JP5316451B2

JP5316451B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP5316451B2
Application number: JP2010064849A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP2011196273A

Description

本発明は、燃焼室から排出される燃焼ガスの一部を吸気通路に導入するＥＧＲ通路を備える内燃機関に関する。

内燃機関、例えばガソリンエンジンなどでは、吸気路を介してエアーを燃焼室に供給するとともに、燃焼室に燃料を供給して点火燃焼させ、その燃焼ガス（以下、排気ガスという）を排気路を介して排気するようになっている。

この内燃機関には排気路と吸気路とをＥＧＲ通路を介して接続し、排気路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲ通路を介して吸気路に流して燃焼室に供給するものがある。

また、ＥＧＲ通路にイジェクタを設け、このイジェクタにより燃料をＥＧＲ通路内に噴射するものが知られている。噴射された燃料は排気ガスの熱エネルギにより気化が促進されて燃焼室に供給され、燃焼効率を高めることができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−１８７０５７号公報

しかしながら、従来においては、イジェクタからの燃料噴射量をＥＧＲ通路内を流れる排気ガスの流量に係わらず一定量としていたため、排気ガスの流量が少ない場合には、噴射燃料を十分に揮発させることができず、逆に、排気ガスの流量が多い場合には、その熱エネルギを有効利用できないという問題があった。

本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ＥＧＲ通路内に噴射した燃料を十分に揮発させるとともに、排気ガスの熱エネルギを有効に利用できるようにした内燃機関を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、燃焼室から排出される既燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路に導入し、前記ＥＧＲ通路をＥＧＲ弁によって開閉する内燃機関であって、前記内燃機関の運転状態に応じて前記ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ開度制御手段と、前記ＥＧＲ弁の開度に基づいて前記ＥＧＲ通路を流れる前記既燃焼ガスの流量を推定するＥＧＲ流量推定手段と、前記ＥＧＲ通路中に燃料を噴射する第１のインジェクタと、前記ＥＧＲ流量推定手段にて推定された前記既燃焼ガスの流量に基づいて前記第１のインジェクタから噴射すべき燃料噴射量を算出する算出手段と、この算出手段により算出された燃料噴射量を噴射するように前記第１のインジェクタの燃料噴射動作を制御する制御手段とを具備し、前記第１のインジェクタは、前記ＥＧＲ通路に前記ＥＧＲ弁の上流側に位置して設けられ、前記ＥＧＲ弁が開放されて所定時間経過後、燃料を噴射させるとともに、前記ＥＧＲ弁が全閉状態になる前に燃料噴射を停止させることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、前記吸気通路に直接的に燃料を噴射する第２のイジェクタを備え、前記温度検出手段で検出された温度が所定値よりも大きい場合に前記第１及び第２のインジェクタのそれぞれから、或いは前記第１のインジェクタからのみ燃料を噴射することを特徴とする。

本発明によれば、ＥＧＲ通路内に噴射した燃料を十分に揮発させるとともに、排気ガスの熱エネルギを有効利用できる。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関を概略的に示す構成図。図１のＥＧＲ用インジェクタからの噴射燃料を制御する制御系を示すブロック図。図１のＥＧＲ用インジェクタから噴射すべき燃料噴射量の算出処理を示すフローチャート図。図１のＥＧＲ用インジェクタからの燃料噴射の開始時と終了時の処理を示すフローチャート図。エンジン負荷とエンジン回転数とに基づいたＥＧＲ弁開度マップを示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態である内燃機関としてのエンジン１を示す概略的構成図である。

エンジン１は、例えば、複数の気筒が互いに直列に並ぶレシプロ式エンジンである。エンジン１はシリンダブロック２と、このシリンダブロック２の上端部に設けられるシリンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２内には気筒が設けられている。

シリンダヘッド３には、シリンダブロック２の気筒に対応して燃焼室が形成されているとともに、吸気ポートを介して燃焼室に連通するように吸気路としての吸気管５が接続されている。吸気管５の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去するエアクリーナ６が設けられ、このエアクリーナ６の下流側には吸気量検出センサ８、及びスロットル弁９が順次配設されている。スロットル弁９は、運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づいてスロットルアクチュエータによって開度が調整される。このスロットル弁９の開度は、スロットル弁９の近傍に設けられた開度検出センサ２２によって検出される。

また、吸気管５の下流側の吸気マニホールドは各気筒に向けて分岐し、その個々の分岐部にはそれぞれ燃料を噴射するための第２のインジェクタとしての吸気ポート用インジェクタ１１が配設されている。これら吸気ポート用インジェクタ１１はデリバリパイプ（図示しない）に接続され、このデリバリパイプは燃料供給ルートを介して燃料タンクに接続されている。

また、シリンダヘッド３には、排気ポートに連通するように排気路としての排気管１２が接続され、その排気マニホールドには排気圧を検出する排気圧検出センサ２３が設けられている。この排気管３２の下流側には、燃焼室から排出された排気ガスを浄化する触媒１３が組み込まれている。

一方、上記した排気管１２の中途部と吸気管５の中途部とはＥＧＲ通路１５を介して接続され、排気ガスすなわち既燃焼ガスの一部を吸気管５に導入させるようになっている。ＥＧＲ通路１５の下流側にはＥＧＲ通路１５を開閉するためのＥＧＲ弁１６が設けられている。

また、ＥＧＲ通路１５の中途部には、ＥＧＲ弁１６の上流側に位置して第１のインジェクタとしてのＥＧＲ用インジェクタ１７が設けられ、このＥＧＲ用インジェクタ１７からＥＧＲ通路１５中に燃料が噴射されるようになっている。ＥＧＲ用インジェクタ１７は上記したポート噴射用インジェクタ１１と同様にデリバリパイプに接続されている。

また、ピストンが往復動するシリンダブロック２には、このシリンダブロック２に形成されたウォータジャケット内の冷却水の温度を検出してこれを後述する判定部２５に出力する水温センサ２０が設けられている。

また、エンジン１のクランクケース（図示しない）には、連接棒を介してピストンが連結されるクランク軸の回転位相、つまりクランク角を検出してこれを後述するＥＧＲ弁の開度決定部２７に出力するクランク角検出センサ２１が取り付けられている。本実施形態においては、このクランク角検出センサ２１をエンジン回転数センサとして利用している。

図２は、ＥＧＲ用インジェクタ１７からの燃料噴射量を制御する制御系を示すブロック図である。

上記した水温センサ２０は、信号回路を介して判定部２５に接続されている。また、上記したクランク角検出センサ２１、及びスロットル弁の開度検出センサ２２、さらに判定部２５が信号回路を介してＥＧＲ弁の開度決定部（ＥＧＲ開度制御手段）２７に接続されている。このＥＧＲ弁の開度決定部２７、及び排気圧検出センサ２３は信号回路を介してＥＧＲ流量推定部（ＥＧＲ流量推定手段）２８に接続されている。

このＥＧＲ流量推定部２８には信号回路を介して算出部（算出手段）３０が接続されている。この算出部３０によりＥＧＲ燃料の噴射量、及び噴射されたＥＧＲ燃料が吸気ポートに供給される時期、さらに吸気ポートに供給される燃料噴射量が算出されるようになっている。

算出部３０は信号回路を介して制御手段としてのＥＣＵ１９に接続され、このＥＣＵ１９には制御回路を介してＥＧＲ弁１６、ＥＧＲ用インジェクタ１７、さらに吸気ポート用インジェクタ１１が接続されている。

上記したように構成されるエンジン１の吸気行程では、吸気管５を介して空気が供給されるとともに、吸気ポート用インジェクタ１１から燃料が噴射されて各気筒の燃焼室内に吸気される。この吸気後、圧縮行程となる。この圧縮行程では、吸気された空気および燃料の混合気がピストンの上昇により燃焼室内で圧縮される。この圧縮後、混合気が点火プラグの点火により燃焼ガスとなり、ピストンを押し下げてクランクシャフトに回転力（トルク）を発生させる。この後、排気行程にて燃焼ガスが排気ガスとして燃焼室から排気管１２を介して排気される。

このエンジン１の駆動時にはＥＧＲ弁１６が開放され、排気管１２を流れる排気ガスの一部がＥＧＲ通路１５内に流されるとともに、ＥＧＲ用インジェクタ１７から燃料が噴射される。この噴射される燃料は、ＥＧＲ通路１５内を流れる排気ガスにより加熱されて気化したのち、吸気管５を介して燃焼室内に供給される。

このようにＥＧＲ用インジェクタ１７から噴射した燃料を排気ガスにより加熱して気化させるため、冷間始動時など燃料の気化に不利な条件においても、気化を促進することが可能となっている。

ところで、ＥＧＲ用インジェクタ１７から噴射する燃料の量をＥＧＲ通路１５内を流れる排気ガスの流量に係わらず一定量とした場合、例えば、排気ガスの流量が少ない場合には、噴射した燃料を十分に気化させることができず、逆に、排気ガスの流量が多い場合には、排気ガスの熱エネルギを有効に利用できなくなるという問題がある。

そこで、この実施の形態では、ＥＧＲ通路１５内を流れる排気ガスの流量に応じてＥＧＲ用インジェクタ１７の噴射燃料の量を可変制御することにより、噴射された燃料を十分に気化させるとともに、排気ガスの熱エネルギを有効利用できるようにしている。

次に、ＥＧＲ通路１５内を流れる排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）に応じてＥＧＲ用インジェクタ１７から噴射すべき燃料噴射量の算出処理について図３のフローチャートに基づいて説明する。

まず、水温センサ２０によってウォータジャケット内の水温が検出される（ステップＳＴ１）。この検出後、クランク角検出センサ２１によってエンジン回転数（Ｎｅ）が検出されるとともに、スロットル弁の開度検出センサ２２によってエンジン負荷が検出される。この検出情報はＥＧＲ弁の開度決定部２７にそれぞれ出力される（ステップＳＴ２）。また、水温センサ２０によって検出された水温情報は判定部２５に出力され、水温が所定値よりも大きいか否かが判別される（ステップＳＴ３）。水温が所定値よりも大きくないと判定されるとリターンに行き、水温が所定値よりも大きいと判別されると、ＥＧＲ弁の開度決定部２７によりエンジン回転数（Ｎｅ）とエンジン負荷とから図５のＥＧＲ弁開度マップに基づいてＥＧＲ弁１６の開度が決定される（ステップＳＴ４）。なお、ＥＧＲ弁開度マップは、中回転中負荷領域においてＥＧＲ弁開度が最大となり、この領域から離れるにつれＥＧＲ弁開度が小さくなる（閉塞する）ように設定されている。この決定されたＥＧＲ弁の開度情報、及び排気圧検出センサ２３で検出された排気圧情報はＥＧＲ流量推定部２８にそれぞれ出力される。ＥＧＲ流量推定部２８では、ＥＧＲ弁の開度情報、及び排気圧情報、さらにＥＧＲ弁の流量係数に基づいてＥＧＲ流量が推定される（ステップＳＴ５）。この推定されたＥＧＲ流量情報は算出部３０に出力され、算出部３０では、推定されたＥＧＲ流量にエンジン回転数（Ｎｅ）とエンジン負荷とでマップされる所定値を乗算して得られる値をＥＧＲ燃料噴射量とする（ステップＳＴ６）。

こののち、ＥＧＲ噴射燃料がＣ／Ｈポートに供給される時期をＥＧＲ流量から算出してディレーＤＬＹとする（ステップＳＴ７）。さらに、トータル燃料噴射量からＤＬＹ後のＥＧＲ燃料噴射を引き算してポート燃料噴射量とする（ステップＳＴ８）。

このようにＥＧＲ通路１５内を流れる排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）に応じて算出されたＥＧＲ燃料噴射量、及びポート燃料噴射量に基づいてＥＣＵ１９によりＥＧＲ用インジェクタ１７、及び吸気ポート用インジェクタ１１の燃料噴射動作が制御され、算出された量の燃料がそれぞれ噴射されることになる。

次に、上記したようにして算出されたＥＧＲ燃料噴射の開始時と、終了時の処理について図４のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ＥＧＲ通路１５に燃料が噴射中か否かが判別される（ステップＳＴ１１）。噴射中であると判別されると、ＥＧＲ弁１６が目標値＝０であるか否かがＥＧＲ弁開度マップより判別される（ステップＳＴ１２）。ＥＧＲ弁が目標値＝０でないと判別されると、リターンに行き、ＥＧＲ弁が目標値＝０であると判別されると、ＥＧＲ燃料噴射が停止される（ステップＳＴ１３）。

上記したステップＳＴ１１でＥＧＲ燃料が噴射中でないと判別されると、ＥＧＲ弁の開度＝０から開度≠０に変化したか否かが判別される（ステップＳＴ１４）。変化したと判別された場合（ＥＧＲ弁が開かれた状態）には、ＥＧＲ燃料噴射開始ディレーフラッグがセットされる（ステップＳＴ１５）。ついで、ディレータイマへデータがセットされる（ステップＳＴ１６）。

上記したステップＳＴ１４で変化しないと判別された場合（ＥＧＲ弁が閉塞されている状態）には、ディレーフラッグがセットされたか否かが判別される（ステップＳＴ１７）。ディレーフラッグがセットされていると判別された場合には、ディレータイマが０か否かが判別され（ステップＳＴ１８）、ディレータイマが０でないと判別された場合には、ディレータイマが減算される（ステップＳＴ１９）。ディレータイマが０であると判別された場合は、ディレーフラグがクリアされて（ステップＳＴ２０）、ＥＧＲ燃料の噴射が開始される（ステップＳＴ２１）。

上記したように、この実施の形態では、ＥＧＲ用インジェクタ１７による燃料の噴射量をＥＧＲ流量に基づいて可変制御するため、ＥＧＲ流量が少ない場合には、ＥＧＲ用インジェクタ１７による燃料噴射量を少なくしてＥＧＲ噴射燃料を十分に気化させることができ、逆に、ＥＧＲ流量が多い場合には、ＥＧＲ用インジェクタ１７によるＥＧＲ燃料を多くして排気ガスの熱エネルギを無駄なく有効利用することができる。

また、ＥＧＲ弁１６が開かれて所定時間経過してからＥＧＲ燃料を噴射するとともに、ＥＧＲ弁１６が全閉になる前にＥＧＲ燃料の噴射を停止するため、噴射されたＥＧＲ燃料がＥＧＲ弁１６に付着してその開閉動作を妨げることがなく、良好に開閉できる利点がある。

なお、上記した一実施の形態では、ポート噴射インジェクタ１１とＥＧＲ用インジェクタ１７とにより燃料を分担して噴射したが、これに限られることなく、燃料の全量をＥＧＲ用インジェクタ１７から噴射させるようにしても良い。

その他、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変えない範囲内で種々変形実施可能であることは勿論である。

５…吸気通路、１５…ＥＧＲ通路、１６…ＥＧＲ弁、１７…ＥＧＲ用インジェクタ（第１のインジェクタ）、１９…ＥＣＵ（制御手段）、１１…吸気ポート用インジェクタ（第２のイジェクタ）、３０…算出部（算出手段）。

Claims

燃焼室から排出される既燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路に導入し、前記ＥＧＲ通路をＥＧＲ弁によって開閉する内燃機関であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ開度制御手段と、
前記ＥＧＲ弁の開度に基づいて前記ＥＧＲ通路を流れる前記既燃焼ガスの流量を推定するＥＧＲ流量推定手段と、
前記ＥＧＲ通路中に燃料を噴射する第１のインジェクタと、
前記ＥＧＲ流量推定手段にて推定された前記既燃焼ガスの流量に基づいて前記第１のインジェクタから噴射すべき燃料噴射量を算出する算出手段と、
この算出手段により算出された燃料噴射量を噴射するように前記第１のインジェクタの燃料噴射動作を制御する制御手段とを具備し、
前記第１のインジェクタは、前記ＥＧＲ通路に前記ＥＧＲ弁の上流側に位置して設けられ、前記ＥＧＲ弁が開放されて所定時間経過後、燃料を噴射させるとともに、前記ＥＧＲ弁が全閉状態になる前に燃料噴射を停止させることを特徴とする内燃機関。
前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、
前記吸気通路に直接的に燃料を噴射する第２のイジェクタを備え、
前記温度検出手段で検出された温度が所定値よりも大きい場合に前記第１及び第２のインジェクタのそれぞれから、或いは前記第１のインジェクタからのみ燃料を噴射することを特徴とする請求項１記載の内燃機関。