JP5238162B2 - 内燃機関のスワール制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気の浄化と協働して同機関の燃焼室に供給される吸入空気へのスワールの付与を制御する内燃機関のスワール制御装置に関する。

従来、この種のスワール制御機能を有する装置としては、例えば特許文献１に記載の装置がある。この装置では、機関暖機時の未燃ＨＣ（炭化水素）の低減を意図した排気絞りの実行時には、同排気絞りの非実行時に比べてスワール発生機構に設けられているスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）を閉じ側に制御することによって吸気乱れを強化するようにしている。これにより、排気絞りの実行に伴う排気ガスの高温化による未燃ＨＣの酸化促進に併せて気筒内での燃料と吸入空気との混合も促進されるようになる。すなわち、燃料を構成する成分である炭化水素の分子が酸素分子と化学反応しやすくなり、その分だけ未燃ＨＣの低減が期待できるようになる。

一方、上記排気絞りに関しては、例えば特許文献２に記載のように、ディーゼル機関に採用されている排気浄化装置の浄化機能の維持に適用されている例もある。すなわち、ディーゼル機関では周知のように、その排気中のＰＭ（粒子状物質）を排気通路内に設けられた排気浄化装置（ＤＰＦ：ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）で捕集するとともに、この捕集されたＰＭの堆積量が増大すると同浄化装置内のＰＭを燃焼除去してその再生（ＰＭ再生）を図るようにしている。そして、このようなＰＭの燃焼除去に上記排気絞りが利用されることとなる。もっとも、通常は、上記ＰＭ再生を行うにしろ、その都度の排気の温度（排気温）に応じて上記排気絞りの使用の有無が選択される。
特開２００２−１５２９１０号公報 特開２００３−２０６７２４号公報

ところで、上記ディーゼル機関の排気中には、これもよく知られているように上記ＰＭ（粒子状物質）以外にＮＯｘ（窒素酸化物）も含まれる。そして、これらＰＭとＮＯｘとはいわゆるトレードオフの関係にあり、ＰＭの方は不完全燃焼状態において生成されやすいのに対し、逆にＮＯｘの方は完全燃焼状態において生成されやすいというように、正反対の性質をもっている。このため、こうしたディーゼル機関において上記特許文献１に記載のスワール発生機構を通じたスワール制御を行おうとすると、燃焼特性の適合が困難となり、特に上述したＰＭ再生の実行の有無、更にはＰＭ再生実行時における上記排気絞りの使用の有無等に応じてスワール制御の必要性も微妙に変化する。このため、ディーゼル機関の場合にはガソリン機関に比べて排気中のＨＣ（炭化水素）が少ないとはいえ、単に排気絞りの使用の有無、ひいては排気の温度に応じてこのようなスワール制御を行ったのでは、ＮＯｘの低減どころか、その増加すら招きかねない。

なお、このような課題は、上記ＰＭ再生のために実行される触媒昇温制御に際して併用されるスワール制御装置に限らず、ディーゼル機関であれガソリン機関であれ、例えば触媒に付着した硫黄を除去すべく触媒の温度を上昇させる等の制御を実行する際に併用されるスワール制御装置においても共通する課題である。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気温の制御とＮＯｘの低減との好適な両立を図りつつ、燃焼室に供給される吸入空気へのスワールの付与を制御することのできる内燃機関のスワール制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、排気浄化触媒の浄化機能を維持するための触媒再生が行われるとき、スワール発生機構の制御により吸入空気にスワールを付与する制御及び前記排気浄化触媒の下流の排気絞り弁の開度を変更する制御を行う過給機付きの内燃機関のスワール制御装置において、過給圧と機関回転速度とにより定められる運転領域を、高過給圧且つ高機関回転速度の運転状態を含む領域と、低過給圧且つ低機関回転速度の運転状態を含む領域とに区分する第１の制御マップと、前記第１の制御マップよりも低過給圧側且つ低機関回転速度側に設定されて、前記運転領域を、高過給圧且つ高機関回転速度の運転状態を含む領域と、低過給圧且つ低機関回転速度の運転状態を含む領域とに区分する第２の制御マップとを有し、前記触媒再生が行われず且つ前記過給圧及び前記機関回転速度が前記第１の制御マップよりも高過給圧側且つ高機関回転速度側にあるときは、前記触媒再生が行われず且つ前記過給圧及び前記機関回転速度が前記第１の制御マップよりも低過給圧且つ低機関回転速度側にあるときに比べて、前記スワールの付与を規制すること、及び前記触媒再生が行われ且つ前記排気絞り弁による排気絞りが実行され且つ前記過給圧及び前記機関回転速度が前記第２の制御マップよりも高過給圧側且つ高機関回転速度側にあるときは、前記触媒再生が行われ且つ前記排気絞り弁による排気絞りが実行され且つ前記過給圧及び前記機関回転速度が前記第２の制御マップよりも低過給圧且つ低機関回転速度側にあるときに比べて、前記スワールの付与を規制することをその要旨としている。

前述のように、例えばディーゼル機関等の内燃機関においてスワール発生機構を通じたスワール制御を行おうとすると、燃焼特性の適合が困難となり、特に上述したＰＭ再生等の触媒再生の実行の有無に応じてスワール制御の必要性も微妙に変化する。このため、単に触媒再生の実行の有無に応じてこのようなスワール制御を行ったところで、期待する燃焼特性や排気性能が得られるとは限らない。この点、スワール制御装置としての同構成によるように、触媒再生の実行の有無及び排気絞り弁の開閉に応じて当該機関の運転領域毎に吸入空気へのスワールの付与態様を異ならしめる各別の制御マップを用意し、これら各別の制御マップに基づいてスワール制御を実行することとすれば、排気温の制御、特に過昇温の抑制とＮＯｘ（窒素酸化物）の低減との両立を可能にする、より適切なスワールの付与が実現されるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のスワール制御装置において、前記スワール発生機構は、ヘリカル型の吸気ポートに連通された第１の通路と、ストレート型の吸気ポートに連通された第２の通路と、同第２の通路を開閉するスワールコントロールバルブとを含むものであり、前記スワール制御は、前記スワールコントロールバルブを開弁状態に保持することにより吸入空気へのスワール付与を規制し、前記スワールコントロールバルブを閉弁状態に保持することにより吸入空気へのスワール付与を強化するものであることを要旨としている。
例えば、各別の制御マップについて、各々同一の機関運転領域において、前記触媒再生の非実行時よりも同触媒再生の実行時に前記吸入空気へのスワールの付与が規制される態様にて前記スワール制御の制御態様を設定することで、触媒再生の実行に際してスワール制御が併用して実行される場合であれ、排気温の過昇温が抑制されてＮＯｘが低減されるとともに触媒再生に望ましい排気温の制御が実現されるようになる。

また、内燃機関のスワール制御装置は、前記排気浄化触媒の下流に設けられて排気通路を開閉する排気絞り弁を更に備え、前記触媒再生に際してはこの排気絞り弁の閉じ制御及び開き制御のいずれかが併せて行われるものであり、前記触媒再生の非実行時に用いられるスワール制御マップを第１の制御マップとするとき、前記触媒再生の実行時に用いられるスワール制御マップについても、前記排気絞り弁の閉じ制御時と同排気絞り弁の開き制御時とで当該機関の運転領域毎に吸入空気へのスワールの付与態様を異ならしめる第２の制御マップ及び第３の制御マップをそれぞれ用意し、前記触媒再生の実行の有無、及び触媒再生の実行時における前記排気絞り弁の閉じ制御時、開き制御時に応じてこれら第１〜第３の制御マップを使い分けて前記スワール制御を実行する。

これも前述のように、単に排気絞りの使用の有無、すなわち排気絞り弁が閉じ制御時か開き制御時かに応じてスワール制御を行ったとしても、やはり期待する燃焼特性や排気性能が得られるとは限らない。ただし、こうしてスワール制御の必要性が微妙に変化する場合であれ、同構成によるように、上記触媒再生の非実行時に用いられるスワール制御マップを第１の制御マップとするとき、触媒再生の実行時に用いられるスワール制御マップについても、排気絞り弁の閉じ制御時と排気絞り弁の開き制御時とで当該機関の運転領域毎に吸入空気へのスワールの付与態様を異ならしめる第２の制御マップ及び第３の制御マップをそれぞれ用意し、これら第１〜第３の制御マップを使い分けてスワール制御を実行するようにすることで、触媒再生に際して排気絞り弁の閉じ制御、あるいは開き制御が併せて行われる場合であっても、排気温の制御、特に過昇温の抑制とＮＯｘの低減との両立を可能にする、より適切なスワールの付与が実現されるようになる。

具体的には、前記内燃機関が過給機付きディーゼル機関であり、前記排気浄化触媒が排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）を含み、前記触媒再生がＰＭ再生であるとするときに、前記触媒再生の非実行時に用いられる前記第１の制御マップ及び前記触媒再生の実行時における前記排気絞り弁の閉じ制御時に用いられる前記第２の制御マップは、各々同一の機関運転領域において、触媒再生の非実行時よりも触媒再生の実行時に前記吸入空気へのスワールの付与が規制される関係が維持されたまま、前記ディーゼル機関の運転領域が高回転速度領域でかつ低過給圧領域に至るほど、共に吸入空気へのスワールの付与が規制される態様にて前記スワール制御の制御態様が設定されてなり、前記触媒再生の実行時における前記排気絞り弁の開き制御時に用いられる前記第３の制御マップは、同ディーゼル機関の通常運転に使用される回転速度領域のほぼ全領域において吸入空気へのスワールの付与が前記第２の制御マップよりも更に規制される態様にて前記スワール制御の制御態様が設定されてなる。これにより、上記ＰＭ再生の有無、更にはＰＭ再生時における上記排気絞りの使用の有無にそれぞれ応じた、より望ましい態様でのスワール付与が可能となる。

また、前記スワール発生機構は、前記内燃機関の各気筒毎にインテークマニホールドから分岐されたヘリカル型の吸気ポートに連通された第１の通路とストレート型の吸気ポートに連通された第２の通路とを備えるとともに、前記第２の通路には該第２の通路を開閉するスワールコントロールバルブが設けられてなり、このスワールコントロールバルブの閉じ操作を通じて前記吸入空気へのスワールの付与を行うものである。

同構成によるように、吸入空気へのスワール付与をこのようなスワールコントロールバルブの操作を通じて行うようにすることで、上述した各スワール制御マップに基づくスワールの付与を容易に、しかも高い精度にて制御することができるようになる。

以下、本発明にかかる内燃機関のスワール制御装置を、過給機付き４気筒ディーゼル機関のスワール制御装置に適用した一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、このディーゼル機関には、気筒＃１〜＃４に形成された各燃焼室１０内に燃料を噴射する燃料噴射弁１１がそれぞれ設けられている。この燃料噴射弁１１は、燃料タンク１３からサプライポンプ１４に至り、該サプライポンプ１４を通じて加圧されてコモンレール１２に蓄圧された燃料を各燃焼室１０に噴射することになる。また、各燃焼室１０には、インテークマニホールド２２から各々分岐された通路２２ａ，２２ｂに連通されるヘリカル型に形成された第１の吸気ポート２１ａ及びストレート型に形成された第２の吸気ポート２１ｂを介して吸入空気が導入されるとともに、同燃焼室１０で燃焼された混合気の排気は一対の排気ポート３１ａ，３１ｂを介してエキゾーストマニホールド３２へと排出される。

ここで、インテークマニホールド２２側の上記分岐された通路、すなわち第１の分岐通路２２ａ及び第２の分岐通路２２ｂのうち、後者の第２の分岐通路２２ｂ内には、共通のシャフト２４により連結されるとともに、ステップモータ２５により駆動されて同第２の分岐通路２２ｂを開閉するスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）２３がそれぞれ設けられている。すなわちこのディーゼル機関では、このＳＣＶ２３により第２の分岐通路２２ｂを閉弁状態にしてヘリカル状に形成された上記第１の吸気ポート２１ａのみに吸入空気を流すことによって、燃焼室１０に導入される吸入空気にスワールを付与するようにしている。吸入空気へのスワール付与をこのようなＳＣＶ２３の操作を通じて行うことで、スワールの付与を容易に、しかも高い精度にて制御することができるようになる。なお、吸気通路２０には、インテークマニホールド２２から上流に向けて、同マニホールド２２に導入される吸入空気の量を調節する吸気絞り弁２６、吸入空気の温度を下げるインタークーラ２７、過給機４０の一部を構成して吸入空気を過給するコンプレッサ４１、及び吸入空気内の埃等を除去するエアクリーナ２８等がそれぞれ配設されている。

一方、このディーゼル機関の排気通路３０には、上記エキゾーストマニホールド３２の下流に、過給機４０の一部を構成して排気通路３０内の排気の流れに基づき上記コンプレッサ４１を駆動するタービン４２が設けられている。また、この排気通路３０には、タービン４２の更に下流に、排気温の昇温に用いられる酸化触媒５１と、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）５２とから構成される排気浄化装置５０が設けられている。そして、このＤＰＦ５２に対するＰＭの堆積に際して同ＤＰＦ５２の再生、すなわちＰＭ再生を実行するために、排気浄化装置５０と上記タービン４２との間には、排気中に未燃燃料を添加する燃料添加弁３７が設けられるとともに、排気浄化装置５０の下流には、排気通路３０を開閉する排気絞り弁３３とが設けられている。ちなみに、燃料添加弁３７は、上記サプライポンプ１４から供給される燃料を直接添加（噴射）する弁である。また、排気絞り弁３３は、ダイアフラム式のアクチュエータ３４により駆動されて、排気通路３０を開弁状態と閉弁状態との２つの状態に選択的に切り替えることができる切替弁であり、排気絞り弁３３の開き制御実行時（排気絞りの実行時）には開弁状態に保持されるとともに、閉じ制御実行時（排気絞りの非実行時）には閉弁状態に保持される。また、この排気絞り弁３３の前後には、排気絞り弁３３が閉じた状態となったときに排気絞り弁３３の上流における排気の圧力が過上昇することを抑制するために、同排気絞り弁３３の上流と下流とを連通させて排気絞り弁３３の上流の排気を同排気絞り弁３３の下流へと流すバイパス通路３５が設けられている。そして、このバイパス通路３５には、このような排気絞り弁３３が閉弁状態となったときにおける排気絞り弁３３の上流の排気の圧力を調節するための調圧弁３６が設けられている。

また一方、このディーゼル機関には、当該機関の運転状態を検出するための各種センサが設けられている。例えば、上記吸気通路２０におけるインタークーラ２７の下流には過給圧Ｐｂを検出するための過給圧センサ６０が設けられている。また、このディーゼル機関には、出力軸であるクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出するための回転速度センサ６１等が設けられている。

そして、これら各センサ６０，６１等の出力信号は電子制御装置７０に入力される。この電子制御装置７０は、演算処理装置（ＣＰＵ）、プログラムメモリ（ＲＯＭ）やデータメモリ（ＲＡＭ）等を有するマイクロコンピュータを備えて当該ディーゼル機関の運転を総括制御する部分である。すなわち電子制御装置７０では、上記各センサ６０，６１等の出力信号に基づいてディーゼル機関の運転に係る各種状態量を求めるとともに、この求めた状態量に基づいてステップモータ２５や燃料添加弁３７、排気絞り弁３３（正確にはアクチュエータ３４）等を駆動して上記吸入空気へのスワールの付与を制御するスワール制御やＤＰＦ５２の浄化機能を維持するためのＰＭ再生等を実行する。ちなみに、ＰＭ再生とは、ＤＰＦ５２におけるＰＭ（粒子状物質）の推定堆積量が再生基準値に到達したときに、燃料噴射弁１１によるポスト噴射や燃料添加弁３７による排気中への未燃燃料の添加を通じてＤＰＦ５２の温度を上昇させてＰＭを燃焼除去し、ＤＰＦ５２の浄化機能を再生する制御である。また、このＰＭ再生では、例えばディーゼル機関の低負荷時のように排気温が低い運転領域においてポスト噴射等を行う場合に、これに併せて排気絞り弁３３を閉弁状態として排気の流量を制限する、上述した排気絞り弁３３の閉じ制御（排気絞り）を実行するようにしている。この排気絞り弁３３の閉じ制御を実行することによって排気の流量が制限されると、同排気絞り弁３３の上流における排気の背圧が増大して排気温が上昇するようになるため、排気温が低い運転領域であっても上記ＰＭ再生を実行することが可能となる。そしてこのディーゼル機関では、このようなＰＭ再生の実行に際して上記スワール制御を併用するようにしている。

図２及び図３は、本実施形態によるスワール制御についてその制御手順を示したものであり、以下、これら図２及び図３に基づいてその具体的な制御手法を詳述する。
まずは図２に示されるように、このスワール制御では、はじめに、ＳＣＶ開度ＳＣＶＲＥＱを設定するためのスワール制御マップの選定が行われる（ステップＳ１００）。ちなみにこの実施形態では、電子制御装置７０内のＲＯＭ等に図４に例示するような３種のスワール制御マップが予め記憶されており、これら制御マップのいずれか一つが図３に示すスワール制御マップ選定処理を通じて選定される。

すなわち、図３に示されるように、このスワール制御マップ選定処理では、まず上記ＰＭ再生が実行中か否かが判断され（ステップＳ１０１）、ＰＭ再生が実行されていない旨が判断される場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、図４に例示したスワール制御マップのうちの第１の制御マップが選定される（ステップＳ１０２）。ここで、この第１の制御マップは、上記ＰＭ再生の非実行時に対応して、機関回転速度ＮＥ及び過給圧Ｐｂとの関係のもとに上記ＳＣＶ開度ＳＣＶＲＥＱについての制御態様を設定したものであり、図４の実線を境界として、
（１−ａ）ディーゼル機関の運転領域がこの実線よりも高回転速度及び高過給圧の領域ではＳＣＶ２３を開弁状態に制御する（「ＳＣＶＲＥＱ←０」）。
（１−ｂ）ディーゼル機関の運転領域が同実線よりも低回転速度及び低過給圧の領域ではＳＣＶ２３を閉弁状態に制御する（「ＳＣＶＲＥＱ←１」）。
といった情報が書き込まれている。ちなみに、上記ＳＣＶ２３が開弁状態に制御される場合には、スワール付与が規制される態様にてスワール制御が実行されることになり、逆に同ＳＣＶ２３が閉弁状態に制御される場合には、スワール付与が強化される態様にてスワール制御が実行されることになる。

一方、上記ＰＭ再生が実行されている旨判断される場合には（図３ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、同じく図４に例示したスワール制御マップのうちの一点鎖線に対応する第２の制御マップ、あるいは破線に対応する第３の制御マップのいずれかが選定されることとなる。これら第２の制御マップ及び第３の制御マップは、上記第１の制御マップと比較して、各々同一の機関運転領域においては吸入空気へのスワールの付与が規制される態様にてスワール制御の制御態様が設定されている。このように、ＰＭ再生の非実行時よりもＰＭ再生の実行時に吸入空気へのスワールの付与が規制される態様にてスワール制御の制御態様を設定することで、ＰＭ再生の実行に際してスワール制御が併用して実行される場合であれ、排気温の過昇温が抑制されてＮＯｘが低減されるとともに、ＰＭ再生にとっても望ましい排気温の温度制御が実現されるようになる。

そして、この実施形態では、上記第２の制御マップあるいは第３の制御マップの選定に際し、図３に示されるように、上記排気絞り弁３３を通じた排気絞りが実行されているか否かを更に判断し（ステップ１０３）、排気絞りが実行されている旨判断される場合には（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、上記スワール制御マップを第２の制御マップに選定するようにしている（ステップＳ１０４）。この第２の制御マップも、基本的には上記第１の制御マップと同様であり、図４の一点鎖線を境として、
（２−ａ）ディーゼル機関の運転領域がこの一点鎖線よりも高回転速度及び高過給圧の領域ではＳＣＶ２３を開弁状態に制御する（「ＳＣＶＲＥＱ←０」）。
（２−ｂ）ディーゼル機関の運転領域が同一点鎖線よりも低回転速度及び低過給圧の領域ではＳＣＶ２３を閉弁状態に制御する（「ＳＣＶＲＥＱ←１」）。
といった情報が書き込まれているマップである。ただし、この第２の制御マップは、図４からも明らかなように、上記第１の制御マップと比較して各々同一の機関運転領域において上記吸入空気へのスワール付与が規制される関係が維持されたまま、ディーゼル機関の運転領域が高回転速度領域且つ低過給領域に至るほど、共に吸入空気へのスワール付与が規制される態様にてスワール制御の制御態様が設定されている。

他方、上記排気絞りが実行されていない旨判断される場合には（ステップＳ１０３：ＮＯ）、上記スワール制御マップを第３の制御マップに選定することとなる（ステップＳ１０５）。この第３の制御マップも、基本的には上記第１あるいは第２の制御マップと同様であり、図４の破線を境として、
（３−ａ）ディーゼル機関の運転領域がこの破線よりも高回転速度及び高過給圧の領域ではＳＣＶ２３を開弁状態に制御する（「ＳＣＶＲＥＱ←０」）。
（３−ｂ）ディーゼル機関の運転領域が同破線よりも低回転速度及び低過給圧の領域ではＳＣＶ２３を閉弁状態に制御する（「ＳＣＶＲＥＱ←１」）。
といった情報が書き込まれているマップである。ただし、この第３の制御マップは、これも図４から明らかなように、ディーゼル機関の通常の運転に使用される回転速度領域のほぼ全領域において吸入空気へのスワールの付与が上記第２の制御マップよりも更に規制される態様にてスワール制御の制御態様が設定されている。このため、排気絞りの非実行時には、過給状態においてスワール付与が行われる機会は極めて少ない。このことは、排気温の過昇温が更に抑制されてＮＯｘがより低減されることを意味する。

こうしてＰＭ再生の実行の有無、あるいはＰＭ再生実行時における排気絞りの実行の有無に応じて各々適合されたスワール制御マップが選定された後は、図２のステップＳ２００の処理として、その時々の機関回転速度ＮＥ及び過給圧Ｐｂから上記選定されたスワール制御マップに基づいてＳＣＶ開度ＳＣＶＲＥＱが設定される。すなわち、上記回転速度センサ６１から検出される機関回転速度ＮＥと上記過給圧センサ６０から検出される過給圧Ｐｂとの関係から、上記選定されたスワール制御マップに基づいてＳＣＶ開度ＳＣＶＲＥＱが「１（閉：スワール付与強化）」及び「０（開：スワール付与規制）」のいずれかの値に設定される。そして、次のステップＳ３００の処理として、この設定されたＳＣＶ開度ＳＣＶＲＥＱに基づくＳＣＶ２３の駆動が行われる。

このようなかたちで第１〜第３の制御マップを使い分けてスワール制御を実行するようにすることで、ＰＭ再生の実行の有無はもとより、ＰＭ再生に際して排気絞り弁３３の閉じ制御、あるいは開き制御が併せて行われる場合であっても、排気温の制御、特に過昇温の抑制とＮＯｘの低減との両立を可能にする、より適切なスワールの付与が実現されるようになる。

以上説明したように、本実施形態かかる内燃機関のスワール制御装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）ＰＭ再生の実行の有無に応じてディーゼル機関の運転領域毎に吸入空気へのスワールの付与態様を異ならしめる各別の制御マップを用意し、これら各別の制御マップに基づいてスワール制御を実行するようにした。しかも、ＰＭ再生の非実行時よりも同ＰＭ再生の実行時に吸入空気へのスワール付与が規制される態様にてスワール制御を行うこととした。このため、排気温の制御、特に過昇温の抑制とＮＯｘ（窒素酸化物）の低減との両立を可能にする、より適切なスワールの付与が実現されるようになる。

（２）ＰＭ再生の非実行時に用いられる第１の制御マップに併せて、ＰＭ再生の実行時に用いられるスワール制御マップについても、排気絞り弁３３の閉じ制御時と開き制御時とでディーゼル機関の運転領域毎に吸入空気へのスワールの付与態様を異ならしめる第２の制御マップ及び第３の制御マップをそれぞれ用意した。そして、これら第１〜第３の制御マップを使い分けてスワール制御を実行するようにした。これにより、ＰＭ再生に際して排気絞り弁３３の閉じ制御、あるいは開き制御が併せて行われる場合であっても、排気温の制御、特に過昇温の抑制とＮＯｘの低減との両立を可能にする、より適切なスワールの付与が実現されるようになる。

（３）ＰＭ再生の非実行時に用いられる第１の制御マップ及びＰＭ再生の実行時における排気絞り弁３３の閉じ制御時に用いられる第２の制御マップは、各々同一の機関運転領域において、ＰＭ再生の非実行時よりもＰＭ再生の実行時に吸入空気へのスワールの付与が規制される関係を維持するようにした。また、これら第１の制御マップ及び第２の制御マップは、ディーゼル機関の運転領域が高回転速度領域でかつ低過給圧領域に至るほど、共に吸入空気へのスワールの付与が規制される態様にてスワール制御の制御態様を設定した。さらに、ＰＭ再生の実行時における排気絞り弁３３の開き制御時に用いられる第３の制御マップは、同ディーゼル機関の通常運転に使用される回転速度領域のほぼ全領域において吸入空気へのスワールの付与が第２の制御マップよりも更に規制される態様にてスワール制御の制御態様を設定した。このため、ＰＭ再生の有無、更にはＰＭ再生時における上記排気絞りの使用の有無にそれぞれ応じた、より望ましい態様でのスワール付与が可能となる。

（４）吸入空気へのスワール付与をスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）２３の操作を通じて行うようにした。このため、スワールの付与を容易に、しかも高い精度にて制御することができるようになる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態では、ディーゼル機関に採用される排気浄化触媒の浄化機能の維持のために実行される触媒再生としてのＰＭ再生とスワール制御とが併用される場合について例示したが、ディーゼル機関であれ、あるいはガソリン機関であれ、例えばＳ被毒により排気触媒に堆積した硫黄の量が所定の基準値を超えたと判断したときに、これを除去すべく触媒の温度を上昇させる、いわゆるＳ被毒回復とスワール制御とが併用される場合であっても、本発明は適用可能である。

・上記実施形態では、第１の制御マップ〜第３の制御マップを図４に示されるように設定したが、例えば第２の制御マップを、第３の制御マップにより近い態様にてスワール制御の制御態様を設定するようなマップに設定し、触媒再生の実行時における排気絞り弁３３の閉じ制御時に排気温を更に上昇させるようにしてもよい。要は、触媒再生の実行の有無、及び触媒再生の実行時における排気絞り弁３３の閉じ制御時、開き制御時に応じてディーゼル機関の運転領域毎に吸入空気へのスワールの付与態様を異ならしめる第１のマップ〜第３のマップを用意することで、その都度の機関運転状態に応じたより相の細かいスワール制御の実現が可能となる。

・上記実施形態では、ディーゼル機関において、ＰＭ再生に際して排気絞り弁３３の閉じ制御及び開き制御のいずれかが併せて行われることとしたが、排気絞り弁３３の配設は必須ではない。すなわちこの場合には、上記ＰＭ再生の実行時に上記第３の制御マップを用いてスワール制御を実行することが望ましい。要は、触媒再生の実行の有無に応じて当該機関の運転領域毎に吸入空気へのスワールの付与態様を異ならしめる各別の制御マップに基づいてスワール制御を実行するものであればよい。

・上記実施形態では、吸入空気へのスワールの付与を行うための機構として、ＳＣＶ２３の閉じ操作を通じて行うものを示したが、例えば上記吸気ポート２１ａ，２１ｂを開閉する２つの吸気バルブうちの一方のバルブを閉弁状態とし、他方のバルブのみを開閉することで上記スワールの付与を行うものであってもよい。あるいは、任意の吸気ポートに対応する通路に切り欠き部が形成されたバルブを設け、同切り欠き部を通過した際に吸入空気に生じる偏流を利用してスワール付与を行うものであってもよい。要は、燃焼室１０に供給される吸入空気へのスワール（渦流）の付与を制御することのできる機構であればよい。

本発明にかかる内燃機関のスワール制御装置の一実施形態についてその適用対象となる過給機付きディーゼル機関の概略の構成を模式的に示す図。 同実施形態のスワール制御装置によるスワール制御の処理手順を示すフローチャート。 上記スワール制御に際してのスワール制御マップ選定処理についてその処理手順を示すフローチャート。 上記スワール制御に際して選出されるスワール制御マップ例を示すグラフ。

符号の説明

１０…燃焼室、１１…燃料噴射弁、１２…コモンレール、１３…燃料タンク、１４…サプライポンプ、２０…吸気通路、２１ａ…第１の吸気ポート、２１ｂ…第２の吸気ポート、２２…インテークマニホールド、２２ａ…第１の分岐通路、２２ｂ…第２の分岐通路、２３…スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）、２４…シャフト、２６…吸気絞り弁、２７…インタークーラ、２８…エアクリーナ、３０…排気通路、３１ａ，３１ｂ…排気ポート、３２…エギゾーストマニホールド、３３…排気絞り弁、３４…アクチュエータ、３５…バイパス通路、３６…調圧弁、３７…燃料添加弁、４０…過給機、４１…コンプレッサ、４２…ターボチャージャ、５０…排気浄化装置、５１…酸化触媒、５２…ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）、６０…過給圧センサ、６１…回転速度センサ、７０…電子制御装置。

Claims (2)

1. 排気浄化触媒の浄化機能を維持するための触媒再生が行われるとき、スワール発生機構の制御により吸入空気にスワールを付与する制御及び前記排気浄化触媒の下流の排気絞り弁の開度を変更する制御を行う過給機付きの内燃機関のスワール制御装置において、
   過給圧と機関回転速度とにより定められる運転領域を、高過給圧且つ高機関回転速度の運転状態を含む領域と、低過給圧且つ低機関回転速度の運転状態を含む領域とに区分する第１の制御マップと、
   前記第１の制御マップよりも低過給圧側且つ低機関回転速度側に設定されて、前記運転領域を、高過給圧且つ高機関回転速度の運転状態を含む領域と、低過給圧且つ低機関回転速度の運転状態を含む領域とに区分する第２の制御マップとを有し、
   前記触媒再生が行われず且つ前記過給圧及び前記機関回転速度が前記第１の制御マップよりも高過給圧側且つ高機関回転速度側にあるときは、前記触媒再生が行われず且つ前記過給圧及び前記機関回転速度が前記第１の制御マップよりも低過給圧且つ低機関回転速度側にあるときに比べて、前記スワールの付与を規制すること、及び
   前記触媒再生が行われ且つ前記排気絞り弁による排気絞りが実行され且つ前記過給圧及び前記機関回転速度が前記第２の制御マップよりも高過給圧側且つ高機関回転速度側にあるときは、前記触媒再生が行われ且つ前記排気絞り弁による排気絞りが実行され且つ前記過給圧及び前記機関回転速度が前記第２の制御マップよりも低過給圧且つ低機関回転速度側にあるときに比べて、前記スワールの付与を規制する
   ことを特徴とする内燃機関のスワール制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関のスワール制御装置において、
   前記スワール発生機構は、ヘリカル型の吸気ポートに連通された第１の通路と、ストレート型の吸気ポートに連通された第２の通路と、同第２の通路を開閉するスワールコントロールバルブとを含むものであり、
   前記スワール制御は、前記スワールコントロールバルブを開弁状態に保持することにより吸入空気へのスワール付与を規制し、前記スワールコントロールバルブを閉弁状態に保持することにより吸入空気へのスワール付与を強化するものである
   ことを特徴とする内燃機関のスワール制御装置。

Images