JP4035858B2 - 機械式過給機付筒内噴射式エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えるとともに、吸気通路に機械式過給機を設けた機械式過給機付筒内噴射式エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平４−３６２２２１号公報に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、低負荷時には上記インジェクタから圧縮行程で燃料を噴射することにより点火プラグ周りに燃料を偏在させる成層燃焼状態とし、高負荷時には上記インジェクタから吸気行程で燃料を噴射することにより燃焼室全体に燃料を拡散させる均一燃焼状態とするように燃料噴射形態を切替える筒内噴射式エンジンが知られている。
【０００３】
このエンジンにおいては、成層燃焼時に空燃比が例えば４０程度というような大幅なリーン状態とされる一方、均一燃焼時にはリーン状態にするとしても失火限界があるため空燃比が例えば２０程度までとされるが、成層燃焼から均一燃焼への切替わり時に空燃比が急変するとトルク変動によるショックが生じる。
【０００４】
このような問題の対策として、上記公報に示されているエンジンでは、成層燃焼から均一燃焼への移行の際、ある程度の時間だけ成層燃焼状態を持続しつつその間に徐々に吸入空気量を減少させることで空燃比を次第にリッチ方向に変化させて、均一燃焼時の空燃比に達してから均一燃焼状態に切替えるようにするとともに、成層燃焼状態で徐々に空燃比をリッチ方向に変化させている期間に燃焼性悪化を補うべく燃料噴射量を補正するようにしている。なお、公報に示されているエンジンでは吸気通路に過給機を設けるとともに、過給機バイパス通路及びスロットルバイパス通路に弁を設け、上記のように成層燃焼状態を持続しつつその間に徐々に吸入空気量を減少させるときに上記各弁を制御するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されているエンジンでは、成層燃焼が行われる領域から均一燃焼が行われる領域へ運転状態が移行するときに、均一燃焼への切替の前に成層燃焼状態で空燃比をリッチ方向に変化させるようにしているため、成層燃焼による燃費改善の効果が低減される。
【０００６】
また、機械式過給機付エンジンでは、過給を要しない低負荷低回転時に過給機駆動抵抗による出力ロスが生じることを避けるため、機械式過給機に対して電磁クラッチを設け、低負荷低回転時には電磁クラッチをＯＦＦとすることで過給機を停止させるようにしたものが一般に知られているが、このようにする場合、電磁クラッチがＯＦＦの過給機停止状態から電磁クラッチがＯＮの過給機駆動状態に切替わったとき、過給機駆動抵抗によるトルクダウンが生じるといった問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、成層燃焼よる燃費改善効果を高め、かつ、成層燃焼時及び均一燃焼時の燃焼性を良好に保ちつつ、過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わり、及び成層燃焼から均一燃焼への切替わりが行われるときのトルクショックを防止することができる機械式過給機付筒内噴射式エンジンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタと、低負荷域では燃焼室全体の空燃比を理論空燃比よりもリーンとしつつ成層燃焼状態とし、高負荷域では均一燃焼状態とするように上記インジェクタからの燃料噴射形態を切替える噴射形態切替手段とを備えるとともに、吸気通路に機械式過給機を設け、一方、排気通路に、理論空燃比よりもリーンな空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを吸着して、理論空燃比もしくはそれよりリッチな空燃比となったときにＮＯｘを還元、除去するようになっている触媒を装備した機械式過給機付筒内噴射式エンジンにおいて、均一燃焼状態とする運転領域のうちで成層燃焼状態とする運転領域に隣接する所定運転領域では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分けて行なう分割噴射とし、この所定運転領域よりも高負荷側では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程のみで行なう吸気行程噴射とするように噴射形態切替手段を構成するとともに、機械式過給機を駆動状態と停止状態とに切替えるクラッチ手段と、低負荷側で過給機停止状態、高負荷側で過給機作動状態とするようにクラッチ手段を制御するクラッチ制御手段と、機械式過給機をバイパスする過給機バイパス通路と、この過給機バイパス通路に介設された開度変更可能なバイパス開閉弁と、少な くとも上記分割噴射が行われる運転領域で上記バイパス開閉弁を負荷が高くなるにつれて開度が小さくなるように制御する弁制御手段と、上記成層燃焼状態とする運転領域と過給機停止状態とする運転領域とを一致させるように設定する運転領域設定手段と、上記分割噴射が行われる運転領域で、過給機からエンジンの燃焼室に吸気が過給されるとともに空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる過給リーン状態とするように空燃比を制御する手段と、過給機停止状態から過給機駆動状態へ切替わったときに、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わりと同時に、一時的に空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなる程度までインジェクタからの総燃料噴射量を増量する空燃比変更手段とを設けたものである。
【０００９】
この構成によると、低負荷側の運転領域では成層燃焼が行われるとともに過給機停止状態とされることで充分に燃費が改善され、高負荷側の運転領域では均一燃焼が行われるとともに過給機作動状態とされることにより高負荷時の燃焼性、出力性能等が良好とされる。また、上記過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わりと成層燃焼状態から均一燃焼状態への切替わりとが同時に行われ、その切替わり時に、燃料噴射量の増量によって空燃比がリッチ方向に変更されることにより、過給機駆動抵抗によるトルク低下が補われ、トルクショックが低減される。
【００１０】
また、高負荷側への運転状態の変化に伴い、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射、吸気行程噴射へ段階的に燃焼形態が変化し、燃焼形態の大幅な変化が避けられ、かつ、過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わり時のトルクショックが防止される。
【００１１】
また、上記分割噴射が行われる運転領域で上記バイパス開閉弁を負荷が高くなるにつれて開度が小さくなるように制御するとともに、上記分割噴射が行われる運転領域で、過給機からエンジンの燃焼室に吸気が過給されるとともに空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる過給リーン状態とするように空燃比を制御しているため、上記分割噴射が行われる運転領域で過給量が適切に調節されつつ、この運転領域でもリーン状態が保たれて、燃費改善の効果が高められる。
【００１２】
また、成層燃焼状態から分割噴射状態への切替わり時に、一時的に空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなる程度までインジェクタからの総燃料噴射量が増量されるため、上記切替わり時のトルクショックが低減されるとともに、触媒の浄化性能が良くなる。
【００１３】
この場合、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わり時に、圧縮行程での噴射による噴射量は一定に保ちつつ吸気行程での噴射を加えることにより、空燃比をリッチ方向に変更するようにすれば、制御が容易になる。
【００１４】
上記分割噴射が行われる運転領域と上記吸気行程噴射が行われる運転領域のうちの低負荷側の領域とにわたる範囲で、過給機からエンジンの燃焼室に吸気が過給されるとともに空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる過給リーン状態とすると、比較的高負荷側までリーン状態が保たれて、燃費改善の効果が高められる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態による機械式過給機付筒内噴射式エンジンを概略的に示したものである。この図において、エンジン本体１は複数の気筒２を有し、その各気筒２には、そのシリンダボアに挿入されたピストン３の上方に燃焼室４が形成されており、この燃焼室４には吸気ポート５及び排気ポート６が開口している。上記吸気ポート５及び各排気ポート６は、吸気弁７及び排気弁８によってそれぞれ開閉されるようになっている。
【００１７】
上記燃焼室４の中央部には点火プラグ９が配設され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでいる。また、燃焼室４内には側方からインジェクタ１０の先端部が臨み、このインジェクタ１０から燃焼室４内に直接燃料が噴射されるようになっている。
【００１８】
上記エンジン本体１に対し、吸気通路１１及び排気通路１２が配設され、吸気通路１１の下流端側が吸気ポート５に連通するとともに、排気通路１２の上流端側が排気ポート６に連通している。上記吸気通路１１は、上流側の共通吸気通路１３と、その下流に設けられたサージタンク１４と、このサージタンク１４から気筒別に分岐した独立吸気通路１５とを有している。上記共通吸気通路１３には、エアクリーナ１６、吸入空気量を検出するエアフローメータ１７、スロットル弁駆動用モータ１９により駆動されるスロットル弁１８が設けられるとともに、スロットル弁１８の下流にリショルム型の機械式過給機２０が設けられ、さらにこの機械式過給機２０の下流にインタークーラ２１が設けられている。
【００１９】
上記機械式過給機２０は、エンジン出力軸によりベルト伝動機構２２を介して駆動されるようになっている。上記ベルト伝動機構２２のプーリと機械式過給機２０との間には、機械式過給機２０への駆動力の伝達を断続する電磁クラッチ２３が設けられている。
【００２０】
さらに吸気通路１１には、機械式過給機２０をバイパスする過給機バイパス通路２４が設けられている。この過給機バイパス通路２４は、一端がスロットル弁１８と機械式過給機２０との間の共通吸気通路１３に接続されるとともに、他端がインタークーラ２１の下流の吸気通路１１に接続されており、この過給機バイパス通路２４の途中にバイパス開閉弁（ＡＢＶ）２５が設けられている。このバイパス開閉弁２５は、開閉弁駆動モータ２６により駆動されるようになっている。
【００２１】
上記スロットル弁駆動モータ１９及び開閉弁駆動モータ２６はステップモータからなり、これらのモータ１９，２６と上記電磁クラッチ２３が制御ユニット（ＥＣＵ）４０により制御される。また、インジェクタ１０からの燃料噴射時期及び噴射量も制御ユニット４０により運転状態に応じて制御される。この制御ユニット４０には、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサ２７及びエンジン回転数を検出する回転数センサ２８からの各検出信号が入力されるようになっている。
【００２２】
また、上記排気通路１２には、排気ガス浄化用の触媒装置３０が配設されている。この触媒装置３０は、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化するもので、望ましくは、空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態にあるリーン運転時でもＮＯｘ浄化性能を有するような触媒が用いられる。
【００２３】
図２は、図１中に示した制御ユニット４０の構成を示す機能ブロック図である。この図において制御ユニット４０は、噴射形態切替手段４１、クラッチ制御手段４２、運転領域設定手段４３、空燃比変更手段４４及び弁制御手段４５を含んでいる。
【００２４】
上記噴射形態切替手段４１は、上記インジェクタ１０からの燃料噴射の形態を切替えることにより、噴射燃料を点火プラグ９付近に偏在させる成層燃焼状態と噴射燃料を燃焼室全体に拡散させる均一燃焼状態とに変更し得るようになっている。すなわち、成層燃焼状態とするときは上記インジェクタ１０から圧縮行程で燃料を噴射させ、均一燃焼状態とするときは上記インジェクタ１０から噴射燃料の全部または一部を吸気行程で噴射させる。そして、後述の図３（ａ）に示すような領域設定に基づき、運転状態に応じた噴射形態の切替制御を行なうようになっている。なお、当明細書では、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けてインジェクタ１０から噴射する分割噴射により弱成層となる状態も均一燃焼状態の中に含ませている。
【００２５】
上記クラッチ制御手段４２は、上記電磁クラッチ２３のＯＮ，ＯＦＦを制御することにより過給機駆動状態と過給機停止状態の切替を行なうもので、後述の図３（ｂ）に示すような領域設定に基づき、運転状態に応じた電磁クラッチ２３のの制御を行なうようになっている。
【００２６】
上記運転領域設定手段４３は、運転状態に応じた噴射形態切替の制御と電磁クラッチ２３の制御とについて予め設定された運転領域のマップを記憶するメモリを有しており、この運転領域設定手段４３において、上記成層燃焼状態とする運転領域と過給機停止状態とする運転領域とが一致するように設定されている。
【００２７】
具体的には図３（ａ）（ｂ）に示すように運転領域のマップが設定されており、この図では縦軸を負荷（例えば平均有効圧力Ｐｅ）、横軸をエンジン回転数Ｎｅとして示している。すなわち、電磁クラッチ２３の制御のための領域設定としては、図３（ｂ）に示すように、所定負荷Ｐ１以下で且つ所定回転数Ｎ１以下の低負荷低回転領域ＡがクラッチＯＦＦの領域とされ、上記所定負荷Ｐ１より高負荷側及び上記所定回転数Ｎ１より高回転側の領域ＢがクラッチＯＮの領域とされる。
【００２８】
噴射形態切替の制御のための領域設定としては、図３（ａ）に示すように、低負荷低回転領域が成層燃焼領域とされ、この成層燃焼領域が上記クラッチＯＦＦの領域と一致し、つまり所定負荷Ｐ１以下で且つ所定回転数Ｎ１以下の領域Ａとされている。そして、上記クラッチＯＮの領域と一致する領域、つまり所定負荷Ｐ１より高負荷側及び上記所定回転数Ｎ１より高回転側の領域Ｂが均一燃焼領域とされている。また、当実施形態では、均一燃焼領域Ｂのうち、成層燃焼領域Ａに隣接する領域Ｂ１が分割噴射を行なう領域とされ、それ以外の領域Ｂ２が吸気行程噴射を行なう領域とされている。Ｐ２，Ｎ２は分割噴射を行なう領域Ｂ１と吸気行程噴射を行なう領域Ｂ２との境界となる負荷及びエンジン回転数である。
【００２９】
また、上記空燃比変更手段４４は、過給機停止状態から過給機駆動状態へ切替わったときに、上記成層燃焼状態から均一燃焼状態への燃料噴射形態の切替わりと同時に、インジェクタ１０からの燃料噴射量を増加させることにより空燃比を所定量だけリッチ方向に変更するようになっている。
【００３０】
なお、運転状態に応じた空燃比制御の好ましい例として、成層燃焼領域Ａでは、低負荷域でもスロットル弁１８の開度を比較的大きくして吸気量を多くしつつ空燃比を理論空燃比と比べて大幅にリーン（例えば４０程度）とし、均一燃焼領域Ｂのうちで分割噴射が行われる領域Ｂ１では、成層燃焼領域Ａと比べてリッチで、かつ理論空燃比と比べてリーンな所定空燃比（例えば１７〜２０程度）とし、吸気行程噴射が行われる領域Ｂ２のうちの低負荷、低回転側領域でも理論空燃比よりはリーンな空燃比（λ＞１）とする。そして、負荷及び回転数が高くなるにつれて空燃比をリッチ側に変化させ、所定の高負荷域及び高回転域では理論空燃比またはこれよりリッチな空燃比（λ≦１）とする。Ｐ３，Ｎ３はλ＞１の領域とλ≦１の領域との境界となる負荷及びエンジン回転数である。
【００３１】
当実施形態ではこのような空燃比制御を基本として、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わり時に、空燃比を理論空燃比よりもリーンで、かつ、切替わり前の空燃比に対して段差をもった所定空燃比まで変化させるように、燃料噴射量を制御している。
【００３２】
また、上記弁制御手段４５は、上記所定負荷Ｐ１以下の低負荷領域ではバイパス開閉弁２５を全開状態とし、所定負荷Ｐ１より高負荷側の上記分割噴射が行われる運転領域で負荷が高くなるにつれてバイパス開閉弁２５の開度を小さくし、均一燃焼領域のうちでも特に高負荷側でバイパス開閉弁２５を全閉とするように、開閉弁駆動モータ２６を介してバイパス開閉弁２５を制御するようになっている。
【００３３】
以上のような当実施形態の機械式過給機付筒内噴射式エンジンの動作を、図４を参照しつつ説明する。
【００３４】
低負荷低回転の領域Ａでは、電磁クラッチ２３がＯＦＦとされることにより機械式過給機２０が停止状態とされるとともに、上記インジェクタ１０から圧縮行程で燃料が噴射されることにより成層燃焼が行われ、空燃比は例えば４０程度のリーンとなるように吸入空気量及びインジェクタ１０からの燃料噴射量がコントロールされる。そして、負荷が上昇するにつれて負荷に見合うように次第に燃料噴射量が増加するが、所定負荷Ｐ１に達するまではスロットル弁１８の調整等で大幅なリーン状態が保たれつつ成層燃焼が行われる。これにより、燃焼効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、燃費が改善される。
【００３５】
エンジン負荷が所定負荷Ｐ１を越えると、電磁クラッチ２３がＯＮに切替わって機械式過給機２０が駆動状態になるとともに、圧縮行程噴射による成層燃焼から均一燃焼へ燃料噴射形態が切替えられ、当実施形態では分割噴射による弱成層状態へ切替えられる。これと同時に、インジェクタ１０からの燃料噴射量の増量により空燃比が所定量の段差をもってリッチ方向に変更される。これにより、電磁クラッチ２３の切替わりや燃料噴射形態の切替わりに起因したトルク変動が是正される。
【００３６】
すなわち、電磁クラッチ２３がＯＦＦの過給機停止状態から電磁クラッチ２３がＯＮの過給機駆動状態に切替わると、機械式過給機２０の駆動による抵抗がエンジンに作用するためにエンジンのトルクが低下する。また、燃料噴射形態が成層燃焼状態から均一燃焼状態に切替わると、燃焼効率の変化等がトルク変動を招く要因となるとともに、成層燃焼状態では空燃比を４０程度の大幅なリーン状態とし得るのに対して均一燃焼状態では１７〜２０程度がリーン限界となって、これらの間で切替えを行なうと空燃比の急変によってもトルク変動を招き、これを避けるため成層燃焼状態にある間に徐々に吸入空気量を減少させることで１７〜２０程度まで空燃比をリッチ化してから均一燃焼状態に移行させるようにすると、燃費等の面で不利となる。
【００３７】
これに対して当実施形態では、上記過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わりと成層燃焼状態から均一燃焼状態への切替わりとが同時に行われ、その切替わり時に、成層燃焼時の大幅なリーン空燃比から均一燃焼時のリーン限界を越えない空燃比（１７〜２０程度）にまで、噴射量の増量により空燃比がリッチ方向に急変されることにより、その空燃比のリッチ化によるトルクアップと過給機駆動状態への切替わりによるトルクダウンとが相殺され、トルク変動が抑制される。そして、切替わり直前までは成層燃焼時の大幅なリーン状態が維持されるので、徐々に空燃比をリッチ化してから均一燃焼状態に移行するような場合と比べ、燃費も改善される。
【００３８】
上記所定負荷Ｐ１での燃焼形態の切替わりとして、当実施形態では成層燃焼状態から分割噴射による弱成層状態に切替えられる。この際、圧縮行程での噴射による噴射量は切替わり前の成層燃焼時と同等とされつつ、燃料の増量分ΔＱが吸気行程での噴射を追加することにより得られるようにすればよい。このようにすれば、上記切替わり時の噴射形態の変更と燃料噴射量の増量のための制御が容易になる。
【００３９】
そして、燃焼形態は負荷の上昇に応じて成層燃焼状態から分割噴射による弱成層状態を経て吸気行程噴射による均一燃焼状態に移行するようになっているので、燃焼形態が大きく急変することがなく、燃焼形態切替わり時の燃焼性の悪化が抑制される。
【００４０】
上記所定負荷Ｐ１を越えて負荷が上昇すると、弱成層状態とされる領域を含む均一燃焼領域内の低負荷側の領域では、負荷が高くなるにつれて燃料噴射量が増加されるとともにバイパス開閉弁２５の開度が次第に小さくされて過給空気量が増加されることで空燃比がリーンに保たれ、バイパス開閉弁２５が全閉となって最大過給状態に達した後は、負荷に応じた燃料の増加により空燃比が次第にリッチ方向に変化する。このように均一燃焼領域でも、過給を利用して可能な限り高負荷側までリーン状態とされることにより燃費が改善されるとともに、出力性能も満足される。
【００４１】
一方、高負荷側から負荷が低下していくとき、上記所定負荷Ｐ１以下になると電磁クラッチ２３がＯＮからＯＦＦに切替わるとともに、分割噴射による弱成層状態から圧縮行程噴射による成層燃焼状態に燃料噴射形態が切替わる。この場合、過給機の抵抗は減少し、トルクショックを与えるようなことはないので、空燃比は二点鎖線で示すように徐々にリーン側に変更されるようにしておけばよい。
【００４２】
図５は、空燃比変更手段４４による制御の別の実施形態を示している。この実施例形態でも、燃料噴射形態の切替制御のためのマップ及び電磁クラッチ２３の切替制御のためのマップは図３（ａ）（ｂ）のように設定され、電磁クラッチ２３がＯＦＦの過給機停止状態とされる運転領域と成層燃焼が行われる運転領域とが一致しており、電磁クラッチ２３がＯＦＦからＯＮに切替わるとき、これと同時に成層燃焼状態から均一燃焼状態（分割噴射による弱成層状態）への切替えが行われる。この切替わり時に、燃料の増量によって空燃比が一時的にリッチ方向に変更され、その後は、バイパス開閉弁２５の開度が小さくされて過給量が増加されることで均一燃焼時の適度のリーン空燃比（１７〜２０程度）とされる。
【００４３】
とくに、排気通路１２に設けられている触媒装置３０が、理論空燃比よりもリーンな空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを吸着して理論空燃比もしくはそれよりリッチな空燃比となったときにＨＣ、ＣＯとの反応でＮＯｘを還元、除去するようになっている吸着型ＮＯｘ触媒を用いたものである場合、上記切替わり時に、一時的に空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチな空燃比（λ≦１）まで変更される。
【００４４】
この実施形態の装置によっても、電磁クラッチ２３のＯＦＦからＯＮへの切替わり及び成層燃焼状態から均一燃焼状態への切替えが行われるときに、過給機駆動抵抗の増大によるトルク低下が燃料増量による空燃比のリッチ化により補われる。さらに、触媒装置３０に上記吸着型ＮＯｘ触媒が用いられている場合、リーン状態が長時間続くとＮＯｘ吸着量が飽和して浄化能力が低下するが、上記切替わり時に、空燃比が一時的にλ≦１まで変更されると、このときに上記触媒に吸着されたＮＯｘが還元、除去されるので、触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、機械式過給機付筒内噴射式エンジンにおいて、低負荷側で過給機停止状態、高負荷側で過給機作動状態とするように制御する一方、運転状態に応じて成層燃焼状態と均一燃焼状態とに切替えるようにするとともに、成層燃焼状態とする運転領域と過給機停止状態とする運転領域とを一致させ、かつ、過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わり時に、上記成層燃焼状態から均一燃焼状態への切替わりと同時に燃料噴射量の増加により空燃比を所定量だけリッチ方向に変更するようにしているため、成層燃焼等による燃費改善効果を高めるとともに成層燃焼時と均一燃焼時とにおける燃焼性向上を図りつつ、上記切替わり時のトルクショックを防止することができる。
【００４６】
とくに、均一燃焼状態とする運転領域のうちで成層燃焼状態とする運転領域に隣接する所定運転領域では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分けて行なう分割噴射とし、かつ、過給リーン状態とし、この所定運転領域よりも高負荷側では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程のみで行なう吸気行程噴射とするとともに、過給機停止状態から過給機駆動状態へ切替わったときに、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わりと同時に、一時的に空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなる程度までインジェクタからの総燃料噴射量を増量することにより、高負荷側への運転状態の変化に伴い、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射、吸気行程噴射へ段階的に燃焼形態が変化し、燃焼形態の大幅な変化が避けられ、かつ、過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わり時に、トルクショックを防止することができるとともに、排気通路に設けられた触媒に吸着されるＮＯｘを還元、除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による機械式過給機付筒内噴射式エンジンの全体図である。
【図２】 制御ユニットの機能ブロック図である。
【図３】 （ａ）は燃料噴射形態の制御のための運転領域のマップを示す図、（ｂ）は過給機の駆動、停止の制御のための運転領域のマップを示す図である。
【図４】 エンジン負荷に応じた電磁クラッチ、バイパス開閉弁、空燃比及び燃料噴射量の変化を示す図である。
【図５】 別の実施形態による空燃比変化を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
４ 燃焼室
９ 点火プラグ
１０ インジェクタ
１５ 吸気通路
２０ 機械式過給機
２３ 電磁クラッチ
２４ 過給機バイパス通路
２５ バイパス開閉弁
３０ 触媒装置
４０ 制御ユニット
４１ 噴射形態切替手段
４２ クラッチ制御手段
４３ 運転領域設定手段
４４ 空燃比変更手段
４５ 弁制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えるとともに、吸気通路に機械式過給機を設けた機械式過給機付筒内噴射式エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平４−３６２２２１号公報に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、低負荷時には上記インジェクタから圧縮行程で燃料を噴射することにより点火プラグ周りに燃料を偏在させる成層燃焼状態とし、高負荷時には上記インジェクタから吸気行程で燃料を噴射することにより燃焼室全体に燃料を拡散させる均一燃焼状態とするように燃料噴射形態を切替える筒内噴射式エンジンが知られている。
【０００３】
このエンジンにおいては、成層燃焼時に空燃比が例えば４０程度というような大幅なリーン状態とされる一方、均一燃焼時にはリーン状態にするとしても失火限界があるため空燃比が例えば２０程度までとされるが、成層燃焼から均一燃焼への切替わり時に空燃比が急変するとトルク変動によるショックが生じる。
【０００４】
このような問題の対策として、上記公報に示されているエンジンでは、成層燃焼から均一燃焼への移行の際、ある程度の時間だけ成層燃焼状態を持続しつつその間に徐々に吸入空気量を減少させることで空燃比を次第にリッチ方向に変化させて、均一燃焼時の空燃比に達してから均一燃焼状態に切替えるようにするとともに、成層燃焼状態で徐々に空燃比をリッチ方向に変化させている期間に燃焼性悪化を補うべく燃料噴射量を補正するようにしている。なお、公報に示されているエンジンでは吸気通路に過給機を設けるとともに、過給機バイパス通路及びスロットルバイパス通路に弁を設け、上記のように成層燃焼状態を持続しつつその間に徐々に吸入空気量を減少させるときに上記各弁を制御するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されているエンジンでは、成層燃焼が行われる領域から均一燃焼が行われる領域へ運転状態が移行するときに、均一燃焼への切替の前に成層燃焼状態で空燃比をリッチ方向に変化させるようにしているため、成層燃焼による燃費改善の効果が低減される。
【０００６】
また、機械式過給機付エンジンでは、過給を要しない低負荷低回転時に過給機駆動抵抗による出力ロスが生じることを避けるため、機械式過給機に対して電磁クラッチを設け、低負荷低回転時には電磁クラッチをＯＦＦとすることで過給機を停止させるようにしたものが一般に知られているが、このようにする場合、電磁クラッチがＯＦＦの過給機停止状態から電磁クラッチがＯＮの過給機駆動状態に切替わったとき、過給機駆動抵抗によるトルクダウンが生じるといった問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、成層燃焼よる燃費改善効果を高め、かつ、成層燃焼時及び均一燃焼時の燃焼性を良好に保ちつつ、過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わり、及び成層燃焼から均一燃焼への切替わりが行われるときのトルクショックを防止することができる機械式過給機付筒内噴射式エンジンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタと、低負荷域では燃焼室全体の空燃比を理論空燃比よりもリーンとしつつ成層燃焼状態とし、高負荷域では均一燃焼状態とするように上記インジェクタからの燃料噴射形態を切替える噴射形態切替手段とを備えるとともに、吸気通路に機械式過給機を設け、一方、排気通路に、理論空燃比よりもリーンな空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを吸着して、理論空燃比もしくはそれよりリッチな空燃比となったときにＮＯｘを還元、除去するようになっている触媒を装備した機械式過給機付筒内噴射式エンジンにおいて、均一燃焼状態とする運転領域のうちで成層燃焼状態とする運転領域に隣接する所定運転領域では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分けて行なう分割噴射とし、この所定運転領域よりも高負荷側では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程のみで行なう吸気行程噴射とするように噴射形態切替手段を構成するとともに、機械式過給機を駆動状態と停止状態とに切替えるクラッチ手段と、低負荷側で過給機停止状態、高負荷側で過給機作動状態とするようにクラッチ手段を制御するクラッチ制御手段と、機械式過給機をバイパスする過給機バイパス通路と、この過給機バイパス通路に介設された開度変更可能なバイパス開閉弁と、少な くとも上記分割噴射が行われる運転領域で上記バイパス開閉弁を負荷が高くなるにつれて開度が小さくなるように制御する弁制御手段と、上記成層燃焼状態とする運転領域と過給機停止状態とする運転領域とを一致させるように設定する運転領域設定手段と、上記分割噴射が行われる運転領域で、過給機からエンジンの燃焼室に吸気が過給されるとともに空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる過給リーン状態とするように空燃比を制御する手段と、過給機停止状態から過給機駆動状態へ切替わったときに、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わりと同時に、一時的に空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなる程度までインジェクタからの総燃料噴射量を増量する空燃比変更手段とを設けたものである。
【０００９】
この構成によると、低負荷側の運転領域では成層燃焼が行われるとともに過給機停止状態とされることで充分に燃費が改善され、高負荷側の運転領域では均一燃焼が行われるとともに過給機作動状態とされることにより高負荷時の燃焼性、出力性能等が良好とされる。また、上記過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わりと成層燃焼状態から均一燃焼状態への切替わりとが同時に行われ、その切替わり時に、燃料噴射量の増量によって空燃比がリッチ方向に変更されることにより、過給機駆動抵抗によるトルク低下が補われ、トルクショックが低減される。
【００１０】
また、高負荷側への運転状態の変化に伴い、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射、吸気行程噴射へ段階的に燃焼形態が変化し、燃焼形態の大幅な変化が避けられ、かつ、過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わり時のトルクショックが防止される。
【００１１】
また、上記分割噴射が行われる運転領域で上記バイパス開閉弁を負荷が高くなるにつれて開度が小さくなるように制御するとともに、上記分割噴射が行われる運転領域で、過給機からエンジンの燃焼室に吸気が過給されるとともに空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる過給リーン状態とするように空燃比を制御しているため、上記分割噴射が行われる運転領域で過給量が適切に調節されつつ、この運転領域でもリーン状態が保たれて、燃費改善の効果が高められる。
【００１２】
また、成層燃焼状態から分割噴射状態への切替わり時に、一時的に空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなる程度までインジェクタからの総燃料噴射量が増量されるため、上記切替わり時のトルクショックが低減されるとともに、触媒の浄化性能が良くなる。
【００１３】
この場合、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わり時に、圧縮行程での噴射による噴射量は一定に保ちつつ吸気行程での噴射を加えることにより、空燃比をリッチ方向に変更するようにすれば、制御が容易になる。
【００１４】
上記分割噴射が行われる運転領域と上記吸気行程噴射が行われる運転領域のうちの低負荷側の領域とにわたる範囲で、過給機からエンジンの燃焼室に吸気が過給されるとともに空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる過給リーン状態とすると、比較的高負荷側までリーン状態が保たれて、燃費改善の効果が高められる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態による機械式過給機付筒内噴射式エンジンを概略的に示したものである。この図において、エンジン本体１は複数の気筒２を有し、その各気筒２には、そのシリンダボアに挿入されたピストン３の上方に燃焼室４が形成されており、この燃焼室４には吸気ポート５及び排気ポート６が開口している。上記吸気ポート５及び各排気ポート６は、吸気弁７及び排気弁８によってそれぞれ開閉されるようになっている。
【００１７】
上記燃焼室４の中央部には点火プラグ９が配設され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでいる。また、燃焼室４内には側方からインジェクタ１０の先端部が臨み、このインジェクタ１０から燃焼室４内に直接燃料が噴射されるようになっている。
【００１８】
上記エンジン本体１に対し、吸気通路１１及び排気通路１２が配設され、吸気通路１１の下流端側が吸気ポート５に連通するとともに、排気通路１２の上流端側が排気ポート６に連通している。上記吸気通路１１は、上流側の共通吸気通路１３と、その下流に設けられたサージタンク１４と、このサージタンク１４から気筒別に分岐した独立吸気通路１５とを有している。上記共通吸気通路１３には、エアクリーナ１６、吸入空気量を検出するエアフローメータ１７、スロットル弁駆動用モータ１９により駆動されるスロットル弁１８が設けられるとともに、スロットル弁１８の下流にリショルム型の機械式過給機２０が設けられ、さらにこの機械式過給機２０の下流にインタークーラ２１が設けられている。
【００１９】
上記機械式過給機２０は、エンジン出力軸によりベルト伝動機構２２を介して駆動されるようになっている。上記ベルト伝動機構２２のプーリと機械式過給機２０との間には、機械式過給機２０への駆動力の伝達を断続する電磁クラッチ２３が設けられている。
【００２０】
さらに吸気通路１１には、機械式過給機２０をバイパスする過給機バイパス通路２４が設けられている。この過給機バイパス通路２４は、一端がスロットル弁１８と機械式過給機２０との間の共通吸気通路１３に接続されるとともに、他端がインタークーラ２１の下流の吸気通路１１に接続されており、この過給機バイパス通路２４の途中にバイパス開閉弁（ＡＢＶ）２５が設けられている。このバイパス開閉弁２５は、開閉弁駆動モータ２６により駆動されるようになっている。
【００２１】
上記スロットル弁駆動モータ１９及び開閉弁駆動モータ２６はステップモータからなり、これらのモータ１９，２６と上記電磁クラッチ２３が制御ユニット（ＥＣＵ）４０により制御される。また、インジェクタ１０からの燃料噴射時期及び噴射量も制御ユニット４０により運転状態に応じて制御される。この制御ユニット４０には、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサ２７及びエンジン回転数を検出する回転数センサ２８からの各検出信号が入力されるようになっている。
【００２２】
また、上記排気通路１２には、排気ガス浄化用の触媒装置３０が配設されている。この触媒装置３０は、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化するもので、望ましくは、空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態にあるリーン運転時でもＮＯｘ浄化性能を有するような触媒が用いられる。
【００２３】
図２は、図１中に示した制御ユニット４０の構成を示す機能ブロック図である。この図において制御ユニット４０は、噴射形態切替手段４１、クラッチ制御手段４２、運転領域設定手段４３、空燃比変更手段４４及び弁制御手段４５を含んでいる。
【００２４】
上記噴射形態切替手段４１は、上記インジェクタ１０からの燃料噴射の形態を切替えることにより、噴射燃料を点火プラグ９付近に偏在させる成層燃焼状態と噴射燃料を燃焼室全体に拡散させる均一燃焼状態とに変更し得るようになっている。すなわち、成層燃焼状態とするときは上記インジェクタ１０から圧縮行程で燃料を噴射させ、均一燃焼状態とするときは上記インジェクタ１０から噴射燃料の全部または一部を吸気行程で噴射させる。そして、後述の図３（ａ）に示すような領域設定に基づき、運転状態に応じた噴射形態の切替制御を行なうようになっている。なお、当明細書では、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けてインジェクタ１０から噴射する分割噴射により弱成層となる状態も均一燃焼状態の中に含ませている。
【００２５】
上記クラッチ制御手段４２は、上記電磁クラッチ２３のＯＮ，ＯＦＦを制御することにより過給機駆動状態と過給機停止状態の切替を行なうもので、後述の図３（ｂ）に示すような領域設定に基づき、運転状態に応じた電磁クラッチ２３のの制御を行なうようになっている。
【００２６】
上記運転領域設定手段４３は、運転状態に応じた噴射形態切替の制御と電磁クラッチ２３の制御とについて予め設定された運転領域のマップを記憶するメモリを有しており、この運転領域設定手段４３において、上記成層燃焼状態とする運転領域と過給機停止状態とする運転領域とが一致するように設定されている。
【００２７】
具体的には図３（ａ）（ｂ）に示すように運転領域のマップが設定されており、この図では縦軸を負荷（例えば平均有効圧力Ｐｅ）、横軸をエンジン回転数Ｎｅとして示している。すなわち、電磁クラッチ２３の制御のための領域設定としては、図３（ｂ）に示すように、所定負荷Ｐ１以下で且つ所定回転数Ｎ１以下の低負荷低回転領域ＡがクラッチＯＦＦの領域とされ、上記所定負荷Ｐ１より高負荷側及び上記所定回転数Ｎ１より高回転側の領域ＢがクラッチＯＮの領域とされる。
【００２８】
噴射形態切替の制御のための領域設定としては、図３（ａ）に示すように、低負荷低回転領域が成層燃焼領域とされ、この成層燃焼領域が上記クラッチＯＦＦの領域と一致し、つまり所定負荷Ｐ１以下で且つ所定回転数Ｎ１以下の領域Ａとされている。そして、上記クラッチＯＮの領域と一致する領域、つまり所定負荷Ｐ１より高負荷側及び上記所定回転数Ｎ１より高回転側の領域Ｂが均一燃焼領域とされている。また、当実施形態では、均一燃焼領域Ｂのうち、成層燃焼領域Ａに隣接する領域Ｂ１が分割噴射を行なう領域とされ、それ以外の領域Ｂ２が吸気行程噴射を行なう領域とされている。Ｐ２，Ｎ２は分割噴射を行なう領域Ｂ１と吸気行程噴射を行なう領域Ｂ２との境界となる負荷及びエンジン回転数である。
【００２９】
また、上記空燃比変更手段４４は、過給機停止状態から過給機駆動状態へ切替わったときに、上記成層燃焼状態から均一燃焼状態への燃料噴射形態の切替わりと同時に、インジェクタ１０からの燃料噴射量を増加させることにより空燃比を所定量だけリッチ方向に変更するようになっている。
【００３０】
なお、運転状態に応じた空燃比制御の好ましい例として、成層燃焼領域Ａでは、低負荷域でもスロットル弁１８の開度を比較的大きくして吸気量を多くしつつ空燃比を理論空燃比と比べて大幅にリーン（例えば４０程度）とし、均一燃焼領域Ｂのうちで分割噴射が行われる領域Ｂ１では、成層燃焼領域Ａと比べてリッチで、かつ理論空燃比と比べてリーンな所定空燃比（例えば１７〜２０程度）とし、吸気行程噴射が行われる領域Ｂ２のうちの低負荷、低回転側領域でも理論空燃比よりはリーンな空燃比（λ＞１）とする。そして、負荷及び回転数が高くなるにつれて空燃比をリッチ側に変化させ、所定の高負荷域及び高回転域では理論空燃比またはこれよりリッチな空燃比（λ≦１）とする。Ｐ３，Ｎ３はλ＞１の領域とλ≦１の領域との境界となる負荷及びエンジン回転数である。
【００３１】
当実施形態ではこのような空燃比制御を基本として、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わり時に、空燃比を理論空燃比よりもリーンで、かつ、切替わり前の空燃比に対して段差をもった所定空燃比まで変化させるように、燃料噴射量を制御している。
【００３２】
また、上記弁制御手段４５は、上記所定負荷Ｐ１以下の低負荷領域ではバイパス開閉弁２５を全開状態とし、所定負荷Ｐ１より高負荷側の上記分割噴射が行われる運転領域で負荷が高くなるにつれてバイパス開閉弁２５の開度を小さくし、均一燃焼領域のうちでも特に高負荷側でバイパス開閉弁２５を全閉とするように、開閉弁駆動モータ２６を介してバイパス開閉弁２５を制御するようになっている。
【００３３】
以上のような当実施形態の機械式過給機付筒内噴射式エンジンの動作を、図４を参照しつつ説明する。
【００３４】
低負荷低回転の領域Ａでは、電磁クラッチ２３がＯＦＦとされることにより機械式過給機２０が停止状態とされるとともに、上記インジェクタ１０から圧縮行程で燃料が噴射されることにより成層燃焼が行われ、空燃比は例えば４０程度のリーンとなるように吸入空気量及びインジェクタ１０からの燃料噴射量がコントロールされる。そして、負荷が上昇するにつれて負荷に見合うように次第に燃料噴射量が増加するが、所定負荷Ｐ１に達するまではスロットル弁１８の調整等で大幅なリーン状態が保たれつつ成層燃焼が行われる。これにより、燃焼効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、燃費が改善される。
【００３５】
エンジン負荷が所定負荷Ｐ１を越えると、電磁クラッチ２３がＯＮに切替わって機械式過給機２０が駆動状態になるとともに、圧縮行程噴射による成層燃焼から均一燃焼へ燃料噴射形態が切替えられ、当実施形態では分割噴射による弱成層状態へ切替えられる。これと同時に、インジェクタ１０からの燃料噴射量の増量により空燃比が所定量の段差をもってリッチ方向に変更される。これにより、電磁クラッチ２３の切替わりや燃料噴射形態の切替わりに起因したトルク変動が是正される。
【００３６】
すなわち、電磁クラッチ２３がＯＦＦの過給機停止状態から電磁クラッチ２３がＯＮの過給機駆動状態に切替わると、機械式過給機２０の駆動による抵抗がエンジンに作用するためにエンジンのトルクが低下する。また、燃料噴射形態が成層燃焼状態から均一燃焼状態に切替わると、燃焼効率の変化等がトルク変動を招く要因となるとともに、成層燃焼状態では空燃比を４０程度の大幅なリーン状態とし得るのに対して均一燃焼状態では１７〜２０程度がリーン限界となって、これらの間で切替えを行なうと空燃比の急変によってもトルク変動を招き、これを避けるため成層燃焼状態にある間に徐々に吸入空気量を減少させることで１７〜２０程度まで空燃比をリッチ化してから均一燃焼状態に移行させるようにすると、燃費等の面で不利となる。
【００３７】
これに対して当実施形態では、上記過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わりと成層燃焼状態から均一燃焼状態への切替わりとが同時に行われ、その切替わり時に、成層燃焼時の大幅なリーン空燃比から均一燃焼時のリーン限界を越えない空燃比（１７〜２０程度）にまで、噴射量の増量により空燃比がリッチ方向に急変されることにより、その空燃比のリッチ化によるトルクアップと過給機駆動状態への切替わりによるトルクダウンとが相殺され、トルク変動が抑制される。そして、切替わり直前までは成層燃焼時の大幅なリーン状態が維持されるので、徐々に空燃比をリッチ化してから均一燃焼状態に移行するような場合と比べ、燃費も改善される。
【００３８】
上記所定負荷Ｐ１での燃焼形態の切替わりとして、当実施形態では成層燃焼状態から分割噴射による弱成層状態に切替えられる。この際、圧縮行程での噴射による噴射量は切替わり前の成層燃焼時と同等とされつつ、燃料の増量分ΔＱが吸気行程での噴射を追加することにより得られるようにすればよい。このようにすれば、上記切替わり時の噴射形態の変更と燃料噴射量の増量のための制御が容易になる。
【００３９】
そして、燃焼形態は負荷の上昇に応じて成層燃焼状態から分割噴射による弱成層状態を経て吸気行程噴射による均一燃焼状態に移行するようになっているので、燃焼形態が大きく急変することがなく、燃焼形態切替わり時の燃焼性の悪化が抑制される。
【００４０】
上記所定負荷Ｐ１を越えて負荷が上昇すると、弱成層状態とされる領域を含む均一燃焼領域内の低負荷側の領域では、負荷が高くなるにつれて燃料噴射量が増加されるとともにバイパス開閉弁２５の開度が次第に小さくされて過給空気量が増加されることで空燃比がリーンに保たれ、バイパス開閉弁２５が全閉となって最大過給状態に達した後は、負荷に応じた燃料の増加により空燃比が次第にリッチ方向に変化する。このように均一燃焼領域でも、過給を利用して可能な限り高負荷側までリーン状態とされることにより燃費が改善されるとともに、出力性能も満足される。
【００４１】
一方、高負荷側から負荷が低下していくとき、上記所定負荷Ｐ１以下になると電磁クラッチ２３がＯＮからＯＦＦに切替わるとともに、分割噴射による弱成層状態から圧縮行程噴射による成層燃焼状態に燃料噴射形態が切替わる。この場合、過給機の抵抗は減少し、トルクショックを与えるようなことはないので、空燃比は二点鎖線で示すように徐々にリーン側に変更されるようにしておけばよい。
【００４２】
図５は、空燃比変更手段４４による制御の別の実施形態を示している。この実施例形態でも、燃料噴射形態の切替制御のためのマップ及び電磁クラッチ２３の切替制御のためのマップは図３（ａ）（ｂ）のように設定され、電磁クラッチ２３がＯＦＦの過給機停止状態とされる運転領域と成層燃焼が行われる運転領域とが一致しており、電磁クラッチ２３がＯＦＦからＯＮに切替わるとき、これと同時に成層燃焼状態から均一燃焼状態（分割噴射による弱成層状態）への切替えが行われる。この切替わり時に、燃料の増量によって空燃比が一時的にリッチ方向に変更され、その後は、バイパス開閉弁２５の開度が小さくされて過給量が増加されることで均一燃焼時の適度のリーン空燃比（１７〜２０程度）とされる。
【００４３】
とくに、排気通路１２に設けられている触媒装置３０が、理論空燃比よりもリーンな空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを吸着して理論空燃比もしくはそれよりリッチな空燃比となったときにＨＣ、ＣＯとの反応でＮＯｘを還元、除去するようになっている吸着型ＮＯｘ触媒を用いたものである場合、上記切替わり時に、一時的に空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチな空燃比（λ≦１）まで変更される。
【００４４】
この実施形態の装置によっても、電磁クラッチ２３のＯＦＦからＯＮへの切替わり及び成層燃焼状態から均一燃焼状態への切替えが行われるときに、過給機駆動抵抗の増大によるトルク低下が燃料増量による空燃比のリッチ化により補われる。さらに、触媒装置３０に上記吸着型ＮＯｘ触媒が用いられている場合、リーン状態が長時間続くとＮＯｘ吸着量が飽和して浄化能力が低下するが、上記切替わり時に、空燃比が一時的にλ≦１まで変更されると、このときに上記触媒に吸着されたＮＯｘが還元、除去されるので、触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、機械式過給機付筒内噴射式エンジンにおいて、低負荷側で過給機停止状態、高負荷側で過給機作動状態とするように制御する一方、運転状態に応じて成層燃焼状態と均一燃焼状態とに切替えるようにするとともに、成層燃焼状態とする運転領域と過給機停止状態とする運転領域とを一致させ、かつ、過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わり時に、上記成層燃焼状態から均一燃焼状態への切替わりと同時に燃料噴射量の増加により空燃比を所定量だけリッチ方向に変更するようにしているため、成層燃焼等による燃費改善効果を高めるとともに成層燃焼時と均一燃焼時とにおける燃焼性向上を図りつつ、上記切替わり時のトルクショックを防止することができる。
【００４６】
とくに、均一燃焼状態とする運転領域のうちで成層燃焼状態とする運転領域に隣接する所定運転領域では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分けて行なう分割噴射とし、かつ、過給リーン状態とし、この所定運転領域よりも高負荷側では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程のみで行なう吸気行程噴射とするとともに、過給機停止状態から過給機駆動状態へ切替わったときに、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わりと同時に、一時的に空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなる程度までインジェクタからの総燃料噴射量を増量することにより、高負荷側への運転状態の変化に伴い、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射、吸気行程噴射へ段階的に燃焼形態が変化し、燃焼形態の大幅な変化が避けられ、かつ、過給機停止状態から過給機駆動状態への切替わり時に、トルクショックを防止することができるとともに、排気通路に設けられた触媒に吸着されるＮＯｘを還元、除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による機械式過給機付筒内噴射式エンジンの全体図である。
【図２】 制御ユニットの機能ブロック図である。
【図３】 （ａ）は燃料噴射形態の制御のための運転領域のマップを示す図、（ｂ）は過給機の駆動、停止の制御のための運転領域のマップを示す図である。
【図４】 エンジン負荷に応じた電磁クラッチ、バイパス開閉弁、空燃比及び燃料噴射量の変化を示す図である。
【図５】 別の実施形態による空燃比変化を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
４ 燃焼室
９ 点火プラグ
１０ インジェクタ
１５ 吸気通路
２０ 機械式過給機
２３ 電磁クラッチ
２４ 過給機バイパス通路
２５ バイパス開閉弁
３０ 触媒装置
４０ 制御ユニット
４１ 噴射形態切替手段
４２ クラッチ制御手段
４３ 運転領域設定手段
４４ 空燃比変更手段
４５ 弁制御手段
Claims (3)
- エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタと、低負荷域では燃焼室全体の空燃比を理論空燃比よりもリーンとしつつ成層燃焼状態とし、高負荷域では均一燃焼状態とするように上記インジェクタからの燃料噴射形態を切替える噴射形態切替手段とを備えるとともに、吸気通路に機械式過給機を設け、一方、排気通路に、理論空燃比よりもリーンな空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを吸着して、理論空燃比もしくはそれよりリッチな空燃比となったときにＮＯｘを還元、除去するようになっている触媒を装備した機械式過給機付筒内噴射式エンジンにおいて、
均一燃焼状態とする運転領域のうちで成層燃焼状態とする運転領域に隣接する所定運転領域では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分けて行なう分割噴射とし、この所定運転領域よりも高負荷側では上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程のみで行なう吸気行程噴射とするように噴射形態切替手段を構成するとともに、
機械式過給機を駆動状態と停止状態とに切替えるクラッチ手段と、
低負荷側で過給機停止状態、高負荷側で過給機作動状態とするようにクラッチ手段を制御するクラッチ制御手段と、
機械式過給機をバイパスする過給機バイパス通路と、
この過給機バイパス通路に介設された開度変更可能なバイパス開閉弁と、
少なくとも上記分割噴射が行われる運転領域で上記バイパス開閉弁を負荷が高くなるにつれて開度が小さくなるように制御する弁制御手段と、
上記成層燃焼状態とする運転領域と過給機停止状態とする運転領域とを一致させるように設定する運転領域設定手段と、
上記分割噴射が行われる運転領域で、過給機からエンジンの燃焼室に吸気が過給されるとともに空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる過給リーン状態とするように空燃比を制御する手段と、
過給機停止状態から過給機駆動状態へ切替わったときに、圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わりと同時に、一時的に空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなる程度までインジェクタからの総燃料噴射量を増量する空燃比変更手段とを設けたことを特徴とする機械式過給機付筒内噴射式エンジン。 - 圧縮行程噴射による成層燃焼状態から上記分割噴射への切替わり時に、圧縮行程での噴射による噴射量は一定に保ちつつ吸気行程での噴射を加えることにより、空燃比をリッチ方向に変更するようにしたことを特徴とする請求項１記載の機械式過給機付筒内噴射式エンジン。
- 上記分割噴射が行われる運転領域と上記吸気行程噴射が行われる運転 領域のうちの低負荷側の領域とにわたる範囲で、過給機からエンジンの燃焼室に吸気が過給されるとともに空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる過給リーン状態としたことを特徴とする請求項１または２記載の機械式過給機付筒内噴射式エンジン。
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