JP2015194090A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】急加速時等の高負荷領域において、エンジンの燃焼騒音を抑制すると共に燃焼効率を向上させる。
【解決手段】エンジンの制御装置は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０を運転するよう構成された制御器１００と、エンジン本体１０に設けられた気筒１１内に排気ガスの一部を還流させるように設けられた排気再循環手段５１とを備えている。制御器１００は、新気量が相対的に多い低負荷領域から、新気量が相対的に少ない高負荷領域への加速時において、燃料の噴射量を増量すると共に、排気再循環手段５１による排気再循環率を相対的に高く設定し、急加速時の燃料噴射時期を緩加速時の燃料噴射時期に対してリタードさせる。
【選択図】図４

Description

本開示は、エンジンの制御装置に関する。

近年、熱効率及び燃焼性能の向上を図るべく、空気過剰率をλとして、２．５≦λ≦６程度とするリーンバーンエンジンが研究及び開発がなされている（例えば、特許文献１を参照。）。ここで、λ＝１は、Ａ／Ｆ＝１４．７（理論空燃比）に相当する。

このように、燃焼にリーン領域を用いる車両用のエンジンにおいて、加速時には、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量が多くなるＡ／Ｆの値の中間領域、例えば１＜λ＜２程度の領域を避けて、λ≦１領域を用いる場合がある。このようなエンジンにおいては、加速後の過渡期に燃焼室に吸入される新気量が多く、燃料が増量されることから、スモーク（煤）が増大するという懸念がある。

特許文献２には、エンジンに吸入された新気量とエンジン回転数とに応じて排気スモークが生じない燃料噴射量の最大値を設定し、燃料噴射量をこの最大値で制限することにより、燃料噴射量を実際の吸入空気量に対してスモーク（煤）が生じない範囲に設定するディーゼルエンジンが記載されている。これにより、エンジンへの燃料噴射量が実際の吸入空気量に対してスモークが生じない範囲に設定されるようになるため、加速等の過渡運転時に排気再循環（ＥＧＲ）の作動遅れ等によるスモークの発生が防止される。

特開２０１２−０７２７４９号公報 特開平１１−０３６９６２号公報

しかしながら、特許文献２に記載された技術では、加速時等の過渡運転時において、燃料の噴射量をスモークが生じない範囲に抑制することから、所定の燃料が噴射されず、エンジンのトルク不足により加速の応答性が低下する。

また、高負荷域で所定の燃料を噴射すると、筒内の圧力上昇率（ｄｐ／ｄｔ）が高くなって、燃焼騒音（ＮＶＨ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）が増大しやすくなる。しかし、このときＥＧＲ率を増大して緩慢燃焼を行うようにしようとしても、一般にＥＧＲ率の変化はアクセル開度の変化に追随できず、いわゆる作動遅れによって、燃焼効率が低下してしまうという問題がある。

本開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、急加速時等の高負荷領域において、エンジンの燃焼騒音を抑制すると共に、燃焼効率を向上させることにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、燃料の噴射量及びＥＧＲ添加量が相対的に多い高負荷領域への加速時の燃料噴射時期として、急加速時に緩加速時と比べてリタードすることを特徴とする。

具体的には、本発明は、エンジンの制御装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、エンジン本体と、エンジン本体を運転するよう構成された制御器と、エンジン本体に設けられた気筒内に排気ガスの一部を還流させるように設けられた排気再循環手段とを備え、制御器は、新気量が相対的に多い低負荷領域から、新気量が相対的に少ない高負荷領域への加速時において、燃料の噴射量を増量すると共に、排気再循環手段による排気再循環率を相対的に高く設定し、加速時における急加速時の燃料噴射時期を、緩加速時の燃料噴射時期に対してリタードさせるものである。

このように、新気量が相対的に多い低負荷領域から、新気量が相対的に少ない高負荷領域への加速時において、燃料の噴射量を増量すると共に、排気再循環手段による排気再循環率を相対的に高く設定し、加速時における急加速時の燃料噴射時期を、緩加速時の燃料噴射時期に対してリタードさせるため、筒内の圧力上昇率（ｄｐ／ｄｔ）が低下して、燃焼騒音を低減することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、制御器は、急加速時における燃焼前及び燃焼中の気筒中にオゾンを添加するものである。

これによれば、オゾンの添加により、リタード燃焼による燃焼期間の増大を抑制できるので、燃焼効率をさらに向上することができる。

第３の発明は、上記第２の発明において、オゾンを添加する時期は、急加速時における初期であるものとする。

第４の発明は、上記第１の発明において、高負荷領域は、空気過剰率λが１以下の領域であるものとする。

これによれば、空気過剰率λを１以下とするため、燃焼が安定すると共に、加速性能を向上させることができる。

第５の発明は、上記第１の発明において、排気再循環手段には、排気ガスを冷却する冷却機構が設けられているものとする。

これによれば、気筒内に導入されるガス温度が低くでき、密度が高い空気を導入できることから、吸気充填効率の低下を抑制できると共に、低温燃焼を実現でき、ＮＯｘの生成を抑制することができる。

以上説明したように、前記のエンジンの制御装置によると、急加速時等の高負荷領域において、エンジンの燃焼騒音を抑制すると共に燃焼効率を向上させることができる。

図１は一実施形態に係るエンジンを示す概略構成図である。 図２は一実施形態に係るエンジンの制御の構成を示すブロック図である。 図３は一実施形態に係るエンジンの運転制御に係るマップである。 図４は一実施形態に係るエンジンの制御装置の急加速時におけるタイムチャートである。 図５は一実施形態に係るエンジンの制御装置の緩加速時におけるタイムチャートである。 図６は一実施形態に係るエンジンにおけるクランク角（ＣＡ）と筒内圧力との関係を従来と比較した模式的なグラフである。

以下、エンジンの制御装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明は、例示である。

（エンジンシステムの全体構成）
図１及び図２は、本実施形態に係るエンジンシステム１の構成を示している。エンジンシステム１は、車両に搭載されるシステムである。エンジンシステム１は、エンジン本体（以下、単に「エンジン」という）１０と、該エンジン１０に付随する種々のアクチュエータ、種々のセンサ及び該センサからの信号に基づきアクチュエータを制御するＰＣＭ（Powertrain Control Module：制御器）１００とを含む。

エンジン１０の出力軸は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１０の出力が駆動輪に伝達されることによって車両が推進する。エンジン１０は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、シリンダブロック１２の内部に複数の気筒１１が形成されている（図１では、１つのみを示す。）。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、冷却水が流れるウォータージャケット（図示せず）が形成されている。

各気筒１１内には、ピストン１５がそれぞれ摺動自在に嵌挿されており、ピストン１５は、気筒１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室を区画している。本実施形態では、燃焼室は、いわゆるペントルーフ型であり、その天井面（シリンダヘッド１３の下面）は吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン１５の冠面は、天井面に対応した凸形状をなしており、冠面の中心部には、凹状のキャビティ１５ａが形成されている。尚、天井面及びピストン１５の冠面の形状は、後述する高い幾何学的圧縮比が可能であれば、どのような形状であってもよく、例えば、天井面及びピストン１５の冠面（キャビティ１５ａを除く部分）の両方が、気筒１１の中心軸に対して垂直な面で構成されていてもよく、天井面が前記のように三角屋根状をなす一方、ピストン１５の冠面（キャビティ１５ａを除く部分）が気筒１１の中心軸に対して垂直な面で構成されていてもよい。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に２つの吸気ポート１８が形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（燃焼室の天井面における吸気側の傾斜面）に開口することにより燃焼室に連通している。同様に、シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に２つの排気ポート１９が形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（燃焼室の天井面の排気側の傾斜面）に開口することにより燃焼室に連通している。

また、シリンダヘッド１３には、吸気弁２１及び排気弁２２が、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構により、排気弁２２は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動される。吸気弁２１及び排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、気筒１１内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、図示は省略するが、それぞれ、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有している。これらのカムシャフトは、クランクシャフトの回転と同期して回転する。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、この例では、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は電動式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）２３を、少なくとも含んで構成されている（図２を参照。）。尚、ＶＶＴ２３と共に、弁リフト量を変更可能なリフト可変機構を備えるようにしてもよい。リフト可変機構は、リフト量を連続的に変更可能なＣＶＶＬ（Continuous Variable Valve Lift）としてもよい。

各気筒１１の吸気ポート１８は、図１において明示されない吸気マニホールドを介して吸気通路３０に連通している。また、各気筒１１の排気ポート１９は、同様に明示されない排気マニホールドを介して排気通路４０に連通している。

吸気通路３０には、エアクリーナ３１と、各気筒１１への吸入空気量を調節するスロットル弁３３とが、上流から下流に向かって順次配設されている。

排気通路４０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、上流側から下流側に向かって順次配設されている。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、該ケース内の流路に配置した三元触媒とを備えて構成されている。

吸気通路３０におけるスロットル弁３３の下流側部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１の上流側部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための高圧ＥＧＲ通路５１０によって接続されている。高圧ＥＧＲ通路５１０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高圧ＥＧＲ弁５１１、及び排気ガスを冷却するための水冷式のＥＧＲクーラ５１２が配設されている。高圧ＥＧＲ通路５１０、高圧ＥＧＲ弁５１１及びＥＧＲクーラ５１２を含めて高圧ＥＧＲシステム５１（排気再循環手段）が構成される。

エンジン１０において、シリンダヘッド１３における気筒１１の中心軸上には、気筒内（燃焼室内）に燃料を直接噴射するインジェクタ３４が配設されている。インジェクタ３４は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド１３に取付固定されている。インジェクタ３４の先端は、燃焼室の天井部の中心に臨んでいる。

インジェクタ３４は、本実施形態においては、外開弁式のインジェクタである。つまり、その構成の詳細な図示は省略するが、気筒１１内に燃料を噴射するノズル口を開閉する外開弁を有し、外開弁が気筒１１側にリフトすることによってノズル口を開放する。このとき、燃料はノズル口から気筒１１内に該気筒１１の中心軸を中心とするコーン状（詳しくはホローコーン状）に噴射される。外開弁のリフト量が大きいほど、ノズル口の開度が大きくなって、該ノズル口から気筒１１内に噴射される燃料噴霧のペネトレーションが大きくなる（長くなる）。さらに、単位時間当たりに噴射される燃料量が多くなり、且つ燃料噴霧の粒径が大きくなる。尚、インジェクタ３４は、外開弁式に限らず、多噴孔型のインジェクタとしてもよい。

燃料供給システム３５は、外開弁を駆動するための電気回路と、インジェクタ３４に燃料を供給する燃料供給系とを備えている。ＰＣＭ１００は、所定のタイミングで、リフト量に応じた電圧を有する噴射信号を電気回路に出力することにより、該電気回路を介して外開弁を作動させて、所望量の燃料を気筒１１内に噴射させる。噴射信号の非出力時（噴射信号の電圧が０であるとき）には、外開弁によりノズル口が閉じられた状態となる。こうしてＰＣＭ１００は、外開弁の作動を制御して、インジェクタ３４のノズル口からの燃料噴射及び該燃料噴射時におけるリフト量を制御する。

燃料供給系には、図示しない高圧燃料ポンプ及びコモンレールが設けられており、高圧燃料ポンプは、低圧燃料ポンプを介して燃料タンクより供給された燃料をコモンレールに圧送し、コモンレールは、圧送された燃料を所定の燃料圧力で蓄える。その後、インジェクタ３４が作動することによって、コモンレールに蓄えられている燃料がノズル口から噴射される。

ここで、エンジン１０の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む燃料（液体燃料）であれば、どのような燃料であってもよい。

また、エンジン１０の燃焼室内には、オゾン発生器３６が配設されている。オゾン発生器３６は、例えばねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に固定されている。オゾン発生器３６の先端部は燃焼室の天井部に臨んでいる。オゾン発生器３６の先端部は、インジェクタ３４のノズル口の近傍に位置する。オゾン発生器３６は、絶縁されて配置された１つの電極（正電極）を有している。オゾン発生器３６は、オゾン発生システム３７によって駆動される。オゾン発生システム３７は、オゾン発生回路を有している。オゾン発生システム３７は、ＰＣＭ１００からの制御信号を受けて、高圧の高周波電圧をオゾン発生器３６に出力する。オゾン発生器３６は、高周波電圧が印加されると、電極とシリンダブロック１２又はシリンダヘッド１３との間にオゾン（Ｏ_３）を発生させる。オゾン発生器３６に印加する高周波電圧値又は周波数を変更することによって、オゾンの濃度を調整することができる。尚、オゾン発生器３６の配置及び構成は、上記の構成に限定されない。

ＰＣＭ１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭ及びＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。

ＰＣＭ１００には、車速を検出する車速センサ７１、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ７２、及びエンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサ７３の各センサが接続されている。

吸気通路３０には、吸気通路３０を流れる新気の流量（及び温度）を検出するエアフローセンサ７４が配設されている。エアフローセンサ７４は、検出した流量及び外気温度をＰＣＭ１００に出力する。

サージタンク３８には、燃焼室に供給される空気の圧力を検出する吸気圧センサ７５が取り付けられると共に、排気通路４０には、排気の圧力を検出する排気圧センサ７６が配設されている。各センサ７５、７６は、ＰＣＭ１００と接続されており、その検出値をＰＣＭ１００に出力する。

ＰＣＭ１００は、前述した各センサ等からの信号に基づいて、エンジン１０の運転状態を判断し、それに対応するエンジン１０の制御パラメータを設定する。ＰＣＭ１００は、各制御パラメータに対応する信号を、スロットル弁３３、燃料供給システム３５、ＶＶＴ２３、高圧ＥＧＲ弁５１１及びオゾン発生システム３７等に出力する。

尚、本実施形態の一変形例として、エンジン本体１０を、吸気通路３０にコンプレッサが配設され、排気通路４０にコンプレッサと同軸のタービンが配設されたターボ過給機を有する過給器付きエンジンとしてもよい。さらに、ターボ過給機は、可変ノズルを有するＶＧＴ（Variable Geometry Turbo）であってもよい。

また、過給器付きエンジンとする場合には、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１の下流側部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１の下流側部分との間に、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための低圧ＥＧＲシステムを配設してもよい。

（エンジン本体の構成）
次に、エンジン本体１０の構成についてさらに詳細に説明をする。エンジン１０の幾何学的圧縮比εは、２０以上且つ４０以下に設定される。幾何学的圧縮比εは、特に２５以上且つ３５以下が好ましい。エンジン１０は圧縮比＝膨張比となる構成から、高圧縮比と同時に、比較的に高い膨張比を有するエンジン１０でもある。尚、圧縮比≦膨張比となる構成（例えばアトキンソンサイクルや、ミラーサイクル）を採用してもよい。また、吸気弁の遅閉じ等を行う場合には、エンジン１０の有効圧縮比は、１２以上に設定される。好ましくは、エンジン１０の有効圧縮比は、１８以上に設定される。

燃焼室は、気筒１１の壁面と、ピストン１５の冠面と、シリンダヘッド１３の下面（天井面）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面とによって区画形成されている。さらに、冷却損失を低減すべく、これらの各面に断熱層が設けられることによって、燃焼室が断熱化されている。断熱層は、これらの区画面の全てに設けてもよく、また、これらの区画面の一部に設けてもよい。また、燃焼室を直接に区画する壁面ではないが、吸気ポート１８や排気ポート１９における、燃焼室の天井面側の開口近傍のポート壁面に断熱層を設けてもよい。

具体的には、ＰＣＭ１００は、エンジン１０の気筒１１内（燃焼室内）の内周部に新気を含むガス層が形成され、且つ中心部に混合気層が形成されるように、圧縮行程の後半以降においてインジェクタ３４のノズル口から気筒１１内に燃料を噴射させるべく、燃料供給システム３５の電気回路に噴射信号を出力する。すなわち、圧縮行程の後半以降において、インジェクタ３４により気筒１１内に燃料を噴射させ、且つその燃料噴霧のペネトレーションを、燃料噴霧が気筒１１内の内周部まで届かないような大きさ（長さ）に抑える。これにより、気筒１１内の中心部に混合気層が形成され、且つその周囲に新気を含むガス層が形成されるという、成層化が実現する。このガス層は、新気のみであってもよく、新気に加えて、既燃ガス（ＥＧＲガス）を含んでいてもよい。尚、ガス層に少量の燃料が混じっても問題はなく、ガス層が断熱層の役割を果たせるように、混合気層よりも燃料リーンであればよい。

前記のようにガス層と混合気層とが形成された状態で燃料が自己着火すれば、混合気層と気筒１１の壁面との間のガス層により、混合気層の火炎が気筒１１の壁面に接触することがなく、そのガス層が断熱層となって、気筒１１の壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。その結果、冷却損失を大幅に低減することができる。

尚、冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて図示熱効率の向上にはあまり寄与しないところ、当該エンジン１０では、高圧縮比化に伴う高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギーを機械仕事に効率良く変換している。すなわち、エンジン１０は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、図示熱効率を大幅に向上させることができる。

本実施形態においては、新気量が相対的に多い低負荷領域から、新気量が相対的に少ない空気過剰率λが１以下の高負荷領域への加速時において、燃料の噴射量を増量すると共に、ＥＧＲ率を相対的に高く設定し、加速時における急加速時の燃料噴射時期を、緩加速時の燃料噴射時期に対してリタードさせる。

上記の内容の一例を説明する。

まず、図３のエンジン制御に関するマップには、低負荷域であるリーン域（Ａ／Ｆ＝７３〜３０）と、高負荷域であるλ＝１域（Ａ／Ｆ＝１４．７）とが表されている。

λ＝１域では、エンジン１０の仕様として、ＥＧＲ率＝５０％〜０％、吸気弁コントロール（ＩＶＣ）＝４０°〜１８０°：上死点前（ＢＴＤＣ）、燃料噴射量Ｇfuel＝１３〜３７ｍｍ^３/ｃｙｃｌｅ（単室容積：６２５ｃｃＮＡ時）、燃料噴射開始時期（ＳＯＩ）＝吸気ＴＤＣ〜圧縮ＴＤＣ、及び噴射リタード量＝最大２０°ＣＡである。

リーン域では、エンジン１０の仕様として、ＥＧＲ率＝８０％〜０％、吸気弁コントロール（ＩＶＣ）＝４０°〜１８０°：上死点前（ＢＴＤＣ）、燃料噴射量Ｇfuel＝０〜１８ｍｍ^３/ｃｙｃｌｅ（単室容積：６２５ｃｃＮＡ時）、燃料噴射開始時期（ＳＯＩ）＝吸気ＴＤＣ〜圧縮ＴＤＣ、及び噴射リタード量＝最大１５°ＣＡである。

次に、図４に示す急加速時におけるタイムチャートと、図５に示す緩加速時におけるタイムチャートとを用いて、エンジン制御の一例を説明する。

まず、図４に示すように、急加速時には、アクセル開度の変化率は大きく、この場合、ＥＧＲ率は、例えば２０％から３０％まで増量される。但し、ＥＧＲの動作は、目標値である破線から遅れて作動する。空燃比Ａ／Ｆの値は、アクセル開度の変化率が正である期間に、例えば５０から３０に低減し、アクセル開度の変化率が０となった直後には、１４．７、すなわちλ＝１に設定される。

本実施形態においては、吸気バルブコントロール（ＩＶＣ）によって、吸気弁２１における開閉の位相タイミングが制御される。リーン域においては、吸気弁２１は、例えば上死点前（ＢＴＤＣ）４０°の時点で閉じられており（いわゆる、遅閉じ）、λ＝１域においては、吸気弁２１は、例えば上死点前（ＢＴＤＣ）１６０°の時点で閉じられるように設定される。

着火コントロール用の燃料（主噴射の前に少量が噴射される前段噴射の燃料であって、気筒内においてエンジントルクを生成する主噴射の燃料が着火し易い環境をつくるために、気筒内で低温酸化反応を誘発する燃料）の噴射時期は、ＩＶＣが上死点前（ＢＴＤＣ）４０°の遅閉じの状態からほぼ通常の閉じ状態に位相を変化し始めるタイミングで開始される。燃料の噴射量は、例えば、最大で３０ｍｍ^３/ｃｙｃｌｅである。従って、ＩＶＣの位相を、破線で示す目標値に合わせるように変化させた場合には、燃料の噴射開始時期（グラフの下端）も破線で示す目標値に合わせることになる。

噴射のリタード量及びそのリタード時期は、上記の燃料噴射時期と対応している。すなわち、燃料噴射時期として、上死点前（ＢＴＤＣ）−７°が噴射時期におけるリタードの最大値であり、このとき、破線で示す目標値とする噴射時期は上死点前（ＢＴＤＣ）３°であることから、噴射リタード量は最大で１０°ＣＡとなる。

次に、図５に示すように、緩加速時には、アクセル開度の変化率は小さく、ＥＧＲの変化率も、２０％から３０％まで目標値に沿って漸増する。空燃比Ａ／Ｆの値は、アクセル開度の変化に対応して、例えば５０から３０に漸減し、その直後に、３０から１４．７、すなわちλ＝１に設定される。

また、ＩＶＣに関し、リーン域においては、吸気弁２１は、上死点前（ＢＴＤＣ）４０°の時点で閉じられており、アクセル開度の変化に対応して、約９０°となる。さらに、λ＝１域において、破線で示す目標値は、約９０°から約５０°の遅閉じに急激に変化し、再度漸増して上死点前（ＢＴＤＣ）１６０°の時点で閉じられる。この目標値に対し、吸気弁２１には、作動遅れが生じる。

着火コントロール用の燃料（前段噴射の燃料）の噴射時期は、アクセル開度の変化に対応して、ＩＶＣが上死点前（ＢＴＤＣ）４０°の遅閉じの状態から進角位相をし始めるタイミングで開始され、次第にリタードしていく。燃料の噴射量は、アクセル開度の変化が０となった時点から、３０ｍｍ^３/ｃｙｃｌｅとなる。途中、ＩＶＣが、上死点前（ＢＴＤＣ）約９０°から約５０°の遅閉じに急激に変化する時点で、燃料を増量し、且つ、噴射時期を目標値から３°程度リタードさせる。

このように、低負荷領域であるリーン領域から、高負荷領域であるλ＝１領域への加速時においては、ＥＧＲ率を相対的に高く設定する。急加速時の場合には、燃料噴射量が増大する一方、ＥＧＲに作動遅れが生じるので、新気量におけるＥＧＲ率が小さくなる。これにより、通常は、筒内の圧力上昇率（ｄｐ／ｄｔ）が上昇して、エンジン１０の低回転時には燃焼騒音（ＮＶＨ）が顕著となり、高回転時にはエンジン１０の機械的な破壊に至るおそれがある。

そこで、本実施形態においては、急加速時の燃料噴射時期のリタード量を、緩加速時の燃料噴射時期のリタード量よりも多くしている。このため、図６に示すように、筒内の圧力上昇率（ｄｐ_１／ｄｔ_１）が、燃料噴射時期をリタードさせない圧力上昇率（ｄｐ_０／ｄｔ_０）よりも低下するので、エンジン１０の最大回転数も低下する。これにより、燃焼騒音等を低減できると共に、燃焼効率を向上することができる。

尚、高負荷領域では、空気過剰率λを１としたが、該空気過剰率λは１以下に設定することもできる。

また、一変形例として、急加速時における燃焼前（圧縮上死点前（ＢＴＤＣ））及び燃焼中（圧縮上死点後（ＡＴＤＣ））の気筒１１にオゾン（Ｏ_３）を添加してもよい。このようにすると、オゾンの添加により、リタード燃焼による燃焼期間の増大を抑制できるので、燃焼効率をさらに向上することができる。また、オゾンを添加する時期は、急加速時における初期、例えば燃焼前に限定してもよい。

気筒１１内に噴射された燃料は、オゾンによってエネルギーが付与され、容易に自己着火燃焼する。すなわち、オゾンは、燃料の自己着火燃焼を助ける。添加するオゾンの濃度は、１０ｐｐｍ〜３０ｐｐｍ程度とすることができる。また、エンジン１０の負荷が高いほど、該オゾンの濃度を高く設定してもよい。

（エンジンのＥＧＲ制御）
次に、エンジン１０のＥＧＲ制御（吸気充填量制御）について説明をする。

図３〜図５に示すように、まず、リーン領域内における低負荷領域Ａでは、高圧ＥＧＲシステム５１により、比較的に少ない比率、例えば２０％で排気ガスの還流を行う。Ａ／Ｆが例えば５０程度のリーン領域でのＥＧＲは、成層着火を行えると共に、着火の抑制及びＮＯｘの低減を図ることができる。

一方、高負荷領域Ｂでは、低負荷領域Ａの場合よりも高い比率、例えば３０％で排気ガスの還流を行う。高負荷領域ＢでのＥＧＲは、新気量を低減して燃焼温度を下げると共に、下層燃焼を防ぐことができる。これにより、低エミッション性能が向上し、且つ、燃焼時の騒音を抑制することができる。尚、前述したように、高圧ＥＧＲシステム５１はＥＧＲクーラ５１２を含むことから、該高圧ＥＧＲシステム５１を通じて還流する排気ガスは冷却されている。

尚、本実施形態においては、燃焼室及び吸気ポート１８に断熱構造を採用すると共に、気筒１１内（燃焼室内）にガス層による断熱層を形成するようにしたが、燃焼室及び吸気ポート１８に断熱構造を採用しないエンジン、又はガス層による断熱層を形成しないエンジンにおいても、本技術を適用することができる。

また、本実施形態においては、エンジン１０の燃焼方式を圧縮着火（ＣＩ）方式としたが、本技術は該ＣＩ方式に限られず、火花点火（ＳＩ）方式にも適用することができる。

１ エンジンシステム
１０ エンジン（エンジン本体）
１１ 気筒
１２ シリンダブロック
１３ シリンダヘッド
１５ ピストン
１５ａ キャビティ
１８ 吸気ポート
１９ 排気ポート
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
３０ 吸気通路
３１ エアクリーナ
３３ スロットル弁
３４ インジェクタ（燃料噴射弁）
３６ オゾン発生器
３６ａ 碍子
３６ｂ 電極
３８ サージタンク
４０ 排気通路
４１ 直キャタリスト
４２ アンダーフットキャタリスト
５１ 高圧ＥＧＲシステム（排気再循環手段）
７４ エアフローセンサ
７５ 吸気圧センサ
７６ 排気圧センサ
１００ ＰＣＭ（制御器）

Claims (5)

1. エンジン本体と、
   前記エンジン本体を運転するよう構成された制御器と、
   前記エンジン本体に設けられた気筒内に排気ガスの一部を還流させるように設けられた排気再循環手段とを備え、
   前記制御器は、
   新気量が相対的に多い低負荷領域から、新気量が相対的に少ない高負荷領域への加速時において、燃料の噴射量を増量すると共に、前記排気再循環手段による排気再循環率を相対的に高く設定し、
   前記加速時における急加速時の燃料噴射時期を、緩加速時の燃料噴射時期に対してリタードさせるエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御器は、前記急加速時における燃焼前及び燃焼中の前記気筒中にオゾンを添加するエンジンの制御装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記オゾンを添加する時期は、前記急加速時における初期であるエンジンの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記高負荷領域は、空気過剰率λが１以下の領域であるエンジンの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記排気再循環手段には、前記排気ガスを冷却する冷却機構が設けられているエンジンの制御装置。

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