JP2019199822A

JP2019199822A - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2019199822A
Application number: JP2018093500A
Authority: JP
Inventors: 諒平大野; Ryohei Ono; 圭佑沖濱; Keisuke Okihama; 晰遥葛; Sekiyou Katsu
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2019-11-21

Abstract

【課題】少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるエンジンの運転時において、エンジンの燃焼促進要求時には、燃焼を促進できるようにする一方、エンジンの燃焼抑制要求時には、燃焼を抑制できるようにする。【解決手段】ＥＧＲ通路４１には、排気ガス中の少なくともＮＯを酸化させる酸化装置４３が配設された第１ＥＧＲ通路部４１ａと、酸化装置４３が配設されていない第２ＥＧＲ通路部４１ｂとが互いに並列接続された状態で設けられ、弁制御手段が、エンジン１の運転時において、燃焼促進要求時には、第２ＥＧＲ通路部４１ｂによる排気還流量が第１ＥＧＲ通路部４１ａによる排気還流量よりも多くなるように、制御弁４６を制御する一方、燃焼抑制要求時には、第１ＥＧＲ通路部４１ａによる排気還流量が第２ＥＧＲ通路部４１ｂによる排気還流量よりも多くなるように、制御弁４６を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるエンジンの制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、エンジンの排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気系に還流させることはよく知られている。例えば特許文献１では、エンジンの排気通路に上流側から順に、排気ターボ過給機のタービン、酸化触媒及びＤＰＦが設けられ、該エンジンは、排気通路におけるタービンよりも上流側の部分を流れる排気ガスの一部を吸気系に還流するための高圧ＥＧＲ通路と、排気通路におけるＤＰＦよりも下流側の部分を流れる排気ガスの一部を吸気系に還流するための低圧ＥＧＲ通路とを有している。そして、特許文献１では、エンジンの運転状態が低負荷領域にあるときには、高圧ＥＧＲ通路による還流を行う一方、エンジンの運転状態が高負荷領域にあるときには、低圧ＥＧＲ通路による還流を行うことが開示されている。これは、トルクが必要な高負荷領域においては排気ガスをタービンに導いて過給させるためである。

特開２０１０−１８０８０４号公報

ところで、エンジンの排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気系に還流させる目的は、一般的に、エンジンの燃焼室内における燃焼を抑制することである。

しかしながら、本願発明者らは、排気ガスの一部を吸気系に還流させた場合、還流しない場合に比べて燃焼が促進する（圧縮着火の場合には、着火時期が進角する）場合があることを発見した。本願発明者らは、この原因について鋭意研究を重ね、その結果、排気ガス中のＮＯが、燃焼を促進することを突き止めた。また、排気ガス中のＮＯ_２が、燃焼を抑制することが分かった。これらのことを利用すれば、エンジンの燃焼を促進したり抑制したりすることが容易にできることが分かった。

本発明は、斯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、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるエンジンの運転時において、エンジンの燃焼促進要求時には、燃焼を促進できるようにする一方、エンジンの燃焼抑制要求時には、燃焼を抑制できるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるエンジンの制御装置を対象として、上記エンジンは、該エンジンの排気通路に設けられた排気浄化装置と、該排気通路における該排気浄化装置よりも上流側の部分と該エンジンの吸気通路とを連通するＥＧＲ通路とを有し、上記ＥＧＲ通路には、排気ガス中の少なくともＮＯを酸化させる酸化装置が配設された第１ＥＧＲ通路部と、該酸化装置が配設されていない第２ＥＧＲ通路部とが互いに並列接続された状態で設けられており、上記第１ＥＧＲ通路部及び上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量を変化させる制御弁と、上記制御弁を制御する弁制御手段とを備え、上記弁制御手段は、上記エンジンの運転時において、該エンジンの燃焼促進要求時には、上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量が上記第１ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるように、上記制御弁を制御する一方、該エンジンの燃焼抑制要求時には、上記第１ＥＧＲ通路部による排気還流量が上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるように、上記制御弁を制御するよう構成されている、という構成とした。

上記の構成により、排気ガスが第１ＥＧＲ通路部を流れる際には、酸化装置によって排気ガス中の少なくともＮＯが酸化されてＮＯ_２となり、このＮＯ_２がエンジンの燃焼室に供給される。一方、排気ガスが第２ＥＧＲ通路部を流れる際には、排気ガス中のＮＯは酸化されずそのままエンジンの燃焼室に供給される。そして、エンジンの燃焼促進要求時には、第２ＥＧＲ通路部による排気還流量が第１ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるので、多くのＮＯがエンジンの燃焼室に供給され、ＮＯにより燃焼を促進することができる。一方、エンジンの燃焼抑制要求時には、第１ＥＧＲ通路部による排気還流量が第２ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるので、多くのＮＯ_２がエンジンの燃焼室に供給され、ＮＯ_２により燃焼を抑制することができる。

上記エンジンの制御装置の一実施形態において、上記排気浄化装置は、３元触媒を含む。

このことにより、ＥＧＲ通路の上流端は、排気通路における該排気浄化装置よりも上流側の部分に接続されているので、排気ガス中のＮＯが三元触媒により窒素に還元される前に排気ガスの一部をＥＧＲ通路に流すことができる。また、ＥＧＲ通路に流れなかった排気ガス中のＮＯを含むＮＯｘは、三元触媒により窒素に還元される。

上記エンジンの制御装置の別の実施形態において、上記酸化装置は、オゾンガスを生成するオゾナイザーを有していて、該オゾンガスにより上記第１ＥＧＲ通路部を流れる排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ_２を生成するよう構成されている。

このことで、オゾナイザーによってオゾンガスを生成して、このオゾンガスによりＮＯを酸化してＮＯ_２を生成することができ、このＮＯ_２をエンジンの燃焼室に供給することができる。

或いは、上記酸化装置は、酸化触媒を含むものであってもよい。このことにより、酸化触媒によってＮＯを酸化してＮＯ_２を生成することができ、このＮＯ_２をエンジンの燃焼室に供給することができる。

上記エンジンの制御装置において、上記弁制御手段は、上記エンジンの運転状態が所定の低負荷領域にあるときには、上記燃焼促進要求時であるとして、上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量が上記第１ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるように、上記制御弁を制御するよう構成されている、ことが好ましい。

このことで、エンジンの運転状態が所定の低負荷領域にあるときには、エンジンの燃焼室へのＮＯの供給により燃焼を促進して、燃焼を安定化させることができる。

上記エンジンの制御装置において、上記弁制御手段は、上記エンジンの運転状態が所定の高負荷領域にあるときには、上記燃焼抑制要求時であるとして、上記第１ＥＧＲ通路部による排気還流量が上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるように、上記制御弁を制御するよう構成されている、ことが好ましい。

このことにより、エンジンの運転状態が所定の高負荷領域にあるときには、エンジンの燃焼室へのＮＯ_２の供給により燃焼を抑制して、ノッキングのような異常燃焼を抑制することができる。

以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によると、エンジンの運転時において、エンジンの燃焼促進要求時には、多くのＮＯをエンジンの燃焼室に供給することができ、ＮＯにより燃焼を促進することができる一方、エンジンの燃焼抑制要求時には、多くのＮＯ_２をエンジンの燃焼室に供給することができ、ＮＯ_２により燃焼を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る制御装置が適用されたエンジンの概略構成を示す図である。エンジンの制御系を示すブロック図である。エンジンの運転領域マップを示す図である。図３の運転領域マップのエンジン回転数Ｎ１における、エンジン負荷と、ＥＧＲ弁開度、燃料噴射時期及び吸気弁の閉時期との関係を示すグラフである。図３の運転領域マップの領域Ｃでの燃焼室内の燃料分布を示す図である。ＮＯ及びＮＯ_２をそれぞれエンジンの燃焼室に添加した場合において、それらの該燃焼室への添加濃度毎の、燃料が着火する直前の混合気の当量比と燃料着火時期との関係を計算により算出した結果を示すグラフである。エンジンの全運転領域でリーン空燃比とした場合のエンジンの運転領域マップを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る制御装置が適用されたエンジン１の概略構成を示す。本実施形態では、エンジン１は、燃料を空気と混合しつつ自着火させる圧縮着火式（予混合圧縮着火式）のエンジンであって、４つの気筒２が図１の紙面に垂直な方向に直列に配置された直列４気筒エンジンである。エンジン１は、車両に搭載されて、該車両の駆動源として利用される。エンジン１は、少なくともガソリンを含有する燃料の供給を受けて駆動される。燃料は、ガソリンに加えて、例えばバイオエタノール等が含有されていてもよい。

エンジン１（エンジン本体）は、４つの気筒２が設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配設されたシリンダヘッド４とを有している。各気筒２内には、シリンダヘッド４との間に燃焼室６を区画するピストン５が往復動（上下動）可能にそれぞれ嵌挿されている。各気筒２のピストン５は、コンロッド８を介して、気筒列方向に延びる不図示のクランクシャフトと連結されている。

燃焼室６は、いわゆるペントルーフ型であり、シリンダヘッド４の下面で構成される、燃焼室６の天井面が、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５の冠面には、該冠面の中心部をシリンダヘッド４とは反対側（下側）に凹ませたキャビティ５ａが形成されている。

本実施形態では、エンジン１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積に対して、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積の比が、１５以上３５以下（より好ましくは、１８以上３０以下）に設定されている。エンジン１の幾何学的圧縮比は、例えば２５に設定される。

シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気を気筒２（燃焼室６）内に導入するための吸気ポート９と、気筒２内で生成された排気ガスを排気通路３０に導出するための排気ポート１０とが形成されている。本実施形態では、吸気ポート９及び排気ポート１０は、各気筒２毎にそれぞれ２つずつ形成されている。

また、シリンダヘッド４には、各吸気ポート９の燃焼室６側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁１１と、各排気ポート１０の燃焼室６側の開口をそれぞれ開閉する排気弁１２とが設けられている。

吸気弁１１は、吸気動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。吸気動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とされている。本実施形態では、この可変動弁機構は、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）１７を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ１７は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁１１の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。

排気弁１２は、排気動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。排気動弁機構も、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とされている。本実施形態では、この可変動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ１８を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ１８は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁１２の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。

さらに、シリンダヘッド４には、各気筒２毎に、上記燃料を燃焼室６内に直接噴射するインジェクタ１４が設けられている。インジェクタ１４は、気筒２の中心軸に沿って上下方向に延びていて、燃焼室６の天井面の中央を通って、燃焼室６に臨んでいる。インジェクタ１４の、噴射口が形成された先端部は、燃焼室６の天井面に対して僅かに下側に位置している。

本実施形態では、インジェクタ１４は、噴射口を開閉する外開弁を有する、外開弁式のインジェクタである。噴射口は、先端側ほど径が大きくなるテーパ状に形成されている。そして、インジェクタ１４は、噴射口からピストン５の冠面に向かって、気筒２の中心軸を中心としたコーン状（詳しくはホローコーン状）に燃料を噴射する。そのコーンのテーパ角は、本実施形態では、９０°〜１００°である（内側の中空部のテーパ角は７０°程度である）。インジェクタ１４より噴射された燃料噴霧のペネトレーションは、燃焼室６の外周部にまでは届かないような長さとされている。尚、インジェクタ１４は、外開弁式のインジェクタに限らず、先端部に複数（例えば、１０個）の噴孔を有して該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射する多噴孔型のインジェクタであってもよい。

また、シリンダヘッド４には、各気筒２毎に、燃焼室６内の混合気を点火するための点火プラグ１３が設けられている。本実施形態では、後述の如くエンジン１の全運転領域で混合気を自着火させるので、基本的に、点火プラグ１３は不要であるが、例えばエンジン１が冷間始動された直後のような自着火が困難な状況下において火花点火燃焼を実行したり、暖機後であっても燃焼の促進のためにいわゆるスパークアシストを実行したりすることがあり、そのような目的のために点火プラグ１３が設けられている。

吸気ポート９には、吸気通路２０が連通接続されている。この吸気通路２０の上流側端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ２１が配設されており、このエアクリーナ２１で濾過した吸入空気が吸気通路２０及び吸気ポート９を介して各気筒２の燃焼室６に供給される。

吸気通路２０におけるエアクリーナ２１の下流側近傍には、吸気通路２０に吸入された吸入空気量を検出するエアフローセンサＳＮ２が配設されている。また、吸気通路２０における下流端の近傍には、サージタンク２５が配設されている。このサージタンク２５よりも下流側の吸気通路２０は、各気筒２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２の吸気ポート９にそれぞれ接続されている。

さらに、吸気通路２０におけるエアフローセンサＳＮ２とサージタンク２５との間には、上流側から順に、吸気通路２０を開閉するためのスロットル弁２２、及び、作動により吸入空気の過給を行う過給機２３が配設されている。本実施形態では、スロットル弁２２は、エンジン１の運転中、基本的に全開又はこれに近い開度に維持され、エンジン１を停止させるとき等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路２０を遮断する。過給機２３は、本実施形態では、電動式の過給機であるが、これには限られず、例えば、エンジン１により駆動される機械式の過給機であってもよく、排気によって駆動されるターボ過給機であってもよい。

排気ポート１０には、各気筒２の燃焼室６からの排気ガスを排出する排気通路３０が連通接続されている。この排気通路３０の上流側の部分は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１０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。

排気通路３０（排気マニホールドよりも下流側の部分）には、排気を浄化する排気浄化装置３１が設けられている。排気浄化装置３１は、３元触媒を含む。尚、過給機２３がターボ過給機である場合には、排気通路３０における排気浄化装置３１よりも上流側でかつ上記排気マニホールドよりも下流側の部分に、ターボ過給機のタービンが配設される。

エンジン１は、排気ガスの一部を排気通路３０から吸気通路２０にＥＧＲガスとして還流するためのＥＧＲ通路４１を有している。本実施形態では、ＥＧＲ通路４１は、排気通路３０における排気浄化装置３１よりも上流側でかつ上記排気マニホールドよりも下流側の部分と、吸気通路２０における過給機２３よりも上流側の部分とを連通するように、該両部分に接続されている。尚、過給機２３がターボ過給機である場合には、ＥＧＲ通路４１の上流端は、排気通路３０における上記タービンよりも上流側でかつ上記排気マニホールドよりも下流側の部分に接続される。

ＥＧＲ通路４１には、排気ガス中の少なくともＮＯを酸化させる酸化装置４３が配設された第１ＥＧＲ通路部４１ａと、該酸化装置４３が配設されていない第２ＥＧＲ通路部４１ｂとが互いに並列接続された状態で設けられている。すなわち、ＥＧＲ通路４１は、その途中で第１ＥＧＲ通路部４１ａと第２ＥＧＲ通路部４１ｂとに分岐した後、該分岐部分及び酸化装置４３よりも下流側でかつ吸気通路２０への接続部分よりも上流側で合流する。

酸化装置４３は、本実施形態では、通電による無声放電によって、酸素からオゾンガスを生成するオゾナイザーを有している。このオゾナイザーにより生成されたオゾンガスは不安定であり、該オゾンガスは少なくともＮＯを酸化してＮＯ_２を生成する（オゾンガスは酸素に変化する）。

オゾナイザーへの通電及び非通電を切り換える切換スイッチ４４が設けられており、この切換スイッチ４４は、後述のＥＣＵ１００からの制御信号を受けて、ＯＮ／ＯＦＦが電気的に切り換えられる。切換スイッチ４４がＯＮにされると、オゾナイザーに通電されて、該オゾナイザーによりオゾンガスが生成される。切換スイッチ４４がＯＦＦにされると、オゾナイザーに対し非通電とされる。

尚、酸化装置４３は、オゾナイザーに代えて、酸化触媒を含んでいてもよい。この場合、切換スイッチ４４は不要になる。酸化触媒によって、第１ＥＧＲ通路部４１ａを流れる排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ_２を生成することができる。但し、酸化触媒の温度が活性化温度以上になっている必要がある。

ＥＧＲ通路４１における第１ＥＧＲ通路部４１ａと第２ＥＧＲ通路部４１ｂとの分岐部分よりも上流側の部分には、ＥＧＲ通路４１を開閉するＥＧＲ弁４２が設けられており、このＥＧＲ弁４２の開度が調整されることにより、ＥＧＲ通路４１による排気還流量が制御される。

また、ＥＧＲ通路４１における第１ＥＧＲ通路部４１ａと第２ＥＧＲ通路部４１ｂとの分岐部分には、第１ＥＧＲ通路部４１ａ及び第２ＥＧＲ通路部４１ｂによる排気還流量を変化させる制御弁４６が設けられている。制御弁４６は、後述のＥＣＵ１００の制御によって、第１状態（図１の実線参照）と第２状態（図１の二点鎖線参照）とに切り換えられる。本実施形態では、制御弁４６が上記第１状態にあるときには、第１ＥＧＲ通路部４１ａの開度が１００％とされ、第２ＥＧＲ通路部４１ｂの開度が０％とされる。一方、制御弁４６が上記第２状態にあるときには、第２ＥＧＲ通路部４１ｂの開度が１００％とされ、第１ＥＧＲ通路部４１ａの開度が０％とされる。

尚、制御弁４６が上記第１状態にあるときにおいて、第１ＥＧＲ通路部４１ａの開度が１００％でありかつ第２ＥＧＲ通路部４１ｂの開度が０％である必要はなく、第１ＥＧＲ通路部４１ａ及び第２ＥＧＲ通路部４１ｂの開度が、第１ＥＧＲ通路部４１ａによる排気還流量が第２ＥＧＲ通路部４１ｂによる排気還流量よりも多くなるような開度とされてもよい。また、制御弁４６が上記第２状態にあるときにおいて、第２ＥＧＲ通路部４１ｂの開度が１００％でありかつ第１ＥＧＲ通路部４１ａの開度が０％である必要はなく、第１ＥＧＲ通路部４１ａ及び第２ＥＧＲ通路部４１ｂの開度が、第２ＥＧＲ通路部４１ｂによる排気還流量が第１ＥＧＲ通路部４１ａによる排気還流量よりも多くなるような開度とされてもよい。さらに、制御弁４６は、ＥＧＲ通路４１における第１ＥＧＲ通路部４１ａと第２ＥＧＲ通路部４１ｂとの分岐部分に設ける代わりに、第１ＥＧＲ通路部４１ａ及び第２ＥＧＲ通路部４１ｂにそれぞれ設けてもよい。

図２に示すように、エンジン１の制御装置は、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine ControlUnit）１００を備えている。ＥＣＵ１００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ーである。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、入出力バス１０３等を備えている。ＣＰＵ１０１は、コンピュータプログラム（ＯＳ等の基本制御プログラム、及び、ＯＳ上で起動されて特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）を実行する中央演算処理装置である。メモリ１０２は、ＲＡＭ及びＲＯＭにより構成されている。ＲＯＭには、種々のコンピュータプログラム（特にエンジン１を制御するための制御プログラム）や、該コンピュータプログラムの実行時に用いられる後述の運転領域マップ及び制御マップを含むデータ等が格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵ１０１が一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられるメモリである。入出力バス１０３は、ＥＣＵ１００に対して電気信号の入出力をするものである。

ＥＣＵ１００には、クランク角センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、アクセル開度センサＳＮ３等の各種のセンサが電気的に接続されている。クランク角センサＳＮ１は、シリンダブロック３に設けられていて、クランクシャフトの回転角を検出する。アクセル開度センサＳＮ３は、車両のアクセルペダル機構に取り付けられていて、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出する。これらセンサＳＮ１〜ＳＮ３等は、検知信号をＥＣＵ１００に出力する。

ＥＣＵ１００は、センサＳＮ１〜ＳＮ３等からの入力信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断するとともに、点火プラグ１３、インジェクタ１４、吸気電動Ｓ−ＶＴ１７、排気電動Ｓ−ＶＴ１８、スロットル弁２２、過給機２３、ＥＧＲ弁４２、切換スイッチ４４、制御弁４６等といった、エンジン１の各デバイスに対して制御信号を出力して、各デバイスを制御する。ＥＣＵ１００は、制御弁４６を制御する弁制御手段を構成することになる。

本実施形態では、エンジン１の全運転領域において、圧縮着火燃焼（ＣＩ燃焼）が実施される。具合的には、圧縮上死点よりも前にインジェクタ１４から燃焼室６内に燃料が噴射され、この燃料と空気との混合気を圧縮することで昇温し、圧縮上死点付近で混合気を自着火させる。

図３は、エンジン１の運転領域マップを示す。この運転領域マップは、エンジン回転数とエンジン負荷とによって定められている。図４は、図３の運転領域マップのエンジン回転数Ｎ１における、エンジン負荷と、ＥＧＲ弁開度、燃料噴射時期及び吸気弁１１の閉時期との関係を示す。エンジン負荷と、ＥＧＲ弁開度、燃料噴射時期及び吸気弁１１の閉時期との関係は、エンジン回転数がＮ１よりも小さくても大きくても、基本的に図４と同様である。エンジン回転数毎の、エンジン負荷と、ＥＧＲ弁開度、燃料噴射時期及び吸気弁１１の閉時期との関係は、制御マップとして予め決められている。ＥＣＵ１００は、運転領域マップ及び制御マップに従って、各デバイスを制御する。

エンジン負荷が所定値Ｌ１よりも低い領域Ａでは、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が、燃焼室６の全体において理論空燃比よりも大きくされる（リーン空燃比とされる）。つまり、燃焼室６の全体において、混合気の空気過剰率λが１を超える値（例えばλ＝２〜３）とされる。領域Ａでは、図４に示すように、エンジン負荷が低くなるほど、燃料噴射時期が圧縮上死点に近付く。

一方、エンジン負荷が所定値Ｌ１以上である領域Ｂでは、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が、理論空燃比とされる。つまり、混合気の空気過剰率λが１とされる。領域Ｂでは、図４に示すように、エンジン負荷に関係なく、燃料噴射時期が一定であって、吸気下死点付近、又は吸気行程で噴射される。これにより、燃料が自着火する直前（圧縮上死点付近）において、燃料が燃焼室６全体に均一に分散された状態になる。

図３において、領域Ａの中の低負荷の領域Ｃ（破線で囲まれた領域）は、所定の低負荷領域に相当する領域であって、エンジン１としては、燃焼の促進が要求される領域である。領域Ｃでは、制御弁４６は、第２ＥＧＲ通路部４１ｂの開度が１００％となる第２状態とされる。これにより、ＥＧＲ通路４１に流入した排気ガスの全てが第２ＥＧＲ通路部４１ｂへと流れる。

領域Ａの中の高負荷の領域と領域Ｂの全体とを含む領域Ｄ（一点鎖線で囲まれた領域）は、所定の高負荷領域に相当する領域であって、異常燃焼が生じ易いために、エンジン１としては、燃焼の抑制が要求される領域である。領域Ｄでは、制御弁４６は、第１ＥＧＲ通路部４１ａの開度が１００％となる第１状態にされる。また、領域Ｄでは、切換スイッチ４４がＯＮにされる。切換スイッチ４４は、領域ＤのみでＯＮにされ、領域Ｃ、及び、領域Ｃと領域Ｄとの間の領域Ｅ（領域Ａに含まれる）では、ＯＦＦにされる。

図３に示すように、領域Ｃと領域Ｅとの境界線は、エンジン回転数が高くなるほど、エンジン負荷が高くなるような直線で表される。すなわち、エンジン回転数が高くなると、燃料の自着火がその速さについてこれなくなるので、より高いエンジン負荷まで燃焼の促進が要求される。

また、領域Ｄと領域Ｅとの境界線も、エンジン回転数が高くなるほど、エンジン負荷が高くなるような直線（エンジン回転数が低くなるほど、エンジン負荷が低くなるような直線）で表される。すなわち、エンジン回転数が高くなると、異常燃焼が生じるよりも早期にピストン５が動くので、異常燃焼が生じ難くなる一方、エンジン回転数が低いと、異常燃焼が生じ易くなるので、より低いエンジン負荷まで燃焼の抑制が要求される。

領域Ｃでは、インジェクタ１４から燃料が圧縮行程の後半（圧縮行程を２等分したときの後半）で噴射される。このように圧縮行程の後半でインジェクタ１４から噴射された燃料は、ピストン５のキャビティ５ａ内に向かって飛翔し、その結果、燃料が自着火する直前（圧縮上死点付近）の燃焼室６の燃料分布として、図５に示すような分布が得られる。すなわち、キャビティ５ａに集中的に供給された燃料が空気（新気）及びＥＧＲガスと混じり合うことにより、燃焼室６の中央部に、比較的燃料リッチな混合気層５１が成層化される。一方、混合気層５１の周囲（燃焼室６の外周部）には、燃料が殆ど存在せず、空気（新気）とＥＧＲガスとによって占められる。このように、領域Ｃでは、燃料が自着火する直前において、混合気層５１が燃焼室６の中央部にのみ存在する状態が得られ、燃料分布の成層化（混合気層５１の成層化）が達成される。尚、図５では、点火プラグ１３の記載を省略している。

このように燃料分布の成層化が行われた場合、混合気の空燃比は、燃焼室６の全体としては、リーン空燃比であるが、燃焼室６の中央部の混合気層５１では、燃焼室６全体の平均空燃比よりもリッチになっているため、混合気層５１の燃焼によりＮＯｘ（ＮＯがかなりの割合を占める）が発生し易い。

領域Ｃでは、ＥＧＲ弁４２が開かれるとともに、制御弁４６が、第２ＥＧＲ通路部４１ｂの開度が１００％となる第２状態にされる。これにより、領域Ｃでは、エンジン１の排気ガスがＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４１に流れ、このＥＧＲガス（特にＮＯ）が、第２ＥＧＲ通路部４１ｂを通って燃焼室６に供給されることになる。排気浄化装置３１へと流れる排気ガス中のＮＯを含むＮＯｘは、排気浄化装置３１（三元触媒）により窒素に還元される。

領域Ｃでは、エンジン負荷が低いほど、ＥＧＲ弁４２の開度が大きくされる。この結果、エンジン負荷が低いほど、多くのＮＯが燃焼室６に供給されることになる。後に詳細に説明するように、ＮＯは、燃焼を促進させる（着火時期を進角させる）効果があるので、このようにエンジン負荷が低いほど、多くのＮＯを燃焼室６に供給するようにしている。

領域Ｄでは、ＥＧＲ弁４２が開かれるとともに、制御弁４６が、第１ＥＧＲ通路部４１ａの開度が１００％となる第１状態にされる。また、領域Ｄでは、切換スイッチ４４がＯＮにされて、オゾナイザーに通電される。領域Ｄでは、エンジン１の排気ガスがＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４１に流れ、このＥＧＲガスが、第１ＥＧＲ通路部４１ａを通って燃焼室６に供給されることになる。領域Ｄにおいても、ＮＯｘ（特にＮＯ）が発生し、ＥＧＲガスが第１ＥＧＲ通路部４１ａを通る際、オゾナイザーにより発生したオゾンガスによって、そのＥＧＲガス中のＮＯが酸化されて、ＮＯ_２が生成される。この結果、領域Ｄでは、ＮＯ_２が燃焼室６に供給されることになる。

領域Ｄでは、エンジン負荷が高いほど、ＥＧＲ弁４２の開度が大きくされる。この結果、エンジン負荷が高いほど、多くのＮＯ_２が燃焼室６に供給されることになる。後に詳細に説明するように、ＮＯ_２は、燃焼を抑制する（着火時期を遅角させる）効果があるので、このようにエンジン負荷が高いほど、多くのＮＯ_２を燃焼室６に供給するようにしている。領域Ｄでは、エンジン負荷が所定値Ｌ１よりも低い領域を除けば、燃料が自着火する直前（圧縮上死点付近）において、燃料が燃焼室６全体に均一に分散された状態になる。但し、エンジン負荷が所定値Ｌ１よりも低い領域においても、燃料が燃焼室６全体に均一に分散された状態になると考えられる。尚、領域Ｄでは、エンジン負荷が高いほど、過給機２３による過給量が多くされるようになっており、これにより、ＥＧＲ弁４２の開度が大きくなっても、高くなるエンジン負荷に対応することができる。

領域Ｅでは、ＥＧＲ弁４２が閉じられるので、ＥＧＲガスは燃焼室６に供給されない。領域Ｅでは、制御弁４６は、第１状態及び第２状態のいずれの状態にあってもよい。例えば、領域Ｅへの移行前が領域Ｃであれば、制御弁４６は第２状態のままとし、領域Ｅへの移行前が領域Ｄであれば、制御弁４６は第１状態のままとすればよい。領域Ｅでも、領域Ｃと同様に、燃料分布の成層化が行われるが、インジェクタ１４から燃料が圧縮行程の前半に噴射されるため、混合気層５１の周囲にも燃料が混じる。但し、中央部の混合気層５１の混合気濃度の方がその周囲の混合気濃度よりも濃い。領域Ｅでは、領域Ｃよりも吸気弁１１が遅閉じとされ、エンジン負荷が高くなるほど吸気弁１１の閉じる時期が遅くなる。

尚、上記運転領域マップにおいて、上記のように領域Ｃ〜Ｅに区分しないで、領域Ａのようにエンジン１がリーン空燃比で運転されるときには、燃焼促進要求時であるとして、制御弁４６を第２状態にして、ＮＯを燃焼室６に供給する一方、領域Ｂのようにエンジン１が理論空燃比で運転される場合、又は、リッチ空燃比で運転されるときには、燃焼抑制要求時であるとして、制御弁４６を第１状態にして、ＮＯ_２を燃焼室６に供給するようにしてもよい。

ＮＯが燃焼を促進させる理由、及び、ＮＯ_２が燃焼を抑制する理由は、以下の通りである。

すなわち、圧縮行程における燃料（ガソリンを含有する）の燃焼前の低温酸化反応においては、燃料からＯＨ、ＨＯ_２といった活性種が発生し、これらの活性種と燃料の炭化水素とが反応して炭化水素から水素が分離する。ＮＯは、以下の化学式で表されるように、活性種のＨＯ_２と反応し、これによりＯＨが生成される。

ＮＯ＋ＨＯ_２→ＮＯ_２＋ＯＨ
ＯＨは、上記活性種の中で比較的反応性に冨み、低温酸化反応の時間を短縮する。したがって、燃焼室６へのＮＯの供給により燃焼を促進させる（着火時期を進角させる）ことができる。尚、ＮＯ_２は、以下のように、安定した物質であるＨＯＮＯを生成するが、ＯＨが反応性に富んでいるため、低温酸化反応の時間を短縮する。

一方、ＮＯ_２は、以下の化学式で表されるように、活性種のＨＯ_２と反応し、これによりＨＯＮＯが生成される。

ＮＯ_２＋ＨＯ_２→ＨＯＮＯ＋Ｏ_２
ＨＯＮＯは、安定した物質であるため、低温酸化反応の時間を長くする。したがって、燃焼室６へのＮＯ_２の供給により燃焼を抑制する（着火時期を遅角させる）ことができる。

尚、ガソリンを含有する燃料に限らず、軽油等の、炭化水素を含む燃料であれば、ＮＯの燃焼促進効果及びＮＯ_２の燃焼抑制効果が得られる。

図６は、ＮＯ及びＮＯ_２をそれぞれ燃焼室６に添加した場合において、それらの燃焼室６への添加濃度毎の、燃料が着火する直前の混合気の当量比（１／λ）と燃料着火時期（クランク角）との関係を計算により算出した結果を示す。この燃料着火時期は、ＮＯ及びＮＯ_２を添加しない場合のクランク角を０°としており、これに対して進角する場合をマイナスで表し、遅角する場合をプラスで表している。尚、図６に記載の添加濃度は、ＥＧＲガスとして燃焼室６に添加可能な濃度である。

図６より、ＮＯを添加すれば、着火時期が進角し、ＮＯ_２を添加すれば、着火時期が遅角することが分かる。

ここで、図３の運転領域マップでは、エンジン負荷が所定値Ｌ１以上である領域Ｂにおいて、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比とされていたが、図７の運転領域マップのように、エンジン１の全運転領域でリーン空燃比とされてもよい。この場合、過給機２３による過給によって、高負荷に対応する。

図７の運転領域マップでは、領域Ａと領域Ｂとの区別はない。領域Ｃ、領域Ｄ及び領域Ｅの区分けは、図３の運転領域マップと同様であり、また、図７の運転領域マップのエンジン回転数Ｎ１における、エンジン負荷と、ＥＧＲ弁開度、燃料噴射時期及び吸気弁１１の閉時期との関係は、図４と同様であり、エンジン回転数毎の、エンジン負荷と、ＥＧＲ弁開度、燃料噴射時期及び吸気弁１１の閉時期との関係を示す制御マップも、図３の運転領域マップに対応する制御マップと同様である。図７の運転領域マップの領域Ｃ、領域Ｄ及び領域Ｅでの、燃料が自着火する直前の燃料分布は、図３の運転領域マップの領域Ｃ、領域Ｄ及び領域Ｅでの、燃料が自着火する直前の燃料分布と同様になる。

図７の運転領域マップの領域Ｄにおいては、リーン空燃比ではあるが、エンジン負荷が高くなるほど燃焼室６内の温度が上昇するために、ＮＯｘ（特にＮＯ）が発生する。この領域Ｄでは、リーン空燃比であるために、着火時期が遅くなる傾向にあり、僅かな空燃比のずれで異常燃焼が生じ易い。したがって、全運転領域でリーン空燃比とされる場合には、特に異常燃焼抑制の要求が高く、本実施形態では、この要求を良好に満たすことができる。

したがって、本実施形態では、エンジン１の運転時において、エンジン１の運転状態が所定の低負荷領域（領域Ｃ）にあるときには、エンジン１の燃焼促進要求時であるとして、制御弁４６が第２状態とされて、燃焼室６にＮＯを供給することができ、ＮＯにより燃焼を促進することができる。一方、エンジン１の運転状態が所定の高負荷領域（領域Ｄ）にあるときには、エンジン１の燃焼抑制要求時であるとして、制御弁４６が第１状態とされて、燃焼室６にＮＯ_２を供給することができ、ＮＯ_２により燃焼を抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、エンジン１が圧縮着火式のエンジンであるが、火花点火式のエンジンであってもよく、圧縮着火燃焼及び火花点火燃焼とを組み合わせた形態の燃焼（ＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼）を実行するエンジンであってもよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるエンジンの制御装置に有用であり、エンジンの運転時において、エンジンの燃焼を促進したり燃焼を抑制したりする場合に有用である。

１エンジン
３１排気浄化装置
４１ＥＧＲ通路（供給手段）
４１ａ第１ＥＧＲ通路部
４１ｂ第２ＥＧＲ通路部
４３酸化装置
４６制御弁
１００ＥＣＵ（弁制御手段）

Claims

少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるエンジンの制御装置であって、
上記エンジンは、該エンジンの排気通路に設けられた排気浄化装置と、該排気通路における該排気浄化装置よりも上流側の部分と該エンジンの吸気通路とを連通するＥＧＲ通路とを有し、
上記ＥＧＲ通路には、排気ガス中の少なくともＮＯを酸化させる酸化装置が配設された第１ＥＧＲ通路部と、該酸化装置が配設されていない第２ＥＧＲ通路部とが互いに並列接続された状態で設けられており、
上記第１ＥＧＲ通路部及び上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量を変化させる制御弁と、
上記制御弁を制御する弁制御手段とを備え、
上記弁制御手段は、上記エンジンの運転時において、該エンジンの燃焼促進要求時には、上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量が上記第１ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるように、上記制御弁を制御する一方、該エンジンの燃焼抑制要求時には、上記第１ＥＧＲ通路部による排気還流量が上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるように、上記制御弁を制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１記載のエンジンの制御装置において、
上記排気浄化装置は、３元触媒を含むことを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１又は２記載のエンジンの制御装置において、
上記酸化装置は、オゾンガスを生成するオゾナイザーを有していて、該オゾンガスにより上記第１ＥＧＲ通路部を流れる排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ_２を生成するよう構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１又は２記載のエンジンの制御装置において、
上記酸化装置は、酸化触媒を含むことを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
上記弁制御手段は、上記エンジンの運転状態が所定の低負荷領域にあるときには、上記燃焼促進要求時であるとして、上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量が上記第１ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるように、上記制御弁を制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１〜５のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
上記弁制御手段は、上記エンジンの運転状態が所定の高負荷領域にあるときには、上記燃焼抑制要求時であるとして、上記第１ＥＧＲ通路部による排気還流量が上記第２ＥＧＲ通路部による排気還流量よりも多くなるように、上記制御弁を制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。