JP2018131950A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】排出されるＮＯｘを低減する効果を高めることのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁と、複数の気筒のそれぞれに燃料を噴射する燃料噴射弁と、複数の気筒のうちの一部気筒の排気弁を閉弁状態のまま停止させる排気弁停止機構と、を有する内燃機関を制御する制御装置において、制御装置は、一部気筒の圧縮行程又は膨張行程の少なくとも一時期に燃料噴射弁によって燃料を噴射するとともに、排気弁停止機構によって一部気筒の排気弁を閉弁状態のまま停止させ、一部気筒の吸気行程の少なくとも一時期に吸気弁を開弁することで複数の気筒のそれぞれに吸気ポートを介して排気ガスを還流させる排気弁停止制御を行うように構成されている。
【選択図】図５
【解決手段】吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁と、複数の気筒のそれぞれに燃料を噴射する燃料噴射弁と、複数の気筒のうちの一部気筒の排気弁を閉弁状態のまま停止させる排気弁停止機構と、を有する内燃機関を制御する制御装置において、制御装置は、一部気筒の圧縮行程又は膨張行程の少なくとも一時期に燃料噴射弁によって燃料を噴射するとともに、排気弁停止機構によって一部気筒の排気弁を閉弁状態のまま停止させ、一部気筒の吸気行程の少なくとも一時期に吸気弁を開弁することで複数の気筒のそれぞれに吸気ポートを介して排気ガスを還流させる排気弁停止制御を行うように構成されている。
【選択図】図５
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、複数の気筒のうちの一部気筒の排気弁を閉弁状態で停止させることが可能な内燃機関の制御装置に関する。
従来、例えば特許文献１には、エンジンの再始動の際に内部ＥＧＲを増量させる技術が開示されている。この技術では、エンジンの再始動の際の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁を共に閉じた状態にする負のオーバーラップ期間を設けることが行なわれる。負のオーバーラップ期間を設けることによって燃焼室に残留する既燃ガスである内部ＥＧＲの量が増える。これにより、ＥＧＲ通路を介した排気還流を利用することができないエンジンの再始動時においても排気温度の上昇が抑制されるので、ＮＯｘ排出量が低減される。
しかしながら、負のオーバーラップ期間を設けることによる内部ＥＧＲには、以下の課題がある。図１３は、クランク角に対する筒内ＥＧＲ率の関係を説明するための図である。この図に示すように、負のオーバーラップ期間を設けることによる筒内ＥＧＲ率は、ＥＧＲ通路を利用した外部ＥＧＲによるＥＧＲ率ほどに高めることができない。このため、上記従来の技術では、高いＮＯｘ低減効果を得ることについて、未だ改善の余地が残されていた。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、排出されるＮＯｘを低減する効果を高めることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
第１の発明は、上記の目的を達成するため、
吸気通路から複数の気筒のそれぞれへと連通する吸気ポートと、
排気通路から前記複数の気筒のそれぞれへと連通する排気ポートと、
前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、
前記排気ポートを開閉する排気弁と、
前記複数の気筒のそれぞれに燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記複数の気筒のうちの一部気筒の前記排気弁を閉弁状態のまま停止させる排気弁停止機構と、を有する内燃機関を制御する制御装置において、
前記制御装置は、
前記一部気筒の圧縮行程又は膨張行程の少なくとも一時期に前記燃料噴射弁によって燃料を噴射するとともに、前記排気弁停止機構によって前記一部気筒の前記排気弁を閉弁状態のまま停止させ、前記一部気筒の吸気行程の少なくとも一時期に前記吸気弁を開弁することで前記複数の気筒のそれぞれに前記吸気ポートを介して排気ガスを還流させる排気弁停止制御を行うように構成されていることを特徴としている。
吸気通路から複数の気筒のそれぞれへと連通する吸気ポートと、
排気通路から前記複数の気筒のそれぞれへと連通する排気ポートと、
前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、
前記排気ポートを開閉する排気弁と、
前記複数の気筒のそれぞれに燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記複数の気筒のうちの一部気筒の前記排気弁を閉弁状態のまま停止させる排気弁停止機構と、を有する内燃機関を制御する制御装置において、
前記制御装置は、
前記一部気筒の圧縮行程又は膨張行程の少なくとも一時期に前記燃料噴射弁によって燃料を噴射するとともに、前記排気弁停止機構によって前記一部気筒の前記排気弁を閉弁状態のまま停止させ、前記一部気筒の吸気行程の少なくとも一時期に前記吸気弁を開弁することで前記複数の気筒のそれぞれに前記吸気ポートを介して排気ガスを還流させる排気弁停止制御を行うように構成されていることを特徴としている。
第２の発明は、第１の発明において、
前記制御装置は、前記内燃機関の始動が完了する前に前記排気弁停止制御を実行しないように構成されていることを特徴としている。
前記制御装置は、前記内燃機関の始動が完了する前に前記排気弁停止制御を実行しないように構成されていることを特徴としている。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記制御装置は、前記内燃機関の水温に応じて、前記排気弁停止制御の実行可否を判定するように構成されていることを特徴としている。
前記制御装置は、前記内燃機関の水温に応じて、前記排気弁停止制御の実行可否を判定するように構成されていることを特徴としている。
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、外気温に応じて、前記排気弁停止制御の実行可否を判定するように構成されていることを特徴としている。
前記制御装置は、外気温に応じて、前記排気弁停止制御の実行可否を判定するように構成されていることを特徴としている。
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記排気通路には触媒装置が配置され、
前記制御装置は、前記排気弁停止制御の実行中に前記一部気筒に噴射される燃料の噴射量を変化させて、前記気筒内に吸入されるガス中の酸素の割合である吸気酸素濃度又は前記排気通路に排気される排気ガスの温度を制御する噴射量制御を実行するように構成されていることを特徴としている。
前記排気通路には触媒装置が配置され、
前記制御装置は、前記排気弁停止制御の実行中に前記一部気筒に噴射される燃料の噴射量を変化させて、前記気筒内に吸入されるガス中の酸素の割合である吸気酸素濃度又は前記排気通路に排気される排気ガスの温度を制御する噴射量制御を実行するように構成されていることを特徴としている。
第６の発明は、第５の発明において、
前記噴射量制御は、
前記触媒装置に流入する排気ガスの温度が所定の閾値に達している場合に、前記吸気酸素濃度が目標値となるように前記一部気筒に噴射される噴射量を制御し、
前記触媒装置に流入する排気ガスの温度が所定の閾値に達していない場合に、前記一部気筒の噴射量が前記複数の気筒のうちの前記一部気筒を除く気筒の噴射量よりも小さくなるように制御するように構成されていることを特徴としている。
前記噴射量制御は、
前記触媒装置に流入する排気ガスの温度が所定の閾値に達している場合に、前記吸気酸素濃度が目標値となるように前記一部気筒に噴射される噴射量を制御し、
前記触媒装置に流入する排気ガスの温度が所定の閾値に達していない場合に、前記一部気筒の噴射量が前記複数の気筒のうちの前記一部気筒を除く気筒の噴射量よりも小さくなるように制御するように構成されていることを特徴としている。
第１の発明によれば、制御装置は、一部気筒の排気弁を閉弁状態で停止させたまま、圧縮行程又は膨張行程の少なくとも一時期に燃料噴射を行い、吸気行程の少なくとも一時期に吸気弁を開弁する排気弁停止制御を行うように構成されている。これにより、一部気筒の排気ガスの全量を吸気通路へと吹き戻して複数の気筒の吸気ポートから吸入させることができるので、内部ＥＧＲのＥＧＲ率を効果的に高めることができる。これにより、排出されるＮＯｘを低減する効果を高めることが可能となる。
第２の発明によれば、制御装置は、内燃機関の始動が完了する前に排気弁停止制御を実行しないように構成されている。このため、本発明によれば、始動が完了する前に内部ＥＧＲが導入されることによる始動不良を防ぐことができる。
第３の発明によれば、内燃機関の水温に応じて排気弁停止制御の実行可否が判定される。内燃機関の水温は、ＥＧＲの導入可否を判定する指標となる。このため、本発明によれば、ＥＧＲの導入による不具合の発生を有効に防ぐことが可能となる。
第４の発明によれば、外気温に応じて排気弁停止制御の実行可否が判定される。外気温は、ＥＧＲを導入した際のスモークの発生及び凝縮水の発生の指標となる。このため、本発明によれば、ＥＧＲの導入による不具合の発生を有効に防ぐことが可能となる。
第５の発明によれば、制御装置は、排気弁停止制御の実行中に一部気筒に噴射される燃料の噴射量を変化させることによって、吸気酸素濃度又は排気ガスの温度を制御する噴射量制御を実行するように構成されている。一部気筒の噴射量を増やすほど燃料リッチな排気ガスが各気筒へと還流されるので、吸気酸素濃度は低くなる。また、一部気筒の噴射量を減量すると、等トルクを発生させるために他の気筒の噴射量は増量されるため、結果的に排気ガスの温度は高くなる。このため、本発明によれば、一部気筒の噴射量を変化させることによって、吸気酸素濃度又は排気ガスの温度を自在に制御することが可能となる。
第６の発明によれば、触媒装置に流入する排気ガスの温度が閾値に達している場合には吸気酸素濃度が目標値となるように一部気筒の噴射量を制御することが行なわれ、触媒装置に流入する排気ガスの温度が閾値に達していない場合には一部気筒の噴射量が他の気筒の噴射量よりも小さくなるように制御することが行なわれる。このような制御によれば、触媒装置に流入する排気ガスの温度に応じて吸気酸素濃度の制御と排気ガス温度の制御を切り替えることができるので、触媒装置のＮＯｘ浄化率を高めることと内燃機関から排出されるＮＯｘを低減することとを組み合わせて、排出されるＮＯｘを低減する効果を高めることが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
［実施の形態１の構成］
図１は、実施の形態１に係るエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態の内燃機関は、ターボ過給機付きの圧縮着火式内燃機関（以下、単にエンジンという）である。エンジン２には複数の気筒（図では４つ）が直列に設けられている。各気筒の内部にはピストンがそれぞれ配置され、また、気筒ごとに燃料噴射弁８が設けられている。エンジン２には吸気マニホールド４と排気マニホールド６が取り付けられている。吸気マニホールド４は各気筒の吸気ポート（図示せず）にそれぞれ連通している。また、排気マニホールド６は各気筒の排気ポート（図示せず）にそれぞれ連通している。
図１は、実施の形態１に係るエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態の内燃機関は、ターボ過給機付きの圧縮着火式内燃機関（以下、単にエンジンという）である。エンジン２には複数の気筒（図では４つ）が直列に設けられている。各気筒の内部にはピストンがそれぞれ配置され、また、気筒ごとに燃料噴射弁８が設けられている。エンジン２には吸気マニホールド４と排気マニホールド６が取り付けられている。吸気マニホールド４は各気筒の吸気ポート（図示せず）にそれぞれ連通している。また、排気マニホールド６は各気筒の排気ポート（図示せず）にそれぞれ連通している。
吸気マニホールド４にはエアクリーナ２０から取り込まれた空気（新気）が流れる吸気管１０が接続されている。吸気マニホールド４と吸気管１０によってエンジン２の吸気通路が構成されている。吸気管１０にはターボ過給機のコンプレッサ１４が取り付けられている。吸気管１０においてコンプレッサ１４の下流にはスロットル２４が設けられている。吸気管１０においてコンプレッサ１４とスロットル２４との間にはインタークーラ２２が設けられている。
排気マニホールド６には排気ガスを大気中に放出するための排気管１２が接続されている。排気マニホールド６と排気管１２によってエンジン２の排気通路が構成されている。排気管１２にはターボ過給機のタービン１６が取り付けられている。排気管１２においてタービン１６の下流には排気ガスを浄化するための触媒装置２６が設けられている。
各気筒には、吸気ポートを開閉するための吸気弁と排気ポートを開閉するための排気弁が設けられている。エンジン２は、複数の気筒のうちの一部気筒の排気弁を閉弁状態で停止させる排気弁停止機構１８を備えている。なお、本実施の形態１の排気弁停止機構１８は、４つの気筒のうちの＃２気筒と＃３気筒の排気弁を閉弁状態で停止させるように構成されている。以下の説明では、排気弁を閉弁状態で停止させる＃２気筒及び＃３気筒を「排気弁停止気筒」と称し、排気弁停止気筒を除いた残りの＃１気筒と＃４気筒を「稼働気筒」と称する。
エンジン２は、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、吸気管１０におけるスロットル２４の下流の位置と排気マニホールド６とをＥＧＲ通路３０によって接続している。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ弁３２が設けられている。ＥＧＲ通路３０のＥＧＲ弁３２に対して排気側にはＥＧＲクーラ３４が設けられている。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲクーラ３４をバイパスするバイパス通路３６が設けられている。ＥＧＲ通路３０とバイパス通路３６が合流する箇所には、ＥＧＲクーラ３４を流れる排気ガスの流量とバイパス通路３６を流れる排気ガスの流量との比率を変更するバイパス弁３８が設けられている。
エンジン２には、その運転状態に関する情報を得るためのセンサが各所に取り付けられている。吸気管１０におけるエアクリーナ２０の下流には、吸気管１０に取り込まれた空気量を計測するためのエアフローメータ４０と、外気温を検出する外気温センサ４８が取り付けられている。さらに、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ４２、エンジン水温を検出する水温センサ４４、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ４６、排気温度を検出する排気温度センサ５０なども設けられている。
上述した各種のセンサ及びアクチュエータは、制御装置１００に電気的に接続されている。制御装置１００はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置１００は、エンジン２のシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述する各種制御のルーチンが記憶されている。制御装置１００によってそれらルーチンが実行され、センサからの信号に基づいてアクチュエータが操作されることにより、エンジン２の運転が制御される。
［実施の形態１の動作］
実施の形態１のシステムでは、ＥＧＲ通路３０を介して燃焼ガスを各気筒の筒内へと還流させる動作（以下、「外部ＥＧＲ」と称する）を行うための構成を備えている。外部ＥＧＲは、高いＥＧＲ率を実現するのに有効な動作であるが、エンジン２の始動直後や、エンジン水温が極低温或いは極高温である場合等、ＥＧＲ通路３０での凝縮水の発生やデポジットの付着が顕著となる運転条件には適さない。本実施の形態１のシステムでは、エンジン２が外部ＥＧＲの実行に適さない運転条件の場合に、排気弁停止機構１８を利用して内部ＥＧＲを導入する排気弁停止制御が行なわれる。また、本実施の形態１のシステムでは、エンジン２が外部ＥＧＲの実行に適した運転条件の場合に、排気弁停止制御を実施せずに外部ＥＧＲが行なわれる。さらに、本実施の形態１のシステムでは、エンジン２がＥＧＲ動作に適さない運転条件の場合に、排気弁停止制御及び外部ＥＧＲを実施しない。以下、排気弁停止制御について図を参照して説明する。
実施の形態１のシステムでは、ＥＧＲ通路３０を介して燃焼ガスを各気筒の筒内へと還流させる動作（以下、「外部ＥＧＲ」と称する）を行うための構成を備えている。外部ＥＧＲは、高いＥＧＲ率を実現するのに有効な動作であるが、エンジン２の始動直後や、エンジン水温が極低温或いは極高温である場合等、ＥＧＲ通路３０での凝縮水の発生やデポジットの付着が顕著となる運転条件には適さない。本実施の形態１のシステムでは、エンジン２が外部ＥＧＲの実行に適さない運転条件の場合に、排気弁停止機構１８を利用して内部ＥＧＲを導入する排気弁停止制御が行なわれる。また、本実施の形態１のシステムでは、エンジン２が外部ＥＧＲの実行に適した運転条件の場合に、排気弁停止制御を実施せずに外部ＥＧＲが行なわれる。さらに、本実施の形態１のシステムでは、エンジン２がＥＧＲ動作に適さない運転条件の場合に、排気弁停止制御及び外部ＥＧＲを実施しない。以下、排気弁停止制御について図を参照して説明する。
図２は、排気弁停止機構を利用した排気弁停止制御を説明するための図である。なお、この図では、排気弁停止気筒の内部を模式的に示している。この図に示すように、排気弁停止制御の実行中の排気弁停止気筒では、吸気行程、圧縮行程、燃焼（膨張）行程及び排気行程による燃焼サイクルが繰り返される。先ず、吸気行程では、排気弁が閉弁された状態で吸気弁が開弁されるとともにピストンが筒内を下降する。これにより、吸気ポートから燃焼室内へと空気が吸入される。次の圧縮行程では、吸気弁及び排気弁が閉弁された状態でピストンが筒内を上昇する。これにより、燃焼室内の空気が圧縮される。次の膨張行程では、圧縮行程又は膨張行程の少なくとも一時期に燃料噴射弁８から噴射された燃料が自着火によって燃焼される。燃焼による膨張仕事によってピストンが筒内を下降する。
次の排気行程では、排気弁停止機構１８の動作により、排気弁停止気筒の排気弁が閉弁状態のまま停止される。これにより、吸気弁及び排気弁が閉弁された状態で、ピストンが筒内を上昇する。次の吸気行程では吸気弁が開弁される。図３は、吸気行程における吸気の流れを説明するための図である。この図に示すように、吸気行程の前半に吸気弁が開弁されると、先ず排気弁停止気筒内の燃焼ガスが吸気ポートを介して吸気マニホールド４へと吹き戻される。吸気マニホールド４では、吸気通路から吸気マニホールド４へと流入した空気と、排気弁停止気筒から吹き戻された燃焼ガスとが混合される。そして、吸気行程の後半は、ピストンが筒内を下降することによる負圧によって吸気マニホールドの混合ガスが筒内へと吸入される。排気弁停止気筒である＃２気筒及び＃３では、上述のような排気弁を停止した弁動作が行なわれ、稼働気筒である＃１気筒及び＃４気筒では通常の弁動作が行なわれる。これにより、吸気マニホールド４内の混合ガスが各気筒の筒内へと順次吸入される。
図４は、実施の形態１のシステムのＥＧＲ動作の効果を説明するための図である。この図に示す比較例は、負のオーバーラップによって内部ＥＧＲを実施した場合の例である。本実施の形態のシステムのＥＧＲ動作では、排気弁停止気筒である＃２気筒及び＃３気筒の燃焼ガスが全て吸気マニホールド４へと吹き戻される。このような動作によれば、吸気マニホールド４内のガスのＥＧＲ率を最大で５０％まで高めることができる。これにより、図４に示すように、ＥＧＲ通路３０から排気ガスを還流させる外部ＥＧＲと同等のＥＧＲ率を達成することができるので、エンジン２から排気されるＮＯｘ量を有効に低減することが可能となる。
［実施の形態１の具体的処理］
次に、図５を参照して本実施の形態１のシステムにおいて実行されるＥＧＲ制御の具体的処理について説明する。図５は、実施の形態１で制御装置１００により実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、エンジン２の運転中に繰り返し実行される。
次に、図５を参照して本実施の形態１のシステムにおいて実行されるＥＧＲ制御の具体的処理について説明する。図５は、実施の形態１で制御装置１００により実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、エンジン２の運転中に繰り返し実行される。
図５に示す制御ルーチンでは、先ず、エンジン２の始動が完了しているか否かが判定される（ステップＳ２）。ここでは、エンジン２の始動後、エンジン回転速度が所定のアイドル回転速度まで到達したか否かが判定される。その結果、エンジン２の始動が完了していないと判定された場合には、ＥＧＲの導入によって燃焼が不安定となるおそれがあると判断される。この場合には、排気弁停止制御及び外部ＥＧＲが行なわれずに本ルーチンは終了される。
一方、上記ステップＳ２においてエンジン２の始動が完了していると判定された場合には、次のステップに移行して、水温センサ４４によって検出されたエンジン水温が閾値ｂ以下か否かが判定される（ステップＳ４）。ここでの閾値ｂは、エンジン２が過熱状態にあるかを判定するための閾値として、予め定められた値（例えば１００℃）が読み込まれる。ステップＳ４の判定の結果、判定の成立が認められない場合には、ＥＧＲ動作の実行に適さない運転条件であると判断される。この場合には、排気弁停止制御及び外部ＥＧＲが行なわれずに本ルーチンは終了される。
一方、上記ステップＳ４において、判定の成立が認められた場合には、次に水温センサ４４によって検出されたエンジン水温が閾値ａ以上か否かが判定される（ステップＳ６）。ここでの閾値ａは、ＥＧＲ通路３０でのデポジットの付着又は凝縮水の発生の観点から外部ＥＧＲに適した運転条件か否かを判定するためのエンジン水温の閾値であり、例えば１５℃〜３０℃に設定されている。
上記ステップＳ６において、判定の成立が認められた場合には、次に外気温センサ４８によって検出された外気温が閾値ｃ以上であるか否かが判定される（ステップＳ８）。ここでの閾値ｃは、ＥＧＲ通路３０での凝縮水の発生の観点から外部ＥＧＲに適した運転条件か否かを判定するための外気温の閾値である。その結果、ステップＳ８の判定の成立が認められた場合には、次のステップに移行して、外気温センサ４８によって検出された外気温が閾値ｄ以下か否かが判定される（ステップＳ１０）。ここでの閾値ｄは、空気密度の低下によるスモークの発生の観点からＥＧＲ動作に適した運転条件か否かを判定するための外気温の閾値である。その結果、ステップＳ１０の判定の成立が認められない場合には、ＥＧＲ動作の実行に適さない運転条件であると判断される。この場合には、排気弁停止制御及び外部ＥＧＲが行なわれずに本ルーチンは終了される。
一方、上記ステップＳ１０において、判定の成立が認められた場合には、外部ＥＧＲの導入に適した運転条件であると判断することができる。この場合には、次のステップに移行して、外部ＥＧＲが行われる（ステップＳ１２）。ここでは、具体的には、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるように、ＥＧＲ弁３２の開度が制御される。
一方、上記ステップＳ６における判定の成立が認められない場合、又は上記ステップＳ８における判定の成立が認められない場合には、外部ＥＧＲの導入には適さない運転条件であると判断されて、排気弁停止機構１８を利用した排気弁停止制御による内部ＥＧＲを行うための処理へと移行する。具体的には、先ず、エンジン回転速度及び全気筒運転を前提とした燃料噴射量が取得される（ステップＳ１４）。次に、排気弁停止気筒の数が決定される（ステップＳ１６）。図６は、排気弁停止気筒の数を決定するためのマップの一例を示す図である。ここでは、図６に示すマップを用いて、上記ステップＳ１４において取得されたエンジン回転速度及び燃料噴射量に対応する排気弁停止気筒の数（例えば２気筒停止）が特定される。
次に、排気弁停止機構１８に異常がないか否かが判定される（ステップＳ１８）。ここでは、例えば、排気弁停止機構１８の故障、断線又はショート等が発生していないか否かが判定される。その結果、排気弁停止機構１８に異常があると判定された場合には、排気弁停止制御を行うことなく本ルーチンは終了される。一方、排気弁停止機構１８に異常がないと判定された場合には、次のステップに移行して、排気弁停止制御が行われる（ステップＳ２０）。ここでは、具体的には、排気弁停止機構１８によって排気弁停止気筒の排気弁が閉弁状態のまま停止される。
このように、上述した実施の形態１のシステムによれば、外部ＥＧＲに適さない運転条件の場合であっても、排気弁停止制御による内部ＥＧＲの導入によって外部ＥＧＲと同等のＥＧＲ率を実現することができる。これにより、エンジン２から排気されるＮＯｘ量を効果的に低減することができる。
ところで、上述した実施の形態１のシステムでは、エンジン水温と外気温を用いて、現在のエンジン２の運転条件が外部ＥＧＲに適しているか否かを判定することとした。しかしながら、エンジン２の運転条件が外部ＥＧＲに適しているか否かを判定する方法はこれに限られず、吸気温度等の他のパラメータを用いて判定する構成でもよい。また、外部ＥＧＲに適しているか否かを判定することなく、上述した排気弁停止制御を実行してＥＧＲ動作を行う構成でもよい。
また、上述した実施の形態１のシステムでは、４つの気筒を直列に配置するエンジン２を例に説明したが、複数気筒を有する多気筒エンジンとして構成されていれば、気筒数及び気筒配置に限定はない。また、上述した実施の形態１のシステムでは、＃２気筒と＃３気筒を排気弁停止気筒とする排気弁停止機構１８を用いた構成を説明したが、他の気筒を排気弁停止気筒とすることとしてもよい。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。実施の形態２のシステムは、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いることにより実現することができる。
本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。実施の形態２のシステムは、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いることにより実現することができる。
上述した実施の形態１のシステムでは、排気弁停止制御による内部ＥＧＲの導入によってエンジン２から排気されるＮＯｘ量を低減することとした。これに対して、実施の形態２のシステムでは、排気弁停止制御の実行中に排気弁停止気筒の燃料噴射量を稼働気筒よりも減少させる噴射量制御を実行する動作に特徴を有している。図７は、排気弁停止制御を未実施の場合の各気筒の燃料噴射量を比較した図である。この図に示すように、排気弁停止制御を未実施の場合には、振動抑制の観点から各気筒の燃料噴射量が同量とされる。
一方、図８は、排気弁停止制御を実施した場合の各気筒の燃料噴射量を比較した図である。この図に示すように、排気弁停止制御を実施している場合には、排気弁停止気筒である＃２気筒及び＃３気筒の燃料噴射量が減量されるとともに、稼働気筒である＃１気筒及び＃４気筒の燃料噴射量が増量される。なお＃２気筒及び＃３気筒の燃料噴射量は、例えば、燃料噴射弁８の構造上実現可能な最小の燃料噴射量に設定される。この場合、＃１気筒及び＃４気筒の燃料噴射量は、排気弁停止制御を未実施の場合と等トルクとなるように、＃２気筒及び＃３気筒の減量の分だけ増量される。このような噴射量制御によれば、＃１気筒及び＃４気筒の噴射量は、各気筒に均等に分配された場合の２倍弱の噴射量に増量されるため、以下に示すような排気温度の上昇効果を得ることができる。
図９は、噴射量制御による排気温度の上昇作用を説明するための図である。なお、図中の（Ａ）は、内部ＥＧＲを導入していないときの排気温度を、図中の（Ｂ）は、排気弁停止制御による内部ＥＧＲを導入しているときの排気温度を、そして、図中の（Ｃ）は、排気弁停止制御による内部ＥＧＲに加えて噴射量制御を実行しているときの排気温度を、それぞれ示している。この図の（Ｂ）に示すように、内部ＥＧＲが導入されると吸気温度が上昇するため、その分排気温度も上昇する。これに対して、図中の（Ｃ）に示すように、内部ＥＧＲの導入に加えて更に噴射量制御が行われると、噴射量が増量された稼働気筒の燃焼によって排気温度が大きく上昇する。
排気温度が上昇されると、排気管１２に配置された触媒装置２６の触媒温度を高めることができる。図１０は、触媒装置の触媒温度に対するＮＯｘ浄化率の変化を示す図である。この図に示すように、排気弁停止制御による内部ＥＧＲの導入中に噴射量制御を実行することとすれば、触媒温度を上昇させることができるので、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。このように、実施の形態２のシステムによれば、排気弁停止気筒の噴射量を制御することによって、排気温度を制御することができる。
ところで、上述した実施の形態２のシステムでは、噴射量制御において、排気弁停止気筒の噴射量を最小噴射量まで減量することとしたが、排気弁停止気筒の噴射量はこれに限られない。すなわち、全気筒の総燃料噴射量を変えずに稼働気筒の燃料噴射量を排気弁停止気筒の燃料噴射量よりも多量とすれば、発生するトルクを変えることなく排気温度を上昇させる効果を得ることが可能となる。
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。実施の形態３のシステムは、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いて、制御装置１００に後述する図１２に示すルーチンを実行させることにより実現される。
次に、本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。実施の形態３のシステムは、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いて、制御装置１００に後述する図１２に示すルーチンを実行させることにより実現される。
エンジン２のような圧縮着火式内燃機関では、気筒内に吸入されるガス中の酸素の割合である吸気酸素濃度によって燃焼温度を制御し、ＮＯｘ生成量を抑えることとしている。このため、触媒装置２６が十分なＮＯｘ浄化率を得られる活性温度に到達しているような場合には、吸気酸素濃度を目標値である目標吸気酸素濃度に制御することが、ＮＯｘ排出量を低減する上で好ましい。一方において、例えばエンジン２の始動完了直後等、触媒装置２６が活性温度に到達していないような場合には、排気ガス温度を上昇させて触媒装置２６の昇温を促進することが、ＮＯｘ排出量を低減する上で好ましい。
図１１は、排気弁停止気筒の噴射量の変化に対する各種状態量の変化を示す図である。排気弁停止気筒の噴射量が増量されると、排気弁停止制御によって燃料リッチな燃焼ガスが吹き戻される。このため、この図に示すように、吸気酸素濃度は、排気弁停止気筒の噴射量が増量されるほど低くなる。そこで、噴射量制御において排気弁停止気筒の噴射量を変化させることとすれば、吸気酸素濃度を目標吸気酸素濃度に制御することができる。また、図１１に示すように、排気弁停止気筒の噴射量が減量されると、等トルクを発生させるために稼働気筒の噴射量が増量されるため、結果として排気温度は上昇する。このため、噴射量制御において排気弁停止気筒の噴射量を変化させることとすれば、排気温度を制御することができる。
実施の形態３のシステムでは、触媒装置２６を活性温度まで昇温させるために排気温度を上昇させる要求（以下、「排気温度上昇要求」と称する）の有無に応じて、噴射量制御の噴射量を変化させることとしている。より詳しくは、排気温度上昇要求がある場合には、排気温度の制御を優先した噴射量制御を実行し、排気温度上昇要求がない場合には、吸気酸素濃度の制御を優先した噴射量制御を実行することとしている。このような制御によれば、排出されるＮＯｘ量を効果的に低減することが可能となる。
［実施の形態３の具体的処理］
次に、図１２を参照して本実施の形態３のシステムにおいて実行される燃料噴射制御において各気筒の噴射量を決定するための具体的処理について説明する。図１２は、実施の形態３で制御装置１００により実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１２に示すルーチンは、エンジン２の運転中に繰り返し実行される。
次に、図１２を参照して本実施の形態３のシステムにおいて実行される燃料噴射制御において各気筒の噴射量を決定するための具体的処理について説明する。図１２は、実施の形態３で制御装置１００により実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１２に示すルーチンは、エンジン２の運転中に繰り返し実行される。
図１２に示す制御ルーチンでは、先ず、排気弁停止制御の実行中か否かが判定される（ステップＳ３０）。その結果、排気弁停止制御の実行中ではないと判定された場合には、本ルーチンは終了される。一方、上記ステップＳ３０において排気弁停止制御の実行中であると判定された場合には、次のステップへと移行して、総燃料噴射量が取得される（ステップＳ３２）。ここでは、具体的には、アクセルペダルの開度等から算出される要求トルクを全気筒による運転で実現するための総燃料噴射量が取得される。
次に、排気温度が閾値ｅよりも小さいか否かが判定される（ステップＳ３４）。閾値ｅは、触媒装置２６の触媒温度を上昇させる必要があるか否かを判断するための排気温度の閾値であって、例えば触媒装置２６の活性温度（例えば２００℃）が読み込まれる。その結果、判定の成立が認められた場合には、排気温度を上昇させる要求があると判断されて、排気温度を最大限に上昇させるための燃料噴射量を算出するための処理へと移行する。具体的には、先ず、排気弁停止気筒の噴射量が決定される（ステップＳ３６）。ここでは、具体的には、燃料噴射弁８の構造上可能な最小噴射量が排気弁停止気筒の噴射量として決定される。
次に、次式（１）を用いて稼働気筒の噴射量が決定される（ステップＳ３８）。なお、次式（１）において、Ａは上記ステップＳ３２において取得された総燃料噴射量を、Ｃは上記ステップＳ３６において取得された排気弁停止気筒の噴射量を、それぞれ示している。
稼働気筒の噴射量＝（Ａ−排気弁停止気筒数×Ｃ）／稼働気筒数 ・・・（１）
稼働気筒の噴射量＝（Ａ−排気弁停止気筒数×Ｃ）／稼働気筒数 ・・・（１）
一方、上記ステップＳ３４の判定の成立が認められない場合には、排気温度を上昇させる要求がないと判断されて、吸気酸素濃度を目標吸気酸素濃度に制御するための燃料噴射量を算出する処理へと移行する。具体的には、先ず、エンジン回転速度及び総燃料噴射量に基づいて目標吸気酸素濃度が算出される（ステップＳ４０）。次に、エアフローメータ４０によって吸気管１０へと吸入される空気量（以下、「エアフローメータ空気量」と称する）が取得される（ステップＳ４２）。次に、次式（２）を用いて排気弁停止気筒の噴射量が算出される（ステップＳ４４）。ここで、大気酸素濃度は、例えば２３．１［wt%］を用いることができ、ＥＧＲ率は次式（３）によって算出することができる。なお、実施の形態３のエンジン２は気筒数が４つであるため、例えば排気弁停止気筒数が２つである場合には、ＥＧＲ率が５０［%］となる。
排気弁停止気筒の噴射量＝（大気酸素濃度［wt%］−目標吸気酸素濃度［wt%］×空気量［g/s］）／（大気酸素濃度［wt%］×（ＥＧＲ率［%］／１００）×理論空燃比） ・・・（２）
ＥＧＲ率［％］＝（排気弁停止気筒数／気筒数）×１００ ・・・（３）
排気弁停止気筒の噴射量＝（大気酸素濃度［wt%］−目標吸気酸素濃度［wt%］×空気量［g/s］）／（大気酸素濃度［wt%］×（ＥＧＲ率［%］／１００）×理論空燃比） ・・・（２）
ＥＧＲ率［％］＝（排気弁停止気筒数／気筒数）×１００ ・・・（３）
次に、次式（４）を用いて稼働気筒の噴射量が決定される（ステップＳ４６）。なお、次式（４）において、Ａは上記ステップＳ３２において取得された総燃料噴射量を、Ｂは上記ステップＳ４４において取得された排気弁停止気筒の噴射量を、それぞれ示している。
稼働気筒の噴射量＝（Ａ−排気弁停止気筒数×Ｂ）／稼働気筒数 ・・・（４）
稼働気筒の噴射量＝（Ａ−排気弁停止気筒数×Ｂ）／稼働気筒数 ・・・（４）
このように、上述した実施の形態３のシステムによれば、排気温度上昇要求の有無によって、異なる燃料噴射制御を行うことができる。これにより、排出されるＮＯｘ量を効果的に低減することが可能となる。
ところで、上述した実施の形態３のシステムでは、排気温度と閾値ｅとの比較によって排気温度上昇要求の有無を判定することとしたが、触媒温度を検出又は推定して活性温度と比較する構成でもよい。
また、上述した実施の形態３のシステムでは、気筒内に吸入されるガス中の酸素の割合を表すパラメータとして吸気酸素濃度を用いることとしたが、吸気酸素濃度は吸気酸素密度に代えることができる。
２ 内燃機関（エンジン）
４ 吸気マニホールド（吸気通路）
６ 排気マニホールド（排気通路）
８ 燃料噴射弁
１０ 吸気管（吸気通路）
１２ 排気管（排気通路）
１４ コンプレッサ
１６ タービン
１８ 排気弁停止機構
２０ エアクリーナ
２２ インタークーラ
２４ スロットル
２６ 触媒装置
３０ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
３４ ＥＧＲクーラ
３６ バイパス通路
３８ バイパス弁
４０ エアフローメータ
４２ クランク角センサ
４４ 水温センサ
４６ アクセル開度センサ
４８ 外気温センサ
５０ 排気温度センサ
１００ 制御装置（ＥＣＵ）
４ 吸気マニホールド（吸気通路）
６ 排気マニホールド（排気通路）
８ 燃料噴射弁
１０ 吸気管（吸気通路）
１２ 排気管（排気通路）
１４ コンプレッサ
１６ タービン
１８ 排気弁停止機構
２０ エアクリーナ
２２ インタークーラ
２４ スロットル
２６ 触媒装置
３０ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
３４ ＥＧＲクーラ
３６ バイパス通路
３８ バイパス弁
４０ エアフローメータ
４２ クランク角センサ
４４ 水温センサ
４６ アクセル開度センサ
４８ 外気温センサ
５０ 排気温度センサ
１００ 制御装置（ＥＣＵ）
Claims (6)
- 吸気通路から複数の気筒のそれぞれへと連通する吸気ポートと、
排気通路から前記複数の気筒のそれぞれへと連通する排気ポートと、
前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、
前記排気ポートを開閉する排気弁と、
前記複数の気筒のそれぞれに燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記複数の気筒のうちの一部気筒の前記排気弁を閉弁状態のまま停止させる排気弁停止機構と、を有する内燃機関を制御する制御装置において、
前記制御装置は、
前記一部気筒の圧縮行程又は膨張行程の少なくとも一時期に前記燃料噴射弁によって燃料を噴射するとともに、前記排気弁停止機構によって前記一部気筒の前記排気弁を閉弁状態のまま停止させ、前記一部気筒の吸気行程の少なくとも一時期に前記吸気弁を開弁することで前記複数の気筒のそれぞれに前記吸気ポートを介して排気ガスを還流させる排気弁停止制御を行うように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記内燃機関の始動が完了する前に前記排気弁停止制御を実行しないように構成されている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。
- 前記制御装置は、前記内燃機関の水温に応じて、前記排気弁停止制御の実行可否を判定するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御装置は、外気温に応じて、前記排気弁停止制御の実行可否を判定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記排気通路には触媒装置が配置され、
前記制御装置は、前記排気弁停止制御の実行中に前記一部気筒に噴射される燃料の噴射量を変化させて、前記気筒内に吸入されるガス中の酸素の割合である吸気酸素濃度又は前記排気通路に排気される排気ガスの温度を制御する噴射量制御を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記噴射量制御は、
前記触媒装置に流入する排気ガスの温度が所定の閾値に達している場合に、前記吸気酸素濃度が目標値となるように前記一部気筒に噴射される噴射量を制御し、
前記触媒装置に流入する排気ガスの温度が所定の閾値に達していない場合に、前記一部気筒の噴射量が前記複数の気筒のうちの前記一部気筒を除く気筒の噴射量よりも小さくなるように制御する
ように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
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