JP4803056B2

JP4803056B2 - 予混合圧縮着火内燃機関

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Publication number: JP4803056B2
Application number: JP2007026049A
Authority: JP
Inventors: 剛橋詰
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-02-05
Also published as: JP2008190432A

Description

本発明は、予混合圧縮着火内燃機関に関する。

近年、内燃機関において、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料を噴射することで、該燃料と吸気（空気）との予混合気を形成し、該予混合気を燃焼に供する予混合圧縮着火内燃機関の開発が進められている。また、内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」ともいう）の量を低減する技術として、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」ともいう）装置が知られている。

ところで、予混合圧縮着火燃焼は、燃料と吸気とが予混合され、この予混合気の温度が上昇することにより着火するものであって、高負荷、高回転の運転状態においては過早着火が生じ易いため、全ての運転状態で実施できるわけではない。一方、その着火の温度は排気再循環による排気ガス（以下、「ＥＧＲガス」ともいう）の量でコントロールできることが分かっている。従って、予混合圧縮着火燃焼においては、実施する運転状態を低負荷側の領域に制限することと、ＥＧＲガスの量を制御することによって過早着火などの不都合を抑制している。また、一般に、気筒に還流させるＥＧＲガス量が増加するにつれて発生するＮＯｘ量は低下する。

これに関連して、予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割合よりも多い第１の燃焼状態と拡散燃焼の割合が予混合燃焼の割合よりも多い第２の燃焼状態とを切換え、第１の燃焼状態のときに排気の還流量に関するＥＧＲ値が第１の設定値以上になる一方、第２の運転状態のときには前記ＥＧＲ値が前記第１の設定値よりも少ない第２の設定値以下になるようにし、第１の燃焼状態と第２の燃焼状態との間で切換える際に、気筒の圧縮上死点近傍で主燃焼が開始した後、適切な時期にさらに燃料を噴射（後噴射）して、この後噴射した燃料の燃焼によって、先の燃焼により生成した煤を再燃焼させるようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

また、通常燃料噴射弁と予混合燃料噴射弁とを備え、内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切換える内燃機関であって、機関始動時には予混合燃料噴射弁からの燃料噴射によって予混合気を形成し、この予混合気を燃焼させることで機関回転数を上昇させる技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。

しかし、上記の技術において、予混合圧縮着火燃焼が行なわれる運転状態の領域のうち特に内燃機関の負荷が低い領域においては、燃料噴射量が極少量となるため、ＥＧＲガスの量が過剰に多いと混合気が過薄となり、失火などの不都合が生じるおそれがあった。
特開２００４−００３４１５号公報特開２００５−２０１２０８号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の運転状態に応じて予混合圧縮着火燃焼と通常燃焼とを切換え可能な予混合圧縮着火内燃機関において、予混合圧縮着火燃焼が行なわれる運転状態の、比較的低負荷側の領域における燃焼の安定性を向上させる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の運転状態が所定の予混合燃焼領域に属する場合には予混合圧縮着火燃焼を行い、運転状態が通常状態に属する場合には通常燃焼を行い、前記予混合圧縮着火燃焼を行なう場合には前記通常燃焼を行なう場合と比較してＥＧＲガスの量を増加させる予混合圧縮着火内燃機関に適用される。そして、前記内燃機関の運転状態が予混合燃焼領域において低負荷側の所定のＥＧＲ低減領域に属する場合には、内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域における他の領域に属する場合と比較して、ＥＧＲガス量を減少させることを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関における吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼と、前記予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼と、を切換える燃焼切換え手段と、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路及び、該ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御するＥＧＲ弁を有するとともに、前記排気通路を通過する排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に再循環させるＥＧＲ手段と、
を備え、
前記内燃機関の運転状態が所定の予混合燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記予混合圧縮着火燃焼を行うようにし、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域以外の通常燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記通常燃焼を行うようにし、
前記予混合圧縮着火燃焼が行われる場合には、前記通常燃焼が行われる場合と比較して前記ＥＧＲガスの量を増加させる予混合圧縮着火内燃機関であって、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域において低負荷側の所定のＥＧＲ低減領域に属する場合には、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域における他の領域に属する場合と比較して、前記ＥＧＲガスの量を減少させることを特徴とする。

上述のように、内燃機関の運転状態が予混合燃焼領域に属する場合には、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼が行なわれる。そして、予混合圧縮着火燃焼における過早着火を抑制するために、予混合燃焼領域においては、通常燃焼が行なわれる通常燃焼領域と比較してＥＧＲガスの量が増加される。

ここで前述のように、予混合圧縮着火燃焼が行なわれる予混合燃焼領域は、内燃機関の運転状態における低負荷及び低回転数の領域に限定されている。これは、高負荷、高回転数の運転状態においては過早着火が生じ易く、予混合燃焼による安定した運転の継続が困難となるからである。

そして、この予混合燃焼領域における低負荷側の領域においては、ＥＧＲガスの量が多くなると、混合気が過薄となることにより燃焼が不安定となり、また、混合気の比熱比が低下するため燃焼室内の温度が上昇しづらくなるので、失火が生じるおそれがあった。

そこで、本発明においては、予混合燃焼領域における低負荷側の領域である、所定のＥＧＲ低減領域においては、予混合圧縮着火燃焼を維持しつつ、予混合燃焼領域における他の領域と比較してＥＧＲガスの量を減少させることとした。これによれば、予混合燃焼領域のなかで低負荷側の領域において、混合気が過薄となることまたは、混合気の比熱比が低下することで失火が生じることを抑制でき、予混合圧縮着火燃焼における燃焼を安定化させることができる。

なお、上記において所定のＥＧＲ低減領域とは、予混合燃焼領域における低負荷側の領域であって、予混合燃焼領域における高負荷側の領域と同様にＥＧＲガスの量を多くすると、混合気が過薄となることまたは、混合気の比熱比が低下することにより燃焼が不安定
となり、失火が生じるおそれがあると考えられる領域であり、予め実験的に求めてもよい。

また、本発明においては、内燃機関における吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼と、前記予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼と、を切換える燃焼切換え手段と、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路及び、該ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御するＥＧＲ弁を有するとともに、前記排気通路を通過する排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に再循環させるＥＧＲ手段と、
を備え、
前記内燃機関の運転状態が所定の予混合燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記予混合圧縮着火燃焼を行うようにし、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域以外の通常燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記通常燃焼を行うようにし、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域に属する場合には、前記通常燃焼領域に属する場合と比較して前記ＥＧＲガスの量を増加させるとともに、前記内燃機関の負荷に応じて前記ＥＧＲガスの量を連続的に変化させる予混合圧縮着火内燃機関であって、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼状態において低負荷側の所定の第２ＥＧＲ低減領域に属する場合には、前記内燃機関の負荷が小さくなるほど前記ＥＧＲガスの量を減少させ、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域において前記第２ＥＧＲ低減領域より高負荷側の領域に属する場合には、前記内燃機関の負荷が小さくなるほど前記ＥＧＲガスの量を増加させるようにしてもよい。

ここで、予混合圧縮着火内燃機関においては、該内燃機関の運転状態が予混合燃焼領域に属する場合には、通常燃焼領域に属する場合と比較してＥＧＲガスの量を増加させるとともに、ＥＧＲガスの量を内燃機関の負荷に応じて連続的に変化させるようにしてもよい。そして、本発明をこのような予混合圧縮着火内燃機関に適用してもよい。

さらにその場合には、内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域における低負荷側の所定の第２ＥＧＲ低減領域に属する場合には、内燃機関の負荷が低くなるほどＥＧＲガスの量を減少させるようにし、内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域における前記第２ＥＧＲ低減領域より高負荷側の領域に属する場合には、内燃機関の負荷が低くなるほどＥＧＲガスの量を増加させるようにしてもよい。

すなわち予混合燃焼領域においては、燃料噴射量との関係で、ＥＧＲガスの量を増加させ過ぎると、吸気における酸素濃度が減少してスモークの発生などの不都合が生じるおそれがある。そこで通常、機関負荷が大きくなるほど、ＥＧＲガスの量を少なくするように制御する場合が多い。これに対し本発明においては、内燃機関の運転状態が予混合燃焼領域の比較的低負荷側の所定の第２ＥＧＲ低減領域に属する場合には、逆にＥＧＲガスの量が多いと今度は前述のように失火する虞が生じるので、機関負荷が小さくなるに応じてＥＧＲガスの量を少なくする。

そうすれば、予混合燃焼領域のうちの比較的高負荷の領域においてはＥＧＲガスの量を少なく抑えることによってスモークの発生を抑制することができ、予混合燃焼領域のうちの低負荷側の第２ＥＧＲ低減領域においてはＥＧＲガスの量を少なく抑えることによって失火を抑制することができる。さらに機関負荷とＥＧＲガスの量との連続的な関係を維持することができるのでＥＧＲガスの量の制御性を向上することができ、より確実に燃焼を安定化することができる。

なお、上記において所定の第２ＥＧＲ低減領域とは、予混合燃焼領域における低負荷側の領域であって、予混合燃焼領域における高負荷側の領域と同様にＥＧＲガスの量を多くすると、混合気が過薄となることまたは、混合気の比熱比が低下することにより燃焼が不安定となり、失火が生じるおそれがあると考えられる領域であり、前述のＥＧＲ低減領域と同じ領域であってもよい。

また、本発明においては、内燃機関における吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼と、前記予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼と、を切換える燃焼切換え手段と、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、前記内燃機関に導入される吸気の量を制御する吸気制御弁と、
を備え、
前記内燃機関の運転状態が所定の予混合燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記予混合圧縮着火燃焼を行うようにし、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域以外の通常燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記通常燃焼を行うようにする予混合圧縮着火内燃機関であって、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域において低負荷側の所定の吸気量低減領域に属する場合には、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域における前記吸気量低減領域より高負荷側の領域に属する場合と比較して、前記吸気制御弁によって前記吸気の量を減少させるようにしてもよい。

すなわち、予混合燃焼領域における低負荷側の領域である吸気量低減領域においては、吸気を絞って気筒内の燃料濃度を上昇させることとする。そうすれば、低負荷の領域における燃焼の安定性を向上させることができる。また、吸気を絞ったとしても着火前の筒内温度の到達温度には大きな変化はないと考えられるため筒内温度は確保することができるので、この点からも燃焼の安定性を向上させることができる。なおここで、吸気の量を減少させる際には、吸気圧を低下させて負圧の状態としてもよい。すなわち、予混合燃焼領域において過給効果がない状態では、吸気圧が大気圧で有ることが多いため、吸気量低減領域においては吸気圧を負圧の状態とすることにより、より確実に気筒内の燃料濃度を上昇させることができる。

なお、上記において所定の吸気量低減領域とは、予混合燃焼領域における低負荷側の領域であって、予混合燃焼領域における高負荷側の領域と同等の吸気圧とした場合には、燃料濃度が低いために燃焼が不安定となり、失火が生じるおそれがあると考えられる領域であり、予め実験的に求めてもよい。

また、本発明においては、前記内燃機関の運転状態が前記ＥＧＲ低減領域または前記第２ＥＧＲ低減領域に属する場合における、上述のＥＧＲガスの量の制御に加えて、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域において低負荷側の所定の第２吸気量低減領域に属する場合には、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域における他の領域に属する場合と比較して、前記吸気制御弁によって前記吸気の量を減少させるようにしてもよい。

そうすれば、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域において低負荷側の所定のＥＧＲ低減領域または前記第２ＥＧＲ低減領域に属する場合に、上述のＥＧＲガスの量の制御を行うことと、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域において低負荷側の所定の第２吸気量低減領域に属する場合に、内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域における他の領域に属する場合と比較して、吸気制御弁によって吸気量を減少させることの両
方の効果によって、予混合燃焼領域における低負荷側の領域において燃焼の安定性をより確実に向上させることができる。

また、これによれば、予混合燃焼領域における低負荷側の領域において、ＥＧＲガスの量を減少させることと、吸気量を減少させることの両方によって、燃焼安定性を向上させることとなる。従って、それぞれの制御を単独で行う場合と比較すると、ＥＧＲガスの量の減少幅を少なくすることができ、吸気量の減少幅を少なくすることができる。従って、ＥＧＲガスの量の変化幅が少ないのでＥＧＲガスの量の制御性を向上させることができるとともに、吸気圧が大きな負圧となることを抑制できるのでポンプロスの増加を抑制することができる。

なお、上記において所定の第２吸気量低減領域とは、予混合燃焼領域における低負荷側の領域であって、予混合燃焼領域における高負荷側の領域と同等の吸気圧とした場合には、燃料濃度が低いために燃焼が不安定となり、失火が生じるおそれがあると考えられる領域であり、前述の吸気量低減領域と同じ領域であってもよい。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。また、上記においてＥＧＲガスの量を増加または減少させるとは、吸気におけるＥＧＲ率を増加または減少させることを含む。すなわち上記において、ＥＧＲガスの絶対量を増加または減少させる制御を行ってもよいし、ＥＧＲガスの量の吸気全体の量に対する比率を増加または減少させる制御を行ってもよい。

本発明にあっては、内燃機関の運転状態に応じて予混合圧縮着火燃焼と通常燃焼とを切換え可能な予混合圧縮着火内燃機関において、予混合圧縮着火燃焼が行なわれる運転状態の、比較的低負荷側の領域における燃焼の安定性を向上させることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を、ディーゼルエンジンに適用した実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関としてディーゼルエンジンの概略構成を示す図である。

図１に示すように、内燃機関１は、吸入行程、圧縮行程、爆発行程（膨張行程）及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得る。内燃機関１は、その内部に気筒（燃焼室）２を形成する。気筒２で発生する燃料の爆発力は、ピストン３及びコンロッド４を介してクランクシャフト（図示略）の回転力に変換される。また、気筒２には、吸気通路５の最下流部をなす吸気ポート１１と、排気通路６の最上流部をなす排気ポート８とが設けられている。吸気ポート１１と気筒２との境界は吸気弁１２によって開閉される。また、排気ポート８と気筒２との境界は排気弁９によって開閉される。

また、内燃機関１は、燃料噴射弁１０を備えている。燃料噴射弁１０は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧された燃料を、燃焼室２に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。

また、排気通路６には、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、微粒子（ＰＭ：ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）等を浄化
する排気浄化装置７が設けられている。一方、吸気通路５には、吸気の量を制御可能なスロットル弁１４が設けられている。このスロットル弁１４は本実施例において吸気制御弁に相当する。

また、内燃機関１には、吸気通路５と排気通路６とを連通するＥＧＲ（排気再循環）通路３０が形成されている。このＥＧＲ通路３０は、排気の一部を適宜吸気通路５に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路３０には、同通路３０内を流れるガス（ＥＧＲガス）の流れ方向（図１中において矢印で示す）に沿って上流から下流にかけ、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲ弁３２が、順次配設されている。

ＥＧＲクーラ３１は、ＥＧＲ通路３０の周囲を取り巻くように設けられ、ＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁３２は、無段階に開閉される電子制御弁（開閉弁）であり、ＥＧＲガスの流量を自在に調整することができる。ここで、ＥＧＲ通路３０及びＥＧＲ弁３２は、本実施例においてＥＧＲ手段を構成する。

内燃機関１は、運転者によるアクセルペダル（図示略）の踏込量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ、クランクシャフト（図示略）の機関回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ、及び内燃機関１内を循環する冷却水の温度（冷却水温）に応じた信号を出力する水温センサ、吸気通路５を通じて気筒２に導入される空気（新気）の流量（吸入空気量）に応じた信号を出力するエアフローメータ１３等、各種センサを備える。これら各種センサの信号は、電子制御ユニット（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣ
ｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ：ＥＣＵ）２０に入力される。例えば、クランクポジションセン
サはクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ２０に出力し、ＥＣＵ２０はこの出力パルスに基づいてエンジン回転数を演算する。アクセルポジションセンサはアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ２０に出力し、ＥＣＵ２０はアクセルポジションセンサの出力信号に基づいて機関負荷を演算する。この機関負荷は燃料噴射量に対応した値となるもので、ＥＣＵ２０は、これら機関負荷や機関回転数などによって内燃機関１の運転状態を検出する。

ＥＣＵ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいて内燃機関１の各種構成要素を統括制御する。

また、本実施例に係る内燃機関１は、ＥＣＵ２０からの指令によって吸気行程中または圧縮行程中に燃料噴射弁１０から気筒２へ向けて燃料を噴射することで、気筒２内において燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される、いわゆる予混合圧縮着火燃焼と、予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼と、を選択的に切り替えることが可能な予混合圧縮着火内燃機関である。ここでＥＣＵ２０は、本実施例における燃焼切換え手段に相当する。

ここで、内燃機関１において予混合圧縮着火燃焼が実施される予混合燃焼領域は、図２（ａ）に示すように低負荷及び低回転数の領域に限られている。これは、高負荷または高回転数の領域において予混合圧縮着火燃焼を行う場合には、気筒２内の温度も高温となるため過早着火が生じ易く、騒音が大きくなるなどの不都合が生じるおそれがあるからである。

また、低負荷及び低回転数の予混合燃料領域においても、実際には過早着火を抑制するために大量にＥＧＲガスを吸気通路５に導入することによりＥＧＲ率を高め、吸気の比熱比を低下させることによって筒内温度の上昇を抑制することとしている。

しかし、図２(ｂ)に示す、予混合燃焼領域のさらに低負荷側の領域においては、燃料噴射量が少ないために燃焼が不安定になりやすい状態となっている。このような領域においてＥＧＲガスの量を過剰に多くすると、混合気が過薄になるとともに、混合気の比熱比が低下して筒内温度が上昇しづらくなり、燃焼が不安定になって失火のおそれが生じる。

そこで、本実施例においては、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域においてさらに低負荷側の領域である低ＥＧＲ領域に属する場合には、予混合燃焼領域における比較的高負荷の領域と比較してＥＧＲ率を低下させることとした。

図３には、本実施例における機関負荷とＥＧＲ率との関係のグラフの例を示す。図３に示すように、予混合燃焼領域においては予混合燃焼を行うとともに通常燃焼領域と比較してＥＧＲ率を高める。そして、予混合燃焼領域における低負荷側の低ＥＧＲ領域においては、予混合圧縮着火燃焼を継続しつつＥＧＲ率を低下させる。

ここで低ＥＧＲ領域は、内燃機関１の運転状態がこの領域に属する場合に、予混合燃焼領域におけるより高負荷側の領域と同じＥＧＲ率とした場合には燃焼が不安定となり失火のおそれが生じる領域である。低ＥＧＲ領域は予め実験的に求めても良い。

これによれば、予混合燃焼領域において低負荷の運転状態においても、混合気の過薄化を抑制しまたは混合気の比熱比を向上させることによって、燃焼の安定性を確保することができ、失火などの不具合の発生を抑制することができる。なお、上記における低ＥＧＲ領域は、本実施例においてＥＧＲ低減領域に相当する。

なお、上記においては、予混合燃焼領域における低ＥＧＲ領域および、予混合燃焼領域における低ＥＧＲ領域より高負荷側の領域の内部において、それぞれＥＧＲ率を一定とする例について説明した。

これに対し、予混合燃焼領域における低ＥＧＲ領域より高負荷側の領域においては、機関負荷の減少とともにＥＧＲ率を増加させ、低ＥＧＲ領域においては、機関負荷の減少とともにＥＧＲ率を減少させ、且つ低ＥＧＲ領域より高負荷側の境界及び、予混合燃焼領域と通常燃焼領域との境界においてＥＧＲ率が連続的に変化するようにしてもよい。

そうすれば、予混合燃焼領域における低ＥＧＲ領域より高負荷側の領域においては、スモークの発生の抑制と過早着火の抑制とを両立させることができ、低ＥＧＲ領域においても、失火の抑制と過早着火の抑制とを両立させることができる。さらに、ＥＧＲ率が連続的に変化するのでＥＧＲ率の制御性を向上させることができる。この場合における機関負荷とＥＧＲ率との関係を示すグラフの例を図４に示す。なお、この場合の低ＥＧＲ領域は、第２ＥＧＲ低減領域に相当する。

次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域のうちの低負荷側の低吸気圧領域に属する場合に、スロットル弁１４を絞って吸気圧を減少させる制御について説明する。

前述のように、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域における低負荷側の所定の低吸気圧領域に属する場合には、噴射燃料量が少ないためにまたは比熱比が低いために燃焼が不安定になり失火が発生するおそれがあった。それに対し、本実施例においては、低吸気圧領域において吸気を絞ることにより燃料濃度を増加させることとした。これによれば、噴射燃料量が少ない低吸気圧領域においても燃料濃度が過薄となることを抑制でき、燃焼の安定性を確保することができる。なお、この運転状態において吸気圧を低下させたとし
ても着火前の筒内温度には殆ど影響が及ばないので、過早着火の抑制効果を維持することができる。

図５には、本実施例における機関負荷と吸気圧との関係のグラフの例を示す。図５に示すように、予混合燃焼領域の比較的高負荷の領域よりさらに高負荷側の運転状態においては、図示しない過給機の過給効果が現れるので吸気圧は機関負荷が増加するに伴って増加する。

一方、予混合燃焼領域において機関負荷が中程度以下の領域においては、過給機の効果が及ばないので、吸気圧は略大気圧となる。

予混合燃焼領域におけるさらに低負荷側の低吸気圧領域においては、吸気圧を負圧にするとともに、機関負荷が減少するに従って吸気負圧が大きくなるようにする。

ここで、低吸気圧領域とは、この領域で吸気圧を大気圧とした場合には、燃料濃度が過剰に低くなり、失火のおそれが生じる運転状態の領域であり、本実施例において吸気圧低減領域に相当する。

本実施例によれば、予混合燃焼領域における低負荷側の領域において燃焼の安定性をより確実に確保することができる。

なお、上記の実施例１においては、予混合燃焼領域における低負荷側の低ＥＧＲ領域においてＥＧＲ率を低下させる制御について説明した。また、実施例２においては、予混合燃焼領域における低負荷側の低吸気圧領域においては、吸気圧を低下させる制御について説明した。

本発明においては、上記の２つの制御を組み合わせて両方行なってもよい。そうすれば、同じ燃焼安定性の効果を得るために、必要となるＥＧＲ率の低下幅と、吸気負圧の大きさとを減少させることができる。

その結果、予混合燃焼領域において燃焼安定性を確保する際のＥＧＲ率の変化幅が過剰に大きくなることを抑制でき、ＥＧＲ率を変化させる際の制御性を向上させることができる。また、予混合燃焼領域において燃焼安定性を確保する際の吸気圧の負圧が過剰に大きくなることを抑制でき、ポンプロスが増大して燃費が悪化することを抑制できる。なお、この場合の低吸気圧領域は、第２吸気圧低減領域に相当する。

本発明の実施例における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。本発明の実施例における通常燃焼領域と予混合燃焼領域及び失火のおそれのある領域について説明するための図である。本発明の実施例１における機関負荷とＥＧＲ率との関係の第１の例を示すグラフである。本発明の実施例１における機関負荷とＥＧＲ率との関係の第２の例を示すグラフである。本発明の実施例２における機関負荷と吸気圧との関係を示すグラフである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
４・・・コンロッド
５・・・吸気通路
６・・・排気通路
７・・・排気浄化装置
８・・・排気ポート
９・・・排気弁
１０・・・燃料噴射弁
１１・・・吸気ポート
１２・・・吸気弁
１３・・・エアフローメータ
１４・・・スロットル弁
２０・・・ＥＣＵ
３０・・・ＥＧＲ通路
３１・・・ＥＧＲクーラ
３２・・・ＥＧＲ弁

Claims

内燃機関における吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼と、前記予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼と、を切換える燃焼切換え手段と、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路及び、該ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御するＥＧＲ弁を有するとともに、前記排気通路を通過する排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に再循環させるＥＧＲ手段と、
を備え、
前記内燃機関の運転状態が所定の予混合燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記予混合圧縮着火燃焼を行うようにし、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域以外の通常燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記通常燃焼を行うようにし、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域に属する場合には、前記通常燃焼領域に属する場合と比較して前記ＥＧＲガスの量を増加させるとともに、前記内燃機関の負荷に応じて前記ＥＧＲガスの量を連続的に変化させる予混合圧縮着火内燃機関であって、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼状態において低負荷側の所定の第２ＥＧＲ低減領域に属する場合には、前記内燃機関の負荷が小さくなるほど前記ＥＧＲガスの量を減少させ、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域において前記第２ＥＧＲ低減領域より高負荷側の領域に属する場合には、前記内燃機関の負荷が小さくなるほど前記ＥＧＲガスの量を増加させることを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
内燃機関における吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼と、前記予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼と、を切換える燃焼切換え手段と、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、前記内燃機関に導入される吸気の量を制御する吸気制御弁と、
を備え、
前記内燃機関の運転状態が所定の予混合燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記予混合圧縮着火燃焼を行うようにし、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域以外の通常燃焼領域に属する場合には前記燃焼切換え手段によって前記通常燃焼を行うようにする予混合圧縮着火内燃機関であっ
て、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域において低負荷側の所定の吸気量低減領域に属する場合には、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域における前記吸気量低減領域より高負荷側の領域に属する場合と比較して、前記吸気制御弁によって前記吸気の量を減少させ、吸気圧を負圧にするとともに機関負荷が減少するに従って吸気負圧を大きくすることを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、前記内燃機関に導入される吸気の量を制御する吸気制御弁をさらに備え、
前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域において低負荷側の所定の第２吸気量低減領域に属する場合には、前記内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域における前記第２吸気量低減領域より高負荷側の領域に属する場合と比較して、前記吸気制御弁によって前記吸気の量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
前記内燃機関の運転状態が前記吸気量低減領域に属する場合には、前記吸気制御弁によって前記内燃機関の吸気圧を負圧にすることを特徴とする請求項２に記載の予混合圧縮着火内燃機関。