧検出センサの少なくとも１つと、
   を備えることを特徴とする内燃機関制御システム。

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