JP2005069143A - 予混合圧縮自着火内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】
予混合圧縮自着火内燃機関において、吸入空気量とＥＧＲ量とをそれぞれ目標値に、より精度良く制御することによって、燃焼の安定性を向上させた技術を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ通路３０に加えて、さらに、機関の排気系２０から排気の一部を蓄圧する蓄圧タンク５１と、蓄圧タンク５１に蓄圧された排気を吸気系１０に供給する流量調整弁５２と、を有する第２の排気還流通路５０を設け、排気還流量検出手段により検出または推定されたＥＧＲ量が目標値以下の場合に、蓄圧タンク５１に蓄圧された排気を流量調整弁５２により吸気系１０に供給させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、予混合圧縮自着火内燃機関に関する。

従来、内燃機関において、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料を噴射することで、該燃料と吸気との予混合気を形成し、該予混合気を燃焼に供する予混合圧縮自着火内燃機関の開発が進められている。

一方、内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を該内燃機関の吸気通路へ再循環させる排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を利用する方法が提案されている。

そして、予混合圧縮自着火燃焼と、予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼（いわゆる拡散燃焼）とを切り替え可能な内燃機関において、それぞれの燃焼ごとに最適な酸素量目標値（目標ＥＧＲ量）と酸素濃度目標値（目標ＥＧＲ率）を運転条件に応じて別々に設定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３２７６３８号公報 特開平３−１１７６６５号公報 特開平８−２５４１５９号公報 特開２００２−２１６２５号公報 特開平６−１２３２５９号公報

ところで、予混合圧縮自着火燃焼においては、燃料と吸気とが予混合され、この予混合気の温度が上昇することにより着火するものであって、その着火の温度は排気再循環（ＥＧＲ）による排気ガス量（以下、ＥＧＲ量という場合もある）でコントロールすることができる。また、一般に、気筒に還流させるＥＧＲ量が増加するにつれて発生するＮＯｘ量は低下する。

このように、予混合圧縮自着火燃焼においては、着火・燃焼を制御するためにＥＧＲを用いることが有効とされるが、ＥＧＲ量が過度に増減した場合には、燃焼状態が悪化する問題がある。

通常燃焼が行われる場合には、高温・高圧下で燃料が噴射されるため、ＥＧＲ量にあまり影響されることなく着火・燃焼が行われる。しかしながら、予混合圧縮自着火燃焼が行われる場合には、ＥＧＲ量が過度に増大すると気筒内の酸素量が不足して失火する可能性があり、また、ＥＧＲ量が過度に減少すると気筒内の酸素量が過剰となり過早着火の可能性があり、予混合圧縮自着火燃焼においては、ＥＧＲ量による着火・燃焼への影響が通常燃焼と比較して大きい。

したがって、予混合圧縮自着火燃焼が行われる場合、着火・燃焼を良好に制御するために、吸入空気量とＥＧＲ量との両方を目標値に制御することが重要となるが、吸入空気量とＥＧＲ量との両方をそれぞれ目標値に制御することは困難である。

特に、予混合圧縮自着火燃焼が行われる場合であって、過渡運転状態等において、ＥＧＲ量を減少させずに吸入空気量を増大させたい場合、特許文献１に開示された技術のよう
な、ＥＧＲ弁の制御だけでは、排気圧力と吸気圧力との両方が変化してしまうため、吸入空気量とＥＧＲ量とをそれぞれの目標値に制御することは困難であった。

本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、予混合圧縮自着火内燃機関において、吸入空気量とＥＧＲ量とをそれぞれ目標値に、より精度良く制御することによって、燃焼の安定性を向上させた技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る予混合圧縮自着火内燃機関にあっては、排気の一部を予め蓄えておき、従来のＥＧＲ通路を還流して吸気系に供給されるＥＧＲ量では目標のＥＧＲ量を達成できない場合に、予め蓄えた排気を吸気系に供給する手段を、従来のＥＧＲ通路（ＥＧＲ制御）に加えて、さらに備えるもので、これにより、吸入空気量とＥＧＲ量とをそれぞれ目標値に、より精度良く制御することを要旨とするものである。

すなわち、本発明の具体的な構成としては、
内燃機関の排気系から吸気系に排気の一部を還流させる排気還流通路と、
前記排気還流通路内を還流する排気の量を変更するとともに、内燃機関に吸入される空気の量を変更する変更手段と、
前記変更手段により変更され、前記排気還流通路内を通って吸気系に還流する排気の量を検出または推定する排気還流量検出手段と、
を備え、
吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮自着火燃焼を行う予混合圧縮自着火内燃機関において、
機関の排気系から排気の一部を蓄圧する蓄圧手段と、
前記蓄圧手段に蓄圧された排気を吸気系に供給する供給手段と、
前記排気還流量検出手段により検出または推定された排気の量が目標値以下の場合に、前記蓄圧手段に蓄圧された排気を前記供給手段により吸気系に供給させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。

ここで、変更手段としては、排気還流通路に設けられ開閉されることにより排気還流通路内を還流する排気の量を変更する開閉弁（いわゆるＥＧＲ弁）を例示することができる。また、変更手段として、内燃機関に吸入される空気（新気）量を変更する吸気絞り弁や、排気圧に対して過給できる吸気量が可変な可変容量過給機（可変ノズルベーン式）や、吸排気弁の開閉タイミングを変更して吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせることが可能な可変動弁機構などを例示することもできる。

内燃機関に吸入される吸気、すなわち、空気（新気）とＥＧＲガスとの混合気の体積流量は、機関運転状態が定まれば運転状態に応じた略一定の値になる（機関運転状態が一定の状態では、吸気系に還流するＥＧＲ量を増大すれば機関に吸入される空気の量は減少し、ＥＧＲ量を低減すれば機関に吸入される空気の量は増大することとなる）。このため、ＥＧＲ弁により変更手段を構成する場合、ＥＧＲ弁により排気還流通路内を還流する排気の量を変更するということは、実質的には、吸気系に還流するＥＧＲ量と、機関に吸入される空気の量とを変更することになる。これは、吸気絞り弁や可変容量過給機や可変動弁機構などにより変更手段を構成する場合も同様である。なお、これらＥＧＲ弁と吸気絞り弁と可変容量過給機と可変動弁機構とのうち複数が内燃機関に適用される場合、変更手段は該複数により構成されても好ましい。

また、排気還流量検出手段としては、排気還流通路内を通って吸気系に還流する排気の量を直接検出するものであってもよいし、内燃機関に吸入される空気の量を検出して機関
運転状態により決まる吸気量から推定するものであってもよい。また、排気還流量変更手段がＥＧＲ弁である場合には、ＥＧＲ弁の上流側および下流側の圧力と、ＥＧＲ弁の開弁量とから推定するものであってもよい。

また、蓄圧手段とは、排気の一部を高圧状態で貯蔵（保持）するものである。ここで、蓄圧手段には、排気系と蓄圧手段との間に設けられて所定のタイミングで適宜切り替えられることにより排気の一部を蓄圧手段に流通させる切り替え手段を備えているとよい。所定のタイミングとは、例えば、排気還流通路が閉ざされて排気還流通路内を排気が還流しない時（ＥＧＲ弁であれば閉弁状態の時）であり、これには、機関全負荷運転時などが相当する。また、切り替え手段の代わりに、例えば、排気が所定圧以上となった場合に開弁する開閉弁を備えていてもよく、この場合には、機関の運転状態によって所定圧以上となった排気を蓄圧することができる。また、排気の一部を圧縮（加圧）する圧縮手段を設けてもよい。圧縮手段により圧縮された排気を蓄圧手段により蓄圧することにより、適宜、蓄圧手段に排気を蓄圧しておくことができる。また、排気圧を利用して吸気を昇圧する過給機が内燃機関に設けられている場合には、該過給機の下流側の排気の一部を蓄圧するようにしてもよい。過給機の下流側では排気圧が低下しているので、このような場合にも、排気の一部を圧縮（加圧）する圧縮手段を設けることにより、過給機に流入する排気の流量に及ぼす影響を無くすことができる。したがって、蓄圧手段に排気の一部を貯蔵する場合の、過給圧への影響を無くすことが可能となる。

このように構成することにより、変更手段により吸入空気量およびＥＧＲ量を制御し、さらに、変更手段では目標のＥＧＲ量が達成できない（ＥＧＲ量が目標値以下となる）ような場合に、吸気系に排気を供給することができるので、吸入空気量およびＥＧＲ量を従来よりも精度よく、かつ、迅速に（目標値に対する応答性（追従性）を向上させて）制御することが可能となる。したがって、燃焼の安定性を向上させることが可能となる。

ここで、ＥＧＲ装置は排気を還流させるものであるため、ＥＧＲ量は目標値に対する追従が遅れてしまう場合がある。特に、加速時や減速時などの過渡運転状態においては、吸入空気量やＥＧＲ量の目標値は刻々と変化するものであるため、吸入空気量やＥＧＲ量においてそれぞれの目標値に対する追従の遅れがより大きなものとなる場合があり、このような場合には、燃焼制御が困難となってしまう。上記の構成によれば、吸入空気量およびＥＧＲ量の応答性を向上させることができるので、燃焼の安定性を向上させることが可能となる。

また、例えば、加速時等の過渡運転状態において、ＥＧＲ量を減少させずに、吸入空気量を増大させたい場合がある。ここで、ＥＧＲ量を減少させないのは、ＮＯｘ量を抑制するためや、燃焼状態を良好に保つためである。このような場合、従来のようなＥＧＲ制御では、吸入空気量を増大させようとすると、吸入空気量の増大に伴いＥＧＲ量が減少してしまい、気筒内の酸素量が過剰となり過早着火の可能性がある。また、従来のようなＥＧＲ制御では、ＥＧＲ量を減少させずに吸入空気量を増大させることは困難であり、吸入空気量が増大せずに燃料噴射量が増大してしまうことにより失火の可能性がある。上記の構成によれば、吸入空気量は、変更手段により増大させることができ、かつ、蓄圧手段に蓄圧された排気を吸気系に供給することによりＥＧＲ量を精度良く制御することができるので、例えば、加速時等の過渡運転状態において、ＥＧＲ量を減少させずに、吸入空気量を増大させることが可能となる。

また、予混合圧縮自着火燃焼が行われる場合であって、高負荷運転領域においては、排気が還流し難く、ＥＧＲ量を増加させることが困難となって、気筒内の酸素量が過剰となり、また、気筒の温度を抑制できないことにより、過早着火が起こってしまう可能性がある。上記の構成によれば、このような高負荷運転領域においても、蓄圧手段に蓄圧された
排気を供給することによってＥＧＲ量を増加させることにより、ＥＧＲ量を目標値にすることができるので、予混合圧縮自着火燃焼を行うことが可能な領域を拡大することが可能となる。

また、排気圧を利用して吸気を昇圧する過給機が内燃機関に備えられる場合には、吸入空気量は過給圧力に大きく影響を受ける。また、過給圧力と排気圧力との差によってＥＧＲ量は大きく影響を受ける。例えば、ＥＧＲ量を増加させる場合、過給機に流入する排気ガス量が減少するため過給圧力が減少してしまい、これに伴い吸入空気量も減少してしまうこととなる。ここで、過給機が、排気圧に対して過給できる吸気量が可変な可変容量過給機（可変ノズルベーン式）であれば、過給圧力の減少を補正することができる。しかしながら、過給圧力の減少を補正するために可変ノズルベーンの開度を小さくした場合には、排気圧が上がってしまい、これに伴いＥＧＲ量も増大してしまう。また、過給機を用いた場合、過給圧力の応答には必ず遅れが生じてしまう。このため、吸入空気量とＥＧＲ量とを同時に目標値に制御するのは困難である。上記の構成によれば、ＥＧＲ量の制御のために変更手段を制御する必要はなくなるため、過給機に流入する排気の量が大きく変動することはなくなる。このため、過給機が備えられた内燃機関であっても、従来ほど過給圧力の影響を受けることはなく、吸入空気量とＥＧＲ量とを略同時に、より精度良く目標値に制御することが可能となる。

また、上記の構成において、
内燃機関に吸入される空気の量を検出または推定する吸入空気量検出手段と、
内燃機関の運転状態に基づいて、予混合圧縮自着火燃焼が行われるように、前記排気還流通路内を還流する排気の量、および、内燃機関に吸入される空気の量それぞれの目標値を設定する設定手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、
前記吸入空気量検出手段により検出または推定される吸入空気量が、前記設定手段により設定された目標値となるように前記変更手段を制御するとともに、
前記排気還流量検出手段により検出または推定された排気の量が、前記設定手段により設定された目標値以下の場合に、該排気の量が該目標値となるように、前記供給手段により前記蓄圧手段に蓄圧された排気を吸気系に供給させることも好ましい。

このように構成することにより、吸入空気量は変更手段により制御され、ＥＧＲ量（排気の量）は蓄圧手段に蓄圧された排気が供給手段により吸気系に供給されることにより制御されることとなるので、吸入空気量およびＥＧＲ量を、さらに精度よく、かつ、迅速に（目標値に対する応答性（追従性）を向上させて）制御することが可能となる。ここで、変更手段としては、上記の開閉弁（いわゆるＥＧＲ弁）および吸気絞り弁から構成されると好ましい。

本発明によれば、予混合圧縮自着火内燃機関において、吸入空気量とＥＧＲ量とをそれぞれ目標値に、より精度良く制御することができ、燃焼の安定性を向上させることが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関としてディーゼルエンジンの概略構成を示す図である。

図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンという）１は、吸入行程、圧縮行程、爆発行程（膨張行程）及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得るディーゼルエンジンである。エンジン１は、その内部に気筒（燃焼室）２を形成する。気筒２で発生する燃料の爆発力は、ピストン３及びコンロッド４を介してクランクシャフト（図示略）の回転力に変換される。また、気筒２には、吸気系１０において吸気通路１３の最下流部をなす吸気ポート１２と、排気系２０において排気通路２３の最上流部をなす排気ポート２２とが設けられている。吸気ポート１２と気筒２との境界は吸気弁１１によって開閉される。また、排気ポート２２と気筒２との境界は排気弁２１によって開閉される。

また、エンジン１は、燃料噴射弁５を備えている。燃料噴射弁５は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧された燃料を、燃焼室２に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。

また、エンジン１には、吸気通路１３と排気通路２３とを連通する第１の排気還流通路（ＥＧＲ通路）３０が形成されている。このＥＧＲ通路３０は、排気の一部を適宜吸気通路１３に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路３０には、同通路３０内を流れる排気ガス（ＥＧＲガス）の流れ方向（図１中において矢印で示す）に沿って上流から下流にかけ、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲ弁３２が、順次配設されている。

ＥＧＲクーラ３１は、ＥＧＲ通路３０の周囲を取り巻くように設けられ、ＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁３２は、変更手段を構成するものであって、無段階に開閉される電子制御弁（開閉弁）であり、ＥＧＲガスの流量を自在に調整することができる。

また、このエンジン１には、周知の過給機（以下、ターボチャージャという）４０が設けられている。ターボチャージャ４０は、シャフト４１を介して連結された回転体４２，４３を備える。一方の回転体（以下、タービンホイールという）４２は排気系２０内の排気に晒され、他方の回転体（以下、コンプレッサホイールという）４３は、吸気系１０内の吸気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ４０は、タービンホイール４２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール４３を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。

吸気系１０において、ターボチャージャ４０の下流に設けられたインタークーラ１５は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ１５よりもさらに下流に設けられた吸気絞り弁１４は、変更手段を構成するものであって、その開度を無段階に調節することのできる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を変更し、同吸入空気の供給量（流量、吸入空気量）を調整する機能を有する。

吸気絞り弁１４を通過した吸入空気は、吸気通路１３を通じ、吸気ポート１２から各燃焼室２へ導入される。

また、排気系２０において、ターボチャージャ４０の下流の排気通路２３には、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、微粒子（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）等を浄化する排気浄化装置２４が設けられている。

さらに、本実施例において、エンジン１には、ＥＧＲ通路３０とは別に、吸気通路１３と排気通路２３とを連通する第２の排気還流通路５０が設けられている。そして、第２の
排気還流通路５０には、排気の一部を蓄圧する蓄圧手段として蓄圧タンク５１が設けられている。

また、第２の排気還流通路５０内を排気系２０から吸気系１０へ向かって流れる排気の流れ方向（図１中において矢印で示す）において、蓄圧タンク５１の上流側には、排気系２０の排気の一部を蓄圧タンク５１に流通させる切り替え弁５３が設けられ、また、蓄圧タンク５１の下流側には、蓄圧タンク５１に蓄圧されている排気を吸気系１０に供給する流量調整弁５２が設けられている。ここで、切り替え弁５３は、切り替え手段を構成するもので、本実施例においては、ＥＧＲ弁３２が閉弁状態の時などに切り替えられて、排気系２０の排気の一部を蓄圧タンク５１に流通させる電磁駆動式開閉弁である。また、流量調整弁５２は、供給手段を構成するもので、本実施例においては、蓄圧タンク５１に蓄圧されている排気を吸気系１０に適宜の量、適宜のタイミングで供給する電磁駆動式開閉弁である。

エンジン１は、運転者によるアクセルペダル（図示略）の踏込量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ、クランクシャフト（図示略）のエンジン回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ、及びエンジン１内を循環する冷却水の温度（冷却水温）に応じた信号を出力する水温センサ、吸気通路１３を通じて気筒２に導入される空気の流量（吸入空気量）に応じた信号を出力し吸入空気量検出手段を構成するエアフロメータ１６等、各種センサを備える。これら各種センサの信号は、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）に入力される。例えば、アクセルポジションセンサはアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵに出力し、ＥＣＵはアクセルポジションセンサの出力信号に基づいて負荷を演算する。クランクポジションセンサはクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵに出力し、ＥＣＵはこの出力パルスに基づいてエンジン回転数を演算する。ＥＣＵは、これら負荷やエンジン回転数などによってエンジン１の運転状態を検出する。

ＥＣＵは、制御手段や設定手段を構成するものであって、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいて、燃料噴射弁５の開閉弁動作に関する制御や、ＥＧＲ弁３２の開度調整や、吸気絞り弁１４の開度調整や、流量調整弁５２の開度調整や、切り替え弁５３の開閉制御等、エンジン１の各種構成要素を統括制御する。

また、ＥＣＵは、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、エンジン回転数の演算、負荷の演算、燃料噴射量の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵが入力した各種信号やＥＣＵが演算して得られた各種制御値は、ＥＣＵのＲＡＭに一時的に記憶される。更に、ＥＣＵは、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って定期的に吸入空気量の制御やＥＧＲ量の制御などを実行する。

本実施例に係るエンジン１は、ＥＣＵからの指令によって吸気行程中または圧縮行程中に燃料噴射弁５から気筒２へ向けて燃料を噴射することで、気筒２内において燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される、いわゆる予混合圧縮自着火燃焼を行う内燃機関である。なお、予混合圧縮自着火燃焼と、予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼と、を選択的に切り替えることが可能に構成されていてもよい。

次に、ＥＣＵによる吸入空気量の制御及びＥＧＲ量の制御について説明する。本実施例においては、吸入空気量とＥＧＲ量とに対してそれぞれ目標値が設定され、設定されたそ
れぞれの目標値となるように吸入空気量とＥＧＲ量とをそれぞれ制御するものである。

ＥＧＲにより排気中のＮＯｘを抑制する場合には、燃焼の悪化やＰＭの増大が生じない範囲でＮＯｘの抑制効果が最大になるように、吸入空気量とＥＧＲ量とをエンジン運転状態に応じて正確に制御することが重要となる。

このため、目標となる吸入空気量（以下、目標吸入空気量という）と、目標となるＥＧＲ量（以下、目標ＥＧＲ量という）とを、基本的にエンジン運転状態に応じて最適な値となるよう実験等に基づいて予め設定されたマップを参照してそれぞれ決定している。ここで、本実施例では、目標吸入空気量と目標ＥＧＲ量とは、エンジン運転状態としてエンジン回転数と燃料噴射量とをパラメータとして用いたマップの形でＥＣＵのＲＯＭにそれぞれ記憶されている。

そして、ＥＣＵは、この目標吸入空気量と目標ＥＧＲ量とをエンジン１の運転中所定時間毎に更新し、逐次、実際の吸入空気量とＥＧＲ量とが、それぞれ更新された目標吸入空気量と目標ＥＧＲ量とになるように制御する（目標吸入空気量と目標ＥＧＲ量とに収束するようにフィードバック制御を行うことも好ましい）。ここで、実際の吸入空気量は、エアフロメータ１６の出力に基づいて演算される。

そして、実際の吸入空気量が目標吸入空気量になるように、ＥＧＲ弁３２と吸気絞り弁１４とのうち少なくともいずれかの弁の開度を調整（制御）する。例えば、実際の吸入空気量が目標吸入空気量よりも少ない場合には、ＥＧＲ弁３２の開度を小さくしたり、吸気絞り弁１４の開度を大きくしたりする。また、実際の吸入空気量が目標吸入空気量よりも多い場合には、ＥＧＲ弁３２の開度を大きくしたり、吸気絞り弁１４の開度を小さくしたりする。

また、実際のＥＧＲ量は次のように検出または推定される。ＥＧＲ量を検出または推定する排気還流量検出手段として、例えば、ＥＧＲ弁３２の上流側および下流側の通路の圧力を検出する手段と、ＥＧＲ弁３２の開弁量を検出する手段とを設け、ＥＧＲ弁３２の上流側および下流側の通路の圧力と、ＥＧＲ弁３２の開弁量とから実際のＥＧＲ量を推定することができる。また、排気還流量検出手段は、エアフロメータ１６によりエンジン１に吸入される実際の吸入空気量を検出することによりエンジン１の運転状態に基づいて実際のＥＧＲ量を推定するものであってもよい。

ここで、実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量を満足しない場合が生じる。これは、例えば、ＥＧＲ装置は排気を還流させるものであるため、吸入空気量とＥＧＲ量とはそれぞれの目標値に対する追従が遅れてしまう場合があるためである。

本実施例では、このような場合に、蓄圧タンク５１内のＥＧＲガスを吸気系１０に供給することにより、ＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量になるように調整（制御）している。

すなわち、目標ＥＧＲ量に対する追従が遅れた場合などのように、実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量よりも少ない場合には、実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量になるように流量調整弁５２を調整することにより、蓄圧タンク５１から吸気系１０に供給される排気（ＥＧＲガス）の量を調整（制御）して、蓄圧タンク５１内のＥＧＲガスを吸気系１０に供給するものである。

ここで、流量調整弁５２の調整は、流量調整弁５２の弁開度を変更することにより行われるもので、目標ＥＧＲ量と実際のＥＧＲ量との差に基づいた、流量調整弁５２の開度の変更（調整）量を予め実験等により算出してＥＣＵのＲＯＭに記憶させている。

図２は、本実施例における吸入空気量及びＥＧＲ量の制御を説明するためのフローチャート図である。

まず、ステップＳ１０１では、エンジン１の運転状態を反映する各種情報（例えば、エンジン回転数や、アクセル開度など）を取得する。続いてステップＳ１０２においては、ステップＳ１０１で取得された情報（エンジン回転数とアクセル開度など）に基づいて、燃料噴射量を算出する。ここで、燃料噴射量は、エンジン回転数とアクセル開度とをパラメータとして用いたマップの形でＥＣＵのＲＯＭに記憶しておくとよい。

続くステップＳ１０３では、ステップＳ１０１において取得されたエンジン回転数と、ステップＳ１０２で算出された燃料噴射量とに基づいて、目標吸入空気量と目標ＥＧＲ量との値が算出される。

続くステップＳ１０４においては、実際の吸入空気量と、実際のＥＧＲ量とを検出している。

そして、続くステップＳ１０５において、検出された実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較し、実際の吸入空気量が目標吸入空気量になるように、ＥＧＲ弁３２と吸気絞り弁１４とのうち少なくともいずれかの開度を調整する。

続くステップＳ１０６においては、検出された実際のＥＧＲ量と目標ＥＧＲ量とを比較し、実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量以下である場合には、実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量になるように、流量調整弁５２を制御することにより、蓄圧タンク５１内のＥＧＲガスを吸気系１０に供給する。

ここで、ステップＳ１０４において、実際の吸入空気量と、実際のＥＧＲ量とを検出しているが、ステップＳ１０４の代わりにステップＳ１０４’として、実際の吸入空気量のみを検出することにしてもよい。この場合には、ステップＳ１０４’に続くステップＳ１０５とステップＳ１０６との間に、実際のＥＧＲ量を検出するステップをステップＳ１０５’として設けるとよい。すなわち、図２に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１０３の後は、ステップＳ１０４’→ステップＳ１０５→ステップＳ１０５’→ステップＳ１０６としてもよい。

このように、ＥＧＲ弁３２と吸気絞り弁１４とのうち少なくともいずれかの開度を調整することにより吸入空気量を目標吸入空気量とし、実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量以下である場合には、実際のＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量になるように、流量調整弁５２を制御することにより、吸入空気量およびＥＧＲ量を従来よりも精度よく、かつ、目標値に対する応答性を向上させて制御することが可能となる。吸入空気量およびＥＧＲ量の応答性を向上させることができるので、燃焼の安定性を向上させることが可能となる。また、予混合圧縮自着火燃焼を高負荷運転領域において行う場合、従来では、排気が還流し難く、ＥＧＲ量を増加させることが困難となって、気筒内の酸素量が過剰となり、また、気筒の温度を抑制できないことにより、過早着火が起こってしまう可能性があったが、本実施例によれば、このような高負荷運転領域においても、蓄圧タンク５１内のＥＧＲガスを吸気系１０に供給することによってＥＧＲ量を増加させて、ＥＧＲ量を目標値にすることができるので、予混合圧縮自着火燃焼を行うことが可能な領域を拡大することができる。

（実施例２）
図３は、本発明の実施例２に係るエンジン１’の概略構成を示す図である。なお、実施例１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

実施例１で示したエンジン１において、第２の排気還流通路５０は、ターボチャージャ４０の上流側に接続され、ターボチャージャ４０より上流側の排気の一部を還流させている。これに対して本実施例に係るエンジン１’においては、第２の排気還流通路５０をターボチャージャ４０の下流側に接続するもので、ターボチャージャ４０を流通した後の排気の一部を還流させるものである。

ここで、ターボチャージャ４０の下流側では、排気圧力は低下しているので、本実施例においては、ターボチャージャ４０の下流側の排気の一部を圧縮する圧縮手段として圧縮装置５４を設け、圧縮装置５４により圧縮された排気を蓄圧タンク５１に蓄圧するようにしている。

このように構成することにより、ターボチャージャ４０に流入する排気の流量に及ぼす影響を無くすことができる。したがって、蓄圧タンク５１に排気の一部を貯蔵する場合の、過給圧への影響を無くすことが可能となる。

（実施例３）
図４は、本発明の実施例３における吸入空気量及びＥＧＲ量の制御を説明するためのフローチャート図である。予混合圧縮自着火燃焼においては、燃料の特性、例えば着火性によっても、着火・燃焼が大きく影響を受けることとなる。そこで、本実施例では、実施例１で説明した制御に加えて、さらに、燃料の着火性を考慮して吸入空気量及びＥＧＲ量を制御するものである。燃料の着火性として、本実施例では、燃料のセタン価を用いている。すなわち、燃料のセタン価が変化した時に、目標吸入空気量および目標ＥＧＲ量を燃料のセタン価に応じて補正するものである。

図４に示すフローチャートにおいては、実施例１で説明した図２に示すフローチャートに対して、ステップＳ１０３とステップＳ１０４との間に、燃料のセタン価により補正を行うステップが設けられている。すなわち、ステップＳ１０３に続くステップＳ２０１において、燃料のセタン価を検出する。これは、燃料のセタン価を検出するセタン価検出手段によるものである。

そして、ステップＳ２０１に続くステップＳ２０２において、ステップＳ２０１で検出された燃料のセタン価に応じて、ステップＳ１０３で算出された目標吸入空気量および目標ＥＧＲ量の補正を行い、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４以降は、図２で説明したステップ同様、吸入空気量およびＥＧＲ量を、それぞれ補正された目標吸入空気量および目標ＥＧＲ量となるように制御している。

このように、燃料の特性を検出する手段を設け、燃料の特性に応じて、目標吸入空気量および目標ＥＧＲ量を補正することにより、燃焼状態をより安定させることが可能となる。

本発明の実施例１に係る内燃機関としてディーゼルエンジンの概略構成を示す図。 本発明の実施例１において吸入空気量およびＥＧＲ量の制御を示すフローチャート図。 本発明の実施例２に係る内燃機関としてディーゼルエンジンの概略構成を示す図。 本発明の実施例３において吸入空気量およびＥＧＲ量の制御を示すフローチャート図。

符号の説明

１ エンジン
２ 気筒（燃焼室）
３ ピストン
４ コンロッド
５ 燃料噴射弁
１０ 吸気系
１１ 吸気弁
１２ 吸気ポート
１３ 吸気通路
１４ 吸気絞り弁
１５ インタークーラ
１６ エアフロメータ
２０ 排気系
２１ 排気弁
２２ 排気ポート
２３ 排気通路
２４ 排気浄化装置
３０ ＥＧＲ通路
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲ弁
４０ ターボチャージャ
４１ シャフト
４２ タービンホイール
４３ コンプレッサホイール
５０ 第２の排気還流通路
５１ 蓄圧タンク
５２ 流量調整弁
５３ 切り替え弁
５４ 圧縮装置

Claims (2)

1. 内燃機関の排気系から吸気系に排気の一部を還流させる排気還流通路と、
   前記排気還流通路内を還流する排気の量を変更するとともに、内燃機関に吸入される空気の量を変更する変更手段と、
   前記変更手段により変更され、前記排気還流通路内を通って吸気系に還流する排気の量を検出または推定する排気還流量検出手段と、
   を備え、
   吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮自着火燃焼を行う予混合圧縮自着火内燃機関において、
   機関の排気系から排気の一部を蓄圧する蓄圧手段と、
   前記蓄圧手段に蓄圧された排気を吸気系に供給する供給手段と、
   前記排気還流量検出手段により検出または推定された排気の量が目標値以下の場合に、前記蓄圧手段に蓄圧された排気を前記供給手段により吸気系に供給させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする予混合圧縮自着火内燃機関。
2. 内燃機関に吸入される空気の量を検出または推定する吸入空気量検出手段と、
   内燃機関の運転状態に基づいて、予混合圧縮自着火燃焼が行われるように、前記排気還流通路内を還流する排気の量、および、内燃機関に吸入される空気の量それぞれの目標値を設定する設定手段と、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記吸入空気量検出手段により検出または推定される吸入空気量が、前記設定手段により設定された目標値となるように前記変更手段を制御するとともに、
   前記排気還流量検出手段により検出または推定された排気の量が、前記設定手段により設定された目標値以下の場合に、該排気の量が該目標値となるように、前記供給手段により前記蓄圧手段に蓄圧された排気を吸気系に供給させることを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮自着火内燃機関。

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