CN102834601A - 内燃机的燃烧控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供内燃机的燃烧控制装置。本发明的目的在于提供一种即便在作为内燃机的运转状态而内燃机载荷高的情况下，也能够实现EGR气体与混合气体或者新气体之间的成层化、并且能够大量地导入EGR气体的计数。在本发明中，当导入EGR气体而使其分层充气燃烧时，利用压缩机对新气体进行增压供气，使新气体隔断阀闭阀而阻止新气体流入第一进气口，并利用可变气门机构使第一进气门先于第二进气门开阀，然后使第二进气门开阀。

Description

内燃机的燃烧控制装置
技术领域
本发明涉及在燃烧室中使EGR气体和混合气体或者新气体进行成层化(层状化)的分层充气燃烧的内燃机的燃烧控制装置。
背景技术
存在将内燃机的排气的一部分作为EGR气体并使其回流至内燃机的EGR装置。通过将EGR气体与混合气体或者新气体一起朝燃烧室供给，能够实现排气中的NOx的降低、燃料利用率的提高。为了增加EGR气体朝内燃机的供给量，公知有在燃烧室中使EGR气体和混合气体或者新气体成层化(层状化)的技术。
在专利文献1中，利用开闭特性变更部使两个进气门的开闭正时错开，使EGR气体先从具有涡流控制阀的一方的进气口流入燃烧室，然后使新气体从另一方的进气口流入燃烧室。由此，在燃烧室中，以EGR气体的层作为下层、以新气体的层作为上层，从而实现了EGR气体和新气体之间的成层化。
专利文献1：日本特开2004-144052号公报
专利文献2：日本特开平06-200836号公报
专利文献3：日本特开昭63-162933号公报
在专利文献1的技术中，当作为内燃机的运转状态而内燃机载荷高的情况下，从两方的吸入口导入新气体，并且减小EGR阀的开度，以确保朝内燃机供给的进气量。若这样做，则无法实现EGR气体和新气体之间的成层化，此外，无法大量地导入EGR气体。因此，在专利文献1的技术中，当如上所述内燃机载荷高的情况下，无法实现排气中的NOx的降低、燃料利用率的提高。
发明内容
本发明就是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，在内燃机的燃烧控制装置中，提供一种即便当作为内燃机的运转状态而内燃机载荷高的情况下，也能够实现EGR气体与混合气体或者新气体之间的成层化，且能够大量地导入EGR气体的技术。
在本发明中，采用以下的结构。即，本发明涉及一种内燃机的燃烧控制装置，其中，
上述内燃机的燃烧控制装置具备：
第一进气通路以及第二进气通路，上述第一进气通路以及第二进气通路分别独立地连接于内燃机的燃烧室，朝上述燃烧室供给进气；
EGR装置，该EGR装置使作为排气的一部分的EGR气体从上述内燃机的排气通路朝设置于上述第一进气通路的EGR气体供给口回流；
新气体阻止部，该新气体阻止部阻止新气体流入上述第一进气通路；
增压器，该增压器在上述第一进气通路以及上述第二进气通路的上游对新气体进行增压供气；
开闭特性变更部，该开闭特性变更部能够使第一进气门和第二进气门的开阀正时不同，上述第一进气门对从上述第一进气通路朝上述燃烧室流入的进气进行控制，上述第二进气门对从上述第二进气通路朝上述燃烧室流入的进气进行控制；以及
控制部，在导入EGR气体而使其分层充气燃烧时，利用上述增压器对新气体进行增压供气，利用上述新气体阻止部阻止新气体流入上述第一进气通路，利用上述开闭特性变更部使上述第一进气门先于上述第二进气门开阀，然后使上述第二进气门开阀。
在此，所谓“导入EGR气体而使其分层充气燃烧时”是指在燃烧室使EGR气体和混合气体或新气体成层化，从而实现排气中的NOx的降低、燃料利用率的提高的内燃机的运转状态。所谓“进气”是指流入内燃机的新气体、混合气体、EGR气体的总称。所谓“新气体”是指从内燃机的外部供给的新鲜的空气。所谓“混合气体”是指新气体和燃料混合而成的气体。所谓“EGR气体”是指从内燃机排出的排气的一部分的惰性气体。
在本发明中，在导入EGR气体而使其分层充气燃烧时，利用增压器对新气体进行增压供气，利用新气体阻止部阻止新气体流入第一进气通路，利用开闭特性变更部使第一进气门先于第二进气门开阀，然后使第二进气门开阀。
这样，由于利用新气体阻止部阻止新气体流入第一进气通路，并利用开闭特性变更部使第一进气门先于第二进气门开阀，因此，首先，在第一进气通路流通的EGR气体流入燃烧室。该EGR气体在燃烧室中边形成涡流边下降。然后，利用开闭特性变更部使第二进气门开阀，因此，在第二进气通路流通的混合气体或者新气体流入燃烧室。该混合气体或者新气体构成在先前流入燃烧室的EGR气体的层的上面形成涡流的层。由此，在燃烧室中，能够实现以EGR气体的层作为下层、以混合气体或者新气体的层作为上层的成层化。
在此，当作为内燃机的运转状态而内燃机载荷高的情况下，EGR气体先流入燃烧室，因此，后流入的混合气体或者新气体难以借助因进气行程的活塞的下降而产生的负压进入燃烧室。但是，在本发明中，由于利用增压器对新气体进行增压供气，因此，混合气体或者新气体不仅在进气行程被增压供气而能够流入燃烧室，即便是在压缩行程也被增压供气而能够流入燃烧室。由此，即便是在内燃机载荷高的情况下，也不会使进气效率恶化，能够实现EGR气体和混合气体或者新气体之间的成层化，且能够大量地导入EGR气体。
并且，后流入的混合气体或者新气体在进气行程的后半部分或者压缩行程在燃烧室形成涡流。因此，易于维持上述燃烧室的成层化状态直到进行点火为止，因此能够最大限度地发挥由成层化带来的效果。
也可以形成为，上述控制部使利用上述增压器增压供气的新气体的增压压力高于从上述第一进气门闭阀后到上述第二进气门闭阀为止的期间的上述内燃机的缸内压力。
由此，被增压供气的混合气体或者新气体能够流入燃烧室，而不会被内燃机的缸内压力推回而形成逆流。
也可以形成为，上述增压器是涡轮增压器，上述EGR装置具备EGR通路，该EGR通路连接比上述涡轮增压器的涡轮更靠下游的上述排气通路和上述EGR气体供给口。
作为比涡轮增压器的涡轮更靠下游的排气通路的排气的一部分的EGR气体是已经驱动涡轮而做功后的气体，因此其温度以及压力降低。在此，使该EGR气体借助因进气行程的活塞的下降而产生的负压从进气行程的开始流入燃烧室。由于此时能够充分地确保负压，因此即便是温度以及压力下降后的该EGR气体也能够充分地朝燃烧室供给。通过使用该EGR气体，能够抑制进气温度的上升，能够抑制因进气温度高而引起的填充效率的降低。
也可以形成为，上述第一进气通路以及上述第二进气通路是使已流入上述燃烧室的进气形成相同方向的涡流的螺旋形进气口或者切向进气口。
由此，在燃烧室中，难以在形成先流入的EGR气体的涡流的下层和该下层之上形成混合气体或者新气体的涡流的上层之间的边界面产生摩擦，EGR气体和混合气体或者新气体难以混合，因此能够尽可能地维持成层化状态。
也可以形成为，在导入EGR气体而使其分层充气燃烧时，当在压缩行程使在第二进气通路流通的进气流入上述燃烧室的情况下，上述控制部利用上述增压器对新气体进行增压供气，利用上述新气体阻止部阻止新气体流入上述第一进气通路，利用上述开闭特性变更部使上述第一进气门先于上述第二进气门开阀，然后使上述第二进气门开阀，或者，当不需要在压缩行程使在第二进气通路流通的进气流入上述燃烧室的情况下，上述控制部不利用上述增压器对新气体进行增压供气，利用上述新气体阻止部阻止新气体流入上述第一进气通路，利用上述开闭特性变更部使上述第一进气门先于上述第二进气门开阀，然后使上述第二进气门开阀。
当像作为内燃机的运转状态而内燃机载荷高的情况等那样在压缩行程使在第二进气通路流通的进气流入燃烧室的情况下，需要利用增压器对新气体进行增压供气。但是，当像作为内燃机的运转状态而内燃机载荷低的情况等那样不需要在压缩行程使在第二进气通路流通的进气流入燃烧室的情况下，在EGR气体之后流入的混合气体或者新气体能够借助因进气行程的活塞的下降而产生的负压流入燃烧室。由此，当不需要在压缩行程使在第二进气通路流通的进气流入燃烧室的情况下，不利用增压器对新气体进行增压供气，因此，能够使能量减少增压器所使用的能量份而实现节能化。
也可以形成为，上述新气体阻止部将在上述第一进气通路流通的进气切换成从上述第一进气通路的上游流入的新气体或者从上述EGR气体供给口流入的EGR气体中的某一方。
由此，能够利用第一进气门的开阀正时和提升量来控制EGR气体的量，无需在EGR装置设置EGR阀。由此，能够实现EGR气体的量的控制的简单化，并且，能够借助因省去EGR阀而导致的部件数量的削减实现成本降低。
并且，通过利用第一进气门进行EGR气体的量的控制，对EGR气体的量进行控制的部分与燃烧室之间的距离变为零，因此，能够消除EGR气体的响应延迟，能够抑制内燃机的失火、扭矩变动等，从而能够使驱动性能稳定。
也可以形成为，上述第一进气通路的从上述新气体阻止部到上述燃烧室为止的容积与在内燃机载荷高的状态或者内燃机转速高的状态中的至少某一方的运转状态下导入EGR气体而使其分层充气燃烧时朝上述燃烧室供给的EGR气体的量大致相等，在从上述分层充气燃烧切换成不导入请求扭矩高的EGR气体的非分层充气燃烧的情况下，当进气开始流入在请求切换后最先成为进气行程的气缸的燃烧室时，上述控制部利用上述新气体阻止部将在上述第一进气通路流通的进气切换成从上述第一进气通路的上游流入的新气体，然后，从上述气缸以外的其他气缸的最初的一个循环的朝燃烧室的进气的流入完毕时开始，利用上述开闭特性变更部变更上述第一进气门以及上述第二进气门的开闭特性。
由此，请求切换后的所有气缸的仅一次燃烧为上述分层充气燃烧，然后新气体在第一进气通路流通，因此从下次燃烧开始成为上述非分层充气燃烧。因此，能够在几乎不产生响应延迟、内燃机的失火、扭矩变动、扭矩阶梯差的状态下进行从上述分层充气燃烧朝上述非分层充气燃烧的过渡。
也可以形成为，当在不导入EGR气体的内燃机载荷低的状态下进行非分层充气燃烧时，上述控制部利用上述开闭特性变更部将上述第一进气门维持在闭阀状态。
由此，当在不导入EGR气体的内燃机载荷低的状态下进行非分层充气燃烧时，使一方的进气门即第二进气门开阀而使混合气体或者新气体流入燃烧室。由此，能够在燃烧室形成较强的涡流，使燃烧稳定。
进而，当从上述非分层充气燃烧切换至导入EGR气体的分层充气燃烧的情况下，使第一进气门开阀而使EGR气体从第一进气通路流入，并且，与切换之前同样使第二进气门开阀而使混合气体或者新气体流入燃烧室。由于在该切换前后朝燃烧室供给的混合气体或者新气体的量没有变化，因此能够在不产生扭矩阶梯差的状态下进行从上述非分层充气燃烧朝上述分层充气燃烧的过渡。
根据本发明，在内燃机的燃烧控制装置中，即便在作为内燃机的运转状态而内燃机载荷高的情况下，也能够实现EGR气体和混合气体或者新气体之间的成层化，并且能够大量地导入EGR气体。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1所涉及的内燃机的概要结构的图。
图2是示出实施例1所涉及的内燃机及其进气系统以及排气系统的概要结构的图。
图3是示出实施例1所涉及的分层充气燃烧时的进气门以及排气门的气门正时的一例以及此时的缸内压力和增压压力的图。
图4是示出实施例1所涉及的燃烧室中的成层化状态的图。
图5是示出实施例1所涉及的非分层充气燃烧时的进气门以及排气门的气门正时的一例的图。
图6是示出实施例1所涉及的内燃机的燃烧控制程序的流程图。
图7是示出实施例1的其他例所涉及的内燃机及其进气系统以及排气系统的概要结构的图。
图8是示出实施例1的其他例所涉及的内燃机的概要结构的图。
图9是示出实施例2所涉及的第一进气口以及第二进气口使用螺旋形进气口或者切向进气口的状态的图。
图10是示出实施例2所涉及的燃烧室中的成层化状态的图。
图11是示出在实施例3所涉及的不需要在压缩行程中使在第二进气口流通的混合气体流入燃烧室的情况下的分层充气燃烧时的进气门以及排气门的气门正时的一例的图。
图12是示出实施例4所涉及的内燃机及其进气系统以及排气系统的概要结构的图。
图13是示出与实施例4所涉及的内燃机的运转状态对应的、EGR气体和混合气体之间的分层充气燃烧与不导入EGR气体的非分层充气燃烧之间的区分使用的图案的图。
图14是示出实施例4所涉及的从分层充气燃烧朝非分层充气燃烧切换的情况下的控制正时的图。
图15是示出实施例4所涉及的从分层充气燃烧朝非分层充气燃烧切换的情况下的进气门以及排气门的气门正时的一例的图。
图16是示出实施例5所涉及的非分层充气燃烧时的进气门以及排气门的气门正时的一例的图。
具体实施方式
以下，对本发明的具体实施例进行说明。
<实施例1>
(内燃机)
图1是示出本发明的实施例1所涉及的内燃机的概要结构的图。图2是示出实施例1所涉及的内燃机及其进气系统和排气系统的概要结构的图。图1、图2所示的内燃机1是具有四个气缸2的车辆驱动用的火花点火式的四冲程汽油机。
在内燃机1的气缸2内以滑动自如的方式配置有活塞3。在气缸2内的上部利用气缸2的上壁以及内周壁与活塞3顶面划分形成有燃烧室4。在燃烧室4的上部连接有第一进气口5a和第二进气口5b、以及第一排气口6a和第二排气口6b。第一进气口5a和第二进气口5b分别独立地连接于燃烧室4，并朝燃烧室4供给进气。第一排气口6a和第二排气口6b将在燃烧室4燃烧后的排气排出。在气缸2的上部的中心配置有对燃烧室4内的混合气体进行点火的火花塞7。
气缸2的上壁处的第一进气口5a朝燃烧室4的开口部由第一进气门8a开闭。气缸2的上壁处的第二进气口5b朝燃烧室4的开口部由第二进气门8b开闭。并且，气缸2的上壁处的第一排气口6a朝燃烧室4的开口部由第一排气门9a开闭。气缸2的上壁处的第二排气口6b朝燃烧室4的开口部由第二排气门9b开闭。
在第一进气门8a以及第二进气门8b设置有变更各进气门的开闭特性的可变气门机构10。该可变气门机构10连续地进行作为各进气门的开闭特性的开阀期间(提升量)的变更，并且连续地进行作为各进气门的开闭特性的开闭正时(气门正时)的变更。能够利用可变气门机构10使第一进气门8a与第二进气门8b之间的开阀正时不同。本实施例的可变气门机构10对应于本发明的开闭特性变更部。
在第一进气口5a以及第二进气口5b分别配置有朝在各进气口流通的进气喷射燃料的第一、第二燃料喷射阀11a、11b。在比第一燃料喷射阀更靠上游侧的第一进气口5a设置有EGR气体供给口12。在比EGR气体供给口12更靠上游侧的第一进气口5a设置有新气体隔断阀13。当新气体隔断阀13闭阀时，阻止新气体从上游流入第一进气口5a。本实施例的新气体隔断阀13对应于本发明的新气体阻止部。比新气体隔断阀13更靠上游侧的第一进气口5a和比第二燃料喷射阀11b更靠上游侧的第二进气口5b的上游形成一个进气管14。本实施例的第一进气口5a对应于本发明的第一进气通路。本实施例的第二进气口5b对应于本发明的第二进气通路。
并且，第一排气口6a和第二排气口6b的下游形成一个排气管15。
在进气管14的中途设置有涡轮增压器16的压缩机16a。在排气管15的中途设置有涡轮增压器16的涡轮16b。涡轮增压器16是利用在排气管15流通的排气的能量使涡轮16b旋转，并利用该涡轮16b的旋转力驱动压缩机16a而对新气体进行增压供气的增压器。在涡轮16b设置有对排气的朝涡轮16b的流入量进行调整的废气旁通阀16c。
在比压缩机16a更靠上游侧的进气管14设置有节气门17。利用节气门17对在进气管14流通的新气体的量进行调整。节气门17由电动致动器进行开闭控制。
在比压缩机16a更靠下游的进气管14设置有内部冷却器18。内部冷却器18通过与外部气体进行热交换而对在进气管14流通的新气体进行冷却。在比内部冷却器18更靠下游的进气管14设置有浪涌调整槽19。浪涌调整槽19暂时积存在进气管14流通的新气体。在浪涌调整槽19设置有检测浪涌调整槽19内的新气体的压力的压力传感器20。比浪涌调整槽19更靠下游侧的进气管14分支成第一进气口5a以及第二进气口5b。
在比涡轮16b更靠下游的排气管15设置有作为启动催化剂的氧化催化剂21。
在内燃机1设置有EGR装置22。EGR装置22具备：EGR通路23、EGR阀24、以及EGR冷却器25。
EGR通路23的一端连接于氧化催化剂21下游的排气管15，另一端连接于第一进气口5a的EGR气体供给口12。EGR装置22通过使EGR气体在EGR通路23流通而使作为排气的一部分的EGR气体从内燃机1的排气管15朝设置于第一进气口5a的EGR气体供给口12回流。
EGR阀24以及EGR冷却器25设置于EGR通路23。利用EGR阀24对通过EGR通路23从排气管15导入第一进气口5a的EGR气体的量进行调整。EGR冷却器25通过与内燃机冷却水进行热交换而对在EGR通路23流通的EGR气体进行冷却。
在以上述方式构成的内燃机1还附设有电子控制单元(以下称为ECU)26。在ECU 26电连接有曲轴位置传感器27以及油门开度传感器28。上述传感器的输出信号输入至ECU 26。曲轴位置传感器27是检测内燃机1的曲轴转角的传感器。并且，油门开度传感器28是检测搭载有内燃机1的车辆的油门开度的传感器。
并且，在ECU 26电连接有可变气门机构10、第一、第二燃料喷射阀11a、11b、新气体隔断阀13、节气门17、以及EGR阀24。利用ECU26对上述部件进行控制。
(EGR气体与混合气体之间的分层充气燃烧控制)
然而，在本实施例所涉及的内燃机1中，当将EGR气体导入燃烧室4而进行燃烧时，为了使EGR气体朝燃烧室4的供给量增加，进行在燃烧室4中使EGR气体和混合气体成层化的分层充气燃烧。通过进行该分层充气燃烧，能够实现排气中的NOx的降低、燃料利用率的提高。
在导入EGR气体并进行上述分层充气燃烧时，利用涡轮增压器16的压缩机16a对新气体进行增压供气，使新气体隔断阀13闭阀而阻止新气体流入第一进气口15a，利用可变气门机构10使第一进气门8a先于第二进气门8b开阀，然后使第二进气门8b开阀。
具体而言，在进行上述分层充气燃烧时，利用压缩机16a对新气体进行增压供气，使新气体隔断阀13闭阀而阻止新气体流入第一进气口5a，并且，使EGR阀24开阀而使EGR气体流入第一进气口5a。进而，如图3所示，利用可变气门机构10使第一进气门8a在即将到达进气行程之前开阀，在第一进气门8a闭阀时使第二进气门8b开阀。图3是示出分层充气燃烧时的进气门以及排气门的气门正时的一例以及此时的缸内压力和增压压力的图。对于第一进气门8a的提升量，由于以能够在燃烧室4燃烧的方式供给EGR气体，因此是第二进气门8b的提升量的大致一半。
并且，使设置于第一进气口5a的第一燃料喷射阀11a休止，仅从设置于第二进气口5b的第二燃料喷射阀11b喷射燃料。因此，在第二进气口5b流通有新气体和燃料混合而成的混合气体。
进行这种控制的ECU 26对应于本发明的控制部。
这样，由于使新气体隔断阀13闭阀而阻止新气体流入第一进气口5a，使EGR气体流入第一进气口5a，并利用可变气门机构10使第一进气门8a先于第二进气门8b开阀，因此，首先，在第一进气口5a流通的EGR气体流入燃烧室4。该EGR气体从单侧的第一进气口5a流入，由此，在燃烧室4边形成涡流边与活塞30的下降同时下降。然后，利用可变气门机构10使第二进气门8b开阀，因此，在第二进气口5b流通的混合气体流入燃烧室4。该混合气体从单侧的第二进气口5b流入，由此，在燃烧室4中构成在先前流入的EGR气体的层之上形成涡流的层。由此，在燃烧室4中，如图4所示，能够实现以EGR气体的层作为下层、以混合气体的层作为上层的成层化。图4是示出燃烧室4中的以EGR气体的层作为下层、以混合气体的层作为上层的成层化状态的图。
在此，如图3所示，存在第二进气门8b的开阀期间包含于压缩行程的情况。在通常的内燃机中，在压缩行程中，活塞上升、燃烧室的容积缩小、缸内压力变高，因此，如果进气门开阀，存在燃烧室的气体朝进气口逆流的顾虑。但是，在本实施方式中，对新气体进行增压供气，如图3所示，利用压缩机16a增压的新气体的增压压力高于从第一进气门8a闭阀后到第二进气门8b闭阀为止的期间的内燃机1的缸内压力。由此，被增压供气的混合气体流入燃烧室4而不会被内燃机1的缸内压力推回而逆流。并且，也不存在燃烧室4的气体朝第二进气口5b逆流的情况。
在如图3所示的作为内燃机1的运转状态而内燃机载荷高的情况下，EGR气体先流入燃烧室4，因此，后流入的混合气体难以借助因进气行程的活塞3的下降而产生的负压进入燃烧室4。但是，在本实施例中，由于利用压缩机16a对新气体进行增压供气，因此，不仅在进气行程，即便是在压缩行程中，混合气体也被增压供气而能够流入燃烧室4。由此，即便是在内燃机载荷高的情况下，也能够实现EGR气体和混合气体之间的成层化，而不会使进气效率恶化，并且能够大量地导入EGR气体。因此，作为内燃机载荷高的情况，即便是在WOT(满负荷)的情况下也能够导入EGR气体。
并且，从第二进气口5b流入燃烧室4的混合气体在进气行程的后半部分或者压缩行程在燃烧室4形成涡流。因此，从混合气在燃烧室4形成涡流后到点火为止的期间短，容易直到点火为止维持上述的燃烧室4的成层化状态，因此，在压缩行程中难以在燃烧室4产生翻转流，难以因翻转流而导致成层化状态崩溃，能够最大限度地发挥因成层化而得到的效果。
并且，在本实施例中，EGR通路23连接比涡轮增压器16的涡流16b更靠下游的排气管15和EGR气体供给口12。作为比涡轮增压器16的涡轮16b更靠下游的排气管15的排气的一部分的EGR气体是驱动涡轮16b做功后的EGR气体，因此温度以及压力降低。在本实施例中，利用因进气行程的活塞3的下降而产生的负压从进气行程的开始起流入燃烧室4。由于此时能够充分地确保负压，因此即便是温度以及压力降低后的该EGR气体也能够充分地朝燃烧室4供给。通过使用该EGR气体，能够抑制进气温度的上升，能够抑制因进气温度高而引起的填充效率的降低。
另外，当内燃机1的运转状态为不进行上述的分层充气燃烧的请求扭矩高且内燃机载荷高的状态的情况下，进行非分层充气燃烧。该非分层充气燃烧以下述方式进行：关闭EGR阀24而停止EGR气体的供给，使新气体隔断阀13开阀，从两个第一、第二燃料喷射阀11a、11b喷射燃料，且如图5所示利用可变气门机构10使第一进气门8a以及第二进气门8b的提升量相同、且气门正时相同。图5是示出上述非分层充气燃烧时的进气门以及排气门的气门正时的一例的图。
(燃烧控制程序)
基于图6所示的流程图对内燃机1的燃烧控制程序进行说明。图6是示出内燃机1的燃烧控制程序的流程图。本程序由ECU 26间隔规定的时间反复执行。
当图6所示的程序开始时，在S101中，辨别是否存在进行EGR气体和混合气体的分层充气燃烧的请求。作为应进行该分层充气燃烧的内燃机1的运转状态，例如是欲获得内燃机载荷为中等载荷程度的燃料利用率的区域。将该应进行分层充气燃烧的区域预先映射化，将从曲轴位置传感器27以及油门开度传感器28的输出值得到的内燃机转速以及内燃机载荷代入上述映射，由此来判断有无请求。当在S101中辨别为存在进行上述分层充气燃烧的请求而做出肯定判定的情况下，过渡至S102。当在S101中辨别为不存在进行上述分层充气燃烧的请求而做出否定判定的情况下，过渡至S110。
在S102中，使EGR阀24开阀，使新气体隔断阀13闭阀，仅利用设置于第二进气口5b的第二燃料喷射阀11b喷射燃料。设置于第一进气口5a的第一燃料喷射阀11a休止。
在S103中，利用可变气门机构10将第一进气门8a以及第二进气门8b的提升量以及气门正时的开闭特性变更为上述的分层充气燃烧用的提升量以及开闭特性。具体而言，以使第一进气门8a先于第二进气门8b开阀，然后使第二进气门8b开阀的方式，使第二进气门8b的开阀正时延迟到第一进气门8b闭阀前后。此时，第一进气门8a的提升量也变更成第二进气门8b的提升量的大致一半的程度。
在S104中，计算当进行上述分层充气燃烧时的从第一进气门8a闭阀后到第二进气门8b闭阀为止的期间的内燃机1的最大缸内压力mcp。该缸内压力mcp基于从EGR阀24的开度得到的EGR气体的量、第一进气门8a以及第二进气门8b的气门正时以及提升量、内燃机转速、曲轴转角计算。
在S105中，辨别浪涌调整槽19的压力传感器20所检测到的增压压力bp是否大于在S104中计算出的缸内压力mcp。当在S105中辨别为增压压力bp大于缸内压力mcp而做出肯定判定的情况下，过渡至S107。当在S105中辨别为增压压力bp并不大于缸内压力mcp而做出否定判定的情况下，过渡至S106。
在S106中，利用压缩机16a对新气体进行增压供气，使增压压力bp上升。
在S107中，辨别请求扭矩deto是否大于实际扭矩trto。请求扭矩deto从油门开度传感器28的输出得到。实际扭矩trto从设置于第二进气口5b的第二燃料喷射阀11b的燃料喷射量得到。当在S107中辨别为请求扭矩deto大于实际扭矩trto而做出肯定判定的情况下，过渡至S108。当在S107中辨别为请求扭矩deto并不大于实际扭矩trto而做出否定判定的情况下，过渡至S109。
在S108中，使进气量增加。进气量的增加例如通过增大节气门17的开度、使第一进气门8a以及第二进气门8b的气门正时提前、增大第一进气门8a以及第二进气门8b的提升量、或者使增压压力bp上升而实现。在本步骤后，暂时结束本程序。
在S109中，使进气量减少。进气量的减少例如通过减小节气门17的开度、使第一进气门8a以及第二进气门8b的气门正时延迟、或者减小第一进气门8a以及第二进气门8b的提升量而实现。在本步骤后，暂时结束本程序。
另一方面，在S110中，为了进行上述非分层充气燃烧，使EGR阀24闭阀，使新气体隔断阀13开阀，利用设置于第一进气口5a以及第二进气口5b双方的第一、第二燃料喷射阀11a、11b进行燃料喷射。在本步骤后，暂时结束本程序。
根据以上的本程序，能够对上述分层充气燃烧和上述非分层充气燃烧进行切换。
(其他)
另外，在本实施例中，EGR通路23连接比涡轮增压器16的涡轮16b更靠下游的排气管15和EGR气体供给口12。由此，通过使用温度以及压力降低后的EGR气体，抑制进气温度的上升，抑制因进气温度高而引起的填充效率的降低。但是，并不限于此。图7是示出实施例1的其他例所涉及的内燃机及其进气系统以及排气系统的概要结构的图。如图7所示，EGR通路23也可以连接比涡轮增压器16的涡轮16b更靠上游的排气管15和EGR气体供给口12。由此，作为EGR气体能够使用从内燃机1排出的背压高的排气的一部分，能够将EGR气体以高压大量地送入内燃机1。
并且，在本实施例中，燃料喷射阀设置于第一进气口以及第二进气口。但是，并不限于此。图8是示出实施例1的其他例所涉及的内燃机的概要结构的图。如图8所示，燃料喷射阀11也可以设置于气缸2的斜上部，进行缸内喷射。在该情况下，当进行上述分层充气燃烧时，在作为下层的EGR气体的层之上形成作为上层的新气体的层。燃料喷射阀11的喷雾轴线设定成：当进行该分层充气燃烧时，能够进朝作为上层的新气体的层的新气体喷射燃料。由此，仅设置一个燃料喷射阀即可，能够抑制成本上升。
并且，在本实施例中，作为增压器使用涡轮增压器。但是并不限于此。对于本发明，作为增压器也可以使用机械增压器。
<实施例2>
在实施例2中，第一进气口以及第二进气口使用流入燃烧室的进气行程相同方向的涡流的螺旋形进气口或者切向进气口。其他的结构与实施例1同样，因此省略说明。
图9是示出在本实施例所涉及的第一进气口5a以及第二进气口5b使用螺旋行进气口或者切向进气口的状态的图。图9的(a)是示出螺旋形进气口的图，图9的(b)是示出切向进气口的图。如图9所示，第一进气口5a以及第二进气口5b是流入燃烧室4的进气行程相同方向的涡流的螺旋形进气口或者切向进气口。另外，除了图9的结构以外，也可以是一方的进气口为螺旋形进气口、另一方的进气口为切向进气口的组合。
由此，当进行上述分层充气燃烧时，如图10所示，在燃烧室4中，先流入的形成EGR气体的涡流的下层、和在其上形成混合气体的涡流的上层以相同方向的涡流回旋。图10是示出燃烧室4中的以EGR气体的层作为下层、以混合气体的层作为上层的成层化状态的图。因此，难以在下层与上层之间的边界面产生摩擦、EGR气体与混合气体难以混合，因此能够尽可能地维持成层化状态。因此，与在进气行程的后半部分以及压缩行程形成上层的涡流的情况相互结合，直到点火正时为止都能够维持成层化状态。
<实施例3>
在实施例3中，当进行上述分层充气燃烧时，当在压缩行程中无需使在第二进气口流通的混合气体流入燃烧室的情况下，不使涡轮增压器的压缩机工作而不对新气体进行增压供气。其他的结构与实施例1同样，因此省略说明。
在本实施例中，当进行上述分层充气燃烧时，当在压缩行程中使在第二进气口5b流通的混合气体流入燃烧室4的情况下，以与实施例1同样的方式进行控制。但是，当在进行上述分层充气燃烧时，当在压缩行程中无需使在第二进气口5b流通的混合气体流入燃烧室4的情况下，不使涡轮增压器16的压缩机16a工作而不对新气体进行增压供气，并且，使新气体隔断阀13闭阀而阻止新气体流入第一进气口5a，利用可变气门机构10使第一进气门8a先于第二进气门8b开阀，然后使第二进气门8b开阀。
具体而言，在进行上述分层充气燃烧时，当在压缩行程中无需使在第二进气口5b流通的混合气体流入燃烧室4的情况下，不利用压缩机16a对新气体进行增压供气，使新气体隔断阀13闭阀而阻止新气体流入第一进气口5a，并且使EGR阀24开阀而使EGR气体流入第一进气口5a。进而，如图11所示，利用可变气门机构10使第一进气门8a在即将到达进气行程之前开阀，在第一进气门8a闭阀时使第二进气门8b开阀。进而，在压缩行程刚刚结束后就使第二进气门8b闭阀。图11是示出当在压缩行程中无需使在第二进气口流通的混合气体流入燃烧室的情况下的上述分层充气燃烧时的进气门以及排气门的气门正时的一例的图。第一进气门8a以及第二进气门8b的提升量均小。对于第一进气门8a的提升量，由于以能够在燃烧室4燃烧的方式攻击EGR气体，因此是第二进气门8b的提升量的大致一半。并且，使设置于第一进气口5a的第一燃料喷射阀11a休止，仅从设置于第二进气口5b的第二燃料喷射阀11b喷射燃料。因此，在第二进气口5b流通有新气体和燃料混合而成的混合气体。
进行这种控制的ECU 26对应于本发明的控制部。
当像在如图11所示的作为内燃机1的运转状态而内燃机载荷低的情况等那样，在压缩行程中无需使混合气体流入燃烧室4的情况下，在EGR气体之后流入的混合气体能够借助因进气行程的活塞的下降而产生的负压流入燃烧室4。由此，当在压缩行程中无需使混合气体流入燃烧室4的情况下，不利用压缩机16a对新气体进行增压供气，因此能够使所使用的能量减少涡轮增压器16所使用的能量份，能够实现节能化。即，无需为了利用涡轮增压器16对新气体进行增压供气而提高内燃机1的输出，能够实现燃料利用率的提高。
<实施例4>
在实施例4中，新气体隔断阀形成为将在第一进气口流通的进气切换成从第一进气口的上游流入的新气体或者从EGR气体供给口流入的EGR气体中的某一方。其他的结构与实施例1同样，因此省略说明。
图12是示出本实施例所涉及的内燃机及其进气系统以及排气系统的概要结构的图。如图12所示，EGR气体供给口12位于新气体隔断阀13所被设置的第一进气口5a的位置。新气体隔断阀13将在第一进气口5a流通的进气切换成从第一进气口5a的上游流入的新气体或者从EGR气体供给口12流入的EGR气体中的某一方。本实施例的新气体隔断阀13是三通阀。并且，在EGR装置22并无EGR阀。EGR气体的量的控制由第一进气阀8a的开阀正时和提升量控制。
由此，由于利用第一进气门8a的开阀正时和提升量来控制EGR气体的量，因此无需在EGR装置22设置EGR阀。由此，能够实现EGR气体的量的控制的简化，并且能够借助通过省去EGR阀而导致的部件数量的削减实现成本降低。
并且，通过利用第一进气门8a进行EGR气体的量的控制，对EGR气体的量进行控制的部分和燃烧室4之间的距离为零，因此，能够消除EGR气体的响应延迟，能够抑制内燃机1的失火、扭矩变动等，从而能够使驱动性能稳定。
图13是示出与内燃机的运转状态对应的、EGR气体和混合气体之间的分层充气燃烧与不导入EGR气体的非分层充气燃烧之间的区分使用的图案的图。在本实施例的内燃机1中，如图13所示，根据运转状态而将上述分层充气燃烧与上述非分层充气燃烧区分使用。图13的横轴表示内燃机1的内燃机转速，纵轴表示内燃机1的内燃机载荷。
如图13所示的箭头A所示，当从内燃机载荷高的状态或者内燃机转速高的状态中的至少某一方的运转状态下的导入EGR气体的上述分层充气燃烧切换成请求扭矩高的不导入EGR气体的上述非分层充气燃烧的情况下，期望在不产生响应延迟、内燃机1的失火、扭矩变动、扭矩阶梯差的状态下进行从上述分层充气燃烧朝上述非分层充气燃烧的过渡。
因此，在本实施例的结构中，从新气体隔断阀13到燃烧室4为止的第一进气口5a的容积设定成：与在内燃机载荷高的状态或者内燃机转速高的状态中的至少某一方的运转状态下导入EGR气体而进行上述分层充气燃烧时朝燃烧室4供给的EGR气体的量大致相等。因此，当在内燃机载荷高的状态或者内燃机转速高的状态中的至少某一方的运转状态下导入EGR气体而进行上述分层充气燃烧时，从新气体隔断阀13到燃烧室4为止的第一进气口5a的EGR气体在一次燃烧就被用尽。
图14是示出从在内燃机载荷高的状态或者内燃机转速高的状态中的至少某一方的运转状态下导入EGR气体的上述分层充气燃烧、切换成请求扭矩高的不导入EGR气体的上述非分层充气燃烧的情况下的控制正时。当如图13所示的箭头A所示从上述分层充气燃烧切换成上述非分层充气燃烧的情况下，如图14所示，首先，当存在切换请求(图14的t1)、且进气开始流入在切换请求后最先成为进气行程的气缸#3的燃烧室4时(图14的t2)，利用新气体隔断阀13将在第一进气口5a流通的进气切换成从第一进气口5a的上游流入的新气体。然后，从上述最初成为进气行程的气缸#3以外的其他气缸(#1、#2、#4)的最初的一个循环的朝燃烧室4的进气的流入完毕时(图14的t3)开始，如图15所示，利用可变气门机构10变更第一进气门8a以及第二进气门8b的开闭特性。
进行这样的控制的ECU 26对应于本发明的控制部。
图15是示出从在内燃机载荷高的状态或者内燃机转速高的状态中的至少某一方的运转状态下导入EGR气体的上述分层充气燃烧、切换成请求扭矩高的不导入EGR气体的上述非分层充气燃烧的情况下的进气门以及排气门的气门正时的一例的图。当进行切换时，如图中箭头所示，第一进气门8a使气门正时稍稍延迟并使提升量增大，第二进气门8b使气门正时提前。进而，如图15的虚线所示，使第一进气门8a以及第二进气门8b的提升量相同且气门正时相同而进行非分层充气燃烧(参照图5)。
由此，由于以上述方式设定第一进气门5a的容积，因此，切换请求后的所有气缸仅一次燃烧为分层充气燃烧，然后新气体在第一进气口5a流通，因此，从下一次燃烧开始成为上述非分层充气燃烧。因此，能够在几乎不产生响应延迟、内燃机1的失火、扭矩变动、扭矩阶梯差的状态下进行从上述分层充气燃烧朝上述非分层充气燃烧的过渡。
<实施例5>
在实施例5中，例如在怠速状态等不导入EGR气体的内燃机载荷低的状态下进行上述非分层充气燃烧时，利用可变气门机构将第一进气门维持在闭阀状态。其他的结构与实施例1同样，因此省略说明。
当在怠速状态等不导入EGR气体的内燃机载荷低的状态下进行上述非分层充气燃烧时，欲在燃烧室4形成涡流，以使燃烧稳定。并且，当从上述非分层充气燃烧切换成导入EGR气体的上述分层充气燃烧的情况下，欲抑制在切换前后混合气体的量产生阶梯差而产生扭矩阶梯差的情况。
因此，当在怠速状态等不导入EGR气体的内燃机载荷低的状态下进行上述非分层充气燃烧时，利用可变气门机构10将第一进气门8a维持在闭阀状态。
具体而言，在进行上述非分层充气燃烧时，不利用压缩机16a对新气体进行增压供气，使新气体隔断阀13闭阀而阻止新气体流入第一进气门5a，并且使EGR阀24开阀而使EGR气体流入第一进气门5a。进而，如图16所示，利用可变气门机构10将第一进气门8a维持在闭阀状态，并使第二进气门8b开阀。图16是示出不导入EGR气体的内燃机载荷低的状态下的上述非分层充气燃烧时的进气门以及排气门的气门正时的一例的图。并且，使设置于第一进气门5a的第一燃料喷射阀11a休止，仅从设置于第二进气门5b的第二燃料喷射阀11b喷射燃料。因此，在第二进气口5b流通有新气体和燃料混合而成的混合气体。
进行这种控制的ECU 26对应于本发明的控制部。
由此，当在不导入EGR气体的内燃机1的内燃机载荷低的状态下进行上述非分层充气燃烧时，使单方的进气门即第二进气门8b开阀而使混合气体流入燃烧室。由此，能够在燃烧室4形成强涡流，燃烧稳定。
进而，当从上述非分层充气燃烧切换成导入EGR气体的上述分层充气燃烧的情况下，使第一进气门8a开阀而使EGR气体从第一进气口5a流入，并且，与切换之前同样使第二进气门8b开阀而使得从第二进气口5b朝燃烧室4流入相同量的混合气体。此时，利用可变气门机构10使第一进气门8a的开阀正时稍稍提前，并且使第二进气门8b的开阀正时延迟，使第二进气门8b在第一进气门8a闭阀时开阀。由于在该切换前后朝燃烧室4供给的混合气体的量没有变化，因此能够在不产生扭矩阶梯差的状态下进行从上述非分层充气燃烧朝上述分层充气燃烧的过渡。
上述各实施例能够尽可能地组合。并且，本发明所涉及的内燃机的燃烧控制装置并不限定于上述的实施例，可以在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。
标号说明：
1...内燃机；2...气缸；3...活塞；4...燃烧室；5a...第一进气口；5b...第二进气口；6a...第一排气口；6b...第二排气口；7...火花塞；8a...第一进气门；8b...第二进气门；9a...第一排气门；9b...第二排气门；10...可变气门机构；11...燃料喷射阀；11a...第一燃料喷射阀；11b...第二燃料喷射阀；12...气体供给口；13...新气体隔断阀；14...进气管；15...排气管；16...涡轮增压器；16a...压缩机；16b...涡轮；16c...废气旁通阀；17...节气门；18...内部冷却器；19...浪涌调整槽；20...压力传感器；21...氧化催化剂；22...EGR装置；23...EGR通路；24...EGR阀；25...EGR冷却器；26...ECU；27...曲轴位置传感器；28...油门开度传感器。

Claims (8)

1.一种内燃机的燃烧控制装置，其中，
所述内燃机的燃烧控制装置具备：
第一进气通路以及第二进气通路，所述第一进气通路以及第二进气通路分别独立地连接于内燃机的燃烧室，朝所述燃烧室供给进气；
EGR装置，该EGR装置使作为排气的一部分的EGR气体从所述内燃机的排气通路朝设置于所述第一进气通路的EGR气体供给口回流；
新气体阻止部，该新气体阻止部阻止新气体流入所述第一进气通路；
增压器，该增压器在所述第一进气通路以及所述第二进气通路的上游对新气体进行增压供气；
开闭特性变更部，该开闭特性变更部能够使第一进气门和第二进气门的开阀正时不同，所述第一进气门对从所述第一进气通路朝所述燃烧室流入的进气进行控制，所述第二进气门对从所述第二进气通路朝所述燃烧室流入的进气进行控制；以及
控制部，在导入EGR气体而使其分层充气燃烧时，利用所述增压器对新气体进行增压供气，利用所述新气体阻止部阻止新气体流入所述第一进气通路，利用所述开闭特性变更部使所述第一进气门先于所述第二进气门开阀，然后使所述第二进气门开阀。
2.根据权利要求1所述的内燃机的燃烧控制装置，其中，
所述控制部使利用所述增压器增压供气的新气体的增压压力高于从所述第一进气门闭阀后到所述第二进气门闭阀为止的期间的所述内燃机的缸内压力。
3.根据权利要求1所述的内燃机的燃烧控制装置，其中，
所述增压器是涡轮增压器，
所述EGR装置具备EGR通路，该EGR通路连接比所述涡轮增压器的涡轮更靠下游的所述排气通路和所述EGR气体供给口。
4.根据权利要求1所述的内燃机的燃烧控制装置，其中，
所述第一进气通路以及所述第二进气通路是使已流入所述燃烧室的进气形成相同方向的涡流的螺旋形进气口或者切向进气口。
5.根据权利要求1所述的内燃机的燃烧控制装置，其中，
在导入EGR气体而使其分层充气燃烧时，当在压缩行程使在第二进气通路流通的进气流入所述燃烧室的情况下，所述控制部利用所述增压器对新气体进行增压供气，利用所述新气体阻止部阻止新气体流入所述第一进气通路，利用所述开闭特性变更部使所述第一进气门先于所述第二进气门开阀，然后使所述第二进气门开阀，
或者，当不需要在压缩行程使在第二进气通路流通的进气流入所述燃烧室的情况下，所述控制部不利用所述增压器对新气体进行增压供气，利用所述新气体阻止部阻止新气体流入所述第一进气通路，利用所述开闭特性变更部使所述第一进气门先于所述第二进气门开阀，然后使所述第二进气门开阀。
6.根据权利要求1所述的内燃机的燃烧控制装置，其中，
所述新气体阻止部将在所述第一进气通路流通的进气切换成从所述第一进气通路的上游流入的新气体或者从所述EGR气体供给口流入的EGR气体中的某一方。
7.根据权利要求6所述的内燃机的燃烧控制装置，其中，
所述第一进气通路的从所述新气体阻止部到所述燃烧室为止的容积与在内燃机载荷高的状态或者内燃机转速高的状态中的至少某一方的运转状态下导入EGR气体而使其分层充气燃烧时朝所述燃烧室供给的EGR气体的量大致相等，
在从所述分层充气燃烧切换成不导入请求扭矩高的EGR气体的非分层充气燃烧的情况下，当进气开始流入在请求切换后最先成为进气行程的气缸的燃烧室时，所述控制部利用所述新气体阻止部将在所述第一进气通路流通的进气切换成从所述第一进气通路的上游流入的新气体，然后，从所述气缸以外的其他气缸的最初的一个循环的朝燃烧室的进气的流入完毕时开始，利用所述开闭特性变更部变更所述第一进气门以及所述第二进气门的开闭特性。
8.根据权利要求1所述的内燃机的燃烧控制装置，其中，
当在不导入EGR气体的内燃机载荷低的状态下进行非分层充气燃烧时，所述控制部利用所述开闭特性变更部将所述第一进气门维持在闭阀状态。
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