内燃機関の制御装置
【課題】信頼性を確保しつつ過渡運転時におけるＮＯｘ排出量を効果的に低減することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンシステム１は、コンプレッサ出口における吸入空気の温度を検出する吸気温センサ４２と、ＥＧＲ通路１６を通じて吸気側に流入する外部ＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブ１６２と、吸気弁２２および排気弁２３の開閉弁タイミングを変更して排ガスの一部を燃焼室に流入または残留させることで内部ＥＧＲ量を制御する電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７と、を備え、インジェクタ１７の燃料噴射量を増大させるときの吸入空気の温度に基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を調節する。すなわち、吸入空気の温度がより高いほど、現に要求されるＥＧＲ量のうち外部ＥＧＲ量が占める比率をより小さくしつつ、内部ＥＧＲ量が占める比率をより大きくするよう調節する。
【解決手段】エンジンシステム１は、コンプレッサ出口における吸入空気の温度を検出する吸気温センサ４２と、ＥＧＲ通路１６を通じて吸気側に流入する外部ＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブ１６２と、吸気弁２２および排気弁２３の開閉弁タイミングを変更して排ガスの一部を燃焼室に流入または残留させることで内部ＥＧＲ量を制御する電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７と、を備え、インジェクタ１７の燃料噴射量を増大させるときの吸入空気の温度に基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を調節する。すなわち、吸入空気の温度がより高いほど、現に要求されるＥＧＲ量のうち外部ＥＧＲ量が占める比率をより小さくしつつ、内部ＥＧＲ量が占める比率をより大きくするよう調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（特にディーゼル機関）において、燃焼室から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減するために、排ガスの一部を燃焼室に導入する排ガス還流（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）を行う技術が知られている。ＥＧＲを行う手法としては、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲ通路を設けて、排気通路を流通する排ガスの一部を吸気通路に流入させる手法（以下、外部ＥＧＲという）が広く知られている。
【０００３】
また、ＥＧＲを行う手法としては、外部ＥＧＲのほかに、前サイクルの既燃ガスを利用する手法（以下、内部ＥＧＲという）がある。内部ＥＧＲとしては、内燃機関の吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ期間を変更したり、吸気行程に排気弁を開いたりすることで、前サイクルの既燃ガス（排ガス）の一部を燃焼室に流入または残留させる手法が知られている。
【０００４】
これら外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとを併用する内燃機関の技術としては、所定の運転領域では比較的多量のＥＧＲを実行して予混合燃焼を実行させ、所定の運転領域外では少量のＥＧＲを実行して通常燃焼を実行させるものであって、予混合燃焼を実行させる場合に外部ＥＧＲと内部ＥＧＲの両方を実行してＥＧＲ率を制御し、通常燃焼を実行させる場合には外部ＥＧＲのみを実行する技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、内燃機関の回転数、トルク、吸気温度、冷却水温に応じて与える４次元ＥＧＲマップに基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量を制御することで、ＥＧＲ制御中のノッキングを抑制する技術が特許文献２に開示されている。
【０００６】
そして、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２９１００２号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８８３９号公報
【特許文献３】特開２００７−１３８９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に、外部ＥＧＲのほうが内部ＥＧＲよりも燃焼室の温度が低下するためにＮＯｘ排出量の低減効果が大きく、そのため外部ＥＧＲを優先的に実行することが望ましい。ここで、外部ＥＧＲを実行すると、吸気側に還流される排ガスによって吸入空気の温度が上昇するが、吸入空気の温度が過度に上昇すると内燃機関（ターボ、配管等）の信頼性が低下してしまう。そのため、排ガスがより高温になる高負荷運転時には、外部ＥＧＲ量を吸入空気の温度が過度に上昇しない量（以下、外部ＥＧＲの限界量という）に設定し、不足するＥＧＲ量を内部ＥＧＲによって補うように制御することが要求される。
【０００９】
一方、内燃機関の加速時などの過渡運転時には、燃料噴射量の増大に応じて排ガスの温度が徐々に上昇し、それに応じて外部ＥＧＲの限界量も変化する。このような過渡運転時における外部ＥＧＲの限界量の変化を考慮したＥＧＲ制御は今だ提案されていない。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、信頼性を確保しつつ過渡運転時におけるＮＯｘ排出量を効果的に低減することが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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、前記内燃機関の吸入空気の温度を検出または推定する吸気温度検出手段と、前記内燃機関の排気側と吸気側とを連通する排ガス還流通路を通じて前記吸気側に流入する排ガスの還流量を制御する第１排ガス還流量制御手段と、前記内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉弁タイミングを変更して排ガスの一部を燃焼室に流入または残留させることで前記燃焼室への排ガスの還流量を制御する第２排ガス還流量制御手段と、前記燃料噴射量制御手段が燃料噴射量を増大させるときの前記吸気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量と前記第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量との比率を調節する比率調節手段と、を備え、前記比率調節手段が、前記吸気温度検出手段が検出または推定した吸入空気の温度がより高いほど前記第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量をより少なくしつつ、前記第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量をより多くするよう比率を調節することを特徴とする。
【００１２】
上記の構成により、内燃機関の燃料噴射量が増大するときの吸入空気の温度に基づいて、第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量（外部ＥＧＲ量）と第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量（内部ＥＧＲ量）の比率を適切に調節することができる。すなわち、燃料噴射量が増大するときの吸入空気の温度がより低いときは内部ＥＧＲ量の比率をより小さくしつつ外部ＥＧＲ量の比率をより大きく調節することでＮＯｘ排出量の低減効果を高めることができる。そして、吸入空気の温度がより高いときには内部ＥＧＲ量の比率をより大きく調節することで内燃機関の信頼性を確保することができる。よって、ＮＯｘ排出量の低減効果を高めつつ吸入空気の温度が過度に上昇することを抑制することができることから、信頼性を確保しつつ過渡運転時におけるＮＯｘ排出量を効果的に低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、信頼性を確保しつつ過渡運転時におけるＮＯｘ排出量を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。
【図２】実施例のエンジンの一気筒の構成例を示した断面図である。
【図３】実施例における外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の比率の調節例を示している。
【図４】コンプレッサ出口温度に基づく外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の比率の調節例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。
【００１７】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０を備えている。また、エンジンシステム１は、エンジン１００の排気側と吸気側とを連通するＥＧＲ通路１６と、ＥＧＲ通路１６を通じて還流される外部ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ１６２とを備えている。そして、エンジンシステム１は、エンジン１００の吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングを変更する電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を備えている。更に、エンジンシステム１は、エンジン１００のエアクリーナ２０に吸入空気の温度を検出する吸気温センサ４２を備えている。
【００１８】
図２は、実施例のエンジン１００の一気筒の構成例を示した断面図である。エンジン１００は、車両に搭載される４気筒ディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンは、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフト２１に連結されている。
【００１９】
エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４６からの吸入空気量、クランク角センサ４１からのピストンの位置等の情報に基づき、燃料の噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量および噴射タイミングで燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ１７より噴射された燃料は、燃焼室内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って燃焼室内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。そして、混合気は、ピストンの上昇運動により燃焼室内で圧縮されて着火することで燃焼し、燃焼室内を膨張させてピストンを下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト２１の軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。この場合、エンジン１００は、４気筒に限定されず、多気筒ディーゼルエンジンを適用することができる。また、本実施例では、エンジン１００を軽油を燃料とするディーゼルエンジンとしているが、それに限定されない。
なお、エンジン１００は、本発明の内燃機関の一構成例である。
【００２０】
クランクシャフト２１の軸の近傍には、クランク角センサ４１が設けられている。クランク角センサ４１は、クランクシャフト２１軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、運転時のクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度など、クランク角に関する情報を取得する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、取得したクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度に基づきエンジン回転数やエンジントルクを算出してエンジン１００の出力を認識する。
【００２１】
各燃焼室には複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図２には吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室の各吸気ポートには、それぞれ吸気弁２２が配置されており、吸気弁２２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２４が配置されている。更に、燃焼室の各排気ポートには、それぞれ排気弁２３が配置されており、排気弁２３を開閉駆動させるための排気カムシャフト２５が配置されている。
【００２２】
吸気弁２２および排気弁２３はクランクシャフト２１の回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト２４および排気カムシャフト２５の回転により開閉され、吸気ポートおよび排気ポートと燃焼室とを連通・遮断する。なお、吸気弁２２、および排気弁２３の位相は、クランク角を基準にして表される。
【００２３】
吸気カムシャフト２４は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構２６を有している。この電動ＶＶＴ機構２６はエンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータで吸気カムシャフト２４を回転させる。それにより吸気カムシャフト２４のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、吸気弁２２のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト２４の回転位相は、吸気カム角センサ４８にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、吸気カムシャフト２４の位相を取得することができるとともに、吸気弁２２の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト２４の位相は、クランク角を基準にして表される。更に、電動ＶＶＴ機構２６は、エンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータを調節することで吸気弁２２および排気弁２３のバルブオーバーラップ期間を調節したり、エンジン１００の排気行程に吸気弁２２を開弁させたりすることができる。
なお、電動ＶＶＴ機構２６は、本発明の第２排ガス還流量制御手段の一構成例である。
【００２４】
排気カムシャフト２５は油圧ＶＶＴ機構２７を有している。この油圧ＶＶＴ機構２７はエンジンＥＣＵ１０の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）で排気カムシャフト２５を回転させる。それにより排気カムシャフト２５のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、排気弁２３のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト２５の回転位相は、排気カム角センサ４９にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、排気カムシャフト２５の位相を取得することができるとともに、排気弁２３の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト２５の位相は、クランク角を基準にして表される。更に、油圧ＶＶＴ機構２７は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりＯＣＶを調節することで吸気弁２２および排気弁２３のバルブオーバーラップ期間を調節したり、エンジン１００の吸気行程に排気弁２３を開弁させたりすることができる。本実施例の油圧ＶＶＴ機構２７は油圧駆動式であるが、吸気カムシャフト２４と同様の電動式であってもよい。
なお、油圧ＶＶＴ機構２７は、本発明の第２排ガス還流量制御手段の一構成例である。
【００２５】
図１に戻り、エンジン１００は、インジェクタ１７、コモンレール１８、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。燃料タンクより低圧燃料ポンプにより吸引された燃料は、高圧燃料ポンプにてコモンレール１８へ高圧で吐出し蓄圧される。
【００２６】
コモンレール１８は、インジェクタ１７に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプから圧送された燃料は、コモンレール１８内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、高圧配管を通じて各燃焼室のインジェクタ１７に供給される。また、コモンレール１８にはレール圧センサおよび減圧弁が設けられている。エンジンＥＣＵ１０は、レール圧センサから出力されたコモンレール１８内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁を開放するように指示する。そして、減圧弁より燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁より排出された燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンクへと戻される。
【００２７】
各燃焼室には、それぞれインジェクタ１７が装着されている。コモンレール１８より高圧配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ１７にてエンジン気筒内の燃焼室に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４６からの吸入空気量、およびクランク角センサ４１からのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室内へ燃料を高圧噴射する。インジェクタ１７のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。この場合、インジェクタ１７は、エンジン１００の仕様に応じて燃焼室の任意の位置に装着することができる。
なお、インジェクタ１７は、本発明の燃料噴射弁の一構成例である。
【００２８】
エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する吸気マニホルド１１が接続されている。吸気マニホルド１１は、吸気通路１２によってエアフロメータ４６、ディーゼルスロットル１９、インタークーラ、ターボチャージャ１４のコンプレッサを介してエアクリーナ２０に連結されており、エンジン１００の外部から取り込まれた吸入空気を各燃焼室内へ導入する。
【００２９】
ディーゼルスロットル１９にはスロットルポジションセンサ４７が設けられている。エアフロメータ４６およびスロットルポジションセンサ４７は、それぞれ吸気通路１２を通過する吸入空気量、およびディーゼルスロットル１９の弁開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気マニホルド１１へ導入される吸入空気量を認識し、ディーゼルスロットル１９の弁開度を調節することでエンジン１００の運転に必要な吸入空気を燃焼室へ導入する。
ディーゼルスロットル１９は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、ディーゼルスロットル１９の弁開度を任意に変更可能なその他の機構を適用してもよい。
【００３０】
更に、エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する排気マニホルド１３が接続されている。排気マニホルド１３は、排気通路１５によってターボチャージャ１４の排気タービンを介して排気浄化装置３０に連結されており、燃焼後の排ガスをエンジン１００の外部へと排出させる。
【００３１】
ターボチャージャ１４は、排ガスの運動エネルギを利用して排気タービンを回転させ、エアクリーナ２０を通過した吸入空気を圧縮してインタークーラへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラで冷却された後に吸気マニホルド１１へと導入される。
ターボチャージャ１４は、可変ノズル式ターボチャージャ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｔｕｒｂｏ，以下、ＶＮＴと略記する）であって、排気タービン側に可変ノズルベーン機構１４１が設けられている。この可変ノズルベーン機構１４１の開度を調整することにより、タービンインペラ翼への排ガスの流入角度を制御して、吸気マニホルド１１へ導入する吸入空気の過給圧を調節する。例えば、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくすると、より多くの排ガスがタービンインペラ翼に流入するために排ガスのエネルギ利用率が高くなって過給効率が向上する。また、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより大きくすると、タービンインペラ翼に流入する排ガス量がより少なくなるために排ガスのエネルギ利用率が低くなって過給効率が低下する。この場合、ターボチャージャ１４はＶＮＴに限られず、ウェイストゲートによって過給圧の調節（排ガスのエネルギ利用率の制御）を行う構成であってもよい。
【００３２】
排気浄化装置３０は、エンジン１００の排ガスを浄化するものであって、排ガス中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する浄化触媒３１と、煤などの粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦ３２とを有している。この場合、排気浄化装置３０は、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸蔵還元触媒を組み合わせたＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｌａｔｅ ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を適用してもよい。
【００３３】
ＥＧＲ通路１６は、一端部が排気浄化装置３０下流側の排気通路１５に連結し、他端部がターボチャージャ１４のコンプレッサ上流側の吸気通路１２と連結している。ＥＧＲ通路１６へと流入した排ガスは、ＥＧＲクーラ１６１にて冷却された後にＥＧＲバルブ１６２で流量を調節されつつ吸気通路１２へ進み、吸入空気とともに燃焼室内へ導入される。ＥＧＲバルブ１６２は、エンジンＥＣＵ１０の指令に従ってバルブ開度を調節することで、吸気通路１２への排ガスの還流量を適切な量へと調節する。これらＥＧＲ通路１６、ＥＧＲクーラ１６１およびＥＧＲバルブ１６２は、排気通路１５を流通する排ガスの一部を吸気通路１２に還流供給するための外部ＥＧＲとして機能する。
なお、ＥＧＲ通路１６は本発明の排ガス還流通路の一構成例である。また、ＥＧＲバルブ１６２は、本発明の第１排ガス還流量制御手段の一構成例である。
【００３４】
吸気温センサ４２は、吸気通路１２のエアクリーナ２０に設けられており、吸気通路１２を通じて吸気マニホルド１１に向かう吸入空気の温度を検出し、結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、吸気温センサ４２の検出結果と、インジェクタ１７の燃焼噴射量および経過時間とに基づいてターボチャージャ１４のコンプレッサ出口における吸入空気の温度（コンプレッサ出口温度）を推定する。この場合、吸気温センサ４２の設置する位置はエアクリーナ２０に限られない。例えば、ターボチャージャ１４のコンプレッサ下流側の吸気通路１２に設けることで、コンプレッサ出口温度を直接検出する構成であってもよい。
なお、吸気温センサ４２は、本発明の吸気温度検出手段の一構成例である。
【００３５】
エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられた複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてインジェクタ１７の燃料噴射量など、エンジン１００の運転動作を統合的に制御する。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明の燃料噴射量制御手段の一構成例である。
【００３６】
本実施例のエンジンＥＣＵ１０は、各種センサの検出結果から認識したエンジン１００の運転状態に応じた適切な排ガス還流（ＥＧＲ）率を設定する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、設定したＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブ１６２開度を調節し、エンジン１００の吸気側に排ガスを導入する制御（外部ＥＧＲ）を実行する。加えて、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を調節し、エンジン１００の燃焼室に排ガスを導入する制御（内部ＥＧＲ）を実行する。
【００３７】
本実施例のエンジンＥＣＵ１０が実行する内部ＥＧＲの制御について簡潔に説明する。エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７に指令して、吸気弁２２および排気弁２３のバルブオーバーラップ期間を変更することで内部ＥＧＲを実行する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の内部ＥＧＲの実行要求があると判断すると、吸気弁２２の開弁タイミングを進角させる（吸気弁２２の早開き）、すなわちバルブオーバーラップ期間を長くすることで吸気側に排ガスの一部を流出させる。排気行程で吸気側に流出した排ガスは、排気行程につづく吸気行程で吸入空気と共に燃焼室に導入される。このように、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を調節して吸気弁２２および排気弁２３のバルブオーバーラップ期間を変更することによって、燃焼室に内部ＥＧＲを導入することができる。
【００３８】
この場合、エンジンＥＣＵ１０は、排気弁２３の閉弁タイミングを進角させる（排気弁２３の早閉じ）、すなわち負のバルブオーバーラップ期間として燃焼室に既燃ガス（排ガス）の一部を閉じ込めることで内部ＥＧＲを実行してもよい。また、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６に指令して吸気弁２２を吸気行程における開弁動作のほかに排気行程で開弁させて（吸気弁２２の２回開弁）、吸気側に排ガスの一部を流出させることで内部ＥＧＲを実行してもよい。そして、エンジンＥＣＵ１０は、油圧ＶＶＴ機構２７に指令して排気弁２３を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させて（排気弁２３の２回開弁）、排気側に流出した排ガスの一部を燃焼室に導入することで内部ＥＧＲを実行してもよい。
【００３９】
更に、本実施例のエンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の過渡運転時に、吸気温センサ４２の検出結果に基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を調節する制御を実行する。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行するＥＧＲの比率調節制御について説明する。
【００４０】
図３は、実施例における外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の比率の調節例を示している。まず、エンジンＥＣＵ１０は、ドライバからのエンジン１００の加速要求があるか否か、すなわち、インジェクタ１７の燃料噴射量を増大させる必要があるか否かを判断する。エンジン１００の加速要求は、例えばアクセル操作情報から判断することができる。インジェクタ１７の燃料噴射量を増大させる必要があると判断すると、エンジンＥＣＵ１０は、ＥＧＲバルブ１６２に弁開度を小さくするよう指令し、ＥＧＲ通路１６を通じて還流させる排ガス量（外部ＥＧＲ量）を減少させる。加えて、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７にバルブオーバーラップ期間を長くするよう指令し、吸気側に流出する排ガス量（内部ＥＧＲ量）を増大させる。すなわち、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００が現に要求しているＥＧＲ量のうち外部ＥＧＲ量が占める比率を小さくしつつ、内部ＥＧＲ量が占める比率を大きくするよう調節する。
【００４１】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、過渡運転中の吸気温センサ４２の検出結果、インジェクタ１７の燃焼噴射量および経過時間から推定したコンプレッサ出口温度に基づいて、外部ＥＧＲ量が占める比率および内部ＥＧＲ量が占める比率を調節する。図４は、コンプレッサ出口温度に基づく外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の比率の調節例を示している。エンジンＥＣＵ１０は、推定したコンプレッサ出口温度がより高いほどＥＧＲバルブ１６２に弁開度をより小さくするよう指令し、ＥＧＲ通路１６を通じて還流させる排ガス量（外部ＥＧＲ量）をより減少させる。加えて、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７にバルブオーバーラップ期間をより長くするよう指令し、吸気側に流出する排ガス量（内部ＥＧＲ量）をより増大させる。すなわち、エンジンＥＣＵ１０は、推定したコンプレッサ出口温度がより高いほど、エンジン１００が現に要求しているＥＧＲ量のうち外部ＥＧＲ量が占める比率をより小さくしつつ、内部ＥＧＲ量が占める比率をより大きくするよう調節する。
【００４２】
エンジン１００の排ガスの一部は、排気マニホルド１３、ターボチャージャ１４の排気タービン側、ＥＧＲ通路１６、ターボチャージャ１４のコンプレッサ側（以下、排気管等という）を通じて吸気通路１２に外部ＥＧＲとして導入される。ここで、エンジン１００の定常運転中、または過渡運転の初期には排気管等が比較的低温であるために、外部ＥＧＲが排気管等を通過する間に冷却されて温度が大きく低下する。そのため、外部ＥＧＲを吸気側に大量に導入してもコンプレッサ出口温度（すなわち吸入空気の温度）が上昇し難くなる（図３下段参照）。そこで、本実施例のエンジンシステム１は、エンジン１００の加速運転の初期（コンプレッサ出口温度が比較的低温のとき）には内部ＥＧＲ量の比率を小さくしつつ、ＮＯｘ排出量の低減効果の高い外部ＥＧＲ量の比率を大きくするよう調節する。これによって、より効果的にエンジン１００のＮＯｘの排出量を低減することができる（図４参照）。
【００４３】
一方、エンジン１００の過渡運転の中期から後期にかけては排気管等の温度が徐々に上昇するために、外部ＥＧＲが排気管等を通過する間の熱損失が少なくなる。そのため、外部ＥＧＲを吸気側に大量に導入すると吸入空気の温度が上昇し易くなる（図３下段参照）。そこで、本実施例のエンジンシステム１は、エンジン１００の加速運転の中期から後期（コンプレッサ出口温度が上昇する間）は、外部ＥＧＲ量を吸入空気の温度が過度に上昇しない（所定温度を超えない）程度の量に調節しつつ、内部ＥＧＲ量を多くするよう比率を調節する。これによって、ＮＯｘ排出量の低減効果を高めつつ吸入空気の温度が過度に上昇することを抑制することができる（図４参照）。
この場合、外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率は、吸入空気の温度に応じて連続的に調節することが望ましい。また、コンプレッサ出口温度がより高いほど外部ＥＧＲ量をより減少させる（図３参照）。
【００４４】
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のコンプレッサ出口温度が変化する間は上記の制御を繰り返し、コンプレッサ出口温度が所定の温度に安定すると制御の処理を終了する。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明の比率調節手段の一構成例である。
【００４５】
このように、本実施例のエンジンシステム１は、インジェクタ１７の燃料噴射量を増大させるときの吸気温センサ４２の検出結果に基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を調節することで、エンジン１００の信頼性を確保しつつ過渡運転時におけるＮＯｘ排出量を効果的に低減することができる。
【００４６】
この場合、本実施例のＥＧＲ比率の調節制御をターボチャージャ１４の過給圧制御と組み合わせて実行してもよい。例えば、エンジン１００の過渡運転の初期には可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくして過給圧を上昇させる。そして、過給圧の上昇に伴ってスモーク排出量が減少したぶんエンジン１００のＥＧＲ率を増大させることで、過渡運転におけるＮＯｘ排出量をより効果的に低減することができる。
【００４７】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、コンプレッサ出口における吸入空気の温度を検出する吸気温センサと、ＥＧＲ通路を通じて吸気側に流入する外部ＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブと、吸気弁および排気弁の開閉弁タイミングを変更して排ガスの一部を燃焼室に流入または残留させることで内部ＥＧＲ量を制御する電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構と、を備え、インジェクタの燃料噴射量を増大させるときの吸入空気の温度に基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を調節する。すなわち、吸入空気の温度がより高いほど外部ＥＧＲ量をより少なくしつつ、内部ＥＧＲ量をより多くするよう比率を調節することで、ＮＯｘ排出量の低減効果を高めつつ吸入空気の温度が過度に上昇することを抑制することができる。
【００４８】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ エンジンシステム
１０ エンジンＥＣＵ（燃料噴射量制御手段，比率調節手段）
１１ 吸気マニホルド
１３ 排気マニホルド
１４ ターボチャージャ
１６ ＥＧＲ通路（排ガス還流通路）
１７ インジェクタ（燃料噴射弁）
２２ 吸気弁
２３ 排気弁
２６ 電動ＶＶＴ機構（第２排ガス還流量制御手段）
２７ 油圧ＶＶＴ機構（第２排ガス還流量制御手段）
４２ 吸気温センサ（吸気温度検出手段）
１００ エンジン（内燃機関）
１４１ 可変ノズルベーン機構
１６２ ＥＧＲバルブ（第１排ガス還流量制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（特にディーゼル機関）において、燃焼室から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減するために、排ガスの一部を燃焼室に導入する排ガス還流（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）を行う技術が知られている。ＥＧＲを行う手法としては、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲ通路を設けて、排気通路を流通する排ガスの一部を吸気通路に流入させる手法（以下、外部ＥＧＲという）が広く知られている。
【０００３】
また、ＥＧＲを行う手法としては、外部ＥＧＲのほかに、前サイクルの既燃ガスを利用する手法（以下、内部ＥＧＲという）がある。内部ＥＧＲとしては、内燃機関の吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ期間を変更したり、吸気行程に排気弁を開いたりすることで、前サイクルの既燃ガス（排ガス）の一部を燃焼室に流入または残留させる手法が知られている。
【０００４】
これら外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとを併用する内燃機関の技術としては、所定の運転領域では比較的多量のＥＧＲを実行して予混合燃焼を実行させ、所定の運転領域外では少量のＥＧＲを実行して通常燃焼を実行させるものであって、予混合燃焼を実行させる場合に外部ＥＧＲと内部ＥＧＲの両方を実行してＥＧＲ率を制御し、通常燃焼を実行させる場合には外部ＥＧＲのみを実行する技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、内燃機関の回転数、トルク、吸気温度、冷却水温に応じて与える４次元ＥＧＲマップに基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量を制御することで、ＥＧＲ制御中のノッキングを抑制する技術が特許文献２に開示されている。
【０００６】
そして、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２９１００２号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８８３９号公報
【特許文献３】特開２００７−１３８９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に、外部ＥＧＲのほうが内部ＥＧＲよりも燃焼室の温度が低下するためにＮＯｘ排出量の低減効果が大きく、そのため外部ＥＧＲを優先的に実行することが望ましい。ここで、外部ＥＧＲを実行すると、吸気側に還流される排ガスによって吸入空気の温度が上昇するが、吸入空気の温度が過度に上昇すると内燃機関（ターボ、配管等）の信頼性が低下してしまう。そのため、排ガスがより高温になる高負荷運転時には、外部ＥＧＲ量を吸入空気の温度が過度に上昇しない量（以下、外部ＥＧＲの限界量という）に設定し、不足するＥＧＲ量を内部ＥＧＲによって補うように制御することが要求される。
【０００９】
一方、内燃機関の加速時などの過渡運転時には、燃料噴射量の増大に応じて排ガスの温度が徐々に上昇し、それに応じて外部ＥＧＲの限界量も変化する。このような過渡運転時における外部ＥＧＲの限界量の変化を考慮したＥＧＲ制御は今だ提案されていない。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、信頼性を確保しつつ過渡運転時におけるＮＯｘ排出量を効果的に低減することが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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、前記内燃機関の吸入空気の温度を検出または推定する吸気温度検出手段と、前記内燃機関の排気側と吸気側とを連通する排ガス還流通路を通じて前記吸気側に流入する排ガスの還流量を制御する第１排ガス還流量制御手段と、前記内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉弁タイミングを変更して排ガスの一部を燃焼室に流入または残留させることで前記燃焼室への排ガスの還流量を制御する第２排ガス還流量制御手段と、前記燃料噴射量制御手段が燃料噴射量を増大させるときの前記吸気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量と前記第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量との比率を調節する比率調節手段と、を備え、前記比率調節手段が、前記吸気温度検出手段が検出または推定した吸入空気の温度がより高いほど前記第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量をより少なくしつつ、前記第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量をより多くするよう比率を調節することを特徴とする。
【００１２】
上記の構成により、内燃機関の燃料噴射量が増大するときの吸入空気の温度に基づいて、第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量（外部ＥＧＲ量）と第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量（内部ＥＧＲ量）の比率を適切に調節することができる。すなわち、燃料噴射量が増大するときの吸入空気の温度がより低いときは内部ＥＧＲ量の比率をより小さくしつつ外部ＥＧＲ量の比率をより大きく調節することでＮＯｘ排出量の低減効果を高めることができる。そして、吸入空気の温度がより高いときには内部ＥＧＲ量の比率をより大きく調節することで内燃機関の信頼性を確保することができる。よって、ＮＯｘ排出量の低減効果を高めつつ吸入空気の温度が過度に上昇することを抑制することができることから、信頼性を確保しつつ過渡運転時におけるＮＯｘ排出量を効果的に低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、信頼性を確保しつつ過渡運転時におけるＮＯｘ排出量を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。
【図２】実施例のエンジンの一気筒の構成例を示した断面図である。
【図３】実施例における外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の比率の調節例を示している。
【図４】コンプレッサ出口温度に基づく外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の比率の調節例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。
【００１７】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０を備えている。また、エンジンシステム１は、エンジン１００の排気側と吸気側とを連通するＥＧＲ通路１６と、ＥＧＲ通路１６を通じて還流される外部ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ１６２とを備えている。そして、エンジンシステム１は、エンジン１００の吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングを変更する電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を備えている。更に、エンジンシステム１は、エンジン１００のエアクリーナ２０に吸入空気の温度を検出する吸気温センサ４２を備えている。
【００１８】
図２は、実施例のエンジン１００の一気筒の構成例を示した断面図である。エンジン１００は、車両に搭載される４気筒ディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンは、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフト２１に連結されている。
【００１９】
エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４６からの吸入空気量、クランク角センサ４１からのピストンの位置等の情報に基づき、燃料の噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量および噴射タイミングで燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ１７より噴射された燃料は、燃焼室内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って燃焼室内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。そして、混合気は、ピストンの上昇運動により燃焼室内で圧縮されて着火することで燃焼し、燃焼室内を膨張させてピストンを下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト２１の軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。この場合、エンジン１００は、４気筒に限定されず、多気筒ディーゼルエンジンを適用することができる。また、本実施例では、エンジン１００を軽油を燃料とするディーゼルエンジンとしているが、それに限定されない。
なお、エンジン１００は、本発明の内燃機関の一構成例である。
【００２０】
クランクシャフト２１の軸の近傍には、クランク角センサ４１が設けられている。クランク角センサ４１は、クランクシャフト２１軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、運転時のクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度など、クランク角に関する情報を取得する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、取得したクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度に基づきエンジン回転数やエンジントルクを算出してエンジン１００の出力を認識する。
【００２１】
各燃焼室には複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図２には吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室の各吸気ポートには、それぞれ吸気弁２２が配置されており、吸気弁２２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２４が配置されている。更に、燃焼室の各排気ポートには、それぞれ排気弁２３が配置されており、排気弁２３を開閉駆動させるための排気カムシャフト２５が配置されている。
【００２２】
吸気弁２２および排気弁２３はクランクシャフト２１の回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト２４および排気カムシャフト２５の回転により開閉され、吸気ポートおよび排気ポートと燃焼室とを連通・遮断する。なお、吸気弁２２、および排気弁２３の位相は、クランク角を基準にして表される。
【００２３】
吸気カムシャフト２４は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構２６を有している。この電動ＶＶＴ機構２６はエンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータで吸気カムシャフト２４を回転させる。それにより吸気カムシャフト２４のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、吸気弁２２のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト２４の回転位相は、吸気カム角センサ４８にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、吸気カムシャフト２４の位相を取得することができるとともに、吸気弁２２の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト２４の位相は、クランク角を基準にして表される。更に、電動ＶＶＴ機構２６は、エンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータを調節することで吸気弁２２および排気弁２３のバルブオーバーラップ期間を調節したり、エンジン１００の排気行程に吸気弁２２を開弁させたりすることができる。
なお、電動ＶＶＴ機構２６は、本発明の第２排ガス還流量制御手段の一構成例である。
【００２４】
排気カムシャフト２５は油圧ＶＶＴ機構２７を有している。この油圧ＶＶＴ機構２７はエンジンＥＣＵ１０の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）で排気カムシャフト２５を回転させる。それにより排気カムシャフト２５のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、排気弁２３のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト２５の回転位相は、排気カム角センサ４９にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、排気カムシャフト２５の位相を取得することができるとともに、排気弁２３の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト２５の位相は、クランク角を基準にして表される。更に、油圧ＶＶＴ機構２７は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりＯＣＶを調節することで吸気弁２２および排気弁２３のバルブオーバーラップ期間を調節したり、エンジン１００の吸気行程に排気弁２３を開弁させたりすることができる。本実施例の油圧ＶＶＴ機構２７は油圧駆動式であるが、吸気カムシャフト２４と同様の電動式であってもよい。
なお、油圧ＶＶＴ機構２７は、本発明の第２排ガス還流量制御手段の一構成例である。
【００２５】
図１に戻り、エンジン１００は、インジェクタ１７、コモンレール１８、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。燃料タンクより低圧燃料ポンプにより吸引された燃料は、高圧燃料ポンプにてコモンレール１８へ高圧で吐出し蓄圧される。
【００２６】
コモンレール１８は、インジェクタ１７に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプから圧送された燃料は、コモンレール１８内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、高圧配管を通じて各燃焼室のインジェクタ１７に供給される。また、コモンレール１８にはレール圧センサおよび減圧弁が設けられている。エンジンＥＣＵ１０は、レール圧センサから出力されたコモンレール１８内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁を開放するように指示する。そして、減圧弁より燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁より排出された燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンクへと戻される。
【００２７】
各燃焼室には、それぞれインジェクタ１７が装着されている。コモンレール１８より高圧配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ１７にてエンジン気筒内の燃焼室に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４６からの吸入空気量、およびクランク角センサ４１からのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室内へ燃料を高圧噴射する。インジェクタ１７のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。この場合、インジェクタ１７は、エンジン１００の仕様に応じて燃焼室の任意の位置に装着することができる。
なお、インジェクタ１７は、本発明の燃料噴射弁の一構成例である。
【００２８】
エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する吸気マニホルド１１が接続されている。吸気マニホルド１１は、吸気通路１２によってエアフロメータ４６、ディーゼルスロットル１９、インタークーラ、ターボチャージャ１４のコンプレッサを介してエアクリーナ２０に連結されており、エンジン１００の外部から取り込まれた吸入空気を各燃焼室内へ導入する。
【００２９】
ディーゼルスロットル１９にはスロットルポジションセンサ４７が設けられている。エアフロメータ４６およびスロットルポジションセンサ４７は、それぞれ吸気通路１２を通過する吸入空気量、およびディーゼルスロットル１９の弁開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気マニホルド１１へ導入される吸入空気量を認識し、ディーゼルスロットル１９の弁開度を調節することでエンジン１００の運転に必要な吸入空気を燃焼室へ導入する。
ディーゼルスロットル１９は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、ディーゼルスロットル１９の弁開度を任意に変更可能なその他の機構を適用してもよい。
【００３０】
更に、エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する排気マニホルド１３が接続されている。排気マニホルド１３は、排気通路１５によってターボチャージャ１４の排気タービンを介して排気浄化装置３０に連結されており、燃焼後の排ガスをエンジン１００の外部へと排出させる。
【００３１】
ターボチャージャ１４は、排ガスの運動エネルギを利用して排気タービンを回転させ、エアクリーナ２０を通過した吸入空気を圧縮してインタークーラへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラで冷却された後に吸気マニホルド１１へと導入される。
ターボチャージャ１４は、可変ノズル式ターボチャージャ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｔｕｒｂｏ，以下、ＶＮＴと略記する）であって、排気タービン側に可変ノズルベーン機構１４１が設けられている。この可変ノズルベーン機構１４１の開度を調整することにより、タービンインペラ翼への排ガスの流入角度を制御して、吸気マニホルド１１へ導入する吸入空気の過給圧を調節する。例えば、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくすると、より多くの排ガスがタービンインペラ翼に流入するために排ガスのエネルギ利用率が高くなって過給効率が向上する。また、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより大きくすると、タービンインペラ翼に流入する排ガス量がより少なくなるために排ガスのエネルギ利用率が低くなって過給効率が低下する。この場合、ターボチャージャ１４はＶＮＴに限られず、ウェイストゲートによって過給圧の調節（排ガスのエネルギ利用率の制御）を行う構成であってもよい。
【００３２】
排気浄化装置３０は、エンジン１００の排ガスを浄化するものであって、排ガス中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する浄化触媒３１と、煤などの粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦ３２とを有している。この場合、排気浄化装置３０は、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸蔵還元触媒を組み合わせたＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｌａｔｅ ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を適用してもよい。
【００３３】
ＥＧＲ通路１６は、一端部が排気浄化装置３０下流側の排気通路１５に連結し、他端部がターボチャージャ１４のコンプレッサ上流側の吸気通路１２と連結している。ＥＧＲ通路１６へと流入した排ガスは、ＥＧＲクーラ１６１にて冷却された後にＥＧＲバルブ１６２で流量を調節されつつ吸気通路１２へ進み、吸入空気とともに燃焼室内へ導入される。ＥＧＲバルブ１６２は、エンジンＥＣＵ１０の指令に従ってバルブ開度を調節することで、吸気通路１２への排ガスの還流量を適切な量へと調節する。これらＥＧＲ通路１６、ＥＧＲクーラ１６１およびＥＧＲバルブ１６２は、排気通路１５を流通する排ガスの一部を吸気通路１２に還流供給するための外部ＥＧＲとして機能する。
なお、ＥＧＲ通路１６は本発明の排ガス還流通路の一構成例である。また、ＥＧＲバルブ１６２は、本発明の第１排ガス還流量制御手段の一構成例である。
【００３４】
吸気温センサ４２は、吸気通路１２のエアクリーナ２０に設けられており、吸気通路１２を通じて吸気マニホルド１１に向かう吸入空気の温度を検出し、結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、吸気温センサ４２の検出結果と、インジェクタ１７の燃焼噴射量および経過時間とに基づいてターボチャージャ１４のコンプレッサ出口における吸入空気の温度（コンプレッサ出口温度）を推定する。この場合、吸気温センサ４２の設置する位置はエアクリーナ２０に限られない。例えば、ターボチャージャ１４のコンプレッサ下流側の吸気通路１２に設けることで、コンプレッサ出口温度を直接検出する構成であってもよい。
なお、吸気温センサ４２は、本発明の吸気温度検出手段の一構成例である。
【００３５】
エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられた複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてインジェクタ１７の燃料噴射量など、エンジン１００の運転動作を統合的に制御する。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明の燃料噴射量制御手段の一構成例である。
【００３６】
本実施例のエンジンＥＣＵ１０は、各種センサの検出結果から認識したエンジン１００の運転状態に応じた適切な排ガス還流（ＥＧＲ）率を設定する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、設定したＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブ１６２開度を調節し、エンジン１００の吸気側に排ガスを導入する制御（外部ＥＧＲ）を実行する。加えて、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を調節し、エンジン１００の燃焼室に排ガスを導入する制御（内部ＥＧＲ）を実行する。
【００３７】
本実施例のエンジンＥＣＵ１０が実行する内部ＥＧＲの制御について簡潔に説明する。エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７に指令して、吸気弁２２および排気弁２３のバルブオーバーラップ期間を変更することで内部ＥＧＲを実行する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の内部ＥＧＲの実行要求があると判断すると、吸気弁２２の開弁タイミングを進角させる（吸気弁２２の早開き）、すなわちバルブオーバーラップ期間を長くすることで吸気側に排ガスの一部を流出させる。排気行程で吸気側に流出した排ガスは、排気行程につづく吸気行程で吸入空気と共に燃焼室に導入される。このように、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を調節して吸気弁２２および排気弁２３のバルブオーバーラップ期間を変更することによって、燃焼室に内部ＥＧＲを導入することができる。
【００３８】
この場合、エンジンＥＣＵ１０は、排気弁２３の閉弁タイミングを進角させる（排気弁２３の早閉じ）、すなわち負のバルブオーバーラップ期間として燃焼室に既燃ガス（排ガス）の一部を閉じ込めることで内部ＥＧＲを実行してもよい。また、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６に指令して吸気弁２２を吸気行程における開弁動作のほかに排気行程で開弁させて（吸気弁２２の２回開弁）、吸気側に排ガスの一部を流出させることで内部ＥＧＲを実行してもよい。そして、エンジンＥＣＵ１０は、油圧ＶＶＴ機構２７に指令して排気弁２３を排気行程における開弁動作のほかに吸気行程で開弁させて（排気弁２３の２回開弁）、排気側に流出した排ガスの一部を燃焼室に導入することで内部ＥＧＲを実行してもよい。
【００３９】
更に、本実施例のエンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の過渡運転時に、吸気温センサ４２の検出結果に基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を調節する制御を実行する。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行するＥＧＲの比率調節制御について説明する。
【００４０】
図３は、実施例における外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の比率の調節例を示している。まず、エンジンＥＣＵ１０は、ドライバからのエンジン１００の加速要求があるか否か、すなわち、インジェクタ１７の燃料噴射量を増大させる必要があるか否かを判断する。エンジン１００の加速要求は、例えばアクセル操作情報から判断することができる。インジェクタ１７の燃料噴射量を増大させる必要があると判断すると、エンジンＥＣＵ１０は、ＥＧＲバルブ１６２に弁開度を小さくするよう指令し、ＥＧＲ通路１６を通じて還流させる排ガス量（外部ＥＧＲ量）を減少させる。加えて、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７にバルブオーバーラップ期間を長くするよう指令し、吸気側に流出する排ガス量（内部ＥＧＲ量）を増大させる。すなわち、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００が現に要求しているＥＧＲ量のうち外部ＥＧＲ量が占める比率を小さくしつつ、内部ＥＧＲ量が占める比率を大きくするよう調節する。
【００４１】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、過渡運転中の吸気温センサ４２の検出結果、インジェクタ１７の燃焼噴射量および経過時間から推定したコンプレッサ出口温度に基づいて、外部ＥＧＲ量が占める比率および内部ＥＧＲ量が占める比率を調節する。図４は、コンプレッサ出口温度に基づく外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の比率の調節例を示している。エンジンＥＣＵ１０は、推定したコンプレッサ出口温度がより高いほどＥＧＲバルブ１６２に弁開度をより小さくするよう指令し、ＥＧＲ通路１６を通じて還流させる排ガス量（外部ＥＧＲ量）をより減少させる。加えて、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７にバルブオーバーラップ期間をより長くするよう指令し、吸気側に流出する排ガス量（内部ＥＧＲ量）をより増大させる。すなわち、エンジンＥＣＵ１０は、推定したコンプレッサ出口温度がより高いほど、エンジン１００が現に要求しているＥＧＲ量のうち外部ＥＧＲ量が占める比率をより小さくしつつ、内部ＥＧＲ量が占める比率をより大きくするよう調節する。
【００４２】
エンジン１００の排ガスの一部は、排気マニホルド１３、ターボチャージャ１４の排気タービン側、ＥＧＲ通路１６、ターボチャージャ１４のコンプレッサ側（以下、排気管等という）を通じて吸気通路１２に外部ＥＧＲとして導入される。ここで、エンジン１００の定常運転中、または過渡運転の初期には排気管等が比較的低温であるために、外部ＥＧＲが排気管等を通過する間に冷却されて温度が大きく低下する。そのため、外部ＥＧＲを吸気側に大量に導入してもコンプレッサ出口温度（すなわち吸入空気の温度）が上昇し難くなる（図３下段参照）。そこで、本実施例のエンジンシステム１は、エンジン１００の加速運転の初期（コンプレッサ出口温度が比較的低温のとき）には内部ＥＧＲ量の比率を小さくしつつ、ＮＯｘ排出量の低減効果の高い外部ＥＧＲ量の比率を大きくするよう調節する。これによって、より効果的にエンジン１００のＮＯｘの排出量を低減することができる（図４参照）。
【００４３】
一方、エンジン１００の過渡運転の中期から後期にかけては排気管等の温度が徐々に上昇するために、外部ＥＧＲが排気管等を通過する間の熱損失が少なくなる。そのため、外部ＥＧＲを吸気側に大量に導入すると吸入空気の温度が上昇し易くなる（図３下段参照）。そこで、本実施例のエンジンシステム１は、エンジン１００の加速運転の中期から後期（コンプレッサ出口温度が上昇する間）は、外部ＥＧＲ量を吸入空気の温度が過度に上昇しない（所定温度を超えない）程度の量に調節しつつ、内部ＥＧＲ量を多くするよう比率を調節する。これによって、ＮＯｘ排出量の低減効果を高めつつ吸入空気の温度が過度に上昇することを抑制することができる（図４参照）。
この場合、外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率は、吸入空気の温度に応じて連続的に調節することが望ましい。また、コンプレッサ出口温度がより高いほど外部ＥＧＲ量をより減少させる（図３参照）。
【００４４】
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のコンプレッサ出口温度が変化する間は上記の制御を繰り返し、コンプレッサ出口温度が所定の温度に安定すると制御の処理を終了する。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明の比率調節手段の一構成例である。
【００４５】
このように、本実施例のエンジンシステム１は、インジェクタ１７の燃料噴射量を増大させるときの吸気温センサ４２の検出結果に基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を調節することで、エンジン１００の信頼性を確保しつつ過渡運転時におけるＮＯｘ排出量を効果的に低減することができる。
【００４６】
この場合、本実施例のＥＧＲ比率の調節制御をターボチャージャ１４の過給圧制御と組み合わせて実行してもよい。例えば、エンジン１００の過渡運転の初期には可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくして過給圧を上昇させる。そして、過給圧の上昇に伴ってスモーク排出量が減少したぶんエンジン１００のＥＧＲ率を増大させることで、過渡運転におけるＮＯｘ排出量をより効果的に低減することができる。
【００４７】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、コンプレッサ出口における吸入空気の温度を検出する吸気温センサと、ＥＧＲ通路を通じて吸気側に流入する外部ＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブと、吸気弁および排気弁の開閉弁タイミングを変更して排ガスの一部を燃焼室に流入または残留させることで内部ＥＧＲ量を制御する電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構と、を備え、インジェクタの燃料噴射量を増大させるときの吸入空気の温度に基づいて外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量との比率を調節する。すなわち、吸入空気の温度がより高いほど外部ＥＧＲ量をより少なくしつつ、内部ＥＧＲ量をより多くするよう比率を調節することで、ＮＯｘ排出量の低減効果を高めつつ吸入空気の温度が過度に上昇することを抑制することができる。
【００４８】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ エンジンシステム
１０ エンジンＥＣＵ（燃料噴射量制御手段，比率調節手段）
１１ 吸気マニホルド
１３ 排気マニホルド
１４ ターボチャージャ
１６ ＥＧＲ通路（排ガス還流通路）
１７ インジェクタ（燃料噴射弁）
２２ 吸気弁
２３ 排気弁
２６ 電動ＶＶＴ機構（第２排ガス還流量制御手段）
２７ 油圧ＶＶＴ機構（第２排ガス還流量制御手段）
４２ 吸気温センサ（吸気温度検出手段）
１００ エンジン（内燃機関）
１４１ 可変ノズルベーン機構
１６２ ＥＧＲバルブ（第１排ガス還流量制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
前記内燃機関の吸入空気の温度を検出または推定する吸気温度検出手段と、
前記内燃機関の排気側と吸気側とを連通する排ガス還流通路を通じて前記吸気側に流入する排ガスの還流量を制御する第１排ガス還流量制御手段と、
前記内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉弁タイミングを変更して排ガスの一部を燃焼室に流入または残留させることで前記燃焼室への排ガスの還流量を制御する第２排ガス還流量制御手段と、
前記燃料噴射量制御手段が燃料噴射量を増大させるときの前記吸気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量と前記第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量との比率を調節する比率調節手段と、を備え、
前記比率調節手段は、前記吸気温度検出手段が検出または推定した吸入空気の温度がより高いほど前記第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量をより少なくしつつ、前記第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量をより多くするよう比率を調節することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
前記内燃機関の吸入空気の温度を検出または推定する吸気温度検出手段と、
前記内燃機関の排気側と吸気側とを連通する排ガス還流通路を通じて前記吸気側に流入する排ガスの還流量を制御する第１排ガス還流量制御手段と、
前記内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉弁タイミングを変更して排ガスの一部を燃焼室に流入または残留させることで前記燃焼室への排ガスの還流量を制御する第２排ガス還流量制御手段と、
前記燃料噴射量制御手段が燃料噴射量を増大させるときの前記吸気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量と前記第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量との比率を調節する比率調節手段と、を備え、
前記比率調節手段は、前記吸気温度検出手段が検出または推定した吸入空気の温度がより高いほど前記第１排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量をより少なくしつつ、前記第２排ガス還流量制御手段の制御に基づく排ガスの還流量をより多くするよう比率を調節することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４６７９７（Ｐ２０１２−２４６７９７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７３８２（Ｐ２０１１−１１７３８２）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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