JP4525567B2 - 圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮着火式の内燃機関、特に予混合燃焼運転可能な圧縮着火式内燃機関の燃焼制御技術に関する。

車両などに搭載される内燃機関として、予混合燃焼運転と拡散燃焼運転を切り換え可能な圧縮着火式内燃機関が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
特開２０００−１３０２００号公報

ところで、圧縮着火式内燃機関が予混合燃焼運転を行う場合には、燃料の過早着火を防止するために、比較的多量のＥＧＲガスを燃焼室に導入させている。しかしながら、内燃機関がフューエルカット運転状態から予混合燃焼運転状態へ移行する時には、所望量のＥＧＲガスを燃焼室へ供給することが困難となる。このため、内燃機関がフューエルカット運転状態から予混合燃焼運転状態へ速やか且つ好適に移行できない場合がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲガスを燃焼室へ導入することにより予混合燃焼運転を行う圧縮着火式内燃機関において、内燃機関をフューエルカット運転状態から予混合燃焼運転状態へ速やか且つ好適に移行させることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、ＥＧＲガスを燃焼室へ導入することにより予混合燃焼運転を行う圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置において、フューエルカット制御実行時に吸気絞り弁及び排気絞り弁の開度を減少させてＥＧＲガスの循環経路内にＥＧＲガスを貯留するとともに、フューエルカット制御実行終了後に燃焼室内へ吸入されるガスのＥＧＲガス濃度が好適に高まるまでは吸気絞り弁及び排気絞り弁の開度減少状態を維持するようにした。

詳細には、本発明に係る燃焼制御装置は、内燃機関の吸気通路と排気通路を接続するＥＧＲ通路と、吸気通路においてＥＧＲ通路の接続部より上流に配置された吸気絞り弁と、排気通路においてＥＧＲ通路の接続部より下流に配置された排気絞り弁と、燃焼室への燃料供給を停止するフューエルカット制御の実行条件が成立した時に前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁の開度を所定開度まで減少させてＥＧＲガスの循環経路内にＥＧＲガスを貯留する貯留制御手段と、フューエルカット制御の実行終了時から所定期間は前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁の開度を前記所定開度に維持する弁開度維持手段と、を備えるようにした。

フューエルカット制御の実行期間中は、燃焼室内で燃料が燃焼されないため、内燃機関から排出されるガスは空気のみとなる。このため、ＥＧＲガスの循環経路（すなわち、内燃機関の燃焼室を起点に排気通路、ＥＧＲ通路、及び吸気通路を順次経て再び燃焼室へ戻る経路。以後、この循環経路を「ＥＧＲ循環経路」と称する）内のガスは、空気の濃度が高く且つＥＧＲガスの濃度が低いガスとなる。

ＥＧＲ循環経路に空気濃度の高いガスが充満した状態で内燃機関がフューエルカット運転状態から予混合燃焼運転状態へ移行すると、移行直後に燃焼室へ導入されるガスの大部
分が空気となる。その結果、内燃機関が予混合燃焼運転状態へ移行した直後は、燃焼室の燃料が過早着火する可能性がある。

更に、フューエルカット制御実行期間中に低温な空気が燃焼室を通過すると、燃焼室内の温度が低下する。このため、内燃機関が予混合燃焼運転状態へ移行した直後は、燃焼室内の燃料が気化及び霧化し難くなる場合もある。この傾向は、内燃機関がフューエルカット運転される前に低負荷運転状態を継続していた場合に顕著になる。

これに対し、フューエルカット制御実行条件が成立した時に吸気絞り弁及び排気絞り弁の開度が所定開度まで減少された場合は、フューエルカット制御実行開始時期の前後に内燃機関から排出された既燃ガスの大部分がＥＧＲ循環経路内に留まると同時に、ＥＧＲ循環経路へ新たな空気（以下、「新気」と称する）が流入し難くなる。

その結果、フューエル制御実行期間中は、ＥＧＲ循環経路内をＥＧＲガス濃度の高いガスが循環するようになる。つまり、フューエルカット制御実行期間中は、ＥＧＲガス濃度の高いガスがＥＧＲ循環経路内に貯留されるようになる（以下、フューエルカット制御実行期間中にＥＧＲ循環経路内に貯留されるガスを「循環ガス」と称する）

このようにフューエルカット制御実行期間中にＥＧＲガス濃度の高い循環ガスがＥＧＲ循環経路内に貯留されると、フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に前記循環ガスが燃焼室へ導入されるようになる。

さらに、フューエルカット制御実行期間中に低温な空気が燃焼室を通過することがなくなるため、燃焼室内の温度低下も抑制される。依って、フューエルカット制御実行終了直後の予混合燃焼運転時に燃焼室内の燃料が必要十分に霧化及び気化可能となる。

ところで、フューエルカット制御実行終了と同時に吸気絞り弁及び排気絞り弁の開弁が増加させられると、ＥＧＲ循環経路内の循環ガスに新気が混入する。このため、フューエルカット制御実行終了直後の予混合燃焼運転時に燃焼室へ導入されるガスのＥＧＲガス濃度が大幅に低くなる可能性がある。燃焼室へ導入されるガスのＥＧＲガス濃度が大幅に低下すると、混合気が過早着火し易くなる。

これに対し、フューエルカット制御実行終了から所定期間が経過するまで吸気絞り弁及び排気絞り弁の開度が所定開度に維持されると、ＥＧＲ循環経路内に新気が混入し難くなる。このため、フューエルカット制御実行終了直後の予混合燃焼運転時に燃焼室へ導入されるガスは、ＥＧＲガス濃度が高いガスとなる。依って、フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に混合気が過早着火を起こし難くなる。

フューエルカット制御実行終了時から所定期間が経過すると、吸気絞り弁及び排気絞り弁の開度が増加されるため、循環ガス中に新気が混入する。但し、上記した所定期間中に内燃機関から排出される既燃ガスによって循環ガスのＥＧＲガス濃度が高められているため、上記した所定期間経過後に循環ガス中に新気が混入されても、混入後の循環ガスのＥＧＲガス濃度は過早着火を抑制し得る濃度となる。

以上述べたように、本発明に係る燃焼制御装置によれば内燃機関がフューエルカット運転状態から予混合燃焼運転状態へ速やか且つ好適に移行することができる。

尚、上記した所定期間は、循環ガスのＥＧＲガス濃度が所定濃度以上となるまでに要する期間である。前記所定濃度は、循環ガス中に新気が混入した場合に、混入後の循環ガスのＥＧＲガス濃度が過早着火を防止し得る濃度（一定濃度）以上となるように定められる
。

新気混入後の循環ガスのＥＧＲガス濃度は、循環ガス中に混入される新気の量によって変化する。このため、上記の所定濃度は、内燃機関の吸入空気量をパラメータとして定められることが好ましい。その際、所定濃度と吸入空気量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化しておくようにしてもよい。

上記した所定期間中に循環ガスのＥＧＲガス濃度が上昇する速度は、内燃機関から排出される既燃ガスの状態、言い換えれば内燃機関の吸入空気量や燃料噴射量に応じて変化する。依って、前記所定期間は、内燃機関が予混合燃焼運転状態へ移行した後の吸入空気量及び燃料噴射量をパラメータとして定められるようにしてもよい。その際、所定期間と吸入空気量と燃料噴射量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化しておくようにしてもよい。

ところで、ＥＧＲ通路内を流れるガスのＥＧＲガス濃度を実測或いは推定することが可能な場合には、実測或いは推定により求められたＥＧＲガス濃度が所定濃度以上となった時期を所定期間の終了時期としてもよい。

本発明に係る燃焼制御装置において、貯留制御手段は、吸気絞り弁及び排気絞り弁を所定開度に閉弁させた後の所定時期までフューエルカット制御の実行開始時期を遅延させるようにしてもよい。

フューエルカット制御の実行開始と同時に吸気絞り弁及び排気絞り弁の開度が所定開度まで閉弁されると、吸気絞り弁が所定開度に閉弁された時に吸気絞り弁から内燃機関の燃焼室へ至る吸気経路内に存在していた新気（以下、「残留新気」と称する。）が燃焼に供されることなくＥＧＲ循環経路内に貯留される。このため、循環ガスは、ＥＧＲガス濃度が低く且つ酸素濃度が高いガスとなる。

これに対し、吸気絞り弁及び排気絞り弁が所定開度へ閉弁された後までフューエルカット制御の実行開始時期が遅延されると、前記残留新気の一部又は全部が燃料の燃焼に供されるようになる。依って、燃焼に供されることなくＥＧＲ循環経路内に貯留される残留新気の量が少なくなる。その結果、循環ガスのＥＧＲガス濃度低下を防止することができる。

フューエルカット制御の実行開始時期が遅延されている間（吸気絞り弁及び排気絞り弁が所定開度に閉弁されてから所定時期までの期間）は、燃焼室へ供給される燃料量がアイドル運転時相当の燃料量に低減されるようにしてもよい。

これは、フューエルカット制御実行条件が成立した後に多量の燃料が燃焼室へ供給されると、内燃機関が不要なトルクを発生してドライバビリティの悪化を招くとともに燃費の悪化を招くからである。

前記した所定時期は、上記した残留新気の全部が燃焼に供され終わる時期に固定されてもよい。また、前記した所定時期は、フューエルカット制御実行条件が成立する直前の機関負荷に応じて変更されるようにしてもよい。

フューエルカット制御実行条件が成立する直前に内燃機関が低負荷運転されていた場合は、ＥＧＲ循環経路内に貯留される既燃ガスのＥＧＲガス濃度が低くなる。ＥＧＲガス濃度が低い既燃ガスと残留新気との混合により循環ガスが形成されると、該循環ガスのＥＧＲガス濃度が所定濃度（フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に過早着火
を防止し得る濃度）より低くなる可能性がある。

従って、前記した所定時期は、フューエルカット制御実行条件成立前の機関負荷が低くなるほど遅延されるようにしてもよい。この場合、循環ガスのＥＧＲガス濃度は、フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に過早着火を防止し得る濃度となる。

一方、フューエルカット制御実行条件成立前に内燃機関が高負荷運転されていた場合は、ＥＧＲ循環経路内に貯留される既燃ガスのＥＧＲガス濃度が高くなる。ＥＧＲ循環経路内に残留する既燃ガスのＥＧＲガス濃度が高くなると、その既燃ガスに残留新気が混入しても混入後のＥＧＲガス濃度が過濃となる場合がある。このような場合には、フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に燃焼室へ導入される新気の量（酸素量）が過少となり、混合気が失火する可能性がある。

従って、前記した所定時期は、フューエルカット制御実行条件成立前の機関負荷が高くなるほど早い時期とされてもよい。この場合、循環ガスのＥＧＲガス濃度は、フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に失火を防止し得る濃度となる。

尚、フューエルカット制御実行条件成立前の機関負荷が非常に高い場合には、前記した所定時期を早めるとともに、吸気絞り弁及び排気絞り弁の開度の開度が所定開度まで段階的に減少されるようにしてもよい。

例えば、フューエルカット制御実行条件が成立した時点で吸気絞り弁及び排気絞り弁の段階的な閉弁処理が開始されると同時に燃焼室へ供給される燃料量をアイドル運転時相当の燃料量へ減量する処理が開始され、次いで吸気絞り弁及び排気絞り弁の開度が所定開度に到達した時、或いはその直後にフューエルカット制御の実行が開始されるようにしてもよい。

この場合、フューエルカット制御実行条件が成立した時から実際にフューエルカット制御の実行が開始される時（所定時期）までの期間において、内燃機関から排出される既燃ガスは、ＥＧＲガス濃度の低いガス（言い換えれば、酸素濃度の高いガス）となる。既燃ガスのＥＧＲガス濃度が低くなると、循環ガスのＥＧＲガス濃度も低下する。依って、フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に十分な量の酸素が燃焼室へ供給され、失火が防止されるようになる。

本発明を適用する内燃機関が、ＥＧＲ通路の途中に配置されたＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラを迂回するようにＥＧＲ通路に接続されたバイパス通路と、ＥＧＲクーラとバイパス通路へ選択的にＥＧＲガスを流通させる流路切換弁と、を更に備えている場合には、貯留制御手段は、フューエルカット制御の実行開始から一定期間経過後はＥＧＲガスがバイパス通路を流れるように流路切換弁を制御するようにしてもよい。

これは、フューエルカット制御実行期間中に循環ガスが何度もＥＧＲクーラを通過すると、循環ガスの温度が過剰に低くなり、フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に燃焼室内で燃料が十分に気化及び霧化することができなくなる可能性があるからである。

本発明における「ＥＧＲガス濃度」とは、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）等の濃度である。

本発明によれば、ＥＧＲガスを燃焼室へ導入することにより予混合燃焼運転を行う圧縮
着火式内燃機関において、内燃機関をフューエルカット運転状態から予混合燃焼運転状態へ速やか且つ好適に移行させることが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、予混合燃焼運転と拡散燃焼運転を適宜切り換えることが可能な圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。

内燃機関１は、各気筒２内へ直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁３と、各気筒２内へ空気を導く吸気通路４とを備えている。吸気通路４の途中には、遠心過給器（ターボチャージャ）５のコンプレッサ５０とインタークーラ６が配置されている。

コンプレッサ５０により過給された吸気は、インタークーラ６により冷却された後に各気筒２内へ導かれるようになっている。各気筒２内へ導かれた吸気は、燃料噴射弁３から噴射された燃料とともに気筒２内で着火及び燃焼される。

各気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気通路７へ排出される。排気通路５へ排出された排気は、排気通路５の途中に配置されたタービン５１及び排気浄化触媒８を経由して大気中へ放出される。

排気浄化触媒８としては、酸化能とＮＯｘ吸蔵能を有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、酸化能とＰＭ捕集能を有するパティキュレートフィルタ、或いは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタ等を例示することができる。

前記した吸気通路４と排気通路７は、ＥＧＲ通路９により相互に接続されている。ＥＧＲ通路９の途中には、該ＥＧＲ通路９を流れる排気（以下、「ＥＧＲガス」と称する）の流量を調節するＥＧＲ弁１０と、該ＥＧＲ通路９を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１１が配置されている。

また、吸気通路４においてインタークーラ６より下流且つＥＧＲ通路９の接続部より上流の部位には吸気絞り弁１２が配置されている。さらに、排気通路７の排気浄化触媒８より下流の部位には排気絞り弁１３が配置されている。

上記した燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、吸気絞り弁１２、及び排気絞り弁１３は、ＥＣＵ１４によって電気的に制御される。ＥＣＵ１４は、吸気通路４に配置されたエアフローメータ１５の測定値、排気浄化触媒８より下流の排気通路５に配置された空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）１６の測定値、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサ１７の測定値、及びアクセルポジションセンサ１８の測定値などをパラメータとして、燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、吸気絞り弁１２、及び排気絞り弁１３を制御する。

例えば、ＥＣＵ１４は、内燃機関１の負荷（アクセル開度）Ａｃｃｐ及び機関回転数Ｎｅから定まる機関運転状態が図２に示す予混合燃焼領域にある時には、各気筒２の圧縮上死点より早い時期（圧縮行程の初期又は中期）に燃料噴射弁３から燃料を噴射させて予混合気を形成し、該予混合気の圧縮自着火を生起させる予混合燃焼運転を行う。内燃機関１の負荷Ａｃｃｐ及び機関回転数Ｎｅから定まる機関運転状態が図２に示す拡散燃焼運転領域にある時には、ＥＣＵ１４は、各気筒２の圧縮上死点近傍に燃料噴射弁３から燃料を噴
射させて拡散燃焼を生起させる拡散燃焼運転を行う。

また、ＥＣＵ１４は、機関回転数Ｎｅが所定回転数以上である、及びアクセル開度Ａｃｃｐが零である等の条件が成立した時に、燃料噴射弁３の燃料噴射を停止させるフューエルカット制御を実行する。

ところで、フューエルカット制御実行終了後に内燃機関１が予混合燃焼運転される場合には、過早着火や失火が発生する可能性があるため、フューエルカット制御実行終了後に速やか且つ好適に予混合燃焼運転を行うことが困難となる。

フューエルカット制御の実行期間中は、燃焼室内で燃料が燃焼されないため、内燃機関から排出されるガスは空気のみとなる。このため、ＥＧＲ循環経路（内燃機関１の燃焼室を起点に、排気通路７、ＥＧＲ通路９、及び吸気通路４を順次経て再び燃焼室へ戻る経路）内のガスは、新気（酸素）の濃度が高く且つＥＧＲガスの濃度が低いガスとなる。

ＥＧＲ循環経路に酸素濃度の高いガスが充満した状態で内燃機関１がフューエルカット運転状態から予混合燃焼運転状態へ移行すると、移行直後に燃焼室へ導入されるガスの大部分が空気となる。その結果、内燃機関１が予混合燃焼運転状態へ移行した直後は、燃焼室の燃料が過早着火する可能性がある。

更に、フューエルカット制御実行期間中に低温な空気が燃焼室を通過すると、燃焼室内の温度が低下する。このため、内燃機関１が予混合燃焼運転状態へ移行した直後は、燃焼室内の燃料が気化及び霧化し難くなる場合もある。

依って、フューエルカット制御実行終了後に内燃機関１が予混合燃焼運転される場合には、内燃機関１がフューエルカット運転状態から予混合燃焼運転状態へ速やか且つ好適に移行することが困難となる。

これに対し、本実施例の燃焼制御装置では、ＥＣＵ１４が以下に示す燃焼制御を行うことにより、内燃機関１がフューエルカット運転状態から予混合燃焼運転状態へ速やか且つ好適に移行することができるようにした。

本実施例の燃焼制御では、ＥＣＵ１４は、図３に示すルーチンを実行する。図３は、燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。この燃焼制御ルーチンは、予めＥＣＵ１４のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１４によって所定期間毎に繰り返し実行される。

燃焼制御ルーチンでは、ＥＣＵ１４は、先ずＳ１０１においてフューエルカット制御実行条件が成立しているか否かを判別する。フューエルカット制御実行条件としては、従来一般に公知の条件が使用され、例えば、アクセル開度Ａｃｃｐが零である、機関回転数Ｎｅが一定回転数以上である、内燃機関１の冷却水温度が一定温度以上である、等の条件を例示することができる。

前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１４は、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３を全閉に制御すると同時に、燃料噴射弁３からの燃料噴射を停止させる。

上記したようにフューエルカット制御の実行開始時に吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３が全閉にされると、フューエルカット制御実行開始時期の前後に内燃機関１から排出された既燃ガスがＥＧＲ循環経路内に貯留される。

既燃ガスがＥＧＲ循環経路内に貯留されると、フューエル制御実行期間中にＥＧＲ循環経路内を循環するガス（循環ガス）は、ＥＧＲガス濃度の高いガスとなる。また、フューエルカット制御実行期間中に高温な既燃ガスを含む循環ガスが内燃機関１の燃焼室を通過するため、燃焼室内の温度低下が抑制される。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１４は、フューエルカット制御実行終了条件が成立したか否かを判別する。フューエルカット制御実行終了条件は、上記したフューエルカット実行条件が不成立になることである。

前記Ｓ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、フューエルカット制御実行終了条件が成立するまで前記Ｓ１０３の処理を繰り返し実行する。一方、前記Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１４は、クランクポジションセンサ１７の測定値より機関回転数Ｎｅを演算するとともに、アクセルポジションセンサ１８の測定値（アクセル開度）Ａｃｃｐを入力し、それら機関回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ａｃｃｐから定まる機関運転状態が予混合燃焼運転領域にあるか否かを判別する。

前記Ｓ１０４において否定判定された場合（機関運転状態が拡散燃焼運転領域にある場合）は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１１０へ進み、燃料噴射弁３から燃料噴射を再開させることによりフューエルカット制御の実行を終了するとともに、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３を通常開度（そのときの機関運転状態から定まる目標開度）まで開弁させる。

一方、前記Ｓ１０４において肯定判定された場合（機関運転状態が予混合燃焼運転領域にある場合）は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０５ヘ進み、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３を全閉状態に維持したままフューエルカット制御の実行を終了（燃料噴射弁３からの燃料噴射を再開）する。

吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３が全閉状態に維持されたままフューエルカット制御の実行が終了されると、ＥＧＲ循環経路内に新気が混入しないため、内燃機関１の気筒２内では循環ガスと燃料との予混合気が燃焼されることになる。

その際、循環ガスはＥＧＲガス濃度の高いガスであるため、内燃機関１は過早着火を伴うことなく予混合燃焼運転することが可能になる。

更に、フューエルカット制御実行期間中における燃焼室内の温度低下が抑制されているため、フューエルカット制御実行終了時に燃料噴射弁３から噴射された燃料が気化及び霧化し易くなるとともに、圧縮端温度（各気筒２が圧縮上死点にあるときの筒内温度）が予混合気の自着火を生起可能な温度となる。

従って、内燃機関１は、フューエルカット制御実行終了直後に速やか且つ好適に予混合燃焼運転状態へ移行することが可能となる。

ここで図３に戻り、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０６において第１タイマを起動させる。この第１タイマは、フューエルカット制御実行終了時からの経過時間を計測するタイマである。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ１４は、前記第１タイマの計測時間Ｔ１が所定期間Ｔｂ１以上となったか否かを判別する。

前記Ｓ１０７において否定判定された場合（Ｔ１＜Ｔｂ１）は、ＥＣＵ１４は、前記第１タイマの計測時間Ｔ１が所定期間Ｔｂ１以上となるまで、前記Ｓ１０７の処理を繰り返し実行する。一方、前記Ｓ１０７において肯定判定された場合（Ｔ１≧Ｔｂ１）は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０８へ進む。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１４は、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３を通常開度まで開弁させる。吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３が開弁されると、ＥＧＲ循環経路内に新気が混入する。ＥＧＲ循環経路内に新気が混入すると、循環ガスと新気の混合ガスが内燃機関１の燃焼室へ導入される。その際、循環ガスのＥＧＲガス濃度が十分に高くなければ、燃焼室内のＥＧＲガス濃度が過早着火を抑制し得る濃度より低くなる可能性がある。

しかしながら、上記した所定期間Ｔｂ中に内燃機関１から排出される既燃ガスによって循環ガスのＥＧＲガス濃度が高められているため、循環ガスと新気の混合ガスが燃焼室へ導入されても燃焼室内のＥＧＲガス濃度が過剰に低下しなくなる。

ここで、上記した所定期間Ｔｂは、循環ガスのＥＧＲガス濃度が所定濃度以上となるまでに要する期間である。前記所定濃度は、循環ガス中に新気が混入した場合に、混入後の循環ガスのＥＧＲガス濃度が過早着火を防止し得る濃度（一定濃度）以上となるように定められる。

新気混入後の循環ガスのＥＧＲガス濃度は、循環ガス中に混入される新気の量によって変化する。このため、上記の所定濃度は、内燃機関の吸入空気量をパラメータとして定められることが好ましい。その際、所定濃度と吸入空気量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化しておくようにしてもよい。

また、循環ガスのＥＧＲガス濃度が所定濃度以上となるまでに要する時間は、内燃機関１から排出される既燃ガスのＥＧＲガス濃度に応じて変化する。既燃ガスのＥＧＲガス濃度は、内燃機関１の吸入空気量や燃料噴射量に応じて変化する。依って、前記所定期間は、内燃機関１が予混合燃焼運転状態へ移行した後の吸入空気量及び燃料噴射量をパラメータとして定められるようにしてもよい。その際、所定期間と吸入空気量と燃料噴射量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化しておくようにしてもよい。

尚、ＥＧＲ通路９内を流れるガス（循環ガス）のＥＧＲガス濃度を実測或いは推定することが可能な場合には、実測或いは推定により求められたＥＧＲガス濃度が所定濃度以上となった時期を所定期間Ｔｂの終了時期としてもよい。

ＥＧＲ通路９内を流れる循環ガスのＥＧＲガス濃度を実測又は推定する方法としては、ＥＧＲ通路９に酸素濃度センサを取り付け、該酸素濃度センサの測定値からＥＧＲガス濃度（すなわち、ＣＯ２やＨ２Ｏ等の不活性ガス成分の濃度）を推定演算する方法や、Ａ／Ｆセンサ１６の測定値からＥＧＲ通路９内の酸素濃度を推定しその推定値からＥＧＲガス濃度を推定演算する方法等を例示することができる。

ここで図３に戻り、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０９において第１タイマの計測時間Ｔ１を零にリセットし、本ルーチンの実行を終了する。

このようにＥＣＵ１４が燃焼制御ルーチンを実行すると、本発明に係る貯留制御手段、及び弁開度維持手段が実現される。依って、本実施例によれば、内燃機関１がフューエル
カット運転状態から予混合燃焼運転状態へ移行する場合に、過早着火や失火等を伴うことなく速やかに予混合燃焼運転状態へ移行することが可能となる。

尚、本実施例では、フューエルカット制御実行期間中に循環ガスがＥＧＲクーラ１１を経由しているが、ＥＧＲクーラ１１を迂回するバイパス通路、及びＥＧＲクーラ１１とバイパス通路へ選択的にＥＧＲガスを流通させる流路切換弁がＥＧＲ通路９に設けられている場合には、ＥＣＵ１４は、フューエルカット制御実行開始から所定ストローク数経過後はＥＧＲガスがバイパス通路を流れるように流路切換弁を制御するようにしてもよい。

これは、フューエルカット制御実行期間中に循環ガスが何度もＥＧＲクーラ１１を通過すると、循環ガスの温度が過剰に低くなり、フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に燃焼室内で燃料が十分に気化及び霧化することができなくなる可能性があるとともに、ＥＧＲ循環経路内に凝縮水が発生する可能性があるからである。

上記した所定ストローク数は、循環ガスがＥＧＲクーラ１１を１回のみ経由するのに要するストローク数としてもよく、循環ガスの温度や吸気の温度に応じて変更されるようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施例について図４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、フューエルカット制御実行条件が成立した時に燃料噴射弁３からの燃料噴射を停止すると同時に吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３を全閉に制御する例について述べたが、本実施例では吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３を全閉させた後の所定時期まで燃料噴射停止時期（フューエルカット制御実行開始時期）を遅延させる例について述べる。

フューエルカット制御実行開始と同時に吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３が全閉に制御されると、吸気絞り弁１２が全閉となった時に該吸気絞り弁１２から内燃機関１の燃焼室へ至る吸気経路（吸気絞り弁１２下流の吸気通路４、及び図示しない吸気ポートを含む経路）に存在していた新気（残留新気）が燃焼に供されることなくＥＧＲ循環経路内に貯留される。

フューエルカット制御実行開始直前の機関負荷Ａｃｃｐが低いと、内燃機関１から排出される既燃ガスのＥＧＲガス濃度も低くなる。このような既燃ガスと前記した残留新気との混合ガスが循環ガスとしてＥＧＲ循環経路内に貯留されると、循環ガスのＥＧＲガス濃度が過剰に低くなる。

循環ガスのＥＧＲガス濃度が過剰に低くなると、フューエルカット制御実行終了時（燃料噴射弁３からの燃料噴射が再開された時）に吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３の開度が全閉状態に維持されていても、フューエルカット制御実行終了直後に内燃機関１の燃焼室へ導入されるガスのＥＧＲガス濃度が過早着火を抑制し得る濃度より低くなる可能性がある。

そこで、本実施例の燃焼制御では、ＥＣＵ１４は、フューエルカット実行条件が成立した時に、先ず吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３を全閉に制御し、その後の所定時期までフューエルカット制御実行開始時期を遅延させるようにした。

前記した所定時期は、フューエルカット制御実行条件が成立する前の機関負荷Ａｃｃｐ
が低くなるほど遅くされることが好ましい。これは、ＥＧＲ循環経路内に貯留される既燃ガスのＥＧＲガス濃度は、フューエルカット制御実行条件が成立する前の機関負荷Ａｃｃｐが低くなるほど低くなるからである。

上記したようにフューエルカット制御実行開始時期が吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３の全閉後の所定時期まで遅延されると、その遅延期間中に前記残留新気の少なくとも一部が燃焼に供されるようになる。依って、燃焼に供されることなくＥＧＲ循環経路内に貯留される残留新気の量が少なくなり、循環ガスのＥＧＲガス濃度低下を防止することができる。

尚、フューエルカット制御の実行開始時期が遅延されている間（吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３が全閉にされてから前記所定時期までの期間）は、ＥＣＵ１４は、燃料噴射弁３から噴射される燃料量をアイドル運転時相当の燃料量まで減量することが好ましい。

これは、フューエルカット制御実行条件が成立した後に多量の燃料が燃焼室へ供給されると、内燃機関１が不要なトルクを発生してドライバビリティの悪化を招くとともに燃費の悪化を招くからである。

以下、本実施例の燃焼制御について図４に沿って説明する。図４は、本実施例における燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。

燃焼制御ルーチンでは、ＥＣＵ１４は、先ずＳ２０１においてフューエルカット制御実行条件が成立しているか否かを判別する。

前記Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ２０２へ進む。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ１４は、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３を全閉に制御すると同時に、燃料噴射弁３から噴射される燃料量をアイドル運転時相当の燃料量まで減量する。

Ｓ２０３では、ＥＣＵ１４は、第２タイマを起動させる。この第２タイマは、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３が全閉にされた時点からの経過時間を計測するタイマである。

Ｓ２０４では、ＥＣＵ１４は、前記第２タイマの計測時間Ｔ２が所定時間Ｔｂ２以上となったか否かを判別する。所定時間Ｔｂ２は、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３が全閉にされた時点から前記した所定時期までの時間（言い換えれば、フューエルカット制御実行開始時期の遅延期間）に相当する。このため、所定時間Ｔｂ２は、フューエルカット制御実行条件成立前の機関負荷Ａｃｃｐが低くなるほど長く設定される。

前記Ｓ２０４において否定判定された場合（Ｔ２＜Ｔｂ２）は、ＥＣＵ１４は、前記第２タイマの計測時間Ｔ２が所定時間Ｔｂ２以上となるまで、前記Ｓ２０４の処理を繰り返し実行する。一方、前記Ｓ２０４において肯定判定された場合（Ｔ２≧Ｔｂ２）は、ＥＣＵ１４は、Ｓ２０５へ進む。

Ｓ２０５では、ＥＣＵ１４は、燃料噴射弁３からの燃料噴射を停止させる。すなわち、ＥＣＵ１４は、燃料噴射弁３から噴射される燃料量を零にしてフューエルカット制御の実行を開始する。

Ｓ２０６〜Ｓ２１３の処理は、前述した第１の実施例におけるＳ１０３〜Ｓ１１０の処理と同様であるため、説明を省略する。

以上述べた実施例によれば、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３が全閉にされた後の所定時期までフューエルカット制御実行開始時期が遅延されるため、ＥＧＲ循環経路内に貯留された残留新気が内燃機関１の各気筒２において燃焼に供されるようになる。その結果、循環ガスのＥＧＲガス濃度の過剰な低下が抑制され、フューエルカット制御実行終了直後に燃焼室へ導入されるガスのＥＧＲガス濃度が過早着火を抑制し得る濃度（一定濃度）以上となる。

尚、本実施例では、フューエルカット制御実行条件成立前の機関負荷Ａｃｃｐに応じて所定時期を可変とする例について述べたが、上記した残留新気の全部が燃焼に供され終わる時期に所定時期が固定されるようにしてもよい。

残留新気の全部が燃焼に供され終わる時期は、吸気絞り弁１２から内燃機関１の燃焼室へ至る吸気経路の容積と、各気筒２が１回の燃焼で消費する新気の量とから特定することができる。

このように所定時期が固定されると、フューエルカット制御実行終了直後に燃焼室へ導入されるガスのＥＧＲガス濃度の過度の低下を抑制しつつ、制御ロジックを簡素化することができる。

また、フューエルカット制御実行開始前の機関負荷が非常に高い場合には、ＥＣＵ１４は、前記した所定時期を早めるとともに、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３の開度を全閉まで段階的に減少させるようにしてもよい。

例えば、ＥＣＵ１４は、フューエルカット制御実行条件が成立した時点で吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３の開度を一定開度（全閉より大きな開度）まで絞るとともに燃料噴射弁３から噴射される燃料量をアイドル運転時相当の燃料量まで減量し、次いで循環ガスのＥＧＲガス濃度が所定濃度まで低下した時点で吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３の開度を全閉にし、それと同時若しくは前記した所定時期に燃料噴射弁３からの燃料噴射を停止させるようにしてもよい。

この場合、フューエルカット制御実行条件成立時からフューエルカット制御実行開始時（所定時期）までの期間において、内燃機関１から排出される既燃ガスは、ＥＧＲガス濃度の低いガス（言い換えれば、酸素濃度の高いガス）となる。既燃ガスのＥＧＲガス濃度が低くなると、循環ガスのＥＧＲガス濃度も適当に低下する。依って、フューエルカット制御実行終了後の予混合燃焼運転時に十分な量の酸素が燃焼室へ供給され、酸素不足による失火が防止されるようになる。

また、本実施例では、ＥＧＲ通路９がコンプレッサ５０より下流の吸気通路４とタービン５１より上流の排気通路７とを接続するように構成されているが、コンプレッサ５０より上流の吸気通路４とタービンより下流（好ましくは排気浄化触媒８より下流）の排気通路７とを接続するように構成されていてもよい。

実施例１における内燃機関の概略構成を示す図である。 予混合燃焼運転と拡散燃焼運転を切り換えるためのマップを示す図である。 実施例１における燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２における燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
３・・・・・燃料噴射弁
４・・・・・吸気通路
７・・・・・排気通路
９・・・・・ＥＧＲ通路
１０・・・・ＥＧＲ弁
１１・・・・ＥＧＲクーラ
１２・・・・吸気絞り弁
１３・・・・排気絞り弁
１４・・・・ＥＣＵ

Claims (6)

1. ＥＧＲガスを燃焼室へ導入することにより予混合燃焼運転を行う圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
   前記内燃機関の吸気通路と排気通路を接続するＥＧＲ通路と、
   前記吸気通路において前記ＥＧＲ通路の接続部より上流に配置された吸気絞り弁と、
   前記排気通路において前記ＥＧＲ通路の接続部より下流に配置された排気絞り弁と、
   前記燃焼室への燃料供給を停止するフューエルカット制御の実行条件が成立した時に、前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁の開度を所定開度まで減少させることによりＥＧＲガスの循環経路内にＥＧＲガスを貯留する貯留制御手段と、
   前記フューエルカット制御の実行終了時から所定期間は、前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁の開度を前記所定開度に維持する弁開度維持手段と、
   を備えることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。
2. 請求項１において、前記貯留制御手段は、前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁を前記所定開度に閉弁させた後の所定時期まで前記フューエルカット制御の実行開始時期を遅延させることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。
3. 請求項２において、前記フューエルカット制御の実行開始時期が遅延されている間は、前記燃焼室へ供給される燃料量をアイドル運転時相当の燃料量に低減することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。
4. 請求項１〜３において、前記貯留制御手段は、前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁の開度を前記所定開度まで段階的に減少させることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。
5. 請求項１において、前記ＥＧＲ通路の途中に配置されたＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラを迂回するように前記ＥＧＲ通路に接続されたバイパス通路と、
   前記ＥＧＲクーラと前記バイパス通路へ選択的にＥＧＲガスを流通させる流路切換弁と、を更に備え、
   前記貯留制御手段は、フューエルカット制御の実行開始から一定期間経過後はＥＧＲガスが前記バイパス通路を流れるように前記流路切換弁を制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。
6. 請求項１〜５の何れか一において、前記所定期間は、前記燃焼室へ導入されるガス中のＥＧＲガス濃度が一定濃度以上となるまでの期間であることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。
   

Images