JP3551744B2 - 筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置 - Google Patents
筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3551744B2 JP3551744B2 JP01876398A JP1876398A JP3551744B2 JP 3551744 B2 JP3551744 B2 JP 3551744B2 JP 01876398 A JP01876398 A JP 01876398A JP 1876398 A JP1876398 A JP 1876398A JP 3551744 B2 JP3551744 B2 JP 3551744B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- egr
- gas recirculation
- combustion
- intake air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンエンジンを代表とする火花点火式の筒内噴射型内燃機関に備えられた排ガス還流制御装置に関し、特に、燃料噴射を行ない層状燃焼によるリーン運転での燃費低減を図る内燃機関に用いて好適の、筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年開発されている層状燃焼と予混合燃焼（均一燃焼）とを行なうエンジンで、層状燃焼運転時のＮＯｘを低減するため、排出ガス還流（ＥＧＲ）を用いる技術が提案されている（例えば特開平７−２６９４１６号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、層状燃焼を行なって燃費低減を図る、層状燃焼運転の場合、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲの大量導入を行なうことができるが、ＥＧＲの大量導入を行なうと、エンジンの安定燃焼運転領域が制約を受けることになり、この制約を受けた安定燃焼運転領域内でエンジンの運転を行なうことが必要になる。
【０００４】
さらに、この安定燃焼運転領域は吸気温度に応じて変化する特性がある。つまり、図９に示すように、エンジンの運転特性のパラメータである燃料噴射終了時期と点火時期とにより規定される安定燃焼運転領域は、ＥＧＲの導入率が一定ならば、吸気温度が上昇するほど狭くなる特性がある。このため、吸気温度が上昇した場合、ＥＧＲの導入を同様に行なったままで層状燃焼運転を行なうと、安定燃焼運転領域内でのエンジンの運転が困難になり、燃焼不安定を招くおそれがある。
【０００５】
なお、特開平５−２６３７１７号公報には、排ガス還流量をフィードバック制御する際のフィードバック基準となる目標吸気管圧を、推定又は計算により得られた吸気温度に基づいて補正して、吸気温度の変化に起因して排ガス還流量が目標値からずれないようにする技術が開示されているが、かかる技術は、吸気温度に関連して排ガス還流量を制御してはいるものの、層状燃焼運転時のエンジンの安定燃焼については何ら考慮しておらず、上述の課題を解決しうるものではない。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、層状燃焼運転時に、排ガス還流によりＮＯｘの発生を低減しつつ燃焼安定性を確保できるようにして、筒内噴射型エンジンの利点である層状燃焼運転により燃費の低減化を促進することができるようにした、筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置は、筒内噴射型内燃機関において、層状燃焼時に、吸気温度検出手段が吸気温度を検出すると、制御手段が、この検出された吸気温度に応じて、吸気温度の上昇に応じて排ガス還流量を減少又は零とするように排ガス還流量調整手段を制御する。したがって、層状燃焼時に吸気温度の上昇に応じて発生する安定燃焼運転領域の縮小を排ガス還流量の減少又は零とすることにより抑制して、安定燃焼運転領域を確保することができるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明すると、図１〜図６は本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置を示すものであり、図７，図８は本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置を示すものである。
【０００９】
まず、第１実施形態について説明する。
はじめに、本実施形態にかかる火花点火式筒内噴射型内燃機関（以下、単に筒内噴射エンジンともいう）の構成について、図２を参照しながら説明する。
図２において、１はエンジン本体、１Ａはシリンダ（気筒）、１Ｂはピストン、２は吸気通路、３はスロットル弁設置部分、４はエアクリーナ、５はバイパス通路（第２バイパス通路）、６はバイパス通路５内を流通する空気量を調整しうる第２エアバイパスバルブである。
【００１０】
吸気通路２は、上流側から吸気管７，サージタンク８，吸気マニホールド９の順で接続されて構成され、バイパス通路５はサージタンク８の上流側に設けられている。また、バイパス通路５に設けられたバイパスバルブ６は、ステッパモータで所要の開度に調整されるか、又は、電磁弁のデューティ制御により開度調整されるようになっている。
【００１１】
また、１２はアイドルスピードコントロール機能部であり、バイパス通路（第１バイパス通路）１３とバイパスバルブとしての第１エアバイパスバルブ１４とからなり、第１エアバイパスバルブ１４は例えば図示しないステッパモータで駆動される。１５はスロットルバルブであり、第１バイパス通路１３及び第２バイパス通路５は、吸気通路２のスロットルバルブ１５の装着部分をバイパスするようにしてそれぞれの上流端及び下流端を吸気通路２に接続されている。
【００１２】
これらの第２エアバイパスバルブ６，第１エアバイパスバルブ１４の各開閉制御は、電子制御装置（ＥＣＵ）１６を通じて行なわれる。
また、１７は排気通路、１８は燃焼室であり、前記吸気通路２及び排気通路１７の燃焼室１８への開口部、即ち吸気ポート２Ａ及び排気ポート１７Ａには、吸気弁１９及び排気弁２０が装備されている。
【００１３】
そして、２１は燃料噴射弁（インジェクタ）であり、本エンジンでは、このインジェクタ２１が燃焼室１８へ直接燃料噴射するように配設されている。
さらに、２２は燃料タンク、２３Ａ〜２３Ｅは燃料供給路、２４は低圧燃料ポンプ（電動式ポンプ）、２５は高圧燃料ポンプ（エンジン駆動ポンプ）、２６は低圧レギュレータ、２７は高圧レギュレータ、２８はデリバリパイプであり、燃料タンク２２内の燃料を低圧燃料ポンプ２４で駆動して、更にエンジンの作動と直接連動して作動する高圧燃料ポンプ２５で加圧して、所定の高圧状態で燃料供給路２３Ａ，２３Ｂ，デリバリパイプ２８を通じてインジェクタ２１へ供給するようになっている。
【００１４】
この際、低圧燃料ポンプ２４から吐出された燃料圧力は低圧レギュレータ２６で調圧され、高圧燃料ポンプ２５で加圧されてデリバリパイプ２８に導かれる燃料圧力は高圧レギュレータ２７で調圧されるようになっている。
【００１５】
また、２９はエンジン１の排気通路１７内の排出ガス（排ガス）を吸気通路２内に還流させる排ガス還流通路（ＥＧＲ通路）、３０はＥＧＲ通路２９を通じて吸気通路２内に還流する排ガスの還流量を調整する排ガス還流量調整手段としてのステッパモータ式のバルブ（ＥＧＲバルブ）であり、３１はブローバイガスを還元する流路であり、３２はクランク室積極換気用の通路、３３はクランク室積極換気用のバルブであり、３４はキャニスタであり、３５は排ガス浄化用触媒（ここでは、リーンＮＯｘ触媒）である。
【００１６】
ところで、ＥＣＵ１６では、図２に示すように、第１及び第２エアバイパスバルブ１４，６の制御のほかに、インジェクタ２１や点火プラグ４５のための点火コイルの制御やＥＧＲバルブの制御や高圧レギュレータ２７による燃圧制御も行なうため、エアフローセンサ４４，吸気温度センサ３６，スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）３７，アイドルスイッチ３８，エアコンスイッチ（図示略），変速ポジションセンサ（図示略），車速センサ（図示略），パワーステアリングの作動状態を検出するパワステスイッチ（図示略），スタータスイッチ（図示略），第１気筒検出センサ４０，クランク角センサ４１，エンジンの冷却水温を検出する水温センサ４２，排ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサ４３等が設けられ、ＥＣＵ１６に接続されている。また、ＥＣＵ１６内には、クランク角センサ４１に基づいて機関回転数（エンジン回転数）を算出する機能がそなえられ、クランク角センサ４１とこのエンジン回転数演算機能とからエンジン回転数センサが構成されるが、ここではクランク角センサ４１についても便宜上エンジン回転数センサとよぶ。
【００１７】
なお、本エンジンでは、エンジンの運転モードとして、後期リーン燃焼運転モード，前期リーン燃焼運転モード，ストイキオフィードバック運転燃焼運転モード，オープンループ燃焼運転モードが用意され、各モードにおいて、ＥＧＲを作動させる場合とＥＧＲを停止させる場合とが設定されており、エンジンの運転状態や車両の走行状態等に応じてこれらのモードの何れかが選択される。
【００１８】
このうち、後期リーン燃焼運転モードは、本実施形態では総合空燃比が約２４以上の領域に設定されており、最も希薄燃焼を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を圧縮行程後期のように極めて点火時期に近い段階で行ない、しかも燃料を点火プラグの近傍に集めて部分的にはリッチにし全体的にはリーンとしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつ節約運転を行なうようにしている。なお、後期リーン燃焼運転モード（層状燃焼のリーン燃焼運転モード）の領域は、本実施形態よりも低く総合空燃比が約２３程度に設定してもよく、また、本実施形態よりも高く設定してもよい。この後期リーン燃焼運転モードは、燃料噴射を圧縮行程で行なうので、圧縮リーンモードともいう。
【００１９】
また、前期リーン燃焼運転モードも希薄燃焼を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を後期リーン燃焼運転モードよりも前に行ない、燃料を予混合して全体的には理論空燃比よりもリーンとしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつある程度の出力を得るようにしながら、節約運転を行なうようにしている。ここでは、前期リーン燃焼運転モードの領域を、総合空燃比が約２４以下で理論空燃比以上の領域に設定されている。この前期リーン燃焼運転モードは、燃料噴射を主として吸気行程で行なうので、吸気リーンモードともいう。
【００２０】
ストイキオフィードバック燃焼運転モードは、Ｏ２ センサの出力に基づいて、空燃比をストイキオ状態に維持しながら十分なエンジン出力を効率よく得られるようにしている。また、オープンループ燃焼運転モードでは、加速時や発進時等に十分な出力が得られるように、オープンループ制御によりストイキオ又はリッチな空燃比での燃焼を行なう。これらのモードでは、吸気行程での燃料噴射に基づく予混合燃焼が行なわれる。
【００２１】
本筒内噴射エンジンでは、上述のような種々のエンジン運転モードの中から１つのモードを選択するが、この選択は、エンジンの運転状態、即ち、エンジンの負荷状態Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅに基づいて、例えば図４のマップに示すような特性で行なうようになっている。つまり、低負荷・低回転領域では後期リーン燃焼運転モードが選択され、これよりも負荷又は回転数が増加するのに応じて前期リーン燃焼運転モード，ストイキオ燃焼運転モード，オープンループモード（エンリッチ燃焼運転モード）の順に選択されるようになっている。
【００２２】
そして、各モードにおける燃料噴射制御（即ち、インジェクタ２１の噴射制御），点火時期制御（即ち、点火プラグ４５の駆動制御），吸入空気量制御（即ち、エアバイパスバルブ６，１４の制御），及び排ガス還流量制御（即ち、ＥＧＲ弁３０の制御）についても、エンジンの負荷状態Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅといったエンジンの運転状態に基づいて行なうようになっている。
【００２３】
これらの各制御は、運転状態検出手段１０１で検出（又は、算出）された運転状態に基づいてＥＣＵ１６を通じて行なわれる。このため、ＥＣＵ１６には、図３に示すように、運転モードを選択するモード選択手段１０２と、燃料噴射量および燃料噴射時期（噴射終了時期及び噴射開始時期）を設定しインジェクタ２１の駆動を制御する燃料噴射制御手段１０３と、燃料点火時期を設定し点火プラグ４５の駆動を制御する点火時期制御手段１０４と、吸入空気量を設定しエアバイパスバルブ６，１４を制御する吸気制御手段１０５と、排ガス還流量（還流率、以下、ＥＧＲ導入率ともいう）を設定しＥＧＲ弁３０を制御する排ガス還流制御手段１０６とがそなえられている。
【００２４】
そして、本排ガス還流制御装置は、図１に示すように、排ガス還流量調整手段としてのＥＧＲバルブ３０と、上述の運転状態検出手段１０１と、吸気温度を検出する吸気温度センサ（吸気温度検出手段）３６と、設定された運転モード及び検出された吸気温度に応じて適宜ＥＧＲバルブ３０を作動させる排ガス還流制御手段（制御手段）１０６とから構成される。なお、運転状態検出手段１０１には、エンジン回転数センサ４１及びスロットル開度センサ３７が含まれている。
【００２５】
本排ガス還流制御装置では、エンジンの運転状態が、後期リーン燃焼運転モードの場合及びストイキオ燃焼運転モードの場合のみ、ＥＧＲの導入を行ない、他の場合、つまり、前期リーン燃焼運転モードやオープンループモードでは、ＥＧＲ導入を行なわないようになっている。このようにＥＧＲの導入を行なわないのは、前期リーンでＥＧＲを導入すると燃焼が悪化し、特に、ＥＧＲ流量を増大すると失火に至ることがあり、燃焼の悪化の割に、ＮＯｘ低減や燃費向上の効果が非常に小さいためである。また、オープンループモードでは、なによりもエンジン出力の確保を優先させるためである。
【００２６】
なお、ストイキオ運転モード時に行なわれるＥＧＲの導入量は、原則として後期リーンに比べ少なく設定されている。これは、ストイキオ運転時には、主として燃費向上を目的としてＥＧＲの導入を行なうが、大量にＥＧＲを導入すると燃焼が悪化するからである。そして、このストイキオ運転時のＥＧＲの導入率は最大で２０〜２５％程度であり、これは最小の場合は０であってもかまわない。
【００２７】
そして、層状燃焼時（後期リーン燃焼運転モード時）には、空燃比が大きくなるほど、吸気通路内に還流させる排出ガスを大きくするように設定されている。この際のＥＧＲの導入率は３０〜６０％程度である。
なお、エンジンによっては、燃焼悪化を抑える観点から、層状燃焼時のＥＧＲ導入率が特定運転時に例外的にストイキオ運転時よりも少なく設定される場合もある。
【００２８】
次に、後期リーン燃焼運転時のＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率）及び空燃比の設定について、図５を参照して説明する。
図５は、後期リーン燃焼運転としての一般的な運転状態における例であり、例えばエンジン回転状態が１５００ｒｐｍ ，正味平均有効圧が０．３ＭＰａといった条件下のものである。
【００２９】
図５において、横軸は空燃比（Ａ／Ｆ）であり、縦軸はＮＯｘ排出率であり、このＮＯｘ排出率はストイキオ運転時のＮＯｘ排出量に対する後期リーン燃焼運転時のＮＯｘ排出量の割合である。また、図中、曲線Ｌ１は安定燃焼限界を示し、この曲線の外側（つまり、左方や下方）では後期リーン燃焼運転による安定燃焼は行なえない。曲線Ｌ２は吸気（＝新気エア＋ＥＧＲ）が０．１ＭＰａ（即ち、約１気圧）の状態でのＷＯＴ（スロットル全開）のものであり、この曲線の外側（つまり、右方や下方）による運転は行なえない。
【００３０】
そして、曲線ａ１〜ａ３は燃費向上率、即ち、ストイキオ運転時の燃費に対する後期リーン燃焼運転時の燃費の向上率を示すもので、曲線ａ１は燃費向上率１０％，曲線ａ２は燃費向上率２０％，曲線ａ３は燃費向上率３０％を示す。また、曲線ｂ１〜ｂ３はＥＧＲ導入率、即ち、吸気量中のＥＧＲ導入量の割合を示すもので、曲線ｂ１はＥＧＲ導入率０％，曲線ｂ２はＥＧＲ導入率２０％，曲線ｂ３はＥＧＲ導入率４０％を示す。
【００３１】
後期リーン燃焼運転は、図５中の曲線Ｌ１，Ｌ２よりも上方の領域で運転が可能であり、この領域内で、燃費向上率が高く且つＮＯｘ低減率が高く（即ち、ＮＯｘ排出率が低く）なるように空燃比（Ａ／Ｆ）及びＥＧＲ導入率を設定すれば、燃費向上とＮＯｘ低減とが両立する。
例えば図５中にハッチングを付す領域のように、燃費向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率が９０％以上（即ち、ＮＯｘ排出率が１０％以上）の領域で、後期リーン燃焼運転を行なうように、空燃比及びＥＧＲ導入率を設定することが考えられる。なお、図５中、Ｌ３はＮＯｘ低減率９０％を示す。
【００３２】
図５に示す例では、空燃比をおよそ２８〜３３程度の範囲内のいずれかに設定し、ＥＧＲ導入率を３０〜６０％程度の範囲内のいずれかに設定して、燃費向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率が９０％以上を達成しながら、安定燃焼による後期リーン燃焼運転を行なうことができる。
もちろん、図５は後期リーン燃焼運転における一つの代表例を示すもので、このような特性は、エンジンの負荷状態やエンジン回転数によって変化し、各運転状態に応じて、燃費向上率が高く且つＮＯｘ低減率が高くなるような空燃比及びＥＧＲ導入率を設定し、この設定に基づいて制御を行なうようにすればよい。
【００３３】
この場合、上述のような燃費向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率が９０％以上といった目標値を常に達成できるわけではないが、運転状態によっては、燃費向上率を重視して空燃比及びＥＧＲ導入率を設定したり、また、ＮＯｘ低減率を重視して空燃比及びＥＧＲ導入率を設定したりすることが考えられる。
なお、エンジンの運転は常に定常運転とは限らず、運転状態は時々変化していくことが多いが、このように、変化する運転状態に応じて運転モードも適宜切り替えられるが、後期リーン燃焼運転モード内でも、変化する運転状態に応じて目標空燃比や目標ＥＧＲ導入率が変更されていくことになる。この場合、目標空燃比や目標ＥＧＲ導入率を同時に変更する手法のほかに、目標空燃比制御を重視して、例えば目標空燃比を変更して次に目標ＥＧＲ導入率を変更するという手法も考えられる。
【００３４】
そして、本装置の排ガス還流制御手段（制御手段）１０６では、吸気温度センサ（吸気温度検出手段）３６により検出された吸気温度に応じて目標ＥＧＲ導入率（排ガス還流量）を制御するように構成されている。本実施形態では、層状燃焼モード時に吸気温度Ｔａｉｎ が予め設定された温度Ｔ０ よりも大きくなったら、ＥＧＲをカット（即ち、排ガス還流を停止）するようになっている。
【００３５】
すなわち、図９に示すように、安定燃焼運転領域は、吸気温度が上昇するほど狭くなる特性があり、吸気温度が上昇するほど安定燃焼運転を行ないにくくなる。そこで、吸気温度が、安定燃焼運転領域が所定以下に狭まるような温度に達したら、ＥＧＲをカットし、即ち、ＥＧＲ弁３０を閉鎖して、エンジンの燃焼安定性を確保するようになっている。
【００３６】
本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置は、上述のように構成されているので、排ガス還流制御手段（制御手段）１０６を通じて、例えば図６に示すようにＥＧＲ制御（排ガス還流制御）が行なわれる。
つまり、まず、運転状態検出手段１０１で検出（又は、算出）された運転状態（即ち、エンジン回転数センサ４１で検出されたエンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度センサ３７で検出されたスロットル開度θｔｈ）を読み込んで（ステップＡ１０）、吸気温度センサ３６で検出された吸気温度を読み込む（ステップＡ２０）。モード選択手段１０２では、ステップＳ１０で読み込まれた運転状態に基づいて例えば図４に示すようなマップを用いて運転モードを選択する。
【００３７】
そして、ステップＡ３０に進み、設定された運転モード及びエンジンの運転状態に応じてＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率，又はＥＧＲ量）を設定する。このＥＧＲ導入率は、圧縮リーンモード，ストイキオフィードバック燃焼運転モードの場合は０以外が設定されることが多いが、前期リーン燃焼運転モードやオープンループ燃焼運転モードの場合には０（ＥＧＲカット）が設定される。
【００３８】
さらに、ステップＡ４０に進み、選択された運転モードが圧縮リーンモード（後期リーン燃焼運転モード）か否かが判断される。圧縮リーンモード（即ち、層状燃焼）でなければ、ステップＡ７０に進み、選択された運転モードがストイキオモード（ストイキオフィードバック燃焼運転モード）か否かが判断され、ストイキオモードならば、ステップＡ８０に進み、ステップＡ３０で設定されたＥＧＲ導入率に応じてＥＧＲ制御（排ガス還流制御）を行なう。つまり、設定されたＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）が得られるようにＥＧＲ弁３０の開度を制御する。
【００３９】
一方、選択された運転モードがストイキオモードでなければ、即ち、前期リーン燃焼運転モードやオープンループ燃焼運転モードが選択された場合には、ステップＡ９０に進み、ＥＧＲカット（つまり、ＥＧＲ弁３０を閉鎖）して、ＥＧＲ導入は行なわない。
一方、圧縮リーンモード（即ち、層状燃焼）であれば、ステップＡ４０からステップＡ５０にに進み、吸気温度センサ３６で検出された吸気温度Ｔａｉｎ が予め設定された温度Ｔ０ よりも大きいか否かが判定される。ここで、吸気温度Ｔａｉｎ が設定温度Ｔ０ よりも大でなければ、ステップＡ８０に進み、ＥＧＲ制御（排ガス還流制御）を行なう。ステップＡ３０で設定された目標ＥＧＲ導入率が得られるようにＥＧＲ弁３０の開度を制御する。
【００４０】
吸気温度Ｔａｉｎ が設定温度Ｔ０ よりも大の場合には、ステップＡ６０に進み、ＥＧＲカット（つまり、ＥＧＲ弁３０を閉鎖）して、排ガス還流は行なわない。
このようにして、吸気温度Ｔａｉｎ が設定温度Ｔ０ よりも大きくなったらＥＧＲカットを行なうので、後期リーン燃焼運転モード（圧縮リーンモード）時に、ＥＧＲの導入を行なうと、吸気温度が上昇するほど安定燃焼運転を行ないにくくなり、不安定燃焼を招くおそれが高まるのに対して（図９参照）、圧縮リーンモードを続行して、高い燃費低減効果を得ながら、このような不安定燃焼のおそれを回避して、安定燃焼を確保しうるようになる利点がある。
【００４１】
次に、第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、排ガス還流制御装置にかかる筒内噴射型内燃機関の構成や、排ガス還流制御装置の主な構成は、第１実施形態と同様であり、排ガス還流制御手段（制御手段）１０６を通じて行なわれる、吸気温度に対するＥＧＲ制御（排ガス還流制御）の内容が異なっている。
【００４２】
つまり、本実施形態の排ガス還流制御手段１０６では、層状燃焼時、即ち、後期リーン燃焼運転モード（圧縮リーンモード）時におけるＥＧＲの大量導入時に、吸気温度Ｔａｉｎ の上昇に応じて、ＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）を低下させるようにＥＧＲ制御を行なう。
ここでは、燃費向上率が高く且つＮＯｘ低減率が高くなるように空燃比（Ａ／Ｆ）と共に設定されたＥＧＲ導入率に対して、例えば図７に示すようなマップに基づいて補正ゲインＫｅｇｒ を設定し、この補正ゲインＫｅｇｒ により、ＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）を補正するようになっている。ここでは、図７に示すように、吸気温度Ｔａｉｎ が所定温度Ｔ１ 以下の場合には、補正ゲインＫｅｇｒ は１．０とされ、実質的な補正は行なわず、吸気温度Ｔａｉｎ が所定温度Ｔ１ 以上の場合には、吸気温度Ｔａｉｎ の上昇に応じて補正ゲインＫｅｇｒ が１．０から減少していくように設定されている。
【００４３】
本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置は、上述のように構成されているので、排ガス還流制御手段（制御手段）１０６を通じて、例えば図８に示すようにＥＧＲ制御（排ガス還流制御）が行なわれる。
つまり、まず、運転状態検出手段１０１で検出（又は、算出）された運転状態（エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度θｔｈ）を読み込んで（ステップＢ１０）、吸気温度センサ３６で検出された吸気温度を読み込む（ステップＢ２０）。モード選択手段１０２では、ステップＢ１０で読み込まれた運転状態に基づいて例えば図３に示すようなマップを用いて運転モードを選択する。
【００４４】
そして、ステップＢ３０に進み、設定された運転モード及びエンジンの運転状態に応じてＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率，又はＥＧＲ量）を設定する。このＥＧＲ導入率は、圧縮リーンモード，ストイキオフィードバック燃焼運転モードの場合は０以外が設定されることが多いが、前期リーン燃焼運転モードやオープンループ燃焼運転モードの場合には０（ＥＧＲカット）が設定される。
【００４５】
さらに、ステップＢ４０に進み、選択された運転モードが圧縮リーンモード（後期リーン燃焼運転モード）か否かが判断される。圧縮リーンモード（層状燃焼）でなければ、ステップＢ８０に進み、選択された運転モードがストイキオモード（ストイキオフィードバック燃焼運転モード）か否かが判断され、ストイキオモードならば、ステップＢ７０に進み、ステップＢ３０で設定されたＥＧＲ導入率に応じてＥＧＲ制御（排ガス還流制御）を行なう。つまり、設定されたＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）が得られるようにＥＧＲ弁３０の開度を制御する。
【００４６】
一方、選択された運転モードがストイキオモードでなければ、即ち、前期リーン燃焼運転モードやオープンループ燃焼運転モードが選択された場合には、ステップＢ９０に進み、ＥＧＲカット（つまり、ＥＧＲ弁３０を閉鎖）して、ＥＧＲ導入は行なわない。
一方、圧縮リーンモード（即ち、層状燃焼）であれば、ステップＢ４０からステップＢ５０に進み、吸気温度センサ３６で検出された吸気温度Ｔａｉｎ に基づいてＥＧＲ率補正ゲインＫｅｇｒ を設定する。さらに、ステップＢ６０に進み、ステップＢ３０で設定されたＥＧＲ導入率をＥＧＲ率補正ゲインＫｅｇｒ で補正する。そして、ステップＢ７０に進み、この補正ゲインＫｅｇｒ で補正した上で、ＥＧＲ制御（排ガス還流制御）を行なう。
【００４７】
つまり、運転状態に応じた目標ＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率又はＥＧＲ量）を補正ゲインＫｅｇｒ で適宜減少補正して、この補正した目標ＥＧＲ導入率が得られるようにＥＧＲ弁３０の開度を制御する。
このようにして、吸気温度Ｔａｉｎ に応じてＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）を減少させるので、後期リーン燃焼運転モード（圧縮リーンモード）時に、ＥＧＲの導入を行なうと、吸気温度が上昇するほど安定燃焼運転を行ないにくくなり、不安定燃焼を招くおそれが高まるのに対して（図９参照）、圧縮リーンモードを続行して、高い燃費低減効果を得ながら、このような不安定燃焼のおそれを回避して、且つ、ＮＯｘ低減を極力行ないながら安定燃焼を確保しうるようになる利点がある。
【００４８】
なお、本発明の筒内噴射型内燃機関の排ガス還流制御装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行なうことができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置によれば、常時は層状燃焼により生じる排ガス中のＮＯｘを排ガス還流により低減しながら、吸気温度の上昇したら、排ガス還流量を減少又は零にするため、層状燃焼時に吸気温度の上昇に応じて発生する安定燃焼運転領域の縮小を抑制して、安定燃焼運転領域を確保し、吸気温度上昇時にも、安定した層状燃焼による燃費低減運転を続行させることができるようになる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の制御系構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の運転モードの設定に用いる制御マップを示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置におけるＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率）の設定について説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置の還流量の補正用マップを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の課題を説明するための図であり、機関の安定燃焼運転領域を示す特性図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 吸気通路
２Ａ 吸気ポート
１６ 制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）
１７ 排気通路
１７Ａ 排気ポート
１８ 燃焼室
２１ 燃料噴射弁（インジェクタ）
２９ 排ガス還流通路（ＥＧＲ通路）
３０ 排ガス還流量調整手段（ＥＧＲバルブ）
３６ 吸気温度検出手段（吸気温度センサ）
４５ 点火プラグ
１０１ 運転状態検出手段
１０２ モード選択手段
１０６ 排ガス還流制御手段（制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンエンジンを代表とする火花点火式の筒内噴射型内燃機関に備えられた排ガス還流制御装置に関し、特に、燃料噴射を行ない層状燃焼によるリーン運転での燃費低減を図る内燃機関に用いて好適の、筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年開発されている層状燃焼と予混合燃焼（均一燃焼）とを行なうエンジンで、層状燃焼運転時のＮＯｘを低減するため、排出ガス還流（ＥＧＲ）を用いる技術が提案されている（例えば特開平７−２６９４１６号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、層状燃焼を行なって燃費低減を図る、層状燃焼運転の場合、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲの大量導入を行なうことができるが、ＥＧＲの大量導入を行なうと、エンジンの安定燃焼運転領域が制約を受けることになり、この制約を受けた安定燃焼運転領域内でエンジンの運転を行なうことが必要になる。
【０００４】
さらに、この安定燃焼運転領域は吸気温度に応じて変化する特性がある。つまり、図９に示すように、エンジンの運転特性のパラメータである燃料噴射終了時期と点火時期とにより規定される安定燃焼運転領域は、ＥＧＲの導入率が一定ならば、吸気温度が上昇するほど狭くなる特性がある。このため、吸気温度が上昇した場合、ＥＧＲの導入を同様に行なったままで層状燃焼運転を行なうと、安定燃焼運転領域内でのエンジンの運転が困難になり、燃焼不安定を招くおそれがある。
【０００５】
なお、特開平５−２６３７１７号公報には、排ガス還流量をフィードバック制御する際のフィードバック基準となる目標吸気管圧を、推定又は計算により得られた吸気温度に基づいて補正して、吸気温度の変化に起因して排ガス還流量が目標値からずれないようにする技術が開示されているが、かかる技術は、吸気温度に関連して排ガス還流量を制御してはいるものの、層状燃焼運転時のエンジンの安定燃焼については何ら考慮しておらず、上述の課題を解決しうるものではない。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、層状燃焼運転時に、排ガス還流によりＮＯｘの発生を低減しつつ燃焼安定性を確保できるようにして、筒内噴射型エンジンの利点である層状燃焼運転により燃費の低減化を促進することができるようにした、筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置は、筒内噴射型内燃機関において、層状燃焼時に、吸気温度検出手段が吸気温度を検出すると、制御手段が、この検出された吸気温度に応じて、吸気温度の上昇に応じて排ガス還流量を減少又は零とするように排ガス還流量調整手段を制御する。したがって、層状燃焼時に吸気温度の上昇に応じて発生する安定燃焼運転領域の縮小を排ガス還流量の減少又は零とすることにより抑制して、安定燃焼運転領域を確保することができるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明すると、図１〜図６は本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置を示すものであり、図７，図８は本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置を示すものである。
【０００９】
まず、第１実施形態について説明する。
はじめに、本実施形態にかかる火花点火式筒内噴射型内燃機関（以下、単に筒内噴射エンジンともいう）の構成について、図２を参照しながら説明する。
図２において、１はエンジン本体、１Ａはシリンダ（気筒）、１Ｂはピストン、２は吸気通路、３はスロットル弁設置部分、４はエアクリーナ、５はバイパス通路（第２バイパス通路）、６はバイパス通路５内を流通する空気量を調整しうる第２エアバイパスバルブである。
【００１０】
吸気通路２は、上流側から吸気管７，サージタンク８，吸気マニホールド９の順で接続されて構成され、バイパス通路５はサージタンク８の上流側に設けられている。また、バイパス通路５に設けられたバイパスバルブ６は、ステッパモータで所要の開度に調整されるか、又は、電磁弁のデューティ制御により開度調整されるようになっている。
【００１１】
また、１２はアイドルスピードコントロール機能部であり、バイパス通路（第１バイパス通路）１３とバイパスバルブとしての第１エアバイパスバルブ１４とからなり、第１エアバイパスバルブ１４は例えば図示しないステッパモータで駆動される。１５はスロットルバルブであり、第１バイパス通路１３及び第２バイパス通路５は、吸気通路２のスロットルバルブ１５の装着部分をバイパスするようにしてそれぞれの上流端及び下流端を吸気通路２に接続されている。
【００１２】
これらの第２エアバイパスバルブ６，第１エアバイパスバルブ１４の各開閉制御は、電子制御装置（ＥＣＵ）１６を通じて行なわれる。
また、１７は排気通路、１８は燃焼室であり、前記吸気通路２及び排気通路１７の燃焼室１８への開口部、即ち吸気ポート２Ａ及び排気ポート１７Ａには、吸気弁１９及び排気弁２０が装備されている。
【００１３】
そして、２１は燃料噴射弁（インジェクタ）であり、本エンジンでは、このインジェクタ２１が燃焼室１８へ直接燃料噴射するように配設されている。
さらに、２２は燃料タンク、２３Ａ〜２３Ｅは燃料供給路、２４は低圧燃料ポンプ（電動式ポンプ）、２５は高圧燃料ポンプ（エンジン駆動ポンプ）、２６は低圧レギュレータ、２７は高圧レギュレータ、２８はデリバリパイプであり、燃料タンク２２内の燃料を低圧燃料ポンプ２４で駆動して、更にエンジンの作動と直接連動して作動する高圧燃料ポンプ２５で加圧して、所定の高圧状態で燃料供給路２３Ａ，２３Ｂ，デリバリパイプ２８を通じてインジェクタ２１へ供給するようになっている。
【００１４】
この際、低圧燃料ポンプ２４から吐出された燃料圧力は低圧レギュレータ２６で調圧され、高圧燃料ポンプ２５で加圧されてデリバリパイプ２８に導かれる燃料圧力は高圧レギュレータ２７で調圧されるようになっている。
【００１５】
また、２９はエンジン１の排気通路１７内の排出ガス（排ガス）を吸気通路２内に還流させる排ガス還流通路（ＥＧＲ通路）、３０はＥＧＲ通路２９を通じて吸気通路２内に還流する排ガスの還流量を調整する排ガス還流量調整手段としてのステッパモータ式のバルブ（ＥＧＲバルブ）であり、３１はブローバイガスを還元する流路であり、３２はクランク室積極換気用の通路、３３はクランク室積極換気用のバルブであり、３４はキャニスタであり、３５は排ガス浄化用触媒（ここでは、リーンＮＯｘ触媒）である。
【００１６】
ところで、ＥＣＵ１６では、図２に示すように、第１及び第２エアバイパスバルブ１４，６の制御のほかに、インジェクタ２１や点火プラグ４５のための点火コイルの制御やＥＧＲバルブの制御や高圧レギュレータ２７による燃圧制御も行なうため、エアフローセンサ４４，吸気温度センサ３６，スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）３７，アイドルスイッチ３８，エアコンスイッチ（図示略），変速ポジションセンサ（図示略），車速センサ（図示略），パワーステアリングの作動状態を検出するパワステスイッチ（図示略），スタータスイッチ（図示略），第１気筒検出センサ４０，クランク角センサ４１，エンジンの冷却水温を検出する水温センサ４２，排ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサ４３等が設けられ、ＥＣＵ１６に接続されている。また、ＥＣＵ１６内には、クランク角センサ４１に基づいて機関回転数（エンジン回転数）を算出する機能がそなえられ、クランク角センサ４１とこのエンジン回転数演算機能とからエンジン回転数センサが構成されるが、ここではクランク角センサ４１についても便宜上エンジン回転数センサとよぶ。
【００１７】
なお、本エンジンでは、エンジンの運転モードとして、後期リーン燃焼運転モード，前期リーン燃焼運転モード，ストイキオフィードバック運転燃焼運転モード，オープンループ燃焼運転モードが用意され、各モードにおいて、ＥＧＲを作動させる場合とＥＧＲを停止させる場合とが設定されており、エンジンの運転状態や車両の走行状態等に応じてこれらのモードの何れかが選択される。
【００１８】
このうち、後期リーン燃焼運転モードは、本実施形態では総合空燃比が約２４以上の領域に設定されており、最も希薄燃焼を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を圧縮行程後期のように極めて点火時期に近い段階で行ない、しかも燃料を点火プラグの近傍に集めて部分的にはリッチにし全体的にはリーンとしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつ節約運転を行なうようにしている。なお、後期リーン燃焼運転モード（層状燃焼のリーン燃焼運転モード）の領域は、本実施形態よりも低く総合空燃比が約２３程度に設定してもよく、また、本実施形態よりも高く設定してもよい。この後期リーン燃焼運転モードは、燃料噴射を圧縮行程で行なうので、圧縮リーンモードともいう。
【００１９】
また、前期リーン燃焼運転モードも希薄燃焼を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を後期リーン燃焼運転モードよりも前に行ない、燃料を予混合して全体的には理論空燃比よりもリーンとしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつある程度の出力を得るようにしながら、節約運転を行なうようにしている。ここでは、前期リーン燃焼運転モードの領域を、総合空燃比が約２４以下で理論空燃比以上の領域に設定されている。この前期リーン燃焼運転モードは、燃料噴射を主として吸気行程で行なうので、吸気リーンモードともいう。
【００２０】
ストイキオフィードバック燃焼運転モードは、Ｏ２ センサの出力に基づいて、空燃比をストイキオ状態に維持しながら十分なエンジン出力を効率よく得られるようにしている。また、オープンループ燃焼運転モードでは、加速時や発進時等に十分な出力が得られるように、オープンループ制御によりストイキオ又はリッチな空燃比での燃焼を行なう。これらのモードでは、吸気行程での燃料噴射に基づく予混合燃焼が行なわれる。
【００２１】
本筒内噴射エンジンでは、上述のような種々のエンジン運転モードの中から１つのモードを選択するが、この選択は、エンジンの運転状態、即ち、エンジンの負荷状態Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅに基づいて、例えば図４のマップに示すような特性で行なうようになっている。つまり、低負荷・低回転領域では後期リーン燃焼運転モードが選択され、これよりも負荷又は回転数が増加するのに応じて前期リーン燃焼運転モード，ストイキオ燃焼運転モード，オープンループモード（エンリッチ燃焼運転モード）の順に選択されるようになっている。
【００２２】
そして、各モードにおける燃料噴射制御（即ち、インジェクタ２１の噴射制御），点火時期制御（即ち、点火プラグ４５の駆動制御），吸入空気量制御（即ち、エアバイパスバルブ６，１４の制御），及び排ガス還流量制御（即ち、ＥＧＲ弁３０の制御）についても、エンジンの負荷状態Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅといったエンジンの運転状態に基づいて行なうようになっている。
【００２３】
これらの各制御は、運転状態検出手段１０１で検出（又は、算出）された運転状態に基づいてＥＣＵ１６を通じて行なわれる。このため、ＥＣＵ１６には、図３に示すように、運転モードを選択するモード選択手段１０２と、燃料噴射量および燃料噴射時期（噴射終了時期及び噴射開始時期）を設定しインジェクタ２１の駆動を制御する燃料噴射制御手段１０３と、燃料点火時期を設定し点火プラグ４５の駆動を制御する点火時期制御手段１０４と、吸入空気量を設定しエアバイパスバルブ６，１４を制御する吸気制御手段１０５と、排ガス還流量（還流率、以下、ＥＧＲ導入率ともいう）を設定しＥＧＲ弁３０を制御する排ガス還流制御手段１０６とがそなえられている。
【００２４】
そして、本排ガス還流制御装置は、図１に示すように、排ガス還流量調整手段としてのＥＧＲバルブ３０と、上述の運転状態検出手段１０１と、吸気温度を検出する吸気温度センサ（吸気温度検出手段）３６と、設定された運転モード及び検出された吸気温度に応じて適宜ＥＧＲバルブ３０を作動させる排ガス還流制御手段（制御手段）１０６とから構成される。なお、運転状態検出手段１０１には、エンジン回転数センサ４１及びスロットル開度センサ３７が含まれている。
【００２５】
本排ガス還流制御装置では、エンジンの運転状態が、後期リーン燃焼運転モードの場合及びストイキオ燃焼運転モードの場合のみ、ＥＧＲの導入を行ない、他の場合、つまり、前期リーン燃焼運転モードやオープンループモードでは、ＥＧＲ導入を行なわないようになっている。このようにＥＧＲの導入を行なわないのは、前期リーンでＥＧＲを導入すると燃焼が悪化し、特に、ＥＧＲ流量を増大すると失火に至ることがあり、燃焼の悪化の割に、ＮＯｘ低減や燃費向上の効果が非常に小さいためである。また、オープンループモードでは、なによりもエンジン出力の確保を優先させるためである。
【００２６】
なお、ストイキオ運転モード時に行なわれるＥＧＲの導入量は、原則として後期リーンに比べ少なく設定されている。これは、ストイキオ運転時には、主として燃費向上を目的としてＥＧＲの導入を行なうが、大量にＥＧＲを導入すると燃焼が悪化するからである。そして、このストイキオ運転時のＥＧＲの導入率は最大で２０〜２５％程度であり、これは最小の場合は０であってもかまわない。
【００２７】
そして、層状燃焼時（後期リーン燃焼運転モード時）には、空燃比が大きくなるほど、吸気通路内に還流させる排出ガスを大きくするように設定されている。この際のＥＧＲの導入率は３０〜６０％程度である。
なお、エンジンによっては、燃焼悪化を抑える観点から、層状燃焼時のＥＧＲ導入率が特定運転時に例外的にストイキオ運転時よりも少なく設定される場合もある。
【００２８】
次に、後期リーン燃焼運転時のＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率）及び空燃比の設定について、図５を参照して説明する。
図５は、後期リーン燃焼運転としての一般的な運転状態における例であり、例えばエンジン回転状態が１５００ｒｐｍ ，正味平均有効圧が０．３ＭＰａといった条件下のものである。
【００２９】
図５において、横軸は空燃比（Ａ／Ｆ）であり、縦軸はＮＯｘ排出率であり、このＮＯｘ排出率はストイキオ運転時のＮＯｘ排出量に対する後期リーン燃焼運転時のＮＯｘ排出量の割合である。また、図中、曲線Ｌ１は安定燃焼限界を示し、この曲線の外側（つまり、左方や下方）では後期リーン燃焼運転による安定燃焼は行なえない。曲線Ｌ２は吸気（＝新気エア＋ＥＧＲ）が０．１ＭＰａ（即ち、約１気圧）の状態でのＷＯＴ（スロットル全開）のものであり、この曲線の外側（つまり、右方や下方）による運転は行なえない。
【００３０】
そして、曲線ａ１〜ａ３は燃費向上率、即ち、ストイキオ運転時の燃費に対する後期リーン燃焼運転時の燃費の向上率を示すもので、曲線ａ１は燃費向上率１０％，曲線ａ２は燃費向上率２０％，曲線ａ３は燃費向上率３０％を示す。また、曲線ｂ１〜ｂ３はＥＧＲ導入率、即ち、吸気量中のＥＧＲ導入量の割合を示すもので、曲線ｂ１はＥＧＲ導入率０％，曲線ｂ２はＥＧＲ導入率２０％，曲線ｂ３はＥＧＲ導入率４０％を示す。
【００３１】
後期リーン燃焼運転は、図５中の曲線Ｌ１，Ｌ２よりも上方の領域で運転が可能であり、この領域内で、燃費向上率が高く且つＮＯｘ低減率が高く（即ち、ＮＯｘ排出率が低く）なるように空燃比（Ａ／Ｆ）及びＥＧＲ導入率を設定すれば、燃費向上とＮＯｘ低減とが両立する。
例えば図５中にハッチングを付す領域のように、燃費向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率が９０％以上（即ち、ＮＯｘ排出率が１０％以上）の領域で、後期リーン燃焼運転を行なうように、空燃比及びＥＧＲ導入率を設定することが考えられる。なお、図５中、Ｌ３はＮＯｘ低減率９０％を示す。
【００３２】
図５に示す例では、空燃比をおよそ２８〜３３程度の範囲内のいずれかに設定し、ＥＧＲ導入率を３０〜６０％程度の範囲内のいずれかに設定して、燃費向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率が９０％以上を達成しながら、安定燃焼による後期リーン燃焼運転を行なうことができる。
もちろん、図５は後期リーン燃焼運転における一つの代表例を示すもので、このような特性は、エンジンの負荷状態やエンジン回転数によって変化し、各運転状態に応じて、燃費向上率が高く且つＮＯｘ低減率が高くなるような空燃比及びＥＧＲ導入率を設定し、この設定に基づいて制御を行なうようにすればよい。
【００３３】
この場合、上述のような燃費向上率が３０％以上で且つＮＯｘ低減率が９０％以上といった目標値を常に達成できるわけではないが、運転状態によっては、燃費向上率を重視して空燃比及びＥＧＲ導入率を設定したり、また、ＮＯｘ低減率を重視して空燃比及びＥＧＲ導入率を設定したりすることが考えられる。
なお、エンジンの運転は常に定常運転とは限らず、運転状態は時々変化していくことが多いが、このように、変化する運転状態に応じて運転モードも適宜切り替えられるが、後期リーン燃焼運転モード内でも、変化する運転状態に応じて目標空燃比や目標ＥＧＲ導入率が変更されていくことになる。この場合、目標空燃比や目標ＥＧＲ導入率を同時に変更する手法のほかに、目標空燃比制御を重視して、例えば目標空燃比を変更して次に目標ＥＧＲ導入率を変更するという手法も考えられる。
【００３４】
そして、本装置の排ガス還流制御手段（制御手段）１０６では、吸気温度センサ（吸気温度検出手段）３６により検出された吸気温度に応じて目標ＥＧＲ導入率（排ガス還流量）を制御するように構成されている。本実施形態では、層状燃焼モード時に吸気温度Ｔａｉｎ が予め設定された温度Ｔ０ よりも大きくなったら、ＥＧＲをカット（即ち、排ガス還流を停止）するようになっている。
【００３５】
すなわち、図９に示すように、安定燃焼運転領域は、吸気温度が上昇するほど狭くなる特性があり、吸気温度が上昇するほど安定燃焼運転を行ないにくくなる。そこで、吸気温度が、安定燃焼運転領域が所定以下に狭まるような温度に達したら、ＥＧＲをカットし、即ち、ＥＧＲ弁３０を閉鎖して、エンジンの燃焼安定性を確保するようになっている。
【００３６】
本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置は、上述のように構成されているので、排ガス還流制御手段（制御手段）１０６を通じて、例えば図６に示すようにＥＧＲ制御（排ガス還流制御）が行なわれる。
つまり、まず、運転状態検出手段１０１で検出（又は、算出）された運転状態（即ち、エンジン回転数センサ４１で検出されたエンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度センサ３７で検出されたスロットル開度θｔｈ）を読み込んで（ステップＡ１０）、吸気温度センサ３６で検出された吸気温度を読み込む（ステップＡ２０）。モード選択手段１０２では、ステップＳ１０で読み込まれた運転状態に基づいて例えば図４に示すようなマップを用いて運転モードを選択する。
【００３７】
そして、ステップＡ３０に進み、設定された運転モード及びエンジンの運転状態に応じてＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率，又はＥＧＲ量）を設定する。このＥＧＲ導入率は、圧縮リーンモード，ストイキオフィードバック燃焼運転モードの場合は０以外が設定されることが多いが、前期リーン燃焼運転モードやオープンループ燃焼運転モードの場合には０（ＥＧＲカット）が設定される。
【００３８】
さらに、ステップＡ４０に進み、選択された運転モードが圧縮リーンモード（後期リーン燃焼運転モード）か否かが判断される。圧縮リーンモード（即ち、層状燃焼）でなければ、ステップＡ７０に進み、選択された運転モードがストイキオモード（ストイキオフィードバック燃焼運転モード）か否かが判断され、ストイキオモードならば、ステップＡ８０に進み、ステップＡ３０で設定されたＥＧＲ導入率に応じてＥＧＲ制御（排ガス還流制御）を行なう。つまり、設定されたＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）が得られるようにＥＧＲ弁３０の開度を制御する。
【００３９】
一方、選択された運転モードがストイキオモードでなければ、即ち、前期リーン燃焼運転モードやオープンループ燃焼運転モードが選択された場合には、ステップＡ９０に進み、ＥＧＲカット（つまり、ＥＧＲ弁３０を閉鎖）して、ＥＧＲ導入は行なわない。
一方、圧縮リーンモード（即ち、層状燃焼）であれば、ステップＡ４０からステップＡ５０にに進み、吸気温度センサ３６で検出された吸気温度Ｔａｉｎ が予め設定された温度Ｔ０ よりも大きいか否かが判定される。ここで、吸気温度Ｔａｉｎ が設定温度Ｔ０ よりも大でなければ、ステップＡ８０に進み、ＥＧＲ制御（排ガス還流制御）を行なう。ステップＡ３０で設定された目標ＥＧＲ導入率が得られるようにＥＧＲ弁３０の開度を制御する。
【００４０】
吸気温度Ｔａｉｎ が設定温度Ｔ０ よりも大の場合には、ステップＡ６０に進み、ＥＧＲカット（つまり、ＥＧＲ弁３０を閉鎖）して、排ガス還流は行なわない。
このようにして、吸気温度Ｔａｉｎ が設定温度Ｔ０ よりも大きくなったらＥＧＲカットを行なうので、後期リーン燃焼運転モード（圧縮リーンモード）時に、ＥＧＲの導入を行なうと、吸気温度が上昇するほど安定燃焼運転を行ないにくくなり、不安定燃焼を招くおそれが高まるのに対して（図９参照）、圧縮リーンモードを続行して、高い燃費低減効果を得ながら、このような不安定燃焼のおそれを回避して、安定燃焼を確保しうるようになる利点がある。
【００４１】
次に、第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、排ガス還流制御装置にかかる筒内噴射型内燃機関の構成や、排ガス還流制御装置の主な構成は、第１実施形態と同様であり、排ガス還流制御手段（制御手段）１０６を通じて行なわれる、吸気温度に対するＥＧＲ制御（排ガス還流制御）の内容が異なっている。
【００４２】
つまり、本実施形態の排ガス還流制御手段１０６では、層状燃焼時、即ち、後期リーン燃焼運転モード（圧縮リーンモード）時におけるＥＧＲの大量導入時に、吸気温度Ｔａｉｎ の上昇に応じて、ＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）を低下させるようにＥＧＲ制御を行なう。
ここでは、燃費向上率が高く且つＮＯｘ低減率が高くなるように空燃比（Ａ／Ｆ）と共に設定されたＥＧＲ導入率に対して、例えば図７に示すようなマップに基づいて補正ゲインＫｅｇｒ を設定し、この補正ゲインＫｅｇｒ により、ＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）を補正するようになっている。ここでは、図７に示すように、吸気温度Ｔａｉｎ が所定温度Ｔ１ 以下の場合には、補正ゲインＫｅｇｒ は１．０とされ、実質的な補正は行なわず、吸気温度Ｔａｉｎ が所定温度Ｔ１ 以上の場合には、吸気温度Ｔａｉｎ の上昇に応じて補正ゲインＫｅｇｒ が１．０から減少していくように設定されている。
【００４３】
本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置は、上述のように構成されているので、排ガス還流制御手段（制御手段）１０６を通じて、例えば図８に示すようにＥＧＲ制御（排ガス還流制御）が行なわれる。
つまり、まず、運転状態検出手段１０１で検出（又は、算出）された運転状態（エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度θｔｈ）を読み込んで（ステップＢ１０）、吸気温度センサ３６で検出された吸気温度を読み込む（ステップＢ２０）。モード選択手段１０２では、ステップＢ１０で読み込まれた運転状態に基づいて例えば図３に示すようなマップを用いて運転モードを選択する。
【００４４】
そして、ステップＢ３０に進み、設定された運転モード及びエンジンの運転状態に応じてＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率，又はＥＧＲ量）を設定する。このＥＧＲ導入率は、圧縮リーンモード，ストイキオフィードバック燃焼運転モードの場合は０以外が設定されることが多いが、前期リーン燃焼運転モードやオープンループ燃焼運転モードの場合には０（ＥＧＲカット）が設定される。
【００４５】
さらに、ステップＢ４０に進み、選択された運転モードが圧縮リーンモード（後期リーン燃焼運転モード）か否かが判断される。圧縮リーンモード（層状燃焼）でなければ、ステップＢ８０に進み、選択された運転モードがストイキオモード（ストイキオフィードバック燃焼運転モード）か否かが判断され、ストイキオモードならば、ステップＢ７０に進み、ステップＢ３０で設定されたＥＧＲ導入率に応じてＥＧＲ制御（排ガス還流制御）を行なう。つまり、設定されたＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）が得られるようにＥＧＲ弁３０の開度を制御する。
【００４６】
一方、選択された運転モードがストイキオモードでなければ、即ち、前期リーン燃焼運転モードやオープンループ燃焼運転モードが選択された場合には、ステップＢ９０に進み、ＥＧＲカット（つまり、ＥＧＲ弁３０を閉鎖）して、ＥＧＲ導入は行なわない。
一方、圧縮リーンモード（即ち、層状燃焼）であれば、ステップＢ４０からステップＢ５０に進み、吸気温度センサ３６で検出された吸気温度Ｔａｉｎ に基づいてＥＧＲ率補正ゲインＫｅｇｒ を設定する。さらに、ステップＢ６０に進み、ステップＢ３０で設定されたＥＧＲ導入率をＥＧＲ率補正ゲインＫｅｇｒ で補正する。そして、ステップＢ７０に進み、この補正ゲインＫｅｇｒ で補正した上で、ＥＧＲ制御（排ガス還流制御）を行なう。
【００４７】
つまり、運転状態に応じた目標ＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率又はＥＧＲ量）を補正ゲインＫｅｇｒ で適宜減少補正して、この補正した目標ＥＧＲ導入率が得られるようにＥＧＲ弁３０の開度を制御する。
このようにして、吸気温度Ｔａｉｎ に応じてＥＧＲ導入率（ＥＧＲ量）を減少させるので、後期リーン燃焼運転モード（圧縮リーンモード）時に、ＥＧＲの導入を行なうと、吸気温度が上昇するほど安定燃焼運転を行ないにくくなり、不安定燃焼を招くおそれが高まるのに対して（図９参照）、圧縮リーンモードを続行して、高い燃費低減効果を得ながら、このような不安定燃焼のおそれを回避して、且つ、ＮＯｘ低減を極力行ないながら安定燃焼を確保しうるようになる利点がある。
【００４８】
なお、本発明の筒内噴射型内燃機関の排ガス還流制御装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行なうことができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置によれば、常時は層状燃焼により生じる排ガス中のＮＯｘを排ガス還流により低減しながら、吸気温度の上昇したら、排ガス還流量を減少又は零にするため、層状燃焼時に吸気温度の上昇に応じて発生する安定燃焼運転領域の縮小を抑制して、安定燃焼運転領域を確保し、吸気温度上昇時にも、安定した層状燃焼による燃費低減運転を続行させることができるようになる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の制御系構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の運転モードの設定に用いる制御マップを示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置におけるＥＧＲ導入率（ＥＧＲ率）の設定について説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置の還流量の補正用マップを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態としての筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の課題を説明するための図であり、機関の安定燃焼運転領域を示す特性図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 吸気通路
２Ａ 吸気ポート
１６ 制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）
１７ 排気通路
１７Ａ 排気ポート
１８ 燃焼室
２１ 燃料噴射弁（インジェクタ）
２９ 排ガス還流通路（ＥＧＲ通路）
３０ 排ガス還流量調整手段（ＥＧＲバルブ）
３６ 吸気温度検出手段（吸気温度センサ）
４５ 点火プラグ
１０１ 運転状態検出手段
１０２ モード選択手段
１０６ 排ガス還流制御手段（制御手段）
Claims (1)
- 層状燃焼を行なうべく燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
該燃焼室内に臨むように設けられた点火プラグと、
吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、
該吸気温度検出手段により検出された吸気温度に応じて排ガス還流量を調整する排ガス還流量調整手段と、
該層状燃焼時に、該吸気温度の上昇に応じて該排ガス還流量を減少又は零とするように該排ガス還流量調整手段を制御する制御手段とから構成されている
ことを特徴とする、筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01876398A JP3551744B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01876398A JP3551744B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11210558A JPH11210558A (ja) | 1999-08-03 |
| JP3551744B2 true JP3551744B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=11980691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01876398A Expired - Fee Related JP3551744B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3551744B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19948298A1 (de) * | 1999-10-06 | 2001-04-12 | Volkswagen Ag | Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit NOx-reduzierter Emission |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH055432A (ja) * | 1991-06-28 | 1993-01-14 | Mazda Motor Corp | エンジンの吸排気構造 |
| JPH05296111A (ja) * | 1992-04-17 | 1993-11-09 | Mitsubishi Motors Corp | 希薄燃焼内燃機関及びその制御方法 |
| JP3284395B2 (ja) * | 1996-04-25 | 2002-05-20 | 株式会社ユニシアジェックス | 内燃機関のスロットル弁制御装置 |
| JPH1136929A (ja) * | 1997-07-23 | 1999-02-09 | Mazda Motor Corp | エンジンの吸気制御装置 |
| JP3362657B2 (ja) * | 1998-01-30 | 2003-01-07 | トヨタ自動車株式会社 | スパークアシスト式自着火内燃機関 |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP01876398A patent/JP3551744B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11210558A (ja) | 1999-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3211677B2 (ja) | 筒内噴射式内燃機関の点火時期制御装置 | |
| KR0166664B1 (ko) | 내연엔진의 아이들 회전수 제어장치 | |
| KR100310094B1 (ko) | 기통내분사형불꽃점화식내연엔진의제어장치 | |
| KR19980018551A (ko) | 기통내분사형 내연기관의 제어장치 | |
| US5896839A (en) | Control apparatus for an internal combustion engine | |
| JP3175601B2 (ja) | 希薄燃焼エンジンの吸気量制御装置 | |
| JPH1193731A (ja) | 筒内噴射内燃機関の燃料噴射制御装置 | |
| JP3306871B2 (ja) | 筒内噴射内燃機関の制御装置 | |
| US6408816B1 (en) | Control apparatus and method for direct-injection spark-ignition internal combustion engine | |
| JPH10184418A (ja) | 希薄燃焼エンジンの排気浄化装置 | |
| JP3551744B2 (ja) | 筒内噴射型内燃機関用排ガス還流制御装置 | |
| JP3846481B2 (ja) | 筒内噴射式内燃機関の制御装置 | |
| JP3204113B2 (ja) | 排気ガス還流制御装置 | |
| JP3835975B2 (ja) | 筒内噴射式内燃機関の制御装置 | |
| JP3882630B2 (ja) | 火花点火式直噴エンジンの制御装置 | |
| JP2004176637A (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
| JP4339599B2 (ja) | 筒内噴射式内燃機関の制御装置 | |
| JP3735138B2 (ja) | 吸気制御装置 | |
| JPH10141115A (ja) | 筒内噴射内燃機関の制御装置 | |
| JP3362616B2 (ja) | 成層燃焼内燃機関の燃料噴射制御装置 | |
| JP3206447B2 (ja) | 内燃機関の出力制御装置 | |
| JP2005307756A (ja) | 内燃機関の燃料噴射制御装置 | |
| JPH11247688A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JP3613658B2 (ja) | 多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置 | |
| JP3536580B2 (ja) | 内燃機関 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040311 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040406 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040419 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080514 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100514 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |