JP4677895B2 - エンジンの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）の制御方法及び制御装置、特に吸気絞り弁の下流に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、吸気弁の近傍にあって作動状態で燃焼室内にガス流動を生じさせるガス流動制御弁とを備えるものに関する。

ＥＧＲ装置とガス流動制御弁とを備え、ＥＧＲガスの導入中にサージが悪化する場合にガス流動制御弁を閉作動状態とするエンジンの制御装置において、ガス流動制御弁の閉作動状態を検出する検出手段を設け、ガス流動制御弁の設定閉作動状態と、検出手段により検出される実際の閉作動状態との違いが生じたときに、ガス流動制御弁を閉じることができない故障が生じたと判定してＥＧＲ率を低下させ、ガス流動制御弁の故障に伴うサージの悪化を抑制するものがある（特許文献１参照）。
特開平６−１７３７８０号公報

ところで、ガス流動制御弁を吸気弁の近傍に位置させている場合に、燃焼室内のＥＧＲガスを含んだ混合気が、ピストンの上昇に伴って、開弁している吸気弁とポート壁との隙間を介してガス流動制御弁の近傍へと吹き返し、ＥＧＲガスと吸気ポートに存在する燃料及びブローバイガス等の粘着成分が、この吹き返したＥＧＲガスにより熱せられガス流動制御弁にデポジットとして付着・堆積すると、このデポジットの付着・堆積によりガス流動制御弁が開状態や閉状態のまま固着しガス流動制御弁が作動不良となる故障が生じ得る。ここで、粘着成分は未燃ＨＣつまり燃えることなく吸気ポートに残存するガソリン粒子である。

この場合に、上記特許文献１の技術を適用して、ガス流動制御弁の作動不良を検出するのでは、作動不良を検出するための検出手段（スイッチやセンサ）が必要となり、コストがかかる。

そこで本発明は、デポジットとしての粘着成分の付着・堆積によりガス流動制御弁が作動不良に陥ることのなきようにするエンジンの制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、吸気絞り弁の下流に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、吸気弁の近傍にあって作動状態で燃焼室内にガス流動を生じさせるガス流動制御弁とを備え、ＥＧＲ領域になると、所定ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるように前記ＥＧＲ装置を制御すると共に、ＥＧＲガスの導入中に前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする一方、前記吸気弁の閉時期を可変に制御し得る吸気弁閉時期可変機構を備え、エンジンの運転条件が予め定められたデポジット生成域内にあるか否かを判定し、エンジンの運転条件がデポジット生成域内にあることが判定されたとき、前記吸気弁閉時期可変機構を用いてピストンが上昇に入る前の位置まで吸気弁閉時期を進角させるように構成する。

また、本発明は、吸気絞り弁の下流に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、吸気弁の近傍にあって作動状態で燃焼室内にガス流動を生じさせるガス流動制御弁とを備え、ＥＧＲ領域になると、所定ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるように前記ＥＧＲ装置を制御すると共に、ＥＧＲガスの導入中に前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする一方、燃焼室内のＥＧＲガスを含んだ混合気の前記ガス流動制御弁近傍への吹き返しにより、ＥＧＲガスと粘着成分が前記ガス流動制御弁にデポジットとして付着・堆積している場合に、このデポジットによる前記ガス流動制御弁の固着トルクが前記ガス流動制御弁用アクチュエータの駆動トルク未満となるまでガス流動制御弁の雰囲気温度を上昇させるように構成する。

本発明によれば、吸気絞り弁の下流に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、吸気弁の近傍にあって作動状態で燃焼室内にガス流動を生じさせるガス流動制御弁とを備え、ＥＧＲ領域になると、所定ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるように前記ＥＧＲ装置を制御すると共に、ＥＧＲガスの導入中に前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする一方、前記吸気弁の閉時期を可変に制御し得る吸気弁閉時期可変機構を備え、エンジンの運転条件が予め定められたデポジット生成域内にあるか否かを判定し、エンジンの運転条件がデポジット生成域内にあることが判定されたとき、前記吸気弁閉時期可変機構を用いてピストンが上昇に入る前の位置まで吸気弁閉時期を進角させる。これにより、ＥＧＲガスを含んだ混合気の吹き返しを抑制できるので、デポジットの付着・堆積によるガス流動制御弁の固着といった作動不良を未然に防止できる。デポジットの付着・堆積によるガス流動制御弁の作動不良を未然に防止できれば、ガス流動制御弁に作動不良が生じたか否かといった故障を検出するための検出手段を持たずに、所定ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるようにするＥＧＲ率制御を継続的に実行することができる。また、ガス流動制御弁自体の診断システムと検出手段が不要となり、コストを削減できる。

また、本発明によれば、吸気絞り弁の下流に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、吸気弁の近傍にあって作動状態で燃焼室内にガス流動を生じさせるガス流動制御弁とを備え、ＥＧＲ領域になると、所定ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるように前記ＥＧＲ装置を制御すると共に、前記ＥＧＲガスの導入中に前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする一方、燃焼室内のＥＧＲガスを含んだ混合気の前記ガス流動制御弁近傍への吹き返しにより、ＥＧＲガスと粘着成分が前記ガス流動制御弁にデポジットとして付着・堆積している場合に、このデポジットによる前記ガス流動制御弁の固着トルクが前記ガス流動制御弁用アクチュエータの駆動トルク未満となるまでガス流動制御弁の雰囲気温度を上昇させるので、デポジットの付着堆積によりガス流動制御弁に開固着や閉固着といった作動不良が生じていても、ガス流動制御弁を作動させることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。図１はエンジンの制御方法に直接使用するエンジンの制御装置の概略図である。ここで、エンジンはＬ−ジェトロニック方式のガソリン噴射エンジンである。

吸気絞り弁２３により調量される空気は、吸気コレクタ２に蓄えられた後、吸気マニホールド３を介して各気筒の燃焼室５に導入される。燃料は各気筒の吸気ポート４に配置された燃料噴射弁２１より、エアフローメータ３２により検出される吸入空気流量と、クランク角センサ（３３、３４）からの信号に基づいて演算されるエンジン回転速度とに応じ、所定のタイミングで吸気ポート内に間欠的に噴射供給される。

吸気弁１５に向けて噴射された燃料は、吸気と混合して混合気を作り、この混合気は吸気弁１５を閉じることで燃焼室５内に閉じこめられ、ピストン６の上昇によって圧縮され、点火プラグ１４により着火されて燃焼する。この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行い、このピストン６の往復運動はクランクシャフト７の回転運動へと変換される。燃焼後のガス（排気）は排気弁１６が開いたとき排気通路８へと排出される。

排気通路８には三元触媒９を備える。三元触媒９は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲にあるとき、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に効率よく除去できる。このため、エンジンコントローラ３１では運転条件（吸入空気量と回転速度Ｎｅから定まる）に応じて燃料噴射弁２１からの基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを定めると共に、三元触媒９の上流に設けたＯ₂センサ（図示しない）からの信号に基づいてこの基本燃料噴射パルス幅Ｔｐをフィードバック制御する。

上記の吸気絞り弁２３はスロットルモータ２４により駆動される。運転者が要求するトルクはアクセルペダル４１の踏み込み量（アクセル開度）に現れるので、エンジンコントローラ３１ではアクセルセンサ４２からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにスロットルモータ２４を介して吸気絞り弁２３の開度を制御する。

主に燃費向上のため、ＥＧＲ装置を備える。ＥＧＲ装置は、排気通路８と吸気マニホールド３を連通するＥＧＲ通路２５と、このＥＧＲ通路２５を介して吸気マニホールド３へと流れる排気の一部（つまりＥＧＲガス）の量（あるいは率）を調整し得るＥＧＲ弁２６と、このＥＧＲ弁２６を駆動するアクチュエータとしてのステップモータ２７とからなり、ＥＧＲガスが吸気マニホールド３に導入されると、ポンピングロスが減ってそのぶん燃費が良くなる。ＥＧＲ弁２６を駆動する方式はこれに限られない。例えば、ステップモータ以外の他のモータにより駆動するようにしてもかまわないし、油圧アクチュエータにより駆動するようにしてもかまわない。

ここで、ＥＧＲ率は、１サイクル当たりに燃焼室５に導入されるＥＧＲガス量を、同じく１サイクル当たりに燃焼室５に導入される新気量で除算した値に１００を掛けた値（％）で定義されている。ＥＧＲ率の基本値Ｒｅｇｒ０［％］は、例えば図２のように、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷（例えば基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ）をパラメータとする運転領域において、４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に分けて予め定められており、最も低負荷低回転速度側にある領域Ｒ１で最も大きく、高負荷高回転速度側の領域Ｒ２、領域Ｒ３と小さくなり、最も高負荷高回転速度側の領域Ｒ４でゼロ［％］となる値である。

このように、ＥＧＲ率基本値を低負荷低回転速度側ほど大きくしているのは、低負荷低回転速度側ほど吸気絞り弁２３が閉じられ、ポンピングロスが大きくなるので、ポンピングロスが大きくなるほど、ＥＧＲ率を大きくしてＥＧＲガスを大量に吸気絞り弁２３下流に導入しポンピングロスを減らすためである。

エンジンコントローラ３１（制御手段）では、エンジンの負荷と回転速度により定まる運転条件から図２に示す最適なＥＧＲ率基本値Ｒｅｇｒ０を求め、これをエアフローメータ３２により検出される吸入空気流量に乗算してＥＧＲガス流量を算出し、このＥＧＲガス流量が流れるＥＧＲ弁開口面積を算出し、このＥＧＲ弁開口面積が得られるステップ数を算出し、このステップ数をステップモータ２７に出力する。ＥＧＲ率基本値Ｒｅｇｒ０が大きいほどステップ数が大きくなり、ステップ数が大きいほどＥＧＲ弁２６が大きく開かれ、大量のＥＧＲガスが吸気マニホールド３に導入される。

低負荷低回転速度側でＥＲＧ率基本値Ｒｅｇｒ０を大きくするとポンピングロスが減少するものの、その一方で、大量のＥＧＲガスの導入により燃焼室５内での燃焼が不安定となり、燃焼変動を惹起し、サージを悪化させる方向に向かう。このサージ悪化を抑制するには燃焼室５内においてＥＧＲガスを含んだ混合気にガス流動を与えて燃焼状態を改善することである。このため、吸気弁１５近傍の吸気マニホールド３にスワールコントロールバルブ１８を備えている。例えば、図３に示したように、燃焼室５の近くで２つの独立ポート４ａ、４ｂに分岐して燃焼室５に開口するいわゆる独立デュアルポートを形成し、２つの各開口部に吸気弁１５ａ、１５ｂを備える。このうち一方の独立ポート４ａに、この独立ポート４ａを開閉するスワールコントロールバルブ１８を設け、このスワールコントロールバルブ１８をステップモータ１９（ガス流動制御弁用アクチュエータ）により開閉駆動する。スワールコントロールバルブ１８を駆動する方式はこれに限られない。例えば、ステップモータ以外の他のモータにより駆動するようにしてもかまわないし、油圧アクチュエータにより駆動するようにしてもかまわない。

サージ悪化域（ＥＧＲ領域内にあってサージが悪化し易い運転域）を例えば図４に示したように予め定めておき（縦のハッチング部分参照）、そのサージ悪化域では、エンジンコントローラ３１によりステップモータ１９を駆動してスワールコントロールバルブ１８を閉作動状態にする。このとき、スワールコントロールバルブ１８のある側の独立ポート４ａからはＥＧＲガスを含んだ混合気が殆ど導入されないのに対して、他方の側の独立ポート４ｂよりＥＧＲガスを含んだ混合気のほぼ全てが導入され、これにより燃焼室５内に、シリンダ軸周りに流れるガス流動（つまりスワール）が生じる。スワールが生じると、そのぶん燃焼速度が早まり、これによってＥＧＲガス導入状態での燃焼状態が改善され、サージの悪化が抑えられる。

サージ悪化域以外の運転域になると、エンジンコントローラ３１では、ステップモータ１９を駆動してスワールコントロールバルブ１８を開作動状態とする。このときにはＥＧＲガスを含んだ混合気が２つの独立ポート４ａ、４ｂより均等に導入され互いの流れが燃焼室５内で打ち消し合うので、燃焼室５内でのスワールが弱められる。

本実施形態では、ガス流動制御弁がスワールコントロールバルブ１８である場合で説明するが、タンブルコントロールバルブである場合でもかまわない。

吸気弁１５の上部には吸気弁用カム１７が設けられ、この吸気弁用カム１７により吸気弁１５が開閉駆動される。吸気弁用カム１７は、クランクシャフト７により駆動される吸気弁用カムシャフト２８と一体に設けられており、この吸気弁用カムシャフト２８とカムスプロケット（図示しない）との間に介在して、作動角一定のまま吸気弁用カム１８の位相を連続的に制御し得る吸気弁タイミングコントロール機構（以下「ＶＴＣ機構」という。）２９を備えている。

このＶＴＣ機構２９（吸気弁閉時期可変機構）では、ＶＴＣ機構用アクチュエータ（図示しない）に信号を与えないとき、吸気弁用カムシャフト２８が最遅角位置にあり、ＶＴＣ機構用アクチュエータに与える制御量を増やすほどカムスプロケットに対して吸気弁用カムシャフト２８が進角側に回転するようになっている。言い換えると、ＶＴＣ機構用アクチュエータに信号を与えないとき、吸気弁１５が閉じるタイミング（つまり吸気弁閉時期ＩＶＣ）が最も遅い位置（最遅角位置）にあり、ＶＴＣ機構用アクチュエータに与える制御量を増やすほど吸気弁１５が閉じるタイミングが早くなる（吸気弁閉時期ＩＶＣが進角側に進む）。

このＶＴＣ機構２９は後述するようにデポジット生成域で用いられる。

さて、スワールコントロールバルブ１８を吸気弁１５近傍に有するＥＧＲ装置付きガソリンエンジンにおいては、吸気弁閉時期との関係により、いったん燃焼室５内に流入した、ＥＧＲガスを含んだ混合気の一部が独立ポート４ａ、４ｂへと吹き返すことがあり、その際、このコントロールスワールバルブ１８にＥＧＲガスと粘着成分がデポジットとして付着したり堆積してスワールコントロールバルブ１８が閉固着したり開固着したりするなど、スワールコントロールバルブ１８が作動不良に陥ることがある。ここで、粘着成分とは未燃ＨＣつまり燃えることなく吸気ポート４に残存する燃料（ガソリン）及びブローバイガスの粒子である。

本実施形態では、スワールコントロールバルブ１８へのデポジットの付着・堆積によりスワールコントロールバルブ１８が作動不良に陥ることの無いように、次の〈対策１〉、〈対策２〉、〈対策３〉の３つの対策を実行することで、スワールコントロールバルブ１８自体の診断システムを不要にしている。

〈対策１〉燃焼室５内のＥＧＲガスを含んだ混合気の吹き返しにより、ＥＧＲガスと粘着成分がスワールコントロールバルブ１８にデポジットとして付着・堆積し易い運転条件で、ＶＴＣ機構２９を用いて、吸気弁閉時期ＩＶＣを吹き返しが弱まる位置まで進角し、燃焼室５からの粘着成分を含んだ混合気の吹き返し量を低減する。

ＥＧＲガスと粘着成分がスワールコントロールバルブ１８にデポジットとして付着・堆積し易い運転条件としては、例えば図４に示したように、スワールコントロールバルブ１８にデポジットが付着・堆積し易い運転領域（以下「デポジット生成域」という。）を予め定めておく。図４において、（ａ）はデポジット生成域がサージ悪化域に含まれる場合、（ｂ）はデポジット生成域がサージ悪化域と一部で重なる場合を示している。なお、デポジット生成域がＥＧＲ領域内にあることはいうまでもない。

吸気弁閉時期ＩＶＣを進角させると、吹き返しが弱まる理由を図５を参照して説明すると次の通りである。すなわち、燃焼室５に流入する混合気には慣性があるので、吸入空気の充填効率を高めるには、図５実線で示したように、吸気下死点ＢＤＣ後に吸気弁１５を閉じることであるが、吸気下死点ＢＤＣよりピストン６が上昇する圧縮行程に入るので、このピストン６の上昇を受けて、燃焼室５に導入されていたガス（ＥＧＲガスを含んだ混合気）のうちの一部が、開いている吸気弁１５とポート壁との隙間を介して独立ポート４ａ、４ｂへと押し戻される（吹き返される）のであるから、ピストン６の上昇を受けて、燃焼室５内のガスの一部が独立ポート４ａ、４ｂへと押し戻される前に、つまり図５破線で示したように吸気下死点ＢＤＣより前（ピストン６が上昇に入る前）の位置に吸気弁１５を閉じてやれば、独立ポート４ａ、４ｂへのガスの吹き返しを弱める（吹き返し量を低減する）ことができるためである。

〈対策２〉スワールコントロールバルブ１８近傍の吸気ポート４の雰囲気温度を上げると、スワールコントロールバルブ１８に付着・堆積しているデポジットが溶解し、デポジットの固着トルクを低下させることができるため、ステップモータ１９のモータトルクがデポジットの固着トルクに打ち勝つほどスワールコントロールバルブ１８近傍の吸気ポート４の雰囲気温度を上昇させてやれば、デポジットが付着・堆積していても、スワールコントロールバルブ１８が作動し得ることとなり、スワールコントロールバルブ１８の作動を保証できる。そこで、ＥＧＲ領域となったとき、即座に目標ＥＧＲ率（所定ＥＧＲ率）のＥＧＲガスが導入されるようにするＥＧＲ率制御を実行するのではなく、準備段階としてスワールコントロールバルブ１８を閉作動状態としなくてもサージが悪化しないＥＧＲ率の上限値での運転を一定時間行い、スワールコントロールバルブ１８近傍の雰囲気温度を上げて、スワールコントロールバルブ１８に付着・堆積しているデポジットを固体から液体へと溶解させ、デポジットの固着トルクをステップモータ１９のモータトルク未満にまで低下させる。

〈対策３〉万が一、上記の〈対策１〉、〈対策１〉を行うことなく、スワールコントロールバルブ１８が開固着したり閉固着している作動不良の状態で目標ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるようにするＥＧＲ率制御に移行した場合でも、エンジン回転速度センサ（３３、３４）に基づいてエンジンの回転変動量を検出し、この回転変動量に基づいてスワールコントロールバルブ１８に開固着や閉固着といった作動不良があるか否かを判定し、作動不良があると判定されるときには目標ＥＧＲ率を低下させ、運転性の悪化を最小限にとどめるようにする。

エンジンコントローラ３１（制御手段）で実行されるこの制御を以下のフローチャートを参照して詳述する。

図６は上記〈対策１〉を実行する、つまりＶＴＣ機構２９を用いて吸気弁閉時期ＩＶＣを進角処理するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。

ステップ１〜３では、エンジンの負荷と回転速度から定まる運転条件が、今回デポジット生成域にあるか否か、前回はデポジット生成域にあったか否かをみる。

デポジット生成域は、図４に示したようにサージ悪化域に含まれていたり（（ａ）参照）、サージ悪化域と一部が重なっていたり（（ｂ）参照）、あるいはサージ悪化域と同じであったりする。これは、デポジットがスワールコントロールバルブ１８近傍に生成し易いのはＥＧＲガスと粘着成分が冷やされる排気温度が低い運転域、つまり低負荷低回転側の運転域であるためである。また、低回転速度域では燃焼室５に流入する混合気の慣性力が小さいので、容易に吸気ポート４へと吹き返すためである。

今回デポジット生成域にありかつ前回はデポジット生成域になかったとき、つまり今回初めてデポジット生成域になったときにはステップ１、２よりステップ４に進み、吸気ポート４への吹き返しが弱まるように吸気弁閉時期ＩＶＣを最遅角位置より所定クランク角度だけ進ませる信号をＶＴＣ機構２９に出力する。

今回デポジット生成域にありかつ前回はデポジット生成域にあったとき、つまり続けてデポジット生成域にあるときにはそのまま今回の処理を終了する。ただし、このときにも、吸気弁閉時期ＩＶＣを所定クランク角度だけ進ませる信号をＶＴＣ機構２９に出力する操作は続けている。

今回デポジット生成域になくかつ前回はデポジット生成域にあったとき、つまり今回初めてデポジット生成域からデポジット生成域以外へと切換わったときにはステップ１、３よりステップ５に進み、ＶＴＣ機構２９への出力をやめ、吸気弁閉時期ＩＶＣを元の最遅角位置に戻す。

今回デポジット生成域になくかつ前回はデポジット生成域になかったとき、つまり続けてデポジット生成域にないときにはそのまま今回の処理を終了する。このとき、ＶＴＣ機構２９に出力されておらず、吸気弁閉時期ＩＶＣは最遅角位置にある。

このようにして、図６のフローにより、デポジット生成域にある限り、ＶＴＣ機構２９を用いて吸気弁閉時期ＩＶＣを所定クランク角度だけ進ませることで、吸気ポート４への吹き返しを弱め、スワールコントロールバルブ１８へのデポジットの付着・堆積を未然に回避するようにする。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は目標ＥＧＲ率の設定及びスワールコントロールバルブ１８の開閉制御を行うためのもので、図６とは独立に一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。

このうち、図７（Ａ）は上記〈対策２〉を実行する、つまりスワールコントロールバルブ１８近傍に付着・堆積しているデポジットの雰囲気温度を上昇させる部分、図７（Ｂ）のステップ２４〜２８、３０〜３３は上記〈対策３〉を実行する、つまりＥＧＲ領域で回転変動があるときに目標ＥＧＲ率を低下させる部分である。

順に説明すると、図７（Ａ）においてステップ１１では作動保証フラグ（始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは作動保証フラグ＝０であるとして説明すると、このときステップ１２に進みＥＧＲ領域にあるか否かをみる。ＥＧＲ領域は、図２に示したＲ１、Ｒ２及びＲ３の３つの領域である。エンジンの負荷と回転速度から定まる運転点が領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のいずれかに含まれていればＥＧＲ領域にあると、これに対してエンジンの負荷と回転速度から定まる運転点が領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のいずれにも含まれていなければ（つまり領域Ｒ４にあれば）ＥＧＲ領域にないと判断する。ＥＧＲ領域になければそのまま今回の処理を終了する。

ＥＧＲ領域にあるときにはステップ１２よりステップ１３に進み、準備開始フラグ（始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは準備開始フラグ＝０であるとして説明すると、このときステップ１４に進み、所定のＥＧＲ率上限値を目標ＥＧＲ率として設定する。ここで、所定のＥＧＲ上限値は、サージ抑制のためスワールコントロールバルブ１８を閉作動状態としなくても済むＥＧＲ率の上限値で、予め設定しておく。

デポジットによりスワールコントロールバルブ１８が閉固着していたり開固着していても、所定のＥＧＲ率上限値が目標ＥＧＲ率として設定され、かなりの量の高温のＥＧＲガスがスワールコントロールバルブ１８近傍の吸気ポート４に供給されると、固体状態のデポジットがＥＧＲガスの高熱を受けて加熱され、温度上昇し溶解してゆく。このデポジットの溶解に合わせてデポジットの有する固着トルクが低下してゆく。

ステップ１５ではタイマを起動する。このタイマは所定のＥＧＲ率上限値を目標ＥＧＲ率として設定してからの時間を計測するためのものである。タイマとしては、例えばエンジンコントローラ３１の内部に備えるタイマを用いることができる。

ステップ１６では準備開始フラグ＝１として、所定のＥＧＲ率上限値を目標ＥＧＲ率として設定している、つまりスワールコントロールバルブ１８の作動前の準備を開始したことを表す。

次回以降もＥＧＲ領域にあるときには、この準備開始フラグ＝１により、次回からステップ１３よりステップ１７に進むことになる。ステップ１７ではタイマ値と所定値を比較する。

所定のＥＧＲ率上限値を目標ＥＧＲ率として設定することにより、上記のように、固体状態のデポジットがＥＧＲガスの高熱を受けて溶解しデポジットの有する固着トルクがモータトルク未満になれば、デポジットが付着・堆積していてもスワールコントロールバルブ１８の作動を保証できる。この場合、所定のＥＧＲ率上限値を目標ＥＧＲ率として設定してから、デポジットの有する固着トルクがモータトルク未満になるまでの時間は実験により予めわかるので、その時間に余裕代を加算した時間を所定値として定めておけばよい。すなわち、所定値は所定のＥＧＲ率上限値を目標ＥＧＲ率として設定してから、デポジットの有する固着トルクがモータトルク未満になるまでの時間に余裕代を加算した時間である。

タイマ値が所定値未満であるときにはそのまま今回の処理を終了する。このとき、目標ＥＧＲ率は所定のＥＧＲ率上限値に設定されている。

タイマ値が所定値以上になると、スワールコントロールバルブ１８を作動させる、つまり、目標ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるようにするＥＧＲ率制御に移行する前の準備は終了した、従ってスワールコントロールバルブ１８の作動が保証されると判断し、ステップ１８に進んで作動保証フラグ＝１とする。ステップ１９では、ＥＧＲ領域を外れた後に再びＥＧＲ領域に入る場合に備えて準備開始フラグ＝０とする。

作動保証フラグ＝１により次回からステップ１１より図７（Ｂ）に進む。

図７（Ｂ）においてステップ２０ではＥＧＲ領域にあるか否かをみる。この操作は図７（Ａ）のステップ１２と同じである。ＥＧＲ領域にあればステップ２１に進みエンジンの負荷と回転速度Ｎｅから、図２を内容とするマップを検索することにより、ＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０を算出する。例えば、エンジンの負荷と回転速度から定まる運転点が図２に示す領域Ｒ１に属していれば、その領域Ｒ１のＥＧＲ率基本値を、エンジンの負荷と回転速度から定まる運転点が図２に示す領域Ｒ２に属していれば、その領域Ｒ２のＥＧＲ率基本値を、またエンジンの負荷と回転速度から定まる運転点が図２に示す領域Ｒ３に属していれば、その領域Ｒ３のＥＧＲ率基本値をそれぞれ求める。

各領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３にはこの順に大きな値が入っている。前述のように低負荷低回転速度側ほど大きな値を入れているのは、低負荷低回転速度側ほど吸気絞り弁２３の開度が小さくポンピングロスが大きいので、低負荷低回転速度側ほどＥＧＲ弁２６を大きく開いて吸気絞り弁２３下流に導入されるＥＧＲガス量を多くしてポンピングロスを減らすためである。

ステップ２２ではサージ悪化域か否かをみる。サージ悪化域は例えば図４に示したように予め分かっているので、サージ悪化域にあれば、ステップ２３に進み、スワールコントロールバルブ１８を閉作動状態とするようにステップモータ１９に指示を出す。これによって、燃焼室５内にスワールを生じさせて燃焼状態を改善し、燃焼変動が生じないようにしてサージを抑制する。

ステップ２４ではエンジン回転速度Ｎｅからこの所定時間当たりの変動量を回転変動量ΔＮとして算出し、ステップ２５でこの算出した回転変動量ΔＮと所定値を比較する。回転変動量ΔＮが所定値未満であれば回転変動はない、つまりスワールコントロールバルブに開固着はないと判断しステップ２６に進み、ステップ２１で得ているＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０をそのまま目標ＥＧＲ率として設定する。

ステップ２５で回転変動量ΔＮが所定値以上であれば回転変動があると判断する。ステップ２３でスワールコントロールバルブ１８を閉作動状態とすることを指示しており、これを受けて実際にスワールコントロールバルブ１８が閉作動状態となっていれば、上記の燃焼変動が、従って回転変動が生じることはない。これを逆に言うと、ステップ２３でスワールコントロールバルブ１８を閉作動状態とすることを指示しているのに、実際にはスワールコントロールバルブ１８が開固着して閉作動状態になければ、上記の燃焼変動が、従って回転変動が生じることとなる。すなわち、回転変動により、スワールコントロールバルブ１８に開固着があるか否かを判定している。

回転変動があるときにはステップ２７に進んで、ＥＧＲ率減量補正量の前回値に所定値ΔＲを加算した値をＥＧＲ率減量補正量の今回値とすることによりＥＧＲ率減量補正量Ｒｇｅｎを更新する。ＥＧＲ率減量補正量Ｒｇｅｎの初期値はゼロである。従って、初めて回転変動が生じたと判定されたときには減量補正量Ｒｇｅｎは所定値ΔＲとなる。

ステップ２８では、ステップ２１で得ているＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０からこのＥＧＲ率減量補正量Ｒｇｅｎを差し引いた値を目標ＥＧＲ率として設定する。

回転変動があるか否かの判定は一定時間毎に実行されるので、次回にも回転変動が生じたと再び判定されたときには減量補正量ＲｇｅｎはΔＲ×２となる。このようにして、減量補正量Ｒｇｅｎが増えてゆき、この増えてゆく減量補正量Ｒｇｅｎで目標ＥＧＲ率が減量補正される。この目標ＥＧＲ率の減量補正は回転変動が、従って上記の燃焼変動がなくなるまで続く。

このようにして、燃焼変動が生じなくなる範囲にまで目標ＥＧＲ率を減量補正することで、スワールコントロールバルブ１８に開固着という作動不良が生じている場合においても、サージを抑制することができる。

ステップ２２でサージ悪化域にないときにはステップ２９に進みスワールコントロールバルブ１８を開作動状態とするようにステップモータ１９に指示を出す。

ステップ３０以降はステップ２４以降と同様である。ステップ３０ではエンジン回転速度Ｎｅからこの所定時間当たりの変動量を回転変動量ΔＮとして算出し、ステップ３１でこの算出した回転変動量ΔＮと所定値を比較する。回転変動量ΔＮが所定値未満であれば回転変動はない、つまりスワールコントロールバルブに閉固着はないと判断しステップ２６に進み、ステップ２１で得ているＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０をそのまま目標ＥＧＲ率として設定する。

ステップ３１で回転変動量ΔＮが所定値以上であれば回転変動があると判断する。ステップ２９でスワールコントロールバルブ１８を開作動状態とすることを指示しており、これを受けて実際にスワールコントロールバルブ１８が開作動状態になっていれば、燃焼変動が、従って回転変動が生じることはない。これを逆に言うと、ステップ２９でスワールコントロールバルブ１８を開作動状態とすることを指示しているのに、実際にはスワールコントロールバルブ１８が閉固着して開作動状態になければ、サージ悪化域以外の運転域にあるために与えなくとも良いスワールが生成され、却って燃焼が不安定となり、回転変動が生じることとなる。すなわち、回転変動により、スワールコントロールバルブ１８に閉固着があるか否かを判定している。

回転変動があるときにはステップ３２に進んで、ＥＧＲ率減量補正量の前回値に所定値ΔＲを加算した値をＥＧＲ率減量補正量の今回値とすることによりＥＧＲ率減量補正量Ｒｇｅｎを更新する。ＥＧＲ率減量補正量Ｒｇｅｎの初期値はゼロである。従って、初めて回転変動が生じたと判定されたときには減量補正量Ｒｇｅｎは所定値ΔＲとなる。

ステップ３３では、ステップ２１で得ているＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０からこのＥＧＲ率減量補正量Ｒｇｅｎを差し引いた値を目標ＥＧＲ率として設定する。

回転変動があるか否かの判定は一定時間毎に実行されるので、次回にも回転変動が生じたと再び判定されたときには減量補正量ＲｇｅｎはΔＲ×２となる。このようにして、減量補正量Ｒｇｅｎが増えてゆき、この増えてゆく減量補正量Ｒｇｅｎで目標ＥＧＲ率が減量補正される。この目標ＥＧＲ率の減量補正は回転変動が、従って上記の燃焼変動がなくなるまで続く。

このようにして、回転変動が生じなくなる範囲にまで目標ＥＧＲ率を減量補正することで、スワールコントロールバルブ１８に閉固着という作動不良が生じている場合においても、回転変動を抑制することができる。

一方、ステップ２０でＥＧＲ領域にない、つまり作動保証フラグ＝１となった後に運転条件の変化があり、ＥＧＲ領域でなくなったと判断し、このときにはステップ３４、３５に進みスワールコントロールバルブ１８を開作動状態とするようにステップモータ１９に指示を出し、目標ＥＧＲ率＝０とする。

ステップ３６では次回にＥＧＲ領域になったときに備えるため作動保証フラグ＝０とする。

ＥＧＲ領域を外れた後に、再びＥＧＲ領域になったときには、図７（Ａ）のステップ１１、１２よりステップ１３へと進むことになり、上記の操作を繰り返す。

このようにして、ＥＧＲ領域になったときには、直ぐに目標ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるようにするＥＧＲ率制御に移行するのではなく、デポジットの固着トルクがステップモータ１９のモータトルク未満となるまでスワールコントロールバルブに付着・堆積しているデポジットの雰囲気を昇温し、その後で目標ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるようにするＥＧＲ率制御に移行させる。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）により設定される目標ＥＧＲ率は、図示しないフローにおいてステップ数に変換され、このステップ数がステップモータ１９に出力される。

なお、エンジンを一度暖めれば、エンジンが運転されている以上、デポジットとしてのＥＧＲガスと粘着成分が液状となり、ＥＧＲガスと粘着成分が液状のときにはスワールコントロールバルブ１８が固着することはないので、エンジンの始動後に、一度、作動保証フラグ＝１となった後には、ＥＧＲ領域を外れてから再びＥＧＲ領域に入り直したとき、スワールコントロールバルブ１８の作動前の準備を行うことなく、即座にスワールコントロールバブル１８を閉作動させて、目標ＥＧＲ率が得られるようにステップモータ２７を制御するように構成することもできる。

ここで本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態（請求項１、７に記載の発明）によれば、ＥＧＲ弁２６（ＥＧＲ装置）、スワールコントロールバルブ１８（ガス流動制御弁）とを備え、ＥＧＲ領域になると、目標ＥＧＲ率（所定ＥＧＲ率）のＥＧＲガスが導入されるようにＥＧＲ弁２６を制御すると共に（図７（Ｂ）のステップ２０、２１、２６参照）、ＥＧＲガスの導入中にサージが悪化する場合にスワールコントロールバルブ１８を閉作動状態とする（図７（Ｂ）のステップ２２、２３参照）一方で、ＶＴＣ機構２９（吸気弁閉時期可変機構）を備え、燃焼室５内のＥＧＲガスを含んだ混合気のスワールコントロールバルブ１８近傍への吹き返しにより、ＥＧＲガスと粘着成分がスワールコントロールバルブ１８にデポジットとして付着・堆積し易い運転条件であるか否かを判定し（図６のステップ１参照）、当該運転条件であることが判定されたとき、ＶＴＣ機構２９を用いて吹き返しが弱まる位置まで吸気弁閉時期を進角させている（図６のステップ１、２、４参照）。

これにより、ＥＧＲガス（粘着成分となる燃料を含む）を含んだ混合気の吹き返しを抑制できるので、デポジットの付着・堆積によるスワールコントロールバルブ１８の固着といった作動不良を未然に防止できる。デポジットの付着・堆積によるスワールコントロールバルブ１８の作動不良を未然に防止できれば、スワールコントロールバルブ１８に作動不良が生じたか否かといった故障を検出するための検出手段を持たずに、目標ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるようにするＥＧＲ率制御を継続的に実行することができる。また、スワールコントロールバルブ１８自体の診断システムと検出手段が不要となり、コストを削減できる。

本実施形態（請求項３、９に記載の発明）によれば、ＥＧＲ弁２６（ＥＧＲ装置）と、スワールコントロールバルブ１８（ガス流動制御弁）とを備え、ＥＧＲ領域になると、目標ＥＧＲ率（所定ＥＧＲ率）のＥＧＲガスが導入されるようにＥＧＲ弁２６を制御すると共に（図７（Ｂ）のステップ２０、２１、２６参照）、ＥＧＲガスの導入中にサージが悪化する場合にスワールコントロールバルブ１８を閉作動状態とする（図７（Ｂ）のステップ２２、２３参照）一方で、燃焼室内のＥＧＲガスを含んだ混合気のスワールコントロールバルブ１８近傍への吹き返しにより、ＥＧＲガスと粘着成分がスワールコントロールバルブ１８にデポジットとして付着・堆積している場合に、このデポジットの固着トルクがステップモータ１９のモータトルク（ガス流動制御弁用アクチュエータの駆動トルク）未満となるまでスワールコントロールバルブ１８の雰囲気温度を上昇させるので（図７（Ａ）のステップ１１、１２、１３、１４参照）、デポジットの付着・堆積によりスワールコントロールバルブ１８に開固着や閉固着といった作動不良が生じていても、スワールコントロールバルブ１８を作動させることができる。

本実施形態（請求項６、１２に記載の発明）によれば、エンジンの回転変動を検出し、ＥＧＲガスの導入中に回転変動があるときに目標ＥＧＲ率を低下させるので（図７（Ｂ）のステップ２４〜２８、３０〜３３参照）、デポジットの付着・堆積によりスワールコントロールバルブ１８に開固着や閉固着といった作動不良が生じたまま目標ＥＧＲ率（所定ＥＧＲ率）のＥＧＲガスが導入されるようにするＥＧＲ率制御を実行して燃焼不良に至っても、運転性の悪化を最小限にとどめることができる。

請求項１のＥＧＲ率制御処理手順は図７（Ｂ）のステップ２０、２１、２６により、閉作動処理手順は図７（Ｂ）のステップ２２、２３により、運転条件判定処理手順は図６のステップ１により、進角処理手順は図６のステップ１、２、４によりそれぞれ果たされている。

請求項３のＥＧＲ率制御処理手順は図７（Ｂ）のステップ２０、２１、２６により、閉作動処理手順は図７（Ｂ）のステップ２２、２３により、雰囲気温度上昇処理手順は（図７（Ａ）のステップ１１、１２、１３、１４によりそれぞれ果たされている。

請求項７ＥＧＲ率制御手段の機能は図７（Ｂ）のステップ２０、２１、２６により、閉作動手段の機能は図７（Ｂ）のステップ２２、２３により、運転条件判定手段の機能は図６のステップ１により、進角手段の機能は図６のステップ１、２、４によりそれぞれ果たされている。

請求項９のＥＧＲ率制御手段の機能は図７（Ｂ）のステップ２０、２１、２６により、閉作動手段の機能は図７（Ｂ）のステップ２２、２３により、雰囲気温度上昇手段の機能は（図７（Ａ）のステップ１１、１２、１３、１４によりそれぞれ果たされている。

本発明の第１実施形態のエンジンの制御装置の概略構成図。 ＥＧＲ率基本値の特性図。 スワールコントロールバルブの配置図。 サージ悪化域とデポジット生成域とを示す領域図。 ＶＴＣ機構の働きを説明するための吸気弁リフトの特性図。 吸気弁閉時期の進角処理を説明するためのフローチャート。 目標ＥＧＲ率の設定及びスワールコントロールバルブの開閉制御を説明するためのフローチャート。 目標ＥＧＲ率の設定及びスワールコントロールバルブの開閉制御を説明するためのフローチャート。

符号の説明

３ 吸気マニホールド
４ 吸気ポート
８ 排気通路
１１ エンジンコントローラ（制御手段）
１５ 吸気弁
１８ スワールコントロールバルブ（ガス流動制御弁）
１９ ステップモータ（ガス流動制御弁用アクチュエータ）
２６ ＥＧＲ弁（ＥＧＲ装置）
２９ ＶＴＣ機構（吸気弁閉時期可変機構）

Claims (12)

1. 吸気絞り弁の下流に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、
   吸気弁の近傍にあって作動状態で燃焼室内にガス流動を生じさせるガス流動制御弁と
   を備え、
   ＥＧＲ領域になると、所定ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ率制御処理手順と、
   ＥＧＲガスの導入中に前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする閉作動処理手順と
   を含むエンジンの制御方法において、
   前記吸気弁の閉時期を可変に制御し得る吸気弁閉時期可変機構を備え、
   エンジンの運転条件が予め定められたデポジット生成域内にあるか否かを判定する運転条件判定処理手順と、
   エンジンの運転条件が前記デポジット生成域内にあることが判定されたとき、前記吸気弁閉時期可変機構を用いてピストンが上昇に入る前の位置まで吸気弁閉時期を進角させる進角処理手順と
   を含むことを特徴とするエンジンの制御方法。
2. 吸気絞り弁の下流に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、
   吸気弁の近傍にあって作動状態で燃焼室にガス流動を生じさせるガス流動制御弁と
   を備え、
   ＥＧＲ領域になると、所定のＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ率制御処理手順と、
   ＥＧＲガスの導入中に前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする閉作動処理手順と
   を含むエンジンの制御方法において、
   燃焼室内のＥＧＲガスを含んだ混合気の前記ガス流動制御弁近傍への吹き返しにより、ＥＧＲガスと粘着成分が前記ガス流動制御弁にデポジットとして付着・堆積している場合に、このデポジットによる前記ガス流動制御弁の固着トルクが前記ガス流動制御弁用アクチュエータの駆動トルク未満となるまでガス流動制御弁の雰囲気温度を上昇させる雰囲気温度上昇処理手順
   を含むことを特徴とするエンジンの制御方法。
3. 前記閉作動処理手順は、ＥＧＲガスの導入中であってエンジンの運転条件が予め定められたサージ悪化域内にあるとき前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする処理手順であることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの制御方法。
4. 前記雰囲気温度上昇処理手順は、予め設定されたＥＧＲ率での運転を一定時間実行する処理手順であることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御方法。
5. 前記ガス流動制御弁の雰囲気温度を上昇させるのは前記ガス流動制御弁を作動させる前であることを特徴とする請求項２または４に記載のエンジンの制御方法。
6. エンジンの回転変動を検出する回転変動検出処理手順と、
   前記ＥＧＲガスの導入中に回転変動があるときにＥＧＲ率を低下させる処理手順と
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの制御方法。
7. 吸気絞り弁の下流に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、
   吸気弁の近傍にあって作動状態で燃焼室内にガス流動を生じさせるガス流動制御弁と
   を備え、
   ＥＧＲ領域になると、所定ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ率制御手段と、
   ＥＧＲガスの導入中に前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする閉作動手段と
   を含むエンジンの制御装置において、
   前記吸気弁の閉時期を可変に制御し得る吸気弁閉時期可変機構を備え、
   エンジンの運転条件が予め定められたデポジット生成域内にあるか否かを判定する運転条件判定手段と、
   エンジンの運転条件が前記デポジット生成域内にあることが判定されたとき、前記吸気弁閉時期可変機構を用いてピストンが上昇に入る前の位置まで吸気弁閉時期を進角させる進角手段と
   を含むことを特徴とするエンジンの制御装置。
8. 吸気絞り弁の下流に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、
   吸気弁の近傍にあって作動状態で燃焼室内にガス流動を生じさせるガス流動制御弁と
   を備え、
   ＥＧＲ領域になると、所定ＥＧＲ率のＥＧＲガスが導入されるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ率制御手段と、
   ＥＧＲガスの導入中に前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする閉作動手段と
   を含むエンジンの制御装置において、
   燃焼室内のＥＧＲガスを含んだ混合気の前記ガス流動制御弁近傍への吹き返しにより、ＥＧＲガスと粘着成分が前記ガス流動制御弁にデポジットとして付着・堆積している場合に、このデポジットによる前記ガス流動制御弁の固着トルクが前記ガス流動制御弁用アクチュエータの駆動トルク未満となるまでガス流動制御弁の雰囲気温度を上昇させる雰囲気温度上昇手段
   を含むことを特徴とするエンジンの制御装置。
9. 前記閉作動手段は、ＥＧＲガスの導入中であってエンジンの運転条件が予め定められたサージ悪化域内にあるとき前記ガス流動制御弁を閉作動状態とする手段であることを特徴とする請求項７または８に記載のエンジンの制御装置。
10. 前記雰囲気温度上昇手段は、予め設定されたＥＧＲ率での運転を一定時間実行する手段であることを特徴とする請求項８に記載のエンジンの制御装置。
11. 前記ガス流動制御弁の雰囲気温度を上昇させるのは前記ガス流動制御弁を作動させる前であることを特徴とする請求項８または１０に記載のエンジンの制御装置。
12. エンジンの回転変動を検出する回転変動検出手段と、
    前記ＥＧＲガスの導入中に回転変動があるときにＥＧＲ率を低下させる手段と
    を含むことを特徴とする請求項７または８に記載のエンジンの制御装置。

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