JP3743272B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関に関し、特に排気再循環装置（ＥＧＲ装置）を具備した圧縮着火式の内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする圧縮着火式のディーゼル機関では、該内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯx）量を減少させることが要求されている。
【０００３】
このような要求に対し、特開平５−３２１７６７号公報等に記載されているような排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置を具備した内燃機関が提案されている。
【０００４】
ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気系を流れる排気の一部を吸気系に再循環させることにより、排気中に含まれる水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）等の不活性ガス成分を新気とともに内燃機関の燃焼室へ導入し、不活性ガス成分が持つ非燃焼性及び吸熱性を利用して混合気の最高燃焼温度を低下させ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量を低減する装置である。
【０００５】
上記したようなＥＧＲ装置の一つとしては、内燃機関の排気系を流れる排気の一部を吸気系へ導くＥＧＲ通路の途中に、該ＥＧＲ通路内を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラを備えたものも提案されている。
【０００６】
ＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置は、排気系を流れる排気の一部を吸気系へ再循環させる際に、排気をＥＧＲクーラによって冷却することにより、排気の熱による混合気の温度上昇を抑制し、混合気の最高燃焼温度を一層低下させ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量を一層低減しようとするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置では、ＥＧＲクーラによって排気が冷却されると、排気中に含まれる未燃燃料成分や未燃オイル成分などのＳＯＦ（Soluble Organic Fraction：可溶な有機的留分）成分が液化してＥＧＲクーラ内の通路壁面に付着しやすくなる。
【０００８】
ＥＧＲクーラ内の通路壁面に付着するＳＯＦ成分量が増加すると、ＥＧＲクーラ内の通路が目詰まりを起こし、所望量の排気を排気系から吸気系へ再循環させることが困難となり、その結果、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加してしまう虞がある。
【０００９】
これに対し、各気筒の燃料噴射時期を進角させることにより混合気の最高燃焼温度を高め、各気筒から排出されるＳＯＦ成分量を減少させることも考えられるが、混合気の最高燃焼温度が高められるとＳＯＦ成分の量が減少する代わりに窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加してしまい、ＥＧＲ装置によるＮＯx低減効果が半減してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ装置とＥＧＲクーラとを備えた圧縮着火式の内燃機関において、該内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯx）量を不要に増加させることなく、ＥＧＲクーラの目詰まりを防止する技術を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
【００１２】
すなわち、本発明に係る内燃機関は、
複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒の燃料噴射時期を他の気筒に比して進角させる燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１３】
このように構成された内燃機関では、排気通路を流れる排気の一部は、排気再循環通路へ流入し、排気再循環通路の途中に設けられた冷却機構によって冷却された後に吸気通路へ導かれる。
【００１４】
吸気通路へ導かれた低温の排気（以下、再循環ガスと称する）は、吸気通路の上流が流れてくる新気とともに内燃機関の各気筒内へ供給され、燃料噴射弁から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００１５】
その際、再循環ガス中に含まれる不活性成分により各気筒の燃焼温度が低められることになるため、燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯx）の量が低減される。
【００１６】
上記したように排気の再循環が行われるときには、燃料噴射時期制御手段は、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した気筒（以下、最近接気筒と称する）の燃料噴射時期を進角させる。
【００１７】
ここで、圧縮着火式内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料を着火源として燃焼が行われるため、燃料噴射時期が変更されると、それに応じて燃焼開始時期が変更されることになる。更に、圧縮着火式内燃機関では、燃焼開始時期が進角されると混合気の最高燃焼温度が高くなり、燃焼開始時期が遅角されると混合気の最高燃焼温度が低くなる傾向がある。
【００１８】
従って、最近接気筒の燃料噴射時期が他の気筒に比して進角されると、最近接気筒の燃焼開始時期が他の気筒に比して進角されることになり、最近接気筒における燃焼開始時期から排気弁の開弁時期までの期間（以下、燃焼期間と称する）が他の気筒より長くなるとともに、最近接気筒の最高燃焼温度が他の気筒に比して高くなることになる。
【００１９】
最近接気筒の燃焼期間が他の気筒に比して長くなり、且つ、最高燃焼温度が他の気筒に比して高くなると、最近接気筒内の燃料成分やオイル成分等が完全燃焼し易くなるため、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）成分の量が他の気筒に比して少なくなる。
【００２０】
最近接気筒の排気に含まれるＳＯＦ成分量が減少すると、それに応じて再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量も減少することになる。これは、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した位置にある気筒から排出された排気は、他の気筒から排出された排気に比して再循環通路に流入し易いという知見に基づくものである。
【００２１】
上記したように最近接気筒の燃料噴射時期が他の気筒に比して進角されると、最近接気筒についてのみ最高燃焼温度が高められるため、内燃機関全体から排出される窒素酸化物（ＮＯx）量の不要な増加が抑制されつつ再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少することになる。この結果、排気再循環によるＮＯx低減効果を低下させることなく冷却機構におけるＳＯＦ成分の付着を抑制することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る内燃機関は、
複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒の燃料噴射量を他の気筒に比して減量させる燃料噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とするようにしてもよい。
【００２３】
このように構成された内燃機関では、排気再循環通路によって排気の一部が吸気通路へ再循環される場合に、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した位置にある最近接気筒の燃料噴射量が他の気筒に比して減量される。
【００２４】
この場合、最近接気筒へ供給される燃料量が他の気筒に比して少なくなるため、最近接気筒において燃え残る燃料量も他の気筒に比して少なくなり、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が他の気筒に比して少なくなる。
【００２５】
この結果、再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分の量が減少し、再循環ガスが冷却機構を通過する際に冷却機構に付着するＳＯＦ成分の量が減少することになる。
【００２６】
また、本発明に係る内燃機関は、
複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記各気筒へ燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
前記各気筒に対する主燃料の噴射に先だって副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒に対する主燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して遅角させる燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とするようにしてもよい。
【００２７】
このように構成された内燃機関では、排気再循環通路によって排気の再循環が行われる場合には、燃料噴射時期制御手段は、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した最近接気筒について、主燃料の噴射時期を進角およびまたは副燃料の噴射時期を遅角させる。
【００２８】
主燃料の噴射時期が進角されると、前述したように最近接気筒の燃焼期間が他の気筒に比して長くなるとともに最高燃焼温度が他の気筒に比して高くなり、その結果、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分の量が減少することになる。
【００２９】
一方、副燃料の噴射時期が遅角された場合は、副燃料の噴射時期から主燃料の噴射時期までの期間が短縮されるため、主燃料が噴射される前に副燃料が気筒内で不要に拡散して気筒内壁面の近傍に到達するようなことがなくなる。
【００３０】
ここで、気筒内壁面の近傍では空気不足や燃焼温度の低下などに起因して燃焼が不安定になる場合があるため、主燃料の噴射時期に副燃料が気筒内壁面の近傍まで既に拡散していると、気筒内壁面近傍の副燃料が燃え残る可能性がある。
【００３１】
これに対し、副燃料の噴射時期が遅角されることにより、主燃料が噴射される前に副燃料が気筒内壁面の近傍まで到達するようなことがなくなると、副燃料の燃え残りが抑制されるため、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分の量が減少することになる。
【００３２】
従って、排気再循環通路によって排気の再循環が行われているときに、最近接気筒に対する主燃料の噴射時期が進角およびまたは副燃料の噴射時期が遅角されると、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が減少し、それに応じて再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少する。この結果、再循環ガスが冷却機構を通過する際に冷却機構に付着するＳＯＦ成分量が減少することになる。
【００３３】
尚、主燃料およびまた副燃料の噴射時期が変更される代わりに、主燃料およびまたは副燃料の噴射量が減量されるようにしてもよく、或いは、主燃料およびまたは副燃料の噴射時期の変更と主燃料およびまたは副燃料の減量との双方が行われるようにしてもよい。
【００３４】
また、本発明に係る内燃機関は、
複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記各気筒へ燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
前記各気筒に対する主燃料の噴射後に副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒に対する主燃料およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角させる燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とするようにしてもよい。
【００３５】
このように構成された内燃機関では、排気再循環通路によって排気の再循環が行われる場合には、燃料噴射時期制御手段は、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した最近接気筒について、主燃料およびまたは副燃料の噴射時期を進角させる。
【００３６】
主燃料の噴射時期が進角されると、前述したように最近接気筒の燃焼期間が他の気筒に比して長くなるとともに最高燃焼温度が他の気筒に比して高くなり、その結果、最近接気筒からの排気に含まれる未燃燃料成分の量が減少し、それに応じて再循環ガス中に含まれる未燃燃料成分量も減少する。
【００３７】
一方、副燃料の噴射時期が進角されると、高温且つ高圧の燃焼ガス中に副燃料が噴射され、副燃料が燃焼し易くなるため、副燃料の燃え残り抑制されるため、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分の量が減少する。
【００３８】
従って、排気再循環通路によって排気の再循環が行われているときに、最近接気筒に対する主燃料およびまたは副燃料の噴射時期の進角されると、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が減少し、それに応じて再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少する。この結果、再循環ガスが冷却機構を通過する際に冷却機構に付着するＳＯＦ成分量が減少することになる。
【００３９】
尚、主燃料およびまた副燃料の噴射時期が変更される代わりに、主燃料およびまたは副燃料の噴射量が減量されるようにしてもよく、或いは、主燃料およびまたは副燃料の噴射時期の変更と主燃料およびまたは副燃料の減量との双方が行われるようにしてもよい。また、最近接気筒については、副燃料の噴射が禁止されるようにしてもよい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００４１】
図１は、本発明に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００４２】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストローク・サイクル・ディーゼル機関である。
【００４３】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。前記コモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００４４】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。前記燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６が内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００４５】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００４６】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００４７】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【００４８】
前記吸気枝管８は、吸気管９と接続され、前記吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管９内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００４９】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。前記吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００５０】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００５１】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１０内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００５２】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００５３】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が各気筒２の燃焼室と排気ポート１００を介して連通している。
【００５４】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、前記排気管１９と接続されている。前記排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００５５】
前記排気管１９の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒２０が配置されている。前記排気浄化触媒２０は、該排気浄化触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であっても排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を除去又は浄化することが可能な触媒であり、そのような触媒としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒や選択還元型ＮＯx触媒等を例示することができる。
【００５６】
排気浄化触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４とが取り付けられている。
【００５７】
前記した空燃比センサ２３及び排気温度センサ２４より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。前記排気絞り弁２１には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００５８】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１００を介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用して、タービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００５９】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を経て排気浄化触媒２０へ流入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒２０にて有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００６０】
また、内燃機関１には、該内燃機関１の排気系を流れる排気の一部を吸気系へ再循環させる排気再循環機構が設けられている。排気再循環機構は、内燃機関１の４つの気筒２のうち１番（＃１）気筒２の排気ポート１００からシリンダヘッド内を通って吸気枝管８の集合部に至るよう形成された排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５と、電磁弁等からなり印加電力の大きさに応じてＥＧＲ通路２５内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６と、ＥＧＲ弁２６より上流のＥＧＲ通路２５に設けられ該ＥＧＲ通路２５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７とを備えている。
【００６１】
尚、ＥＧＲ通路２５は、シリンダヘッド内に形成された図示しない冷却水路を貫通又は冷却水路に近接するよう形成されることが好ましい。これは、冷却水路を流れる冷却水によってＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスが冷却されることになるため、ＥＧＲクーラ２７の容量を小さくすることができるからである。
【００６２】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入する。
【００６３】
ＥＧＲ通路２５内へ流入したＥＧＲガスは、先ずシリンダヘッド内の冷却水路を流れる冷却水によって冷却され、次いでＥＧＲクーラ２７において所定の冷媒との間で熱交換されることにより冷却される。
【００６４】
シリンダヘッド内及びＥＧＲクーラ２７によって冷却された低温のＥＧＲガスは、吸気枝管８の集合部へ導かれ、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ分配され、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００６５】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の最高燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００６６】
更に、本実施の形態に係る排気再循環機構では、ＥＧＲガスがシリンダヘッド内及びＥＧＲクーラ２７において冷却されるため、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されることになる。この結果、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給された際に燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもなくなる。
【００６７】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００６８】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６９】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６等が電気配線を介して接続され、上記した各部がＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００７０】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００７１】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７２】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７３】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、あるいはＥＧＲ弁２６へ送信する。
【００７４】
前記ＲＯＭ３５２は、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００７５】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ等である。
【００７６】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００７７】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００７８】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御を実行する。
【００７９】
例えば、燃料噴射制御では、ＣＰＵ３５１は、先ず、燃料噴射弁３から噴射すべき燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射すべき時期を決定する。
【００８０】
燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間ん）を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値をパラメータとして基本燃料噴射時間を補正して最終的な目標燃料噴射時間を決定する。
【００８１】
ここで、圧縮着火式のディーゼル機関における燃焼過程は、燃焼室内に噴射された燃料が可燃混合気となって自己着火する予混合燃焼期間と、予混合燃焼期間で燃焼室内に生成された燃焼ガス中に燃料が噴射されることにより燃焼が継続及び拡散される拡散燃焼期間とに大別されるが、予混合燃焼期間が不要に長くなると、燃焼室内の燃焼圧が過剰に高くなるとともに燃焼温度が過剰に高くなり、窒素酸化物（ＮＯx）の生成量が増加する可能性がある。
【００８２】
これに対し、ＣＰＵ３５１は、各気筒２の１行程中に噴射すべき燃料を二回に分けて噴射するようにした。すなわち、ＣＰＵ３５１は、燃焼室内に噴射すべき燃料の一部をパイロット的に噴射するパイロット噴射を行い、パイロット噴射された燃料が着火状態となった時点で残りの燃料を噴射するメイン噴射を行うようにした。
【００８３】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、機関回転数と目標燃料噴射時間とをパラメータとしてパイロット噴射時間を決定し、次いでパイロット噴射時間と目標燃料噴射時間とをパラメータとしてメイン噴射時間を決定する。
【００８４】
燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の燃料噴射時期制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応したパイロット噴射時期とメイン噴射時期とを算出する。
【００８５】
このように燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定されると、ＣＰＵ３５１は、前記燃料噴射時期とクランクポジションセンサ３３の出力信号とを比較し、前記クランクポジションセンサ３３の出力信号が前記燃料噴射時期と一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を停止する。
【００８６】
また、吸気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ１４に印加する。その際、ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁１３の実際の開度を検出し、実際の吸気絞り弁１３の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ１４をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００８７】
また、排気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに排気絞り弁２１を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ２２を制御する。
【００８８】
この場合、内燃機関１の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関１の発熱量が増加するため、内燃機関１の暖機促進や車室内用ヒータの熱源確保が可能となる。
【００８９】
また、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度、水温センサ３４の出力信号（冷却水温度）等を読み出し、ＥＧＲ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
【００９０】
上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【００９１】
上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２のＥＧＲ弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標ＥＧＲ弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標ＥＧＲ弁開度に対応した駆動電力をＥＧＲ弁２６に印加する。一方、上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を全閉状態に保持すべく制御する。
【００９２】
更に、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の吸入空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁２６の開度をフィードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００９３】
ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例えば、ＣＰＵ３５１は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
【００９４】
上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されたエアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入空気量）を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
【００９５】
実際の吸入空気量が目標吸入空気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が減少することになる。その結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だけ増加する。
【００９６】
一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少することになる。
【００９７】
ところで、排気再循環機構では、ＥＧＲガスがシリンダヘッド内の冷却水路を流れる冷却水及びＥＧＲクーラ２７によって冷却されるため、ＥＧＲガス中に未燃炭化水素（ＨＣ）等のＳＯＦ成分が含まれていると、そのＳＯＦ成分が冷却によって液化してＥＧＲ通路２５の壁面やＥＧＲクーラ２７内の通路壁面等に付着し易くなる。特に、ＥＧＲクーラ２７内の通路は、ＥＧＲ通路２５に比して断面積が小さいため、ＳＯＦ成分の付着によって目詰まりしやすい。
【００９８】
ＥＧＲクーラ２７内の通路が目詰まりを起こすと、内燃機関１の排気系から吸気系へ所望量のＥＧＲガスを還流させることが困難となり、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加してしまう虞がある。
【００９９】
そこで、本実施の形態に係る内燃機関では、ＥＧＲ制御が実行されている間は、１番（＃１）気筒２のパイロット噴射時期を他の気筒２に比して遅角させるとともにメイン噴射時期を他の気筒２に比して進角させるようにした。
【０１００】
１番（＃１）気筒２のパイロット噴射時期が他の気筒２に比して遅角されると、１番（＃１）気筒２におけるパイロット噴射時期からメイン噴射時期までの期間が短縮されるため、メイン噴射が行われる前にパイロット噴射燃料が１番（＃１）気筒２内で不要に拡散してシリンダ壁面まで到達するようなことがなくなる。
【０１０１】
１番（＃１）気筒２においてメイン噴射が行われる前にパイロット噴射燃料がシリンダ壁面まで拡散しなくなると、シリンダ壁面近傍の空気不足や燃焼温度低下等に起因した燃料の燃え残りが抑制されるため、１番（＃１）気筒２から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が少なくなる。
【０１０２】
一方、１番（＃１）気筒２のメイン噴射時期が進角されると、１番（＃１）気筒２の燃焼開始時期が他の気筒に比して進角され、１番（＃１）気筒２における燃焼開始時期から排気弁の開弁時期までの期間（以下、燃焼期間と称する）が他の気筒２より長くなるとともに最近接気筒の最高燃焼温度が他の気筒２に比して高くなる。
【０１０３】
１番（＃１）気筒２の燃焼期間が他の気筒２に比して長くなると同時に最高燃焼温度が他の気筒２に比して高くなると、１番（＃１）気筒２内の燃料成分が完全燃焼し易くなるため、１番（＃１）気筒２から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が少なくなる。
【０１０４】
従って、１番（＃１）気筒２のパイロット噴射時期が他の気筒２に比して遅角されるとともにメイン噴射時期が他の気筒２に比して進角されると、１番（＃１）気筒２の排気に含まれるＳＯＦ成分の量が極めて少なくなる。本実施の形態に係る内燃機関１では、１番（＃１）気筒２の排気ポート１００にＥＧＲ通路２５が接続されており、１番（＃１）気筒２の排気がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路２５に流入することになるため、１番（＃１）気筒２の排気に含まれるＳＯＦ成分量が減少すると、それに応じてＥＧＲガスに含まれるＳＯＦ成分量も少なくなる。
【０１０５】
この結果、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２７を通過する際に、ＥＧＲクーラ２７内の通路壁面に付着するＳＯＦ成分量が極めて少なくなり、以てＥＧＲクーラ２７の目詰まりが抑制されることになる。
【０１０６】
また、パイロット噴射時期の遅角とメイン噴射時期の進角とによって燃料の完全燃焼化が図られると、気筒２内の最高燃焼温度が高められ、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加することが想定されるが、本実施の形態では１番（＃１）気筒２についてのみパイロット噴射時期の遅角とメイン噴射時期の進角とが行われるため、残りの２番（＃２）気筒２、３番（＃３）気筒２、４番（＃４）気筒２における最高燃焼温度が不要に高くなることがなく、それら２番（＃２）気筒２、３番（＃３）気筒２、及び４番（＃４）気筒２において窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加することはない。
【０１０７】
この結果、内燃機関１全体から排出される排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）の総量が過剰に増加することがない。
【０１０８】
以下、本実施の形態に係る燃料噴射制御について図３のフローチャートに沿って具体的に説明する。
【０１０９】
図３に示すフローチャートは、燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。この燃料噴射制御ルーチンは、ＣＰＵ３５１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンであり、予めＲＯＭ３５２に記憶されている。
【０１１０】
燃料噴射制御ルーチンでは、ＣＰＵ３５１は、先ずＳ３０１において、ＲＡＭ３５３から機関回転数やアクセル開度センサ３６の出力信号値（アクセル開度）等のデータを読み出す。
【０１１１】
Ｓ３０２では、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定すべき気筒２を判別する。この判別方法としては、クランクポジションセンサ３３の出力信号に基づいて算出されたクランクシャフトの回転角度位置に基づいて判別する方法を例示することができる。
【０１１２】
Ｓ３０３では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ３０１で読み出された機関回転数やアクセル開度等のデータをパラメータとして、パイロット噴射時間、メイン噴射時間、パイロット噴射時期、メイン噴射時期を決定する。
【０１１３】
Ｓ３０４では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の運転状態がＥＧＲ制御の実行領域にあるか否か、言い換えれば、別途のＥＧＲ制御が実行中であるか否かを判別する。
【０１１４】
前記Ｓ３０４においてＥＧＲ制御が実行中ではないと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ３０７へ進み、前記Ｓ３０３で決定されたパイロット噴射時間、メイン噴射時間、パイロット噴射時期、メイン噴射時期に従って、前記Ｓ３０２で判別された気筒２の燃料噴射弁３を制御し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１５】
前記Ｓ３０４においてＥＧＲ制御が実行中であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ３０５へ進み、前記Ｓ３０２で判別された気筒（燃料噴射制御の対象気筒）が１番（＃１）気筒２であるか否かを判別する。
【０１１６】
前記Ｓ３０５において燃料噴射制御の対象気筒が１番（＃１）気筒２であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ３０６へ進み、前記Ｓ３０３で決定されたパイロット噴射時期を第１の所定量だけ遅角するとともにメイン噴射時期を第２の所定量だけ進角させる。前記した第１及び第２の所定量は、固定値であってもよく、あるいは機関回転数やアクセル開度に基づいて変更される可変値であってもよい。
【０１１７】
Ｓ３０７では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ３０６で補正されたパイロット噴射時期及びメイン噴射時期と、前記Ｓ３０３で決定されたパイロット噴射時間及びメイン噴射時間とに従って、１番（＃１）気筒２の燃料噴射弁３を制御する。
【０１１８】
一方、前記Ｓ３０５において燃料噴射制御の対象気筒が１番（＃１）気筒２ではないと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ３０７へ進み、前記Ｓ３０３で決定されたパイロット噴射時期、パイロット噴射時間、メイン噴射時期、及びメイン噴射時間に従って対象気筒の燃料噴射弁３を制御する。
【０１１９】
このようにＣＰＵ３５１が燃料噴射制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る主噴射手段、副噴射手段、燃料噴射時期制御手段が実現されることになる。
【０１２０】
従って、本実施の形態に係る内燃機関１によれば、内燃機関１全体における窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制されつつＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少することになるため、ＥＧＲ制御によるＮＯx低減効果を低下させることなくＥＧＲクーラ２７におけるＳＯＦ成分の付着を抑制することが可能となる。
【０１２１】
この結果、内燃機関１全体の排気エミッションを悪化させることなくＥＧＲクーラ２７の目詰まりを防止することが可能となり、ＥＧＲクーラ２７の目詰まりに起因した排気エミッションの悪化も抑制することが可能となる。
【０１２２】
尚、本実施の形態に係る内燃機関１では、内燃機関の排気通路とＥＧＲ通路との接続部位に最も近接した位置にある気筒（最近接気筒）のパイロット噴射時期及びメイン噴射時期を補正することにより、ＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させる例について述べたが、最近接気筒のパイロット噴射量およびまたはメイン噴射量を減量補正することにより、ＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させるようにしてもよい。
【０１２３】
また、本実施の形態では、各気筒に噴射すべき燃料噴射量がパイロット噴射とメイン噴射との二回に分けて噴射される内燃機関に本発明を適用する例について述べたが、各気筒に噴射すべき燃料噴射量が一回の燃料噴射で噴射される内燃機関に本発明が適用される場合は、ＥＧＲ制御実行期間中の最近接気筒の燃料噴射時期を進角およびまたは燃料噴射量を減量することによりＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させるようにしてもよい。
【０１２４】
また、本実施の形態では、各気筒に対して主燃料の噴射（メイン噴射）に先がけて副燃料の噴射（パイロット噴射）が行われる内燃機関に本発明を適用する例について述べたが、各気筒に対して主燃料の噴射（メイン噴射）の実行後に副燃料の噴射（ポスト噴射）が行われる内燃機関に本発明が適用される場合は、ＥＧＲ制御実行期間における最近接気筒のポスト噴射時期を進角およびまたはポスト噴射量を減量することによりＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させるようにしてもよく、或いはＥＧＲ制御実行期間における最近接気筒に対するポスト噴射を禁止することによりＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させるようにしてもよい。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関では、排気再循環通路によって排気が再循環されている場合は、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した気筒（最近接気筒）についてのみ燃料噴射時期が進角されるため、内燃機関全体から排出される窒素酸化物（ＮＯx）量の不要な増加が抑制されつつ再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少することになる。
【０１２６】
従って、本発明に係る内燃機関によれば、排気再循環によるＮＯx低減効果を低下させることなく冷却機構におけるＳＯＦ成分の付着を抑制することが可能となり、その結果、内燃機関全体の排気エミッションを悪化させることなく冷却機構の目詰まりを防止することが可能となる。
【０１２７】
また、本発明に係る内燃機関が各気筒へ燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、各気筒に対する主燃料の噴射に先だって副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段とを備えている場合は、最近接気筒の主燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して遅角することにより、最近接気筒の排気に含まれるＳＯＦ成分量を減少させることが可能となり、その結果、内燃機関全体の排気エミッションを悪化させることなく再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させることが可能となる。
【０１２８】
また、本発明に係る内燃機関が各気筒に対して燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、各気筒に対する主燃料の噴射後に副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段とを備えている場合は、最近接気筒の主燃料およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角させることにより、最近接気筒の排気に含まれるＳＯＦ成分量を減少させることが可能となり、その結果、内燃機関全体の排気エミッションを悪化させることなく再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図
【図２】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】 燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・排気浄化触媒
２１・・・排気絞り弁
２３・・・空燃比センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３５１・・ＣＰＵ
３５２・・ＲＯＭ
３５３・・ＲＡＭ
３５４・・バックアップＲＡＭ
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関に関し、特に排気再循環装置（ＥＧＲ装置）を具備した圧縮着火式の内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする圧縮着火式のディーゼル機関では、該内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯx）量を減少させることが要求されている。
【０００３】
このような要求に対し、特開平５−３２１７６７号公報等に記載されているような排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置を具備した内燃機関が提案されている。
【０００４】
ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気系を流れる排気の一部を吸気系に再循環させることにより、排気中に含まれる水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）等の不活性ガス成分を新気とともに内燃機関の燃焼室へ導入し、不活性ガス成分が持つ非燃焼性及び吸熱性を利用して混合気の最高燃焼温度を低下させ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量を低減する装置である。
【０００５】
上記したようなＥＧＲ装置の一つとしては、内燃機関の排気系を流れる排気の一部を吸気系へ導くＥＧＲ通路の途中に、該ＥＧＲ通路内を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラを備えたものも提案されている。
【０００６】
ＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置は、排気系を流れる排気の一部を吸気系へ再循環させる際に、排気をＥＧＲクーラによって冷却することにより、排気の熱による混合気の温度上昇を抑制し、混合気の最高燃焼温度を一層低下させ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量を一層低減しようとするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置では、ＥＧＲクーラによって排気が冷却されると、排気中に含まれる未燃燃料成分や未燃オイル成分などのＳＯＦ（Soluble Organic Fraction：可溶な有機的留分）成分が液化してＥＧＲクーラ内の通路壁面に付着しやすくなる。
【０００８】
ＥＧＲクーラ内の通路壁面に付着するＳＯＦ成分量が増加すると、ＥＧＲクーラ内の通路が目詰まりを起こし、所望量の排気を排気系から吸気系へ再循環させることが困難となり、その結果、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加してしまう虞がある。
【０００９】
これに対し、各気筒の燃料噴射時期を進角させることにより混合気の最高燃焼温度を高め、各気筒から排出されるＳＯＦ成分量を減少させることも考えられるが、混合気の最高燃焼温度が高められるとＳＯＦ成分の量が減少する代わりに窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加してしまい、ＥＧＲ装置によるＮＯx低減効果が半減してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ装置とＥＧＲクーラとを備えた圧縮着火式の内燃機関において、該内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯx）量を不要に増加させることなく、ＥＧＲクーラの目詰まりを防止する技術を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
【００１２】
すなわち、本発明に係る内燃機関は、
複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒の燃料噴射時期を他の気筒に比して進角させる燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１３】
このように構成された内燃機関では、排気通路を流れる排気の一部は、排気再循環通路へ流入し、排気再循環通路の途中に設けられた冷却機構によって冷却された後に吸気通路へ導かれる。
【００１４】
吸気通路へ導かれた低温の排気（以下、再循環ガスと称する）は、吸気通路の上流が流れてくる新気とともに内燃機関の各気筒内へ供給され、燃料噴射弁から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００１５】
その際、再循環ガス中に含まれる不活性成分により各気筒の燃焼温度が低められることになるため、燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯx）の量が低減される。
【００１６】
上記したように排気の再循環が行われるときには、燃料噴射時期制御手段は、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した気筒（以下、最近接気筒と称する）の燃料噴射時期を進角させる。
【００１７】
ここで、圧縮着火式内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料を着火源として燃焼が行われるため、燃料噴射時期が変更されると、それに応じて燃焼開始時期が変更されることになる。更に、圧縮着火式内燃機関では、燃焼開始時期が進角されると混合気の最高燃焼温度が高くなり、燃焼開始時期が遅角されると混合気の最高燃焼温度が低くなる傾向がある。
【００１８】
従って、最近接気筒の燃料噴射時期が他の気筒に比して進角されると、最近接気筒の燃焼開始時期が他の気筒に比して進角されることになり、最近接気筒における燃焼開始時期から排気弁の開弁時期までの期間（以下、燃焼期間と称する）が他の気筒より長くなるとともに、最近接気筒の最高燃焼温度が他の気筒に比して高くなることになる。
【００１９】
最近接気筒の燃焼期間が他の気筒に比して長くなり、且つ、最高燃焼温度が他の気筒に比して高くなると、最近接気筒内の燃料成分やオイル成分等が完全燃焼し易くなるため、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）成分の量が他の気筒に比して少なくなる。
【００２０】
最近接気筒の排気に含まれるＳＯＦ成分量が減少すると、それに応じて再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量も減少することになる。これは、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した位置にある気筒から排出された排気は、他の気筒から排出された排気に比して再循環通路に流入し易いという知見に基づくものである。
【００２１】
上記したように最近接気筒の燃料噴射時期が他の気筒に比して進角されると、最近接気筒についてのみ最高燃焼温度が高められるため、内燃機関全体から排出される窒素酸化物（ＮＯx）量の不要な増加が抑制されつつ再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少することになる。この結果、排気再循環によるＮＯx低減効果を低下させることなく冷却機構におけるＳＯＦ成分の付着を抑制することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る内燃機関は、
複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒の燃料噴射量を他の気筒に比して減量させる燃料噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とするようにしてもよい。
【００２３】
このように構成された内燃機関では、排気再循環通路によって排気の一部が吸気通路へ再循環される場合に、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した位置にある最近接気筒の燃料噴射量が他の気筒に比して減量される。
【００２４】
この場合、最近接気筒へ供給される燃料量が他の気筒に比して少なくなるため、最近接気筒において燃え残る燃料量も他の気筒に比して少なくなり、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が他の気筒に比して少なくなる。
【００２５】
この結果、再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分の量が減少し、再循環ガスが冷却機構を通過する際に冷却機構に付着するＳＯＦ成分の量が減少することになる。
【００２６】
また、本発明に係る内燃機関は、
複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記各気筒へ燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
前記各気筒に対する主燃料の噴射に先だって副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒に対する主燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して遅角させる燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とするようにしてもよい。
【００２７】
このように構成された内燃機関では、排気再循環通路によって排気の再循環が行われる場合には、燃料噴射時期制御手段は、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した最近接気筒について、主燃料の噴射時期を進角およびまたは副燃料の噴射時期を遅角させる。
【００２８】
主燃料の噴射時期が進角されると、前述したように最近接気筒の燃焼期間が他の気筒に比して長くなるとともに最高燃焼温度が他の気筒に比して高くなり、その結果、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分の量が減少することになる。
【００２９】
一方、副燃料の噴射時期が遅角された場合は、副燃料の噴射時期から主燃料の噴射時期までの期間が短縮されるため、主燃料が噴射される前に副燃料が気筒内で不要に拡散して気筒内壁面の近傍に到達するようなことがなくなる。
【００３０】
ここで、気筒内壁面の近傍では空気不足や燃焼温度の低下などに起因して燃焼が不安定になる場合があるため、主燃料の噴射時期に副燃料が気筒内壁面の近傍まで既に拡散していると、気筒内壁面近傍の副燃料が燃え残る可能性がある。
【００３１】
これに対し、副燃料の噴射時期が遅角されることにより、主燃料が噴射される前に副燃料が気筒内壁面の近傍まで到達するようなことがなくなると、副燃料の燃え残りが抑制されるため、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分の量が減少することになる。
【００３２】
従って、排気再循環通路によって排気の再循環が行われているときに、最近接気筒に対する主燃料の噴射時期が進角およびまたは副燃料の噴射時期が遅角されると、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が減少し、それに応じて再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少する。この結果、再循環ガスが冷却機構を通過する際に冷却機構に付着するＳＯＦ成分量が減少することになる。
【００３３】
尚、主燃料およびまた副燃料の噴射時期が変更される代わりに、主燃料およびまたは副燃料の噴射量が減量されるようにしてもよく、或いは、主燃料およびまたは副燃料の噴射時期の変更と主燃料およびまたは副燃料の減量との双方が行われるようにしてもよい。
【００３４】
また、本発明に係る内燃機関は、
複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記各気筒へ燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
前記各気筒に対する主燃料の噴射後に副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒に対する主燃料およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角させる燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とするようにしてもよい。
【００３５】
このように構成された内燃機関では、排気再循環通路によって排気の再循環が行われる場合には、燃料噴射時期制御手段は、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した最近接気筒について、主燃料およびまたは副燃料の噴射時期を進角させる。
【００３６】
主燃料の噴射時期が進角されると、前述したように最近接気筒の燃焼期間が他の気筒に比して長くなるとともに最高燃焼温度が他の気筒に比して高くなり、その結果、最近接気筒からの排気に含まれる未燃燃料成分の量が減少し、それに応じて再循環ガス中に含まれる未燃燃料成分量も減少する。
【００３７】
一方、副燃料の噴射時期が進角されると、高温且つ高圧の燃焼ガス中に副燃料が噴射され、副燃料が燃焼し易くなるため、副燃料の燃え残り抑制されるため、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分の量が減少する。
【００３８】
従って、排気再循環通路によって排気の再循環が行われているときに、最近接気筒に対する主燃料およびまたは副燃料の噴射時期の進角されると、最近接気筒から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が減少し、それに応じて再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少する。この結果、再循環ガスが冷却機構を通過する際に冷却機構に付着するＳＯＦ成分量が減少することになる。
【００３９】
尚、主燃料およびまた副燃料の噴射時期が変更される代わりに、主燃料およびまたは副燃料の噴射量が減量されるようにしてもよく、或いは、主燃料およびまたは副燃料の噴射時期の変更と主燃料およびまたは副燃料の減量との双方が行われるようにしてもよい。また、最近接気筒については、副燃料の噴射が禁止されるようにしてもよい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００４１】
図１は、本発明に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００４２】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストローク・サイクル・ディーゼル機関である。
【００４３】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。前記コモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００４４】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。前記燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６が内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００４５】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００４６】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００４７】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【００４８】
前記吸気枝管８は、吸気管９と接続され、前記吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管９内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００４９】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。前記吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００５０】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００５１】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１０内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００５２】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００５３】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が各気筒２の燃焼室と排気ポート１００を介して連通している。
【００５４】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、前記排気管１９と接続されている。前記排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００５５】
前記排気管１９の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒２０が配置されている。前記排気浄化触媒２０は、該排気浄化触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であっても排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を除去又は浄化することが可能な触媒であり、そのような触媒としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒や選択還元型ＮＯx触媒等を例示することができる。
【００５６】
排気浄化触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４とが取り付けられている。
【００５７】
前記した空燃比センサ２３及び排気温度センサ２４より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。前記排気絞り弁２１には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００５８】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１００を介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用して、タービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００５９】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を経て排気浄化触媒２０へ流入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒２０にて有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００６０】
また、内燃機関１には、該内燃機関１の排気系を流れる排気の一部を吸気系へ再循環させる排気再循環機構が設けられている。排気再循環機構は、内燃機関１の４つの気筒２のうち１番（＃１）気筒２の排気ポート１００からシリンダヘッド内を通って吸気枝管８の集合部に至るよう形成された排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５と、電磁弁等からなり印加電力の大きさに応じてＥＧＲ通路２５内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６と、ＥＧＲ弁２６より上流のＥＧＲ通路２５に設けられ該ＥＧＲ通路２５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７とを備えている。
【００６１】
尚、ＥＧＲ通路２５は、シリンダヘッド内に形成された図示しない冷却水路を貫通又は冷却水路に近接するよう形成されることが好ましい。これは、冷却水路を流れる冷却水によってＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスが冷却されることになるため、ＥＧＲクーラ２７の容量を小さくすることができるからである。
【００６２】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入する。
【００６３】
ＥＧＲ通路２５内へ流入したＥＧＲガスは、先ずシリンダヘッド内の冷却水路を流れる冷却水によって冷却され、次いでＥＧＲクーラ２７において所定の冷媒との間で熱交換されることにより冷却される。
【００６４】
シリンダヘッド内及びＥＧＲクーラ２７によって冷却された低温のＥＧＲガスは、吸気枝管８の集合部へ導かれ、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ分配され、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００６５】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の最高燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００６６】
更に、本実施の形態に係る排気再循環機構では、ＥＧＲガスがシリンダヘッド内及びＥＧＲクーラ２７において冷却されるため、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されることになる。この結果、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給された際に燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもなくなる。
【００６７】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００６８】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６９】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６等が電気配線を介して接続され、上記した各部がＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００７０】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００７１】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７２】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７３】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、あるいはＥＧＲ弁２６へ送信する。
【００７４】
前記ＲＯＭ３５２は、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００７５】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ等である。
【００７６】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００７７】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００７８】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御を実行する。
【００７９】
例えば、燃料噴射制御では、ＣＰＵ３５１は、先ず、燃料噴射弁３から噴射すべき燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射すべき時期を決定する。
【００８０】
燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間ん）を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値をパラメータとして基本燃料噴射時間を補正して最終的な目標燃料噴射時間を決定する。
【００８１】
ここで、圧縮着火式のディーゼル機関における燃焼過程は、燃焼室内に噴射された燃料が可燃混合気となって自己着火する予混合燃焼期間と、予混合燃焼期間で燃焼室内に生成された燃焼ガス中に燃料が噴射されることにより燃焼が継続及び拡散される拡散燃焼期間とに大別されるが、予混合燃焼期間が不要に長くなると、燃焼室内の燃焼圧が過剰に高くなるとともに燃焼温度が過剰に高くなり、窒素酸化物（ＮＯx）の生成量が増加する可能性がある。
【００８２】
これに対し、ＣＰＵ３５１は、各気筒２の１行程中に噴射すべき燃料を二回に分けて噴射するようにした。すなわち、ＣＰＵ３５１は、燃焼室内に噴射すべき燃料の一部をパイロット的に噴射するパイロット噴射を行い、パイロット噴射された燃料が着火状態となった時点で残りの燃料を噴射するメイン噴射を行うようにした。
【００８３】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、機関回転数と目標燃料噴射時間とをパラメータとしてパイロット噴射時間を決定し、次いでパイロット噴射時間と目標燃料噴射時間とをパラメータとしてメイン噴射時間を決定する。
【００８４】
燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の燃料噴射時期制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応したパイロット噴射時期とメイン噴射時期とを算出する。
【００８５】
このように燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定されると、ＣＰＵ３５１は、前記燃料噴射時期とクランクポジションセンサ３３の出力信号とを比較し、前記クランクポジションセンサ３３の出力信号が前記燃料噴射時期と一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を停止する。
【００８６】
また、吸気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ１４に印加する。その際、ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁１３の実際の開度を検出し、実際の吸気絞り弁１３の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ１４をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００８７】
また、排気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに排気絞り弁２１を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ２２を制御する。
【００８８】
この場合、内燃機関１の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関１の発熱量が増加するため、内燃機関１の暖機促進や車室内用ヒータの熱源確保が可能となる。
【００８９】
また、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度、水温センサ３４の出力信号（冷却水温度）等を読み出し、ＥＧＲ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
【００９０】
上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【００９１】
上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２のＥＧＲ弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標ＥＧＲ弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標ＥＧＲ弁開度に対応した駆動電力をＥＧＲ弁２６に印加する。一方、上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を全閉状態に保持すべく制御する。
【００９２】
更に、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の吸入空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁２６の開度をフィードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００９３】
ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例えば、ＣＰＵ３５１は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
【００９４】
上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されたエアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入空気量）を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
【００９５】
実際の吸入空気量が目標吸入空気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が減少することになる。その結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だけ増加する。
【００９６】
一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少することになる。
【００９７】
ところで、排気再循環機構では、ＥＧＲガスがシリンダヘッド内の冷却水路を流れる冷却水及びＥＧＲクーラ２７によって冷却されるため、ＥＧＲガス中に未燃炭化水素（ＨＣ）等のＳＯＦ成分が含まれていると、そのＳＯＦ成分が冷却によって液化してＥＧＲ通路２５の壁面やＥＧＲクーラ２７内の通路壁面等に付着し易くなる。特に、ＥＧＲクーラ２７内の通路は、ＥＧＲ通路２５に比して断面積が小さいため、ＳＯＦ成分の付着によって目詰まりしやすい。
【００９８】
ＥＧＲクーラ２７内の通路が目詰まりを起こすと、内燃機関１の排気系から吸気系へ所望量のＥＧＲガスを還流させることが困難となり、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加してしまう虞がある。
【００９９】
そこで、本実施の形態に係る内燃機関では、ＥＧＲ制御が実行されている間は、１番（＃１）気筒２のパイロット噴射時期を他の気筒２に比して遅角させるとともにメイン噴射時期を他の気筒２に比して進角させるようにした。
【０１００】
１番（＃１）気筒２のパイロット噴射時期が他の気筒２に比して遅角されると、１番（＃１）気筒２におけるパイロット噴射時期からメイン噴射時期までの期間が短縮されるため、メイン噴射が行われる前にパイロット噴射燃料が１番（＃１）気筒２内で不要に拡散してシリンダ壁面まで到達するようなことがなくなる。
【０１０１】
１番（＃１）気筒２においてメイン噴射が行われる前にパイロット噴射燃料がシリンダ壁面まで拡散しなくなると、シリンダ壁面近傍の空気不足や燃焼温度低下等に起因した燃料の燃え残りが抑制されるため、１番（＃１）気筒２から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が少なくなる。
【０１０２】
一方、１番（＃１）気筒２のメイン噴射時期が進角されると、１番（＃１）気筒２の燃焼開始時期が他の気筒に比して進角され、１番（＃１）気筒２における燃焼開始時期から排気弁の開弁時期までの期間（以下、燃焼期間と称する）が他の気筒２より長くなるとともに最近接気筒の最高燃焼温度が他の気筒２に比して高くなる。
【０１０３】
１番（＃１）気筒２の燃焼期間が他の気筒２に比して長くなると同時に最高燃焼温度が他の気筒２に比して高くなると、１番（＃１）気筒２内の燃料成分が完全燃焼し易くなるため、１番（＃１）気筒２から排出される排気に含まれるＳＯＦ成分量が少なくなる。
【０１０４】
従って、１番（＃１）気筒２のパイロット噴射時期が他の気筒２に比して遅角されるとともにメイン噴射時期が他の気筒２に比して進角されると、１番（＃１）気筒２の排気に含まれるＳＯＦ成分の量が極めて少なくなる。本実施の形態に係る内燃機関１では、１番（＃１）気筒２の排気ポート１００にＥＧＲ通路２５が接続されており、１番（＃１）気筒２の排気がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路２５に流入することになるため、１番（＃１）気筒２の排気に含まれるＳＯＦ成分量が減少すると、それに応じてＥＧＲガスに含まれるＳＯＦ成分量も少なくなる。
【０１０５】
この結果、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２７を通過する際に、ＥＧＲクーラ２７内の通路壁面に付着するＳＯＦ成分量が極めて少なくなり、以てＥＧＲクーラ２７の目詰まりが抑制されることになる。
【０１０６】
また、パイロット噴射時期の遅角とメイン噴射時期の進角とによって燃料の完全燃焼化が図られると、気筒２内の最高燃焼温度が高められ、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加することが想定されるが、本実施の形態では１番（＃１）気筒２についてのみパイロット噴射時期の遅角とメイン噴射時期の進角とが行われるため、残りの２番（＃２）気筒２、３番（＃３）気筒２、４番（＃４）気筒２における最高燃焼温度が不要に高くなることがなく、それら２番（＃２）気筒２、３番（＃３）気筒２、及び４番（＃４）気筒２において窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加することはない。
【０１０７】
この結果、内燃機関１全体から排出される排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）の総量が過剰に増加することがない。
【０１０８】
以下、本実施の形態に係る燃料噴射制御について図３のフローチャートに沿って具体的に説明する。
【０１０９】
図３に示すフローチャートは、燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。この燃料噴射制御ルーチンは、ＣＰＵ３５１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンであり、予めＲＯＭ３５２に記憶されている。
【０１１０】
燃料噴射制御ルーチンでは、ＣＰＵ３５１は、先ずＳ３０１において、ＲＡＭ３５３から機関回転数やアクセル開度センサ３６の出力信号値（アクセル開度）等のデータを読み出す。
【０１１１】
Ｓ３０２では、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定すべき気筒２を判別する。この判別方法としては、クランクポジションセンサ３３の出力信号に基づいて算出されたクランクシャフトの回転角度位置に基づいて判別する方法を例示することができる。
【０１１２】
Ｓ３０３では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ３０１で読み出された機関回転数やアクセル開度等のデータをパラメータとして、パイロット噴射時間、メイン噴射時間、パイロット噴射時期、メイン噴射時期を決定する。
【０１１３】
Ｓ３０４では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の運転状態がＥＧＲ制御の実行領域にあるか否か、言い換えれば、別途のＥＧＲ制御が実行中であるか否かを判別する。
【０１１４】
前記Ｓ３０４においてＥＧＲ制御が実行中ではないと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ３０７へ進み、前記Ｓ３０３で決定されたパイロット噴射時間、メイン噴射時間、パイロット噴射時期、メイン噴射時期に従って、前記Ｓ３０２で判別された気筒２の燃料噴射弁３を制御し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１５】
前記Ｓ３０４においてＥＧＲ制御が実行中であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ３０５へ進み、前記Ｓ３０２で判別された気筒（燃料噴射制御の対象気筒）が１番（＃１）気筒２であるか否かを判別する。
【０１１６】
前記Ｓ３０５において燃料噴射制御の対象気筒が１番（＃１）気筒２であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ３０６へ進み、前記Ｓ３０３で決定されたパイロット噴射時期を第１の所定量だけ遅角するとともにメイン噴射時期を第２の所定量だけ進角させる。前記した第１及び第２の所定量は、固定値であってもよく、あるいは機関回転数やアクセル開度に基づいて変更される可変値であってもよい。
【０１１７】
Ｓ３０７では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ３０６で補正されたパイロット噴射時期及びメイン噴射時期と、前記Ｓ３０３で決定されたパイロット噴射時間及びメイン噴射時間とに従って、１番（＃１）気筒２の燃料噴射弁３を制御する。
【０１１８】
一方、前記Ｓ３０５において燃料噴射制御の対象気筒が１番（＃１）気筒２ではないと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ３０７へ進み、前記Ｓ３０３で決定されたパイロット噴射時期、パイロット噴射時間、メイン噴射時期、及びメイン噴射時間に従って対象気筒の燃料噴射弁３を制御する。
【０１１９】
このようにＣＰＵ３５１が燃料噴射制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る主噴射手段、副噴射手段、燃料噴射時期制御手段が実現されることになる。
【０１２０】
従って、本実施の形態に係る内燃機関１によれば、内燃機関１全体における窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制されつつＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少することになるため、ＥＧＲ制御によるＮＯx低減効果を低下させることなくＥＧＲクーラ２７におけるＳＯＦ成分の付着を抑制することが可能となる。
【０１２１】
この結果、内燃機関１全体の排気エミッションを悪化させることなくＥＧＲクーラ２７の目詰まりを防止することが可能となり、ＥＧＲクーラ２７の目詰まりに起因した排気エミッションの悪化も抑制することが可能となる。
【０１２２】
尚、本実施の形態に係る内燃機関１では、内燃機関の排気通路とＥＧＲ通路との接続部位に最も近接した位置にある気筒（最近接気筒）のパイロット噴射時期及びメイン噴射時期を補正することにより、ＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させる例について述べたが、最近接気筒のパイロット噴射量およびまたはメイン噴射量を減量補正することにより、ＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させるようにしてもよい。
【０１２３】
また、本実施の形態では、各気筒に噴射すべき燃料噴射量がパイロット噴射とメイン噴射との二回に分けて噴射される内燃機関に本発明を適用する例について述べたが、各気筒に噴射すべき燃料噴射量が一回の燃料噴射で噴射される内燃機関に本発明が適用される場合は、ＥＧＲ制御実行期間中の最近接気筒の燃料噴射時期を進角およびまたは燃料噴射量を減量することによりＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させるようにしてもよい。
【０１２４】
また、本実施の形態では、各気筒に対して主燃料の噴射（メイン噴射）に先がけて副燃料の噴射（パイロット噴射）が行われる内燃機関に本発明を適用する例について述べたが、各気筒に対して主燃料の噴射（メイン噴射）の実行後に副燃料の噴射（ポスト噴射）が行われる内燃機関に本発明が適用される場合は、ＥＧＲ制御実行期間における最近接気筒のポスト噴射時期を進角およびまたはポスト噴射量を減量することによりＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させるようにしてもよく、或いはＥＧＲ制御実行期間における最近接気筒に対するポスト噴射を禁止することによりＥＧＲガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させるようにしてもよい。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関では、排気再循環通路によって排気が再循環されている場合は、排気通路と排気再循環通路との接続部位に最も近接した気筒（最近接気筒）についてのみ燃料噴射時期が進角されるため、内燃機関全体から排出される窒素酸化物（ＮＯx）量の不要な増加が抑制されつつ再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量が減少することになる。
【０１２６】
従って、本発明に係る内燃機関によれば、排気再循環によるＮＯx低減効果を低下させることなく冷却機構におけるＳＯＦ成分の付着を抑制することが可能となり、その結果、内燃機関全体の排気エミッションを悪化させることなく冷却機構の目詰まりを防止することが可能となる。
【０１２７】
また、本発明に係る内燃機関が各気筒へ燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、各気筒に対する主燃料の噴射に先だって副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段とを備えている場合は、最近接気筒の主燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して遅角することにより、最近接気筒の排気に含まれるＳＯＦ成分量を減少させることが可能となり、その結果、内燃機関全体の排気エミッションを悪化させることなく再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させることが可能となる。
【０１２８】
また、本発明に係る内燃機関が各気筒に対して燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、各気筒に対する主燃料の噴射後に副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段とを備えている場合は、最近接気筒の主燃料およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角させることにより、最近接気筒の排気に含まれるＳＯＦ成分量を減少させることが可能となり、その結果、内燃機関全体の排気エミッションを悪化させることなく再循環ガス中に含まれるＳＯＦ成分量を減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図
【図２】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】 燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・排気浄化触媒
２１・・・排気絞り弁
２３・・・空燃比センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３５１・・ＣＰＵ
３５２・・ＲＯＭ
３５３・・ＲＡＭ
３５４・・バックアップＲＡＭ
Claims (5)
- 複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒の燃料噴射時期を他の気筒に比して進角させる燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。 - 複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒の燃料噴射量を他の気筒に比して減量させる燃料噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。 - 複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記各気筒へ燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
前記各気筒に対する主燃料の噴射に先だって副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒に対する主燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して遅角させる燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。 - 複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ導く排気再循環通路と、
前記排気再循環通路の途中に設けられ該排気再循環通路を流れる排気を冷却する冷却機構と、
前記各気筒へ燃焼に供される主たる燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
前記各気筒に対する主燃料の噴射後に副次的に燃料を噴射する副燃料噴射手段と、
前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒に対する主燃料およびまたは副燃料の噴射時期を他の気筒に比して進角させる燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。 - 前記排気通路と前記排気再循環通路の接続部位に最も近接した気筒に対する主燃料およびまたは副燃料の噴射量を他の気筒に比して減量させる燃料噴射量制御手段を更に備えることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の内燃機関。
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