JP2006046118A - 内燃機関およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気還流量が目標量から外れてしまっても、ドライバビリティを良好に保つことができる内燃機関およびその制御方法の提供を目的とする。
【解決手段】 内燃機関１は、吸気ポート４内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタ１０ｐと、燃焼室２内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタ１０ｃと、燃焼室２からの排気ガスを給気管１２に還流させるための排気還流管１８とを有し、燃焼室２内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する。内燃機関１のＥＣＵ５０は、排気還流管１８を介して給気管１２に排気ガスを還流させつつ、ポート噴射用インジェクタ１０ｐから吸気ポート４内に燃料を噴射させて均質燃焼運転を実行する際にも、筒内噴射用インジェクタ１０ｃから所定量の燃料を噴射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼室内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関およびその制御方法に関し、特に、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、燃焼室からの排気ガスを吸気系統に還流させる排気還流手段とを有する内燃機関およびその制御方法に関する。

従来から、排気ガスを吸気系統に還流させる排気還流系統を備えると共に、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとを有する内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この内燃機関では、ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射と筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射との切り換え時に、排気還流量を制御する制御弁を介した排気ガスの還流量の増減遅れが検出される場合、ポート噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタの双方による燃料噴射が実行されるか、あるいは、ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射と筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射との切り換えが禁止される。これにより、ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射と筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射との切り換えに起因して排気還流量が目標量から外れてしまっても、失火の発生やＮＯｘの発生が抑制される。

特開平７−１０３０４９号公報

しかしながら、排気還流系統を備えた内燃機関では、ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射と筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射との切り換え時以外にも、排気還流量が目標量から外れてしまうことがある。例えば、減速時には、いわゆる応答遅れにより実際の排気還流量と目標量とのズレが大きくなってしまうことがある。また、リーンバーンエンジンでは、排気還流量が過剰になると、失火が発生し易くなりがちである。従って、排気還流系統を備えた内燃機関には、排気還流量が目標量から外れてしまうことに起因する失火等を確実に抑制してドライバビリティを良好に保つという点に関して、尚改善の余地が残されている。

そこで、本発明は、排気還流量が目標量から外れてしまっても、ドライバビリティを良好に保つことができる内燃機関およびその制御方法の提供を目的とする。

本発明による内燃機関の制御装置は、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、燃焼室からの排気ガスを吸気系統に還流させる排気還流手段とを有し、燃焼室内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、排気還流手段によって吸気系統に還流される排気ガスの目標量を設定する排気還流制御手段と、ポート噴射用インジェクタから吸気ポート内に燃料を噴射させて均質燃焼運転を実行する際に、筒内噴射用インジェクタから所定量の燃料を噴射させる燃料噴射制御手段とを備えることを特徴とする。

この内燃機関では、排気還流手段を用いて吸気系統に排気ガスを還流させつつ、ポート噴射用インジェクタから吸気ポート内に燃料を噴射させて均質燃焼運転を実行する際に、筒内噴射用インジェクタからも所定量（比較的少量）の燃料が噴射される。これにより、例えば均質燃焼運転の実行中に何らかの理由によって排気還流手段による排気還流量が目標量から外れたとしても、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料が燃焼室内で点火されて燃焼するので、燃焼室内の燃焼状態を安定化させて失火を確実に抑制することができる。従って、この内燃機関では、排気還流量が目標量から外れてしまったとしても、ドライバビリティを良好に保つことができる。そして、筒内噴射用インジェクタからは、燃焼室内の点火プラグの周辺に火種を形成するように燃料が噴射されると好ましい。これにより、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料を確実に点火・燃焼させることが可能となる。

この場合、燃料噴射制御手段は、内燃機関の運転状態に基づいて筒内噴射用インジェクタから噴射させる燃料の基本量である基本筒内噴射量を算出すると共に、燃焼室内に目標量を超えて過剰に供給されてしまう排気ガスの量に基づいて当該基本筒内噴射量を補正することにより、筒内噴射用インジェクタから噴射させる燃料の目標量を得ると好ましい。

また、燃料噴射制御手段は、均質燃焼運転の実行中の減速過渡時に筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を増加させると好ましい。

すなわち、高負荷状態から内燃機関の回転速度が減速される減速過渡時には、排気還流手段による排気還流量が過多となりがちである。これに対して、均質燃焼運転の実行中の減速過渡時に、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を増加させることにより、燃焼室内における排気ガスの量が過剰になったとしても、燃焼室内の点火および燃焼状態を安定化させて失火を確実に抑制することが可能となる。

更に、本発明による内燃機関は、燃焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブと、排気還流手段による排気ガスの還流量が所定値を上回る場合に、スロットルバルブの開度を調整する手段とを更に備えると好ましい。

燃焼室内における排気ガスの量が過剰になると、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を増加させても、燃焼室内で失火が発生してしまうこともあり得る。従って、排気還流手段による排気ガスの還流量が所定値を上回る（上回ると推定される）場合には、スロットルバルブを介して燃焼室に供給される空気の供給量を調整することにより、燃焼室内の点火および燃焼状態を安定化させて失火を確実に抑制することが可能となる。

この場合、燃料噴射制御手段は、スロットルバルブの開度に応じて、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を調整すると好ましい。

このような構成を採用すれば、燃焼室内における排気ガスの量が過剰になってしまったとしても、燃焼室内の点火および燃焼状態を良好に安定化させて失火を極めて確実に抑制することが可能となる。

本発明による内燃機関の制御方法は、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、燃焼室からの排気ガスを吸気系統に還流させる排気還流手段とを有し、燃焼室内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御方法において、排気還流手段を用いて吸気系統に排気ガスを還流させつつ、ポート噴射用インジェクタから吸気ポート内に燃料を噴射させて均質燃焼運転を実行する際に、筒内噴射用インジェクタから所定量の燃料を噴射させることを特徴とする。

本発明によれば、排気還流量が目標量から外れてしまっても、ドライバビリティを良好に保つことができる内燃機関の制御装置および制御方法の実現が可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明による内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、車両用の多気筒内燃機関（例えば、４気筒内燃機関、ただし、図１には１気筒のみが示される。）として構成されており、各燃焼室２内での混合気の燃焼によりピストン３を往復移動させて、クランクシャフトＳから動力を得るものである。なお、ここでは、内燃機関１は、いわゆるガソリンエンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明がディーゼルエンジンにも適用され得ることはいうまでもない。

図１に示されるように、各燃焼室２に連なる吸気ポート４は、吸気マニホールドを介して吸気管６にそれぞれ接続され、各燃焼室２に連なる排気ポート５は、排気マニホールドを介して排気管７にそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポート４を開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポート５を開閉する排気弁Ｖｅとが燃焼室２ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、動弁機構８によって開閉させられ、この動弁機構８は、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅの少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させることができる可変バルブタイミング機構（開弁特性設定手段）を含む。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ９を有し、点火プラグ９は、対応する燃焼室２内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。

また、内燃機関１は、筒内噴射用インジェクタ１０ｃを気筒数に応じた数だけ有している。各筒内噴射用インジェクタ１０ｃは、ガソリン等の燃料を対応する燃焼室２の内部、すなわち、点火プラグ９の周辺に直接噴射可能なものであり、燃料供給管を介してガソリン等の液体燃料を貯留する燃料タンク（何れも図示省略）に接続されている。加えて、内燃機関１は、図１に示されるように、複数のポート噴射用インジェクタ１０ｐを気筒数に応じた数だけ有している。各ポート噴射用インジェクタ１０ｐは、ガソリン等の燃料を対応する吸気ポート４の内部に噴射可能なものであり、図示されない燃料供給管を介してガソリン等の液体燃料を貯留する上記燃料タンクに接続されている。筒内噴射用インジェクタ１０ｃは、燃焼室２ごとに少なくとも１体ずつ備えられ、ポート噴射用インジェクタ１０ｐも、吸気ポート４ごとに少なくとも１体ずつ備えられる。

一方、吸気管６は、図１に示されるように、サージタンク１１に接続されている。このサージタンク１１は、給気管１２を介してエアクリーナ１４に接続されており、吸入空気中のゴミや塵等は、エアクリーナ１４によって除去される。また、給気管１２の中途には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ１５が設置されている。本実施形態では、スロットルバルブ１５として、アクセルペダルＡＰの操作量（踏込量）を検出するアクセル位置センサ１５ａ、スロットルバルブ１５を開閉するためのスロットルモータ１５ｂおよびスロットルバルブ１５の開度を検出するスロットル開度センサ１５ｃを含む電子制御式スロットルバルブが採用されている。更に、給気管１２には、エアクリーナ１４に流入した空気の量を求めるための吸気量センサ１３と、スロットルバルブ１５に流入する空気の量を求めるための吸気量センサ１６とが配置されている。なお、吸気量センサ１３および１６としては、エアフローメータや圧力センサが利用される。

また、排気管７は、図１に示されるように、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む触媒装置１７に接続されており、この触媒装置１７において各燃焼室２からの排気ガスが浄化される。更に、排気管７からは、触媒装置１７の上流側において、排気還流系統（排気還流手段）を構成する排気還流管１８が分岐されている。排気還流管１８は、その中途に排気ガスの還流量を調節するためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recircu1ation）弁１９を有し、その先端は、内燃機関１の吸気系統を構成する給気管１２に接続されている。これにより、排気還流管１８を介して、各燃焼室２からの排気ガス（ＥＧＲガス）を給気管１２へと還流させることが可能となる。

更に、上述の内燃機関１は、高出力化と低燃費化との双方を達成できるよう、過給機（ターボチャージャ）２０を備えている。過給機２０は、図１に示されるように、タービンインペラ（タービン要素）２１と、圧縮機インペラ（圧縮機要素）２２とを含む。タービンインペラ２１と圧縮機インペラ２２とは、回転軸２３により互いに連結されて一体化している。図１に示されるように、タービンインペラ２１は、排気管７と触媒装置１７との間に組み込まれたケーシングの内部に回転自在に配置されている。圧縮機インペラ２２は、給気管１２のエアクリーナ１４とスロットルバルブ１５との間に組み込まれたケーシングの内部に回転自在に配置されている。これにより、各燃焼室２からの排気ガスによって回転させられるタービンインペラ２１により圧縮機インペラ２２を回転駆動することが可能となり、圧縮機インペラ２２により、エアクリーナ１４を介して吸入れられた空気を圧縮（過給）することができる。

更に、内燃機関１は、給気管１２に組み込まれたインタークーラ２４を含む。本実施形態において、インタークーラ２４は、給気管１２と排気還流管１８との合流部と、スロットルバルブ１５との間に位置するように給気管１２に組み込まれている。インタークーラ２４は、圧縮機インペラ２２によって圧縮されて昇温した吸入空気（および排気還流管１８からの排気ガス）を冷却することにより、充填効率を向上させるものである。インタークーラ２４としては、例えば空冷式または液冷式の熱交換器が採用される。

また、給気管１２には、過給機２０（圧縮機インペラ２２）の上流側と下流側とをバイパスする流路２５が設けられており、この流路２５は、その中途に設けられたエアバイパス弁２６によって開閉される。エアバイパス弁２６としては、電気的に開閉制御し得るバルブが用いられるとよく、圧縮機インペラ２２の下流側の圧力が上流側の圧力よりも所定値だけ高まった際に開弁する機械式一方向弁が用いられてもよい。

そして、上述の内燃機関１は、制御手段として機能する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５０を含む。ＥＣＵ５０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および各種情報やマップ等が記憶される記憶装置等を含むものである。このＥＣＵ５０の入出力ポートには、上述の動弁機構８、各点火プラグ９、各インジェクタ１０ｃ，１０ｐ、アクセル位置センサ１５ａ、スロットルモータ１５ｂ、スロットル開度センサ１５ｃ、吸気量センサ１３，１６、ＥＧＲ弁１９、エアバイパス弁２６、更には、クランク角センサ２７等が接続されている。ＥＣＵ５０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に、各種センサの検出値等に基づいて、動弁機構８、点火プラグ９、インジェクタ１０ｃおよび１０ｐ、スロットルバルブ１５、ＥＧＲ弁１９等を制御する。

さて、上述のように構成される内燃機関１では、上面に凹部３ａを有するいわゆる深皿頂面型のピストン３が採用されている。これにより、燃焼室２内に空気（ＥＧＲガスを含む）を大量に吸入させた状態で、筒内噴射用インジェクタ１０ｃからピストン３の凹部３ａに向けてガソリン等の燃料を直接噴射することにより、点火プラグ９の近傍に周囲の空気層と分離された状態で燃料と空気との混合気（希薄混合気）の層を形成（成層化）することができる。

また、上述のように、内燃機関１は、燃焼室２ごとにポート噴射用インジェクタ１０ｐを有している。従って、吸気ポート４内の空気（ＥＧＲガスを含む）に対してポート噴射用インジェクタ１０ｐから燃料を噴射させることにより、各燃焼室２の全体に均一な混合気（希薄混合気）を形成（均質化）することも可能である。このため、内燃機関１では、予め定められた運転領域（成層燃焼運転領域）において、主として筒内噴射用インジェクタ１０ｃを用いた成層燃焼運転が実行される一方、予め定められた他の運転領域（均質燃焼運転領域）において、主としてポート噴射用インジェクタ１０ｐを用いた均質燃焼運転が実行される。

更に、内燃機関１では、その運転中に、機関回転数Ｎｅと、アクセル位置センサ１５ａによって検出されるアクセルペダルＡＰの操作量（負荷ＫＬ）とに基づいてＥＧＲ弁１９の開度が制御される。すなわち、内燃機関１のＥＣＵ５０は、所定のマップから、クランク角センサ２７からの信号に基づいて取得される機関回転数Ｎｅと、アクセル位置センサ１５ａによって検出されるアクセルペダルＡＰの操作量とに応じたＥＧＲ弁１９の目標開度を読み出し、ＥＧＲ弁１９の開度が当該目標開度になるようにＥＧＲ弁１９のアクチュエータ部に所定の制御信号を与える。ＥＧＲ弁１９の制御に用いられるマップは、燃焼室２内で混合気を点火・燃焼させて所望の出力を得るための各燃焼室２に対する排気還流量（目標ＥＧＲ量）が得られるように、機関回転数Ｎｅおよび負荷ＫＬ（アクセルペダルＡＰの操作量）と、ＥＧＲ弁１９の開度（目標ＥＧＲ量）との関係を規定するものである。

ここで、均質燃焼時における混合気の点火性（着火性）は、成層燃焼時における混合気の点火性に比較して一般に低下する。また、例えば高負荷状態から内燃機関１の回転速度が減速された場合（アクセルペダルＡＰの踏み込みが解除された場合）、排気還流管１８や給気管１２内には多量のＥＧＲガスが残留していることから、機関負荷ＫＬに応じたＥＧＲ弁１９の制御が実行されたとしても、ＥＧＲガスの量（以下、適宜「ＥＧＲ量」という）が図２において二点鎖線で示されるように速やかに変化（減少）することはなく、実際には、図２において実線で示されるように、目標量を上回る量のＥＧＲガスが各燃焼室２に供給されてしまう。

従って、例えば高負荷状態から内燃機関１の回転速度が減速される減速過渡時等には、排気還流管１８から各燃焼室２へと供給されるＥＧＲガスの量（排気還流量）が過多となりがちである。そして、混合気の点火性が低下する均質燃焼運転の実行中に排気還流量が目標量から外れてしまうと、失火の発生確率が高まり、ドライバビリティを低下させるおそれがある。このような現象は、特に、ＥＧＲガスの冷却を目的として、スロットルバルブ１５（インタークーラ２４）の上流側でＥＧＲガスを給気管１２の内部に導入する場合に顕著となる。

これらの点に鑑みて、内燃機関１では、各ポート噴射用インジェクタ１０ｐから吸気ポート４内に燃料を噴射させて均質燃焼運転を実行する際、ＥＣＵ５０によって図３に示される筒内噴射量決定ルーチンが実行され、均質燃焼運転の実行中に各筒内噴射用インジェクタ１０ｃからも図３のルーチンを経て決定される量の燃料が噴射される。ＥＣＵ５０は、所定時間おきに（例えばクランクシャフト１回転おきに）ＥＧＲ弁１９の開度制御と同期するように、図３のルーチンを繰り返し実行する。

この場合、ＥＣＵ５０は、まず、所定の記憶領域から前回の実ＥＧＲ量（前回のＥＧＲ弁１９の開度制御に伴って各燃焼室２内に実際に供給されたであろうＥＧＲガスの量〔推定値〕）を読み出すと共に、クランク角センサ２７からの信号（機関回転数Ｎｅ）とアクセル位置センサ１５ａからの信号（負荷ＫＬ）とに基づいて今回のＥＧＲ弁１９の開度制御に際して要求されているＥＧＲ量（今回の要求ＥＧＲ量＝目標ＥＧＲ量）を求める。そして、ＥＣＵ５０は、前回の実ＥＧＲ量から今回の要求ＥＧＲ量を減じることにより、両者の偏差である要求ＥＧＲ量偏差を算出する（Ｓ１０）。

Ｓ１０にて要求ＥＧＲ量偏差を求めると、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ遅れ時定数Ｃを算出する（Ｓ１２）。ＥＧＲ遅れ時定数Ｃは、ＥＧＲ弁１９の開度を変化させた際のＥＧＲ量の変化の応答遅れを示すものであり、内燃機関１の回転数の関数Ｆ_１（Ｎｅ)として算出可能なものである。Ｓ１２において、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ２７からの信号に基づいてその時点の機関回転数Ｎｅを取得すると共に、取得した機関回転数Ｎｅと予め定められている上記関数Ｆ_１（Ｎｅ)とを用いてＥＧＲ遅れ時定数Ｃを算出する。

次に、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０にて求めた要求ＥＧＲ量偏差とＳ１２にて求めたＥＧＲ遅れ時定数Ｃとに基づいて、ＥＧＲ弁１９の開度を変化させた際に各燃焼室２内に目標ＥＧＲ量を超えて過剰に供給されてしまうＥＧＲガスの量である過多ＥＧＲ量を算出する（Ｓ１４）。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、過多ＥＧＲ量を
過多ＥＧＲ量＝要求ＥＧＲ量偏差×（Ｃ−１）／Ｃ
として算出する（Ｓ１４）。Ｓ１４の処理の後、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０にて求めた今回の要求ＥＧＲ量に、Ｓ１４にて求めた過多ＥＧＲ量を加算することにより、今回のＥＧＲ弁１９の開度制御に際して各燃焼室２内に実際に供給されるであろうＥＧＲガスの量である実ＥＧＲ量（＝今回の要求ＥＧＲ量＋過多ＥＧＲ量）を算出し、上述の記憶領域に格納する（Ｓ１６）。

また、Ｓ１６にて実ＥＧＲ量を求めると、ＥＣＵ５０は、均質燃焼運転の実行中に各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射させる燃料の基本量である基本筒内噴射量Ｑ_ａを算出する（Ｓ１８）。ここで、基本筒内噴射量Ｑ_ａは、点火プラグ９の周囲に火種となる混合気の層を形成し得る程度の比較的少ない量であって、内燃機関１の運転状態、すなわち、機関回転数Ｎｅおよび機関負荷ＫＬの関数Ｆ_２（Ｎｅ，ＫＬ）として算出可能なものである。Ｓ１８において、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ２７からの信号に基づいてその時点の機関回転数Ｎｅを取得すると共に、アクセル位置センサ１５ａからの信号に基づいてその時点の機関負荷ＫＬを取得し、取得した機関回転数Ｎｅおよび機関負荷ＫＬと予め定められている上記関数Ｆ_２（Ｎｅ，ＫＬ）とを用いて基本筒内噴射量Ｑ_ａを算出する。

Ｓ１８にて基本筒内噴射量Ｑ_ａを算出すると、ＥＣＵ５０は、主としてＳ１４にて算出された過多ＥＧＲ量に応じて基本筒内噴射量Ｑ_ａを補正することにより、目標筒内噴射量Ｑ_ｔを算出する（Ｓ２０）。本実施形態では、主として過多ＥＧＲ量に基づいて定められる補正係数Ｆ_３を基本筒内噴射量Ｑ_ａに乗じることにより、目標筒内噴射量Ｑ_ｔが算出される。補正係数Ｆ_３は、Ｓ１４にて算出される過多ＥＧＲ量、内燃機関１の回転数Ｎｅおよび負荷ＫＬの関数Ｆ_３（過多ＥＧＲ量、Ｎｅ，ＫＬ）として算出可能なものである。Ｓ２０において、ＥＣＵ５０は、Ｓ１４にて算出した過多ＥＧＲ量、その時点の機関回転数Ｎｅおよび機関負荷ＫＬ（スロットル開度）と、予め定められている上記関数Ｆ_３とを用いて目標筒内噴射量Ｑ_ｔを算出する。本実施形態において、関数Ｆ_３は、基本的に、過多ＥＧＲ量が多い程、目標筒内噴射量Ｑ_ｔが多くなるように予め定められる。

このようにして目標筒内噴射量Ｑ_ｔを算出すると、ＥＣＵ５０は、所定のタイミングで各燃焼室２内に燃料が目標筒内噴射量Ｑ_ｔだけ噴射されるように、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃに所定の制御信号を与える。これにより、内燃機関１の均質燃料運転が実行されている場合であっても、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから、各燃焼室２内の点火プラグ９の周辺に燃料が噴射されることになる。

この結果、均質燃焼運転の実行中に何らかの理由によって排気還流管１８から各燃焼室２へと供給される排気還流量（ＥＧＲ量）が目標ＥＧＲ量から外れたとしても、各点火プラグ９の周辺には火種を形成するように筒内噴射用インジェクタ１０ｃから燃料が噴射されることから、筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射された燃料を確実に点火・燃焼させることが可能となる。従って、内燃機関１では、均質燃焼運転の実行中に排気還流量が目標ＥＧＲ量から外れてしまったとしても、各燃焼室２内の燃焼状態を安定化させて失火を確実に抑制し、ドライバビリティを良好に保つことが可能となる。

また、上述のように、図３の筒内噴射量決定ルーチンが実行されることにより、均質燃料運転の実行中に各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射させるべき燃料の量である目標筒内噴射量Ｑ_ｔは、内燃機関１の運転状態、すなわち、機関回転数Ｎｅや機関負荷ＫＬに応じて定まる基本筒内噴射量Ｑ_ａを主として過多ＥＧＲ量に応じて補正することにより算出され、過多ＥＧＲ量が多いほど増量されることになる（Ｓ２０）。

従って、排気還流管１８から各燃焼室２へと供給されるＥＧＲガスの量（排気還流量）が過剰になる上述の減速過渡時には、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射させるべき燃料の量である目標筒内噴射量Ｑ_ｔが増量させられ、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量は図２に示されるように増加させられる。この結果、内燃機関１では、均質燃焼運転の実行中の減速過渡時に各燃焼室２内におけるＥＧＲ量が過剰になってしまったとしても、各点火プラグ９の周辺には火種を形成するように筒内噴射用インジェクタ１０ｃから充分な量の燃料が噴射されることから、各燃焼室２内の点火および燃焼状態を安定化させて失火を確実に抑制することが可能となる。

図４は、上述の内燃機関１の均質燃焼運転中に実行され得る他の筒内噴射量決定ルーチンを説明するためのフローチャートである。

図４のルーチンも、各ポート噴射用インジェクタ１０ｐから吸気ポート４内に燃料を噴射させて均質燃焼運転を実行する際に、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射させるためのものであり、所定時間おきに（例えばクランクシャフト１回転おきに）ＥＧＲ弁１９の開度制御と同期するように、ＥＣＵ５０によって繰り返し実行される。

この場合も、ＥＣＵ５０は、まず、所定の記憶領域から前回の実ＥＧＲ量を読み出すと共に、クランク角センサ２７からの信号（機関回転数Ｎｅ）とアクセル位置センサ１５ａからの信号（負荷ＫＬ）とに基づいて今回のＥＧＲ弁１９の開度制御に際して要求されているＥＧＲ量（今回の要求ＥＧＲ量＝目標ＥＧＲ量）を求め、前回の実ＥＧＲ量から今回の要求ＥＧＲ量を減じることにより、要求ＥＧＲ量偏差を算出する（Ｓ３０）。更に、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ２７からの信号に基づいて機関回転数Ｎｅを取得すると共に、取得した機関回転数Ｎｅと予め定められている関数Ｆ_１（Ｎｅ)とを用いてＥＧＲ遅れ時定数Ｃを算出する（Ｓ３２）。

次に、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０にて求めた要求ＥＧＲ量偏差とＳ３２にて求めたＥＧＲ遅れ時定数Ｃとに基づいて、ＥＧＲ弁１９の開度を変化させた際に各燃焼室２内に目標ＥＧＲ量を超えて過剰に供給されてしまうＥＧＲガスの量である過多ＥＧＲ量を、
過多ＥＧＲ量＝要求ＥＧＲ量偏差×（Ｃ−１）／Ｃ
として算出する（Ｓ３４）。Ｓ３４の処理の後、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０にて求めた今回の要求ＥＧＲ量に、Ｓ３４にて求めた過多ＥＧＲ量を加算することにより、今回のＥＧＲ弁１９の開度制御に際して各燃焼室２内に実際に供給されるであろうＥＧＲガスの量である実ＥＧＲ量を算出し、上述の記憶領域に格納する（Ｓ３６）。

Ｓ３６にて今回の実ＥＧＲ量を求めると、ＥＣＵ５０は、実ＥＧＲ量から予め定められた閾値αを減じた値δを算出すると共に、値δがゼロを上回っているか否か判定する（Ｓ３８）。ここで、閾値αは、筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量を増加させるだけでは燃焼室２における燃焼状態を安定化させることが実質的に困難となる場合のＥＧＲ量であり、内燃機関１の回転数Ｎｅおよび負荷ＫＬの関数〔α（Ｎｅ，ＫＬ）〕として算出可能なものである。従って、本実施形態において、ＥＣＵ５０は、値δの算出に先立って、その時点の機関回転数Ｎｅおよび機関負荷ＫＬと上記関数を用いて閾値αを求める。

Ｓ３８にて値δがゼロを上回っていると判断される場合、各燃焼室２におけるＥＧＲ量が過剰なため、筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量を増加させたとしても、筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射された燃料を確実に点火・燃焼させられないおそれがある。このため、Ｓ３８にて肯定判断を行った場合、ＥＣＵ５０は、筒内噴射用インジェクタ１０ｃから火種として噴射される燃料を確実に点火・燃焼させるべく、スロットルバルブ１５の開度の補正量を算出する（Ｓ４０）。

ここで、スロットルバルブ１５の開度の補正量は、内燃機関１の回転数Ｎｅおよび負荷ＫＬ並びに値δの関数Ｆ_０（Ｎｅ，ＫＬ，δ）として算出可能なものである。Ｓ４０において、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ２７からの信号に基づいて機関回転数Ｎｅを取得すると共に、アクセル位置センサ１５ａからの信号に基づいて機関負荷ＫＬを取得し、取得した機関回転数Ｎｅおよび機関負荷ＫＬ、Ｓ３８にて求めた値δ、並びに上記関数Ｆ_０（Ｎｅ，ＫＬ，δ）とを用いてスロットルバルブ１５の開度の補正量を算出する。本実施形態において、関数Ｆ_０は、基本的に、値δが小さくなるほどスロットルバルブ１５の開度の変化を遅らせるように定められる。そして、ＥＣＵ５０は、得られた補正量だけスロットルバルブ１５の開度が変化するようにスロットルモータ１５ｂに所定の制御信号を与える。

一方、Ｓ３８にて値δがゼロ以下であると判断される場合、スロットルバルブ１５の開度を調整しなくても筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射された燃料を確実に点火・燃焼させることができるとみなされる。従って、Ｓ３８にて否定判断がなされた場合、Ｓ４０の処理はスキップされる。そして、Ｓ３８にて否定判断を行った後、あるいは、Ｓ４０の処理の後、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ２７からの信号に基づいてその時点の機関回転数Ｎｅを取得すると共に、アクセル位置センサ１５ａからの信号に基づいてその時点の機関負荷ＫＬを取得し、取得した機関回転数Ｎｅおよび機関負荷ＫＬと予め定められている関数Ｆ_２（Ｎｅ，ＫＬ）とを用いて基本筒内噴射量Ｑ_ａを算出する（Ｓ４２）。

更に、ＥＣＵ５０は、主としてＳ３４にて算出された過多ＥＧＲ量に応じて基本筒内噴射量Ｑ_ａを補正することにより、目標筒内噴射量Ｑ_ｔを算出する（Ｓ４４）。Ｓ４４において、ＥＣＵ５０は、Ｓ３４にて算出した過多ＥＧＲ量、その時点の機関回転数Ｎｅおよび機関負荷ＫＬ（スロットル開度）と、予め定められている関数Ｆ_３とを用いて目標筒内噴射量Ｑ_ｔを算出する。このようにして目標筒内噴射量Ｑ_ｔを算出すると、ＥＣＵ５０は、所定のタイミングで各燃焼室２内に燃料が目標筒内噴射量Ｑ_ｔだけ噴射されるように、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃに所定の制御信号を与える。これにより、内燃機関１の均質燃料運転が実行されている場合であっても、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから、各燃焼室２内の点火プラグ９の周辺に燃料が噴射されることになる。

この結果、図４の筒内噴射量決定ルーチンが実行されても、均質燃焼運転の実行中に排気還流管１８から各燃焼室２への排気還流量が目標ＥＧＲ量から外れたとしても、各点火プラグ９の周辺には火種を形成するように筒内噴射用インジェクタ１０ｃから燃料が噴射される。また、図４の筒内噴射量決定ルーチンが実行された場合も、均質燃料運転中の目標筒内噴射量Ｑ_ｔは過多ＥＧＲ量が多いほど増量されるので（Ｓ４４）、高負荷状態から内燃機関１の回転速度が減速される減速過渡時には、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量が図５に示されるように増加させられる。従って、図４の筒内噴射量決定ルーチンを採用しても、各燃焼室２内の点火および燃焼状態を安定化させて失火を確実に抑制することが可能となり、ドライバビリティを良好に保つことができる。

また、図４の筒内噴射量決定ルーチンのもとでは、排気還流管１８を介して各燃焼室２に供給されることになるＥＧＲ量すなわち実ＥＧＲ量が閾値αを越える場合（値δがゼロを上回る場合）、スロットルバルブ１５の開度の変化が遅らせられる。すなわち、高負荷状態から内燃機関１の回転速度が減速された場合であって、Ｓ３８にて実ＥＧＲ量が閾値αを越える場合と判断される場合には、図５に示されるように、スロットルバルブ１５の閉鎖動作が通常時（同図における二点鎖線参照）よりも遅らされ、それにより、各燃焼室２に対する空気供給量（酸素供給量）が増加させられる。このように、燃焼室２内におけるＥＧＲ量が過剰であり、筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量を増加させても、各燃焼室２内で失火が発生するおそれがある場合には、スロットルバルブ１５を介して各燃焼室２に供給される空気の供給量を調整することにより、各燃焼室２内の点火および燃焼状態を安定化させて失火を確実に抑制することが可能となる。

なお、図４の筒内噴射量決定ルーチンのもとで、Ｓ４０にてスロットルバルブ１５の開度の補正量が設定された場合、Ｓ４４では、ＥＣＵ５０により、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量すなわち目標筒内噴射量Ｑ_ｔがスロットルバルブ１５の開度に応じて調整されると好ましい。この場合、例えば排気還流管１８から各燃焼室２へと供給されるＥＧＲガスの量が過剰になる減速過渡時には、図５に示されるように、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射させるべき燃料の量である目標筒内噴射量Ｑ_ｔがスロットルバルブ１５の開度の減少に伴って徐々に増量させられることになる。これにより、各燃焼室２内におけるＥＧＲ量が過剰になってしまったとしても、各燃焼室２内の点火および燃焼状態を良好に安定化させて失火を極めて確実に抑制することが可能となる。

本発明による内燃機関を示す概略構成図である。 図１の内燃機関の動作を説明するためのタイムチャートである。 図１の内燃機関の均質燃焼運転中に実行される筒内噴射量決定ルーチンを説明するためのフローチャートである。 図１の内燃機関の均質燃焼運転中に実行され得る他の筒内噴射量決定ルーチンを説明するためのフローチャートである。 図４のルーチンが実行される場合の内燃機関の動作を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 燃焼室
３ ピストン
３ａ 凹部
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
９ 点火プラグ
１０ｃ 筒内噴射用インジェクタ
１０ｐ ポート噴射用インジェクタ
１２ 給気管
１５ａ アクセル位置センサ
１５ スロットルバルブ
１８ 排気還流管
１９ ＥＧＲ弁
２０ 過給機
５０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、前記燃焼室からの排気ガスを吸気系統に還流させる排気還流手段とを有し、前記燃焼室内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、
   前記排気還流手段によって前記吸気系統に還流される排気ガスの目標量を設定する排気還流制御手段と、
   前記ポート噴射用インジェクタから前記吸気ポート内に燃料を噴射させて均質燃焼運転を実行する際に、前記筒内噴射用インジェクタから所定量の燃料を噴射させる燃料噴射制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記筒内噴射用インジェクタから噴射させる燃料の基本量である基本筒内噴射量を算出すると共に、前記燃焼室内に前記目標量を超えて過剰に供給されてしまう排気ガスの量に基づいて当該基本筒内噴射量を補正することにより、前記筒内噴射用インジェクタから噴射させる燃料の目標量を得ることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記燃料噴射制御手段は、前記均質燃焼運転の実行中の減速過渡時に前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記燃焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブと、
   前記排気還流手段による排気ガスの還流量が所定値を上回る場合に、前記スロットルバルブの開度を調整する手段とを更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関。
5. 前記燃料噴射制御手段は、前記スロットルバルブの開度に応じて、前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を調整することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
6. 吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、前記燃焼室からの排気ガスを吸気系統に還流させる排気還流手段とを有し、前記燃焼室内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御方法において、
   前記排気還流手段を用いて前記吸気系統に排気ガスを還流させつつ、前記ポート噴射用インジェクタから吸気ポート内に燃料を噴射させて均質燃焼運転を実行する際に、前記筒内噴射用インジェクタから所定量の燃料を噴射させることを特徴とする内燃機関の制御方法。
   

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