JP4583354B2 - 内燃機関の内部ｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置に関する。

従来の内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関には、クランクシャフトに対する吸気カム位相および排気カム位相を互いに独立して変更するための油圧式の吸気バルブタイミング可変機構および排気バルブタイミング可変機構が設けられている。また、吸気弁および排気弁のリフトをそれぞれ変更するための吸気リフト機構および排気リフト機構が設けられている。

この内部ＥＧＲ制御装置では、上記のバルブタイミング可変機構およびリフト機構を制御し、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量を変更することによって、内部ＥＧＲ量を制御する。具体的には、内燃機関の回転数および負荷に応じて、目標バルブオーバーラップ量、目標吸気カム位相および目標吸気リフトを算出し、目標吸気カム位相および目標吸気リフトが得られるように、吸気バルブタイミング可変機構および吸気リフト機構が制御される。また、目標バルブオーバーラップ量と実際の吸気カム位相に応じて、目標排気カム位相を算出するとともに、目標バルブオーバーラップ量および実際の吸気リフトに基づいて、目標排気リフトが算出される。そして、これらの目標排気カム位相および目標排気リフトが得られるように、排気バルブタイミング可変機構および排気リフト機構が制御される。

しかし、排気バルブタイミング可変機構は、油圧式であることで、その応答性が低いため、目標排気カム位相が変化した場合、実際の排気カム位相が目標排気カム位相に収束するまでに時間を要する。これに対して、排気リフト機構は一般に、電動式であることで、油圧式の場合よりも応答性が高いため、目標排気リフトが変化した場合、実際の排気リフトは比較的、短時間で目標排気リフトに収束する。また、この従来の内部ＥＧＲ制御装置では、目標排気カム位相および目標排気リフトをいずれも、目標バルブオーバーラップ量に応じて算出している。このため、実際の排気リフトが目標排気リフトに収束していたとしても、実際の排気カム位相が目標排気カム位相に収束するまでの間、目標バルブオーバーラップ量に対し、実際のバルブオーバーラップ量がずれる結果、内部ＥＧＲ量の制御の精度が低くなる。

特に、内部ＥＧＲ量の制御を、バルブオーバーラップによらず、既燃ガスを気筒内に残留させるように排気弁の閉弁タイミングを早めることによって行う場合には、高温の内部ＥＧＲが気筒内に残留するため、その制御の精度が低い場合には、燃焼状態が変化し、その不安定化を招くおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、排気カム位相および排気リフトの両方を変更することによって内部ＥＧＲを制御する場合に、内部ＥＧＲ量の制御を精度良く行うことができる内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置を提供することを目的とする。

特開２００５−１２７１８０号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、排気弁７を駆動する排気カム９のクランクシャフト３ｄに対する位相である排気カム位相を排気カム位相可変機構５０によって変更するとともに、排気弁７のリフトを排気リフト可変機構７０によって変更することにより、気筒３ａ内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する内燃機関３の内部ＥＧＲ制御装置１であって、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤを設定する目標内部ＥＧＲ量設定手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２、ステップ１）と、設定された目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤに応じて、排気カム位相の目標となる目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを設定する目標カム位相設定手段（ＥＣＵ２、ステップ３）と、排気カム位相が目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤになるように排気カム位相可変機構５０を制御する位相制御手段（ＥＣＵ２、ステップ５）と、実際の排気カム位相を実カム位相（排気カム位相ＣＡＥＸ）として検出する実カム位相検出手段（カム角センサ２２、ＥＣＵ２）と、目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤに応じて、排気弁７の閉弁タイミング（閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣ）を算出する閉弁タイミング算出手段（ＥＣＵ２、ステップ６）と、検出された実カム位相および算出された閉弁タイミングに応じて、排気弁の目標リフト（目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤ）を設定する目標リフト設定手段（ＥＣＵ２、ステップ７）と、排気弁７のリフトが目標リフトになるように排気リフト可変機構７０を制御するリフト制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１０）と、内燃機関３から排出された排ガスの温度（排気温ＴＥＸ）を取得する排ガス温度取得手段（排気温センサ２４）と、取得された排ガスの温度に応じて、目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤを補正する目標内部ＥＧＲ量補正手段（ＥＣＵ２、ステップ２）と、を備え、目標カム位相設定手段は、目標内部ＥＧＲ量補正手段によって補正された補正目標内部ＥＧＲ量ＣＩＮＥＧＲに応じて、目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを設定し、閉弁タイミング算出手段は、補正目標内部ＥＧＲ量ＣＩＮＥＧＲに応じて、排気弁７の閉弁タイミングを算出することを特徴とする。

この内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置によれば、排気カム位相可変機構で排気カム位相を変更するとともに、排気リフト可変機構で排気弁のリフトを変更することによって、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが制御される。目標内部ＥＧＲ量は、目標内部ＥＧＲ量設定手段によって設定され、この目標内部ＥＧＲ量に応じて、目標カム位相が設定され、排気カム位相がこの目標カム位相になるように排気カム位相可変機構が制御される。また、検出された排気カム位相の実カム位相と、目標内部ＥＧＲ量に応じて算出された閉弁タイミングとに応じて、排気リフトの目標リフトが設定され、排気弁のリフトがこの目標リフトになるように、排気リフト可変機構が制御される。

以上のように、本発明によれば、目標内部ＥＧＲ量に応じて目標カム位相が設定されるとともに、目標リフトは、実カム位相と排気弁の閉弁タイミングに応じて設定される。このため、排気カム位相可変機構と排気リフト可変機構の応答性が互いに異なり、例えば、排気カム位相可変機構の応答性がより低い場合、その応答の遅れによって、目標カム位相への排気カム位相の収束が遅れても、そのときの実際の排気カム位相である実カム位相をパラメータとして、目標リフトを設定することによって、内部ＥＧＲ量の制御を精度良く行うことができる。

また、目標内部ＥＧＲ量補正手段により、目標内部ＥＧＲ量が排ガスの温度に応じ、補正され、この補正された補正目標内部ＥＧＲ量に応じて、目標カム位相が設定されるとともに、排気弁の閉弁タイミングが算出される。排ガスの温度が高いほど、既燃ガスの体積はより大きくなるので、目標内部ＥＧＲ量を排ガスの温度に応じて補正することによって、温度の変化による影響を補償しながら、内部ＥＧＲ量をより適切に制御することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の内部ＥＧＲ制御装置１において、排ガスの圧力（排気圧ＰＥＸ）を取得する排ガス圧力取得手段（排気圧センサ２５）をさらに備え、目標内部ＥＧＲ量補正手段は、取得された排ガスの圧力にさらに応じて、目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤを補正することを特徴とする。

この構成によれば、目標内部ＥＧＲ量の補正を、排ガスの温度に加えて、排ガスの圧力に応じて行うので、内部ＥＧＲ量をさらに適切に制御することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の内部ＥＧＲ制御装置１において、実カム位相に基づいて、目標リフトの上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴを設定する上限値設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２１）と、目標リフトを設定された上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴ以下に制限する目標リフト制限手段（ＥＣＵ２、ステップ２２，２３）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、実カム位相に基づいて、目標リフトの上限値が設定され、目標リフト制限手段により、目標リフトが設定された上限値以下に制限される。このため、排気リフト可変機構が、目標リフトが大きくなるのに伴って、排気弁の開弁タイミングが早められるタイプの場合には、排気弁が膨張行程の終了時よりもかなり前から開き始めるのを回避することができる。その結果、膨張行程における気筒内の圧力の大きな損失を防止でき、内燃機関の出力を確保することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による内部ＥＧＲ制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有する直列４気筒のガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には、燃焼室３ｅが形成されている。

エンジン３は、気筒３ａごとに設けられた一対の吸気弁４，４および一対の排気弁７，７（ともに１つのみ図示）と、吸気側の吸気カムシャフト５と、吸気カムシャフト５に一体に設けられた吸気カム６と、排気側の排気カムシャフト８と、排気カムシャフト８に一体に設けられた排気カム９と、燃料噴射弁１０（図２参照）と、点火プラグ１１（図２参照）と、排気側動弁機構４０などを備えている。

エンジン３のクランクシャフト３ｄには、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、所定のクランク角（例えば１°）ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。

吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、ホルダ（図示せず）を介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に支持され、気筒３ａの配列方向に沿って延びている。この吸気カムシャフト５は、タイミングチェーン（図示せず）を介してクランクシャフト３ｄに連結されている。この構成により、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転し、それに伴う吸気カム６の回転によって、吸気弁４が開閉駆動される。

同様に、排気カムシャフト８は、タイミングチェーン（図示せず）を介してクランクシャフト３ｄに連結されており、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転し、それに伴う排気カム９の回転によって、排気弁７が開閉駆動される。

一方、燃料噴射弁１０は、気筒３ａごとに設けられ、燃料を気筒３ａ内に直接、噴射するようにシリンダヘッド３ｃに取り付けられている。燃料噴射弁１０の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量および噴射タイミングが制御される。

また、点火プラグ１１も、気筒３ａごとに設けられ、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。点火プラグ１１の放電状態は、ＥＣＵ２により、点火時期に応じたタイミングで燃焼室３ｅ内の混合気を燃焼させるように制御される。

さらに、排気側動弁機構４０は、排気カム位相可変機構５０および排気リフト可変機構７０で構成されている。

排気カム位相可変機構５０は、クランクシャフト３ｄに対する排気カムシャフト８の相対的な位相（以下「排気カム位相」という）を所定の範囲内において無段階に変更するものであり、排気カムシャフト８の排気スプロケット側の端部に設けられている。図３に示すように、排気カム位相可変機構５０は、ハウジング５１、３枚羽根式のベーン５２、油圧ポンプ５３および電磁弁５４などを備えている。

このハウジング５１は、排気カムシャフト８の排気スプロケットと一体に構成されており、周方向に等間隔に形成された３つの隔壁５１ａを備えている。ベーン５２は、排気カムシャフト８の排気スプロケット側の端部に同軸に取り付けられ、排気カムシャフト８から外方に放射状に延びるとともに、ハウジング５１内に回転可能に収容されている。また、ハウジング５１内には、隔壁５１ａとベーン５２の間に、３つの進角室５５および３つの遅角室５６が形成されている。

油圧ポンプ５３は、クランクシャフト３ｄに連結された機械式のものであり、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、エンジン３のオイルパン３ｆに蓄えられた潤滑用のオイルを、油路５７ｃを介して吸い込むとともに、これを昇圧した後、油路５７ｃを介して電磁弁５４に供給する。

電磁弁５４は、スプール弁機構５４ａとソレノイド５４ｂを組み合わせたものであり、進角油路５７ａおよび遅角油路５７ｂを介して、進角室５５および遅角室５６にそれぞれ接続されていて、油圧ポンプ５３から供給された油圧Ｐｏｉｌを制御し、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔとして、進角室５５および遅角室５６にそれぞれ供給する。電磁弁５４のソレノイド５４ｂは、ＥＣＵ２からの後述する位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸにより、スプール弁機構５４ａのスプール弁体を所定の範囲内で移動させることによって、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔを変化させる。

以上の構成の排気カム位相可変機構５０では、油圧ポンプ５３の作動中、電磁弁５４が位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて動作することにより、進角油圧Ｐａｄが進角室５５に、遅角油圧Ｐｒｔが遅角室５６にそれぞれ供給され、それにより、ベーン５２とハウジング５１との間の相対的な位相が進角側または遅角側に変更される。その結果、前述した排気カム位相が、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化し、それにより、排気弁７のバルブタイミングは、図４に実線で示す最遅角タイミングと、２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。

一方、排気カムシャフト８の排気カム位相可変機構５０と反対側の端部には、カム角センサ２２（図２参照）が設けられている。このカム角センサ２２（実カム位相検出手段）は、排気カムシャフト８の回転に伴い、パルス信号であるＥＸＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＥＸＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸ（実カム位相）を算出する。

また、排気リフト可変機構７０は、排気弁７のリフト（以下「排気リフト」という）を値０と所定の最大値との間で無段階に変更するためのものである。図５および図６に示すように、排気リフト可変機構７０は、コントロールシャフト７１およびロッカアームシャフト７２と、これらのシャフト７１，７２に気筒３ａごとに設けられた上下のロッカアーム７４，７５と、これらの上下のロッカアーム７４，７５を駆動するアクチュエータ８０などを備えている。なお、本実施形態では、排気リフトは、排気弁７の最大揚程（リフト量）を表すものとする。

コントロールシャフト７１は、回動軸部７１ａ、ホルダ部７１ｂおよび偏心軸部７１ｃを一体に組み立てたものであり、排気カムシャフト８と平行に延び、シリンダヘッド３ｃに回動自在に支持されるとともに、その一端部がアクチュエータ８０に連結されている。

上ロッカアーム７４は、一対のリンク７４ａ，７４ａ、ローラ軸７４ｂ、ローラ７４ｃおよび一対のコイルばね７４ｄ，７４ｄを備えている。ローラ軸７４ｂは、その両端部において、リンク７４ａ，７４ａの一端部にそれぞれ回動自在に支持されている。また、ローラ７４ｃは、このローラ軸７４ｂに回動自在に設けられている。

また、各リンク７４ａの他端部は、コントロールシャフト７１の偏心軸部７１ｃに回動自在に支持されるとともに、コイルばね７４ｄを介してホルダ部７１ｂに連結されている。リンク７４ａでは、このコイルばね７４ｄの付勢力により、ローラ７４ｃが排気カム９のカム面に当接するとともに、ローラ７４ｃが排気カム９のカム面のベース円部に当接しているときに、ローラ軸７４ｂは回動軸部７１ａと同軸の原点位置（図５に示す位置）に保持される。

一方、下ロッカアーム７５は、その一端部においてロッカアームシャフト７２に回動自在に支持され、他端部にはアジャストボルト７５ａ，７５ａが取り付けられている。アジャストボルト７５ａと排気弁７の間には、所定のタペットクリアランスが設けられている。

また、下ロッカアーム７５は、上方に突出する一対の案内部７５ｂ，７５ｂを備えている。各案内部７５ｂは、その上面が上ロッカアーム７４のローラ軸７４ｂを案内する案内面７５ｃになっており、この案内面７５ｃを介してローラ軸７４ｂに当接している。この案内面７５ｃは、リンク７４ａが図５に実線で示す閉弁位置にあるときに偏心軸部７１ｃと同心になるような、下方に凸の所定の円弧状に形成されている。また、案内部７５ｂとローラ軸７４ｂが互いに当接している状態では、ローラ７４ｃは、案内部７５ｂ，７５ｂ間に位置するとともに、下ロッカアーム７５に当接することなく、排気カム９のみに当接する。

一方、アクチュエータ８０は、モータおよび減速ギヤ機構（いずれも図示せず）などを組み合わせたものであり、ＥＣＵ２により駆動されることによって、コントロールシャフト７１をその回動軸部７１ａを中心として回動させる。このコントロールシャフト７１の回動に伴い、リンク７４ａもローラ軸７４ｂを中心として回動する。

次に、以上のように構成された排気リフト可変機構７０の動作について説明する。この排気リフト可変機構７０では、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸにより、アクチュエータ８０が駆動されると、コントロールシャフト７１が回動する。その際、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸは所定範囲内に規制され、それにより、リンク７４ａの回動範囲も、例えばローラ軸７４ｂが前述した原点位置にある場合、図５に実線で示すゼロリフト位置と２点鎖線で示す最大リフト位置との間に規制される。

このようにリンク７４ａがゼロリフト位置にある場合、排気カム９が回転し、そのカムノーズによりローラ７４ｃがロッカアームシャフト７２側に押されると、リンク７４ａは偏心軸部７１ｃを中心として、図５の時計回りに回動する。その際、前述したように、下ロッカアーム７５の案内面７５ｃが偏心軸部７１ｃを中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、下ロッカアーム７５は、図５に示す閉弁位置に保持される。それにより、排気リフトは値０に保持され、排気弁７は閉弁状態に保持される。

一方、リンク７４ａがゼロリフト位置から最大リフト位置側に回動した状態では、排気カム９の回転により、リンク７４ａが偏心軸部７１ｃを中心として図５の時計回りに回動し、それに伴い、下ロッカアーム７５は、図５に示す閉弁位置から下方に回動し、排気弁７を開放する。その際、下ロッカアーム７５の回動量すなわち排気リフトは、リンク７４ａが最大リフト位置に近い位置にあるほど、より大きくなる。

以上のように、排気弁７は、リンク７４ａが最大リフト位置に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁する。具体的には、排気カム９の回転中、排気弁７は、リンク７４ａが最大リフト位置にあるときには、図７に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、排気リフトは、最大値ＬＥＸＭＡＸになる。したがって、この排気リフト可変機構７０では、アクチュエータ８０を介して、リンク７４ａをゼロリフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、排気リフトを値０と所定の最大値ＬＥＸＭＡＸとの間で無段階に変化させることができる。また、排気カム位相ＣＡＥＸが同じ場合、排気リフトが大きいほど、排気弁７の開弁タイミングは早くなり、閉弁タイミングは遅くなる。

また、排気リフト可変機構７０には、排気リフトを検出するためのリフトセンサ２３が設けられている（図２参照）。このリフトセンサ２３は、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。前述したように、排気リフトは、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸから一義的に定まるので、検出された回動角ＳＡＡＥＸは、実際の排気リフトを表す。

以上のように、このエンジン３では、排気側動弁機構４０により、排気弁７のバルブタイミングおよびリフトを無段階に変更できるので、燃焼行程後も燃焼室３ｅ内に残留する既燃ガスの量（以下「内部ＥＧＲ量」という）を自在に変更できる。例えば、内部ＥＧＲ量は、排気カム位相ＣＡＥＸが最遅角位置にあり、かつ排気リフトが最大値ＬＥＸＭＡＸのときに、値０になる。一方、排気カム位相ＣＡＥＸが進角側にあるほど、排気弁７の閉弁タイミングが早くなることで、内部ＥＧＲ量は大きくなり、また、排気リフトが小さいほど、既燃ガスの排出量が少なくなることで、内部ＥＧＲ量は大きくなる。以上から明らかなように、本実施形態では、吸気弁４が開き始める前に排気弁７を閉じることで、既燃ガスを燃焼室３ｅ内に残留させることによって、内部ＥＧＲを得るものである。

また、エンジン３の排気管１２には、上流側から順に、排気温センサ２４および排気圧センサ２５が設けられている。排気温センサ２４は排気管１２内の温度（以下「排気温」という）ＴＥＸを、排気圧センサ２５は排気管１２内の圧力（以下「排気圧」という）ＰＥＸを検出し、それらの検出信号は、ＥＣＵ２に出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２５からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、燃料噴射量を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＥＣＵ２は、排気側動弁機構４０を制御することによって、内部ＥＧＲ量を制御する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、目標内部ＥＧＲ量設定手段、目標カム位相設定手段、位相制御手段、実カム位相検出手段、閉弁タイミング算出手段、目標リフト設定手段、リフト制御手段、目標内部ＥＧＲ量補正手段、上限値設定手段および目標リフト制限手段に相当する。

図８は、ＥＣＵ２で実行される内部ＥＧＲ量の制御処理を示すフローチャートである。本処理は、所定時間ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤを算出する。

次に、目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤを、検出された排気温ＴＥＸおよび排気圧ＰＥＸに応じ、気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）を用いて補正することにより、補正目標内部ＥＧＲ量ＣＩＮＥＧＲを算出する（ステップ２）。

次いで、算出した補正目標内部ＥＧＲ量ＣＩＮＥＧＲ、およびエンジン回転数ＮＥに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、排気カム位相ＣＡＥＸの目標となる目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ３）。次に、算出した目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤと実際の排気カム位相ＣＡＥＸに応じ、位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸを算出する（ステップ４）とともに、算出した位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、電磁弁５４を駆動する（ステップ５）。以上により、排気カム位相ＣＡＥＸが目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

次に、補正目標内部ＥＧＲ量ＣＩＮＥＧＲに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、排気弁７の閉弁タイミングに相当する閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣを算出する（ステップ６）とともに、閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣおよび排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸの目標となる目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ７）。次に、算出した目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに対してリミット処理を行う（ステップ８）。

図９は、この目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤのリミット処理を示すフローチャートである。本処理では、まず、ステップ２１において、排気カム位相ＣＡＥＸに基づき、図１０に示すテーブルを検索することによって、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤの上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴを算出する。排気リフト可変機構７０が前述したように、排気リフトが大きくなるほど、排気弁７の開弁タイミングが早められるタイプのものであることから、この上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴは、排気弁７が膨張行程の終了時よりもかなり前から開き始めないようにするために設定されるものである。このため、このテーブルでは、上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴは、排気カム位相ＣＡＥＸが進角側にあるほど、排気弁７の開弁タイミングが早められるため、より小さな値に設定されている。

次に、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤが上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴ以下であるか否かを判別する（ステップ２２）。この判別結果がＹＥＳのときには、本処理を終了する一方、ＮＯで、ＳＡＡＥＸＣＭＤ＞ＳＡＡＥＸＬＭＴのときには、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤを上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴに設定し（ステップ２３）、本処理を終了する。

図８に戻り、前記ステップ８に続くステップ９では、回動角ＳＡＡＥＸおよび目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに応じて、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸを算出する。次に、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸに応じて、アクチュエータ８０を駆動する（ステップ１０）。以上により、回動角ＳＡＡＥＸが目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

以上のように、本実施形態によれば、目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤに応じて目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを算出するとともに、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤ、すなわち排気弁７の目標リフトを、排気カム位相ＣＡＥＸと閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣに応じて算出する。このように、排気弁７の目標リフトを設定する際のパラメータの１つとして、排気カム位相ＣＡＥＸを用いるので、油圧式の排気カム位相可変機構５０の応答性が電動式の排気リフト可変機構７０よりも低いために、排気カム位相可変機構５０の応答遅れによって、目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤへの排気カム位相ＣＡＥＸの収束が遅れた場合でも、そのときの実際の排気カム位相ＣＡＥＸをパラメータとして、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤを算出でき、したがって、内部ＥＧＲ量の制御を精度良く行うことができる。

また、目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤを、排気温ＴＥＸおよび排気圧ＰＥＸに応じて補正するので、排気温ＴＥＸや排気圧ＰＥＸによる影響を補償しながら、内部ＥＧＲ量をより適切に制御することができる。

さらに、排気カム位相ＣＡＥＸに基づいて、コントロールシャフト７１の目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤの上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴを算出するので、排気弁７が膨張行程の終了時よりもかなり前から開き始めるのを回避することができる。その結果、膨張行程における気筒３ａ内の圧力の大きな損失を防止でき、エンジン３の出力を確保することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、補正目標内部ＥＧＲ量ＣＩＮＥＧＲを算出するためのパラメータとしての排気温および排気圧を、それぞれのセンサによって直接、検出しているが、エンジンの運転状態などに応じて、推定してもよい。また、実施形態では、目標内部ＥＧＲ量を、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて算出しているが、その算出方法はこれに限らない。例えば、気筒内の温度が目標温度になるように、両者に応じて、目標内部ＥＧＲ量を算出してもよい。さらに、実施形態は、燃料の噴射形態が、燃料を直接、気筒内に噴射する直噴タイプのものであるが、燃料を吸気管内に噴射するポート噴射タイプのものでもよく、あるいは両タイプを併用したものでもよい。

さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明はこれに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の内部ＥＧＲ制御装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。 内部ＥＧＲ制御装置の一部を示す図である。 排気カム位相可変機構の概略構成を示す模式図である。 排気カム位相可変機構により排気カム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。 排気リフト可変機構の概略構成を示す模式図である。 排気リフト可変機構の概略構成を示す斜視図である。 排気リフト可変機構による排気リフトの変更状態を示す図である。 内部ＥＧＲ量の制御処理を示すフローチャートである。 リミット処理を示すフローチャートである。 図９の処理で用いられる上限値を算出するためのテーブルの一例である。

符号の説明

１ 内部ＥＧＲ制御装置
２ ＥＣＵ（目標内部ＥＧＲ量設定手段、目標カム位相設定手段、位相制御手段、実
カム位相検出手段、閉弁タイミング算出手段、目標リフト設定手段、リ
フト制御手段、目標内部ＥＧＲ量補正手段、上限値設定手段および目標
リフト制限手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
３ｄ クランクシャフト
７ 排気弁
９ 排気カム
２２ カム角センサ（実カム位相検出手段）
２４ 排気温センサ（排ガス温度取得手段）
２５ 排気圧センサ（排ガス圧力取得手段）
５０ 排気カム位相可変機構
７０ 排気リフト可変機構
ＣＡＥＸ 排気カム位相（実カム位相）
ＴＥＸ 排気温（排ガスの温度）
ＰＥＸ 排気圧（排ガスの圧力）
ＳＡＡＥＸＣＭＤ 目標回動角（排気弁の目標リフト）
ＳＡＡＥＸＬＭＴ 上限値
ＩＮＥＧＲＣＭＤ 目標内部ＥＧＲ量
ＣＩＮＥＧＲ 補正目標内部ＥＧＲ量
ＣＡＥＸＣＭＤ 目標カム位相
ＣＡＥＸＶＣ 閉弁クランク角（排気弁の閉弁タイミング）

Claims (3)

1. 排気弁を駆動する排気カムのクランクシャフトに対する位相である排気カム位相を排気カム位相可変機構によって変更するとともに、前記排気弁のリフトを排気リフト可変機構によって変更することにより、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置であって、
   内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量を設定する目標内部ＥＧＲ量設定手段と、
   当該設定された目標内部ＥＧＲ量に応じて、前記排気カム位相の目標となる目標カム位相を設定する目標カム位相設定手段と、
   前記排気カム位相が前記目標カム位相になるように前記排気カム位相可変機構を制御する位相制御手段と、
   実際の排気カム位相を実カム位相として検出する実カム位相検出手段と、
   前記目標内部ＥＧＲ量に応じて、前記排気弁の閉弁タイミングを算出する閉弁タイミング算出手段と、
   前記検出された実カム位相および前記算出された閉弁タイミングに応じて、前記排気弁の目標リフトを設定する目標リフト設定手段と、
   前記排気弁のリフトが前記目標リフトになるように前記排気リフト可変機構を制御するリフト制御手段と、
   前記内燃機関から排出された排ガスの温度を取得する排ガス温度取得手段と、
   当該取得された排ガスの温度に応じて、前記目標内部ＥＧＲ量を補正する目標内部ＥＧＲ量補正手段と、を備え、
   前記目標カム位相設定手段は、前記目標内部ＥＧＲ量補正手段によって補正された補正目標内部ＥＧＲ量に応じて、前記目標カム位相を設定し、
   前記閉弁タイミング算出手段は、前記補正目標内部ＥＧＲ量に応じて、前記排気弁の閉弁タイミングを算出することを特徴とする内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置。
2. 前記排ガスの圧力を取得する排ガス圧力取得手段をさらに備え、
   前記目標内部ＥＧＲ量補正手段は、前記取得された排ガスの圧力にさらに応じて、前記目標内部ＥＧＲ量を補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置。
3. 前記実カム位相に基づいて、前記目標リフトの上限値を設定する上限値設定手段と、
   前記目標リフトを当該設定された上限値以下に制限する目標リフト制限手段と、をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置。

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