内燃機関の制御装置
【課題】内燃機関の制御装置において、気筒間のＥＧＲガス量のばらつきを考慮して内燃機関を制御することができる技術を提供する。
【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備えた内燃機関の制御装置において、複数の気筒の夫々に導入されるＥＧＲガス量を推定する推定手段と、推定手段により推定されるＥＧＲガス量に応じて各気筒への燃料噴射量または各気筒のスワール比を決定する決定手段と、を備える。
【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備えた内燃機関の制御装置において、複数の気筒の夫々に導入されるＥＧＲガス量を推定する推定手段と、推定手段により推定されるＥＧＲガス量に応じて各気筒への燃料噴射量または各気筒のスワール比を決定する決定手段と、を備える。
【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】
吸気脈動を考慮しつつ各気筒への充填空気量または該充填空気量の気筒間ばらつきを補正する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、機関負荷や機関回転数等の変化によって各気筒に導入されるＥＧＲガス量がばらつくため、気筒間の充填空気量のばらつきは一定とは限らない。このことを考慮すれば、より適正な内燃機関の制御が可能となる。
【特許文献１】特開２００６−２５７９８９号公報
【特許文献２】実開平７−４８６３号公報
【特許文献３】特開２００８−３８６８１号公報
【特許文献４】特開平７−４９０３４号公報
【特許文献５】特開２００８−３８６０１号公報
【特許文献６】特開２００６−２９２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の制御装置において、気筒間のＥＧＲガス量のばらつきを考慮して内燃機関を制御することができる技術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】
【０００４】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
複数の気筒を有する内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備えた内燃機関の制御装置において、
前記複数の気筒の夫々に導入されるＥＧＲガス量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量に応じて各気筒への燃料噴射量または各気筒のスワール比を決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００５】
ここで、ＥＧＲガス量は、ＥＧＲ率としても良い。ＥＧＲ率は、気筒内の全ガス量に占めるＥＧＲガス量の割合である。ＥＧＲガス量に応じて気筒内の酸素濃度や温度が変わるため、燃焼状態が変わる。例えばＥＧＲガスが過度に多い場合には、燃焼状態が不安定となりスモーク等が発生する。一方、ＥＧＲガス量が少ないと、ＮＯxが発生し易くなる。
これに対し、各気筒のＥＧＲガス量に応じて燃料噴射量を決定すれば、ＥＧＲガス量の多い気筒ではスモークの発生を抑制し、ＥＧＲガスの少ない気筒ではより多くの燃料を供給することで出力の向上を図ることができる。
【０００６】
また、スワール比を大きくすると、燃焼状態をより良好なものとすることが可能となる。つまり、仮にＥＧＲガス量が多い気筒であっても、スワール比を大きくすることで燃焼状態の悪化を抑制できるため、スモークの発生を抑制し得る。一方で、スワール比が過度に大きくなると、気筒内に導入される空気量が少なくなったり、冷却損失が大きくなったりする。つまり、各気筒のＥＧＲガス量に応じてスワール比を決定すれば、燃焼状態の悪化を抑制しつつ、冷却損失を減少させることができる。
【０００７】
なお、ＥＧＲガス量に代えて、夫々の気筒内の新気量に応じて夫々の気筒への燃料噴射量またはスワール比を決定しても良い。夫々の気筒の充填効率に応じて夫々の気筒への燃料噴射量またはスワール比を決定しても良い。つまり、新気量の多い気筒ほど、燃料噴射量を増加させても良い。新気量が多ければ、より多くの燃料を燃焼させることができるため、スモークの発生が抑制される。
【０００８】
本発明においては、前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量が多い気筒ほど、燃料噴射量を減少させることができる。
【０００９】
つまり、ＥＧＲガス量が多い気筒ほど酸素濃度が低くなるため、燃焼可能な燃料量が少なくなる。燃料噴射量を減少させることにより、気筒内の酸素濃度に見合った量の燃料を供給することが可能となるため、スモークの発生を抑制できる。また、ＥＧＲガス量の少ない気筒では、燃料噴射量を増加させることができる。このような気筒では、スモークの発生量が少ないため、燃料噴射量を増加させることにより、出力の向上を図ることができる。
【００１０】
本発明においては、前記複数の気筒の夫々に導入される新気量を推定する新気量推定手段と、
各気筒のＥＧＲガス量を調節するＥＧＲガス量調節手段と、
を備え、
前記新気量推定手段により推定される新気量が少ない気筒ほどＥＧＲガス量を減少させることができる。
【００１１】
新気量が少ないと判定される気筒のＥＧＲガス量を減少させれば、スモークの発生を抑制できる。一方、新気量が多いと判定される気筒のＥＧＲガス量を増加させてもスモークの発生は抑制され、しかも、ＮＯxの発生を抑制することができる。
【００１２】
本発明においては、各気筒のスワール比を調節するスワール比調節手段を備え、
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量が多い気筒ほど、スワール比を増加させることができる。
【００１３】
つまり、ＥＧＲガス量が多くても、その分スワール比を大きくすれば、燃焼状態の悪化を抑制できる。これにより、スモークの発生を抑制できる。一方、ＥＧＲガス量が少ない気筒では、スワール比を減少させることにより、冷却損失を減少させることができる。
【００１４】
本発明においては、内燃機関の運転状態を取得する取得手段と、
内燃機関の運転状態と、ＥＧＲ率と、スワール比の目標値と、の関係を予め記憶しておき、内燃機関の運転状態及びＥＧＲ率に応じてスワール比の目標値を決定する目標値決定手段と、
を備えることができる。
【００１５】
内燃機関の運転状態には、例えば機関回転数、機関負荷（燃料噴射量としても良い）を挙げることができる。平均有効圧としても良いし、これらを組み合わせても良い。ここで、内燃機関の運転状態が変わると、気筒間のＥＧＲ率のばらつきが変化することがある。つまり、気筒毎にスワール比を固定値とすると、内燃機関の運転状態によっては、スワール比とＥＧＲ率との関係が不適切となり、スモークが発生したり、冷却損失が大きくなったりする虞がある。これに対し、内燃機関の運転状態と、ＥＧＲ率と、スワール比の目標値と、の関係を予め記憶しておけば、常に最適なスワール比を設定することができる。
【００１６】
本発明においては、各気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁の噴孔の径または噴孔の数の
少なくとも一方を、各気筒のスワール比に応じて決定することができる。
【００１７】
ここで、燃料噴射弁の噴孔の径を変えると、燃料の到達距離が変わる。例えば、噴孔の径を大きくすると燃料の貫徹力が大きくなるため、より遠くまで燃料が到達するようになる。そのため、例えばスワール比が大きくても流れに流され難くなる。また、例えばスワール比が小さいときには噴孔の径を小さくすることで燃料の貫徹力を小さくすれば、燃料が気筒壁面に付着することを抑制できる。一方、噴孔の数を変えると、気筒内の燃料の噴霧の分布が変わる。これにより、気筒内の空燃比の分布も変えることができる。例えばスワール比が大きな場合には、燃料がスワールに流され易くなる。そのため、噴孔の数が多いと隣同士の噴孔から噴射された燃料が重なり合って、一部で空燃比が過度に低くなる。また、隣り合った噴孔から噴射された燃料が燃焼することで酸素濃度が低下したガス中に燃料が到達しても、燃料が完全に燃焼せずにスモークが発生する虞がある。一方、スワール比が小さい場合には、噴孔の数を多くすれば、スワールによらずとも燃料を広範囲に拡散させることができる。
【００１８】
このように、本発明においては、スワール比の大きい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の径を大きくすることができる。スワール比の小さい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の径を小さくすることもできる。
【００１９】
また、本発明においては、スワール比の大きい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の数を少なくすることができる。スワール比の小さい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の数を多くすることもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、気筒間のＥＧＲガス量のばらつきを考慮して内燃機関を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１及び図２は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。図１は内燃機関１を縦方向に切断したときの図であり、図２は内燃機関１を横方向に切断したときの図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は４つの気筒２を備えているが、図１では１気筒のみを表している。図２の左側から順に、１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒が備わる。
【００２３】
内燃機関１のシリンダヘッド１０には、吸気枝管４１が接続されている。この吸気枝管４１は、各気筒に２本ずつ接続されており、夫々が吸気ポート３を介して各気筒２の燃焼室と通じている。気筒２への吸気の流入は吸気弁５によって制御される。この吸気弁５は、各気筒２に２本ずつ備わる。
【００２４】
前記吸気枝管４１は、サージタンク４２に接続され、該サージタンク４２で集合している。サージタンク４２には、吸気管４３が接続されている。なお、本実施例では、吸気ポート３、吸気枝管４１、サージタンク４２、吸気管４３を合わせて吸気通路４と称する。
【００２５】
また、吸気管４３の途中には、該吸気管４３を流れる吸気の量を調節するスロットル１６が備えられている。スロットル１６よりも上流の吸気管４３には、該吸気管内を流れる
空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９５が取り付けられている。このエアフローメータ９５により内燃機関１の吸入空気量（新気量）が検出される。
【００２６】
各気筒２の一方の吸気枝管４１には、該吸気枝管４１を流れる吸気の量を調節する吸気制御弁１７が夫々備えられている。この吸気制御弁１７は、全閉としても少量の吸気が流通できるように、吸気制御弁１７と吸気枝管４１との間に隙間を設けておいても良い。各気筒に設けられる吸気制御弁１７の開度を小さくすることにより、各気筒のスワール比を大きくすることができる。
【００２７】
一方、内燃機関１には、排気通路８が接続されている。排気通路８は、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート７を介して各気筒２の燃焼室と通じている。そして、気筒２外へのガスの排出は排気弁９によって制御される。各気筒２には、夫々２本の排気弁９が備わる。各気筒２に接続される排気通路８は、１つに集合している。各気筒から１つに集合するまでの排気通路８の途中には、該排気通路８内を流れる排気の空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ９３が夫々の気筒毎に取り付けられている。
【００２８】
また、内燃機関１には、排気通路８内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）を吸気通路４へ再循環させるＥＧＲ装置３０が備えられている。このＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１、ＥＧＲ弁３２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３１は、排気通路８と、サージタンク４２と、を接続している。このＥＧＲ通路３１を通って、ＥＧＲガスが再循環される。また、ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。なお、ＥＧＲ通路３１は、スロットル１６よりも下流で且つ吸気制御弁１７よりも上流の吸気通路４であれば、吸気管４３または吸気枝管４１に接続されていても良い。
【００２９】
また、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁８２が取り付けられている。そして、内燃機関１には、クランクシャフト１３が備わり、該クランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復運動を行う。
【００３０】
さらに、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００３１】
上記各種センサの他、アクセル開度センサ９１およびクランクポジションセンサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されている。ＥＣＵ９０はアクセル開度センサ９１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ９０はクランクポジションセンサ９２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度を算出する。
【００３２】
一方、ＥＣＵ９０には、スロットル１６、吸気制御弁１７、ＥＧＲ弁３２、燃料噴射弁８２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０によりこれらの開閉時期が制御される。
【００３３】
なお、ＥＣＵ９０は、各気筒の吸入空気量、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量を推定する。例えば、空燃比センサ９３により各気筒の空燃比が分かるため、燃料噴射量を考慮することにより、各気筒２の吸入空気量を算出することができる。また、前記エアフローメータ９５を夫々の吸気枝管４１に設置して、各気筒２の吸入空気量を測定することもできる。さらに、内燃機関１の運転状態に応じて予め各気筒の吸入空気量を測定しておいても良い。なお、ＥＧＲガス量またはＥＧＲ率も同じように測定できる。また、内燃機関１の運転状態に応
じてＥＧＲガス量またはＥＧＲ率を予め実験等により求めておいても良い。なお、本実施例では各気筒２の吸入空気量を算出するＥＣＵ９０が、本発明における新気量推定手段に相当する。また、本実施例ではＥＧＲ量を推定するＥＣＵ９０が、本発明における推定手段に相当する。
【００３４】
そして、本実施例では、各気筒間のＥＧＲ率のバラツキを考慮して、吸入空気量が多い気筒２ほど、燃料噴射弁８２からの燃料噴射量を多くする。これは、ＥＧＲ率が低い気筒２ほど、又はＥＧＲガス量が少ない気筒２ほど、燃料噴射弁８２からの燃料噴射量を多くするとしても良い。
【００３５】
ここで、図３は、機関回転数Ｎｅと平均有効圧Ｐｍｅと各気筒のＥＧＲ率のバラツキとの関係を示した図である。平均有効圧Ｐｍｅは、トルク又は燃料噴射量としても良い。図３中の数字は、各気筒間のＥＧＲ率のバラツキを示しており、このばらつきは、以下の式により求めている。
ＥＧＲ率のバラツキ＝（最大ＥＧＲ率−最小ＥＧＲ率）／４気筒平均ＥＧＲ率×１００
【００３６】
このように、運転条件が変わると各気筒間のＥＧＲ率のバラツキがかわるため、例えばＥＧＲ率を一定として燃料噴射量を決定すると、内燃機関１の運転状態によっては適正な燃料量が得られなくなる虞がある。
【００３７】
また、図４は、各気筒のＥＧＲ率を示した図である。図４（Ａ）は７００(rpm)／０(Nm)のときの値を示し、図４（Ｂ）は２４００(rpm)／１２６(Nm)のときの値を示している。図４（Ａ）の場合では、２番気筒のＥＧＲ率が最も高くなっているが、図４（Ｂ）の場合では、２番気筒のＥＧＲ率が最も低くなっている。つまり、ＥＧＲ率の高くなる気筒や低くなる気筒は同じではなく、運転条件により変わり得る。
【００３８】
これに対し、吸入空気量が多い気筒ほど燃料噴射量を多くし、吸入空気量が少ない気筒ほど燃料噴射量を少なくすれば、スモークの発生量を低減しつつ出力を向上させることができる。なお、ＥＧＲ率が低い気筒（ＥＧＲガス量が少ない気筒）ほど燃料噴射量を多くし、ＥＧＲ率が高い気筒（ＥＧＲガス量が多い気筒）ほど燃料噴射量を少なくしても良い。
【００３９】
ここで、各気筒における吸入空気量又はＥＧＲ率は、予め実験等により求めておく。上述のように、機関条件が変わるとＥＧＲ率や吸入空気量が変わるため、複数の運転領域毎に吸入空気量又はＥＧＲ率を求めておく。また、例えば、吸気枝管４１毎に吸入空気量を測定しても良い。また、空燃比センサ９３から得られる空燃比に基づいて吸入空気量を推定しても良い。
【００４０】
また、各気筒の吸入空気量を求めるときには、ＥＧＲ装置３０によるＥＧＲガスの供給が停止されているときに行っても良い。ここで、各気筒ではＥＧＲガス量にもバラツキがある。そのためＥＧＲガスが導入されると、吸入空気量がＥＧＲガス量のバラツキの影響を受けるので、該吸入空気量を正確に求めることが困難となる虞がある。つまり、ＥＧＲガスの供給が停止されているときに吸入空気量を測定すれば、より正確に吸入空気量を求めることができる。
【００４１】
図５は、本実施例における制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００４２】
ステップＳ１０１では、各気筒のＥＧＲガス量が測定される。
【００４３】
ステップＳ１０２では、各気筒のＥＧＲガス量に応じて各気筒の燃料噴射弁８２の開弁時間を決定する。つまり、各気筒の燃料噴射量を決定する。なお、本実施例においてはステップＳ１０２を実行するＥＣＵ９０が、本発明における決定手段に相当する。
【００４４】
ステップＳ１０３では、各気筒で個別に燃料噴射弁８２の開弁時間が変更される。
【００４５】
このようにして、各気筒のＥＧＲガス量に応じて燃料噴射量を変更することができる。
【００４６】
また、吸入空気量が多いと判定された気筒ほど、ＥＧＲガス量を多くしてＮＯxの発生
を抑制し、吸入空気量が少ないと判定された気筒ほど、ＥＧＲガス量を少なくしてスモークの発生を抑制しても良い。この場合、各気筒間の空燃比が等しくなるようにＥＧＲガス量を調節しても良い。
【００４７】
ここで図６は、気筒毎にＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ装置３００の構成を示した図である。このＥＧＲ装置３００は、ＥＧＲ通路３０１、ＥＧＲ弁３０２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３０１は、一端は排気通路８に接続され、他端は分岐して夫々の吸気枝管４１に接続されている。また、ＥＧＲ弁３０２は、分岐したＥＧＲ通路３０１の夫々に設けられており、ＥＣＵ９０により制御される。図６では、吸気枝管４１が各気筒に１つ接続されているが、図２のように各気筒に２本の吸気枝管４１が接続されている場合には、吸気制御弁１７が設けられていない側の吸気枝管４１へＥＧＲ通路３０１を接続する。なお、本実施例においてはＥＧＲ弁３０２が、本発明におけるＥＧＲガス量調節手段に相当する。
【００４８】
このようにすることで、各気筒へ供給するＥＧＲガス量を個別に調節することができるため、各気筒のＥＧＲ率を個別に変更することができる。そして、各気筒の吸入空気量に応じたＥＧＲ率とすることができる。
【００４９】
また、吸入空気量が少ないと判定された気筒においてＥＧＲガス量を減少させるときには、該気筒の吸入酸素質量が基準値以上となるようにしても良い。一方、吸入空気量が多いと判定された気筒においてＥＧＲガス量を増加させるときには、該気筒の吸入酸素濃度が規定値以下となるようにしても良い。ここで、スモークが発生するか否かは酸素質量によって決まり、ＮＯxの発生量は酸素濃度によって決まる。つまり、吸入酸素質量が基準
値以上となるようにしてスモークの発生を抑制する。この基準値は、スモークの発生を抑制し得る値として予め実験等により求めておく。また、吸入酸素濃度が規定値以下となるようにしてＮＯxの発生量が許容値以下となるようにする。この規定値は、ＮＯxの発生量が許容値以下となり得る値として予め実験等により求めておく。
【００５０】
以上説明したように本実施例によれば、気筒間の吸入空気量（ＥＧＲ率、ＥＧＲガス量としても良い。）のばらつきに応じて燃料噴射量を調節するため、各気筒において燃料噴射量を適正な値とすることができる。また、内燃機関１の運転領域に応じて吸入空気量（ＥＧＲ率、ＥＧＲガス量としても良い。）の気筒間ばらつきの態様が変化したとしても各気筒に適正量の燃料を供給することができる。これにより、スモークの発生及びＮＯxの
発生を抑制することができる。また、スモークの発生を抑制しつつ燃料噴射量を可及的に多くすることもできるため、出力を向上させることができる。
【実施例２】
【００５１】
本実施例では、気筒間のＥＧＲガス量（ＥＧＲ率としても良い。）のばらつきに応じて各気筒のスワール比を調節する。スワール比の調節は、吸気制御弁１７により行う。ここで、吸気制御弁１７の開度を小さくするほど、スワール比が大きくなる。また、吸気制御弁１７を全閉としてスワール比を大きくしても良い。他の装置については実施例１と同じ
ため説明を省略する。なお、本実施例は他の実施例と組み合わせて実行することができる。なお、本実施例においては吸気制御弁１７が、本発明におけるスワール比調節手段に相当する。
【００５２】
ここで、多気筒機関では、各気筒に供給されるＥＧＲガス量にばらつきが生じる。つまり、各気筒でＥＧＲ率が異なる。そして、ＥＧＲ率の高い気筒ではスモークが発生し易くなり、ＥＧＲ率の低い気筒ではＮＯxが発生し易くなる。
【００５３】
一方、スワール比を大きくすることにより、スモークの発生量を減少させることができる。しかし、スワール比を大きくしすぎると、気筒内のガスの流れが速くなり冷却損失が大きくなったり、吸入空気量が減少したりするため、機関性能が低下する虞がある。つまり、スワール比には適正値があり、この適正値がＥＧＲ率等によって変わる。
【００５４】
そこで本実施例では、ＥＧＲ率の高い気筒のみスワール比を大きくしてスモークの発生を抑制する。ＥＧＲ率の高い気筒は、ＥＧＲ率が閾値よりも高い気筒としても良い。この閾値は、スモークの発生量が許容値以下となるＥＧＲ率とする。また、ＥＧＲ率が高くなるほど、スワール比を大きくしても良い。この場合、ＥＧＲ率が高くなるに応じてスワール比を段階的に大きくしても良い。このように、ＥＧＲ率の高い気筒のみスワール比を大きくすることで、ＥＧＲ率の低い気筒での冷却損失の増大を抑制しつつ、ＥＧＲ率の高い気筒でスモークが発生することを抑制できる。
【００５５】
一方、ＥＧＲ率の低い気筒のみスワール比を小さくしても良い。つまり、ＥＧＲ率が低い気筒では、スワール比を大きくする必要はなく、また、スワール比を小さくすることで冷却損失を低減することができる。ＥＧＲ率の低い気筒は、ＥＧＲ率が閾値よりも低い気筒としても良い。この閾値は、スワール比を小さくしたとしても、スモークの発生量が許容値以下となるＥＧＲ率とする。また、ＥＧＲ率が低くなるほど、スワール比を小さくしても良い。この場合、ＥＧＲ率が低くなるに応じてスワール比を段階的に小さくしても良い。このように、ＥＧＲ率の低い気筒のみスワール比を小さくすることで、ＥＧＲ率の低い気筒での冷却損失を低減できる。
【００５６】
図７は、本実施例における制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００５７】
ステップＳ２０１では、各気筒のＥＧＲ率が測定される。
【００５８】
ステップＳ２０２では、各気筒のＥＧＲ率に応じて各気筒の吸気制御弁１７の開度を算出する。つまり、各気筒のスワール比を決定する。なお、本実施例においてはステップＳ２０２を実行するＥＣＵ９０が、本発明における決定手段に相当する。
【００５９】
ステップＳ２０３では、各気筒で個別に吸気制御弁１７の開度が変更される。
【００６０】
このようにして、各気筒のＥＧＲ率に応じてスワール比を変更することができる。
【００６１】
なお、ＥＧＲ率に応じてスワール比を決定するのではなく、各気筒のＥＧＲ率に対する最適なスワール比を予め求めておき、このスワール比となるように、吸気通路４を形成しても良い。
【００６２】
また、運転条件（例えば機関回転数及び機関負荷）毎に各気筒のＥＧＲ率と最適スワール比との関係を予め実験等により求めておき、各運転条件で各気筒の実際のスワール比が最適スワール比となるように、気筒毎に吸気制御弁１７の開度を設定しても良い。なお、
本実施例ではアクセル開度センサ９１及びクランクポジションセンサ９２が、本発明における取得手段に相当する。
【００６３】
ここで図８は、ＥＧＲ率と最適スワール比との関係を示した図である。実線、破線、一点鎖線では、夫々運転条件が異なる。このように、運転条件毎にＥＧＲ率と最適スワール比との関係を予め求めておく。例えば、機関回転数又は機関負荷に応じてＥＧＲ率と最適スワール比との関係を設定しても良い。なお、本実施例では予め求められた関係からスワール比を決定するＥＣＵ９０が、本発明における目標値決定手段に相当する。
【００６４】
一方、運転条件によらず、各気筒で最適スワール比となるような吸気制御弁１７の開度を気筒毎に求めておき、吸気制御弁１７を使用する際に予め設定してある開度となるようにしても良い。
【００６５】
以上説明したように本実施例によれば、気筒間のＥＧＲ率またはＥＧＲ量に応じて気筒毎にスワール比を設定するので、ＥＧＲ率に応じた最適な燃焼を行うことができる。つまり、ＥＧＲ率の高い気筒においてスモークが発生することを抑制できる。また、ＥＧＲ率の低い気筒においてＮＯxが発生することを抑制できる。さらに、気筒毎に最適スワール
比が設定されるため、冷却損失を低減することができる。
【実施例３】
【００６６】
本実施例では、気筒間のスワール比のばらつきに応じて燃料噴射弁８２の噴孔数および噴孔径を設定する。夫々の気筒のスワール比は、吸気通路４を装着した状態で予め実験等により求めておく。他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。なお、本実施例は他の実施例と組み合わせて実行することができる。
【００６７】
ここで、気筒間にスワール比のばらつきがある場合には、各気筒で同じ燃料噴射弁８２を使用したとしても、燃焼状態は同じにならない。つまり、スワール比の大きい気筒では、燃料の噴霧が流され易くなるため、他の噴孔からの燃料の噴霧と重なり合って局所的に空燃比が低くなる虞がある。また、気筒壁面付近の空気を有効に使うことができなくなる虞がある。一方、スワール比の小さい気筒では、燃料が気筒壁面に付着し易くなる。これらは、スワールにより燃料がどれだけ流されるのかにより決まる。
【００６８】
そして、燃料噴射弁８２の噴孔径を大きくするほど、燃料の貫徹力が強くなるため、スワールの流れに流され難くなる。これにより、燃料をより遠くへ到達させることができるため、気筒内の空燃比をより均一に近づけることができる。この場合には、噴孔数を少なくすることにより、単位時間当たりの燃料噴射量の増加を抑制できる。また、噴孔数を少なくすることで、隣り合う噴孔からの燃料の噴霧と重なることが抑制されるので、一部の空燃比が低くなりすぎることを抑制できる。ここで、噴孔は等間隔に設けられているものとし、噴孔数を少なくするということは、噴孔の間隔が広くなることを意味する。
【００６９】
一方、スワール比が小さい場合には、噴孔径を小さくすることで燃料の貫徹力を弱めることができるため、気筒壁面への燃料の付着を抑制できる。この場合、噴孔数を多くすることにより、単位時間当たりの燃料噴射量の減少を抑制できる。また、噴孔数を多くすることにより、広範囲に燃料を噴射することができるため、スワール比が小さくても気筒内の空燃比をより均一に近づけることができる。
【００７０】
ここで、スワール比の大きい気筒に備わる燃料噴射弁８２の噴孔径は、基準値よりも大きくする。スワール比の大きい気筒とは、燃料噴射弁８２の噴孔径が基準値の場合に、隣り合う噴孔からの燃料の噴霧の影響を受けて燃焼状態が悪化する虞のある気筒、若しくは燃焼状態が悪化する気筒とすることができる。また、燃料の到達距離に着目し、スワール
比の大きい気筒とは、燃料噴射弁８２の噴孔径が基準値の場合に、燃料の到達距離が許容範囲よりも短い気筒としても良い。
【００７１】
また、噴孔径の基準値とは、平均的なスワール比のときに燃焼状態が良好であり且つ気筒壁面への燃料の付着量が許容範囲内となる噴孔径である。なお、スワール比が大きくなるほど、燃料噴射弁８２の噴孔径を大きくしても良い。
【００７２】
一方、スワール比の小さい気筒に備わる燃料噴射弁８２の噴孔径は、基準値よりも小さくする。スワール比の小さい気筒とは、燃料噴射弁８２の噴孔径が基準値の場合には、燃料噴霧が気筒壁面に付着する気筒、若しくは付着する虞のある気筒とすることができる。なお、スワール比が小さくなるほど、燃料噴射弁８２の噴孔径を小さくしても良い。
【００７３】
このようにすることで、燃料の貫徹力が小さくなる。そのため、スワールの影響が小さい場合でも、燃料の到達距離を短くすることができるので、気筒壁面に燃料が付着することを抑制できる。
【００７４】
また、全気筒のスワール比の平均値を算出し、スワール比が平均値よりも大きな気筒の噴孔径をより大きくし、平均値よりも小さな気筒の噴孔径をより小さくしてもよい。
【００７５】
一方、スワール比の大きい気筒に備わる燃料噴射弁８２の噴孔数は、基準値よりも少なくしても良い。噴孔数の基準値とは、平均的なスワール比のときに燃焼状態が良好であり且つ燃料の拡散度合いが許容範囲内となる噴孔数である。噴孔数が多いと、隣り合う噴孔から噴射された燃料により酸素が消費されてしまい、夫々の噴孔から噴射される燃料に必要となる酸素が確保できなくなる虞がある。しかも、スワール比が大きいと、隣り合う噴孔から噴射された燃料が燃焼した後のガスが流されてくるため、燃料に着火し難くなる。これに対し、スワール比の大きい気筒の噴孔数を基準値よりも少なくすれば、隣り合う噴孔との距離が離れるため、互いの干渉を抑制することができるので、燃焼状態が悪化することを抑制できる。なお、スワール比が大きくなるほど、噴孔数を少なくしても良い。
【００７６】
また、スワール比の小さい気筒に備わる燃料噴射弁８２の噴孔数は、基準値よりも多くしても良い。ここで、スワール比の小さい気筒において、燃料噴射弁８２の噴孔数が少ないと、燃料の拡散が不十分となる虞がある。つまり、スワール比が大きければ燃料の拡散が促進されるが、スワール比が小さければ燃料の拡散が不十分となる虞がある。これに対し本実施例では、スワール比の小さい気筒で噴孔数を多くしている。つまり、噴孔数を多くすることで、より広い範囲へ燃料を噴射することができるため、スワール比が小さい場合であっても燃料の拡散を促進させることができる。これにより、良好な燃焼状態を保つことができる。なお、スワール比が小さくなるほど、噴孔数を多くしても良い。
【００７７】
また、全気筒のスワール比の平均値を算出し、スワール比が平均値よりも大きな気筒の噴孔数をより少なくし、平均値よりも小さな気筒の噴孔数をより多くしてもよい。
【００７８】
以上説明したように本実施例によれば、スワール比に応じて各気筒の燃料噴射弁８２の噴孔数または噴孔径を設定するため、燃焼状態を良好なものとすることができる。また、気筒壁面への燃料の付着を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施例に係る内燃機関の概略構成を表す縦方向の断面図である。
【図２】実施例に係る内燃機関の概略構成を表す横方向の断面図である。
【図３】機関回転数Ｎｅと平均有効圧Ｐｍｅと各気筒のＥＧＲ率のバラツキとの関係を示した図である。
【図４】各気筒のＥＧＲ率を示した図である。
【図５】実施例１における制御フローを示したフローチャートである。
【図６】気筒毎にＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ装置の構成を示した図である。
【図７】実施例２における制御フローを示したフローチャートである。
【図８】ＥＧＲ率と最適スワール比との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気ポート
４ 吸気通路
５ 吸気弁
７ 排気ポート
８ 排気通路
９ 排気弁
１０ シリンダヘッド
１３ クランクシャフト
１４ コンロッド
１５ ピストン
１６ スロットル
１７ 吸気制御弁
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
４１ 吸気枝管
４２ サージタンク
４３ 吸気管
８２ 燃料噴射弁
９０ ＥＣＵ
９１ アクセル開度センサ
９２ クランクポジションセンサ
９３ 空燃比センサ
９５ エアフローメータ
３００ ＥＧＲ装置
３０１ ＥＧＲ通路
３０２ ＥＧＲ弁
【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】
吸気脈動を考慮しつつ各気筒への充填空気量または該充填空気量の気筒間ばらつきを補正する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、機関負荷や機関回転数等の変化によって各気筒に導入されるＥＧＲガス量がばらつくため、気筒間の充填空気量のばらつきは一定とは限らない。このことを考慮すれば、より適正な内燃機関の制御が可能となる。
【特許文献１】特開２００６−２５７９８９号公報
【特許文献２】実開平７−４８６３号公報
【特許文献３】特開２００８−３８６８１号公報
【特許文献４】特開平７−４９０３４号公報
【特許文献５】特開２００８−３８６０１号公報
【特許文献６】特開２００６−２９２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の制御装置において、気筒間のＥＧＲガス量のばらつきを考慮して内燃機関を制御することができる技術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】
【０００４】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
複数の気筒を有する内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備えた内燃機関の制御装置において、
前記複数の気筒の夫々に導入されるＥＧＲガス量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量に応じて各気筒への燃料噴射量または各気筒のスワール比を決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００５】
ここで、ＥＧＲガス量は、ＥＧＲ率としても良い。ＥＧＲ率は、気筒内の全ガス量に占めるＥＧＲガス量の割合である。ＥＧＲガス量に応じて気筒内の酸素濃度や温度が変わるため、燃焼状態が変わる。例えばＥＧＲガスが過度に多い場合には、燃焼状態が不安定となりスモーク等が発生する。一方、ＥＧＲガス量が少ないと、ＮＯxが発生し易くなる。
これに対し、各気筒のＥＧＲガス量に応じて燃料噴射量を決定すれば、ＥＧＲガス量の多い気筒ではスモークの発生を抑制し、ＥＧＲガスの少ない気筒ではより多くの燃料を供給することで出力の向上を図ることができる。
【０００６】
また、スワール比を大きくすると、燃焼状態をより良好なものとすることが可能となる。つまり、仮にＥＧＲガス量が多い気筒であっても、スワール比を大きくすることで燃焼状態の悪化を抑制できるため、スモークの発生を抑制し得る。一方で、スワール比が過度に大きくなると、気筒内に導入される空気量が少なくなったり、冷却損失が大きくなったりする。つまり、各気筒のＥＧＲガス量に応じてスワール比を決定すれば、燃焼状態の悪化を抑制しつつ、冷却損失を減少させることができる。
【０００７】
なお、ＥＧＲガス量に代えて、夫々の気筒内の新気量に応じて夫々の気筒への燃料噴射量またはスワール比を決定しても良い。夫々の気筒の充填効率に応じて夫々の気筒への燃料噴射量またはスワール比を決定しても良い。つまり、新気量の多い気筒ほど、燃料噴射量を増加させても良い。新気量が多ければ、より多くの燃料を燃焼させることができるため、スモークの発生が抑制される。
【０００８】
本発明においては、前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量が多い気筒ほど、燃料噴射量を減少させることができる。
【０００９】
つまり、ＥＧＲガス量が多い気筒ほど酸素濃度が低くなるため、燃焼可能な燃料量が少なくなる。燃料噴射量を減少させることにより、気筒内の酸素濃度に見合った量の燃料を供給することが可能となるため、スモークの発生を抑制できる。また、ＥＧＲガス量の少ない気筒では、燃料噴射量を増加させることができる。このような気筒では、スモークの発生量が少ないため、燃料噴射量を増加させることにより、出力の向上を図ることができる。
【００１０】
本発明においては、前記複数の気筒の夫々に導入される新気量を推定する新気量推定手段と、
各気筒のＥＧＲガス量を調節するＥＧＲガス量調節手段と、
を備え、
前記新気量推定手段により推定される新気量が少ない気筒ほどＥＧＲガス量を減少させることができる。
【００１１】
新気量が少ないと判定される気筒のＥＧＲガス量を減少させれば、スモークの発生を抑制できる。一方、新気量が多いと判定される気筒のＥＧＲガス量を増加させてもスモークの発生は抑制され、しかも、ＮＯxの発生を抑制することができる。
【００１２】
本発明においては、各気筒のスワール比を調節するスワール比調節手段を備え、
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量が多い気筒ほど、スワール比を増加させることができる。
【００１３】
つまり、ＥＧＲガス量が多くても、その分スワール比を大きくすれば、燃焼状態の悪化を抑制できる。これにより、スモークの発生を抑制できる。一方、ＥＧＲガス量が少ない気筒では、スワール比を減少させることにより、冷却損失を減少させることができる。
【００１４】
本発明においては、内燃機関の運転状態を取得する取得手段と、
内燃機関の運転状態と、ＥＧＲ率と、スワール比の目標値と、の関係を予め記憶しておき、内燃機関の運転状態及びＥＧＲ率に応じてスワール比の目標値を決定する目標値決定手段と、
を備えることができる。
【００１５】
内燃機関の運転状態には、例えば機関回転数、機関負荷（燃料噴射量としても良い）を挙げることができる。平均有効圧としても良いし、これらを組み合わせても良い。ここで、内燃機関の運転状態が変わると、気筒間のＥＧＲ率のばらつきが変化することがある。つまり、気筒毎にスワール比を固定値とすると、内燃機関の運転状態によっては、スワール比とＥＧＲ率との関係が不適切となり、スモークが発生したり、冷却損失が大きくなったりする虞がある。これに対し、内燃機関の運転状態と、ＥＧＲ率と、スワール比の目標値と、の関係を予め記憶しておけば、常に最適なスワール比を設定することができる。
【００１６】
本発明においては、各気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁の噴孔の径または噴孔の数の
少なくとも一方を、各気筒のスワール比に応じて決定することができる。
【００１７】
ここで、燃料噴射弁の噴孔の径を変えると、燃料の到達距離が変わる。例えば、噴孔の径を大きくすると燃料の貫徹力が大きくなるため、より遠くまで燃料が到達するようになる。そのため、例えばスワール比が大きくても流れに流され難くなる。また、例えばスワール比が小さいときには噴孔の径を小さくすることで燃料の貫徹力を小さくすれば、燃料が気筒壁面に付着することを抑制できる。一方、噴孔の数を変えると、気筒内の燃料の噴霧の分布が変わる。これにより、気筒内の空燃比の分布も変えることができる。例えばスワール比が大きな場合には、燃料がスワールに流され易くなる。そのため、噴孔の数が多いと隣同士の噴孔から噴射された燃料が重なり合って、一部で空燃比が過度に低くなる。また、隣り合った噴孔から噴射された燃料が燃焼することで酸素濃度が低下したガス中に燃料が到達しても、燃料が完全に燃焼せずにスモークが発生する虞がある。一方、スワール比が小さい場合には、噴孔の数を多くすれば、スワールによらずとも燃料を広範囲に拡散させることができる。
【００１８】
このように、本発明においては、スワール比の大きい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の径を大きくすることができる。スワール比の小さい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の径を小さくすることもできる。
【００１９】
また、本発明においては、スワール比の大きい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の数を少なくすることができる。スワール比の小さい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の数を多くすることもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、気筒間のＥＧＲガス量のばらつきを考慮して内燃機関を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１及び図２は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。図１は内燃機関１を縦方向に切断したときの図であり、図２は内燃機関１を横方向に切断したときの図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は４つの気筒２を備えているが、図１では１気筒のみを表している。図２の左側から順に、１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒が備わる。
【００２３】
内燃機関１のシリンダヘッド１０には、吸気枝管４１が接続されている。この吸気枝管４１は、各気筒に２本ずつ接続されており、夫々が吸気ポート３を介して各気筒２の燃焼室と通じている。気筒２への吸気の流入は吸気弁５によって制御される。この吸気弁５は、各気筒２に２本ずつ備わる。
【００２４】
前記吸気枝管４１は、サージタンク４２に接続され、該サージタンク４２で集合している。サージタンク４２には、吸気管４３が接続されている。なお、本実施例では、吸気ポート３、吸気枝管４１、サージタンク４２、吸気管４３を合わせて吸気通路４と称する。
【００２５】
また、吸気管４３の途中には、該吸気管４３を流れる吸気の量を調節するスロットル１６が備えられている。スロットル１６よりも上流の吸気管４３には、該吸気管内を流れる
空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９５が取り付けられている。このエアフローメータ９５により内燃機関１の吸入空気量（新気量）が検出される。
【００２６】
各気筒２の一方の吸気枝管４１には、該吸気枝管４１を流れる吸気の量を調節する吸気制御弁１７が夫々備えられている。この吸気制御弁１７は、全閉としても少量の吸気が流通できるように、吸気制御弁１７と吸気枝管４１との間に隙間を設けておいても良い。各気筒に設けられる吸気制御弁１７の開度を小さくすることにより、各気筒のスワール比を大きくすることができる。
【００２７】
一方、内燃機関１には、排気通路８が接続されている。排気通路８は、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート７を介して各気筒２の燃焼室と通じている。そして、気筒２外へのガスの排出は排気弁９によって制御される。各気筒２には、夫々２本の排気弁９が備わる。各気筒２に接続される排気通路８は、１つに集合している。各気筒から１つに集合するまでの排気通路８の途中には、該排気通路８内を流れる排気の空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ９３が夫々の気筒毎に取り付けられている。
【００２８】
また、内燃機関１には、排気通路８内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）を吸気通路４へ再循環させるＥＧＲ装置３０が備えられている。このＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１、ＥＧＲ弁３２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３１は、排気通路８と、サージタンク４２と、を接続している。このＥＧＲ通路３１を通って、ＥＧＲガスが再循環される。また、ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。なお、ＥＧＲ通路３１は、スロットル１６よりも下流で且つ吸気制御弁１７よりも上流の吸気通路４であれば、吸気管４３または吸気枝管４１に接続されていても良い。
【００２９】
また、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁８２が取り付けられている。そして、内燃機関１には、クランクシャフト１３が備わり、該クランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復運動を行う。
【００３０】
さらに、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００３１】
上記各種センサの他、アクセル開度センサ９１およびクランクポジションセンサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されている。ＥＣＵ９０はアクセル開度センサ９１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ９０はクランクポジションセンサ９２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度を算出する。
【００３２】
一方、ＥＣＵ９０には、スロットル１６、吸気制御弁１７、ＥＧＲ弁３２、燃料噴射弁８２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０によりこれらの開閉時期が制御される。
【００３３】
なお、ＥＣＵ９０は、各気筒の吸入空気量、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量を推定する。例えば、空燃比センサ９３により各気筒の空燃比が分かるため、燃料噴射量を考慮することにより、各気筒２の吸入空気量を算出することができる。また、前記エアフローメータ９５を夫々の吸気枝管４１に設置して、各気筒２の吸入空気量を測定することもできる。さらに、内燃機関１の運転状態に応じて予め各気筒の吸入空気量を測定しておいても良い。なお、ＥＧＲガス量またはＥＧＲ率も同じように測定できる。また、内燃機関１の運転状態に応
じてＥＧＲガス量またはＥＧＲ率を予め実験等により求めておいても良い。なお、本実施例では各気筒２の吸入空気量を算出するＥＣＵ９０が、本発明における新気量推定手段に相当する。また、本実施例ではＥＧＲ量を推定するＥＣＵ９０が、本発明における推定手段に相当する。
【００３４】
そして、本実施例では、各気筒間のＥＧＲ率のバラツキを考慮して、吸入空気量が多い気筒２ほど、燃料噴射弁８２からの燃料噴射量を多くする。これは、ＥＧＲ率が低い気筒２ほど、又はＥＧＲガス量が少ない気筒２ほど、燃料噴射弁８２からの燃料噴射量を多くするとしても良い。
【００３５】
ここで、図３は、機関回転数Ｎｅと平均有効圧Ｐｍｅと各気筒のＥＧＲ率のバラツキとの関係を示した図である。平均有効圧Ｐｍｅは、トルク又は燃料噴射量としても良い。図３中の数字は、各気筒間のＥＧＲ率のバラツキを示しており、このばらつきは、以下の式により求めている。
ＥＧＲ率のバラツキ＝（最大ＥＧＲ率−最小ＥＧＲ率）／４気筒平均ＥＧＲ率×１００
【００３６】
このように、運転条件が変わると各気筒間のＥＧＲ率のバラツキがかわるため、例えばＥＧＲ率を一定として燃料噴射量を決定すると、内燃機関１の運転状態によっては適正な燃料量が得られなくなる虞がある。
【００３７】
また、図４は、各気筒のＥＧＲ率を示した図である。図４（Ａ）は７００(rpm)／０(Nm)のときの値を示し、図４（Ｂ）は２４００(rpm)／１２６(Nm)のときの値を示している。図４（Ａ）の場合では、２番気筒のＥＧＲ率が最も高くなっているが、図４（Ｂ）の場合では、２番気筒のＥＧＲ率が最も低くなっている。つまり、ＥＧＲ率の高くなる気筒や低くなる気筒は同じではなく、運転条件により変わり得る。
【００３８】
これに対し、吸入空気量が多い気筒ほど燃料噴射量を多くし、吸入空気量が少ない気筒ほど燃料噴射量を少なくすれば、スモークの発生量を低減しつつ出力を向上させることができる。なお、ＥＧＲ率が低い気筒（ＥＧＲガス量が少ない気筒）ほど燃料噴射量を多くし、ＥＧＲ率が高い気筒（ＥＧＲガス量が多い気筒）ほど燃料噴射量を少なくしても良い。
【００３９】
ここで、各気筒における吸入空気量又はＥＧＲ率は、予め実験等により求めておく。上述のように、機関条件が変わるとＥＧＲ率や吸入空気量が変わるため、複数の運転領域毎に吸入空気量又はＥＧＲ率を求めておく。また、例えば、吸気枝管４１毎に吸入空気量を測定しても良い。また、空燃比センサ９３から得られる空燃比に基づいて吸入空気量を推定しても良い。
【００４０】
また、各気筒の吸入空気量を求めるときには、ＥＧＲ装置３０によるＥＧＲガスの供給が停止されているときに行っても良い。ここで、各気筒ではＥＧＲガス量にもバラツキがある。そのためＥＧＲガスが導入されると、吸入空気量がＥＧＲガス量のバラツキの影響を受けるので、該吸入空気量を正確に求めることが困難となる虞がある。つまり、ＥＧＲガスの供給が停止されているときに吸入空気量を測定すれば、より正確に吸入空気量を求めることができる。
【００４１】
図５は、本実施例における制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００４２】
ステップＳ１０１では、各気筒のＥＧＲガス量が測定される。
【００４３】
ステップＳ１０２では、各気筒のＥＧＲガス量に応じて各気筒の燃料噴射弁８２の開弁時間を決定する。つまり、各気筒の燃料噴射量を決定する。なお、本実施例においてはステップＳ１０２を実行するＥＣＵ９０が、本発明における決定手段に相当する。
【００４４】
ステップＳ１０３では、各気筒で個別に燃料噴射弁８２の開弁時間が変更される。
【００４５】
このようにして、各気筒のＥＧＲガス量に応じて燃料噴射量を変更することができる。
【００４６】
また、吸入空気量が多いと判定された気筒ほど、ＥＧＲガス量を多くしてＮＯxの発生
を抑制し、吸入空気量が少ないと判定された気筒ほど、ＥＧＲガス量を少なくしてスモークの発生を抑制しても良い。この場合、各気筒間の空燃比が等しくなるようにＥＧＲガス量を調節しても良い。
【００４７】
ここで図６は、気筒毎にＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ装置３００の構成を示した図である。このＥＧＲ装置３００は、ＥＧＲ通路３０１、ＥＧＲ弁３０２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３０１は、一端は排気通路８に接続され、他端は分岐して夫々の吸気枝管４１に接続されている。また、ＥＧＲ弁３０２は、分岐したＥＧＲ通路３０１の夫々に設けられており、ＥＣＵ９０により制御される。図６では、吸気枝管４１が各気筒に１つ接続されているが、図２のように各気筒に２本の吸気枝管４１が接続されている場合には、吸気制御弁１７が設けられていない側の吸気枝管４１へＥＧＲ通路３０１を接続する。なお、本実施例においてはＥＧＲ弁３０２が、本発明におけるＥＧＲガス量調節手段に相当する。
【００４８】
このようにすることで、各気筒へ供給するＥＧＲガス量を個別に調節することができるため、各気筒のＥＧＲ率を個別に変更することができる。そして、各気筒の吸入空気量に応じたＥＧＲ率とすることができる。
【００４９】
また、吸入空気量が少ないと判定された気筒においてＥＧＲガス量を減少させるときには、該気筒の吸入酸素質量が基準値以上となるようにしても良い。一方、吸入空気量が多いと判定された気筒においてＥＧＲガス量を増加させるときには、該気筒の吸入酸素濃度が規定値以下となるようにしても良い。ここで、スモークが発生するか否かは酸素質量によって決まり、ＮＯxの発生量は酸素濃度によって決まる。つまり、吸入酸素質量が基準
値以上となるようにしてスモークの発生を抑制する。この基準値は、スモークの発生を抑制し得る値として予め実験等により求めておく。また、吸入酸素濃度が規定値以下となるようにしてＮＯxの発生量が許容値以下となるようにする。この規定値は、ＮＯxの発生量が許容値以下となり得る値として予め実験等により求めておく。
【００５０】
以上説明したように本実施例によれば、気筒間の吸入空気量（ＥＧＲ率、ＥＧＲガス量としても良い。）のばらつきに応じて燃料噴射量を調節するため、各気筒において燃料噴射量を適正な値とすることができる。また、内燃機関１の運転領域に応じて吸入空気量（ＥＧＲ率、ＥＧＲガス量としても良い。）の気筒間ばらつきの態様が変化したとしても各気筒に適正量の燃料を供給することができる。これにより、スモークの発生及びＮＯxの
発生を抑制することができる。また、スモークの発生を抑制しつつ燃料噴射量を可及的に多くすることもできるため、出力を向上させることができる。
【実施例２】
【００５１】
本実施例では、気筒間のＥＧＲガス量（ＥＧＲ率としても良い。）のばらつきに応じて各気筒のスワール比を調節する。スワール比の調節は、吸気制御弁１７により行う。ここで、吸気制御弁１７の開度を小さくするほど、スワール比が大きくなる。また、吸気制御弁１７を全閉としてスワール比を大きくしても良い。他の装置については実施例１と同じ
ため説明を省略する。なお、本実施例は他の実施例と組み合わせて実行することができる。なお、本実施例においては吸気制御弁１７が、本発明におけるスワール比調節手段に相当する。
【００５２】
ここで、多気筒機関では、各気筒に供給されるＥＧＲガス量にばらつきが生じる。つまり、各気筒でＥＧＲ率が異なる。そして、ＥＧＲ率の高い気筒ではスモークが発生し易くなり、ＥＧＲ率の低い気筒ではＮＯxが発生し易くなる。
【００５３】
一方、スワール比を大きくすることにより、スモークの発生量を減少させることができる。しかし、スワール比を大きくしすぎると、気筒内のガスの流れが速くなり冷却損失が大きくなったり、吸入空気量が減少したりするため、機関性能が低下する虞がある。つまり、スワール比には適正値があり、この適正値がＥＧＲ率等によって変わる。
【００５４】
そこで本実施例では、ＥＧＲ率の高い気筒のみスワール比を大きくしてスモークの発生を抑制する。ＥＧＲ率の高い気筒は、ＥＧＲ率が閾値よりも高い気筒としても良い。この閾値は、スモークの発生量が許容値以下となるＥＧＲ率とする。また、ＥＧＲ率が高くなるほど、スワール比を大きくしても良い。この場合、ＥＧＲ率が高くなるに応じてスワール比を段階的に大きくしても良い。このように、ＥＧＲ率の高い気筒のみスワール比を大きくすることで、ＥＧＲ率の低い気筒での冷却損失の増大を抑制しつつ、ＥＧＲ率の高い気筒でスモークが発生することを抑制できる。
【００５５】
一方、ＥＧＲ率の低い気筒のみスワール比を小さくしても良い。つまり、ＥＧＲ率が低い気筒では、スワール比を大きくする必要はなく、また、スワール比を小さくすることで冷却損失を低減することができる。ＥＧＲ率の低い気筒は、ＥＧＲ率が閾値よりも低い気筒としても良い。この閾値は、スワール比を小さくしたとしても、スモークの発生量が許容値以下となるＥＧＲ率とする。また、ＥＧＲ率が低くなるほど、スワール比を小さくしても良い。この場合、ＥＧＲ率が低くなるに応じてスワール比を段階的に小さくしても良い。このように、ＥＧＲ率の低い気筒のみスワール比を小さくすることで、ＥＧＲ率の低い気筒での冷却損失を低減できる。
【００５６】
図７は、本実施例における制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００５７】
ステップＳ２０１では、各気筒のＥＧＲ率が測定される。
【００５８】
ステップＳ２０２では、各気筒のＥＧＲ率に応じて各気筒の吸気制御弁１７の開度を算出する。つまり、各気筒のスワール比を決定する。なお、本実施例においてはステップＳ２０２を実行するＥＣＵ９０が、本発明における決定手段に相当する。
【００５９】
ステップＳ２０３では、各気筒で個別に吸気制御弁１７の開度が変更される。
【００６０】
このようにして、各気筒のＥＧＲ率に応じてスワール比を変更することができる。
【００６１】
なお、ＥＧＲ率に応じてスワール比を決定するのではなく、各気筒のＥＧＲ率に対する最適なスワール比を予め求めておき、このスワール比となるように、吸気通路４を形成しても良い。
【００６２】
また、運転条件（例えば機関回転数及び機関負荷）毎に各気筒のＥＧＲ率と最適スワール比との関係を予め実験等により求めておき、各運転条件で各気筒の実際のスワール比が最適スワール比となるように、気筒毎に吸気制御弁１７の開度を設定しても良い。なお、
本実施例ではアクセル開度センサ９１及びクランクポジションセンサ９２が、本発明における取得手段に相当する。
【００６３】
ここで図８は、ＥＧＲ率と最適スワール比との関係を示した図である。実線、破線、一点鎖線では、夫々運転条件が異なる。このように、運転条件毎にＥＧＲ率と最適スワール比との関係を予め求めておく。例えば、機関回転数又は機関負荷に応じてＥＧＲ率と最適スワール比との関係を設定しても良い。なお、本実施例では予め求められた関係からスワール比を決定するＥＣＵ９０が、本発明における目標値決定手段に相当する。
【００６４】
一方、運転条件によらず、各気筒で最適スワール比となるような吸気制御弁１７の開度を気筒毎に求めておき、吸気制御弁１７を使用する際に予め設定してある開度となるようにしても良い。
【００６５】
以上説明したように本実施例によれば、気筒間のＥＧＲ率またはＥＧＲ量に応じて気筒毎にスワール比を設定するので、ＥＧＲ率に応じた最適な燃焼を行うことができる。つまり、ＥＧＲ率の高い気筒においてスモークが発生することを抑制できる。また、ＥＧＲ率の低い気筒においてＮＯxが発生することを抑制できる。さらに、気筒毎に最適スワール
比が設定されるため、冷却損失を低減することができる。
【実施例３】
【００６６】
本実施例では、気筒間のスワール比のばらつきに応じて燃料噴射弁８２の噴孔数および噴孔径を設定する。夫々の気筒のスワール比は、吸気通路４を装着した状態で予め実験等により求めておく。他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。なお、本実施例は他の実施例と組み合わせて実行することができる。
【００６７】
ここで、気筒間にスワール比のばらつきがある場合には、各気筒で同じ燃料噴射弁８２を使用したとしても、燃焼状態は同じにならない。つまり、スワール比の大きい気筒では、燃料の噴霧が流され易くなるため、他の噴孔からの燃料の噴霧と重なり合って局所的に空燃比が低くなる虞がある。また、気筒壁面付近の空気を有効に使うことができなくなる虞がある。一方、スワール比の小さい気筒では、燃料が気筒壁面に付着し易くなる。これらは、スワールにより燃料がどれだけ流されるのかにより決まる。
【００６８】
そして、燃料噴射弁８２の噴孔径を大きくするほど、燃料の貫徹力が強くなるため、スワールの流れに流され難くなる。これにより、燃料をより遠くへ到達させることができるため、気筒内の空燃比をより均一に近づけることができる。この場合には、噴孔数を少なくすることにより、単位時間当たりの燃料噴射量の増加を抑制できる。また、噴孔数を少なくすることで、隣り合う噴孔からの燃料の噴霧と重なることが抑制されるので、一部の空燃比が低くなりすぎることを抑制できる。ここで、噴孔は等間隔に設けられているものとし、噴孔数を少なくするということは、噴孔の間隔が広くなることを意味する。
【００６９】
一方、スワール比が小さい場合には、噴孔径を小さくすることで燃料の貫徹力を弱めることができるため、気筒壁面への燃料の付着を抑制できる。この場合、噴孔数を多くすることにより、単位時間当たりの燃料噴射量の減少を抑制できる。また、噴孔数を多くすることにより、広範囲に燃料を噴射することができるため、スワール比が小さくても気筒内の空燃比をより均一に近づけることができる。
【００７０】
ここで、スワール比の大きい気筒に備わる燃料噴射弁８２の噴孔径は、基準値よりも大きくする。スワール比の大きい気筒とは、燃料噴射弁８２の噴孔径が基準値の場合に、隣り合う噴孔からの燃料の噴霧の影響を受けて燃焼状態が悪化する虞のある気筒、若しくは燃焼状態が悪化する気筒とすることができる。また、燃料の到達距離に着目し、スワール
比の大きい気筒とは、燃料噴射弁８２の噴孔径が基準値の場合に、燃料の到達距離が許容範囲よりも短い気筒としても良い。
【００７１】
また、噴孔径の基準値とは、平均的なスワール比のときに燃焼状態が良好であり且つ気筒壁面への燃料の付着量が許容範囲内となる噴孔径である。なお、スワール比が大きくなるほど、燃料噴射弁８２の噴孔径を大きくしても良い。
【００７２】
一方、スワール比の小さい気筒に備わる燃料噴射弁８２の噴孔径は、基準値よりも小さくする。スワール比の小さい気筒とは、燃料噴射弁８２の噴孔径が基準値の場合には、燃料噴霧が気筒壁面に付着する気筒、若しくは付着する虞のある気筒とすることができる。なお、スワール比が小さくなるほど、燃料噴射弁８２の噴孔径を小さくしても良い。
【００７３】
このようにすることで、燃料の貫徹力が小さくなる。そのため、スワールの影響が小さい場合でも、燃料の到達距離を短くすることができるので、気筒壁面に燃料が付着することを抑制できる。
【００７４】
また、全気筒のスワール比の平均値を算出し、スワール比が平均値よりも大きな気筒の噴孔径をより大きくし、平均値よりも小さな気筒の噴孔径をより小さくしてもよい。
【００７５】
一方、スワール比の大きい気筒に備わる燃料噴射弁８２の噴孔数は、基準値よりも少なくしても良い。噴孔数の基準値とは、平均的なスワール比のときに燃焼状態が良好であり且つ燃料の拡散度合いが許容範囲内となる噴孔数である。噴孔数が多いと、隣り合う噴孔から噴射された燃料により酸素が消費されてしまい、夫々の噴孔から噴射される燃料に必要となる酸素が確保できなくなる虞がある。しかも、スワール比が大きいと、隣り合う噴孔から噴射された燃料が燃焼した後のガスが流されてくるため、燃料に着火し難くなる。これに対し、スワール比の大きい気筒の噴孔数を基準値よりも少なくすれば、隣り合う噴孔との距離が離れるため、互いの干渉を抑制することができるので、燃焼状態が悪化することを抑制できる。なお、スワール比が大きくなるほど、噴孔数を少なくしても良い。
【００７６】
また、スワール比の小さい気筒に備わる燃料噴射弁８２の噴孔数は、基準値よりも多くしても良い。ここで、スワール比の小さい気筒において、燃料噴射弁８２の噴孔数が少ないと、燃料の拡散が不十分となる虞がある。つまり、スワール比が大きければ燃料の拡散が促進されるが、スワール比が小さければ燃料の拡散が不十分となる虞がある。これに対し本実施例では、スワール比の小さい気筒で噴孔数を多くしている。つまり、噴孔数を多くすることで、より広い範囲へ燃料を噴射することができるため、スワール比が小さい場合であっても燃料の拡散を促進させることができる。これにより、良好な燃焼状態を保つことができる。なお、スワール比が小さくなるほど、噴孔数を多くしても良い。
【００７７】
また、全気筒のスワール比の平均値を算出し、スワール比が平均値よりも大きな気筒の噴孔数をより少なくし、平均値よりも小さな気筒の噴孔数をより多くしてもよい。
【００７８】
以上説明したように本実施例によれば、スワール比に応じて各気筒の燃料噴射弁８２の噴孔数または噴孔径を設定するため、燃焼状態を良好なものとすることができる。また、気筒壁面への燃料の付着を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施例に係る内燃機関の概略構成を表す縦方向の断面図である。
【図２】実施例に係る内燃機関の概略構成を表す横方向の断面図である。
【図３】機関回転数Ｎｅと平均有効圧Ｐｍｅと各気筒のＥＧＲ率のバラツキとの関係を示した図である。
【図４】各気筒のＥＧＲ率を示した図である。
【図５】実施例１における制御フローを示したフローチャートである。
【図６】気筒毎にＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ装置の構成を示した図である。
【図７】実施例２における制御フローを示したフローチャートである。
【図８】ＥＧＲ率と最適スワール比との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気ポート
４ 吸気通路
５ 吸気弁
７ 排気ポート
８ 排気通路
９ 排気弁
１０ シリンダヘッド
１３ クランクシャフト
１４ コンロッド
１５ ピストン
１６ スロットル
１７ 吸気制御弁
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
４１ 吸気枝管
４２ サージタンク
４３ 吸気管
８２ 燃料噴射弁
９０ ＥＣＵ
９１ アクセル開度センサ
９２ クランクポジションセンサ
９３ 空燃比センサ
９５ エアフローメータ
３００ ＥＧＲ装置
３０１ ＥＧＲ通路
３０２ ＥＧＲ弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備えた内燃機関の制御装置において、
前記複数の気筒の夫々に導入されるＥＧＲガス量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量に応じて各気筒への燃料噴射量または各気筒のスワール比を決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量が多い気筒ほど、燃料噴射量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記複数の気筒の夫々に導入される新気量を推定する新気量推定手段と、
各気筒のＥＧＲガス量を調節するＥＧＲガス量調節手段と、
を備え、
前記新気量推定手段により推定される新気量が少ない気筒ほどＥＧＲガス量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
各気筒のスワール比を調節するスワール比調節手段を備え、
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量が多い気筒ほど、スワール比を増加させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の運転状態を取得する取得手段と、
内燃機関の運転状態と、ＥＧＲ率と、スワール比の目標値と、の関係を予め記憶しておき、内燃機関の運転状態及びＥＧＲ率に応じてスワール比の目標値を決定する目標値決定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
各気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁の噴孔の径または噴孔の数の少なくとも一方を、各気筒のスワール比に応じて決定することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
スワール比の大きい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の径を大きくすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
スワール比の大きい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の数を少なくすることを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備えた内燃機関の制御装置において、
前記複数の気筒の夫々に導入されるＥＧＲガス量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量に応じて各気筒への燃料噴射量または各気筒のスワール比を決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量が多い気筒ほど、燃料噴射量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記複数の気筒の夫々に導入される新気量を推定する新気量推定手段と、
各気筒のＥＧＲガス量を調節するＥＧＲガス量調節手段と、
を備え、
前記新気量推定手段により推定される新気量が少ない気筒ほどＥＧＲガス量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
各気筒のスワール比を調節するスワール比調節手段を備え、
前記推定手段により推定されるＥＧＲガス量が多い気筒ほど、スワール比を増加させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の運転状態を取得する取得手段と、
内燃機関の運転状態と、ＥＧＲ率と、スワール比の目標値と、の関係を予め記憶しておき、内燃機関の運転状態及びＥＧＲ率に応じてスワール比の目標値を決定する目標値決定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
各気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁の噴孔の径または噴孔の数の少なくとも一方を、各気筒のスワール比に応じて決定することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
スワール比の大きい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の径を大きくすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
スワール比の大きい気筒ほど燃料噴射弁の噴孔の数を少なくすることを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−３８０５０（Ｐ２０１０−３８０５０Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０２６９２（Ｐ２００８−２０２６９２）
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【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２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]