JP2013530329A

JP2013530329A - エンジンの制御装置

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Publication number: JP2013530329A
Application number: JP2012553118A
Authority: JP
Inventors: 慶士丸山; 能将山口; 健太郎 ▲高▼木; 祐児松尾; 俊之小嶋; 裕之神野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2031-06-10
Also published as: US20130104540A1; CN102971512B; DE112011102184T5; CN102971512A; DE112011102184B4; US9080502B2; JP5348338B2; WO2012001888A1

Abstract

エンジン１は、排気行程中に吸気弁１４を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる動作、及び吸気行程中に排気弁１５を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる動作の少なくとも一方が実行される第１バルブ特性と、上記吸気弁１４のプレ開弁及び上記排気弁１５の再開弁のいずれもが実行されない第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構１８を備える。このエンジン１では、バルブ特性が第１バルブ特性であるときに、エンジン負荷の増大に伴って第２バルブ特性への切替要求があると検出された場合には、エンジン１の排気通路４０の圧力を低下させるための圧力低下動作が行われる（例えばレギュレートバルブ６８が開かれる）。これにより、エンジン負荷の増大に伴ってバルブ特性を第１バルブ特性から第２バルブ特性へ切り替える際に、気筒２内に充填される新気量を出来る限り早期に増大させることができる。

Description

本発明は、排気行程中に吸気弁を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる動作、及び吸気行程中に排気弁を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる動作の少なくとも一方が実行される第１バルブ特性と、上記吸気弁のプレ開弁及び上記排気弁の再開弁のいずれもが実行されない第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構を備えたエンジンに関する技術分野に属する。

従来より、例えば特許文献１に示されているように、燃焼改善等の目的で、吸気行程中に排気弁を排気行程中の開閉に続いて開弁（再開弁）させることにより、排気通路内の既燃ガス（排気ガス）を内部ＥＧＲガスとして気筒内に導入するようにしたエンジンが知られている。また、特許文献１には、排気行程中に吸気弁を開弁（プレ開弁）して、吸気通路に既燃ガスを導入し、次の吸気行程でその既燃ガスを新気と共に内部ＥＧＲガスとして気筒内に導入することが開示されている。このようなエンジンでは、排気行程中に吸気弁を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させるか、又は、吸気行程中に排気弁を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる第１バルブ特性と、上記吸気弁のプレ開弁及び上記排気弁の再開弁のいずれをも行わせない第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構を備えている。

特開２０００−１８６５１７号公報

上記エンジンでは、通常、エンジンの運転状態が低回転かつ低負荷の運転領域にあるときには、上記可変動弁機構によるバルブ特性が上記第１バルブ特性とされる一方、多くの新気量が必要である高負荷等の運転領域では、上記バルブ特性が上記第２バルブ特性とされる。

しかし、エンジン負荷の増大に伴ってバルブ特性を第１バルブ特性から第２バルブ特性へ切り替える際には、その切替えに伴うカム等の作動遅れにより、内部ＥＧＲ量の減少が遅れ、その結果、気筒内に充填される新気量の増大が遅れるという問題がある。このような新気量の増大の遅れは、特にエンジンに対する加速要求度合いが所定値よりも大きい場合に、加速要求に対するレスポンスの低下を招くことになる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン負荷の増大に伴ってバルブ特性を第１バルブ特性から第２バルブ特性へ切り替える際に、気筒内に充填される新気量を出来る限り早期に増大させるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、排気行程中に吸気弁を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる動作、及び吸気行程中に排気弁を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる動作の少なくとも一方が実行される第１バルブ特性と、上記吸気弁のプレ開弁及び上記排気弁の再開弁のいずれもが実行されない第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構を備えたエンジンを対象とした制御装置である。この制御装置は、上記可変動弁機構によるバルブ特性が上記第１バルブ特性であるときに、エンジン負荷の増大に伴って上記第２バルブ特性への切替要求があるか否かを検出する切替要求検出部と、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンに供給される燃料量を上記第１バルブ特性時よりも増量する燃料増量部と、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記可変動弁機構によるバルブ特性を、上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性へ切り替えるバルブ特性切替部と、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンの排気通路の圧力を低下させるための圧力低下動作を行う排気圧力低下部と、を備えている。

上記の構成により、第１バルブ特性から第２バルブ特性への切替え中に、圧力低下部による圧力低下動作によって、内部ＥＧＲ量を減少させることができる。すなわち、吸気行程における排気弁の再開弁による内部ＥＧＲ量は、排気通路の圧力に依存し、排気弁のリフト量及び開弁期間（開弁開始時期及び閉弁完了時期）が同じである場合、排気通路の圧力が低い方が高い場合に比べて内部ＥＧＲ量は少なくなる。また、排気行程中の吸気弁のプレ開弁による内部ＥＧＲ量についても、排気圧力に依存しており、排気通路の圧力が低い方が高い場合に比べて内部ＥＧＲ量は少なくなる。したがって、圧力低下部による圧力低下動作によって内部ＥＧＲ量を減少させ、これにより、気筒内へ充填される新気量を増大させることができる。よって、バルブ特性を第１バルブ特性から第２バルブ特性へ切り替える際に、気筒内に充填される新気量を早期に増大させることができる。

上記エンジンの制御装置において、上記エンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサと排気通路に配設されたタービンとを有する第１排気ターボ過給機と、上記第１排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第１排気バイパス通路と、上記第１排気バイパス通路に配設された第１排気バイパス弁と、上記第１排気バイパス弁の開度を制御する第１排気バイパス弁制御部と、を更に備え、上記排気圧力低下部は、上記第１排気バイパス弁制御部により構成され、上記排気圧力低下部による上記圧力低下動作は、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記第１排気バイパス弁の開度を上記第１バルブ特性時よりも大きい開度に制御する動作である、ことが好ましい。

このことにより、圧力低下動作を容易にかつ確実に行うことができる。また、例えば第１排気バイパス弁を第１バルブ特性時に全閉としておき、切替要求があると検出されたときに、全閉から少し開けるだけで、排気通路の圧力を比較的大きく低下させることができる。よって、気筒内に充填される新気量を早期に増大させることができる。

上記のように第１排気ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置においては、上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に配設されたコンプレッサと、上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも下流側に配設されたタービンとを有する第２排気ターボ過給機と、上記第２排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第２排気バイパス通路と、上記第２排気バイパス通路に配設された第２排気バイパス弁と、上記第２排気バイパス弁の開度を制御する第２排気バイパス弁制御部と、を更に備え、上記第２排気バイパス弁制御部は、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記第２排気バイパス弁の開度を上記第１バルブ特性時と同じ開度か又は上記第１バルブ特性時よりも小さい開度に制御するように構成されている、ことが好ましい。

こうすることで、圧力低下部による圧力低下動作に伴い第１排気バイパス弁の開度が大きくされて第１排気ターボ過給機が十分な過給力を発揮できなくなったとしても、第２排気バイパス弁の開度が大きくされない（通常、全閉に維持される）ので、第２排気ターボ過給機による過給促進が可能になる。

上記第１排気バイパス弁制御部は、上記可変動弁機構による上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性への切替えが完了する前に、上記第１排気バイパス弁の開度を上記圧力低下動作中の開度よりも小さい開度に制御するように構成されている、ことが好ましい。

このことにより、可変動弁機構による第１バルブ特性から第２バルブ特性への切替えの完了時点では、第１排気ターボ過給機が十分な過給力を発揮できるようになる。尚、第１排気バイパス弁の開度を小さくするタイミングは、圧力低下動作による効果が十分に得られかつ切替え完了時点で第１排気ターボ過給機が十分な過給力を発揮できるようなタイミングであって、切替完了の僅かに手前のタイミングであることが好ましい。

上記エンジンの制御装置において、上記切替要求検出部は、上記エンジンに対する加速要求度合いが所定値よりも大きいときに、上記切替要求があると検出するものである、ことが好ましい。

このように加速要求度合いが所定値よりも大きいときに、気筒内に充填される新気量を早期に増大させて、加速要求に対するレスポンスを向上させることができ、本発明の作用効果を有効に発揮させることができる。

また、本発明は、排気行程中に吸気弁を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる動作、及び吸気行程中に排気弁を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる動作の少なくとも一方が実行される第１バルブ特性と、上記吸気弁のプレ開弁及び上記排気弁の再開弁のいずれもが実行されない第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構を備えたエンジンを対象とした制御装置である。この制御装置は、上記エンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサと排気通路に配設されたタービンとを有する第１排気ターボ過給機と、上記第１排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第１排気バイパス通路と、上記第１排気バイパス通路に配設された第１排気バイパス弁と、上記第１排気バイパス弁の開度を制御する第１排気バイパス弁制御部と、上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に配設されたコンプレッサと、上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも下流側に配設されたタービンとを有する第２排気ターボ過給機と、上記第２排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第２排気バイパス通路と、上記第２排気バイパス通路に配設された第２排気バイパス弁と、上記第２排気バイパス弁の開度を制御する第２排気バイパス弁制御部と、上記可変動弁機構によるバルブ特性が上記第１バルブ特性であるときに、エンジン負荷の増大に伴って上記第２バルブ特性への切替要求があるか否かを検出する切替要求検出部と、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンに供給される燃料量を上記第１バルブ特性時よりも増量する燃料増量部と、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記可変動弁機構によるバルブ特性を、上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性へ切り替えるバルブ特性切替部と、を備えている。上記第１排気バイパス弁制御部は、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記第１排気バイパス弁の開度を上記第１バルブ特性時よりも大きい開度に制御するように構成され、上記第２排気バイパス弁制御部は、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記第２排気バイパス弁の開度を上記第１バルブ特性時と同じ開度か又は上記第１バルブ特性時よりも小さい開度に制御するように構成されている。

この構成により、切替要求があると検出されたときに、第１排気バイパス弁の開度が第１バルブ特性時よりも大きくされるので、可変動弁機構による第１バルブ特性から第２バルブ特性への切替え中に、排気通路の圧力を低下させて、内部ＥＧＲ量を減少させることができ、この結果、気筒内へ充填される新気量を増大させることができる。例えば、第１排気バイパス弁を第１バルブ特性時に全閉としておき、切替要求があると検出されたときに、全閉から少し開けるだけで、排気通路の圧力を比較的大きく低下させることができる。よって、バルブ特性を第１バルブ特性から第２バルブ特性へ切り替える際に、気筒内に充填される新気量を早期に増大させることができる。さらに、第１排気バイパス弁の開度が大きくされることで第１排気ターボ過給機が十分な過給力を発揮できなくなったとしても、第２排気バイパス弁の開度が大きくされない（通常、全閉に維持される）ので、第２排気ターボ過給機による過給促進が可能になる。

さらに、本発明は、排気行程中に吸気弁を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる動作、及び吸気行程中に排気弁を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる動作の少なくとも一方が実行される第１バルブ特性と、上記吸気弁のプレ開弁及び上記排気弁の再開弁のいずれもが実行されない第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構を備えたエンジンを対象とした制御方法である。この制御方法には、上記可変動弁機構によるバルブ特性が上記第１バルブ特性であるときに、エンジン負荷の増大に伴って上記第２バルブ特性への切替要求があるか否かを検出する第１のステップと、上記第１のステップで上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンに供給される燃料量を上記第１バルブ特性時よりも増量する第２のステップと、上記第１のステップで上記切替要求があると検出されたときに、上記可変動弁機構によるバルブ特性を、上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性へ切り替える第３のステップと、上記第１のステップで上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンの排気通路の圧力を低下させるための圧力低下動作を行う第４のステップと、が含まれる。

以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によると、バルブ特性を第１バルブ特性から第２バルブ特性へ切り替える際に、気筒内に充填される新気量を早期に増大させることができ、特に加速要求時に、加速要求に対するレスポンスを向上させることができる。

本発明の実施形態に係る、エンジンの制御装置の概略構成を示す図である。第１バルブ特性と第２バルブ特性との切替えのための制御マップを示す図である。レギュレートバルブの開度と排気通路の圧力との関係を示すグラフである。可変動弁機構によるバルブ特性が第１バルブ特性であるときに、エンジン負荷の増大に伴って第２バルブ特性への切替要求があった場合に、吸気絞り弁、ホットＥＧＲ弁、レギュレートバルブ及びウエストゲートバルブが制御ユニットによりそれぞれどのように制御されるかを示すフローチャートである。制御ユニットの制御に基づく吸気絞り弁、ホットＥＧＲ弁、レギュレートバルブ及びウエストゲートバルブの各動作、並びに、目標トルク、実トルク、空気充填量及び排気通路の圧力の変化の様子を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る、エンジン１の制御装置の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されたディーゼルエンジンであって、複数の気筒２（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配設されたシリンダヘッド４と、シリンダブロック３の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン９とを有している。このエンジン１の各気筒２内には、ピストン５が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン５の頂面には深皿形（トロイダル形）燃焼室６が形成されている。このピストン５は、コンロッド７を介してクランク軸８と連結されている。

上記シリンダヘッド４には、各気筒２毎に吸気ポート１２及び排気ポート１３が形成されている。吸気ポート１２は、シリンダヘッド４の燃焼室６側の面（下面）と、シリンダヘッド４の一側の側面（吸気側の側面）とに開口し、排気ポート１３は、シリンダヘッド４の燃焼室６側の面と、シリンダヘッド４の他側の側面（排気側の側面）とに開口している。

また、シリンダヘッド４には、吸気ポート１２及び排気ポート１３の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１４及び排気弁１５がそれぞれ配設されている。吸気弁１４及び排気弁１５は弁駆動機構１７により駆動されて、吸気ポート１２及び排気ポート１３の燃焼室６側の開口をそれぞれ開閉する。

さらに、上記シリンダヘッド４には、燃料を噴射するインジェクタ２０と、エンジン１の冷間時に吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ２５とが設けられている。上記インジェクタ２０は、その燃料噴射口が燃焼室６の天井面から該燃焼室６に臨むように配設されていて、圧縮行程上死点付近で燃焼室６に燃料を直接噴射供給するようになっている。尚、インジェクタ２０は、燃料供給管２１を介して不図示のコモンレールに連結されていて、該燃料供給管２１及びコモンレールを介して不図示の燃料タンクからインジェクタ２０に燃料が供給される。余剰燃料は、リターン管２２を通じて燃料タンクへ戻される。

上記シリンダヘッド４の上記一側の側面（吸気側の側面）には、各気筒２の吸気ポート１２に連通するように吸気通路３０が接続されている。この吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されており、このエアクリーナ３１で濾過した吸入空気が吸気通路３０及び吸気ポート１２を介して各気筒２内に供給される。吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒２毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒２の吸気ポート１２にそれぞれ接続されている。

また、上記吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと第２排気ターボ過給機６２のコンプレッサ６２ａとが配設されており、第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａの方が第２排気ターボ過給機６２のコンプレッサ６２ａよりも下流側に位置する。これら両コンプレッサ６１ａ，６２ａの作動により吸入空気の過給を行う。そして、吸気通路３０には、第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａをバイパスする吸気バイパス通路６４が接続され、この吸気バイパス通路６４には、該吸気バイパス通路６４へ流れる空気量を調整するための吸気バイパス弁６５が配設されている。尚、本実施形態では、第２排気ターボ過給機６２のコンプレッサ６２ａをバイパスするバイパス通路は設けられてはいないが、このようなバイパス通路を設けるとともに、該バイパス通路に吸気バイパス弁６５と同様の弁を設けるようにしてもよい。

さらに、上記吸気通路３０における第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａとサージタンク３３との間には、上流側から順に、上記両コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、上記各気筒２の燃焼室６への吸入空気量を調節する吸気絞り弁３７とが配設されている。

上記シリンダヘッド４の上記他側の側面（排気側の側面）には、各気筒２内から既燃ガス（排気ガス）を排出するための排気通路４０が接続されている。この排気通路４０の上流側の部分は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１３に上流端が接続される独立通路と該各独立通路の下流端どうしが集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気マニホールドよりも下流側の排気通路４０に、上記第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂと第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂとが配設されており、第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂの方が第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂよりも上流側に位置する。これらタービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これらタービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された上記コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。

上記第１排気ターボ過給機６１は小型のものであり、第２排気ターボ過給機６２は大型のものである。すなわち、第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂの方が第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂよりもイナーシャが小さくて高速で回転する。

上記排気通路４０には、第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂをバイパスする第１排気バイパス通路６７と、第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂをバイパスする第２排気バイパス通路６９とが接続されている。第１排気バイパス通路６７には、該第１排気バイパス通路６７へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６８（第１排気バイパス弁）が配設され、第２排気バイパス通路６９には、該第２排気バイパス通路６９へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ７０（第２排気バイパス弁）が配設されている。

上記排気通路４０における上記第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４３が配設されている。この排気浄化装置４３は、上流側の酸化触媒部４３ａ及び下流側のディーゼルパティキュレートフィルタ４３ｂで構成されている。尚、排気通路４０の下流端部（排気浄化装置４３よりも下流側）には、サイレンサー４８が設けられている。

上記吸気通路３０における上記サージタンク３３と吸気絞り弁３７との間の部分（つまり第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも下流側部分）と、上記排気通路４０における上記排気マニホールドと第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂとの間の部分（つまり第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０によって接続されている。このＥＧＲ通路５０は、高温の排気ガスを、冷却しないでそのまま外部ＥＧＲガスとして吸気通路３０に還流するためのホットＥＧＲ通路５１と、比較的低温の排気ガス（後述のＥＧＲクーラ５５によって冷却されて低温になった排気ガス）を、外部ＥＧＲガスとして吸気通路３０に還流するためのコールドＥＧＲ通路５２とで構成されている。ホットＥＧＲ通路５１及びコールドＥＧＲ通路５２には、当該各通路を介した吸気通路３０への還流量を調整するためのホットＥＧＲ弁５３及びコールドＥＧＲ弁５４がそれぞれ配設されている。また、コールドＥＧＲ通路５２には、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５５が配設されている。

上記弁駆動機構１７には、排気通路４０内の既燃ガス（排気ガス）を気筒２内に導入する操作（内部ＥＧＲ）を実行するときに選択される第１バルブ特性と、上記内部ＥＧＲを停止するときに選択される第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構１８が設けられている。具体的に、第１バルブ特性のとき、可変動弁機構１８は、排気行程中に吸気弁１４を吸気行程での開弁時期に先立って開弁（プレ開弁）させる動作、及び吸気行程中に排気弁１５を排気行程中の開閉に続いて開弁（再開弁）させる動作の少なくとも一方を実行する。これに対し、第２バルブ特性のとき、可変動弁機構１８は、上記吸気弁１４のプレ開弁及び上記排気弁１５の再開弁のいずれをも実行させない。

本実施形態では、第１バルブ特性は、吸気行程中に排気弁１５を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる特性であり、かつ第２バルブ特性は、吸気行程中に上記排気弁１５の上記再開弁を行わせない特性である。すなわち、第１バルブ特性では、吸気行程中に吸気弁１４と共に排気弁１５を開閉動作させ、圧縮及び膨張行程では、吸気弁１４及び排気弁１５を閉弁状態に維持し、排気行程では、排気弁１５のみを開閉動作させる（吸気弁１４は開閉動作させないで閉弁状態に維持する）。一方、第２バルブ特性は、通常のバルブ特性であり、この特性では、吸気行程中に吸気弁１４のみを開閉動作させ（排気弁１５は開閉動作させないで閉弁状態に維持する）、圧縮及び膨張行程では、吸気弁１４及び排気弁１５を閉弁状態に維持し、排気行程では、排気弁１５のみを開閉動作させる（吸気弁１４は開閉動作させないで閉弁状態に維持する）。上記第１バルブ特性では、吸気行程中の排気弁１５の再開弁に伴い排気通路４０内の既燃ガス（排気ガス）が上流側に逆流することで、当該既燃ガスが内部ＥＧＲガスとして気筒２内に導入される。上記第１バルブ特性での吸気行程中における排気弁１５のリフト量は吸気弁１４のリフト量よりも小さい。これは、内部ＥＧＲ量が多くなり過ぎると、新気量の減少やスモークの増加等を招くからである。第１バルブ特性での内部ＥＧＲ量は、吸気絞り弁３７の開度によって、排気通路４０と吸気通路３０との差圧を変化させることで調整する。

尚、第１バルブ特性が、排気行程中に吸気弁１４を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる特性であり、かつ第２バルブ特性が、排気行程中に上記吸気弁１４の上記プレ開弁を行わせない特性であってもよい。この場合には、第１バルブ特性では、吸気行程中に吸気弁１４のみを開閉動作させ（排気弁１５は開閉動作させないで閉弁状態に維持する）、圧縮及び膨張行程では、吸気弁１４及び排気弁１５を閉弁状態に維持し、排気行程では、排気弁１５と共に吸気弁１４を開閉動作させる。一方、第２バルブ特性は、通常のバルブ特性であり、この特性では、吸気行程中に吸気弁１４のみを開閉動作させ（排気弁１５は開閉動作させないで閉弁状態に維持する）、圧縮及び膨張行程では、吸気弁１４及び排気弁１５を閉弁状態に維持し、排気行程では、排気弁１５のみを開閉動作させる（吸気弁１４は開閉動作させないで閉弁状態に維持する）。この場合、第１バルブ特性では、排気行程中の吸気弁１４の開弁により、吸気通路３０（独立通路）に既燃ガスが導入され、次の吸気行程でその既燃ガスが新気と共に内部ＥＧＲガスとして気筒２内に導入される。

或いは、第１バルブ特性が、排気行程中に吸気弁１４を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させつつ、吸気行程中に排気弁１５を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる特性であり、かつ第２バルブ特性が、排気行程中に上記吸気弁１４の上記プレ開弁を行わせないとともに吸気行程中に上記排気弁１５の上記再開弁を行わせない通常のバルブ特性であってもよい。

上記可変動弁機構１８の具体的な構成は、ここでは省略するが、上記特許文献１に記載された構成等を採用することができる。この場合、所定の切替アクチュエータによって可変動弁機構１８が駆動され、それに伴いバルブ特性が第１バルブ特性と第２バルブ特性とに切り替えられる。

上記エンジン１は制御ユニット１００により制御される。上記吸気絞り弁３７、ホットＥＧＲ弁５３、コールドＥＧＲ弁５４、吸気バイパス弁６５、レギュレートバルブ６８及びウエストゲートバルブ７０は、それぞれアクチュエータによって駆動され、これらアクチュエータ及び上記切替アクチュエータの作動が、制御ユニット１００により制御される。

上記制御ユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央算出処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラムおよびデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。

そして、制御ユニット１００は、図２に示すような制御マップに基づいて、第１バルブ特性と第２バルブ特性とが切り替わるように、上記切替アクチュエータを制御する。すなわち、エンジン１の運転状態が所定の運転領域（以下、第１運転領域という）にあるときには、第１バルブ特性とし、エンジン１の運転状態が上記所定の運転領域以外の運転領域（以下、第２運転領域という）にあるときには、第２バルブ特性とする。上記第１運転領域は、上記制御マップで予め設定された、低回転かつ低負荷の運転領域（特にエンジン水温が所定値以下であるエンジン冷間時における低回転かつ低負荷の運転領域が好ましい）であり、第２運転領域は、第１運転領域よりも高回転側又は高負荷側の運転領域である。

具体的に、制御ユニット１００は、不図示のアクセル開度センサからのアクセル開度、不図示のエンジン回転数センサからのエンジン回転速度等に基づいて、要求トルク（目標トルク）を演算し、この要求トルク及びエンジン回転速度に基づき、燃料噴射量、エンジン負荷等を算出する。そして、制御ユニット１００は、上記制御マップに基づいてエンジン負荷及びエンジン回転速度の値に適合する運転領域を判定し、この判定した運転領域が上記第１運転領域であるときには、第１バルブ特性とし、上記判定した運転領域が上記第２運転領域であるときには、第２バルブ特性とする。そして、バルブ特性が上記第１バルブ特性であるときにおいて、上記判定した運転領域が上記第２運転領域となったときには、上記第２バルブ特性への切替要求があることになる。

制御ユニット１００は、バルブ特性が上記第１バルブ特性であるときに、エンジン負荷の増大に伴って上記第２バルブ特性への切替要求があるか否かを検出する。すなわち、制御ユニット１００は、上記制御マップにおける上記第１運転領域内でエンジンが運転されているときに、その状態から、エンジン負荷が大きくなってエンジンの運転状態が第２運転領域内の位置へ移行するか否かを検出する。そして、制御ユニット１００は、上記切替要求があると検出したときに、インジェクタ２０により燃焼室６に供給される燃料量を上記第１バルブ特性時よりも増量するとともに、バルブ特性を上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性へ切り替えるべく、上記切替アクチュエータを作動させ、さらに、上記排気通路４０の圧力（第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも上流側の圧力（以下、同じ））を低下させるための圧力低下動作を行う。

尚、上記エンジン１に対する加速要求度合いが所定値よりも大きいときに、上記切替要求があると検出するようにしてもよい。この加速要求度合いは、例えば、アクセル開度の増大方向の変化量又はアクセル開度の増大方向の変化速度に相当するものである。上記所定値は、上記制御マップにおいて上記第１運転領域内の位置から第２運転領域内の位置へ移行するような値とすればよい。

上記圧力低下動作は、上記切替要求があると検出したときに、レギュレートバルブ６８の開度を上記第１バルブ特性時よりも大きい開度に制御する動作である。本実施形態では、レギュレートバルブ６８の開度は、基本的に、０％（全閉）であり、上記第１バルブ特性時も０％である。そして、上記切替要求があると検出したときに、レギュレートバルブ６８の開度を０％から所定開度まで大きくする。ここで、レギュレートバルブ６８の開度と排気通路４０の圧力との関係を、図３に示す。レギュレートバルブ６８をＡ％まで開弁すれば、排気通路４０の圧力を十分に低下させることができる。したがって、上記所定開度は、Ａ％程度（例えば１０％乃至２０％）に設定すればよい。尚、吸気バイパス弁６５の開度も、基本的に、０％（全閉）であり、レギュレートバルブ６８の開度が上記所定開度になっても、吸気バイパス弁６５の開度は０％のままであり、また、後述の如くレギュレートバルブ６８の開度が上記所定開度から０％になっても、吸気バイパス弁６５の開度は０％のままである。

また、制御ユニット１００は、上記切替要求があると検出したときから所定時間Ｔが経過したときに、レギュレートバルブ６８の開度を上記圧力低下動作中の所定開度（Ａ％）からそれよりも小さい開度（本実施形態では、０％）に制御する。上記所定時間Ｔは、上記可変動弁機構１８（切替アクチュエータ）による切替開始から切替完了までの時間よりも僅かに短い時間（上記圧力低下動作による効果が十分に得られかつ切替え完了時点で第１排気ターボ過給機６１が十分な過給力を発揮できるような時間）である。すなわち、制御ユニット１００は、上記可変動弁機構１８（切替アクチュエータ）による上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性への切替えが完了する前に、レギュレートバルブ６８の開度を小さくすることになる。

さらに、制御ユニット１００は、上記切替要求があると検出したときに、ウエストゲートバルブ７０の開度を上記第１バルブ特性時と同じ開度か又は第１バルブ特性時よりも小さい開度に制御する。本実施形態では、ウエストゲートバルブ７０の開度は、基本的に、０％（全閉）であり、上記第１バルブ特性時も０％である。そして、上記切替要求があると検出したときに、ウエストゲートバルブ７０の開度を上記第１バルブ特性時と同じ０％に制御する。これは、レギュレートバルブ６８の開度を上記所定開度にしたときに、第１排気ターボ過給機６１が十分な過給力を発揮できなくなるので、第２排気ターボ過給機６２による過給促進を図るためである。

図４は、上記制御ユニット１００における、上記切替要求があると検出したときの、吸気絞り弁３７、ホットＥＧＲ弁５３、レギュレートバルブ６８及びウエストゲートバルブ７０の制御動作を示す。

ステップＳ１では、レギュレートバルブ６８の開度を上記所定開度にするとともに、吸気絞り弁３７の開度を１００％（全開）にする。これは、第１排気ターボ過給機６１が十分な過給力を発揮できなくなる状況でも、気筒２内への新気の充填量を確保するためである。

次のステップＳ２では、ホットＥＧＲ弁５３を上記第１バルブ特性時よりも開側へ制御する。ここで、エンジン冷間時における低回転かつ低負荷の運転領域で第１バルブ特性が選択されていると仮定すると、この第１バルブ特性では、コールドＥＧＲ弁５４が全閉状態で、ホットＥＧＲ弁５３が開けられた状態となっている。このホットＥＧＲ弁５３の開度は、気筒２内に吸入される吸気酸素濃度が所定の目標値になるように制御される。そして、上記切替要求があると検出したときには、上記所定の目標値を増大する。このとき、仮にレギュレートバルブ６８の開度を上記所定開度にしないで０％のままとすると、ホットＥＧＲ弁５３の開度は小さくされる（図５の「ホットＥＧＲ弁の開度」の欄の二点鎖線参照）。しかし、実際には、レギュレートバルブ６８の開度を上記所定開度にするので、排気通路４０と吸気通路３０との差圧が小さくなり、その分だけ外部ＥＧＲ量が減少し、このため、上記所定の目標値を増大しても、ホットＥＧＲ弁５３の開度を大きくすることになる。

次のステップＳ３では、上記切替要求があると検出したときから所定時間Ｔが経過したか否かを判定し、この判定がＮＯであるときには、当該ステップＳ３の処理動作を繰り返す。ステップＳ３の判定がＹＥＳになると、ステップＳ４に進んで、レギュレートバルブ６８を全閉にし、次のステップＳ５で、レギュレートバルブ６８を全閉にしたことに伴って増大される上記所定の目標値を維持するべく、ホットＥＧＲ弁５３の開度を小さくする。

図５は、上記制御ユニット１００の制御による、吸気絞り弁３７、ホットＥＧＲ弁５３、レギュレートバルブ６８及びウエストゲートバルブ７０、並びに、目標トルク、実トルク、空気充填量及び排気通路４０の圧力の変化の様子を示すタイミングチャートである。尚、図５において、「実トルク」、「ホットＥＧＲ弁の開度」、「空気充填量」及び「排気通路の圧力」の各欄で、二点鎖線で示すラインは、上記切替要求があると検出したときに、レギュレートバルブ６８の開度を０％のままとした場合のものである。

時刻ｔ１までは、エンジン１の運転状態が所定の運転領域にあって、バルブ特性が第１バルブ特性となっている。そして、時刻ｔ１で、目標トルクが急上昇し、エンジン負荷の増大に伴って第２バルブ特性への切替要求があると検出したとする。

上記検出により、インジェクタ２０により燃焼室６に供給される燃料量が増量するとともに、上記可変動弁機構１８（切替アクチュエータ）による第１バルブ特性から第２バルブ特性への切替えが開始する。この切替えは、時刻ｔ２で完了する。

また、上記検出により、レギュレートバルブ６８の開度が０％（全閉）から上記所定開度となるとともに、吸気絞り弁３７の開度が１００％（全開）となる。ウエストゲートバルブ７０の開度は０％（全閉）のままであり、第２排気ターボ過給機６２による過給がフルに行われる。さらに、ホットＥＧＲ弁５３の開度が第１バルブ特性時よりも大きくされる。

主として第２排気ターボ過給機６２による過給と、吸気絞り弁３７の全開とによって、気筒２内への空気充填量（新気＋外部ＥＧＲガス）が増大していく（吸気酸素濃度は所定の目標値とされる）。そして、上記燃料量の増量と相俟って、実トルクが上昇していく。

排気通路４０の圧力は、上記充填量の増大及び上記燃料量の増量によって、上記第１バルブ特性時よりも上昇する。ここで、上記切替要求があると検出したときに、レギュレートバルブ６８の開度を０％のままとすると、時刻ｔ１以降に、排気通路４０の圧力が、図５の「排気通路の圧力」の欄に二点鎖線で示す値まで上昇するが、レギュレートバルブ６８の開度を上記所定開度とすることで、排気通路４０の圧力が、二点鎖線で示す値から実線で示す値まで低下する。この圧力低下により、吸気行程で排気通路４０から気筒２内に導入される既燃ガスの量、つまり内部ＥＧＲ量が減少し、気筒２内に充填される新気量を、レギュレートバルブ６８の開度を０％のままとする場合（図５の「空気充填量」の欄の二点鎖線で示すラインを参照）に比べて、早期に増大させることができる。よって、レギュレートバルブ６８の開度を０％のままとする場合（図５の「実トルク」の欄の二点鎖線で示すラインを参照）に比べて、実トルクが早期に上昇して、加速要求に対するレスポンスが向上する。

尚、第１バルブ特性が、排気行程中に吸気弁１４を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる特性であり、かつ第２バルブ特性が、排気行程中に上記吸気弁１４の上記プレ開弁を行わせない特性である場合も、排気通路４０の圧力の低下によって、内部ＥＧＲ量が減少する。これは、排気通路４０の圧力が低下すると、排気行程で既燃ガスが排気通路４０に流れ易くなって、吸気通路３０に導入される既燃ガスの量が減少するからである。

上記切替要求から所定時間Ｔ（Ｔ＜ｔ２−ｔ１）が経過すると、レギュレートバルブ６８の開度が再び０％になるとともに、これに対応して、ホットＥＧＲ弁５３の開度が小さくなる。

レギュレートバルブ６８の開度が０％になることで、図５の「排気通路の圧力」の欄に実線で示すように、排気通路４０の圧力が急上昇し、第１バルブ特性から第２バルブ特性への切替えが完了する時刻ｔ２の時点では、排気通路４０の圧力が、二点鎖線で示す値と略同じになる。これにより、時刻ｔ２の時点では、第１排気ターボ過給機６１が十分な過給力を発揮できるようになる。

時刻ｔ２以降も、排気通路４０の圧力が上昇し続け、空気充填量及び実トルクも上昇し続け、時刻ｔ３で実トルクが目標トルクとなる。

以上説明したように、本実施形態では、制御ユニット１００が、本発明の切替要求検出部、燃料増量部、バルブ特性切替部、排気圧力低下部、第１排気バイパス弁制御部、及び、第２排気バイパス弁制御部を構成することになる。

したがって、本実施形態では、制御ユニット１００が、バルブ特性が第１バルブ特性であるときにおいて、エンジン負荷の増大に伴って第２バルブ特性への切替要求があると検出されたときに、エンジン１の排気通路４０の圧力を低下させるための圧力低下動作として、レギュレートバルブ６８の開度を上記第１バルブ特性時よりも大きい開度（上記所定開度）に制御するので、可変動弁機構１８による第１バルブ特性から第２バルブ特性への切替え中に、排気通路４０の圧力を低下させて、内部ＥＧＲ量を減少させることができ、この結果、気筒２内へ充填される新気量を増大させることができる。しかも、レギュレートバルブ６８の開度を全閉から少し開けるだけで、排気通路４０の圧力を比較的大きく低下させることができる。よって、バルブ特性を第１バルブ特性から第２バルブ特性へ切り替える際に、気筒２内に充填される新気量を早期に増大させることができる。また、レギュレートバルブ６８の開度が大きくされることで第１排気ターボ過給機６１が十分な過給力を発揮できなくなったとしても、ウエストゲートバルブ７０の開度が大きくされない（全閉に維持される）ので、第２排気ターボ過給機６２による過給促進が可能になる。

また、上記切替要求から所定時間Ｔが経過したときに、レギュレートバルブ６８を再び全閉にすることで、時刻ｔ２の時点で、第１排気ターボ過給機６１が十分な過給力を発揮できるようになる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

Claims

排気行程中に吸気弁を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる動作、及び吸気行程中に排気弁を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる動作の少なくとも一方が実行される第１バルブ特性と、上記吸気弁のプレ開弁及び上記排気弁の再開弁のいずれもが実行されない第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構を備えたエンジンを制御する装置であって、
上記可変動弁機構によるバルブ特性が上記第１バルブ特性であるときに、エンジン負荷の増大に伴って上記第２バルブ特性への切替要求があるか否かを検出する切替要求検出部と、
上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンに供給される燃料量を上記第１バルブ特性時よりも増量する燃料増量部と、
上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記可変動弁機構によるバルブ特性を、上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性へ切り替えるバルブ特性切替部と、
上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンの排気通路の圧力を低下させるための圧力低下動作を行う排気圧力低下部と、を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１記載のエンジンの制御装置において、
上記エンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサと排気通路に配設されたタービンとを有する第１排気ターボ過給機と、
上記第１排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第１排気バイパス通路と、
上記第１排気バイパス通路に配設された第１排気バイパス弁と、
上記第１排気バイパス弁の開度を制御する第１排気バイパス弁制御部と、を更に備え、
上記排気圧力低下部は、上記第１排気バイパス弁制御部により構成され、
上記排気圧力低下部による上記圧力低下動作は、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記第１排気バイパス弁の開度を上記第１バルブ特性時よりも大きい開度に制御する動作であることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項２記載のエンジンの制御装置において、
上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に配設されたコンプレッサと、上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも下流側に配設されたタービンとを有する第２排気ターボ過給機と、
上記第２排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第２排気バイパス通路と、
上記第２排気バイパス通路に配設された第２排気バイパス弁と、
上記第２排気バイパス弁の開度を制御する第２排気バイパス弁制御部と、を更に備え、
上記第２排気バイパス弁制御部は、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記第２排気バイパス弁の開度を上記第１バルブ特性時と同じ開度か又は上記第１バルブ特性時よりも小さい開度に制御するように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項２又は３記載のエンジンの制御装置において、
上記第１排気バイパス弁制御部は、上記可変動弁機構による上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性への切替えが完了する前に、上記第１排気バイパス弁の開度を上記圧力低下動作中の開度よりも小さい開度に制御するように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
上記切替要求検出部は、上記エンジンに対する加速要求度合いが所定値よりも大きいときに、上記切替要求があると検出するものであることを特徴とするエンジンの制御装置。
排気行程中に吸気弁を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる動作、及び吸気行程中に排気弁を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる動作の少なくとも一方が実行される第１バルブ特性と、上記吸気弁のプレ開弁及び上記排気弁の再開弁のいずれもが実行されない第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構を備えたエンジンを制御する装置であって、
上記エンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサと排気通路に配設されたタービンとを有する第１排気ターボ過給機と、
上記第１排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第１排気バイパス通路と、
上記第１排気バイパス通路に配設された第１排気バイパス弁と、
上記第１排気バイパス弁の開度を制御する第１排気バイパス弁制御部と、
上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に配設されたコンプレッサと、上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも下流側に配設されたタービンとを有する第２排気ターボ過給機と、
上記第２排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第２排気バイパス通路と、
上記第２排気バイパス通路に配設された第２排気バイパス弁と、
上記第２排気バイパス弁の開度を制御する第２排気バイパス弁制御部と、
上記可変動弁機構によるバルブ特性が上記第１バルブ特性であるときに、エンジン負荷の増大に伴って上記第２バルブ特性への切替要求があるか否かを検出する切替要求検出部と、
上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンに供給される燃料量を上記第１バルブ特性時よりも増量する燃料増量部と、
上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記可変動弁機構によるバルブ特性を、上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性へ切り替えるバルブ特性切替部と、を備え、
上記第１排気バイパス弁制御部は、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記第１排気バイパス弁の開度を上記第１バルブ特性時よりも大きい開度に制御するように構成され、
上記第２排気バイパス弁制御部は、上記切替要求検出部により上記切替要求があると検出されたときに、上記第２排気バイパス弁の開度を上記第１バルブ特性時と同じ開度か又は上記第１バルブ特性時よりも小さい開度に制御するように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
排気行程中に吸気弁を吸気行程での開弁時期に先立ってプレ開弁させる動作、及び吸気行程中に排気弁を排気行程中の開閉に続いて再開弁させる動作の少なくとも一方が実行される第１バルブ特性と、上記吸気弁のプレ開弁及び上記排気弁の再開弁のいずれもが実行されない第２バルブ特性とに、バルブ特性を切替可能な可変動弁機構を備えたエンジンを制御する方法であって、
上記可変動弁機構によるバルブ特性が上記第１バルブ特性であるときに、エンジン負荷の増大に伴って上記第２バルブ特性への切替要求があるか否かを検出する第１のステップと、
上記第１のステップで上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンに供給される燃料量を上記第１バルブ特性時よりも増量する第２のステップと、
上記第１のステップで上記切替要求があると検出されたときに、上記可変動弁機構によるバルブ特性を、上記第１バルブ特性から上記第２バルブ特性へ切り替える第３のステップと、
上記第１のステップで上記切替要求があると検出されたときに、上記エンジンの排気通路の圧力を低下させるための圧力低下動作を行う第４のステップと、を含むことを特徴とするエンジンの制御方法。