JP2006274977A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気弁の開時期が上死点後であり、吸入空気の流速が上昇した際においても、失火等による燃焼不安定を防止し、安定した燃焼を行うことができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１において、運転条件によって吸気弁開時期を可変とする吸気弁開時期制御装置１８と、気筒内の燃焼状態を調整する手段とを備えた。そして、前記吸気弁開時期をピストン上死点後とした場合に、前記気筒内の燃焼状態を安定させるように燃焼状態を調整する。このことにより、失火等による燃焼不安定を防止し、安定した燃焼を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関においては、吸気弁の開閉時期を調整することで必要な運転条件を実現する必要がある場合がある。例えば、排気空燃比がリーンの際に排気中のＮＯｘを吸着するＮＯｘトラップ触媒においては、所定量ＮＯｘが堆積した時点でＮＯｘを脱離浄化する必要がある。通常その際には内燃機関の排気空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることで、還元雰囲気にしてＮＯｘを還元する。

そのための技術として特許文献１が開示されている。この従来技術によれば、吸排気弁の開閉時期を調整することができ、ポンピングロスなく吸入空気量を低減させることで、排気空燃比を目標値に制御することができるとしている。
特開２００１−１５９３６３号公報

しかし上記従来技術により、例えば吸気弁閉時期を遅角することで目標吸入空気量または目標排気空燃比を得る場合、通常の可変バルブタイミング機構では吸気弁閉時期にあわせて吸気弁開時期も遅角され、ピストン上死点後に吸気弁が開き始めるようになる。そのため、吸気弁開時期においては気筒内が負圧となり、吸気コレクタ内圧との差が大きくなることから吸入空気の流速が上昇する。その結果、圧縮工程中の冷却損失が増加し、気筒内の燃焼状態が不安定になるおそれがある。

そこで本発明では、吸気弁開時期がピストン上死点後である際にも、失火等による燃焼不安定を防止し、安定した燃焼が行える内燃機関を提供することを目的とする。

内燃機関において、運転条件によって吸気弁開時期を可変とする吸気弁開時期制御装置と、気筒内の燃焼状態を調整する手段とを備えた。そして、前記吸気弁開時期をピストン上死点後とした場合に、前記気筒内の燃焼状態を安定させるように燃焼状態を調整する。

本発明によれば、吸気弁開時期がピストン上死点後の際、吸入空気の流速が上昇した場合においても、気筒内の燃焼状態を調整することにより失火を防ぎ、安定した燃焼を行うことができる。

以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし８によって説明する。

図１は、第１の実施例における内燃機関（ここでは軽油を燃料とするディーゼルエンジンとする）１の制御装置の構成図である。図１において２は吸気通路であり、２ａは吸気コレクタ(マニホルド)である。その上流部には吸気絞り弁５、インタークーラ４およびターボチャージャ（以下「過給機」）３の吸気コンプレッサ３ａが配置されている。吸入された空気は、吸気コンプレッサ３ａによって過給された後、インタークーラ４で冷却される。そして冷却された空気は吸気絞り弁５を通過し、吸気通路２および吸気コレクタ２ａを経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。

次に、６は燃料噴射ポンプであり、７はコモンレール式燃料噴射装置、８は燃料噴射弁である。燃料噴射ポンプ６によって高圧化された燃料は、コモンレール式燃料噴射装置７に送られ、各気筒の燃料噴射弁８から燃焼室内へ直接噴射される。なお、燃料噴射弁８は燃料噴射量、噴射時期および噴射回数を任意に調整することができる。９、１０は排気通路およびＥＧＲ通路であり、燃焼室内に吸入された空気と噴射された燃料は圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路９へ流出する。そして、排気通路９へ流出した排気の一部が、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１０によりＥＧＲ弁１１を介して吸気側へ還流される。排気の残りは可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービン３ｂを通り、これを駆動する。排気通路９において、排気タービン３ｂのさらに下流部には、排気浄化装置としてのＮＯｘトラップ触媒１２が介装されている。

このＮＯｘトラップ触媒１２は、排気空燃比がリーン（酸素過剰状態）のときには流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチ（燃料過剰状態）または理論空燃比のときにはトラップしたＮＯｘを脱離浄化(還元)する。なお、本実施形態のＮＯｘトラップ触媒１２は、希金属などの酸化触媒（Ｐｔなどの希金属）を担持させており、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化することができるものとする。

空燃比センサ１３、クランク角センサ１４およびアクセル開度センサ１５が設けられ、これらはエンジンコントロールユニット(以下「ＥＣＵ」)１６に接続している。そして、空燃比センサ１３からは検知された排気空燃比ＡＦＲの信号が、クランク角センサ１４からは検出された機関回転速度Ｎｅの信号が、そしてアクセル開度センサ１５からは検出されたアクセル開度Ａｃｃの信号がそれぞれ入力される。またエアフローメータ１７から吸入空気量Ｑａｃの信号も入力される。

本実施形態では吸気弁開時期制御装置として可変バルブタイミング装置１８が設置されている。該可変バルブタイミング装置１８は吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角を変化させることにより、開弁期間は一定で、無段階に吸気弁の開弁時期と閉弁時期とを同時に変更することができる。なお、可変バルブタイミング装置１８の種類は特に制限なく、吸気弁の開時期を変更可能なものであれば公知のいずれの形式のものをも使用することができる。

ＥＣＵ１６は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁８によるメイン噴射およびこれに先立ってなされる少なくとも１回のパイロット噴射の噴射量、噴射時期制御および噴射回数のための燃料噴射弁８への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１１への開度指令信号および可変バルブタイミング装置１８への位相指令信号等を出力する。また、冷却水温センサ１９からは冷却水温信号がＥＣＵ１６に入力され、ＥＣＵ１６は冷却水温信号から機関温度Ｔｗを推定する。なお、機関温度Ｔｗの推定は、冷却水温センサ１９からの冷却水温信号に限らず、潤滑油温度センサからの潤滑油温度信号から、または冷却水温信号および潤滑油温度信号の両方によって行ってもよい。

ここで、ＥＣＵ１６はＮＯｘトラップ触媒１２にトラップされて堆積したＮＯｘの浄化（ＮＯｘ再生）、ＮＯｘトラップ触媒１２のＳＯｘ被毒によりこれに堆積したＳＯｘの浄化（ＳＯｘ再生）のための排気浄化制御も行う。

続いて、図２のフローチャートを用いて第１の実施形態での制御を説明する。

Ｓ１ではＥＣＵ１６が各センサから機関回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ、機関温度Ｔｗ、排気空燃比ＡＦＲおよび吸入空気量Ｑａｃの機関運転状態をそれぞれ読込む。そして、ＮＯｘトラップ触媒１２の浄化能力回復の要否、すなわちＮＯｘトラップ触媒の再生の要否について判断を行う(Ｓ２)。なお、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生の要否についての判断方法は、例えばＮＯｘトラップ触媒１２から排出されるＮＯｘ濃度を測定し、その値と他の運転条件等を参照することで行うものとする。ＮＯｘトラップ触媒１２に所定量のＮＯｘが堆積して、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生要求がある場合、すなわち再生モードであると判断した場合(Ｙ)はＳ３に進み、再生モードでない場合(Ｎ)はこの制御を終了する(ＥＮＤ)。

Ｓ３では、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生に適した機関運転状態に切り替えるための前段階として、吸入空気量Ｑａｃを調整するため、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角の目標位相角ＩＴを算出する。すなわちＮＯｘトラップ触媒１２の再生時には、排気空燃比ＡＦＭをリッチまたは理論空燃比の状態にするために前記位相角を遅らせ、充填効率を悪化させて内燃機関１の気筒内に供給する吸入空気量Ｑａｃを減少させるのである。このときの吸入空気量Ｑａｃの目標値は、機関負荷ＡＰＯや目標排気空燃比ＡＦＭｔなどによって決定される。

ところで、可変バルブタイミング装置１８によって吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角を遅角する結果、ピストン下降開始後、すなわちピストン上死点後に吸気弁が開き始めるようになるため、吸気弁開時期ＩＶＯにおいて気筒内が負圧となる。すなわち、気筒内と吸気コレクタ２ａ内との圧力差△Ｐが大きくなり、吸入空気の流速が上
昇してスワール強度が強くなる結果、該吸入空気によって気筒内の熱が奪われるなどして圧縮行程中の冷却損失が増大する。その冷却損失の増大により、図３のＬ１に示すように、パイロット噴射による燃焼(パイロット燃焼)によって気筒内の温度が十分に上昇せず、メイン噴射による燃焼(メイン燃焼)の失火等を招き、燃焼不安定になるおそれがある。そこで本実施形態では、パイロット噴射量を補正することで、図３のＬ２に示すように、メイン噴射による燃焼前の気筒内の温度(以下、この温度を圧縮端ガス温度とよぶ)を十分に上昇させることができ、メイン噴射による燃焼を安定して行うことができる。この補正したパイロット噴射量を補正パイロット噴射量Ｃｐと呼称することにする。

Ｓ４では、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する目標位相角ＩＴに応じて該補正パイロット噴射量Ｃｐを算出する。

補正パイロット噴射量Ｃｐの算出方法は、まず図４に示すＰＩＬＯＴ補正量基準値マップを用いてＰＩＬＯＴ補正量基準値Ｃｐｉを算出する。図４では吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角として、吸気弁開時期ＩＶＯを参照しているが、これは吸気弁閉時期ＩＶＣであっても吸気弁最大リフト時期であってもよい。このＰＩＬＯＴ補正量基準値マップは、吸気弁開時期ＩＶＯによる冷却損失を考慮し、その冷却損失に基づき圧縮端ガス温度および圧力の低下を防ぐことができるように、その特性が予め定められている。すなわち吸気弁開時期ＩＶＯが遅くなるほど、ＰＩＬＯＴ補正量を多くする。ＰＩＬＯＴ補正量基準値Ｃｐｉを算出したら、そのパイロット噴射量の補正をより正確なものにするため、他のパラメータによってＰＩＬＯＴ補正量基準値Ｃｐｉを補正する。すなわち、図５ないし７の補正係数マップを用いて補正係数ｋ１、ｋ２およびｋ３を算出する。図５は吸入空気温度Ｔａｉｒ、図６は吸入空気圧力Ｐａｉｒ、そして図７は機関温度Ｔｗによる補正係数マップである(吸入空気温度Ｔａｉｒおよび吸入空気圧力Ｐａｉｒは、エアフローメータ１７等から算出する)。図に示すように、吸入空気温度Ｔａｉｒが低いほど、補正係数ｋ１は大きく(図５)、吸入空気圧力Ｐａｉｒが高いほど、補正係数ｋ２は大きい(図６)。また、機関温度Ｔｗが低いほど、補正係数ｋ３は大きい(図７)。上記のようにＰＩＬＯＴ補正量基準値Ｃｐｉ、補正係数ｋ１、ｋ２およびｋ３を算出したら下式（１）により補正パイロット噴射量Ｃｐを算出する。

Ｃｐ＝Ｃｐｉ×ｋ１×ｋ２×ｋ３ ・・・（１）
ここでパイロット噴射は、図４に示すように補正パイロット噴射量Ｃｐに応じて、噴射回数を変更してもよい。すなわち通常(Ｎ)回のＰＩＬＯＴ噴射を行う場合において、ＰＩＬＯＴ補正量基準値Ｃｐｉが大きい場合にはＰＩＬＯＴの噴射回数を(Ｎ＋１)回にし、逆にＰＩＬＯＴ補正量基準値Ｃｐｉが小さい場合にはＰＩＬＯＴ噴射回数を(Ｎ−１)回にする。

本実施形態では、吸気弁開時期ＩＶＯと補正係数ｋ１、ｋ２およびｋ３から直接補正パイロット噴射量Ｃｐを算出している。これは、気筒内の燃焼状態に直接影響する冷却損失を、気筒内ガス温度や燃焼室壁面温度の測定などから推定または検知し、図８のように冷却損失からＰＩＬＯＴ補正基準値Ｃｐｉを算出して補正パイロット噴射量Ｃｐを求めてもよい。図に示すように、冷却損失が大きいほど、ＰＩＬＯＴ補正基準値Ｃｐｉは大きい。

Ｓ４においてＣｐを算出した後、Ｓ５ではＳ３で算出した目標位相角ＩＴとなるように、可変バルブタイミング装置１８にて位相角制御を行う。

また、Ｓ６ではＳ４で算出した補正パイロット噴射量Ｃｐに応じて、ＥＵＣ１６から燃料噴射弁８にパイロット噴射の噴射量についての燃料噴射指令信号を出力し、各気筒内へのパイロット噴射を行う。

そしてＳ７では算出した目標位相角ＩＴと補正パイロット噴射量ＣｐをＥＣＵ１６に内蔵のメモリに書き込み、この制御を終了する(ＥＮＤ)。

つまり本実施形態では、機関の運転状態からＮＯｘトラップ触媒１２の再生が必要か否か(再生モードか否か)を判断し、再生が必要であれば気筒内の燃焼状態を安定させるための制御を行う。ＮＯｘトラップ触媒１２の再生時においては、吸気弁閉時期ＩＶＣを遅らせて吸入空気量Ｑａｃを低減させる必要があるが、吸気弁開時期ＩＶＯも吸気弁閉時期ＩＶＣに伴って遅くなり、吸気弁開時期ＩＶＯがピストン上死点後になる。その際には、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生時に失火により燃焼が不安定になるおそれがあるため、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生時には失火を防ぐための制御が必要となる。

その制御では、まずＮＯｘトラップ触媒１２の再生に必要な吸入空気量Ｑａｃを算出し、その吸入空気量Ｑａｃを得られる吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角の目標位相角ＩＴを算出する。その後、該目標位相角ＩＴにおける気筒内の燃焼状態を適切に保つようにパイロット噴射の噴射量を算出する。さらにより正確な噴射量を算出するために吸入空気温度Ｔａｉｒ、吸入空気圧力Ｐａｉｒおよび機関温度Ｔｗで補正を行い、パイロット噴射補正量Ｃｐを決定する。すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生時の吸気弁開時期に合わせたパイロット噴射の噴射量を算出する。

次にＮＯｘトラップ触媒１２を再生するために吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角を目標位相角ＩＴに可変バルブタイミング制御装置１８を用いて制御し、パイロット噴射量も先に算出したパイロット噴射補正量Ｃｐに合わせて制御する。そのため、再生時の吸気弁開時期に応じたパイロット噴射がなされ、気筒内の燃焼状態を適切に保つことができる。

第１の実施形態の効果について説明する。

本発明によれば、吸気弁の作動特性を切り替えることで冷却損失が増加した場合においても、安定した燃焼を行えるように気筒内の燃焼状態を調整しているため、失火等による燃焼不安定を防止することができる。なお、本実施形態では吸気弁開時期ＩＶＯに応じて燃焼状態を調整しているが、上記実施形態の説明のとおり、吸気弁閉時期ＩＶＣや吸気弁最大リフト時期に応じて調整してもよい。また、気筒内ガス温度や燃焼室壁面温度の測定などから冷却損失を検知し、それに応じて燃焼状態を調整してもよい。

本実施形態では、燃料噴射量やスワール強度などの制御により圧縮端ガス温度および圧力を調整しているため、比較的容易に制御することができる。

ＮＯｘトラップ触媒１２を備えた内燃機関に本発明を適用することで、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生時に失火等による燃焼不安定を防止しつつ、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生を図ることができる。

本実施形態では、冷却損失に応じて適切にパイロット噴射の噴射量を制御することにより、気筒内の燃焼状態を調整するため、安定した燃焼を行えることはもちろんのこと、燃料消費量についても過剰に増加することがない。

本実施形態では、パイロット噴射の噴射量を制御することによって、気筒内の燃焼状態を調整している。パイロット噴射の噴射量を適切に調整することで、メイン噴射により十分に燃焼が起こるため、失火による燃焼不安定を防止しつつ、排気空燃比ＡＦＭをリッチにして、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生を図ることができる。なお、本実施形態ではパイロット噴射の噴射量を調整したが、パイロット噴射の噴射量は一定のまま、噴射回数を変更してもよい。または、パイロット噴射の噴射量および噴射回数の双方を変更してもよい。

ここでパイロット噴射の噴射量を、吸気弁開時期ＩＶＯが遅くなるほど、多くなるように調整しているため、気筒内の燃焼状態を安定に保つために必要な噴射量を確保できる。

また、本実施形態ではＰＩＬＯＴ補正量基準値Ｃｐｉを求めた後、吸入空気温度Ｔａｉｒ、吸入空気圧力Ｐａｉｒおよび機関温度Ｔｗによって補正することで、補正パイロット噴射量Ｃｐを算出し、気筒内にパイロット噴射を行っている。そのため、より精度よくパイロット噴射の噴射量および噴射回数を調整することができる。

本実施形態では、内燃機関１の機関温度Ｔｗを冷却水温度から推定してため、新しく温度センサを追加することなく内燃機関１の機関温度Ｔｗを簡易的に推定でき、製造上有利である。これは上述のように潤滑油温度から推定しても同様の効果を奏する。

次に第２の実施形態について図９ないし１９を用いて説明する。

図９は、第２の実施例における内燃機関１の制御装置の構成図であり、基本的な構成は第１の実施形態における内燃機関の構成図である図１と同様である。本実施形態においては、内燃機関１の吸気通路２内に気筒内のスワール強度を調整できる可変スワール制御装置２０が追加されている点で異なっている。

続いて、図１０のフローチャートを用いて第２の実施形態での制御を説明する。ただし、基本的な制御は図１の第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と異なるＳ４０、Ｓ５０、Ｓ７０およびＳ８０についてのみ説明する。

Ｓ３０において、吸入空気量Ｑａｃを調整するための吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角である目標位相角ＩＴを算出した後、Ｓ４０では現在の吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角での気筒内のスワール強度ＳＲｂと、該目標位相角ＩＴでの気筒内のスワール強度ＳＲｉとを算出する。

気筒内のスワール強度ＳＲｂと目標位相角ＩＴでのスワール強度ＳＲｉは、図１１に示すスワール強度基準値マップから、それぞれの吸気カムシャフトとクランクシャフトに対する位相角でのスワール強度基準値ＳＲ０、ＳＲ１を算出する。このスワール強度基準値マップは、吸気弁開時期ＩＶＯにおける冷却損失を考慮し、圧縮端ガス温度および圧力の低下を防ぐことができるように、その特性が予め定められている。ここで、図１１では吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角として吸気弁開時期ＩＶＯを参照しているが、これは吸気弁閉時期ＩＶＣであっても、吸気弁最大リフト時期であってもよい。スワール強度基準値ＳＲ０およびＳＲ１を算出したら図１２ないし１４の補正係数マップを用いて補正係数ｋ４、ｋ５およびｋ６を算出する。図１２は機関回転速度Ｎｅ、図１３は吸入空気温度Ｔａｉｒ、そして図１４は機関温度Ｔｗによる補正係数マップである。図に示すように、機関回転数Ｎｅが高いほど、補正係数ｋ４は小さくなり、吸入空気温度Ｔａｉｒが高いほど、補正係数ｋ５は小さくなる。同様に、機関温度Ｔｗが高いほど、補正係数ｋ６は小さくなる。上記のようにスワール強度基準値ＳＲ０、ＳＲ１および補正係数ｋ４、ｋ５およびｋ６を算出した後、下式（２）および（３）によりスワール強度ＳＲｂおよびＳＲｉを算出する。

ＳＲｂ＝ＳＲ０×ｋ４×ｋ５×ｋ６ ・・・（２）
ＳＲｉ＝ＳＲ１×ｋ４×ｋ５×ｋ６ ・・・（３）
本実施形態では、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角と補正係数とから直接スワール強度ＳＲｂおよびＳＲｉを算出している。しかしこれは、気筒内の圧縮端ガス温度および圧力に直接影響する冷却損失を、気筒内ガス温度や燃焼室壁面温度の測定などから推定または検知し、図１５のように冷却損失からスワール強度基準値ＳＲ０およびＳＲ１を算出してもよい。この際、冷却損失が大きいほど、スワール強度基準値は小さくなる。

また、図１６ないし１８に示すように、スワール強度ＳＲｂ、気筒内と吸気コレクタ(マニホルド)２ａ内との圧力差△Ｐおよび吸気弁開時期ＩＶＯから冷却損失を簡易的に推
定することが可能である。

図１６に示すように、冷却損失は気筒内のスワール強度が強いほど大きくなる。また、該スワール強度は気筒内と吸気コレクタ２ａ内との圧力差△Ｐから推定することが可能で
あり、気筒内と吸気コレクタ２ａ内との圧力差△Ｐが大きいほどスワール強度は大きくな
る(図１７)。さらに、気筒内と吸気コレクタ２ａ内との圧力差△Ｐは吸気弁開時期ＩＶ
Ｏから推定することが可能であり、吸気弁開時期ＩＶＯが遅いほど気筒内と吸気コレクタ２ａ内との圧力差△Ｐは大きくなる(図１８)。

よって、冷却損失が大きいほど、スワール強度が弱くなるように制御を行うことで、気筒内の燃焼状態を一定に保つことができる。また、吸気弁開時期ＩＶＯを遅くするほど、気筒内のスワール強度が強くなるため、可変スワール制御装置２０は、吸気弁開時期ＩＶＯが遅いほど、スワール強度を弱くなるように制御することで、気筒内の燃焼状態を一定に保つことができる。

次にＳ５０では、可変スワール弁開度ＳＲｃを算出する。そこで、上記の(２)および(３)で求めた現在の吸気カムシャフトとクランクシャフトに対する位相角での気筒内のスワール強度ＳＲｂに対する、目標位相角ＩＴでの気筒内のスワール強度ＳＲｉの変化量（ＳＲｂ−ＳＲｉ）をＳＲｖとおく。そして、図１９に示す可変スワール弁開度ＳＲｃとスワール変化量ＳＲｖのマップを用いて、ＳＲｖがゼロとなるようにすることでＳＲｃを算出する。

Ｓ７０では、Ｓ５０で算出した可変スワール弁開度ＳＲｃとなるように可変スワール制御装置２０を調整する。

そして、Ｓ８０では算出したＩＴ、ＳＲｂ、ＳＲｉ、ＳＲｖおよびＳＲｃをＥＣＵ１６に内蔵のメモリに書き込み、この制御が終了する(ＥＮＤ)。

つまり本実施形態では、第１の実施形態と同様に吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角の目標位相角ＩＴを算出し、該目標位相角ＩＴにおける気筒内のスワール強度ＳＲｉを、気筒内の燃焼状態が適切になるように算出し、さらに機関回転速度Ｎｅ、
吸入空気温度Ｔａｉｒおよび機関温度Ｔｗで補正を行うことで、可変スワール弁開度ＳＲｃを算出する。すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生時のスワール強度を吸気弁開時期ＩＶＯから予め推定し、それに応じて可変スワール弁開度ＳＲｃを算出する。

そしてＮＯｘトラップ触媒１２を再生するために吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相角を目標位相角ＩＴに可変バルブタイミング制御装置１８を用いて制御した後に、可変スワール制御装置２０によって可変スワール弁開度を先に算出した値(ＳＲｃ)に制御する。そのため、再生時においても気筒内は適切なスワール強度に維持され、気筒内の燃焼状態を適切に保つことができる。

第２の実施形態における効果について説明する。

本実施形態のように、吸気弁の作動特性を切り替える場合にスワール強度の制御によって気筒内の燃焼状態を調整することで、燃料噴射を変更することなく安定した燃焼を維持しつつ、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生を図ることが可能となる。また、気筒内のスワール強度を制御することで、気筒内ガス温度や燃焼室壁面温度の測定などを行うことなく、簡易的に燃焼状態を調整することができる。これは、気筒内周方向のガス流速の測定などにより直接スワール強度を検知し、その検知したスワール強度によって調整してもよい。

吸気弁開時期ＩＶＯが遅いほど、スワール強度が弱くなるように可変スワール制御装置２０を制御することで、筒内のスワール強度を安定した燃焼が行える状態に保つことができる。

また、気筒内と吸気コレクタ(マニホルド)２ａ内との圧力差△Ｐに応じてスワール強
度を調整することで、気筒内周方向のガス流速の測定などを行うことなく気筒内の燃焼状態を簡易的に調整することができる。

本実施形態ではスワール強度を、機関回転速度Ｎｅ、吸入空気温度Ｔａｉｒおよび機関温度Ｔｗによって補正するため、気筒内のスワール強度をより精度よく調整することができる。

本実施形態において、吸気弁開時期ＩＶＯの調整方向(遅角あるいは進角)に対して、予め可変スワール制御装置２０の制御方向を決めておくことで、すばやく所定のスワール強度に調整することができる。

本発明によれば、圧縮行程中のスワール強度を吸気弁開時期ＩＶＯの調整前後において同等に保つことができ、圧縮端ガス温度および圧力を変化させることがないため、燃焼不安定を防止して安定した燃焼を行いつつ、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生が図れる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなし得る様々な変更、改良が含まれることは言うまでもない。

第１の実施形態における内燃機関の制御装置の構成図 第１の実施形態における制御フロー 圧縮端ガス温度とクランク角のグラフ 吸気弁開時期ＩＶＯからＰＩＬＯＴ補正基準値Ｃｐｉを算出するマップ 吸入空気温度Ｔａｉｒによる補正係数ｋ１のマップ 吸入空気圧力Ｐａｉｒによる補正係数ｋ２のマップ 機関温度Ｔｗによる補正係数ｋ３のマップ 冷却損失からＰＩＬＯＴ補正基準値Ｃｐｉを算出するマップ 第２の実施形態における内燃機関の制御装置の構成図 第２の実施形態における制御フロー 吸気弁開時期ＩＶＯからスワール強度基準値を算出するマップ 機関回転速度Ｎｅによる補正係数ｋ４のマップ 吸入空気温度Ｔａｉｒによる補正係数ｋ５のマップ 機関温度Ｔｗによる補正係数ｋ６のマップ 冷却損失からスワール強度基準値を算出するマップ スワール強度から冷却損失を推定するマップ 気筒内と吸気コレクタ内との差圧△Ｐからスワール強度を推定するマップ 吸気弁開時期ＩＶＯから気筒内と吸気コレクタ内との差圧△Ｐを推定するマップ スワール変化量ＳＲｖからスワール弁開度ＳＲｃを算出するマップ

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ ターボチャージャ(過給機)
３ａ 吸気コンプレッサ
３ｂ 排気タービン
４ インタークーラ
５ 吸気絞り弁
６ 燃料噴射ポンプ
７ コモンレール
８ 燃料噴射弁
９ 排気通路
１０ ＥＧＲ通路
１１ ＥＧＲ弁
１２ ＮＯｘトラップ触媒
１３ 空燃比センサ
１４ クランク角センサ
１５ アクセル開度センサ
１６ エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)
１７ エアフローメータ
１８ 可変バルブタイミング制御装置
１９ 冷却水温センサ
２０ 可変スワール制御装置

Claims (18)

1. 内燃機関において、運転条件によって吸気弁開時期を可変とする吸気弁開時期制御装置と、気筒内の燃焼状態を調整する手段とを備え、前記吸気弁開時期をピストン上死点後とした場合に、前記気筒内の燃焼状態を安定させるように燃焼状態を調整することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記気筒内の燃焼状態の調整は、圧縮端ガス温度および圧力の調整により行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチまたは理論空燃比のときにトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒を排気通路に介装し、前記ＮＯｘトラップ触媒の再生時に、前記吸気弁開時期制御装置を用いて前記吸気弁開時期を遅らせて吸入空気量を低減させることで、排気空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記気筒内の燃焼状態を調整する手段として、気筒内への燃料噴射量および噴射回数を任意に調整できる燃料噴射制御装置を備え、メイン噴射に先立ってなされる少なくとも１回のパイロット噴射の噴射量および噴射回数の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記パイロット噴射の噴射量および噴射回数の少なくとも一方は、前記吸気弁開時期が遅いほど増やすように調整することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 吸入空気温度を検知する手段を備え、前記パイロット噴射の噴射量および噴射回数の少なくとも一方を該吸入空気温度が低いほど増やすように補正することを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 吸入空気圧力を検知する手段を備え、前記パイロット噴射の噴射量および噴射回数の少なくとも一方を該吸入空気圧力が高いほど増やすように補正することを特徴とする請求項４から６のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
8. 機関温度を推定する手段を備え、前記パイロット噴射の噴射量および噴射回数の少なくとも一方を該機関温度が低いほど増やすように補正することを特徴とする請求項４から７のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記気筒内の燃焼状態を調整する手段として、気筒内のスワール強度を調整できる可変スワール制御装置を備え、前記スワール強度を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
10. 気筒内圧力と吸気マニホルド内圧力との差を推定する手段を備え、推定した前記気筒内圧力と吸気マニホルド内圧力との差に応じて前記スワール強度を調整することを特徴とする特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 機関回転速度を検知する手段を備え、前記スワール強度を該機関回転速度が低いほど強めるように補正することを特徴とする請求項９または１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 吸入空気温度を検知する手段を備え、前記スワール強度を該吸入空気温度が低いほど強めるように補正することを特徴とする請求項９から１１のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
13. 機関温度を推定する手段を備え、前記スワール強度を該機関温度が低いほど強めるように補正することを特徴とする請求項９から１２のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
14. 前記可変スワール制御装置は、前記吸気弁開時期を遅角した場合には前記スワール強度を弱める方向に動き、前記吸気弁開時期を進角した場合には前記スワール強度を強める方向に動くことを特徴とする請求項９から１３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
15. 前記スワール強度は、前記吸気弁開時期が遅いほど、弱くなるように調整することを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の制御装置。
16. 前記吸気弁開時期を進角または遅角する前後で、前記スワール強度が同等になるように前記可変スワール制御装置を制御することを特徴とする請求項９から１５のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
17. 前記機関温度は、冷却水温度または潤滑油温度の少なくとも一方で推定することを特徴とする請求項８および１３から１６のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
18. 内燃機関において、運転条件によって吸気弁開時期を可変とする吸気弁開時期制御装置と、気筒内の燃焼状態を調整する手段とを備え、前記吸気弁開時期をピストン上死点後とした場合に、前記気筒内の燃焼状態を安定させるように燃焼状態を調整することを特徴とする内燃機関の制御方法。

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