内燃機関
【課題】内燃機関を一時的に停止させてからこれを再始動させる際の、ＮOxの排出量を抑制する。
【解決手段】ＥＣＵ２０は、内燃機関の停止要求があった場合には、ＥＧＲ通路３５ａに排気ガスを蓄えるために、内燃機関が停止する前に排気側ＥＧＲ弁３７および吸気側ＥＧＲ弁３６を閉じ、内燃機関を停止させるために燃料噴射弁１１からの燃料噴射を遮断するとともにスロットル弁２３を閉じ、内燃機関の停止後に、スロットル弁２３を開くとともに吸気側ＥＧＲ弁３６を開き、吸気通路３５ａ内のスロットル弁２３よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、スロットル弁２３を閉じる。
【解決手段】ＥＣＵ２０は、内燃機関の停止要求があった場合には、ＥＧＲ通路３５ａに排気ガスを蓄えるために、内燃機関が停止する前に排気側ＥＧＲ弁３７および吸気側ＥＧＲ弁３６を閉じ、内燃機関を停止させるために燃料噴射弁１１からの燃料噴射を遮断するとともにスロットル弁２３を閉じ、内燃機関の停止後に、スロットル弁２３を開くとともに吸気側ＥＧＲ弁３６を開き、吸気通路３５ａ内のスロットル弁２３よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、スロットル弁２３を閉じる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気の一部を吸気に加えることによってエミッション、つまり窒素酸化物の発生量を抑制できるようにした排気還流装置を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路内を流れる排気ガスの一部を吸気通路から燃焼室内に戻し、燃焼室内における混合気の燃焼温度を低下させることにより、排気ガス中に占める窒素酸化物の割合を低減させるようにしたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気還流）装置が知られている。このＥＧＲ装置においては、両端が吸気通路と排気通路とに連通するＥＧＲ通路の途中にこのＥＧＲ通路を開閉し得るＥＧＲ制御弁を介装し、所定の運転領域にて排気ガスを吸気通路側へ還流させている。
【０００３】
近年、排気の浄化に対する社会的要求が著しく高まっており、このような観点から車両が停止中の場合には内燃機関の作動を停止させ、燃料の無駄な消費を抑制すると同時に二酸化炭素の無駄な排出を防止する、いわゆるアイドルストップ制御も推進されている。しかしながら、このようなアイドルストップ制御における内燃機関の再始動時には、ＥＧＲ通路には有効となる排気が介在していないため、特に始動の最初に燃料と共に燃焼室に供給される吸気に対し、排気を含ませることが困難である。
【０００４】
このような問題を解決する技術が特許文献１にて提案されている。すなわち、アイドルストップ制御において、内燃機関の停止時にＥＧＲ通路にＥＧＲガスを一時的に貯留しておき、内燃機関の再始動時、特に最初に供給される燃料が燃焼する初爆気筒に対し、ＥＧＲガスを吸気に加えて供給できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１の技術では、加速要求後から弁を動作させてEGRガスを導入しているが、燃料カット直後のモータリング状態から、復帰した直後の数サイクルの間は、新気で燃焼するため、NOｘの排出量を十分に抑制できない。
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関を一時的に停止させてからこれを再始動させる際の、ＮOxの排出量を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点に係る内燃機関は、一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、当該排気通路から排出される排気ガスの一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気通路側および吸気通路側にそれぞれ設けられた排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられたスロットル弁と、気筒へ供給する燃料噴射量を調整する燃料噴射弁と、前記スロットル弁、燃料噴射弁、排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を制御する制御手段と、を有する内燃機関であって、前記制御手段は、内燃機関の停止要求があった場合には、前記ＥＧＲ通路に排気ガスを蓄えるために、内燃機関が停止する前に前記排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を閉じ、内燃機関を停止させるために前記燃料噴射弁からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁を閉じ、内燃機関の停止後に、前記スロットル弁を開くとともに前記吸気側ＥＧＲ弁を開き、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、前記スロットル弁を閉じる、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の観点に係る内燃機関は、一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、当該排気通路を通じて排出される排気ガスの一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気通路側および吸気通路側にそれぞれ設けられた排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられたスロットル弁と、気筒へ供給する燃料噴射量を調整する燃料噴射弁と、前記スロットル弁、燃料噴射弁、排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を制御する制御手段と、前記排気通路からの排気エネルギーにより過給する可変ノズル付き過給機と、を有する内燃機関であって、前記制御手段は、内燃機関の停止要求があった場合には、内燃機関が停止する前に、目標当量比となるように前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御するとともに、前記ＥＧＲ通路内のＥＧＲガスの圧力が目標圧力となるように可変ノズル付き過給機の可変ノズルの開度を制御し、前記ＥＧＲ通路に排気ガスを蓄えるために、前記吸気側ＥＧＲ弁を閉じ、その後に、前記排気側ＥＧＲ弁を閉じ、内燃機関を停止させるために前記燃料噴射弁からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁を閉じ、内燃機関の停止後に、前記吸気側ＥＧＲ弁を開き、その後に、前記スロットル弁を開き、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、前記スロットル弁を閉じる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吸気行程中の途中でピストンが停止している気筒に必要なＥＧＲガスが満たされ、これにより、再始動時のＮOxの排出量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用される圧縮点火方式の内燃機関の一例の概略図である。
【図２】図１に示した実施形態における制御ブロック図である。
【図３】ＥＧＲ通路側の容積と、吸気通路およびシリンダ側の容積を示す概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の制御の流れを模式的に示すフローチャートである。
【図５】過給圧の時間変化の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の制御の流れを模式的に示すフローチャートである。
【図７】ＥＧＲ率と吸気の酸素濃度との関係を示すグラフである。
【図８】可変ノズルの開度と、ＥＧＲ通路内圧力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明が適用される圧縮点火方式の内燃機関について、図１および図２を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の適用対象となるものに要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火方式の内燃機関に対しても本発明は有効である。
【００１３】
図１に示すように、エンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火方式の多気筒内燃機関である。しかしながら、単気筒の内燃機関であっても本発明を適用し得ることは言うまでもない。
【００１４】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１３および排気ポート１４が形成されたシリンダーヘッド１５には、図示しない動弁機構と、先の燃料噴射弁１１とが組み込まれている。
【００１５】
本実施形態における動弁機構は、吸気ポート１３を開閉する吸気弁１６および排気ポート１４を開閉する排気弁１７を含み、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁１６および排気弁１７の開閉タイミングを変更し得るものである。しかしながら、吸気弁１６および排気弁１７の開閉タイミングが固定された動弁機構を採用することも可能である。
【００１６】
燃料噴射弁１１は、これら吸気弁１６および排気弁１７に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨んで配されている。本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料である軽油を圧縮行程の終了直前、つまりピストン１８の圧縮上死点直前にのみ燃焼室１２内に直接噴射する直噴単噴射型式のものである。しかしながら、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程の途中においてにも噴射する多噴射型式のものや、吸気ポート１３内に噴射するポート噴射形式のものなどを採用することも可能である。
【００１７】
燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１９の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０により制御される。アクセルペダル１９の踏み込み量は、アクセル開度センサー２１により検出され、その検出情報がＥＣＵ２０に出力される。
【００１８】
吸気ポート１３に連通するようにシリンダーヘッド１５に連結されて吸気ポート１３と共に吸気通路２２ａを画成する吸気管２２の途中には、吸気通路２２ａの開度を調整するためのスロットル弁２３が組み込まれている。このスロットル弁２３の開度は、アクセルペダル１９の踏み込み量などを含む車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ２０によりスロットルアクチュエーター２４を介して制御される。
【００１９】
ピストン１８が往復動するシリンダーブロック２５には、水温センサー２６と、クランク角センサー２７とが取り付けられている。水温センサー２６は、燃焼室１２を囲むようにシリンダーブロック２５に形成された水ジャケット２８内を流れる冷却水の温度を検出してこれをＥＣＵ２０に出力する。クランク角センサー２７は、連接棒２９を介してピストン１８が連結されるクランク軸３０の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ２０に出力する。ＥＣＵ２０は、水温センサー２６からの情報に基づいて暖機運転の必要性の有無などを把握する一方、クランク角センサー２７からの情報に基づいてクランク軸３０の回転位相やエンジン回転数を実時間で把握する。
【００２０】
エンジン１０には、排気通路３１ａ内を流れる排気の一部を吸気通路２２ａに導くＥＧＲ装置３２と、可変ノズル付きの過給機３３と、排気浄化装置３４とが組み込まれている。
【００２１】
排気中の窒素酸化物の低減や燃費の向上を企図したＥＧＲ装置３２は、ＥＧＲ通路３５ａを画成するＥＧＲ管３５と、このＥＧＲ管３５に相隔てて設けられるＥＧＲ制御弁３６および排気側ＥＧＲ弁３７と、ＥＧＲクーラ３８とを具えている。ＥＧＲ管３５は、排気ポート１４と共に排気通路３１ａを画成する排気管３１に一端が連通すると共に他端が上述したスロットル弁２３とこのスロットル弁２３よりも下流側に配されたサージタンク３９との間の吸気管２２内に連通している。吸気管２２とＥＧＲ管３５との接続部分に近接してＥＧＲ管３５の一端側に配され、ＥＣＵ２０によりその作動が制御される吸気側ＥＧＲ弁３６は、車両の運転状態に基づき、ＥＧＲ通路３５ａから吸気通路２２ａへと還流される排気の流量を制御する。排気管３１とＥＧＲ管３５との接続部分側に配される排気側ＥＧＲ弁３７は、ＥＧＲ通路３５ａを単純に開閉するためのものであり、ＥＣＵ２０によってその開閉動作が制御される。ＥＧＲ通路３５ａに流入する排気の温度を低減させるためのＥＧＲクーラー３８は、ＥＧＲ管３５の中途、つまり、吸気側ＥＧＲ弁３６と排気側ＥＧＲ弁３７との間に配されている。このＥＧＲクーラー３８には、シリンダーブロック２５に形成された水ジャケット２８を流れる冷却水が導かれ、高温の排気を効率よく冷却することによって、ＥＧＲ通路３５ａに導かれるＥＧＲガスの充填効率を高める。
【００２２】
可変ノズル付きの過給機（以下、単に過給機と記述する）３３は、排気通路３１ａを流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行い、吸気の充填効率を高めるためのものである。この過給機３３は、コンプレッサー３３ａとこのコンプレッサー３３ａと一体に回転するタービン３３ｂとで主要部が構成されている。コンプレッサー３３ａは、スロットル弁２３よりも上流側に位置する吸気管２２の途中に組み込まれている。タービン３３ｂは、排気ポート１４に連通するようにシリンダーヘッド１５に連結された排気管３１の途中に組み込まれている。本実施形態におけるタービン３３ｂは、車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ２０によりベーンアクチュエーター４０（図２参照）を介して開度が制御される図示しない可変ベーン（可変ノズル）を具えている。つまり、ベーンアクチュエーター４０を作動して可変ベーンの開度を変更することにより、排気の運動エネルギーの利用効率を変え、結果として吸気の充填効率を変更することができる。
【００２３】
なお、高温の排気にさらされるタービン３３ｂ側からの伝熱によりコンプレッサー３３ａを介して加熱される吸気温を低下させるため、コンプレッサー３３ａとサージタンク３９との間の吸気通路２２ａの途中には、インタークーラー４１が組み込まれている。また、過給器のコンプレッサー３３ａよりも上流側の吸気管２２には、ここの吸気通路２２ａを流れる吸気の流量を検出してこれをＥＣＵ２０に出力するエアーフローメーター４２が設けられている。
【００２４】
燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置３４は、過給機３３のタービン３３ｂよりも下流側の排気通路３１ａを画成する排気管３１の途中に配されている。本実施形態における排気浄化装置３４は、少なくとも酸化触媒コンバーター３４ａを有するが、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)や、ＮＯX触媒などの他の触媒コンバーターを追加することも可能である。
【００２５】
従って、ＥＧＲ通路３５ａを介して吸気通路２２ａ内に還流される排気ガスと共に燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン１８の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが排気浄化装置３４を通って排気管３１から大気中に排出される。この場合、吸気中に含まれるＣＯ2によって混合気の燃焼温度が低下するため、混合気の燃焼に伴って生成する窒素酸化物の量が抑制されることとなる。
【００２６】
ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサー２１，水温センサー２６，クランク角センサー２７，エアーフローメーター４２などからの検出情報に基づき、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握する。そして、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，スロットル弁２３，吸気側ＥＧＲ弁３６，可変ベーン，排気側ＥＧＲ弁３７などの作動を制御する。このため、本実施形態におけるＥＣＵ２０は、運転状態判定部４３と、始動モーター駆動部４４と、スロットル開度設定部４５と、スロットル弁駆動部４６と、燃料噴射設定部４７と、燃料噴射弁駆動部４８と、ベーン開度設定部４９と、ベーン駆動部５０と、ＥＧＲ量設定部５１と、ＥＧＲ弁駆動部５２と、排気側ＥＧＲ弁駆動部５４とを具えている。
【００２７】
運転状態判定部４３は、アクセル開度センサー２１，水温センサー２６，クランク角センサー２７，エアーフローメーター４２などからの検出情報に基づいて車両およびエンジン１０の運転状態を把握する。つまり、この運転状態判定部４３ではエンジン停止要求やエンジン始動要求の有無なども併せて判定される。
【００２８】
始動モーター駆動部４４は、図示しないイグニッションキースイッチのオン信号や先のエンジン始動要求に基づき、クランク軸３０に図示しない継手を介して接続するエンジン始動モーター５５（図２参照）の作動を制御する。エンジン始動モーター５５は、エンジン１０のモータリングを行う。
【００２９】
スロットル開度設定部４５は、アクセル開度センサー２１によって検出されるアクセルペダル１９の踏み込み量や車両の運転状態に基づき、あらかじめ設定された最適なスロットル開度を設定する。スロットル弁駆動部４６は、スロットルアクチュエーター２４を介してこのスロットル開度設定部４５にて設定された開度にスロットル弁２３を制御する。
【００３０】
燃料噴射設定部４７は、アクセル開度センサー２１からの検出信号に基づいてエンジン１０の駆動トルク、つまり燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量とその噴射時期とを設定する。燃料噴射弁駆動部４８は、この燃料噴射設定部４７にて設定された燃料噴射量に対応した燃料が設定された噴射時期に噴射されるように燃料噴射弁１１を駆動する。
【００３１】
エンジン１０を搭載した車両が予め設定されたＥＧＲ運転領域にあることをＥＣＵ２０の運転状態判定部４３が判定した場合、ＥＧＲ量設定部５１は、この時の車両の運転状態に応じて燃焼室１２内に還流すべきＥＧＲ量、つまり吸気側ＥＧＲ弁３６の開度を設定する。ＥＧＲ弁駆動部５２は、ＥＧＲ量設定部５１にて設定された開度に吸気側ＥＧＲ弁３６を制御し、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路３５ａを塞ぐように閉じた状態に保持する。エンジン停止要求があった場合にも吸気側ＥＧＲ弁３６は閉止状態に保持される。
【００３２】
ベーン開度設定部４９は、エンジン回転速度や車両の運転状態に基づいて過給機３３のタービン３３ｂのベーン開度を設定する。ベーン駆動部５０は、このベーン開度設定部４９にて設定されたベーン開度となるように、ベーンアクチュエーター４０を介して可変ベーンを駆動する。なお、エンジン停止要求があった場合には可変ベーンの開度が最少に絞られ、過給機３３のタービン３３ｂよりも上流側の排気通路３１ａの排気圧が高められ、これにより高圧の排気をＥＧＲ通路３５ａへ導くことができる。また、エンジン停止要求によりエンジン１０を一時的に停止した時点で可変ベーンを最大開度に戻し、エンジン始動要求があった場合に迅速な応答ができるように配慮している。
【００３３】
排気側ＥＧＲ弁駆動部５４は、先のエンジン停止要求やエンジン始動要求に基づき、あらかじめ設定されたプログラムに従って排気側ＥＧＲ弁３７の開閉を制御する。
【００３４】
［第１実施形態］
次に、上記構成の内燃機関の本発明の第１実施形態に係る制御について、図３〜図５を参照して説明する。なお、本実施形態では、図３に示すように、ＥＧＲ通路３５ａ、排気側ＥＧＲ弁３７および吸気側ＥＧＲ弁３６により画定される第１の領域ＡのＥＧＲ配管容積Ｖｅｇｒと、吸気通路２２、気筒１２、スロットル弁２３および吸気側ＥＧＲ弁３６により画定される第２の領域Ｂの吸気容積Ｖｉｎとの割合が、吸気側ＥＧＲ弁３６を開いて第１の領域Ａに存在するガスと第２の領域Ｂに存在するガスとが混合された際の混合ガスの酸素ガス濃度が所定の目標値となるように、第１および第２の領域Ａ，Ｂの容積がそれぞれ設定されるように配管径や配管長さなどが規定されている。
【００３５】
内燃機関の運転中に、ＥＣＵ２０は、図４に示すように、エンジンの停止要求があるかを判断する（ステップＳ１）。なお、「エンジン停止要求」とは、車両のアイドリング運転状態のように、エンジン１０の運転中にアクセルペダル１９の踏み込み量が０かつ車速が０となった場合を言う。また、本発明における「エンジン始動要求」とは、「エンジン停止要求」によってエンジン１０を停止した状態から、運転者が車両の発進のためにアクセルペダル１９が踏み込まれた場合を言う。エンジン停止要求があった場合には、ＥＧＲ通路３５ａに排気ガスを蓄えるために、エンジンが停止する前に排気側ＥＧＲ弁３７および吸気側ＥＧＲ弁３６を閉じる（ステップＳ２）。エンジン停止直前のアイドリング状態においてＥＧＲ通路３５ａに排気ガスが蓄えられるため、ＥＧＲ通路３５ａ内の圧力は大気圧となる。
【００３６】
次いで、エンジンを停止させるために、燃料噴射弁１１からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁２３を閉じる（ステップＳ３）。これにより、エンジンが停止する（ステップＳ４）。
【００３７】
エンジンの停止後に、スロットル弁２３を開くとともに吸気側ＥＧＲ弁３７を開く（ステップＳ５）。ここで、図５に示すように、インテークマニホールド内の圧力Ｐｉｎは、時間の経過とともに上昇し、大気圧Ｐａに近づいていく。圧力Ｐｉｎと、大気圧Ｐａから予め設定された補正値ｄＰを減算した値（Ｐａ−ｄＰ）とを比較する（ステップＳ６）。（Ｐａ−ｄＰ）がＰｉｎよりも大きい場合には、ステップＳ６の判断を続け、（Ｐａ−ｄＰ）がＰｉｎよりも小さくなったところで、スロットル弁２３を閉じる（ステップＳ７）。そして、エンジンが再始動されるのを待機する。
【００３８】
以上にように、本実施形態によれば、吸気行程中の途中でピストンが停止している気筒に必要なＥＧＲガスが充填され、再始動時のＮOxの排出量を抑制することができる。また、本実施形態では、第１の領域ＡのＥＧＲ配管容積Ｖｅｇｒと、第２の領域Ｂの吸気容積Ｖｉｎとの割合を上記のように設定しているので、吸気側ＥＧＲ弁３６によるＥＧＲガスの量の調整作業が必要ない。
【００３９】
次に、上記構成の内燃機関の本発明の第２実施形態に係る制御について、図６〜図８を参照して説明する。なお、上記実施形態では、ＥＧＲ通路の容積と吸気容積とによりＥＧＲガス量を設定したが、本実施形態では、ＥＧＲ通路の容積と吸気容積とに関係なく、目標ＥＧＲガス量が得られる構成について説明する。
【００４０】
内燃機関の運転中に、ＥＣＵ２０は、図６に示すように、エンジンの停止要求があるかを判断する（ステップＳ１１）。エンジンの停止要求があった場合には、エンジンが停止する前に、目標当量比となるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御するとともに、ＥＧＲ通路３５ａ内のＥＧＲガスの圧力が目標圧力となるように上記した可変ベーンの開度を制御する（ステップＳ１２）。ここで、可変ベーンの開度を制御する際のＥＧＲガスの目標圧力は、ＥＧＲ通路３５ａと吸気通路２３とが連通した状態（大気圧）における吸気の酸素濃度が目標酸素濃度となるのに必要なＥＧＲ率のＥＧＲガスを導入可能な圧力に設定される。吸気の酸素濃度とＥＧＲ率とは、例えば、図６に示すような関係を有するため、このようなデータから必要なＥＧＲ率を算出できる。そして、
可変ベーンの開度とＥＧＲ通路内のＥＧＲガス圧力とは、例えば、図８に示すような関係を有する。このため、図８に示すような関係から、必要なＥＧＲ率を得るための目標圧力を予め決定することができる。なお、可変ベーンの開度の調整で対応できない場合には、燃料噴射量を調整することで対応できる。
【００４１】
次いで、ＥＧＲ通路３５ａに排気ガスを蓄えるために、吸気側ＥＧＲ弁３６を閉じる（ステップＳ１３）。所定時間経過後に、排気側ＥＧＲ弁を閉じる（ステップＳ１４）。
【００４２】
次いで、エンジンを停止させるために、燃料噴射弁１１からの燃料噴射を遮断するとともにスロットル弁２３を閉じる（ステップＳ１５）。これにより、エンジンが停止する（ステップＳ１６）。
【００４３】
エンジンの停止後に、吸気側ＥＧＲ弁３６を開き（ステップＳ１７）、所定時間が経過したかを判断し（ステップＳ１８）、所定時間経過後に、スロットル弁２３を開く（ステップＳ１９）。
【００４４】
次いで、第１実施形態と同様に、圧力Ｐｉｎと、大気圧Ｐａから予め設定された補正値ｄＰを減算した値（Ｐａ−ｄＰ）とを比較する（ステップＳ２０）。（Ｐａ−ｄＰ）がＰｉｎよりも大きい場合には、ステップＳ２０の判断を続け、（Ｐａ−ｄＰ）がＰｉｎよりも小さくなったところで、スロットル弁２３を閉じる（ステップＳ２１）。そして、エンジンが再始動されるのを待機する。
【００４５】
以上にように、本実施形態によれば、吸気行程中の途中でピストンが停止している気筒に必要なＥＧＲガスが充填され、再始動時のＮOxの排出量を抑制することができる。また、本実施形態では、第１の領域ＡのＥＧＲ配管容積Ｖｅｇｒと、第２の領域Ｂの吸気容積Ｖｉｎとに制限されることなく、目標ＥＧＲ量を得ることができる。
【００４６】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００４７】
２０…ＥＣＵ
２３…スロットル弁
３５ａ…ＥＧＲ通路
３６…吸気側ＥＧＲ弁
３７…排気側ＥＧＲ弁
３３…過給機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気の一部を吸気に加えることによってエミッション、つまり窒素酸化物の発生量を抑制できるようにした排気還流装置を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路内を流れる排気ガスの一部を吸気通路から燃焼室内に戻し、燃焼室内における混合気の燃焼温度を低下させることにより、排気ガス中に占める窒素酸化物の割合を低減させるようにしたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気還流）装置が知られている。このＥＧＲ装置においては、両端が吸気通路と排気通路とに連通するＥＧＲ通路の途中にこのＥＧＲ通路を開閉し得るＥＧＲ制御弁を介装し、所定の運転領域にて排気ガスを吸気通路側へ還流させている。
【０００３】
近年、排気の浄化に対する社会的要求が著しく高まっており、このような観点から車両が停止中の場合には内燃機関の作動を停止させ、燃料の無駄な消費を抑制すると同時に二酸化炭素の無駄な排出を防止する、いわゆるアイドルストップ制御も推進されている。しかしながら、このようなアイドルストップ制御における内燃機関の再始動時には、ＥＧＲ通路には有効となる排気が介在していないため、特に始動の最初に燃料と共に燃焼室に供給される吸気に対し、排気を含ませることが困難である。
【０００４】
このような問題を解決する技術が特許文献１にて提案されている。すなわち、アイドルストップ制御において、内燃機関の停止時にＥＧＲ通路にＥＧＲガスを一時的に貯留しておき、内燃機関の再始動時、特に最初に供給される燃料が燃焼する初爆気筒に対し、ＥＧＲガスを吸気に加えて供給できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１の技術では、加速要求後から弁を動作させてEGRガスを導入しているが、燃料カット直後のモータリング状態から、復帰した直後の数サイクルの間は、新気で燃焼するため、NOｘの排出量を十分に抑制できない。
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関を一時的に停止させてからこれを再始動させる際の、ＮOxの排出量を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点に係る内燃機関は、一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、当該排気通路から排出される排気ガスの一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気通路側および吸気通路側にそれぞれ設けられた排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられたスロットル弁と、気筒へ供給する燃料噴射量を調整する燃料噴射弁と、前記スロットル弁、燃料噴射弁、排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を制御する制御手段と、を有する内燃機関であって、前記制御手段は、内燃機関の停止要求があった場合には、前記ＥＧＲ通路に排気ガスを蓄えるために、内燃機関が停止する前に前記排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を閉じ、内燃機関を停止させるために前記燃料噴射弁からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁を閉じ、内燃機関の停止後に、前記スロットル弁を開くとともに前記吸気側ＥＧＲ弁を開き、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、前記スロットル弁を閉じる、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の観点に係る内燃機関は、一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、当該排気通路を通じて排出される排気ガスの一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気通路側および吸気通路側にそれぞれ設けられた排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられたスロットル弁と、気筒へ供給する燃料噴射量を調整する燃料噴射弁と、前記スロットル弁、燃料噴射弁、排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を制御する制御手段と、前記排気通路からの排気エネルギーにより過給する可変ノズル付き過給機と、を有する内燃機関であって、前記制御手段は、内燃機関の停止要求があった場合には、内燃機関が停止する前に、目標当量比となるように前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御するとともに、前記ＥＧＲ通路内のＥＧＲガスの圧力が目標圧力となるように可変ノズル付き過給機の可変ノズルの開度を制御し、前記ＥＧＲ通路に排気ガスを蓄えるために、前記吸気側ＥＧＲ弁を閉じ、その後に、前記排気側ＥＧＲ弁を閉じ、内燃機関を停止させるために前記燃料噴射弁からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁を閉じ、内燃機関の停止後に、前記吸気側ＥＧＲ弁を開き、その後に、前記スロットル弁を開き、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、前記スロットル弁を閉じる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吸気行程中の途中でピストンが停止している気筒に必要なＥＧＲガスが満たされ、これにより、再始動時のＮOxの排出量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用される圧縮点火方式の内燃機関の一例の概略図である。
【図２】図１に示した実施形態における制御ブロック図である。
【図３】ＥＧＲ通路側の容積と、吸気通路およびシリンダ側の容積を示す概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の制御の流れを模式的に示すフローチャートである。
【図５】過給圧の時間変化の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の制御の流れを模式的に示すフローチャートである。
【図７】ＥＧＲ率と吸気の酸素濃度との関係を示すグラフである。
【図８】可変ノズルの開度と、ＥＧＲ通路内圧力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明が適用される圧縮点火方式の内燃機関について、図１および図２を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の適用対象となるものに要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火方式の内燃機関に対しても本発明は有効である。
【００１３】
図１に示すように、エンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火方式の多気筒内燃機関である。しかしながら、単気筒の内燃機関であっても本発明を適用し得ることは言うまでもない。
【００１４】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１３および排気ポート１４が形成されたシリンダーヘッド１５には、図示しない動弁機構と、先の燃料噴射弁１１とが組み込まれている。
【００１５】
本実施形態における動弁機構は、吸気ポート１３を開閉する吸気弁１６および排気ポート１４を開閉する排気弁１７を含み、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁１６および排気弁１７の開閉タイミングを変更し得るものである。しかしながら、吸気弁１６および排気弁１７の開閉タイミングが固定された動弁機構を採用することも可能である。
【００１６】
燃料噴射弁１１は、これら吸気弁１６および排気弁１７に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨んで配されている。本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料である軽油を圧縮行程の終了直前、つまりピストン１８の圧縮上死点直前にのみ燃焼室１２内に直接噴射する直噴単噴射型式のものである。しかしながら、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程の途中においてにも噴射する多噴射型式のものや、吸気ポート１３内に噴射するポート噴射形式のものなどを採用することも可能である。
【００１７】
燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１９の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０により制御される。アクセルペダル１９の踏み込み量は、アクセル開度センサー２１により検出され、その検出情報がＥＣＵ２０に出力される。
【００１８】
吸気ポート１３に連通するようにシリンダーヘッド１５に連結されて吸気ポート１３と共に吸気通路２２ａを画成する吸気管２２の途中には、吸気通路２２ａの開度を調整するためのスロットル弁２３が組み込まれている。このスロットル弁２３の開度は、アクセルペダル１９の踏み込み量などを含む車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ２０によりスロットルアクチュエーター２４を介して制御される。
【００１９】
ピストン１８が往復動するシリンダーブロック２５には、水温センサー２６と、クランク角センサー２７とが取り付けられている。水温センサー２６は、燃焼室１２を囲むようにシリンダーブロック２５に形成された水ジャケット２８内を流れる冷却水の温度を検出してこれをＥＣＵ２０に出力する。クランク角センサー２７は、連接棒２９を介してピストン１８が連結されるクランク軸３０の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ２０に出力する。ＥＣＵ２０は、水温センサー２６からの情報に基づいて暖機運転の必要性の有無などを把握する一方、クランク角センサー２７からの情報に基づいてクランク軸３０の回転位相やエンジン回転数を実時間で把握する。
【００２０】
エンジン１０には、排気通路３１ａ内を流れる排気の一部を吸気通路２２ａに導くＥＧＲ装置３２と、可変ノズル付きの過給機３３と、排気浄化装置３４とが組み込まれている。
【００２１】
排気中の窒素酸化物の低減や燃費の向上を企図したＥＧＲ装置３２は、ＥＧＲ通路３５ａを画成するＥＧＲ管３５と、このＥＧＲ管３５に相隔てて設けられるＥＧＲ制御弁３６および排気側ＥＧＲ弁３７と、ＥＧＲクーラ３８とを具えている。ＥＧＲ管３５は、排気ポート１４と共に排気通路３１ａを画成する排気管３１に一端が連通すると共に他端が上述したスロットル弁２３とこのスロットル弁２３よりも下流側に配されたサージタンク３９との間の吸気管２２内に連通している。吸気管２２とＥＧＲ管３５との接続部分に近接してＥＧＲ管３５の一端側に配され、ＥＣＵ２０によりその作動が制御される吸気側ＥＧＲ弁３６は、車両の運転状態に基づき、ＥＧＲ通路３５ａから吸気通路２２ａへと還流される排気の流量を制御する。排気管３１とＥＧＲ管３５との接続部分側に配される排気側ＥＧＲ弁３７は、ＥＧＲ通路３５ａを単純に開閉するためのものであり、ＥＣＵ２０によってその開閉動作が制御される。ＥＧＲ通路３５ａに流入する排気の温度を低減させるためのＥＧＲクーラー３８は、ＥＧＲ管３５の中途、つまり、吸気側ＥＧＲ弁３６と排気側ＥＧＲ弁３７との間に配されている。このＥＧＲクーラー３８には、シリンダーブロック２５に形成された水ジャケット２８を流れる冷却水が導かれ、高温の排気を効率よく冷却することによって、ＥＧＲ通路３５ａに導かれるＥＧＲガスの充填効率を高める。
【００２２】
可変ノズル付きの過給機（以下、単に過給機と記述する）３３は、排気通路３１ａを流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行い、吸気の充填効率を高めるためのものである。この過給機３３は、コンプレッサー３３ａとこのコンプレッサー３３ａと一体に回転するタービン３３ｂとで主要部が構成されている。コンプレッサー３３ａは、スロットル弁２３よりも上流側に位置する吸気管２２の途中に組み込まれている。タービン３３ｂは、排気ポート１４に連通するようにシリンダーヘッド１５に連結された排気管３１の途中に組み込まれている。本実施形態におけるタービン３３ｂは、車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ２０によりベーンアクチュエーター４０（図２参照）を介して開度が制御される図示しない可変ベーン（可変ノズル）を具えている。つまり、ベーンアクチュエーター４０を作動して可変ベーンの開度を変更することにより、排気の運動エネルギーの利用効率を変え、結果として吸気の充填効率を変更することができる。
【００２３】
なお、高温の排気にさらされるタービン３３ｂ側からの伝熱によりコンプレッサー３３ａを介して加熱される吸気温を低下させるため、コンプレッサー３３ａとサージタンク３９との間の吸気通路２２ａの途中には、インタークーラー４１が組み込まれている。また、過給器のコンプレッサー３３ａよりも上流側の吸気管２２には、ここの吸気通路２２ａを流れる吸気の流量を検出してこれをＥＣＵ２０に出力するエアーフローメーター４２が設けられている。
【００２４】
燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置３４は、過給機３３のタービン３３ｂよりも下流側の排気通路３１ａを画成する排気管３１の途中に配されている。本実施形態における排気浄化装置３４は、少なくとも酸化触媒コンバーター３４ａを有するが、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)や、ＮＯX触媒などの他の触媒コンバーターを追加することも可能である。
【００２５】
従って、ＥＧＲ通路３５ａを介して吸気通路２２ａ内に還流される排気ガスと共に燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン１８の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが排気浄化装置３４を通って排気管３１から大気中に排出される。この場合、吸気中に含まれるＣＯ2によって混合気の燃焼温度が低下するため、混合気の燃焼に伴って生成する窒素酸化物の量が抑制されることとなる。
【００２６】
ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサー２１，水温センサー２６，クランク角センサー２７，エアーフローメーター４２などからの検出情報に基づき、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握する。そして、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，スロットル弁２３，吸気側ＥＧＲ弁３６，可変ベーン，排気側ＥＧＲ弁３７などの作動を制御する。このため、本実施形態におけるＥＣＵ２０は、運転状態判定部４３と、始動モーター駆動部４４と、スロットル開度設定部４５と、スロットル弁駆動部４６と、燃料噴射設定部４７と、燃料噴射弁駆動部４８と、ベーン開度設定部４９と、ベーン駆動部５０と、ＥＧＲ量設定部５１と、ＥＧＲ弁駆動部５２と、排気側ＥＧＲ弁駆動部５４とを具えている。
【００２７】
運転状態判定部４３は、アクセル開度センサー２１，水温センサー２６，クランク角センサー２７，エアーフローメーター４２などからの検出情報に基づいて車両およびエンジン１０の運転状態を把握する。つまり、この運転状態判定部４３ではエンジン停止要求やエンジン始動要求の有無なども併せて判定される。
【００２８】
始動モーター駆動部４４は、図示しないイグニッションキースイッチのオン信号や先のエンジン始動要求に基づき、クランク軸３０に図示しない継手を介して接続するエンジン始動モーター５５（図２参照）の作動を制御する。エンジン始動モーター５５は、エンジン１０のモータリングを行う。
【００２９】
スロットル開度設定部４５は、アクセル開度センサー２１によって検出されるアクセルペダル１９の踏み込み量や車両の運転状態に基づき、あらかじめ設定された最適なスロットル開度を設定する。スロットル弁駆動部４６は、スロットルアクチュエーター２４を介してこのスロットル開度設定部４５にて設定された開度にスロットル弁２３を制御する。
【００３０】
燃料噴射設定部４７は、アクセル開度センサー２１からの検出信号に基づいてエンジン１０の駆動トルク、つまり燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量とその噴射時期とを設定する。燃料噴射弁駆動部４８は、この燃料噴射設定部４７にて設定された燃料噴射量に対応した燃料が設定された噴射時期に噴射されるように燃料噴射弁１１を駆動する。
【００３１】
エンジン１０を搭載した車両が予め設定されたＥＧＲ運転領域にあることをＥＣＵ２０の運転状態判定部４３が判定した場合、ＥＧＲ量設定部５１は、この時の車両の運転状態に応じて燃焼室１２内に還流すべきＥＧＲ量、つまり吸気側ＥＧＲ弁３６の開度を設定する。ＥＧＲ弁駆動部５２は、ＥＧＲ量設定部５１にて設定された開度に吸気側ＥＧＲ弁３６を制御し、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路３５ａを塞ぐように閉じた状態に保持する。エンジン停止要求があった場合にも吸気側ＥＧＲ弁３６は閉止状態に保持される。
【００３２】
ベーン開度設定部４９は、エンジン回転速度や車両の運転状態に基づいて過給機３３のタービン３３ｂのベーン開度を設定する。ベーン駆動部５０は、このベーン開度設定部４９にて設定されたベーン開度となるように、ベーンアクチュエーター４０を介して可変ベーンを駆動する。なお、エンジン停止要求があった場合には可変ベーンの開度が最少に絞られ、過給機３３のタービン３３ｂよりも上流側の排気通路３１ａの排気圧が高められ、これにより高圧の排気をＥＧＲ通路３５ａへ導くことができる。また、エンジン停止要求によりエンジン１０を一時的に停止した時点で可変ベーンを最大開度に戻し、エンジン始動要求があった場合に迅速な応答ができるように配慮している。
【００３３】
排気側ＥＧＲ弁駆動部５４は、先のエンジン停止要求やエンジン始動要求に基づき、あらかじめ設定されたプログラムに従って排気側ＥＧＲ弁３７の開閉を制御する。
【００３４】
［第１実施形態］
次に、上記構成の内燃機関の本発明の第１実施形態に係る制御について、図３〜図５を参照して説明する。なお、本実施形態では、図３に示すように、ＥＧＲ通路３５ａ、排気側ＥＧＲ弁３７および吸気側ＥＧＲ弁３６により画定される第１の領域ＡのＥＧＲ配管容積Ｖｅｇｒと、吸気通路２２、気筒１２、スロットル弁２３および吸気側ＥＧＲ弁３６により画定される第２の領域Ｂの吸気容積Ｖｉｎとの割合が、吸気側ＥＧＲ弁３６を開いて第１の領域Ａに存在するガスと第２の領域Ｂに存在するガスとが混合された際の混合ガスの酸素ガス濃度が所定の目標値となるように、第１および第２の領域Ａ，Ｂの容積がそれぞれ設定されるように配管径や配管長さなどが規定されている。
【００３５】
内燃機関の運転中に、ＥＣＵ２０は、図４に示すように、エンジンの停止要求があるかを判断する（ステップＳ１）。なお、「エンジン停止要求」とは、車両のアイドリング運転状態のように、エンジン１０の運転中にアクセルペダル１９の踏み込み量が０かつ車速が０となった場合を言う。また、本発明における「エンジン始動要求」とは、「エンジン停止要求」によってエンジン１０を停止した状態から、運転者が車両の発進のためにアクセルペダル１９が踏み込まれた場合を言う。エンジン停止要求があった場合には、ＥＧＲ通路３５ａに排気ガスを蓄えるために、エンジンが停止する前に排気側ＥＧＲ弁３７および吸気側ＥＧＲ弁３６を閉じる（ステップＳ２）。エンジン停止直前のアイドリング状態においてＥＧＲ通路３５ａに排気ガスが蓄えられるため、ＥＧＲ通路３５ａ内の圧力は大気圧となる。
【００３６】
次いで、エンジンを停止させるために、燃料噴射弁１１からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁２３を閉じる（ステップＳ３）。これにより、エンジンが停止する（ステップＳ４）。
【００３７】
エンジンの停止後に、スロットル弁２３を開くとともに吸気側ＥＧＲ弁３７を開く（ステップＳ５）。ここで、図５に示すように、インテークマニホールド内の圧力Ｐｉｎは、時間の経過とともに上昇し、大気圧Ｐａに近づいていく。圧力Ｐｉｎと、大気圧Ｐａから予め設定された補正値ｄＰを減算した値（Ｐａ−ｄＰ）とを比較する（ステップＳ６）。（Ｐａ−ｄＰ）がＰｉｎよりも大きい場合には、ステップＳ６の判断を続け、（Ｐａ−ｄＰ）がＰｉｎよりも小さくなったところで、スロットル弁２３を閉じる（ステップＳ７）。そして、エンジンが再始動されるのを待機する。
【００３８】
以上にように、本実施形態によれば、吸気行程中の途中でピストンが停止している気筒に必要なＥＧＲガスが充填され、再始動時のＮOxの排出量を抑制することができる。また、本実施形態では、第１の領域ＡのＥＧＲ配管容積Ｖｅｇｒと、第２の領域Ｂの吸気容積Ｖｉｎとの割合を上記のように設定しているので、吸気側ＥＧＲ弁３６によるＥＧＲガスの量の調整作業が必要ない。
【００３９】
次に、上記構成の内燃機関の本発明の第２実施形態に係る制御について、図６〜図８を参照して説明する。なお、上記実施形態では、ＥＧＲ通路の容積と吸気容積とによりＥＧＲガス量を設定したが、本実施形態では、ＥＧＲ通路の容積と吸気容積とに関係なく、目標ＥＧＲガス量が得られる構成について説明する。
【００４０】
内燃機関の運転中に、ＥＣＵ２０は、図６に示すように、エンジンの停止要求があるかを判断する（ステップＳ１１）。エンジンの停止要求があった場合には、エンジンが停止する前に、目標当量比となるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御するとともに、ＥＧＲ通路３５ａ内のＥＧＲガスの圧力が目標圧力となるように上記した可変ベーンの開度を制御する（ステップＳ１２）。ここで、可変ベーンの開度を制御する際のＥＧＲガスの目標圧力は、ＥＧＲ通路３５ａと吸気通路２３とが連通した状態（大気圧）における吸気の酸素濃度が目標酸素濃度となるのに必要なＥＧＲ率のＥＧＲガスを導入可能な圧力に設定される。吸気の酸素濃度とＥＧＲ率とは、例えば、図６に示すような関係を有するため、このようなデータから必要なＥＧＲ率を算出できる。そして、
可変ベーンの開度とＥＧＲ通路内のＥＧＲガス圧力とは、例えば、図８に示すような関係を有する。このため、図８に示すような関係から、必要なＥＧＲ率を得るための目標圧力を予め決定することができる。なお、可変ベーンの開度の調整で対応できない場合には、燃料噴射量を調整することで対応できる。
【００４１】
次いで、ＥＧＲ通路３５ａに排気ガスを蓄えるために、吸気側ＥＧＲ弁３６を閉じる（ステップＳ１３）。所定時間経過後に、排気側ＥＧＲ弁を閉じる（ステップＳ１４）。
【００４２】
次いで、エンジンを停止させるために、燃料噴射弁１１からの燃料噴射を遮断するとともにスロットル弁２３を閉じる（ステップＳ１５）。これにより、エンジンが停止する（ステップＳ１６）。
【００４３】
エンジンの停止後に、吸気側ＥＧＲ弁３６を開き（ステップＳ１７）、所定時間が経過したかを判断し（ステップＳ１８）、所定時間経過後に、スロットル弁２３を開く（ステップＳ１９）。
【００４４】
次いで、第１実施形態と同様に、圧力Ｐｉｎと、大気圧Ｐａから予め設定された補正値ｄＰを減算した値（Ｐａ−ｄＰ）とを比較する（ステップＳ２０）。（Ｐａ−ｄＰ）がＰｉｎよりも大きい場合には、ステップＳ２０の判断を続け、（Ｐａ−ｄＰ）がＰｉｎよりも小さくなったところで、スロットル弁２３を閉じる（ステップＳ２１）。そして、エンジンが再始動されるのを待機する。
【００４５】
以上にように、本実施形態によれば、吸気行程中の途中でピストンが停止している気筒に必要なＥＧＲガスが充填され、再始動時のＮOxの排出量を抑制することができる。また、本実施形態では、第１の領域ＡのＥＧＲ配管容積Ｖｅｇｒと、第２の領域Ｂの吸気容積Ｖｉｎとに制限されることなく、目標ＥＧＲ量を得ることができる。
【００４６】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００４７】
２０…ＥＣＵ
２３…スロットル弁
３５ａ…ＥＧＲ通路
３６…吸気側ＥＧＲ弁
３７…排気側ＥＧＲ弁
３３…過給機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、当該排気通路から排出される排気ガスの一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気通路側および吸気通路側にそれぞれ設けられた排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられたスロットル弁と、気筒へ供給する燃料噴射量を調整する燃料噴射弁と、前記スロットル弁、燃料噴射弁、排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を制御する制御手段と、を有する内燃機関であって、
前記制御手段は、内燃機関の停止要求があった場合には、前記ＥＧＲ通路に排気ガスを蓄えるために、内燃機関が停止する前に前記排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を閉じ、内燃機関を停止させるために前記燃料噴射弁からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁を閉じ、内燃機関の停止後に、前記スロットル弁を開くとともに前記吸気側ＥＧＲ弁を開き、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、前記スロットル弁を閉じる、ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ＥＧＲ通路、前記排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁により画定される第１の領域の容積と、前記吸気通路、気筒、スロットル弁および吸気側ＥＧＲ弁により画定される第２の領域の容積との割合が、前記吸気側ＥＧＲ弁を開いて前記第１の領域に存在するガスと前記第２の領域に存在するガスとが混合された際の混合ガスの酸素ガス濃度が所定の目標値となるように、前記第１および第２の領域の容積がそれぞれ設定されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項３】
一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、当該排気通路を通じて排出される排気ガスの一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気通路側および吸気通路側にそれぞれ設けられた排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられたスロットル弁と、気筒へ供給する燃料噴射量を調整する燃料噴射弁と、前記スロットル弁、燃料噴射弁、排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を制御する制御手段と、前記排気通路からの排気エネルギーにより過給する可変ノズル付き過給機と、を有する内燃機関であって、
前記制御手段は、内燃機関の停止要求があった場合には、内燃機関が停止する前に、目標当量比となるように前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御するとともに、前記ＥＧＲ通路内のＥＧＲガスの圧力が目標圧力となるように可変ノズル付き過給機の可変ノズルの開度を制御し、前記ＥＧＲ通路に排気ガスを蓄えるために、前記吸気側ＥＧＲ弁を閉じ、その後に、前記排気側ＥＧＲ弁を閉じ、内燃機関を停止させるために前記燃料噴射弁からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁を閉じ、内燃機関の停止後に、前記吸気側ＥＧＲ弁を開き、その後に、前記スロットル弁を開き、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、前記スロットル弁を閉じる、ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記制御手段前記可変ノズルの開度を制御する際の前記ＥＧＲガスの目標圧力は、前記ＥＧＲ通路と吸気通路とが連通した状態における吸気の酸素濃度が目標酸素濃度となるのに必要なＥＧＲ率のＥＧＲガスを導入可能な圧力に設定される、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項１】
一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、当該排気通路から排出される排気ガスの一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気通路側および吸気通路側にそれぞれ設けられた排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられたスロットル弁と、気筒へ供給する燃料噴射量を調整する燃料噴射弁と、前記スロットル弁、燃料噴射弁、排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を制御する制御手段と、を有する内燃機関であって、
前記制御手段は、内燃機関の停止要求があった場合には、前記ＥＧＲ通路に排気ガスを蓄えるために、内燃機関が停止する前に前記排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を閉じ、内燃機関を停止させるために前記燃料噴射弁からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁を閉じ、内燃機関の停止後に、前記スロットル弁を開くとともに前記吸気側ＥＧＲ弁を開き、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、前記スロットル弁を閉じる、ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ＥＧＲ通路、前記排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁により画定される第１の領域の容積と、前記吸気通路、気筒、スロットル弁および吸気側ＥＧＲ弁により画定される第２の領域の容積との割合が、前記吸気側ＥＧＲ弁を開いて前記第１の領域に存在するガスと前記第２の領域に存在するガスとが混合された際の混合ガスの酸素ガス濃度が所定の目標値となるように、前記第１および第２の領域の容積がそれぞれ設定されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項３】
一端が吸気通路に連通すると共に他端が排気通路に連通し、当該排気通路を通じて排出される排気ガスの一部を吸気通路に導くためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気通路側および吸気通路側にそれぞれ設けられた排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側に設けられたスロットル弁と、気筒へ供給する燃料噴射量を調整する燃料噴射弁と、前記スロットル弁、燃料噴射弁、排気側ＥＧＲ弁および吸気側ＥＧＲ弁を制御する制御手段と、前記排気通路からの排気エネルギーにより過給する可変ノズル付き過給機と、を有する内燃機関であって、
前記制御手段は、内燃機関の停止要求があった場合には、内燃機関が停止する前に、目標当量比となるように前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御するとともに、前記ＥＧＲ通路内のＥＧＲガスの圧力が目標圧力となるように可変ノズル付き過給機の可変ノズルの開度を制御し、前記ＥＧＲ通路に排気ガスを蓄えるために、前記吸気側ＥＧＲ弁を閉じ、その後に、前記排気側ＥＧＲ弁を閉じ、内燃機関を停止させるために前記燃料噴射弁からの燃料噴射を遮断するとともに前記スロットル弁を閉じ、内燃機関の停止後に、前記吸気側ＥＧＲ弁を開き、その後に、前記スロットル弁を開き、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の圧力が大気圧に略等しくなったところで、前記スロットル弁を閉じる、ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記制御手段前記可変ノズルの開度を制御する際の前記ＥＧＲガスの目標圧力は、前記ＥＧＲ通路と吸気通路とが連通した状態における吸気の酸素濃度が目標酸素濃度となるのに必要なＥＧＲ率のＥＧＲガスを導入可能な圧力に設定される、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【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２０１３−１５０９１（Ｐ２０１３−１５０９１Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９０３５（Ｐ２０１１−１４９０３５）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【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２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【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 ]