JP2015151884A

JP2015151884A - エンジンのブローバイガス還流制御装置

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Publication number: JP2015151884A
Application number: JP2014024352A
Authority: JP
Inventors: 清水　幸一; Koichi Shimizu; 幸一清水; 尚志柏原; Hisashi Kashiwabara; 秀明小藤; Hideaki Koto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-12
Also published as: JP6131873B2

Abstract

【課題】スロットルレス運転を行なうエンジンにおいて、ブローバイガス還流量を応答性よく且つ精度良く制御する。
【解決手段】ブローバイガス通路４５に設けられた流量調整弁４６と、吸気通路３０におけるブローバイガス通路４５の接続位置よりも上流側に設けられた吸気負圧を調整するための負圧調整弁３６とを備え、エンジンの運転状態に応じて変化するブローバイガスの発生量に基いて、該ブローバイガスの還流のために、流量調整弁４６及び負圧調整弁３６を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンのブローバイガス還流制御装置に関する。

特許文献１には、吸入空気量を制御するスロットル弁を備えたエンジンにおいて、エンジンの回転数と負荷に基づいて算出された目標開度に応じてブローバイガス通路のＰＣＶバルブの開度を調整し、吸気通路に還流されるブローバイガス流量を制御する技術が開示されている。

ところで、吸入空気量をスロットル弁で制御すると、エンジンのポンピングロスが増大する。これに対して、エンジンのバルブ特性（吸排気弁のリフト量や開弁時期）をアクセル踏み込み量に応じて変化させることにより、スロットル弁を用いずに吸入空気量を制御する所謂スロットルレスエンジンが知られている。

特開２００９−２１５９４５号公報

スロットルレスのエンジンにおいても、エンジンの運転状態に応じてブローバイガスが発生するため、この発生量に応じてブローバイガス還流量を適切に制御する必要がある。

しかし、スロットルレスの場合、バルブ特性の調整による吸入空気量の制御であるから、吸気負圧が低くなり、その結果、ブローバイガスが還流しにくくなる。これに対して、ＰＣＶバルブを廃止して、ブローバイガス通路の抵抗を小さくすることが考えられるが、ブローバイガス還流の応答遅れが懸念され、また、エンジンの運転領域によっては、エンジン回転数の制御が難しくなるとか、意図しないエンジントルクが発生する等の問題を生ずる。

そこで、本発明は、スロットルレス運転を行なうエンジンにおいて、ブローバイガス還流量を応答性よく且つ精度良く制御することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、吸気系に負圧調整弁を設け、ブローバイガス通路に流量調整弁を設け、該負圧調整弁及び流量調整弁をエンジン運転状態に応じて変化するブローバイガスの発生量に基いて制御するようにした。以下、本発明を具体的に説明する。

ここに提示する、エンジンの運転状態に応じてクランク室内のブローバイガスを吸気系に還流するブローバイガス還流制御装置は、
上記クランク室内のブローバイガスを吸気系に還流するブローバイガス通路と、
上記ブローバイガス通路に設けられた流量調整弁と、
上記吸気系における上記ブローバイガス通路の接続位置よりも上流側に設けられた吸気負圧を調整するための負圧調整弁と、
上記エンジンの運転状態に応じて変化するブローバイガスの発生量に基いて、該ブローバイガスの上記吸気系への還流のために、上記流量調整弁及び上記負圧調整弁を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。

このブローバイガス還流制御装置によれば、エンジンの運転状態に応じて変化するブローバイガスの発生量に基いて、該ブローバイガスの還流のために流量調整弁及び負圧調整弁を制御するから、ブローバイガスの発生量に適合する適切なブローバイガス処理を行なうことができる。

ここに、特許文献１に記載された技術においても、スロットル弁の制御によって、吸気系にブローバイガスを還流させることが可能となる吸気負圧が得られる。しかし、そのスロットル弁制御は、ブローバイガスを還流させるための制御ではなく、吸入空気量をエンジンの運転状態に適合させるための制御であるから、エンジンの運転状態に応じて吸気負圧が変動する。そのため、ブローバイガスの還流量をその発生量に応じて応答性よく且つ精度良く制御することが難しくなる。

これに対して、本発明は、吸入空気量の制御のためではなく、ブローバイガスの還流のための吸気負圧を制御する点に特徴があり、そのため、ブローバイガスの還流量をその発生量に応じて応答性よく且つ精度良く制御することが容易になる。

本発明の好ましい実施態様では、上記吸気系における上記負圧調整弁よりも下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサを備え、上記制御手段は、上記吸気圧センサによって検出される吸気圧に基いて、上記ブローバイガスの還流のために必要な吸気負圧が得られるように上記負圧調整弁を制御し、上記ブローバイガスの発生量に適合するブローバイガス還流量となるように上記流量調整弁を制御することを特徴とする。

これにより、ブローバイガスの還流量をその発生量に応じて応答性よく且つ精度良く制御することができる。

本発明の好ましい実施態様では、上記エンジンは、圧縮自己着火によって燃焼を行なう運転領域と、火花点火によって燃焼を行なう運転領域とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ブローバイガス通路に設けられた流量調整弁と、吸気系における上記ブローバイガス通路の接続位置よりも上流側に設けられた吸気負圧を調整するための負圧調整弁とを備え、エンジンの運転状態に応じて変化するブローバイガスの発生量に基いて、該ブローバイガスの還流のために、上記流量調整弁及び負圧調整弁を制御するから、ブローバイガスの還流量をその発生量に応じて応答性よく且つ精度良く制御することができる。

直噴ガソリンエンジンの構成を示す概略図である。同エンジンの制御に係るブロック図である。同エンジンの運転領域を例示する図である。エンジン負荷と内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲのＥＧＲ率との関係を例示するグラフ図である。（ａ）はリタード噴射における燃料噴射タイミング、点火タイミング及び熱発生率を例示する図である。（ｂ）は吸気行程噴射における燃料噴射タイミング、点火タイミング及び熱発生率を例示する図である。図である。燃焼モードをＣＩとＳＩで切り替える基本燃焼方式実行時のブローバイガス発生量特性マップを例示する図。全運転領域ＳＩ燃焼実行時のブローバイガス発生量特性マップを例示する図である。ブローバイガス還流制御の流れ図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料（具体的には、ガソリン、又は、ガソリン及びアルコールの混合燃料（Ｅ２５等））が供給される火花点火式４サイクルエンジンである。このエンジン１は、吸気弁のバルブ特性を後述のＶＶＴ及びＣＶＶＬによって変化させることにより、スロットル弁を用いずに吸入空気量を制御するスロットルレス運転が行なわれる。

エンジン１は、複数の気筒１８（一つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。この例のエンジン１においては、図示を省略するが、４つの気筒１８が一列に配置されている。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ８０に相対する。

シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室を区画する。尚、燃焼室の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１４以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は１４以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）と称する）７１が設けられている。ＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行なう特殊モードで作動する。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

排気側の動弁系にはまた、クランクシャフト１５に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と称する）７４が設けられている。ＶＶＴ７４は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。

ＶＶＬ７１及びＶＶＴ７４を備えた排気側の動弁系に対し、吸気側には、図２に示すように、ＶＶＴ７２と、吸気弁２１のリフト量を連続的に変更することが可能なリフト量可変機構（以下、ＣＶＶＬ（Continuously Variable Valve Lift）と称する）７３とが設けられている。ＣＶＶＬ７３は、公知の種々の構造を適宜採用することが可能であり、その詳細な構造についての図示は省略する。ＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３によって、吸気弁２１はその開弁タイミング及び閉弁タイミング、並びに、リフト量をそれぞれ変更することが可能である。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射するインジェクタ８０が取り付けられている。インジェクタ８０は、その噴口が燃焼室の天井面の中央部分から、その燃焼室内に臨むように配設されている。インジェクタ８０は、エンジン１の運転状態に応じた噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室内に直接噴射する。この例において、インジェクタ８０は、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ８０は、燃料噴霧が放射状に広がるように、燃料を噴射する。インジェクタ８０の構成の詳細は、後述する。

図外の燃料タンクとインジェクタ８０との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、高圧燃料ポンプ９０とフューエルレール６４とを含みかつ、インジェクタ８０に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。高圧燃料ポンプ９０は、燃料タンクからフューエルレール６４に燃料を圧送し、フューエルレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ８０が開弁することによって、フューエルレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ８０の噴口から噴射される。高圧燃料ポンプ９０は、詳細は後述するが、プランジャ式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。燃料供給システム６２は、４０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ８０に供給可能に構成されている。インジェクタ８０に供給される燃料の圧力は、後述するように、エンジン１の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグ２５、２６が取り付けられている（図２参照。尚、図１では、点火プラグの図示を省略している）。このエンジン１は、点火プラグとして、第１点火プラグ２５及び第２点火プラグ２６の２つの点火プラグを備えている。２つの点火プラグ２５、２６は、各気筒１８について２つずつ設けられた吸気弁２１と排気弁２２との間の位置のそれぞれにおいて、互いに相対するように配置され、それぞれ気筒１８の中心軸に向かって斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して取り付けられている。こうして、各点火プラグ２５、２６の先端は、燃焼室の中央部分に配置されたインジェクタ８０の先端近傍で、燃焼室内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ／ウォーマ３４と、吸気負圧を調整するための負圧調整弁３６とが配設されている。吸気通路３０にはまた、インタークーラ／ウォーマ３４をバイパスするインタークーラバイパス通路３５が接続されており、このインタークーラバイパス通路３５には、当該通路３５を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁３５１が配設されている。インタークーラバイパス弁３５１の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路３５の通過流量とインタークーラ／ウォーマ３４の通過流量との割合を調整することにより、気筒１８に導入する新気の温度を調整する。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。

吸気通路３０におけるサージタンク３３と負圧調整弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設され、ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設されている。

エンジン１のクランク室１９と吸気通路３０のサージタンク３３とは、クランク室のブローバイガスを吸気通路３０に還流するブローバイガス通路４５によって接続されている。このブローバイガス通路４５にはブローバイガス流量を調整するための流量調整弁４６及びオイルセパレータ４７が設けられている。上記動弁系が配設された動弁室を覆うシリンダヘッドカバーにはオイルセパレータが設けられており、動弁室と吸気通路３０の負圧調整弁３６よりも上流側とは、該上流側から動弁室に新規を導入するための新規導入通路４８によってオイルセパレータを介して接続されている。

このように構成されたエンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御手段を構成する。

ＰＣＭ１０には、図２に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１７の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１及び新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２、インタークーラ／ウォーマ３４の下流側に配置されかつ、インタークーラ／ウォーマ３４を通過した後の新気の温度を検出する、第２吸気温度センサＳＷ３、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ_２センサＳＷ９、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ_２センサＳＷ１０、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４，ＳＷ１５、燃料供給システム６２のフューエルレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ８０に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６、並びにサージタンク３３内の吸気圧を検出する吸気圧センサＳＷ１７である。

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行なうことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ８０、第１及び第２点火プラグ２５、２６、吸気弁側のＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３、排気弁側のＶＶＬ７１及びＶＶＴ７４、燃料供給システム６２、並びに、各種の弁（負圧調整弁３６、流量調整弁４６、インタークーラバイパス弁３５１、ＥＧＲ弁５１１、及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータへ制御信号を出力する。

（燃焼モード切替制御，ＥＧＲ制御）
図３は、エンジン１の運転領域の一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッションの向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５、２６による点火を行なわずに、圧縮自己着火によって燃焼を行なう圧縮着火燃焼を行なう。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５、２６を利用した火花点火燃焼に切り替える。

このように、エンジン１は、その運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行なうＣＩ（Compression Ignition）モードと、火花点火燃焼を行なうＳＩ（Spark Ignition）モードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。また、エンジン水温又は外気温が高すぎるときはＣＩ燃焼によって異常燃焼（過早着火やノッキング）を生ずる可能性がある。また、エンジン水温又は外気温が低すぎるとき、或いは車両の高度（標高）が高いときは良好なＣＩ燃焼を生じない可能性がある。そこで、エンジン水温又は外気温が所定範囲外であるとき、或いは車両の高度（標高）が高いときは、エンジン１は全運転領域においてＳＩモードで運転される。

ＣＩモードでは基本的に、例えば吸気行程乃至圧縮行程中の、比較的早いタイミングで、インジェクタ８０が気筒１８内に燃料を噴射することにより、比較的均質なリーン混合気（空気過剰率λ≧１、例えばλ≧２．５）を形成すると共に、その混合気を圧縮上死点付近において圧縮自己着火させる。尚、燃料噴射量は、エンジン１の負荷に応じて設定される。

また、ＣＩモードでは、ＶＶＬ７１の制御によって、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行ない、そのことによって内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。内部ＥＧＲガスの導入は圧縮端温度を高め、圧縮着火燃焼を安定化させる。

エンジン負荷の上昇に伴い気筒１８内の温度が自然と高まることから、過早着火を回避する観点から、図４に示すように、内部ＥＧＲ量は低下させる。例えばＣＶＶＬ７３の制御によって、吸気弁２１のリフト量を調整することにより、内部ＥＧＲ量を調整してもよい。また、負圧調整弁３６の開度調整によって、内部ＥＧＲ量を調整してもよい。

エンジン負荷がさらに高まり、例えば図３に示す運転領域において、ＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線付近においては、筒内温度が高くなりすぎて、圧縮着火をコントロールすることが困難になる場合がある。そこで、ＣＩモードの運転領域において負荷の高い領域では、図４に示すように、気筒１８内に導入される内部ＥＧＲの割合を少なくし、その代わりにＥＧＲ弁５１１の開度を大きくして、ＥＧＲクーラ５２によって冷却された外部ＥＧＲガスを、気筒１８内に多く導入するようにしてもよい。このことにより、筒内温度を低く抑えることが可能になり、圧縮着火のコントロールが可能になる。

これに対し、ＳＩモードでは基本的に、詳しくは後述するが、吸気行程から膨張行程初期までの間で、インジェクタ８０が気筒１８内に燃料を噴射することにより、均質乃至成層化した混合気を形成すると共に、圧縮上死点付近において点火を実行することによってその混合気に着火する。ＳＩモードではまた、理論空燃比（λ＝１）でエンジン１を運転する。これは、三元触媒の利用を可能にするから、エミッション性能の向上に有利になる。

ＳＩモードでは、ＥＧＲ弁５１１の開度調整により、気筒１８内に導入する新気量と外部ＥＧＲガス量とを調整することで、充填量を調整する。これは、ポンプ損失の低減と共に、冷却損失の低減にも有効である。また、冷却した外部ＥＧＲガスを導入することによって、異常燃焼の回避に寄与すると共に、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制するという利点もある。尚、全負荷域では、ＥＧＲ弁５１１を閉弁することにより、図４に示すように、外部ＥＧＲを中止する。

このエンジン１の幾何学的圧縮比は、前述の通り、１４以上（例えば１８）に設定されている。高い圧縮比は、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高くするため、ＣＩモードでは、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比エンジン１は、高負荷域においてはＳＩモードに切り替えるため、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなってしまうという不都合がある。

そこでこのエンジン１では、先ず、エンジンの運転状態が、最大負荷を含む高負荷の低速域（図３の（１）参照。尚、ここでいう「低速域」は、エンジン１の運転領域を低、中、高速の３つに区分したときの低速域に相当する。）にあるときには、燃料の噴射形態を従来とは大きく異ならせたリタードＳＩ燃焼を実行することによって、異常燃焼を回避するようにしている。

具体的には、この燃料の噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけての大幅に遅角した期間（以下、この期間をリタード期間と呼ぶ）内で、インジェクタ８０によって、気筒１８内に燃料噴射を実行するものである（図５（ａ）参照）。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」と呼ぶ。高圧リタード噴射は、燃料の噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短くし、燃料の噴射開始から燃焼の終了までの未燃混合気の反応時間を短くする。その結果、エンジンの負荷が高くかつ低速の、異常燃焼が生じやすい領域において、異常燃焼を回避することが可能になる。燃料圧力は４０ＭＰａ以上に設定すればよい。燃料圧力は、ガソリンを含有する、使用燃料の性状に応じて適宜設定すればよく、その上限は１２０ＭＰａ程度としてもよい。

高圧リタード噴射は、燃料の噴射形態の工夫によって異常燃焼を回避するため、点火タイミングを進角させることができる。点火タイミングは、図５（ａ）に示すように、圧縮上死点近傍に設定され、点火は、第１点火プラグ２５又は第２点火プラグ２６のいずれか一方を駆動させることにより行なう。点火タイミングの進角化は、熱効率の向上及びトルクの向上に有利になる。尚、図５（ａ）に示す噴射タイミングや点火タイミングは例示であり、これに限定されない。

尚、圧縮着火をコントロールすることが困難になり易い、ＣＩモードの運転領域における負荷が高い領域においては、前述の通り、内部ＥＧＲの導入割合を減らすことに加えて、高負荷側のＳＩモードの運転領域（図３の（１）参照）のように、高圧リタード噴射を行なってもよい。こうすることで、ＣＩモードにおける燃焼圧力の急峻な立ち上がりが抑制されるため、エンジンの騒音増大を抑制することが可能になる。

一方、エンジンの運転状態が高負荷の高速域（図３の（２）参照。尚、ここでいう「高速域」は、エンジン１の運転領域を低、中、高速の３つに区分したときの中速及び高速域に相当する。）にあるときには、図５（ｂ）に示すように、燃料の噴射を、リタード期間ではなく、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間内に行なう。以下においては、この燃料噴射形態を「吸気行程噴射」と呼ぶ。吸気行程噴射では、高い燃料圧力が不要になるから、高圧リタード噴射時よりも燃料圧力を低下させる（例えば４０ＭＰａ未満）。それにより、高圧燃料ポンプ９０の駆動に起因するエンジン１の機械抵抗損失の低減が図られ、燃費の向上に有利になる。

高圧リタード噴射は、燃料噴射をリタード期間内に行なうことによって未燃混合気の反応可能時間を短縮させるものの、この反応可能時間の短縮は、エンジン１の回転数が比較的低い低速域においては、クランク角変化に対する実時間が長いため、有効であるのに対し、エンジン１の回転数が比較的高い高速域においては、クランク角変化に対する実時間が短いため、それほど有効でない。逆に、リタード噴射では、燃料噴射時期を圧縮上死点付近に設定するため、圧縮行程においては、燃料を含まない、言い換えると比熱比の高い空気が圧縮されることになる。その結果、高速域においては、圧縮上死点における気筒１８内の温度（つまり、圧縮端温度）が高くなり、この高い圧縮端温度がノッキングを招くようになる。そのため、高速時にリタード噴射行なうときには、点火タイミングを遅角化して、ノッキングを回避しなければならなくなる。

そこで、このエンジン１では、高負荷の高速域である（２）の領域においては、リタード噴射ではなく、吸気行程噴射を行なう。

吸気行程噴射では、圧縮行程中の筒内ガス（つまり、燃料を含む混合気）の比熱比を下げ、それによって圧縮端温度を低く抑えることが可能である。こうして圧縮端温度が低くなることで、ノッキングを抑制することが可能になるから、点火タイミングを進角させることが可能になる。そこで、（２）の領域においては、高圧リタード噴射と同様に、圧縮上死点付近において点火を行なう。但し、（２）の領域においては、燃焼期間を短縮させる観点から、その点火は、第１及び第２点火プラグ２５、２６を共に駆動させる二点点火とする。第１及び第２点火プラグ２５、２６は同時に点火を行なえばよい。第１及び第２点火プラグ２５、２６を時間差をおいて駆動してもよい。

従って、このエンジン１では、図３に示す（１）の領域、すなわち高負荷の低回転域では、高圧リタード噴射とすることで異常燃焼を回避しつつ熱効率を向上させる。

さらに、このエンジンでは、高負荷の高回転域（図３に示す（２）の領域）では、吸気行程噴射とすることで、異常燃焼を回避しつつ熱効率を向上させる。また、高負荷の高回転域では、二点点火を行なうことによって、燃焼室内の複数の火種のそれぞれから火炎が広がるため、火炎の広がりが早くて燃焼期間が短くなる。二点点火は、点火タイミングは圧縮上死点以降になったとしても、燃焼重心位置はできるだけ進角側に位置するようになり、熱効率及びトルクの向上、ひいては燃費の向上に有利になる。尚、点火プラグの数は、２個に限定されるものではない。点火プラグは、３個以上でもよいし、また１個にしてもよい。高圧リタード噴射時に、多点点火を行なってもよい。高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。その結果、少なくとも１回の噴射が吸気行程において行なわれると共に、圧縮行程においても、燃料噴射が行なわれる場合もあり得る。

（ブローバイガス還流制御）
ＰＣＭ１０は、エンジンの運転状態判定手段、ブローバイガスの発生量演算手段、ブローバイガス還流のための吸気負圧判定手段、ブローバイガス還流のための吸気負圧制御手段、ブローバイガス還流のための内部ＥＧＲ量制御手段、並びにブローバイガスの還流量制御手段として機能する。

運転状態判定手段は、エンジン水温、外気温及び車両高度に基いてＣＩ燃焼可能か否か、すなわち、エンジンは回転数及び負荷に応じて燃焼モードをＣＩとＳＩで切り替える基本燃焼方式実行の運転状態であるか、或いは全運転領域でＳＩ燃焼を実行する運転状態であるかを判定する。さらに、運転状態判定手段は、エンジンの要求トルクに基いて、エンジンがＣＩ燃焼での運転状態にあるか、或いはリタードＳＩ燃焼の運転状態にあるかを判定する。要求トルクは、主にエンジン回転数及びアクセル開度に基づいて決定する。

ブローバイガスの発生量演算手段は、エンジンの運転状態に基いて、予めエンジンの運転状態（エンジン回転数と軸出力）に対応して設定されたブローバイガス発生量の特性に関するマップを参照して、ブローバイガス発生量を演算する。図６は燃焼モードをＣＩとＳＩで切り替える基本燃焼方式実行時のブローバイガス発生量特性マップを示し、図７は全運転領域ＳＩ燃焼実行時のブローバイガス発生量特性マップを示す。図６に示す特性マップにおいて、軸出力が小さい低負荷のＣＩ燃焼でのブローバイガス発生量が多いのは、圧縮着火によって燃焼ピークが急激に立ち上がり、筒内圧力が高くなること、そして、低負荷であることも影響して、ガスが吹き抜けやすいためである。

吸気負圧判定手段は、吸気圧センサＳＷ１７の検出信号に基いてブローバイガスの還流するために必要な吸気負圧が発生しているか否かを判定する。

ブローバイガス還流のための吸気負圧制御手段は、エンジンがＣＩ燃焼の運転状態にあり、且つブローバイガス還流のために必要な所定の吸気負圧が得られていないときに、その必要な所定の吸気負圧が得られるように、負圧調整弁３６の開度を全開から必要量狭める。

また、吸気負圧制御手段は、エンジンがリタードＳＩ燃焼又は全運転領域ＳＩ燃焼の運転状態にあり、且つブローバイガス還流のために必要な所定の吸気負圧が得られていないときに、外部ＥＧＲ量を減少するように、ＥＧＲ弁５１１を制御する。すなわち、所定の吸気負圧が得られるように、上記特性マップを参照して得られるブローバイガスの発生量に応じて外部ＥＧＲ量を減少させる。図４に示すように、高負荷側のＳＩ燃焼運転においては外部ＥＧＲが実行されるが、負圧調整弁３６の開度を狭めると、必要な新気量をエンジンに導入することが難しくなるので、外部ＥＧＲ量を減少させて必要な所定の吸気負圧を得るものである。

ブローバイガス還流のための内部ＥＧＲ量制御手段は、エンジンがＣＩ燃焼の運転状態にあり、且つブローバイガス還流のために必要な所定の吸気負圧が得られていないときに、上記特性マップから演算されるブローバイガス発生量に応じて内部ＥＧＲ量を減少させるべく、吸気弁と排気弁の開弁のオーバーラップ量が少なくなるように吸気弁及び／又は排気弁の動弁系を制御する。つまり、内部ＥＧＲ量に変化がなければ、ブローバイガスが還流すると、それだけ新気量が減ってしまうので、内部ＥＧＲ量を減らしながら、ブローバイガスを還流させるものである。

ブローバイガスの還流量制御手段は、上記特性マップから演算されるブローバイガス発生量、流量調整弁４６の上流側と下流側の差圧、及び該流量調整弁４６の流量特性（当該差圧及び弁開度に応じて変化する流量特性）データに基いて、上記ブローバイガス発生量に適合するブローバイガス還流量となるように流量調整弁４６の開度を制御する。流量調整弁４６の上流側と下流側の差圧は、上流側（クランク室１９）の圧力は大気圧とみなして、吸気圧センサＳＷ１７の検出信号に基いて検出される。

（ブローバイガス還流制御の流れ）
図８にブローバイガス還流制御の流れを示す。スタート後のステップＳ１において、エンジン水温、外気温及び車両高度に基いてＣＩ燃焼可能か否かが判定される。ＣＩ燃焼可能であるとき（燃焼モードをＣＩとＳＩで切り替える基本燃焼方式実行）はステップＳ２に進み、エンジンの要求トルクに基いてエンジン運転状態がＣＩ燃焼領域にあるか、或いはＳＩ燃焼領域にあるかが判定される。ＣＩ燃焼領域であるときはステップＳ３に進み、基本燃焼方式実行時のブローバイガス発生量特性マップ（図６）を参照して、エンジン運転状態に応じたブローバイガス発生量が演算される。

続くステップＳ４において、吸気圧センサＳＷ１７の検出信号に基いてブローバイガスの還流に必要な所定の吸気負圧が発生しているか否かが判定される。必要な吸気負圧が発生しているときはステップＳ５に進み、流量調整弁４６がブローバイガス発生量に応じた開度に制御されてブローバイガスの還流が行なわれる。

ステップＳ４で所定の吸気負圧が発生していないと判定されたときはステップＳ６及びＳ７に進む。ステップＳ６では、所定の吸気負圧になるように負圧調整弁３６の開度が狭められる。ステップＳ７では、ブローバイガス発生量に応じて内部ＥＧＲ量を減少させるべく、オーバーラップ量が縮小するように動弁系が制御される。そうして、ステップＳ５の流量調整弁４６の制御（ブローバイガス発生量に応じた開度制御）に進む。

ステップＳ１でＣＩ燃焼可能でないと判定されたとき（全域ＳＩ燃焼方式実行）はステップＳ８に進み、全域ＳＩ燃焼方式実行時のブローバイガス発生量特性マップ（図７）を参照して、エンジン運転状態に応じたブローバイガス発生量が演算される。ステップＳ２でＳＩ燃焼領域であると判定されたときはステップＳ８に進み、基本燃焼方式実行時のブローバイガス発生量特性マップ（図６）を参照して、エンジン運転状態に応じたブローバイガス発生量が演算される。

ステップＳ８に続くステップＳ９では、吸気圧センサＳＷ１７の検出信号に基いてブローバイガスの還流に必要な所定の吸気負圧が発生しているか否かが判定される。必要な吸気負圧が発生しているときはステップＳ５に進み、流量調整弁４６の制御（ブローバイガス発生量に応じた開度制御）が実行される。ステップＳ９で所定の吸気負圧が発生していないときはステップＳ１０に進み、必要な所定の吸気負圧を発生させるべく、ブローバイガス発生量に応じて外部ＥＧＲ量を減少するようにＥＧＲ弁５１１が制御される。

このようなブローバイガスの還流制御によれば、ブローバイガスの還流のために負圧調整弁３６の制御等によって必要な所定の吸気負圧を生成するから、流量調整弁４６によるブローバイガスの発生量に応じた還流制御が容易になる。また、ブローバイガス還流のために負圧調整弁３６の開度が狭められて新気量が減少しても、ブローバイガスが新気の代わりになるから、エンジン燃焼に支障がない。また、ＳＩ燃焼時には、ブローバイガス還流のための必要負圧を得るべく外部ＥＧＲ量を減少させるが、ブローバイガスは外部ＥＧＲのガスよりも温度が低いのが通常であるから、外部ＥＧＲがブローバイガスに置き換わっても、外部ＥＧＲと同じく筒内温度を低く抑えて異常燃焼を回避する効果が得られる。

なお、ブローバイガスの還流制御において、流量調整弁４６の開度を所定開度に制御し、ブローバイガスの発生量に応じて負圧調整弁３６の開度を調節することによって、ブローバイガスの還流量を制御するようにしてもよい。

１エンジン
１０ＰＣＭ（制御手段）
１９クランク室
３０吸気通路
３６負圧調整弁
４５ブローバイガス通路
４６流量調整弁
４８新規導入通路
７１ＶＶＬ（排気側）
７２ＶＶＴ（吸気側）
７３ＣＶＶＬ（吸気側）
７４ＶＶＴ（排気側）
ＳＷ１７吸気圧センサ

Claims

エンジンの運転状態に応じてクランク室内のブローバイガスを吸気系に還流するブローバイガス還流制御装置において、
上記クランク室内のブローバイガスを吸気系に還流するブローバイガス通路と、
上記ブローバイガス通路に設けられた流量調整弁と、
上記吸気系における上記ブローバイガス通路の接続位置よりも上流側に設けられた吸気負圧を調整するための負圧調整弁と、
上記エンジンの運転状態に応じて変化するブローバイガスの発生量に基いて、該ブローバイガスの上記吸気系への還流のために、上記流量調整弁及び上記負圧調整弁を制御する制御手段とを備えていることを特徴とするエンジンのブローバイガス還流制御装置。
請求項１において、
上記吸気系における上記負圧調整弁よりも下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサを備え、
上記制御手段は、上記吸気圧センサによって検出される吸気圧に基いて、上記ブローバイガスの還流のために必要な吸気負圧が得られるように上記負圧調整弁を制御し、上記ブローバイガスの発生量に適合するブローバイガス還流量となるように上記流量調整弁を制御することを特徴とするエンジンのブローバイガス還流制御装置。
請求項１又は請求項２において、
上記エンジンは、圧縮自己着火によって燃焼を行なう運転領域と、火花点火によって燃焼を行なう運転領域とを備えていることを特徴とするエンジンのブローバイガス還流制御装置。