内燃機関の制御装置
【課題】各気筒ごとに異なる排気ガスの還流量を供給することにより、各気筒ごとに適切な量の排気ガスを還流させることができる内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】複数の気筒を有し、排気ガスの一部を各気筒に再循環させるエンジンシステムにおいて、各気筒ごとに設けられ、各気筒の筒内にＥＧＲガスを直接供給するＥＧＲガス噴射弁７０，７１と、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングを制御するＥＣＵ８１とを備え、ＥＣＵ８１が、エンジン１０の運転条件に応じて各気筒に必要とされる要求ＥＧＲ量を算出し、そのＥＧＲ量となるようにＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングを制御する。
【解決手段】複数の気筒を有し、排気ガスの一部を各気筒に再循環させるエンジンシステムにおいて、各気筒ごとに設けられ、各気筒の筒内にＥＧＲガスを直接供給するＥＧＲガス噴射弁７０，７１と、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングを制御するＥＣＵ８１とを備え、ＥＣＵ８１が、エンジン１０の運転条件に応じて各気筒に必要とされる要求ＥＧＲ量を算出し、そのＥＧＲ量となるようにＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有し、排気ガスの一部を各気筒に戻す内燃機関の制御装置に関する。特に、運転条件に応じて、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替える内燃機関に好適な制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、燃焼室内の燃料温度を低減することにより、排気ガス中のＮＯｘ含有量の低減を図るために、排気ガスの一部を各気筒に戻すことが一般的に行われている。
【０００３】
そして近年、熱効率が高く燃費を低減でき、また、ススやＮＯｘ等の有害物質を低減できる等、様々なメリットがある予混合圧縮着火式内燃機関の研究開発が進められている。この予混合圧縮着火式内燃機関は、シリンダ室の外で燃料と空気とを予め混ぜておいたものをシリンダ室内に流入させ、ピストンの圧縮により圧縮着火させる方式の内燃機関である。この内燃機関は、スパークプラグを使わず圧縮着火させる点ではディーゼルエンジンと共通する一方、着火前に予め燃料と空気を混合しておく（予混合）という点ではガソリンエンジンと共通している。このため、いわばディーゼルエンジンとガソリンエンジンとの中間の性質を有するエンジンといえる。
【０００４】
このような予混合圧縮着火式内燃機関では、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うために、排気ガスの還流量を増加させることが行われている。例えば、特許文献１に記載の技術では、ＥＧＲ量調整弁を働かせて、新気に対する排気ガスの還流量（いわゆる外部ＥＧＲ量）を増加させる、又は排気弁の閉時期の上死点に対する進角量を徐々に増加させて、新気に対する排気ガスの還流量（いわゆる内部ＥＧＲ量）を増加させるようにしている。
【特許文献１】特開２００４−２６３６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した技術では、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量を供給することができないという問題があった。なぜなら、多気筒の内燃機関では、４つの行程（吸入、圧縮、膨張、排気）が、各気筒ごとにずれて実行されることや、各気筒への吸気分配がばらつくために、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量が異なる。それにも関わらず、一律に排ガスの還流量が制御されているため、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量を供給することができないのである。
【０００６】
特に、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替える内燃機関では、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替時に排気ガスの還流量を増加させることが行われているが、特許文献１に記載の技術でも、一律に排ガスの還流量（外部ＥＧＲ量又は内部ＥＧＲ量）が制御されているため、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量となるように増加させることができない。そして、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量が供給されないと、排気ガスの還流量が不足する気筒において、空燃比がリーンとなって失火が発生する。そうすると、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うことができなくなる。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、各気筒ごとに異なる排気ガスの還流量を供給することにより、各気筒ごとに適切な量の排気ガスを還流させることができる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。そして、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替え可能な内燃機関の場合には、各気筒ごとに適切な量の排気ガスを還流させることにより、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するためになされた本発明は、複数の気筒を有し、排気ガスの一部を各気筒に再循環させる内燃機関の制御装置において、排気ガスを各気筒に再循環させる排気ガス再循環手段と、内燃機関の運転条件に応じて各気筒に必要とされる排気ガスの再循環量を算出する要求再循環量算出手段とを有し、前記排気ガス再循環手段は、各気筒ごとに設けられ、各気筒の筒内に排気ガスを直接供給する排気ガス噴射弁と、前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記要求再循環量算出手段が各気筒ごとに算出する排気ガスの再循環量となるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御することを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関の制御装置では、各気筒の筒内に排気ガスを直接供給するために、各気筒ごとに排気ガス噴射弁が設けられている。そして、コントローラにより、これらの排気ガス噴射弁の開閉タイミングが制御される。これにより、各気筒ごとに異なるタイミングで異なる還流量の排気ガスを供給することができる。そこで、コントローラにより、要求再循環量算出手段が各気筒ごとに算出する排気ガスの再循環量となるように、各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御することにより、各気筒に対して要求される排気ガスの還流量を精度良く供給することができる。なお、この内燃機関の制御装置では、排気ガス噴射弁により排気ガスを気筒内に直接還流させるため、従来のように、吸気バルブにデポジットが付着することがない。
【００１０】
特に、内燃機関が、運転条件に応じて火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能なものである場合には、前記コントローラは、前記内燃機関が火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替えられるときに、各気筒に供給される排気ガスの再循環量が増量されるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御することが望ましい。
【００１１】
これにより、内燃機関における火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替時にも、各気筒に対して要求される排気ガスの還流量を精度良く供給することができる。従って、空燃比がリーンとなる気筒が発生しなくなり失火を防止することができ、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うことができる。その結果、燃焼方式の切替時におけるドライバビリティの悪化や触媒の損傷を防ぐことができる。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置においては、前記コントローラは、少なくとも圧縮行程時に排気ガスが気筒内に供給されるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御することが望ましい。
【００１３】
このような構成により、点火栓近傍に混合気（吸入空気と噴射燃料と排気ガスとの混合気）を導入することができるため、成層燃焼性を向上させることができる。従って、少ない燃料噴射量で燃焼させることができるので、燃費を大幅に低減することができる。
【００１４】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置においては、前記排気ガス噴射弁に加圧した排気ガスを供給する加圧手段を有することが望ましい。
【００１５】
ここで、圧縮行程時に排気ガスを気筒内に供給するとき、気筒内の圧力が排気ガス噴射弁から噴射される排気ガスの圧力よりも高いと、排気ガスを気筒内に供給することができなくなる。
これに対して本発明では、加圧手段によって加圧された排気ガスが排気ガス噴射弁に供給されるため、圧縮行程時であっても排気ガスを気筒内に確実に供給することができる。その結果、確実に成層燃焼性を向上させることができるので、より確実に燃費を低減することができる。
【００１６】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置においては、前記排気ガス噴射弁は、内燃機関の排気通路に接続された排気ガス循環通路に接続されていることが望ましい。
【００１７】
このような構成により、いわゆる外部ＥＧＲ量によって排気ガスの還流量を正確に制御することができるので、各気筒への排気ガスの還流量をより一層正確に供給することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、上記した通り、各気筒ごとに異なる排気ガスの還流量を供給することにより、各気筒ごとに適切な量の排気ガスを還流させることができる。特に、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替え可能な内燃機関の場合には、各気筒ごとに適切な量の排気ガスを還流させることができるので、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、本発明を燃焼方式を火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替え可能なＶ型６気筒エンジンに適用した場合を例示する。そこで、本実施の形態に係るエンジンシステムについて、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す断面図である。
【００２０】
図１に示すように、エンジン１０は、Ｖ型６気筒エンジンであり、シリンダブロック１１は上部に所定角度で傾斜した左右のバンク１２，１３を有しており、各バンク１２，１３に複数の気筒が設けられて２つの気筒群が構成されている。この各バンク１２，１３は、それぞれ３つのシリンダボア１４，１５が形成され、各シリンダボア１４，１５にピストン１６，１７がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部に図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１６，１７はコネクティングロッド１８，１９を介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
【００２１】
一方、シリンダブロック１１の各バンク１２，１３の上部にはシリンダヘッド２０，２１が締結されており、シリンダブロック１１とピストン１６，１７とシリンダヘッド２０，２１により各燃焼室２２，２３が構成されている。そして、この燃焼室２２，２３の上部、つまり、シリンダヘッド２０，２１の下面に吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７が対向して形成され、この吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７に対して吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１の下端部が位置している。この吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１は、シリンダヘッド２０，２１に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７を閉止する方向に付勢支持されている。
【００２２】
また、シリンダヘッド２０，２１には、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５が回転自在に支持されている。吸気カム３６，３７及び排気カム３８，３９は、図示しないローラロッカアームを介して吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１の上端部に接触している。
【００２３】
従って、エンジンに同期して吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５が回転すると、吸気カム３６，３７及び排気カム３８，３９がローラロッカアームを作動させ、吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７を開閉し、吸気ポート２４，２５と燃焼室２２，２３、燃焼室２２，２３と排気ポート２６，２７とをそれぞれ連通することができる。
【００２４】
また、このエンジンの動弁機構は、運転状態に応じて吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１を最適な開閉タイミングに制御する吸気可変動弁機構４０，４１と排気可変動弁機構４２，４３により構成されている。この吸気可変動弁機構４０，４１及び排気可変動弁機構４２，４３は、例えば、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５の軸端部に可変動弁コントローラが設けられて構成され、油圧ポンプ（または電動モータ）によりカムスプロケットに対する各カムシャフト３２，３３，３４，３５の位相を変更することで、吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、各可変動弁機構４０，４１，４２，４３は、吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ４４，４５，４６，４７が設けられている。
【００２５】
各シリンダヘッド２０，２１の吸気ポート２４，２５には吸気マニホールド４８，４９を介してサージタンク５０が連結されている。一方、吸気管（吸気通路）５１の空気取入口にはエアクリーナ５２が取付けられており、この吸気管５１には、エアクリーナ５２の下流側に位置してスロットルバルブ５３を有する電子スロットル装置５４が設けられている。そして、この吸気管５１の下流端部がサージタンク５０に連結されている。
【００２６】
排気ポート２６，２７は、各燃焼室２２，２３から排出される排気ガスが集合する集合通路５５，５６に連通しており、各集合通路５５，５６は、第１、第２排気管５７，５８が連結されている。そして、第１排気管５７には、第１三元触媒５９が装着される一方、第２排気管５８には、第２三元触媒６０が装着されている。第１、第２排気管５７，５８の下流端部は、不図示の排気集合管に合流して連結されており、この排気集合管にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（不図示）が装着されている。この各三元触媒５９，６０は、排気空燃比がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理するものである。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気空燃比がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したリッチ燃焼領域にあるときに、吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料によりＮＯｘを還元するものである。
【００２７】
各シリンダヘッド２０，２１には、各燃焼室２２，２３に直接燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ７４，７５が装着されており、各インジェクタ７４，７５には各デリバリパイプ（不図示）が連結されており、この各デリバリパイプに燃料ポンプ（不図示）から所定圧の燃料が供給されるようになっている。
また、シリンダヘッド２０，２１には、燃焼室２２，２３の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ７９，８０が装着されている。この点火プラグ７９，８０は、火花点火燃焼を行う際に使用され、予混合圧縮着火燃焼を行う際には使用されない。
【００２８】
さらに、シリンダヘッド２０，２１には、ＥＧＲガスを燃焼室２２，２３に直接噴射するＥＧＲガス噴射弁７０，７１が設けられている。ＥＧＲガス噴射弁７０，７１には、排気ガス循環通路６３が連結されており、第１排気管５７及び第２排気管５８から循環される排気ガスがＥＧＲガスとして供給されるようになっている。排気ガス循環通路６３の途中には、ＥＧＲクーラ６４及び電動コンプレッサ６５が設けられている。ＥＧＲクーラ６４は、第１排気管５７及び第２排気管５８から循環される排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するものである。電動コンプレッサ６５は、第１排気管５７及び第２排気管５８から循環される排気ガス（ＥＧＲガス）を加圧してＥＧＲガス噴射弁７０，７１に供給するものである。
【００２９】
そして、本実施の形態に係るエンジンシステムには、エンジン１０を統括的に制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）８１が備わっている。このＥＣＵ８１は、インジェクタ７４，７５の燃料噴射タイミング、点火プラグ７９，８０の点火時期、吸気可変動弁機構４０，４１及び排気可変動弁機構４２，４３の動作、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１のＥＧＲガス噴射タイミング、及びエンジン１０の燃焼方式の切り替えなどを制御している。具体的にＥＣＵ８１は、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料の噴射量・噴射時期、点火時期、吸排気バルブ２８〜３１の開閉タイミング、ＥＧＲガスの噴射量・噴射タイミング、及び燃焼方式の切り替えなどを決定している。
【００３０】
そのため、吸気管５１の上流側にはエアフローセンサ８２及び吸気温センサ８３が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をＥＣＵ８１に出力している。また、電子スロットル装置５４にはスロットルポジションセンサ８４が設けられており、現在のスロットル開度をＥＣＵ８１に出力している。さらに、クランクシャフトにはクランク角センサ８６が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ８１に出力し、ＥＣＵ８１はクランク角度に基づいてエンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック１１には水温センサ８７が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ８１に出力している。
【００３１】
また、各排気管５７，５８における各三元触媒５９，６０よりも上流側には、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ８８，８９が設けられている。このＡ／Ｆセンサ８８，８９は、各燃焼室２２，２３から各排気ポート２６，２７を通して各排気管５７，５８に排気された排気ガスの排気空燃比を検出し、検出した排気空燃比をＥＣＵ８１に出力している。ＥＣＵ８１は、Ａ／Ｆセンサ８８，８９が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を補正している。
【００３２】
続いて、上記のように構成されたエンジンシステムの動作について簡単に説明する。エンジン１０にて、エアクリーナ５２を通して吸気管５１に導入された空気は、スロットルバルブ５３に調量されてからサージタンク５０に流れ、各吸気マニホールド４８，４９を介して各吸気ポート２４，２５に至り、吸気バルブ２８，２９の開放時に、吸気ポート２４，２５の空気が燃焼室２２，２３に吸入される。
【００３３】
そして、この吸気行程時またはピストン１６，１７が上昇して吸入空気を圧縮する圧縮行程時に、インジェクタ７４，７５から燃焼室２２，２３に対して所定量の燃料が噴射される。また、ＥＧＲが必要なときには、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１から燃焼室２２，２３に対して所定量のＥＧＲガスが噴射される。これにより、燃焼室２２，２３にて、高圧空気と霧状の燃料（場合によってはさらにＥＧＲガス）が混合されて混合気が形成される。そして、火花点火燃焼の場合には、混合気に対して点火プラグ７９，８０が着火して爆発させる。一方、予混合圧縮着火燃焼の場合には、点火プラグを用いずに混合気を自己着火させて爆発させる。
【００３４】
混合気が爆発することで、ピストン１６，１７が押し下げられて駆動力を出力する一方、排気バルブ３０，３１の開放時に、燃焼室２２，２３の排気ガスが排気ポート２６，２７から集合通路５５，５６で集合されてから第１排気管５７及び第２排気管５８に排出される。そして、左バンク１２にて、燃焼室２２から排気ポート２６及び集合通路５５を通して第１排気管５７に排出された排気ガスは、第１三元触媒５９の通過時に、含有する有害物質が浄化処理されて不図示の排気集合管に流れる。一方、右バンク１３にて、燃焼室２３から排気ポート２７及び集合通路５６を通して第２排気管５８に排出された排気ガスは、第２三元触媒６０の通過時に、含有する有害物質が浄化処理されて不図示の排気集合管に流れる。そして、排気集合管に流れ込んだ排気ガスは、不図示のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の通過時に含有する有害物質が適正に浄化処理されてから大気に放出される。
【００３５】
ここで、排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとして排気ガス循環通路６３を介してＥＧＲガス噴射弁７０，７１に供給される。そして、ＥＣＵ８１において、エンジン回転数とエンジン負荷（アクセル開度や吸気負圧などから算出）に基づき、予めＥＣＵ８１内に記憶されているマップデータからＥＧＲ噴射基本量ｔ＿ｅｇｒｂａｓｅが算出される。すると、そのＥＧＲ噴射基本量となるようにＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉動作が制御され、エンジン１０の運転状態に見合った適正量のＥＧＲガスがＥＧＲガス噴射弁７０，７１から燃焼室２２，２３へ噴射供給される。
【００３６】
このＥＧＲガス噴射弁７０，７１によるＥＧＲ制御について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、各気筒におけるＥＧＲガス噴射タイミング等を示す図である。図３は、吸気バルブ及びＥＧＲガス噴射弁における開弁タイミングを示す図である。
【００３７】
エンジン１０の各気筒では、図２に示すように、吸気行程Ａ、圧縮行程Ｂ、燃焼行程Ｃ、排気行程Ｄが順次繰り返されている。そして、エンジン１０が火花点火（ＳＩ）燃焼をしているとき、ＥＧＲガスは圧縮行程Ｂ（図中のハッチング部）にて燃焼室２２，２３のそれぞれに供給される。より詳細には、図２に示すように、吸気行程Ａの終わりから圧縮行程Ｂの終わりにかけてＥＧＲガスが燃焼室２２，２３に供給される。つまり、図３に破線矢印Ｅで示すように、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１が吸気行程の終わりから圧縮行程の終わりにかけて開弁状態にされる。このとき、吸気バルブ２８，２９は、図３に矢印Ｆで示すように、吸気行程及び圧縮行程の始めまで開弁状態とされている。
【００３８】
このようなタイミングでＥＧＲガスを燃焼室２２，２３のぞれぞれに噴射供給することにより、点火プラグ７９，８０近傍に混合気（吸入空気と燃料噴霧とＥＧＲガスとの混合気）を導入することができるため、成層燃焼性を向上させることができる。その結果、少ない燃料噴射量で燃焼させることができるため、燃費を大幅に低減することができる。なお、後述する燃焼方式の切替後においては、吸入行程時にＥＧＲガスが導入されるようにＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉動作が制御される。
【００３９】
ここで、圧縮行程時には燃焼室２２，２３内の圧力が高くなっている。このため、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１からＥＧＲガスを噴射しても、燃焼室２２，２３内に精度良くＥＧＲガスを供給することができないおそれがある。しかしながら、本実施の形態では、電動コンプレッサ６５により加圧されたＥＧＲガスがＥＧＲガス噴射弁７０，７１に供給されている。なお、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１に供給するＥＧＲガスは、電動コンプレッサ６５により、ＥＧＲガスの圧力が圧縮行程における燃焼室内の圧力よりも高くなるように加圧されていればよい。これにより、圧縮行程時であってもＥＧＲガス噴射弁７０，７１から噴射したＥＧＲガスを燃焼室２２，２３内に確実に供給することができる。よって、確実に成層燃焼性を向上させることができる。
【００４０】
このように本実施の形態では、左バンク１２における各気筒の燃焼室２２に対してＥＧＲガスを直接供給可能なＥＧＲガス噴射弁７０が設けられ、右バンク１３における各気筒の燃焼室２３に対してＥＧＲガスを直接供給可能なＥＧＲガス噴射弁７１が設けられている。そして、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングは、ＥＣＵ８１により自由に制御することができる。これにより、各気筒ごとに異なるタイミングで異なる還流量のＥＧＲガスを供給することができる結果、各気筒に対して要求されるＥＧＲガスの還流量を精度良く供給することができる。そして、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１によりＥＧＲガスが気筒内に直接還流されるため、吸気バルブ２８，２９にデポジットが付着することがない。
【００４１】
そして、エンジン１０において、燃焼方式が火花点火（ＳＩ）燃焼から予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）燃焼に切り替わるときには、ＥＣＵ８１により、各気筒に供給されるＥＧＲガス量が増量されるようにＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングが制御される。そこで、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切替時におけるＥＧＲ制御について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、燃焼方式の切替時におけるＥＧＲ制御の内容を示すフローチャートである。図５は、圧縮比補正係数と圧縮比との関係を示す図である。
【００４２】
まず、エンジン１０においてＳＩ燃焼が行われているか否かが判断される（ステップ１）。具体的には、ＥＣＵ８１により、点火プラグ７９，８０による点火が行われているか否か（点火プラグへの電流供給が行われているか否か）が判断される。このとき、ＳＩ燃焼が行われている判断された場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、ＨＣＣＩ燃焼への切り替え要求が有るか否かが判断される（ステップ２）。具体的には、ＥＣＵ８１により、ＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮにされているか否かが判断される。なお、本実施の形態では高負荷域（例えば、スロットル開度が全開にされ、かつ吸気管圧力が変化したとき）においてＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮにされる。
一方、ステップ１の処理において、ＳＩ燃焼が行われていないと判断された場合には（Ｓ１：ＮＯ）、この処理ルーチンは終了する。
【００４３】
ステップ２において、ＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮされていると判断された場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ８１によりＥＧＲ噴射量が算出される（ステップ３）。このＥＧＲ噴射量は、ＥＧＲ噴射基本量ｔ＿ｅｇｒｂａｓｅに圧縮比補正係数ｔ＿ｋｃｏｍｅｇｒを乗じて算出される。圧縮比補正係数ｔ＿ｋｃｏｍｅｇｒは、図５に示すように、圧縮比が高くなるにつれて大きくないように設定されている。これにより、ＨＣＣＩ燃焼への切替時に圧縮比が高くなるので、ＥＧＲガスの噴射量（還流量）が増量される。
一方、ステップ２の処理において、ＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮにされていないと判断された場合には（Ｓ２：ＮＯ）、この処理ルーチンは終了する。
【００４４】
ＥＧＲ噴射量が算出されると、ＥＣＵ８１により、そのＥＧＲ噴射量が要求ＥＧＲ量であるか否かが判断される（ステップ４）。なお、要求ＥＧＲ量は、マップデータとしてＥＣＵ８１内に予め記憶されている。そして、算出されたＥＧＲ噴射量が要求ＧＥＲ量に達していると（Ｓ４：ＹＥＳ）、算出されたＥＧＲ噴射量が燃焼室２２，２３内に供給されるように、ＥＣＵ８１によりＥＧＲガス噴射弁７０，７１の動作が制御され、ＨＣＣＩ燃焼に切り替えられる（ステップ５）。
一方、ステップ４の処理において、算出されたＥＧＲ噴射量が要求ＥＧＲ量に達していない場合には（Ｓ４：ＮＯ）、この処理ルーチンは終了する。
【００４５】
ここで、上記した制御を実施した場合における各種制御信号及びエンジンの状態を示す各種指標の変化について、図６を参照しながら説明する。図６は、燃焼方式を切り替える際における各種制御信号及びエンジンの状態を表す各種指標の変化を示すタイミングチャートである。
【００４６】
時刻ｔ０以前においてはＳＩ燃焼が行われている。このため、図４のステップ１において「ＹＥＳ」と判断される。なお、このときの要求空燃比（Ａ／Ｆ）は１４．７であり、圧縮比は１０．５であり、スロットル開度が１０°である。そして、時刻ｔ０においてスロットル開度が全開にされる。このスロットル開度の変化に伴い、時刻ｔ１において吸気管負圧が変化し始める。このとき、時刻ｔ２においてＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮされる。これにより、図４のステップ２において「ＹＥＳ」と判断される。そして、時刻ｔ１以降において圧縮比が高くなるについて圧縮比補正係数ｔ＿ｋｃｏｍｅｇｒが大きくなる（図５参照）。これに伴って、図４のステップ３で算出されるＥＧＲ噴射量が増加していく。その結果、時刻ｔ１からＥＧＲ量が増量される。そして、時刻ｔ３においてＥＧＲ量が要求量に達すると（図４のステップ４でＹＥＳと判断）、エンジン１０の燃焼方式がＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えられる（図４のステップ５）。なお、ＨＣＣＩ燃焼における要求Ａ／Ｆは１８．５であり、圧縮比は１４．８である。
【００４７】
このように、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替える際に、ＥＧＲ量を増量して要求されるＥＧＲ量を確実にＥＧＲガス噴射弁７０，７１から燃焼室２２，２３に対して噴射供給することができる。また、燃焼方式の切替時においても、圧縮行程時にＥＧＲガス噴射弁７０，７１から燃焼室２２，２３に対して増量されたＥＧＲガスが供給されるため、燃焼室２２，２３内の温度を高めて燃料の自己着火を促進しつつ、ノッキングの発生を防止することができる。これにより、図６に破線で示すように、ＥＧＲ量が不足してＡ／Ｆがリーン化することを確実に防止することができる。従って、燃焼方式の切替時に、失火を防止することができ、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切替をスムーズに行うことができる。その結果、燃焼方式の切替時におけるドライバビリティの悪化や触媒の損傷を防ぐことができる。
【００４８】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るエンジンシステムによれば、各気筒の燃焼室２２，２３にＥＧＲガスを直接供給するために、各気筒ごとにＥＧＲガス噴射弁７０，７１が設けられている。そして、ＥＣＵ８１により、これらのＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングが制御される。これにより、各気筒ごとに異なるタイミングで異なる還流量のＥＧＲガスを供給することができる。そして、ＥＣＵ８１により、要求ＥＧＲ量となるように、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングを制御することにより、各気筒に対して要求されるＥＧＲ量を精度良く供給することができる。つまり、ＥＧＲ制御の精度を向上させることができる。
【００４９】
また、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り替える際に、ＥＣＵ８１により、各気筒に供給されるＥＧＲ量が増量されるようにＥＧＲ排気ガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングを制御される。これにより、燃焼方式の切替時に、空燃比がリーンとなる気筒が発生しなくなり失火を防止することができ、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切替をスムーズに行うことができる。その結果、燃焼方式の切替時におけるドライバビリティの悪化や触媒の損傷を防ぐことができる。
【００５０】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能なエンジンに本発明を適用した場合を例示したが、本発明は通常のガソリンエンジンやディーゼルエンジンに適用することもできる。
【００５１】
また、上記した実施の形態では、燃料を筒内噴射するタイプのエンジンを例示したが、本発明は燃料を吸気ポートに噴射するタイプのエンジンに適用することもできる。さらに、上記した実施の形態では、内燃機関としてＶ型６気筒エンジンを例示したが、エンジン形式や気筒数などはこれに限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す断面図である。
【図２】各気筒におけるＥＧＲガス噴射タイミング等を示す図である。
【図３】吸気バルブ及びＥＧＲガス噴射弁における開弁タイミングを示す図である。
【図４】燃焼方式の切替時におけるＥＧＲ制御の内容を示すフローチャートである。
【図５】圧縮比補正係数と圧縮比との関係を示す図である。
【図６】燃焼方式を切り替える際における各種制御信号及びエンジンの状態を表す各種指標の変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１０ エンジン
１１ シリンダブロック
１２ 左バンク
１３ 右バンク
２２ 燃焼室
２３ 燃焼室
５１ 吸気管
５３ スロットルバルブ
５４ 電子スロットル装置
５７ 第１排気管
５８ 第２排気管
６３ 排気ガス循環通路
６５ 電動コンプレッサ
７０ ＥＧＲガス噴射弁
７１ ＥＧＲガス噴射弁
７４ インジェクタ
７５ インジェクタ
７９ 点火プラグ
８０ 点火プラグ
８１ ＥＣＵ
８２ エアフローセンサ
８３ 吸気温センサ
８４ スロットルポジションセンサ
８６ クランク角センサ
８８ Ａ／Ｆセンサ
８９ Ａ／Ｆセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有し、排気ガスの一部を各気筒に戻す内燃機関の制御装置に関する。特に、運転条件に応じて、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替える内燃機関に好適な制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、燃焼室内の燃料温度を低減することにより、排気ガス中のＮＯｘ含有量の低減を図るために、排気ガスの一部を各気筒に戻すことが一般的に行われている。
【０００３】
そして近年、熱効率が高く燃費を低減でき、また、ススやＮＯｘ等の有害物質を低減できる等、様々なメリットがある予混合圧縮着火式内燃機関の研究開発が進められている。この予混合圧縮着火式内燃機関は、シリンダ室の外で燃料と空気とを予め混ぜておいたものをシリンダ室内に流入させ、ピストンの圧縮により圧縮着火させる方式の内燃機関である。この内燃機関は、スパークプラグを使わず圧縮着火させる点ではディーゼルエンジンと共通する一方、着火前に予め燃料と空気を混合しておく（予混合）という点ではガソリンエンジンと共通している。このため、いわばディーゼルエンジンとガソリンエンジンとの中間の性質を有するエンジンといえる。
【０００４】
このような予混合圧縮着火式内燃機関では、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うために、排気ガスの還流量を増加させることが行われている。例えば、特許文献１に記載の技術では、ＥＧＲ量調整弁を働かせて、新気に対する排気ガスの還流量（いわゆる外部ＥＧＲ量）を増加させる、又は排気弁の閉時期の上死点に対する進角量を徐々に増加させて、新気に対する排気ガスの還流量（いわゆる内部ＥＧＲ量）を増加させるようにしている。
【特許文献１】特開２００４−２６３６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した技術では、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量を供給することができないという問題があった。なぜなら、多気筒の内燃機関では、４つの行程（吸入、圧縮、膨張、排気）が、各気筒ごとにずれて実行されることや、各気筒への吸気分配がばらつくために、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量が異なる。それにも関わらず、一律に排ガスの還流量が制御されているため、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量を供給することができないのである。
【０００６】
特に、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替える内燃機関では、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替時に排気ガスの還流量を増加させることが行われているが、特許文献１に記載の技術でも、一律に排ガスの還流量（外部ＥＧＲ量又は内部ＥＧＲ量）が制御されているため、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量となるように増加させることができない。そして、各気筒ごとに要求される排気ガスの還流量が供給されないと、排気ガスの還流量が不足する気筒において、空燃比がリーンとなって失火が発生する。そうすると、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うことができなくなる。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、各気筒ごとに異なる排気ガスの還流量を供給することにより、各気筒ごとに適切な量の排気ガスを還流させることができる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。そして、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替え可能な内燃機関の場合には、各気筒ごとに適切な量の排気ガスを還流させることにより、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するためになされた本発明は、複数の気筒を有し、排気ガスの一部を各気筒に再循環させる内燃機関の制御装置において、排気ガスを各気筒に再循環させる排気ガス再循環手段と、内燃機関の運転条件に応じて各気筒に必要とされる排気ガスの再循環量を算出する要求再循環量算出手段とを有し、前記排気ガス再循環手段は、各気筒ごとに設けられ、各気筒の筒内に排気ガスを直接供給する排気ガス噴射弁と、前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記要求再循環量算出手段が各気筒ごとに算出する排気ガスの再循環量となるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御することを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関の制御装置では、各気筒の筒内に排気ガスを直接供給するために、各気筒ごとに排気ガス噴射弁が設けられている。そして、コントローラにより、これらの排気ガス噴射弁の開閉タイミングが制御される。これにより、各気筒ごとに異なるタイミングで異なる還流量の排気ガスを供給することができる。そこで、コントローラにより、要求再循環量算出手段が各気筒ごとに算出する排気ガスの再循環量となるように、各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御することにより、各気筒に対して要求される排気ガスの還流量を精度良く供給することができる。なお、この内燃機関の制御装置では、排気ガス噴射弁により排気ガスを気筒内に直接還流させるため、従来のように、吸気バルブにデポジットが付着することがない。
【００１０】
特に、内燃機関が、運転条件に応じて火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能なものである場合には、前記コントローラは、前記内燃機関が火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替えられるときに、各気筒に供給される排気ガスの再循環量が増量されるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御することが望ましい。
【００１１】
これにより、内燃機関における火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替時にも、各気筒に対して要求される排気ガスの還流量を精度良く供給することができる。従って、空燃比がリーンとなる気筒が発生しなくなり失火を防止することができ、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うことができる。その結果、燃焼方式の切替時におけるドライバビリティの悪化や触媒の損傷を防ぐことができる。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置においては、前記コントローラは、少なくとも圧縮行程時に排気ガスが気筒内に供給されるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御することが望ましい。
【００１３】
このような構成により、点火栓近傍に混合気（吸入空気と噴射燃料と排気ガスとの混合気）を導入することができるため、成層燃焼性を向上させることができる。従って、少ない燃料噴射量で燃焼させることができるので、燃費を大幅に低減することができる。
【００１４】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置においては、前記排気ガス噴射弁に加圧した排気ガスを供給する加圧手段を有することが望ましい。
【００１５】
ここで、圧縮行程時に排気ガスを気筒内に供給するとき、気筒内の圧力が排気ガス噴射弁から噴射される排気ガスの圧力よりも高いと、排気ガスを気筒内に供給することができなくなる。
これに対して本発明では、加圧手段によって加圧された排気ガスが排気ガス噴射弁に供給されるため、圧縮行程時であっても排気ガスを気筒内に確実に供給することができる。その結果、確実に成層燃焼性を向上させることができるので、より確実に燃費を低減することができる。
【００１６】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置においては、前記排気ガス噴射弁は、内燃機関の排気通路に接続された排気ガス循環通路に接続されていることが望ましい。
【００１７】
このような構成により、いわゆる外部ＥＧＲ量によって排気ガスの還流量を正確に制御することができるので、各気筒への排気ガスの還流量をより一層正確に供給することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、上記した通り、各気筒ごとに異なる排気ガスの還流量を供給することにより、各気筒ごとに適切な量の排気ガスを還流させることができる。特に、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替え可能な内燃機関の場合には、各気筒ごとに適切な量の排気ガスを還流させることができるので、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切替をスムーズに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、本発明を燃焼方式を火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替え可能なＶ型６気筒エンジンに適用した場合を例示する。そこで、本実施の形態に係るエンジンシステムについて、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す断面図である。
【００２０】
図１に示すように、エンジン１０は、Ｖ型６気筒エンジンであり、シリンダブロック１１は上部に所定角度で傾斜した左右のバンク１２，１３を有しており、各バンク１２，１３に複数の気筒が設けられて２つの気筒群が構成されている。この各バンク１２，１３は、それぞれ３つのシリンダボア１４，１５が形成され、各シリンダボア１４，１５にピストン１６，１７がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部に図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１６，１７はコネクティングロッド１８，１９を介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
【００２１】
一方、シリンダブロック１１の各バンク１２，１３の上部にはシリンダヘッド２０，２１が締結されており、シリンダブロック１１とピストン１６，１７とシリンダヘッド２０，２１により各燃焼室２２，２３が構成されている。そして、この燃焼室２２，２３の上部、つまり、シリンダヘッド２０，２１の下面に吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７が対向して形成され、この吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７に対して吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１の下端部が位置している。この吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１は、シリンダヘッド２０，２１に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７を閉止する方向に付勢支持されている。
【００２２】
また、シリンダヘッド２０，２１には、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５が回転自在に支持されている。吸気カム３６，３７及び排気カム３８，３９は、図示しないローラロッカアームを介して吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１の上端部に接触している。
【００２３】
従って、エンジンに同期して吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５が回転すると、吸気カム３６，３７及び排気カム３８，３９がローラロッカアームを作動させ、吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７を開閉し、吸気ポート２４，２５と燃焼室２２，２３、燃焼室２２，２３と排気ポート２６，２７とをそれぞれ連通することができる。
【００２４】
また、このエンジンの動弁機構は、運転状態に応じて吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１を最適な開閉タイミングに制御する吸気可変動弁機構４０，４１と排気可変動弁機構４２，４３により構成されている。この吸気可変動弁機構４０，４１及び排気可変動弁機構４２，４３は、例えば、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５の軸端部に可変動弁コントローラが設けられて構成され、油圧ポンプ（または電動モータ）によりカムスプロケットに対する各カムシャフト３２，３３，３４，３５の位相を変更することで、吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、各可変動弁機構４０，４１，４２，４３は、吸気バルブ２８，２９及び排気バルブ３０，３１の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ４４，４５，４６，４７が設けられている。
【００２５】
各シリンダヘッド２０，２１の吸気ポート２４，２５には吸気マニホールド４８，４９を介してサージタンク５０が連結されている。一方、吸気管（吸気通路）５１の空気取入口にはエアクリーナ５２が取付けられており、この吸気管５１には、エアクリーナ５２の下流側に位置してスロットルバルブ５３を有する電子スロットル装置５４が設けられている。そして、この吸気管５１の下流端部がサージタンク５０に連結されている。
【００２６】
排気ポート２６，２７は、各燃焼室２２，２３から排出される排気ガスが集合する集合通路５５，５６に連通しており、各集合通路５５，５６は、第１、第２排気管５７，５８が連結されている。そして、第１排気管５７には、第１三元触媒５９が装着される一方、第２排気管５８には、第２三元触媒６０が装着されている。第１、第２排気管５７，５８の下流端部は、不図示の排気集合管に合流して連結されており、この排気集合管にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（不図示）が装着されている。この各三元触媒５９，６０は、排気空燃比がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理するものである。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気空燃比がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したリッチ燃焼領域にあるときに、吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料によりＮＯｘを還元するものである。
【００２７】
各シリンダヘッド２０，２１には、各燃焼室２２，２３に直接燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ７４，７５が装着されており、各インジェクタ７４，７５には各デリバリパイプ（不図示）が連結されており、この各デリバリパイプに燃料ポンプ（不図示）から所定圧の燃料が供給されるようになっている。
また、シリンダヘッド２０，２１には、燃焼室２２，２３の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ７９，８０が装着されている。この点火プラグ７９，８０は、火花点火燃焼を行う際に使用され、予混合圧縮着火燃焼を行う際には使用されない。
【００２８】
さらに、シリンダヘッド２０，２１には、ＥＧＲガスを燃焼室２２，２３に直接噴射するＥＧＲガス噴射弁７０，７１が設けられている。ＥＧＲガス噴射弁７０，７１には、排気ガス循環通路６３が連結されており、第１排気管５７及び第２排気管５８から循環される排気ガスがＥＧＲガスとして供給されるようになっている。排気ガス循環通路６３の途中には、ＥＧＲクーラ６４及び電動コンプレッサ６５が設けられている。ＥＧＲクーラ６４は、第１排気管５７及び第２排気管５８から循環される排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するものである。電動コンプレッサ６５は、第１排気管５７及び第２排気管５８から循環される排気ガス（ＥＧＲガス）を加圧してＥＧＲガス噴射弁７０，７１に供給するものである。
【００２９】
そして、本実施の形態に係るエンジンシステムには、エンジン１０を統括的に制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）８１が備わっている。このＥＣＵ８１は、インジェクタ７４，７５の燃料噴射タイミング、点火プラグ７９，８０の点火時期、吸気可変動弁機構４０，４１及び排気可変動弁機構４２，４３の動作、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１のＥＧＲガス噴射タイミング、及びエンジン１０の燃焼方式の切り替えなどを制御している。具体的にＥＣＵ８１は、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料の噴射量・噴射時期、点火時期、吸排気バルブ２８〜３１の開閉タイミング、ＥＧＲガスの噴射量・噴射タイミング、及び燃焼方式の切り替えなどを決定している。
【００３０】
そのため、吸気管５１の上流側にはエアフローセンサ８２及び吸気温センサ８３が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をＥＣＵ８１に出力している。また、電子スロットル装置５４にはスロットルポジションセンサ８４が設けられており、現在のスロットル開度をＥＣＵ８１に出力している。さらに、クランクシャフトにはクランク角センサ８６が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ８１に出力し、ＥＣＵ８１はクランク角度に基づいてエンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック１１には水温センサ８７が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ８１に出力している。
【００３１】
また、各排気管５７，５８における各三元触媒５９，６０よりも上流側には、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ８８，８９が設けられている。このＡ／Ｆセンサ８８，８９は、各燃焼室２２，２３から各排気ポート２６，２７を通して各排気管５７，５８に排気された排気ガスの排気空燃比を検出し、検出した排気空燃比をＥＣＵ８１に出力している。ＥＣＵ８１は、Ａ／Ｆセンサ８８，８９が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を補正している。
【００３２】
続いて、上記のように構成されたエンジンシステムの動作について簡単に説明する。エンジン１０にて、エアクリーナ５２を通して吸気管５１に導入された空気は、スロットルバルブ５３に調量されてからサージタンク５０に流れ、各吸気マニホールド４８，４９を介して各吸気ポート２４，２５に至り、吸気バルブ２８，２９の開放時に、吸気ポート２４，２５の空気が燃焼室２２，２３に吸入される。
【００３３】
そして、この吸気行程時またはピストン１６，１７が上昇して吸入空気を圧縮する圧縮行程時に、インジェクタ７４，７５から燃焼室２２，２３に対して所定量の燃料が噴射される。また、ＥＧＲが必要なときには、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１から燃焼室２２，２３に対して所定量のＥＧＲガスが噴射される。これにより、燃焼室２２，２３にて、高圧空気と霧状の燃料（場合によってはさらにＥＧＲガス）が混合されて混合気が形成される。そして、火花点火燃焼の場合には、混合気に対して点火プラグ７９，８０が着火して爆発させる。一方、予混合圧縮着火燃焼の場合には、点火プラグを用いずに混合気を自己着火させて爆発させる。
【００３４】
混合気が爆発することで、ピストン１６，１７が押し下げられて駆動力を出力する一方、排気バルブ３０，３１の開放時に、燃焼室２２，２３の排気ガスが排気ポート２６，２７から集合通路５５，５６で集合されてから第１排気管５７及び第２排気管５８に排出される。そして、左バンク１２にて、燃焼室２２から排気ポート２６及び集合通路５５を通して第１排気管５７に排出された排気ガスは、第１三元触媒５９の通過時に、含有する有害物質が浄化処理されて不図示の排気集合管に流れる。一方、右バンク１３にて、燃焼室２３から排気ポート２７及び集合通路５６を通して第２排気管５８に排出された排気ガスは、第２三元触媒６０の通過時に、含有する有害物質が浄化処理されて不図示の排気集合管に流れる。そして、排気集合管に流れ込んだ排気ガスは、不図示のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の通過時に含有する有害物質が適正に浄化処理されてから大気に放出される。
【００３５】
ここで、排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとして排気ガス循環通路６３を介してＥＧＲガス噴射弁７０，７１に供給される。そして、ＥＣＵ８１において、エンジン回転数とエンジン負荷（アクセル開度や吸気負圧などから算出）に基づき、予めＥＣＵ８１内に記憶されているマップデータからＥＧＲ噴射基本量ｔ＿ｅｇｒｂａｓｅが算出される。すると、そのＥＧＲ噴射基本量となるようにＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉動作が制御され、エンジン１０の運転状態に見合った適正量のＥＧＲガスがＥＧＲガス噴射弁７０，７１から燃焼室２２，２３へ噴射供給される。
【００３６】
このＥＧＲガス噴射弁７０，７１によるＥＧＲ制御について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、各気筒におけるＥＧＲガス噴射タイミング等を示す図である。図３は、吸気バルブ及びＥＧＲガス噴射弁における開弁タイミングを示す図である。
【００３７】
エンジン１０の各気筒では、図２に示すように、吸気行程Ａ、圧縮行程Ｂ、燃焼行程Ｃ、排気行程Ｄが順次繰り返されている。そして、エンジン１０が火花点火（ＳＩ）燃焼をしているとき、ＥＧＲガスは圧縮行程Ｂ（図中のハッチング部）にて燃焼室２２，２３のそれぞれに供給される。より詳細には、図２に示すように、吸気行程Ａの終わりから圧縮行程Ｂの終わりにかけてＥＧＲガスが燃焼室２２，２３に供給される。つまり、図３に破線矢印Ｅで示すように、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１が吸気行程の終わりから圧縮行程の終わりにかけて開弁状態にされる。このとき、吸気バルブ２８，２９は、図３に矢印Ｆで示すように、吸気行程及び圧縮行程の始めまで開弁状態とされている。
【００３８】
このようなタイミングでＥＧＲガスを燃焼室２２，２３のぞれぞれに噴射供給することにより、点火プラグ７９，８０近傍に混合気（吸入空気と燃料噴霧とＥＧＲガスとの混合気）を導入することができるため、成層燃焼性を向上させることができる。その結果、少ない燃料噴射量で燃焼させることができるため、燃費を大幅に低減することができる。なお、後述する燃焼方式の切替後においては、吸入行程時にＥＧＲガスが導入されるようにＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉動作が制御される。
【００３９】
ここで、圧縮行程時には燃焼室２２，２３内の圧力が高くなっている。このため、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１からＥＧＲガスを噴射しても、燃焼室２２，２３内に精度良くＥＧＲガスを供給することができないおそれがある。しかしながら、本実施の形態では、電動コンプレッサ６５により加圧されたＥＧＲガスがＥＧＲガス噴射弁７０，７１に供給されている。なお、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１に供給するＥＧＲガスは、電動コンプレッサ６５により、ＥＧＲガスの圧力が圧縮行程における燃焼室内の圧力よりも高くなるように加圧されていればよい。これにより、圧縮行程時であってもＥＧＲガス噴射弁７０，７１から噴射したＥＧＲガスを燃焼室２２，２３内に確実に供給することができる。よって、確実に成層燃焼性を向上させることができる。
【００４０】
このように本実施の形態では、左バンク１２における各気筒の燃焼室２２に対してＥＧＲガスを直接供給可能なＥＧＲガス噴射弁７０が設けられ、右バンク１３における各気筒の燃焼室２３に対してＥＧＲガスを直接供給可能なＥＧＲガス噴射弁７１が設けられている。そして、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングは、ＥＣＵ８１により自由に制御することができる。これにより、各気筒ごとに異なるタイミングで異なる還流量のＥＧＲガスを供給することができる結果、各気筒に対して要求されるＥＧＲガスの還流量を精度良く供給することができる。そして、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１によりＥＧＲガスが気筒内に直接還流されるため、吸気バルブ２８，２９にデポジットが付着することがない。
【００４１】
そして、エンジン１０において、燃焼方式が火花点火（ＳＩ）燃焼から予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）燃焼に切り替わるときには、ＥＣＵ８１により、各気筒に供給されるＥＧＲガス量が増量されるようにＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングが制御される。そこで、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切替時におけるＥＧＲ制御について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、燃焼方式の切替時におけるＥＧＲ制御の内容を示すフローチャートである。図５は、圧縮比補正係数と圧縮比との関係を示す図である。
【００４２】
まず、エンジン１０においてＳＩ燃焼が行われているか否かが判断される（ステップ１）。具体的には、ＥＣＵ８１により、点火プラグ７９，８０による点火が行われているか否か（点火プラグへの電流供給が行われているか否か）が判断される。このとき、ＳＩ燃焼が行われている判断された場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、ＨＣＣＩ燃焼への切り替え要求が有るか否かが判断される（ステップ２）。具体的には、ＥＣＵ８１により、ＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮにされているか否かが判断される。なお、本実施の形態では高負荷域（例えば、スロットル開度が全開にされ、かつ吸気管圧力が変化したとき）においてＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮにされる。
一方、ステップ１の処理において、ＳＩ燃焼が行われていないと判断された場合には（Ｓ１：ＮＯ）、この処理ルーチンは終了する。
【００４３】
ステップ２において、ＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮされていると判断された場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ８１によりＥＧＲ噴射量が算出される（ステップ３）。このＥＧＲ噴射量は、ＥＧＲ噴射基本量ｔ＿ｅｇｒｂａｓｅに圧縮比補正係数ｔ＿ｋｃｏｍｅｇｒを乗じて算出される。圧縮比補正係数ｔ＿ｋｃｏｍｅｇｒは、図５に示すように、圧縮比が高くなるにつれて大きくないように設定されている。これにより、ＨＣＣＩ燃焼への切替時に圧縮比が高くなるので、ＥＧＲガスの噴射量（還流量）が増量される。
一方、ステップ２の処理において、ＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮにされていないと判断された場合には（Ｓ２：ＮＯ）、この処理ルーチンは終了する。
【００４４】
ＥＧＲ噴射量が算出されると、ＥＣＵ８１により、そのＥＧＲ噴射量が要求ＥＧＲ量であるか否かが判断される（ステップ４）。なお、要求ＥＧＲ量は、マップデータとしてＥＣＵ８１内に予め記憶されている。そして、算出されたＥＧＲ噴射量が要求ＧＥＲ量に達していると（Ｓ４：ＹＥＳ）、算出されたＥＧＲ噴射量が燃焼室２２，２３内に供給されるように、ＥＣＵ８１によりＥＧＲガス噴射弁７０，７１の動作が制御され、ＨＣＣＩ燃焼に切り替えられる（ステップ５）。
一方、ステップ４の処理において、算出されたＥＧＲ噴射量が要求ＥＧＲ量に達していない場合には（Ｓ４：ＮＯ）、この処理ルーチンは終了する。
【００４５】
ここで、上記した制御を実施した場合における各種制御信号及びエンジンの状態を示す各種指標の変化について、図６を参照しながら説明する。図６は、燃焼方式を切り替える際における各種制御信号及びエンジンの状態を表す各種指標の変化を示すタイミングチャートである。
【００４６】
時刻ｔ０以前においてはＳＩ燃焼が行われている。このため、図４のステップ１において「ＹＥＳ」と判断される。なお、このときの要求空燃比（Ａ／Ｆ）は１４．７であり、圧縮比は１０．５であり、スロットル開度が１０°である。そして、時刻ｔ０においてスロットル開度が全開にされる。このスロットル開度の変化に伴い、時刻ｔ１において吸気管負圧が変化し始める。このとき、時刻ｔ２においてＨＣＣＩ燃焼切替フラグがＯＮされる。これにより、図４のステップ２において「ＹＥＳ」と判断される。そして、時刻ｔ１以降において圧縮比が高くなるについて圧縮比補正係数ｔ＿ｋｃｏｍｅｇｒが大きくなる（図５参照）。これに伴って、図４のステップ３で算出されるＥＧＲ噴射量が増加していく。その結果、時刻ｔ１からＥＧＲ量が増量される。そして、時刻ｔ３においてＥＧＲ量が要求量に達すると（図４のステップ４でＹＥＳと判断）、エンジン１０の燃焼方式がＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えられる（図４のステップ５）。なお、ＨＣＣＩ燃焼における要求Ａ／Ｆは１８．５であり、圧縮比は１４．８である。
【００４７】
このように、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替える際に、ＥＧＲ量を増量して要求されるＥＧＲ量を確実にＥＧＲガス噴射弁７０，７１から燃焼室２２，２３に対して噴射供給することができる。また、燃焼方式の切替時においても、圧縮行程時にＥＧＲガス噴射弁７０，７１から燃焼室２２，２３に対して増量されたＥＧＲガスが供給されるため、燃焼室２２，２３内の温度を高めて燃料の自己着火を促進しつつ、ノッキングの発生を防止することができる。これにより、図６に破線で示すように、ＥＧＲ量が不足してＡ／Ｆがリーン化することを確実に防止することができる。従って、燃焼方式の切替時に、失火を防止することができ、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切替をスムーズに行うことができる。その結果、燃焼方式の切替時におけるドライバビリティの悪化や触媒の損傷を防ぐことができる。
【００４８】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るエンジンシステムによれば、各気筒の燃焼室２２，２３にＥＧＲガスを直接供給するために、各気筒ごとにＥＧＲガス噴射弁７０，７１が設けられている。そして、ＥＣＵ８１により、これらのＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングが制御される。これにより、各気筒ごとに異なるタイミングで異なる還流量のＥＧＲガスを供給することができる。そして、ＥＣＵ８１により、要求ＥＧＲ量となるように、ＥＧＲガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングを制御することにより、各気筒に対して要求されるＥＧＲ量を精度良く供給することができる。つまり、ＥＧＲ制御の精度を向上させることができる。
【００４９】
また、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り替える際に、ＥＣＵ８１により、各気筒に供給されるＥＧＲ量が増量されるようにＥＧＲ排気ガス噴射弁７０，７１の開閉タイミングを制御される。これにより、燃焼方式の切替時に、空燃比がリーンとなる気筒が発生しなくなり失火を防止することができ、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切替をスムーズに行うことができる。その結果、燃焼方式の切替時におけるドライバビリティの悪化や触媒の損傷を防ぐことができる。
【００５０】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能なエンジンに本発明を適用した場合を例示したが、本発明は通常のガソリンエンジンやディーゼルエンジンに適用することもできる。
【００５１】
また、上記した実施の形態では、燃料を筒内噴射するタイプのエンジンを例示したが、本発明は燃料を吸気ポートに噴射するタイプのエンジンに適用することもできる。さらに、上記した実施の形態では、内燃機関としてＶ型６気筒エンジンを例示したが、エンジン形式や気筒数などはこれに限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す断面図である。
【図２】各気筒におけるＥＧＲガス噴射タイミング等を示す図である。
【図３】吸気バルブ及びＥＧＲガス噴射弁における開弁タイミングを示す図である。
【図４】燃焼方式の切替時におけるＥＧＲ制御の内容を示すフローチャートである。
【図５】圧縮比補正係数と圧縮比との関係を示す図である。
【図６】燃焼方式を切り替える際における各種制御信号及びエンジンの状態を表す各種指標の変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１０ エンジン
１１ シリンダブロック
１２ 左バンク
１３ 右バンク
２２ 燃焼室
２３ 燃焼室
５１ 吸気管
５３ スロットルバルブ
５４ 電子スロットル装置
５７ 第１排気管
５８ 第２排気管
６３ 排気ガス循環通路
６５ 電動コンプレッサ
７０ ＥＧＲガス噴射弁
７１ ＥＧＲガス噴射弁
７４ インジェクタ
７５ インジェクタ
７９ 点火プラグ
８０ 点火プラグ
８１ ＥＣＵ
８２ エアフローセンサ
８３ 吸気温センサ
８４ スロットルポジションセンサ
８６ クランク角センサ
８８ Ａ／Ｆセンサ
８９ Ａ／Ｆセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有し、排気ガスの一部を各気筒に再循環させる内燃機関の制御装置において、
排気ガスを各気筒に再循環させる排気ガス再循環手段と、
内燃機関の運転条件に応じて各気筒に必要とされる排気ガスの再循環量を算出する要求再循環量算出手段とを有し、
前記排気ガス再循環手段は、
各気筒ごとに設けられ、各気筒の筒内に排気ガスを直接供給する排気ガス噴射弁と、
前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記要求再循環量算出手段が各気筒ごとに算出する排気ガスの再循環量となるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は、運転条件に応じて火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能なものであり、
前記コントローラは、前記内燃機関が火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替えられるときに、各気筒に供給される排気ガスの再循環量が増量されるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載する内燃機関の制御装置において、
前記コントローラは、少なくとも圧縮行程時に排気ガスが気筒内に供給されるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載する内燃機関の制御装置において、
前記排気ガス噴射弁に加圧した排気ガスを供給する加圧手段を有する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載するいずれか１つの内燃機関の制御装置において、
前記排気ガス噴射弁は、内燃機関の排気通路に接続された排気ガス循環通路に接続されている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１】
複数の気筒を有し、排気ガスの一部を各気筒に再循環させる内燃機関の制御装置において、
排気ガスを各気筒に再循環させる排気ガス再循環手段と、
内燃機関の運転条件に応じて各気筒に必要とされる排気ガスの再循環量を算出する要求再循環量算出手段とを有し、
前記排気ガス再循環手段は、
各気筒ごとに設けられ、各気筒の筒内に排気ガスを直接供給する排気ガス噴射弁と、
前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記要求再循環量算出手段が各気筒ごとに算出する排気ガスの再循環量となるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は、運転条件に応じて火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能なものであり、
前記コントローラは、前記内燃機関が火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替えられるときに、各気筒に供給される排気ガスの再循環量が増量されるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載する内燃機関の制御装置において、
前記コントローラは、少なくとも圧縮行程時に排気ガスが気筒内に供給されるように前記各排気ガス噴射弁の開閉タイミングを制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載する内燃機関の制御装置において、
前記排気ガス噴射弁に加圧した排気ガスを供給する加圧手段を有する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載するいずれか１つの内燃機関の制御装置において、
前記排気ガス噴射弁は、内燃機関の排気通路に接続された排気ガス循環通路に接続されている
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５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−９０８６７（Ｐ２０１０−９０８６７Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６４３４２（Ｐ２００８−２６４３４２）
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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