JP5034849B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関では、各気筒の排気弁が順次開いて排気ガスが排気マニホールド内に放出されることにより、排気マニホールド圧力が脈動する。一方、吸気マニホールド圧力は、ほぼ一定である。脈動の谷での排気マニホールド圧力は、運転条件によっては、吸気マニホールド圧力より低くなる。

特開平１１−３２４７４６号公報や特開平１０−１７６５５８号公報には、排気マニホールド圧力の脈動の谷が、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間に一致するように制御することにより、吸気量を向上させる技術が開示されている。この技術によれば、バルブオーバーラップ期間中に排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力より低くすることができる。このため、吸気弁から筒内に新気が流入し易くなるとともに、吸気弁から流入した新気によって筒内の既燃ガスを排気弁へ確実に追い出すことができる。すなわち、掃気効果を発揮させることができる。その結果、残留ガス量が少なくなり、筒内に吸入される新気量を向上することができる。つまり、充填効率を向上することができる。

特開平１１−３２４７４６号公報 特開平１０−１７６５５８号公報 特開２００４−２５７３０６号公報 実開平６−４０３４３号公報

ところで、排気マニホールド内の排気ガスの一部を吸気通路に戻すＥＧＲ通路を備えた内燃機関（特にディーゼル機関）が知られている。このような内燃機関では、ＥＧＲ通路の途中に、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラが更に備えられていることが多い。本発明者らの知見によれば、このようなＥＧＲ経路を備えた内燃機関では、上述したような排気マニホールド圧力の脈動を利用した充填効率向上制御の効果が発揮されにくいという問題がある。この原因は、次のようなものであると考えられる。

排気マニホールドの内容積が大きいと、排気マニホールド圧力の脈動は弱められ、その振幅が小さくなる。ＥＧＲ経路を備えた内燃機関では、ＥＧＲ通路やＥＧＲクーラが排気マニホールドに連通しているので、ＥＧＲ通路やＥＧＲクーラの容積の分だけ、排気マニホールドの容積が実質的に拡大することになる。その結果、排気マニホールド圧力の脈動の振幅が小さくなるので、脈動の谷が浅くなる。このため、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さくなる。よって、掃気効果が十分に発揮されなくなり、充填効率が向上しにくくなる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ通路やＥＧＲクーラを備えた内燃機関においても、排気圧力脈動を利用した充填効率向上制御の効果を十分に発揮させ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、
内燃機関の複数の気筒の排気ガスを集合させる排気マニホールドと、
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
吸気マニホールド圧力と、前記脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満であるか否かを判定する差圧判定手段と、
前記差圧が前記所定値未満であると判定された場合に、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
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、
前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラの下流側に設置され、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御弁と、
前記ＥＧＲクーラの上流側で前記ＥＧＲ通路を遮断可能なＥＧＲ通路遮断弁と、
を備え、
前記排気系容積縮小手段は、前記ＥＧＲ通路遮断弁を閉じることによって前記排気系容積を縮小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ＥＧＲクーラを通さずにＥＧＲガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に流すバイパス通路を備え、
前記ＥＧＲ通路遮断弁は、前記ＥＧＲクーラおよび前記バイパス通路の上流側で前記ＥＧＲ通路を遮断する遮断位置と、ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラに通すクーラ位置と、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に通すバイパス位置とに変位する弁体を有することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、少なくとも一つの気筒に複数の排気弁を有し、それらの各排気弁毎に独立した独立排気通路がシリンダヘッドから前記排気マニホールドに渡って形成されており、
同一気筒の複数の前記独立排気通路のうち、少なくとも一つを残して他の独立排気通路をその下流端付近で遮断可能な独立排気通路遮断弁を備え、
前記排気系容積縮小手段は、前記独立排気通路遮断弁を閉じることによって前記排気系容積を縮小させることを特徴とする。

また、第５の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の複数の気筒の排気ガスを集合させる排気マニホールドと、
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラを通さずにＥＧＲガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に流すバイパス通路と、
前記ＥＧＲクーラおよび前記バイパス通路の上流側で前記ＥＧＲ通路を遮断する遮断位置と、ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラに通すクーラ位置と、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に通すバイパス位置とに変位する弁体を有するＥＧＲ通路遮断弁と、
機関負荷が所定の高負荷判定値を超える場合に、前記ＥＧＲ通路遮断弁の弁体を前記遮断位置に移動させることにより、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第３または第５の発明において、
前記ＥＧＲクーラは、クーラ入口と、前記クーラ入口と隣接し、ＥＧＲガス流出方向が前記クーラ入口へのＥＧＲガス流入方向と反対方向となるクーラ出口とを有し、
前記ＥＧＲ通路遮断弁は、
ＥＧＲガスが流入する流入口と、
ＥＧＲガスが流出する流出口と、
前記流入口と前記クーラ入口との双方に連通する上流室と、
前記流出口と前記クーラ出口との双方に連通する下流室と、
前記上流室と前記下流室とを連通させるバイパス開口と、
を有し、
前記弁体は、前記バイパス開口を介して前記ＥＧＲクーラと反対側に位置する回転軸を中心に揺動可能なスイング弁で構成され、
前記スイング弁は、前記流入口を遮断する遮断位置と、前記バイパス開口を遮断することによって前記上流室のＥＧＲガスを前記クーラ入口へ導入するクーラ位置と、前記流入口から前記バイパス開口を通って前記流出口への流通を許容するバイパス位置とに変位可能であることを特徴とする。

また、第７の発明は、第３、第５または第６の発明において、
前記クーラ位置と前記バイパス位置との間に前記遮断位置があることを特徴とする。

また、第８の発明は、第３、第５または第６の発明において、
前記クーラ位置と前記バイパス位置との外側に前記遮断位置があることを特徴とする。

また、第９の発明は、内燃機関の制御装置であって、
少なくとも一つの気筒に複数の排気弁を有し、それらの各排気弁毎に独立した独立排気通路がシリンダヘッドから排気マニホールドに渡って形成されている内燃機関と、
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
同一気筒の複数の前記独立排気通路のうち、少なくとも一つを残して他の独立排気通路をその下流端付近で遮断可能な独立排気通路遮断弁と、
機関負荷が所定の高負荷判定値を超える場合に、前記独立排気通路遮断弁を閉じることにより、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第１０の発明は、第４または第９の発明において、
前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路を備え、
前記ＥＧＲ通路の上流端は、前記独立排気通路遮断弁が設けられた前記独立排気通路に接続されていることを特徴とする。

また、第１１の発明は、第１０の発明において、
前記独立排気通路遮断弁を含む第１系統の独立排気通路遮断弁群と、
前記ＥＧＲ通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒において当該独立排気通路を残して他の独立排気通路を遮断可能な第２の独立排気通路遮断弁を含む第２系統の独立排気通路遮断弁群と、
機関代表温度が所定の冷間判定温度より低い冷間時および／または機関負荷が所定の軽負荷判定値より小さい軽負荷時に、前記第２系統の独立排気通路遮断弁群を閉じることによって排気系表面積を縮小させる排気温度低下抑制手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第１２の発明は、第１０の発明において、
前記ＥＧＲ通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒の独立排気通路遮断弁と、他の気筒の独立排気通路遮断弁とは、独立に開閉可能になっており、
機関代表温度が所定の冷間判定温度より低い冷間時および／または機関負荷が所定の軽負荷判定値より小さい軽負荷時に、前記ＥＧＲ通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒の独立排気通路遮断弁を開いたまま、他の気筒の独立排気通路遮断弁を閉じることによって排気系表面積を縮小させる排気温度低下抑制手段を備えることを特徴とする。

また、第１３の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の複数の気筒の排気ガスを集合させる排気マニホールドと、
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
通常位置と、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小位置とに変位可能な弁体と、
前記内燃機関の排気圧力によって前記弁体を前記通常位置から前記排気系容積縮小位置へ押圧する弁体押圧手段と、
前記弁体を前記排気系容積縮小位置から前記通常位置へ戻す方向に付勢する付勢手段と、
を備え、
前記排気圧力が閾値を超えた場合に、前記弁体が前記排気圧力によって押圧されて前記通常位置から前記排気系容積縮小位置へ移動することにより、前記排気系容積が縮小することを特徴とする。

また、第１４の発明は、第１３の発明において、
前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路を備え、
前記弁体が前記排気系容積縮小位置へ移動したとき、前記弁体は、前記ＥＧＲ通路の上流端付近で前記ＥＧＲ通路を遮断することを特徴とする。

第１の発明によれば、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満である場合には、排気系容積を縮小させることができる。この排気系容積の縮小により、排気マニホールド圧力脈動の振幅が大きくなり、脈動の谷での排気マニホールド圧力を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との差圧が大きくなるので、掃気効果を十分に発揮させることができ、充填効率（空気量）を十分に向上することができる。

第２の発明によれば、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満である場合には、ＥＧＲクーラの上流側に配置されたＥＧＲ通路遮断弁を閉じることによって、排気系容積を縮小させることができる。また、上記差圧が十分に大きく、充填効率向上制御の効果が十分に発揮される状況においては、ＥＧＲ経路を遮断することを回避し、ＥＧＲを継続することができる。このため、エミッション低減等のＥＧＲの利点を広い範囲で享受することができる。

第３の発明によれば、ＥＧＲ通路を遮断するかどうかの切り替えと、ＥＧＲガスを還流させる場合にＥＧＲガスをＥＧＲクーラに通すかバイパス通路に通すかの切り替えとの双方を、一つの弁体によって行うことができる。このため、ＥＧＲ装置の簡素化および小型化が図れる。

第４の発明によれば、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満である場合には、独立排気通路遮断弁を閉じることによって排気系容積を縮小させることができる。

第５の発明によれば、高負荷時に、ＥＧＲクーラの上流側に配置されたＥＧＲ通路遮断弁を閉じることによって、排気系容積を縮小させることができる。この排気系容積の縮小により、排気マニホールド圧力脈動の振幅が大きくなり、脈動の谷での排気マニホールド圧力を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との差圧が大きくなるので、掃気効果を十分に発揮させることができ、充填効率（空気量）を十分に向上することができる。また、ＥＧＲ通路遮断弁においては、ＥＧＲ通路を遮断するかどうかの切り替えと、ＥＧＲガスを還流させる場合にＥＧＲガスをＥＧＲクーラに通すかバイパス通路に通すかの切り替えとの双方を、一つの弁体によって行うことができる。このため、ＥＧＲ装置の簡素化および小型化が図れる。

第６の発明によれば、ＥＧＲクーラをバイパスする際、ＥＧＲ通路遮断弁内に設けたバイパス開口を介してＥＧＲガスをバイパスさせることができる。このため、バイパス通路を別個の管路として設ける必要がなく、ＥＧＲ装置の簡素化および小型化が図れる。

第７の発明によれば、クーラ位置とバイパス位置との間に遮断位置があることにより、スイング弁がクーラ位置にある状態からでもバイパス位置にある状態からでも遮断位置へ迅速に移動することができる。このため、加速開始時に、充填効率向上制御の効果を迅速に高めることができる。よって、機関トルクを迅速にアップすることができ、優れた加速レスポンスが得られる。

第８の発明によれば、クーラ位置とバイパス位置との外側に遮断位置があるので、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラに通す状態とＥＧＲクーラをバイパスさせる状態とを切り替える際に、ＥＧＲガスの流れが一瞬たりとも途切れることがない。このため、円滑な切り替えを行うことができる。

第９の発明によれば、高負荷時に、独立排気通路遮断弁を閉じることにより、その独立排気通路遮断弁により遮断された独立排気通路の容積の分だけ、排気系容積を縮小させることができる。この排気系容積の縮小により、排気マニホールド圧力脈動の振幅が大きくなり、脈動の谷での排気マニホールド圧力を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との差圧が大きくなるので、掃気効果を十分に発揮させることができ、充填効率（空気量）を十分に向上することができる。

第１０の発明によれば、独立排気通路遮断弁を閉じたとき、更にＥＧＲ経路の容積の分だけ排気系容積を縮小させることができる。このため、排気マニホールド圧力脈動の振幅を更に大きくすることができ、充填効率（空気量）を更に向上することができる。

第１１の発明によれば、冷間時あるいは軽負荷時に、第２系統の独立排気通路遮断弁群を閉じることにより、排気系表面積を縮小させることができる。これにより、排気ガスから外部へ逃げる熱量を低減することができるので、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を高くすることができ、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持に寄与する。また、冷間時あるいは軽負荷時にはＥＧＲの実行が必要となるが、ＥＧＲ通路の上流端が接続された独立排気通路の独立排気通路遮断弁は開いているので、ＥＧＲを実行することができる。

第１２の発明によれば、冷間時あるいは軽負荷時に、ＥＧＲ通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒の独立排気通路遮断弁を開いたまま、他の気筒の独立排気通路遮断弁を閉じることによって、排気系表面積を縮小させることができる。これにより、排気ガスから外部へ逃げる熱量を低減することができるので、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を高くすることができ、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持に寄与する。また、冷間時あるいは軽負荷時にはＥＧＲの実行が必要となるが、ＥＧＲ通路の上流端が接続された独立排気通路の独立排気通路遮断弁は開いているので、ＥＧＲを実行することができる。

第１３の発明によれば、排気圧力が高くなる高負荷時に、その排気圧力によって通常位置から排気系容積縮小位置へと移動する弁体を設けたことにより、自動的に排気系容積を縮小することができる。この排気系容積の縮小により、排気マニホールド圧力脈動の振幅が大きくなり、脈動の谷での排気マニホールド圧力を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との差圧が大きくなるので、掃気効果を十分に発揮させることができ、充填効率（空気量）を十分に向上することができる。また、上記弁体を駆動するためのアクチュエータや制御が不要であるため、システムを簡素化することができ、コスト低減が図れる。

第１４の発明によれば、排気圧力が高くなる高負荷時に、その排気圧力によって自動的にＥＧＲ通路の上流端付近でＥＧＲ通路を遮断する弁体を設けたことにより、排気系容積を縮小することができる。

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。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
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、４サイクルのディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼル機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼル機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関の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。

ディーゼル機関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が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、このコモンレール１４から各気筒のインジェクタ１２へ燃料が供給される。各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド２０によって集合され、排気通路１８に流入する。

ディーゼル機関１０は、ターボ過給機２４を備えている。ターボ過給機２４は、排気ガスの流れによって作動するタービン２４ａと、タービン２４ａにより駆動され、吸入空気を圧縮するコンプレッサ２４ｂとを有している。

ターボ過給機２４のタービン２４ａは、排気通路１８の途中に配置されている。タービン２４ａより下流側の排気通路１８には、排気ガス中のＰＭ(Particulate Matter：粒子状物質)を捕捉するためのＤＰＦ２６が設置されている。なお、排気通路１８には、ＤＰＦ２６のほかに、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒が設置されていてもよい。あるいは、ＤＰＦ２６に触媒成分が担持されていてもよい。

ディーゼル機関１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ｂで圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により分配されて、各気筒に流入する。

吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。また、吸気通路２８の、エアクリーナ３０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３８が設置されている。

吸気通路２８の吸気マニホールド３４の近傍には、ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８の排気マニホールド２０に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路４０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。

ＥＧＲ通路４０の途中には、ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＥＧＲ弁４４の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量を調整することができる。

また、ＥＧＲ通路４０の、ＥＧＲクーラ４２より上流側の箇所と下流側の箇所とは、バイパス通路４６によって接続されている。バイパス通路４６の上流端とＥＧＲ通路４０との接続部には、流路切替弁４８が設置されている。流路切替弁４８は、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ４２に流す状態（以下「クーラ経由状態」という）と、ＥＧＲガスをバイパス通路４６に流す状態（以下「バイパス状態」という）と、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ４２およびバイパス通路４６の何れにも流さない状態、すなわちＥＧＲ通路４０を遮断する状態（以下「遮断状態」という）との３つの状態に切り替え可能になっている。

軽負荷時においては、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ４２で冷却すると、筒内温度が低くなり過ぎて、却って燃焼が悪化し、ＨＣ排出量が増大し易い。そこで、本実施形態のシステムでは、軽負荷時にはＥＧＲガスをＥＧＲクーラ４２に通さずにバイパス通路４６に流すことにより、そのような問題を回避することができる。

また、本実施形態のシステムは、ディーゼル機関１０が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ６６と、吸気マニホールド圧力（吸気圧力）を検出する吸気圧センサ６８と、排気マニホールド圧力（排気圧力）を検出する排気圧センサ７０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関１０の運転状態を制御する。

図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼル機関１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼル機関１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼル機関１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度、すなわちクランク角を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。このクランク角センサ６２は、ＥＣＵ５０に接続されている。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ６２の検出信号に基づいて、機関回転数を算出することもできる。

また、ディーゼル機関１０は、吸気弁５２の開弁特性を可変とする吸気可変動弁装置５４と、排気弁５６の開弁特性を可変とする排気可変動弁装置５８とを備えている。吸気可変動弁装置５４および排気可変動弁装置５８の具体的な構成は、特に限定されるものではなく、カムシャフトの位相を変化させることによって開閉時期を連続的に可変とする位相可変機構のほか、カムを電気モータで駆動する機構、電磁駆動弁、油圧駆動弁などを用いることもできる。

吸気可変動弁装置５４や排気可変動弁装置５８によれば、排気弁５６の開弁期間と吸気弁５２の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間（以下、単に「バルブオーバーラップ期間」という）の長さを変化させることができる。

［実施の形態１の特徴］
本実施形態のシステムは、所定の運転領域（例えば低回転高負荷領域）において、排気マニホールド圧力の脈動を利用してディーゼル機関１０の充填効率η_v（筒内空気量）を向上させる充填効率向上制御を実行可能になっている。図３は、充填効率向上制御実行中の吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。

図３に示すように、充填効率向上制御においては、バルブオーバーラップ期間が十分な長さとなるように、吸気可変動弁装置５４や排気可変動弁装置５８が制御される。

また、図３に示すように、吸気マニホールド圧力は、クランク角にかかわらず、ほぼ一定である。これに対し、排気マニホールド圧力は、各気筒の排気弁５６から排気ガスが間欠的に排出されるのに伴って、脈動（周期的変動）する。

排気弁５６の開き時期が遅い場合ほど、排気ガスが排気マニホールド２０内へ放出されるタイミングが遅くなるので、排気マニホールド圧力脈動の波形は、図３中で右側にシフトする。つまり、排気マニホールド圧力脈動の波形は、排気弁５６の開き時期を変化させることによって、図３中の左右に移動する。よって、排気弁５６の開き時期を適当な時期にすることにより、図３に示すように、排気マニホールド圧力脈動の谷の部分をバルブオーバーラップ期間に一致させることができる。充填効率向上制御においては、そのような排気弁５６の開き時期が実現されるように排気可変動弁装置５８を制御することにより、排気マニホールド圧力脈動の谷の部分をバルブオーバーラップ期間に一致させる。その結果、バルブオーバーラップ期間において、排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くすることができる。これにより、新気が筒内に流入し易くなるとともに、流入した新気によって筒内の既燃ガスを速やかに排気ポート２２へ追い出す掃気効果が得られる。このようにして、充填効率向上制御を実行することにより、残留ガス量を十分に少なくし、その分、筒内に充填される新気の量を増やすことができる。つまり、充填効率η_vを増大させることができる。その結果、ディーゼル機関１０のトルクを向上することができる。

ところで、図３中の点線で示す排気マニホールド圧力は、流路切替弁４８をクーラ経由状態とした場合、すなわちＥＧＲガスがＥＧＲクーラ４２に流れるようにした場合の波形である。これに対し、図３中の実線で示す排気マニホールド圧力は、流路切替弁４８を遮断状態とした場合の波形である。

排気マニホールド圧力の脈動は、排気マニホールド２０の容積や排気マニホールド２０に連通する空間の容積（これらを合わせて以下「排気系容積」と称する）が大きいほど、弱くなる。排気弁５６から同じ量の排気ガスが排出されたとしても、排気系容積が大きいほど、排気マニホールド圧力は上昇しにくいからである。

本実施形態のディーゼル機関１０では、流路切替弁４８がクーラ経由状態にあるときには、ＥＧＲ通路４０およびＥＧＲクーラ４２が排気マニホールド２０内に連通するので、ＥＧＲ通路４０およびＥＧＲクーラ４２の容積の分だけ、排気系容積が大きくなる。このため、図３中の点線で示すように、排気マニホールド圧力脈動が弱まり易く、その振幅が小さくなり易い。その結果、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧（図３中のＡ）が小さくなり易いので、掃気効果が十分に発揮されず、充填効率向上制御の効果が小さくなり易い。すなわち、機関トルクを十分に向上することができにくい。

また、流路切替弁４８がバイパス状態にあるときには、ＥＧＲクーラ４２の代わりにバイパス通路４６の容積が排気系容積に加わることになるので、上記と同様に、充填効率向上制御の効果が小さくなり易い。

これに対し、流路切替弁４８を遮断状態にすると、ＥＧＲ通路４０、ＥＧＲクーラ４２およびバイパス通路４６（以下これらを総称して「ＥＧＲ経路」という）が排気マニホールド２０から切り離され、それらの容積が排気系容積に加わることを防止することができるので、排気系容積を小さくすることができる。このため、図３中の実線で示すように、排気弁５６から排出される排気ガスによって排気行程初期の排気マニホールド圧力が高く上昇し、その反作用として排気行程後期の排気マニホールド圧力を低くすることができる。つまり、排気マニホールド圧力の脈動を強くし、その振幅を大きくすることができる。このため、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧（図３中のＢ）を大きくすることができ、掃気効果を十分に発揮させることができる。その結果、充填効率向上制御の効果が大きく発揮され、機関トルクを十分に向上することができる。

そこで、本実施形態では、充填効率向上制御の実行時、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さく、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されていないと判断される場合には、流路切替弁４８を遮断状態に切り替えることにより、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されるように制御することとした。

［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンによれば、まず、吸気圧センサ６８で検出される吸気マニホールド圧力が取得される（Ｓ１）。次いで、排気圧センサ７０の検出信号に基づいて、脈動の谷での排気マニホールド圧力が取得される（Ｓ２）。

続いて、上記Ｓ１で取得された吸気マニホールド圧力と、上記Ｓ２で取得された脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が、所定の判定値より小さいか否かが判別される（Ｓ３）。この判定値は、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されるか否かの境界として、予め設定された値である。このＳ３において、上記差圧が上記判定値より小さいと認められた場合には、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されない状況であると判断できる。そこで、この場合には、流路切替弁４８を遮断状態に切り替えることにより、ＥＧＲ経路が排気マニホールド２０から遮断される（Ｓ４）。これにより、排気系容積が縮小され、排気マニホールド圧力脈動の振幅を大きくすることができるので、充填効率向上制御の効果を向上することができ、機関トルクを十分にアップすることができる。

一方、上記Ｓ３において、上記差圧が上記判定値以上であると認められた場合には、充填効率向上制御の効果が十分に発揮される状況であると判断できる。よって、この場合には、ＥＧＲ経路を遮断する必要はないと判断できるので、上記Ｓ４の処理は実行されない。

以上説明したように、本実施形態によれば、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さく、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されないような状況においては、ＥＧＲ経路を排気マニホールド２０から遮断して排気系容積を縮小することにより、排気マニホールド圧力脈動の振幅を大きくし、もって充填効率向上制御の効果を向上させることができる。

また、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が十分に大きく、充填効率向上制御の効果が十分に発揮される状況においては、ＥＧＲ経路を遮断することを回避し、ＥＧＲを継続することができる。このため、エミッション低減等のＥＧＲの利点を広い範囲で享受することができる。

ところで、排気マニホールド２０からＥＧＲ経路を遮断するための構成としては、本実施形態の構成、つまりＥＧＲ弁４４とは別個にＥＧＲクーラ４２の上流側に弁（流路切替弁４８）を設け、その弁を閉じるようにする構成のほかに、ＥＧＲ弁自体をＥＧＲクーラ４２の上流側（ＥＧＲ通路４０の入口側）に配置し、そのＥＧＲ弁を閉じることによってＥＧＲ経路を遮断する構成も考えられる。しかしながら、ＥＧＲ弁をＥＧＲクーラ４２の上流側に配置した場合には、吸気通路２８からＥＧＲ弁までの距離が遠くなるため、ＥＧＲ弁の開度を変更してから吸気通路２８へのＥＧＲガス流入量が実際に変化するまでに遅れが生ずることとなる。その結果、ＥＧＲ量を精度良く制御することが困難となる。これに対し、本実施形態では、ＥＧＲ弁４４がＥＧＲクーラ４２の下流側にあるので、ＥＧＲ量の制御遅れを抑制することができ、高精度なＥＧＲ制御を行うことができる。

また、本実施形態では、排気マニホールド圧力を排気圧センサ７０で検出することとしているが、排気マニホールド圧力の取得方法はこれに限定されるものではない。例えば、タービン２４ａの下流側の圧力と排気マニホールド圧力との間には相関があるので、タービン２４ａの下流側に設けた圧力センサの検出値に基づいて排気マニホールド圧力を算出するようにしてもよい。また、吸入空気量および排気温度等に基づいて算出される排気マニホールド圧力の推定値を用いることもできる。この場合、吸入空気量は、エアフローメータ３８で検出することができ、排気温度は、図示しない排気温度センサで検出するか、あるいは検出機関回転数および機関負荷（燃料噴射量）に基づいて推定することができる。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、前述した充填効率向上制御を実行することにより前記第１の発明における「充填効率向上手段」が、上記Ｓ１〜Ｓ３の処理を実行することにより前記第１の発明における「差圧判定手段」が、上記Ｓ４の処理を実行することにより前記第１の発明における「排気系容積縮小手段」が、それぞれ実現されている。また、流路切替弁４８が前記第２の発明における「ＥＧＲ通路遮断弁」に相当している。

実施の形態２．
次に、図５乃至図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、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。本実施形態のシステム構成は、ＥＧＲクーラ、バイパス通路およびＥＧＲ通路遮断弁の構造が異なること以外は、前述した実施の形態１と同様である。

図５は、本発明の実施の形態２におけるＥＧＲクーラ、バイパス通路およびＥＧＲ通路遮断弁の構造を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態におけるＥＧＲクーラ４２’は、クーラ入口７１と、このクーラ入口７１に隣接するクーラ出口７２とを有している。クーラ入口７１から流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ４２’内をＵターンするように流れて、クーラ出口７２から流出する。すなわち、クーラ入口７１へのＥＧＲガス流入方向と、クーラ出口７２からのＥＧＲガス流出方向とは、互いに反対方向となっている。クーラ入口７１から続く往路と、クーラ出口７２へ続く復路とは、隔壁７３によって隔てられている。この往路と復路とには、それぞれ、熱交換器７４，７５が設置されている。熱交換器７４，７５には機関冷却水が流通しており、その冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。

ＥＧＲクーラ４２’の近傍には、ＥＧＲ通路遮断弁７６が設けられている。ＥＧＲ通路遮断弁７６は、上流のＥＧＲ通路４０からＥＧＲガスが流入する流入口７７と、ＥＧＲガスが下流のＥＧＲ通路４０へ流出する流出口７８と、流入口７７とクーラ入口７１との双方に連通する上流室７９と、流出口７８とクーラ出口７２との双方に連通する下流室８０と、上流室７９と下流室８０とを連通させるバイパス開口８１と、スイング弁８２を有している。

バイパス開口８１は、実施の形態１のバイパス通路４６と同様の機能、つまりＥＧＲクーラ４２’を通さずにＥＧＲガスをＥＧＲ通路４０の下流側に流す機能を有している。

スイング弁８２は、バイパス開口８１を介してＥＧＲクーラ４２’と反対側に位置する回転軸８３を中心に揺動可能に設置されている。このスイング弁８２は、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ４２’に通すクーラ位置と、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ４２’に通さずにＥＧＲ通路４０の下流側に流すバイパス位置と、ＥＧＲクーラ４２’の上流側でＥＧＲ通路４０を遮断する遮断位置とに変位可能になっている。スイング弁８２は、例えば負圧アクチュエータ、電気モータ等のアクチュエータ（図示せず）に駆動されて、上記３つの位置に変位する。上流室７９の内壁には、スイング弁８２が遮断位置にあるときにスイング弁８２の先端が当接する当接面８４が形成されている。

図５は、スイング弁８２がクーラ位置にある状態、すなわちクーラ経由状態を示している。この状態では、スイング弁８２の先端は、微小なクリアランスを介して隔壁７３の端面と対向する。これにより、バイパス開口８１がスイング弁８２によって遮断される。このため、流入口７７から上流室７９へと流入したＥＧＲガスは、クーラ入口７１へ導入され、熱交換器７４，７５、クーラ出口７２、下流室８０を順次通過して、流出口７８からＥＧＲ通路４０の下流側へと流出する。

図６は、スイング弁８２がクーラ位置にあるときのスイング弁８２と隔壁７３とのクリアランス付近を拡大して示す図である。この図に示すように、隔壁７３の端部には、フランジ８５が設けられていてもよい。フランジ８５を設けることにより、隔壁７３の端面の幅が拡大するので、スイング弁８２の停止位置が多少ずれても、クリアランスが大きくなることを防止することができる。このため、スイング弁８２と隔壁７３との間のシール性を向上することができる。

図７は、スイング弁８２がバイパス位置にある状態、すなわちバイパス状態を示している。この状態では、バイパス開口８１が開放されている。このため、流入口７７から上流室７９へと流入したＥＧＲガスは、バイパス開口８１を通ってそのまま下流室８０へ抜け、流出口７８からＥＧＲ通路４０の下流側へと流出する。軽負荷時には、スイング弁８２をこのようなバイパス位置とすることにより、ＥＧＲクーラ４２’を通さずにＥＧＲを行うことができる。このため、筒内温度が低くなり過ぎることによる燃焼悪化を回避することができ、ＨＣ排出量を低減することができる。また、本実施形態によれば、図１中のバイパス通路４６のような管路を別個に設ける必要がなく、ＥＧＲ通路遮断弁７６内に設けたバイパス開口８１を介してＥＧＲガスをバイパスさせることができる。このため、ＥＧＲ装置の簡素化および小型化が図れる。

図８は、スイング弁８２が遮断位置にある状態、すなわち遮断状態を示している。この状態では、スイング弁８２の先端が当接面８４に当接することにより、流入口７７と上流室７９とがスイング弁８２によって遮断される。この状態とすることにより、実施の形態１と同様に、ＥＧＲクーラ４２’の容積が排気系容積に加わることを防止することができ、排気系容積を小さくすることができる。このため、排気マニホールド圧力の脈動が強くなり、充填効率向上制御の効果が大きく発揮させることができる。

上述したように、本実施形態によれば、一つのスイング弁８２によって、クーラ経由状態とバイパス状態との切り替えに加えて、更に遮断状態への切り替えを実現することができる。このため、構造の簡素化および小型化が図れる。

また、本実施形態では、スイング弁８２の位置に関して、図５に示すクーラ位置と図７に示すバイパス位置との外側に、図８に示す遮断位置がある。このため、ＥＧＲの実行中、クーラ経由状態とバイパス状態とを切り替える際に、ＥＧＲガスの流れが一瞬たりとも途切れることがなく、円滑な切り替えを行うことができる。

本実施形態は、上述した点以外は、前述した実施の形態１と同様であるので、これ以上の説明は省略する。ただし、実施の形態１では、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さいと判断される場合に、流路切替弁４８を閉じて排気系容積を縮小させることとしていたが、本実施形態では、上記差圧に基づいた制御を行わなくてもよい。すなわち、本実施形態では、高負荷状態であるとき、つまり機関負荷（例えば、アクセル開度、燃料噴射量、要求トルク等）が所定の高負荷判定値を超える場合に、機関トルクをアップさせるために、スイング弁８２を遮断位置とすることによって排気系容積を縮小させるようにしてもよい。この場合、上記高負荷判定値は、機関回転数に応じて変化させてもよい。

なお、上述した実施の形態２においては、バイパス開口８１が前記第３および第５の発明における「バイパス通路」に、スイング弁８２が前記第３および第５の発明における「弁体」に、それぞれ相当している。

実施の形態３．
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態２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。本実施形態は、ＥＧＲ通路遮断弁の構造が異なること以外は、前述した実施の形態２と同様である。

図９は、本発明の実施の形態３におけるＥＧＲクーラ、バイパス通路およびＥＧＲ通路遮断弁の構造を示す断面図である。図９に示すように、本実施形態におけるＥＧＲクーラ４２’は、前述した実施の形態２と同様である。一方、本実施形態におけるＥＧＲ通路遮断弁７６’は、スイング弁８２のバイパス位置と遮断位置との配置が前述した実施の形態２とは異なる。図９は、スイング弁８２がクーラ位置にある状態を示しており、この状態は、前述した実施の形態２と同様である。

図１０は、スイング弁８２が遮断位置にある状態、すなわち遮断状態を示している。この状態では、スイング弁８２の先端と、上流室７９の内壁面８５とが、微小なクリアランスを介して対向する。これにより、流入口７７がスイング弁８２によって遮断される。この状態とすることにより、実施の形態１と同様に、ＥＧＲクーラ４２’の容積が排気系容積に加わることを防止することができ、排気系容積を小さくすることができる。このため、排気マニホールド圧力の脈動が強くなり、充填効率向上制御の効果が大きく発揮させることができる。

スイング弁８２がクーラ位置から遮断位置を超えて更に同じ方向に回転すると、バイパス位置となる。図１１は、スイング弁８２がバイパス位置にある状態、すなわちバイパス状態を示している。この状態では、バイパス開口８１が開放されるので、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ４２’を通らずにＥＧＲ通路４０の下流側に流れる。

本実施形態によれば、スイング弁８２の位置に関して、遮断位置（図１０）がクーラ位置（図９）とバイパス位置（図１１）との間にある。このため、クーラ位置から遮断位置までのスイング弁８２の回転角度と、バイパス位置から遮断位置までのスイング弁８２の回転角度とを、何れも小さくする（共に４５°程度）ことができる。よって、クーラ位置とバイパス位置との何れの位置からでも、スイング弁８２を遮断位置に迅速に移動させることができる。すなわち、クーラ経由状態とバイパス状態との何れの状態からでも、遮断状態へと迅速に切り替えることができる。

ディーゼル機関１０の定常運転時には、通常、ＥＧＲが実行されるので、スイング弁８２はクーラ位置とバイパス位置との何れかの位置にある。これに対し、加速時（高負荷時）には、充填効率向上制御が実行され、この充填効率向上制御の効果を高めるため、スイング弁８２が遮断位置へと移動する。このとき、スイング弁８２がクーラ位置あるいはバイパス位置から遮断位置へ移動するのに要する時間が長いと、充填効率向上制御の効果を高めること、つまり機関トルクを十分にアップすることが遅くなる。よって、良好な加速レスポンスが得にくくなる。これに対し、本実施形態では、加速開始時にスイング弁８２がクーラ位置からでもバイパス位置からでも遮断位置へ迅速に移動することができるので、充填効率向上制御の効果を迅速に高めることができる。つまり、機関トルクを迅速にアップすることができる。よって、優れた加速レスポンスが得られる。

本実施形態は、上述した点以外は、前述した実施の形態２と同様であるので、これ以上の説明は省略する。

実施の形態４．
次に、図１２を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、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。図１２は、本発明の実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。図１２に示すように、本実施形態のディーゼル機関１０には、１気筒当たり二つの排気弁５６が設けられている。そして、ディーゼル機関１０のシリンダヘッド８８に形成される排気ポートから、排気マニホールド２０の集合部にかけての排気通路は、それらの各排気弁５６毎に独立して形成されている。この独立した排気通路を本明細書では「独立排気通路」と称し、各気筒の二つの排気弁５６のうちの一方の排気弁５６に連通する独立排気通路を符号８６で、他方の排気弁５６に連通する独立排気通路を符合８７で表す。

各気筒の独立排気通路８６の下流端付近には、独立排気通路８６を遮断可能な独立排気通路遮断弁８９が設置されている。すなわち、独立排気通路遮断弁８９は、独立排気通路８６上で、排気マニホールド２０の集合部の手前に配置されている。図示の構成では、独立排気通路遮断弁８９は、バタフライ弁で構成されているが、弁形式はこれに限定されるものではない。各気筒の独立排気通路遮断弁８９は、共通の回転軸９０に固定されている。この回転軸９０をアクチュエータ９１が駆動することにより、各気筒の独立排気通路遮断弁８９が一律に開閉する。アクチュエータ９１の作動は、ＥＣＵ５０によって制御される。

ＥＧＲ通路４０の上流端は、図１２中で右端の気筒の独立排気通路８６の途中に接続されている。ＥＧＲ実行時は、各気筒の独立排気通路遮断弁８９は開かれる。よって、図１２中で右端の気筒の独立排気通路８６にも排気ガスが流れるので、その排気ガスをＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４０に取り出すことができる。

一方、各気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じると、各気筒の独立排気通路８６には排気ガスが流れなくなり、独立排気通路８７にのみ排気ガスが流れる状態となる。つまり、各気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じると、各気筒の独立排気通路８６は排気マニホールド２０の集合部から遮断され、独立排気通路８７のみが排気マニホールド２０の集合部と連通する。このため、各気筒の独立排気通路８６の容積は、排気系容積に加わらなくなる。更に、この状態では、ＥＧＲ通路４０も排気マニホールド２０の集合部から遮断されているので、ＥＧＲ通路４０やＥＧＲクーラ４２の容積も排気系容積に加わらなくなる。このようなことから、各気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じると、通常時と比べ、ＥＧＲ通路４０とＥＧＲクーラ４２と各気筒の独立排気通路８６とを合わせた容積の分だけ、排気系容積を小さくすることができる。このため、充填効率向上制御の実行時には、各気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じることにより、排気マニホールド圧力の脈動を強くすることができるので、充填効率（空気量）を更にアップすることができる。なお、各気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じる場合には、ＥＧＲ弁４４も閉じるものとする。

本実施形態は、上述した点以外は、前述した実施の形態１と同様であるので、これ以上の説明は省略する。ただし、実施の形態１では、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さいと判断される場合に、流路切替弁４８を閉じて排気系容積を縮小させることとしていたが、本実施形態では、上記差圧に基づいた制御を行わなくてもよい。すなわち、本実施形態では、高負荷状態であるとき、つまり機関負荷（例えば、アクセル開度、燃料噴射量、要求トルク等）が所定の高負荷判定値を超える場合に、充填効率向上制御の効果をアップさせるべく、各気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じることによって排気系容積を縮小させるようにしてもよい。この場合、上記高負荷判定値は、機関回転数に応じて変化させてもよい。

なお、本実施形態では、全気筒の独立排気通路８６に独立排気通路遮断弁８９を設けているが、本発明では、一部の気筒の独立排気通路８６にのみ独立排気通路遮断弁８９を設けてもよい。その場合、独立排気通路遮断弁８９を閉じたときにＥＧＲ経路を排気マニホールド２０から遮断できるように、ＥＧＲ通路４０が接続された独立排気通路８６には独立排気通路遮断弁８９を設けることが好ましい。

実施の形態５．
次に、図１３を参照して、本発明の実施の形態５について説明するが、上述した実施の形態４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。図１３は、本発明の実施の形態５のシステム構成を説明するための図である。図１３に示すように、本実施形態のディーゼル機関１０にで、実施の形態４と同様に、各気筒の独立排気通路８６には、独立排気通路遮断弁８９が設置されており、これらの独立排気通路遮断弁８９は、共通の回転軸９０に固定されている。

更に、本実施形態では、各気筒の独立排気通路８７の下流端付近に、独立排気通路８７を遮断可能な独立排気通路遮断弁９２が設置されている。これら各気筒の独立排気通路遮断弁９２は、共通の回転軸９３に固定されている。アクチュエータ９４は、回転軸９０，９３をそれぞれ独立に回転駆動可能になっている。これにより、独立排気通路遮断弁８９と、独立排気通路遮断弁９２とは、独立に開閉可能になっている。アクチュエータ９４の作動は、ＥＣＵ５０によって制御される。通常時は、各気筒の独立排気通路遮断弁８９，９２は共に開いた状態に制御される。

独立排気通路遮断弁９２を開いた状態とし、独立排気通路遮断弁８９を閉じると、前述した実施の形態４と同様に、通常時と比べ、ＥＧＲ通路４０とＥＧＲクーラ４２と各気筒の独立排気通路８６とを合わせた容積の分だけ、排気系容積を小さくすることができる。このため、充填効率向上制御の実行時には、各気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じることにより、排気マニホールド圧力の脈動を強くすることができるので、充填効率（空気量）を更にアップすることができる。

一方、本実施形態では、冷間時あるいは軽負荷時には、独立排気通路遮断弁８９を開いた状態とし、独立排気通路遮断弁９２を閉じるように制御される。この状態では、各気筒において、独立排気通路８７には排気ガスが流れなくなり、独立排気通路８６にのみ排気ガスが流れる。このため、通常時と比べ、排気系の表面積を各気筒の独立排気通路８７の表面積の分だけ縮小することができる。また、この状態では、独立排気通路遮断弁８９を開いているので、図１３中の右端の気筒の独立排気通路８６には排気ガスが流れる。このため、ＥＧＲ通路４０からＥＧＲガスを取り出すことができ、ＥＧＲを実行することができる。

冷間時あるいは軽負荷時には、排気温度が低くなり易いので、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持が困難となる場合がある。本実施形態では、冷間時あるいは軽負荷時に独立排気通路遮断弁９２を閉じることにより、独立排気通路８７の表面積の分だけ排気系表面積が縮小するので、排気ガスから外部へ逃げる熱量を低減することができる。このため、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を高くすることができ、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持に寄与する。また、冷間時あるいは軽負荷時にはＥＧＲの実行が必要となるが、上述したように、独立排気通路遮断弁９２が閉じていても、ＥＧＲは実行可能である。

なお、本実施形態において、冷間時であるか否かの判断は、機関代表温度（例えば冷却水温）が所定の判定温度より高いか低いかによって判別することができる。また、軽負荷状態であるか否かの判断は、機関負荷（例えば、アクセル開度、燃料噴射量、要求トルク等）が所定の軽負荷判定値より高いか低いかによって判別することができる。

上述した実施の形態５においては、各気筒の独立排気通路遮断弁８９が前記第１１の発明における「第１系統の独立排気通路遮断弁群」に、独立排気通路遮断弁９２が前記第１１の発明における「第２の独立排気通路遮断弁」に、各気筒の独立排気通路遮断弁９２が前記第１１の発明における「第２系統の独立排気通路遮断弁群」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、冷間時あるいは軽負荷時に各気筒の独立排気通路遮断弁９２を閉じるようにアクチュエータ９４を制御することにより前記第１１の発明における「排気温度低下抑制手段」が実現されている。

実施の形態６．
次に、図１４を参照して、本発明の実施の形態６について説明するが、上述した実施の形態４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。図１４は、本発明の実施の形態６のシステム構成を説明するための図である。図１４に示すように、本実施形態のディーゼル機関１０では、各気筒の独立排気通路８６に独立排気通路遮断弁８９が設置されている。各気筒の独立排気通路遮断弁８９は、ＥＣＵ５０により制御される図示しないアクチュエータの駆動により、互いに独立して開閉可能になっている。通常時は、各気筒の独立排気通路遮断弁８９は何れも開いた状態に制御される。

各気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じると、前述した実施の形態４と同様に、通常時と比べ、ＥＧＲ通路４０とＥＧＲクーラ４２と各気筒の独立排気通路８６とを合わせた容積の分だけ、排気系容積を小さくすることができる。このため、充填効率向上制御の実行時には、各気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じることにより、排気マニホールド圧力の脈動を強くすることができるので、充填効率（空気量）を更にアップすることができる。

一方、本実施形態では、冷間時あるいは軽負荷時には、ＥＧＲ通路４０が接続された＃１気筒（図１４中で右端の気筒）の独立排気通路遮断弁８９を開いた状態とし、他の気筒（＃２〜＃４気筒）の独立排気通路遮断弁８９を閉じるように制御される。この状態では、＃２〜＃４気筒において、独立排気通路８６には排気ガスが流れなくなり、独立排気通路８７にのみ排気ガスが流れる。このため、通常時と比べ、排気系の表面積を＃２〜＃４気筒の独立排気通路８６の表面積の分だけ縮小することができる。また、この状態では、＃１気筒の独立排気通路遮断弁８９を開いているので、＃１気筒の独立排気通路８６には排気ガスが流れる。このため、ＥＧＲ通路４０からＥＧＲガスを取り出すことができ、ＥＧＲを実行することができる。

冷間時あるいは軽負荷時には、排気温度が低くなり易いので、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持が困難となる場合がある。本実施形態では、冷間時あるいは軽負荷時に＃２〜＃４気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じることにより、＃２〜＃４気筒の独立排気通路８６の表面積の分だけ排気系表面積が縮小するので、排気ガスから外部へ逃げる熱量を低減することができる。このため、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を高くすることができ、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持に寄与する。また、冷間時あるいは軽負荷時にはＥＧＲの実行が必要となるが、上述したように、＃１気筒の独立排気通路遮断弁８９を開いておくことにより、ＥＧＲは実行可能である。

なお、本実施形態において、冷間時であるか否かの判断は、機関代表温度（例えば冷却水温）が所定の判定温度より高いか低いかによって判別することができる。また、軽負荷状態であるか否かの判断は、機関負荷（例えば、アクセル開度、燃料噴射量、要求トルク等）が所定の軽負荷判定値より高いか低いかによって判別することができる。

また、図示の構成では、＃１〜＃４気筒の独立排気通路遮断弁８９の各々が独立して開閉可能であるものとしたが、本実施形態では、＃１気筒の独立排気通路遮断弁８９と、＃２〜＃４気筒の独立排気通路遮断弁８９とが互いに独立して開閉可能であればよい。すなわち、＃２〜＃４気筒の独立排気通路遮断弁８９は、一律に開閉するように構成されていてもよい。

上述した実施の形態６においては、ＥＣＵ５０が、冷間時あるいは軽負荷時に＃１気筒の独立排気通路遮断弁８９を開いた状態とし、＃２〜＃４気筒の独立排気通路遮断弁８９を閉じるように制御することにより前記第１２の発明における「排気温度低下抑制手段」が実現されている。

実施の形態７．
次に、図１５乃至図１７を参照して、本発明の実施の形態７について説明するが、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。図１５は、本発明の実施の形態７のシステム構成を説明するための図である。

排気マニホールド圧力の脈動を利用した充填効率向上制御の実行が必要となるのは、加速時など、ディーゼル機関１０が高負荷で運転される場合である。高負荷時には、通常、外部ＥＧＲはカットされる（ＥＧＲ弁４４が閉じられる）。また、高負荷時には、燃料噴射量が多くされるので、排気温度も高くなる。このようなことから、排気マニホールド圧力は、機関負荷が高くなるにつれて、高くなる。よって、充填効率向上制御が実行されるのは、排気マニホールド圧力が高い場合であると言うことができる。

そこで、本実施形態では、排気マニホールド圧力が高くなった場合に、その排気マニホールド圧力によって自動的にＥＧＲ通路４０をＥＧＲクーラ４２の上流側で遮断するように作動するＥＧＲ通路遮断弁９５を設けることとした。

図１５に示すように、本実施形態では、ＥＧＲクーラ４２の上流側のＥＧＲ通路４０の途中に、ＥＧＲ通路４０を遮断可能なＥＧＲ通路遮断弁９５が設けられている。排気マニホールド２０からは、弁駆動用通路９６が分岐しており、この弁駆動用通路９６がＥＧＲ通路遮断弁９５に接続されている。弁駆動用通路９６を介して、ＥＧＲ通路遮断弁９５に排気マニホールド圧力が供給される。

図１６は、ＥＧＲ通路遮断弁９５付近の断面図である。同図に示すように、ＥＧＲ通路遮断弁９５は、シリンダ９７を有しており、このシリンダ９７内には、ピストン９８と、ピストン９８を図中で上方向に付勢するバネ９９とが設けられている。シリンダ９７とピストン９８とで囲まれる圧力室１００には、弁駆動用通路９６が連通している。これにより、圧力室１００には、弁駆動用通路９６を介して、排気マニホールド圧力が作用する。ピストン９８には、ロッド１０１を介して、ＥＧＲ通路４０を遮断し得る仕切り板１０２が連結されている。

図１６は、排気マニホールド圧力が低いときのＥＧＲ通路遮断弁９５の状態を示している。この状態では、圧力室１００に作用する排気マニホールド圧力がピストン９８を図中で下方に押し下げる力が弱いため、バネ９９は伸びている。その結果、仕切り板１０２は、ＥＧＲ通路４０内から退避しており、ＥＧＲ通路４０は開通している。

一方、図１７は、排気マニホールド圧力が高いときのＥＧＲ通路遮断弁９５の状態を示している。排気マニホールド圧力が高くなると、圧力室１００内の排気マニホールド圧力がピストン９８に及ぼす力によって、ピストン９８はバネ９９の付勢力に抗して、図中の下方へ移動する。その結果、図１７に示すように、仕切り板１０２がＥＧＲ通路４０内に進入し、ＥＧＲ通路４０を遮断する。この状態では、ＥＧＲ通路４０やＥＧＲクーラ４２の容積が排気系容積に加わらなくなるので、通常時と比べ、ＥＧＲ通路４０とＥＧＲクーラ４２とを合わせた容積の分だけ、排気系容積が小さくなる。

排気マニホールド圧力が、ある閾値を超えると、ＥＧＲ通路遮断弁９５の仕切り板１０２は、図１６に示す通常位置から図１７に示す排気系容積縮小位置へと移動する。上記閾値はバネ９９のバネ定数によって決定される。バネ９９のバネ定数は、上記閾値が、充填効率向上制御が開始される機関負荷のときの排気マニホールド圧力に対応した値となるように、設定されている。

このようなＥＧＲ通路遮断弁９５によれば、充填効率向上制御が実行される運転領域に入った場合に、上昇した排気マニホールド圧力によって自動的にＥＧＲ通路４０を遮断して、排気系容積を小さくすることができる。その結果、排気マニホールド圧力の脈動を強くすることができるので、充填効率向上制御の効果が高まり、充填効率（空気量）を更にアップすることができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲ通路遮断弁９５を駆動するためのアクチュエータや制御が不要であるため、システムを簡素化することができ、コスト低減が図れる。

なお、上述した実施の形態７においては、仕切り板１０２が前記第１３の発明における「弁体」に、ピストン９８が前記第１３の発明における「弁体押圧手段」に、バネ９９が前記第１３の発明における「付勢手段」に、それぞれ相当している。

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。 図１に示すシステムにおけるディーゼル機関の一つの気筒の断面を示す図である。 充填効率向上制御実行中の吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるＥＧＲクーラ、バイパス通路およびＥＧＲ通路遮断弁の構造を示す断面図である。 スイング弁がクーラ位置にあるときのスイング弁と隔壁とのクリアランス付近を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態２のＥＧＲ通路遮断弁におけるスイング弁がバイパス位置にある状態を示す図である。 本発明の実施の形態２のＥＧＲ通路遮断弁におけるスイング弁が遮断位置にある状態を示す図である。 本発明の実施の形態３におけるＥＧＲクーラ、バイパス通路およびＥＧＲ通路遮断弁の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態３のＥＧＲ通路遮断弁におけるスイング弁が遮断位置にある状態を示す図である。 本発明の実施の形態３のＥＧＲ通路遮断弁におけるスイング弁がバイパス位置にある状態を示す図である。 本発明の実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態５のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態６のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態７のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態７におけるＥＧＲ通路遮断弁付近の断面図である。 本発明の実施の形態７におけるＥＧＲ通路遮断弁付近の断面図である。

符号の説明

１０ ディーゼル機関
１２ インジェクタ
１４ コモンレール
１８ 排気通路
２０ 排気マニホールド
２２ 排気ポート
２４ ターボ過給機
２４ａ タービン
２４ｂ コンプレッサ
２６ ＤＰＦ
２８ 吸気通路
３４ 吸気マニホールド
３５ 吸気ポート
３６ 吸気絞り弁
３８ エアフローメータ
４０ ＥＧＲ通路
４２ ＥＧＲクーラ
４４ ＥＧＲ弁
４６ バイパス通路
４８ 流路切替弁
５０ ＥＣＵ
５２ 吸気弁
５４ 吸気可変動弁装置
５６ 排気弁
５８ 排気可変動弁装置
６２ クランク角センサ
６４ ピストン
６８ 吸気圧センサ
７０ 排気圧センサ
７１ クーラ入口
７２ クーラ出口
７３ 隔壁
７４，７５ 熱交換器
７６ ＥＧＲ通路遮断弁
７７ 流入口
７８ 流出口
７９ 上流室
８０ 下流室
８１ バイパス開口
８２ スイング弁
８３ 回転軸
８４ 当接面
８５ 内壁面
８６，８７ 独立排気通路
８８ シリンダヘッド
８９，９２ 独立排気通路遮断弁
９０，９３ 回転軸
９１，９４ アクチュエータ
９５ ＥＧＲ通路遮断弁
９６ 弁駆動用通路
９７ シリンダ
９８ ピストン
９９ バネ
１００ 圧力室
１０１ ロッド
１０２ 仕切り板

Claims (14)

1. 内燃機関の複数の気筒の排気ガスを集合させる排気マニホールドと、
   前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させ、前記バルブオーバーラップ期間において排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くする充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
   吸気マニホールド圧力と、前記脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満であるか否かを判定する差圧判定手段と、
   前記充填効率向上制御が実行され、且つ、前記差圧が前記所定値未満であると判定された場合に、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラの下流側に設置され、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御弁と、
   前記ＥＧＲクーラの上流側で前記ＥＧＲ通路を遮断可能なＥＧＲ通路遮断弁と、
   を備え、
   前記排気系容積縮小手段は、前記ＥＧＲ通路遮断弁を閉じることによって前記排気系容積を縮小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ＥＧＲクーラを通さずにＥＧＲガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に流すバイパス通路を備え、
   前記ＥＧＲ通路遮断弁は、前記ＥＧＲクーラおよび前記バイパス通路の上流側で前記ＥＧＲ通路を遮断する遮断位置と、ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラに通すクーラ位置と、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に通すバイパス位置とに変位する弁体を有す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. 前記内燃機関は、少なくとも一つの気筒に複数の排気弁を有し、それらの各排気弁毎に独立した独立排気通路がシリンダヘッドから前記排気マニホールドに渡って形成されており、
   同一気筒の複数の前記独立排気通路のうち、少なくとも一つを残して他の独立排気通路をその下流端付近で遮断可能な独立排気通路遮断弁を備え、
   前記排気系容積縮小手段は、前記独立排気通路遮断弁を閉じることによって前記排気系容積を縮小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。
5. 内燃機関の複数の気筒の排気ガスを集合させる排気マニホールドと、
   前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させ、前記バルブオーバーラップ期間において排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くする充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
   前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラを通さずにＥＧＲガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に流すバイパス通路と、
   前記ＥＧＲクーラおよび前記バイパス通路の上流側で前記ＥＧＲ通路を遮断する遮断位置と、ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラに通すクーラ位置と、ＥＧＲガスを前記バイパス通路に通すバイパス位置とに変位する弁体を有するＥＧＲ通路遮断弁と、
   前記充填効率向上制御が実行され、且つ、機関負荷が所定の高負荷判定値を超える場合に、前記ＥＧＲ通路遮断弁の弁体を前記遮断位置に移動させることにより、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 前記ＥＧＲクーラは、クーラ入口と、前記クーラ入口と隣接し、ＥＧＲガス流出方向が前記クーラ入口へのＥＧＲガス流入方向と反対方向となるクーラ出口とを有し、
   前記ＥＧＲ通路遮断弁は、
   ＥＧＲガスが流入する流入口と、
   ＥＧＲガスが流出する流出口と、
   前記流入口と前記クーラ入口との双方に連通する上流室と、
   前記流出口と前記クーラ出口との双方に連通する下流室と、
   前記上流室と前記下流室とを連通させるバイパス開口と、
   を有し、
   前記弁体は、前記バイパス開口を介して前記ＥＧＲクーラと反対側に位置する回転軸を中心に揺動可能なスイング弁で構成され、
   前記スイング弁は、前記流入口を遮断する遮断位置と、前記バイパス開口を遮断することによって前記上流室のＥＧＲガスを前記クーラ入口へ導入するクーラ位置と、前記流入口から前記バイパス開口を通って前記流出口への流通を許容するバイパス位置とに変位可能であることを特徴とする請求項３または５記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記クーラ位置と前記バイパス位置との間に前記遮断位置があることを特徴とする請求項３、５または６記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記クーラ位置と前記バイパス位置との外側に前記遮断位置があることを特徴とする請求項３、５または６記載の内燃機関の制御装置。
9. 少なくとも一つの気筒に複数の排気弁を有し、それらの各排気弁毎に独立した独立排気通路がシリンダヘッドから排気マニホールドに渡って形成されている内燃機関と、
   前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させ、前記バルブオーバーラップ期間において排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くする充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
   同一気筒の複数の前記独立排気通路のうち、少なくとも一つを残して他の独立排気通路をその下流端付近で遮断可能な独立排気通路遮断弁と、
   前記充填効率向上制御が実行され、且つ、機関負荷が所定の高負荷判定値を超える場合に、前記独立排気通路遮断弁を閉じることにより、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路を備え、
    前記ＥＧＲ通路の上流端は、前記独立排気通路遮断弁が設けられた前記独立排気通路に接続されていることを特徴とする請求項４または９記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記独立排気通路遮断弁を含む第１系統の独立排気通路遮断弁群と、
    前記ＥＧＲ通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒において当該独立排気通路を残して他の独立排気通路を遮断可能な第２の独立排気通路遮断弁を含む第２系統の独立排気通路遮断弁群と、
    機関代表温度が所定の冷間判定温度より低い冷間時および／または機関負荷が所定の軽負荷判定値より小さい軽負荷時に、前記第２系統の独立排気通路遮断弁群を閉じることによって排気系表面積を縮小させる排気温度低下抑制手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記ＥＧＲ通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒の独立排気通路遮断弁と、他の気筒の独立排気通路遮断弁とは、独立に開閉可能になっており、
    機関代表温度が所定の冷間判定温度より低い冷間時および／または機関負荷が所定の軽負荷判定値より小さい軽負荷時に、前記ＥＧＲ通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒の独立排気通路遮断弁を開いたまま、他の気筒の独立排気通路遮断弁を閉じることによって排気系表面積を縮小させる排気温度低下抑制手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の制御装置。
13. 内燃機関の複数の気筒の排気ガスを集合させる排気マニホールドと、
    前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させ、前記バルブオーバーラップ期間において排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くする充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
    通常位置と、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小位置とに変位可能な弁体と、
    前記内燃機関の排気圧力によって前記弁体を前記通常位置から前記排気系容積縮小位置へ押圧する弁体押圧手段と、
    前記弁体を前記排気系容積縮小位置から前記通常位置へ戻す方向に付勢する付勢手段と、
    を備え、
    前記充填効率向上制御が実行される運転領域に入った場合に、前記弁体が前記排気圧力によって押圧されて前記通常位置から前記排気系容積縮小位置へ移動することにより、前記排気系容積が縮小することを特徴とする内燃機関の制御装置。
14. 前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路を備え、
    前記弁体が前記排気系容積縮小位置へ移動したとき、前記弁体は、前記ＥＧＲ通路の上流端付近で前記ＥＧＲ通路を遮断することを特徴とする請求項１３記載の内燃機関の制御装置。

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