JPH10141125A

JPH10141125A - 筒内噴射式内燃機関

Info

Publication number: JPH10141125A
Application number: JP8295398A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Masui; 孝年増井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-26
Anticipated expiration: 2016-11-07
Also published as: JP3743078B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の出力値の大小にかかわらず、内燃
機関の排ガス中に含まれるスモーク及びＮＯｘが少ない
燃焼を行う。【解決手段】吸気量センサ50から得られた新気量か
ら、エンジン10に送られる実際新気量が得られる。アク
セル開度センサ54及び回転数センサ56によって検出され
たアクセル開度とエンジン回転数から最終燃料量が得ら
れ、最終燃料量と実際新気量から実際空気過剰率が算出
される。マップからエンジン出力値（最終燃料量）に対
応する目標空気過剰率が得られ、実際空気過剰率と目標
空気過剰率が比較され、実際空気過剰率が目標空気過剰
率に近づくように、吸気絞り弁30、燃料噴射弁38、ＥＧ
Ｒ弁34が制御される。目標空気過剰率は、エンジン出力
値が最大エンジン出力値のほぼ10％以下の範囲では、エ
ンジン出力値の増加に従って急激に減少するように、10
％以上の範囲では、ほぼ一定であるように設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式内燃機
関に関し、特には実際空気過剰率を目標空気過剰率に近
づける制御を行う筒内噴射式内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、燃料と空気の混合を良くする
ために、燃料の微粒化が行われている。燃料と空気が良
好に混合されることにより、内燃機関の燃焼は良好に行
われ、スモークの発生の少ない燃焼が行われる。しかし
ながら、回転数が低く、内燃機関の出力が小さい場合、
燃料噴射圧が十分に高くならず、燃料の微粒化及び燃料
の噴射の拡散範囲が悪くなってしまう。そのため、内燃
機関の出力が小さい場合には、内燃機関の出力が大きい
場合に比べて、燃焼の際に発生するスモークの量が多く
なりがちであった。

【０００３】一方で、内燃機関の排ガス中に含まれるス
モーク及びＮＯｘの少ない燃焼を行うことが必要とされ
る。例えば、スモーク及びＮＯｘの発生の少ない燃焼を
行うこの種の燃焼装置の例としては、特公昭６０−１７
９３８に提案されたものがある。スモーク及びＮＯｘの
発生の少ない燃焼を行うために、特公昭６０−１７９３
８の装置は、ＥＧＲ（排気還流）量の制御を行ってい
る。特公昭６０−１７９３８の装置のＥＧＲ量の制御方
法は、燃料量と空気量との比（空気過剰率）に基づく制
御方法である。詳細には、まず実際燃料量と実際空気量
とが検出され、続いて実際燃料量と実際空気量とから実
際空気過剰率が算出され、この実際空気過剰率と予め設
定された目標空気過剰率とが比較される。実際空気過剰
率が目標空気過剰率より大きい場合にはＥＧＲ量が増加
され、実際空気過剰率が目標空気過剰率より小さい場合
にはＥＧＲ量が減少され、実際空気過剰率が目標空気過
剰率と等しい場合にはＥＧＲ量が維持される。ＥＧＲ量
が適切に調節されることにより、ＮＯｘ及びスモークの
発生の少ない燃焼が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述さ
れたように、内燃機関の筒内に噴射される燃料の微粒化
の度合い、及び燃料の噴霧拡散範囲が、内燃機関の出力
が大きい場合と小さい場合とではその程度が異なり、筒
内に吸入された空気の空気利用率が異なる。具体的に
は、内燃機関の出力が大きい場合には、一般に燃料の噴
射圧力も高く、燃料の微粒化も良好となり、しかも噴霧
の拡散範囲も広い範囲に及ぶため、筒内に吸入された空
気の空気利用率が良好となる。一方、内燃機関の出力が
小さい場合には、燃料の噴射圧力も上記出力の大きい場
合のときほど高くなく、燃料の微粒化も悪化し、しかも
噴霧の拡散範囲も狭く燃料噴射弁のまわりの局所的な範
囲に限られ、筒内に吸入された空気の空気利用率が悪化
する。

【０００５】しかし、このことは上述された特公昭６０
−１７９３８には開示されておらず、この公報に開示さ
れる技術においては、内燃機関の運転状態に関わらず一
律に目標空気過剰率を設定することを開示している。従
って、上記公報のように、例えば、内燃機関の出力が大
きい運転領域におけるＮＯｘやスモークの発生量が共に
制御されるように目標空気過剰率を比較的小さい値にて
一律に設定すると、内燃機関の出力が小さい運転領域に
おいては、燃料の微粒化の悪化及び燃料の拡散範囲が狭
いことによる空気利用率の悪化により、燃焼に必要な空
気が不足してしまい、スモークが発生し易くなるという
問題がある。又、逆に、内燃機関の出力が小さい運転領
域におけるＮＯｘやスモークの発生量が共に抑制される
ように目標空気過剰率を比較的大きい値にて一律に設定
すると、内燃機関の出力が大きい運転領域においては、
燃料の微粒化が良好となることに加え、燃料の拡散範囲
が広範囲となることにより空気利用率が良好となるた
め、燃料と空気との燃焼反応が活発に行われ、しかも目
標空気過剰率が比較的大きな値に設定されることによ
り、ＥＧＲ量が過度に低減されるため、ＮＯｘが発生し
易くなるという問題がある。

【０００６】本発明は、前記課題を克服し、内燃機関の
出力値の大小に関わらず、内燃機関の排気ガス中に含ま
れるスモーク及びＮＯｘが少ない燃焼を行うことが可能
なように、目標空気過剰率が設定された筒内噴射式内燃
機関を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関出力値に対応する所定の目標空気過剰
率と実際空気過剰率とを比較し、前記実際空気過剰率の
大きさが前記目標空気過剰率の大きさと異なる場合に
は、前記内燃機関へ供給される燃料量、新気量、及び前
記内燃機関の排気系から吸気系に還流される排気還流ガ
スの排気還流量、のうちの少なくとも一つを制御するこ
とにより、前記実際空気過剰率を前記目標空気過剰率に
近づける筒内噴射式内燃機関において、前記目標空気過
剰率は、内燃機関出力値が最大内燃機関出力値のほぼ１
０％以下の範囲では、内燃機関出力値が増加するに従っ
て急激に減少し、かつ、内燃機関出力値が最大内燃機関
出力値のほぼ１０％以上の範囲では、ほぼ一定であるよ
うに設定されることを特徴とする筒内噴射式内燃機関が
提供される。

【０００８】請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の目
標空気過剰率は、内燃機関出力値が最大内燃機関出力値
のほぼ１０％以下の範囲では、内燃機関出力値が増加す
るに従って急激に減少し、かつ、内燃機関出力値が最大
内燃機関出力値のほぼ１０％以上の範囲では、ほぼ一定
であるように設定される、つまり内燃機関出力値が最大
内燃機関出力値のほぼ１０％以下の範囲の目標空気過剰
率は、内燃機関出力値が最大内燃機関出力値のほぼ１０
％より大きい範囲の目標空気過剰率よりもかなり大きく
設定される。そのため、内燃機関出力値が最大内燃機関
出力値のほぼ１０％以下の範囲では、実際空気過剰率
は、比較的大きい値に設定された目標空気過剰率に近づ
くように制御され、その結果、あまり微粒化されておら
ず、かつ、燃料噴霧の拡散範囲が狭い燃料を良好に燃焼
することが可能にされ、内燃機関の排ガス中に含まれる
スモークの量が減少される。一方、内燃機関出力値が最
大内燃機関出力値のほぼ１０％より大きい範囲では、最
大内燃機関出力値のほぼ１０％以下の範囲よりも、目標
空気過剰率が比較的小さく設定されているために、過剰
に空気が供給されることが防止され、ＥＧＲ量を燃焼を
阻害しない範囲での最大限度まで増大でき、それゆえ、
良好に微粒化された燃料を燃焼する際の排ガス中に含ま
れるＮＯｘの発生が抑制される。

【０００９】請求項２に記載の発明によれば、前記内燃
機関へ供給される前記新気量を検出する手段と、前記内
燃機関へ供給される前記燃料量を決定する手段と、前記
新気量と前記燃料量との比から前記実際空気過剰率を得
る手段とを具備することを特徴とする請求項１に記載の
筒内噴射式内燃機関が提供される。

【００１０】請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関で
は、内燃機関へ供給される燃料量、新気量、及び内燃機
関の排気系から吸気系に還流される排気還流ガスの排気
還流量、のうちの少なくとも一つが制御され、内燃機関
へ供給される新気量と燃料量との比が変更され、新気量
と燃料量との比から得られる実際空気過剰率が目標空気
過剰率に近づけられる。

【００１１】請求項３に記載の発明によれば、前記内燃
機関に吸入される吸気酸素量を検出する手段と、前記内
燃機関へ供給される前記燃料量を決定する手段と、前記
吸気酸素量と前記燃料量との比から前記実際空気過剰率
を得る手段とを具備することを特徴とする請求項１に記
載の筒内噴射式内燃機関が提供される。

【００１２】請求項３に記載の筒内噴射式内燃機関で
は、内燃機関へ供給される燃料量、新気量、及び内燃機
関の排気系から吸気系に還流される排気還流ガスの排気
還流量、のうちの少なくとも一つが制御され、内燃機関
に吸入される吸気酸素量と、内燃機関へ供給される燃料
量との比が変更され、吸気酸素量と燃料量との比から得
られる実際空気過剰率が目標空気過剰率に近づけられ
る。

【００１３】請求項４に記載の発明によれば、排気系に
配置された酸素濃度センサを具備し、前記実際空気過剰
率は前記酸素濃度センサの出力値から得られることを特
徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関が提供さ
れる。

【００１４】請求項４に記載の筒内噴射式内燃機関で
は、内燃機関へ供給される燃料量、新気量、及び内燃機
関の排気系から吸気系に還流される排気還流ガスの排気
還流量、のうちの少なくとも一つが制御され、排気系に
配置された酸素濃度センサによって検出される出力値か
ら得られる実際空気過剰率が変更され、実際空気過剰率
が目標空気過剰率に近づけられる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
筒内噴射式内燃機関を詳細に説明する。図１は、本発明
をＥＧＲ（排気還流）装置付きディーゼルエンジンに適
用した第一の実施形態の概略の全体構成図であり、図２
は、実際空気過剰率を目標空気過剰率に近づける、第一
の実施形態の制御方法を示すフローチャートであり、図
３は、回転数ＮＥと最小空気過剰率λ_(min)との関係を
示すグラフであり、図４は、アクセル開度θ、回転数Ｎ
Ｅ及び基本燃料量Ｑｆ_(gov)の関係を示す図であり、図
５は、目標空気過剰率λ_(egr)を示すグラフである。

【００１６】図１において、１０はディーゼルエンジ
ン、１２はエアクリーナ、１４、２２はそれぞれエンジ
ン１０の吸気通路と排気通路、１６は排気ターボチャー
ジャ過給機を示している。また、本実施形態では、エン
ジン１０の排気の一部を吸気通路１４のサージタンク１
８に還流させるＥＧＲ装置が設けられている。ＥＧＲ装
置は、排気通路２２と吸気通路１４のサージタンク１８
とを接続するＥＧＲ通路２０、及びＥＧＲ通路２０上に
設けられたＥＧＲ弁とを備えている。図１に３６で示す
のは、ＥＧＲ弁３４を駆動するＥＧＲ弁駆動部であり、
例えば負圧アクチュエータ、ステッパモータ等の適宜な
形式のＥＧＲアクチュエータである。本実施形態では、
後述するように、エンジン１０の制御回路２６はエンジ
ン１０の燃料噴射量に応じてＥＧＲ弁駆動部３６を駆動
し、ＥＧＲ弁３４の開度を調節する。これにより、ＥＧ
Ｒ通路２０を通ってエンジンの排気通路２２から吸気通
路１４に還流するＥＧＲガスの量が制御される。

【００１７】更に、本実施形態では、吸気通路１４のサ
ージタンク１８の上流側には、ＥＧＲ実施時に吸気通路
１４を絞り、吸気通路１４を通る新気の流量を低減する
と共にサージタンク１８の圧力を低下させＥＧＲガス量
を増大させる吸気絞り弁３０が設けられている。吸気絞
り弁３０は、例えば、全開時の吸気抵抗が少ないバタフ
ライ式弁とされており、制御回路（ＥＣＵ）２６からの
駆動信号に応じた開度をとる。図１に３２で示すのは、
ＥＣＵ２６からの駆動信号に応じて吸気絞り弁３０を駆
動する吸気絞り弁駆動部であり、例えば、負圧アクチュ
エータ、ステッパモータ等の適宜な形式のアクチュエー
タである。

【００１８】図１に２６で示すのは、エンジン１０の制
御回路（ＥＣＵ）である。本実施形態では、ＥＣＵ２６
は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）７６、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）７４、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）７２、及び入力ポート６６、出力ポート６８を相互
に双方向性バス７０で接続した公知の形式のデジタルコ
ンピュータとして構成されている。ＥＣＵ２６は、エン
ジン１０の燃料噴射制御等の基本制御を行う他、本実施
形態では、ＥＧＲ弁３４の開度を制御するＥＧＲ制御
や、吸気絞り弁３０の開度を制御する吸気絞り弁制御等
の各制御を行う。

【００１９】これらの制御のため、ＥＣＵ２６の入力ポ
ート６６には、アクセルペダル（図示せず）に設けたア
クセル開度センサ５４からアクセル開度θ（運転者のア
クセルペダル踏み込み量）に応じた電圧信号が、また、
吸気通路１４に設けた、例えばエアフローメータ等の、
吸気量センサ５０から、吸気通路１４を流れる新気量Ｇ
ａに応じた電圧信号が、また、排気通路２２に設けた、
例えば空燃比（Ａ／Ｆ）センサ等の、排気センサ５２か
ら、排気通路２２内の酸素濃度Ｃに応じた電圧信号が、
それぞれマルチプレクサ内蔵型のＡＤ変換器７８を経由
して入力されている。上記各センサからのアナログ電圧
信号は、ＥＣＵ２６により一定時間毎に実行されるＡＤ
変換ルーチンによりデジタル信号に変換され、ＥＣＵ２
６のＲＡＭ７４に格納されている。また上記の他、入力
ポート６５には、エンジン１０のクランク軸（図示せ
ず）に配置された回転数センサ５６からエンジン１０の
回転数ＮＥを表すパルス信号が入力されている。ＣＰＵ
７２は、一定時間毎に入力する回転数パルス周波数から
エンジン回転数ＮＥを算出し、ＲＡＭ７４に格納する。
すなわち、新気量Ｇａ、酸素濃度Ｃ、アクセル開度θ及
びエンジン回転数ＮＥの各データは、一定時間毎に更新
され、ＲＡＭ７４には常にこれらのデータの最新の値が
格納されている。

【００２０】また、ＥＣＵ２６の出力ポート６８は、エ
ンジン１０の各気筒の燃料噴射弁３８の燃料噴射弁駆動
部４０に噴射弁駆動回路６２を介して接続され、エンジ
ンへの燃料噴射量を制御すると共に、ＥＧＲ弁３４のＥ
ＧＲ弁駆動部３６、及び吸気絞り弁３０の吸気絞り弁駆
動部３２にそれぞれ駆動回路６０、６４を介して接続さ
れ、ＥＧＲ弁３４と吸気絞り弁３０との開度制御を行っ
ている。

【００２１】以下図２に従って、実際空気過剰率を目標
空気過剰率に近づける、第一の実施形態の制御方法を説
明する。まず、図１の吸気量センサ（エアフローメータ
等）５０によって、エンジン１０に吸入される新気量Ｇ
ａ（ｇ／ｒｅｖ）が検出される（ステップ２０２）。詳
細には、吸気通路１４を流れる新気量Ｇａに応じた電圧
信号が、吸気量センサ５０から、マルチプレクサ内蔵型
のＡＤ変換器７８を経由して、ＥＣＵ２６の入力ポート
６６に入力される。その際、吸気量センサ５０からのア
ナログ電圧信号は、ＥＣＵ２６により一定時間毎に実行
されるＡＤ変換ルーチンによりデジタル信号に変換さ
れ、ＥＣＵ２６のＲＡＭ７４に格納される。

【００２２】続いて、新気量Ｇａと、スモーク抑制の観
点から定められた所定の最小空気過剰率λ_(min)とから
最大燃料量Ｑｆ_(max)（ｇ／ｒｅｖ）が得られる（ステ
ップ２０４）。詳細には、回転数センサ５６（図１）か
ら得られた回転数ＮＥに対応する最小空気過剰率λ
_(min)が図３のグラフから得られる。図３は、回転数Ｎ
Ｅと最小空気過剰率λ_(min)との関係を示すグラフであ
り、図３の縦軸は最小空気過剰率λ_(min)を、横軸はエ
ンジン回転数ＮＥを示している。図３に示すように、最
小空気過剰率λ_(min)の値は、エンジン回転数ＮＥが高
い範囲でやや上昇するように設定され、予めＥＣＵ２６
のＲＯＭ７６に格納されている。最大燃料量Ｑｆ_(max)
は、新気量Ｇａと、最大燃料量Ｑｆ_(max)とから、（最
大燃料量Ｑｆ _(max)）＝（新気量Ｇａ）／（（最小空気
過剰率λ_(min)）×（理論空燃比））の式を用いて算出
される。この最大燃料量Ｑｆ_(max)は、ＥＣＵ２６のＲ
ＡＭ７４に格納される。

【００２３】続いて、アクセル開度センサ５４及び回転
数センサ５６（図１）によって得られたアクセル開度θ
及びエンジン回転数ＮＥから、図４に基づいて、基本燃
料量Ｑｆ_(gov)（ｇ／ｒｅｖ）が得られる（ステップ２
０６）。図４は、アクセル開度θ、回転数ＮＥ及び基本
燃料量Ｑｆ_(gov)の関係を示す図であり、図４の縦軸は
基本燃料量Ｑｆ_(gov)を、横軸はエンジン回転数ＮＥを
表し、図中の各線はアクセル開度θが一定の場合の基本
燃料量Ｑｆ_(gov)を示している。図４に示すように、基
本燃料量Ｑｆ_(gov)は、エンジン回転数ＮＥが同一であ
ればアクセル開度θが大きい程大きい値をとり、アクセ
ル開度θが同一であればエンジン回転数ＮＥが低い程大
きな値に設定される。図４の基本燃料量Ｑｆ_(gov)の各
値は、エンジン回転数ＮＥとアクセル開度θとをパラメ
ータとして用いた数値マップの形で予めＥＣＵ２６のＲ
ＯＭ７６に格納されており、ＥＣＵ２６は検出したエン
ジン回転数ＮＥとアクセル開度θとの値に基づいて、こ
の数値マップから基本燃料量Ｑｆ_(gov)の値を設定す
る。得られた基本燃料量Ｑｆ_(gov)は、ＥＣＵ２６のＲ
ＡＭ７４に格納される。

【００２４】続いて、基本燃料量Ｑｆ_(gov)にエンジン
過渡補正が加えられ、補正燃料量Ｑｆ_(clc)（ｇ／ｒｅ
ｖ）が得られる（ステップ２０８）。エンジン過渡補正
とは、具体的には、加速補正、減速補正、暖気補正等で
あり、加速補正では、スモークの発生を抑えるように燃
料量が補正され、減速補正では、ＮＯｘの発生を抑える
ように燃料量が補正され、暖気補正では、過度にエンジ
ン回転数が上昇しない範囲で、エンジン回転数を上昇さ
せるように燃料量が補正される。得られた補正燃料量Ｑ
ｆ_(clc)は、ＥＣＵ２６のＲＡＭ７４に格納される。

【００２５】続いて、補正燃料量Ｑｆ_(clc)と最大燃料
量Ｑｆ_(max)とが比較され、小さい側の値が最終燃料量
Ｑｆ_(fin)（ｇ／ｒｅｖ）とされる（ステップ２１
０）。得られた最終燃料量Ｑｆ_(fin)は、ＥＣＵ２６の
ＲＡＭ７４に格納される。

【００２６】続いて、現時点の実際空気過剰率λ_(pst)
が、最終燃料量Ｑｆ_(fin)と新気量Ｇａとから、（実際
空気過剰率λ_(pst)）＝（新気量Ｇａ）／（（最終燃料
量Ｑｆ_(fin)）×（理論空燃比））の式を用いて算出さ
れる（ステップ２１２）。

【００２７】続いて、目標空気過剰率λ_(egr)を示す図
５から、最終燃料量Ｑｆ_(fin)（エンジン出力値Ｐ）に
対応する目標空気過剰率λ_(egr)が得られる（ステップ
２１４）。図５の目標空気過剰率λ_(egr)は、内燃機関
出力値Ｐが最大内燃機関出力値のほぼ１０％以下の範囲
では、内燃機関出力値Ｐが増加するに従って急激に減少
し、かつ、内燃機関出力値Ｐが最大内燃機関出力値のほ
ぼ１０％以上の範囲では、ほぼ一定であるように設定さ
れている。ここで、ほぼ１０％とは、１０％±５％であ
る。

【００２８】続いて、実際空気過剰率λ_(pst)と目標空
気過剰率λ_(egr)とが比較される（ステップ２１６又は
２１８）。実際空気過剰率λ_(pst)が目標空気過剰率λ
_(egr ₎より小さい場合には、実際空気過剰率λ_(pst)を
増加させる制御が行われ（ステップ２２０）、実際空気
過剰率λ_(pst)が目標空気過剰率λ_(egr)より大きい場
合には、実際空気過剰率λ_(pst)を減少させる制御が行
われる（ステップ２２２）。ここで、実際空気過剰率λ
_(pst)は、（実際空気過剰率λ_(pst)）＝（新気量Ｇ
ａ）／（（最終燃料量Ｑｆ_(fin)）×（理論空燃比））
の式に示されるように、新気量Ｇａ、最終燃料量Ｑｆ
_(fin)の関数であり、内燃機関に供給される新気量Ｇａ
及び最終燃料量Ｑｆ_(fin)を増減させるため、つまり、
実際空気過剰率λ_(pst)を増減させるために、具体的に
は、図１の吸気絞り弁３０、燃料噴射弁３８、及びＥＧ
Ｒ弁３４が制御される。尚、実際空気過剰率λ_(pst)を
増減させるために、吸気絞り弁３０、燃料噴射弁３８、
及びＥＧＲ弁３４のすべてを制御することが可能である
が、吸気絞り弁３０、燃料噴射弁３８、及びＥＧＲ弁３
４のうちのいずれか一つ又は二つのみを制御することも
可能である。例えば、実際空気過剰率λ_(pst)を増減さ
せるために、燃料噴射弁３８の制御を行わず、吸気絞り
弁３０及びＥＧＲ弁３４のみを制御する場合には、燃焼
する燃料の量が同じであるため、エンジンに供給される
燃料量の変動により生じるトルクショックの発生が防止
される。

【００２９】図５に関し、上述されたように、目標空気
過剰率λ_(egr)は、エンジン出力値Ｐが最大エンジン出
力値のほぼ１０％以下の範囲では、エンジン出力値Ｐが
増加するに従って急激に減少するように設定され、エン
ジン出力値Ｐが最大エンジン出力値のほぼ１０％以上の
範囲では、ほぼ一定の値になるように設定されている。
つまり、エンジン出力値Ｐが最大エンジン出力値のほぼ
１０％以下の範囲の目標空気過剰率λ_(egr)は、エンジ
ン出力値Ｐが最大エンジン出力値のほぼ１０％より大き
い範囲の目標空気過剰率λ_(egr)よりもかなり大きく設
定されている。そのため、エンジン出力値Ｐが最大エン
ジン出力値のほぼ１０％以下の範囲では、実際空気過剰
率λ_(pst)は、比較的大きい値に設定された目標空気過
剰率λ_(e _gr)に近づくように制御される。その結果、エ
ンジン出力値Ｐの小さい範囲ではあまり微粒化されてい
ない、又は燃料噴霧の拡散範囲の狭い燃料を良好に燃焼
することができる。それゆえ、エンジンの排ガス中に含
まれるスモークの量が減少される。一方、エンジン出力
値Ｐが最大エンジン出力値のほぼ１０％より大きい範囲
では、最大エンジン出力値のほぼ１０％以下の範囲より
も、目標空気過剰率λ_(egr)が小さく設定されているた
めに、過剰に空気が供給されることが防止され、ＥＧＲ
量を燃焼を阻害しない範囲での最大限度まで増大でき
る。その結果、エンジン出力値Ｐの大きい範囲では良好
に微粒化されている燃料を良好に燃焼することができ、
ＥＧＲ量が燃焼を阻害しない範囲で最大限度まで増大さ
れているため、エンジンの排ガス中に含まれるＮＯｘの
量が減少される。

【００３０】以下、本発明の筒内噴射式内燃機関の他の
実施形態を説明する。第二の実施形態では、最終燃料量
Ｑｆ_(fin)と新気量Ｇａとから実際空気過剰率λ_(pst)
を算出する（図２のステップ２１２）の代わりに、実際
空気過剰率λ_(pst)を得るために、排気通路２２に配置
された、例えば空燃比（Ａ／Ｆ）センサ等の、排気セン
サ５２（図１）が使用され、排気センサ５２により得ら
れた酸素濃度検出値が、機関の運転状態に応じた目標空
気過剰率に対応する目標酸素濃度になるように制御を行
う。本実施形態の特有の制御により、吸気ガス量の検出
精度、燃料噴射量の制御精度、及びＥＧＲ制御の制御精
度の各制御精度のずれを単一のセンサ（排気センサ）に
より検出し、かつ補正することができるため、排気ガス
制御の制御性が向上する。

【００３１】第三の実施形態では、第二の実施形態と同
様に、排気通路２２に配置された、例えば空燃比（Ａ／
Ｆ）センサ等の、排気センサ５２（図１）が使用され、
排気センサ５２により得られた酸素濃度検出値が、機関
の運転状態に応じた目標空気過剰率に対応する目標酸素
濃度になるように制御を行う。以下図７に従って、本実
施形態の制御方法を説明する。まず、図２のステップ２
０２と同様に、吸気量センサ（エアフローメータ等）５
０によって、エンジン１０に吸入される新気量Ｇａ（ｇ
／ｒｅｖ）が検出される（ステップ３０２）。続いて、
図２のステップ２０４と同様に、新気量Ｇａと、所定の
最小空気過剰率λ_(min)と、理論空燃比とから最大燃料
量Ｑｆ_(max)（ｇ／ｒｅｖ）（＝Ｇａ／（λ_(min)×理
論空燃比））が得られる（ステップ３０４）。続いて、
ステップ２０６と同様に、アクセル開度θとエンジン回
転数ＮＥとから基本燃料量Ｑｆ_(gov)（ｇ／ｒｅｖ）が
得られる（ステップ３０６）。続いて、ステップ２０８
と同様に、基本燃料量Ｑｆ _(gov)から補正燃料量Ｑｆ
_(clc)（ｇ／ｒｅｖ）が得られる（ステップ３０８）。
続いて、ステップ２１０と同様に、補正燃料量Ｑｆ
_(clc)と最大燃料量Ｑｆ_(m _ax)とから最終燃料量Ｑｆ
_(fin)（ｇ／ｒｅｖ）が得られる（ステップ３１０）。

【００３２】続いて、図６から最終燃料量Ｑｆ_(fin)に
対応する最終燃料量補正係数ｍが得られる（ステップ３
１２）。ここで、図６は、最終燃料量Ｑｆ_(fin)と最終
燃料量補正係数ｍとの関係を示すグラフであり、図６の
縦軸は最終燃料量補正係数ｍを、横軸は最終燃料量Ｑｆ
_(fin)を示し、最終燃料量補正係数ｍは、エアフローメ
ータの測定値のズレ、及び内燃機関に供給される燃料量
の目標値（指令値）と実際の値とのズレを補正するため
の係数である。続いて、値（Ｇａ／（Ｑｆ_(fin ₎×
ｍ））と現時点での実際空気過剰率λ_(pst)との関係を
記憶したマップを用いることにより、新気量Ｇａと最終
燃料量Ｑｆ_(fin)と最終燃料量補正係数ｍとから実際空
気過剰率λ_(pst)を算出する（ステップ３１４）。続い
て、実際空気過剰率λ_(pst)と、排気センサ５２により
得られた酸素濃度検出値に対応するセンサ検出空気過剰
率λ_(sns)との差から誤差ｅが得られる（ステップ３１
６）。続いて、補正係数ｍを誤差ｅでもって補正し学習
する、つまり、図６のマップｍの値を更新する（ステッ
プ３１８）。

【００３３】続いて、図２のステップ２１４と同様に、
図５から、最終燃料量Ｑｆ_(fin)（エンジン出力値Ｐ）
に対応する目標空気過剰率λ_(egr)が得られる（ステッ
プ３２０）。続いて、図２のステップ２１６〜２２２と
同様に、センサ検出空気過剰率λ_(sns)と目標空気過剰
率λ_(egr)とが比較される（ステップ３２２又は３２
４）。センサ検出空気過剰率λ_(sns)が目標空気過剰率
λ_(egr)より小さい場合には、センサ検出空気過剰率λ
_(sns)を増加させる、つまりＥＧＲ量を減少させる制御
が行われ（ステップ３２６）、センサ検出空気過剰率λ
_(sns)が目標空気過剰率λ_(egr)より大きい場合には、
センサ検出空気過剰率λ_(sns)を減少させる、つまりＥ
ＧＲ量を増加させる制御が行われる（ステップ３２
８）。本実施形態の特有の制御による効果として、最終
燃料量補正係数ｍを学習することにより、常に排気エミ
ッションに影響のない燃料噴射量制御が可能になる。

【００３４】第四の実施形態では、最終燃料量Ｑｆ
_(fin)と新気量Ｇａとから実際空気過剰率λ_(pst)を算
出する（図２のステップ２１２）の代わりに、実際空気
過剰率λ _(pst)を得るために、図１には示されていない
が、上述されたものと同様のＡ／Ｆセンサと、混合ガス
圧力検出手段とが、ＥＧＲ通路２０との合流部より下流
の吸気通路１４内に配置される。更に、Ａ／Ｆセンサに
より検出された酸素濃度検出値が、機関の運転状態（燃
料噴射量、新気量、ＥＧＲ量等）に応じた目標空気過剰
率に対応する酸素濃度検出値となるように制御を行う。

【００３５】以上、本発明による空気過剰率制御を圧縮
着火式のディーゼル機関に適用する例を説明したが、本
発明による空気過剰率制御は、火花点火式のガソリン機
関にも適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明により、内燃機関
出力値が最大内燃機関出力値のほぼ１０％以下の範囲で
は、実際空気過剰率は、比較的大きい値に設定された目
標空気過剰率に近づくように制御され、その結果、あま
り微粒化されておらず、かつ、燃料噴霧の拡散範囲が狭
い燃料を良好に燃焼することが可能にされ、内燃機関の
排ガス中に含まれるスモークの量が減少される。更に請
求項１に記載の発明により、内燃機関出力値が最大内燃
機関出力値のほぼ１０％より大きい範囲では、最大内燃
機関出力値のほぼ１０％以下の範囲よりも、目標空気過
剰率が比較的小さく設定されているために、過剰に空気
が供給されることが防止され、ＥＧＲ量を燃焼を阻害し
ない範囲での最大限度まで増大でき、それゆえ、良好に
微粒化された燃料を燃焼する際の排ガス中に含まれるＮ
Ｏｘの発生が抑制される。

【００３７】請求項２に記載の発明により、内燃機関へ
供給される新気量が検出され、かつ、内燃機関へ供給さ
れる燃料量が決定されるために、新気量と燃料量との比
から実際空気過剰率が容易に得られ、更に、内燃機関へ
供給される燃料量、新気量、及び内燃機関の排気系から
吸気系に還流される排気還流ガスの排気還流量、のうち
の少なくとも一つが制御されることによって実際空気過
剰率が容易に変更され、その結果、実際空気過剰率が目
標空気過剰率に近づけられる。

【００３８】請求項３に記載の発明により、内燃機関へ
吸入される吸気酸素量が検出され、かつ、内燃機関へ供
給される燃料量が決定されるために、吸気酸素量と燃料
量との比から実際空気過剰率が容易に得られ、更に、内
燃機関へ供給される燃料量、新気量、及び内燃機関の排
気系から吸気系に還流される排気還流ガスの排気還流
量、のうちの少なくとも一つが制御されることによって
実際空気過剰率が容易に変更され、その結果、実際空気
過剰率が目標空気過剰率に近づけられる。

【００３９】請求項４に記載の発明により、実際空気過
剰率は、排気系に配置された酸素濃度センサによって検
出された酸素濃度から得られるために、酸素濃度を検出
することにより実際空気過剰率が容易に得られ、更に、
内燃機関へ供給される燃料量、新気量、及び内燃機関の
排気系から吸気系に還流される排気還流ガスの排気還流
量、のうちの少なくとも一つが制御されることによって
実際空気過剰率が容易に変更され、その結果、実際空気
過剰率が目標空気過剰率に近づけられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をディーゼルエンジンに適用した第一の
実施形態の全体構成図である。

【図２】実際空気過剰率を目標空気過剰率に近づける、
第一の実施形態の制御方法を示すフローチャートであ
る。

【図３】回転数ＮＥと最小空気過剰率λ_(min)との関係
を示すグラフである。

【図４】アクセル開度θ、回転数ＮＥ及び基本燃料量Ｑ
ｆ_(gov)の関係を示す図である。

【図５】目標空気過剰率λ_(egr)を示すグラフである。

【図６】最終燃料量Ｑｆ_(fin)と最終燃料量補正係数ｍ
との関係を示すグラフである。

【図７】第三の実施形態の制御方法を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１０…ディーゼルエンジン１４…吸気通路２０…ＥＧＲ通路２２…排気通路３０…吸気絞り弁３４…ＥＧＲ弁３８…燃料噴射弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｈ３０１Ｋ３０１Ｎ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８ＧＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関出力値に対応する所定の目標空
気過剰率と実際空気過剰率とを比較し、前記実際空気過
剰率の大きさが前記目標空気過剰率の大きさと異なる場
合には、前記内燃機関へ供給される燃料量、新気量、及
び前記内燃機関の排気系から吸気系に還流される排気還
流ガスの排気還流量、のうちの少なくとも一つを制御す
ることにより、前記実際空気過剰率を前記目標空気過剰
率に近づける筒内噴射式内燃機関において、前記目標空気過剰率は、内燃機関出力値が最大内燃機関
出力値のほぼ１０％以下の範囲では、内燃機関出力値が
増加するに従って急激に減少し、かつ、内燃機関出力値
が最大内燃機関出力値のほぼ１０％以上の範囲では、ほ
ぼ一定であるように設定されることを特徴とする筒内噴
射式内燃機関。
【請求項２】前記内燃機関へ供給される前記新気量を
検出する手段と、前記内燃機関へ供給される前記燃料量
を決定する手段と、前記新気量と前記燃料量との比から
前記実際空気過剰率を得る手段とを具備することを特徴
とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項３】前記内燃機関に吸入される吸気酸素量を
検出する手段と、前記内燃機関へ供給される前記燃料量
を決定する手段と、前記吸気酸素量と前記燃料量との比
から前記実際空気過剰率を得る手段とを具備することを
特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項４】排気系に配置された酸素濃度センサを具
備し、前記実際空気過剰率は前記酸素濃度センサの出力
値から得られることを特徴とする請求項１に記載の筒内
噴射式内燃機関。