WO2016189586A1 - 内燃機関システム及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関システム及び内燃機関の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016189586A1
WO2016189586A1 PCT/JP2015/064749 JP2015064749W WO2016189586A1 WO 2016189586 A1 WO2016189586 A1 WO 2016189586A1 JP 2015064749 W JP2015064749 W JP 2015064749W WO 2016189586 A1 WO2016189586 A1 WO 2016189586A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
afterburning
air
internal combustion
combustion engine
amount
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/064749
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
信行 徳王
露木　毅
佳宏 今岡
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to PCT/JP2015/064749 priority Critical patent/WO2016189586A1/ja
Publication of WO2016189586A1 publication Critical patent/WO2016189586A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/26—Construction of thermal reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/20—Control of the pumps by increasing exhaust energy, e.g. using combustion chamber by after-burning
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine system including a supercharger and a control method for the internal combustion engine.
  • the air-fuel ratio of the mixture of exhaust gas and scavenging gas becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the required torque can be obtained.
  • the air-fuel ratio of the mixture of exhaust gas and scavenging gas becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of NOx emissions increases.
  • An object of the present invention is to achieve both exhaust performance and output performance.
  • an internal combustion engine system having a supercharger operated by exhaust gas is provided.
  • the internal combustion engine system is provided between the combustion chamber of the internal combustion engine and the supercharger, and is provided downstream of the afterburning promotion means for burning the unburned gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine, and the afterburning promotion means.
  • an exhaust purification catalyst provided.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine system to which the present embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a perspective view of a part of the internal combustion engine system.
  • FIG. 3 is a side view of a part of the internal combustion engine system.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the arrangement of the afterburning acceleration device 5.
  • FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view of the afterburning acceleration device.
  • FIG. 6 is an example of a cross section of the ignition source.
  • FIG. 7 is a diagram showing a stroke order of the in-line four-cylinder internal combustion engine.
  • FIG. 8 is a main flowchart in the present embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart of the afterburning promotion basic control.
  • FIG. 10 is a flowchart of the catalyst protection control.
  • FIG. 10 is a flowchart of the catalyst protection control.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the amount of unburned gas passing through the afterburning acceleration device 5.
  • FIG. 12 is a flowchart of combustion stabilization control.
  • FIG. 13 is a graph illustrating torque in the present embodiment.
  • FIG. 14 is a graph for explaining the HC concentration downstream of the afterburning acceleration device 5.
  • FIG. 15 is a graph illustrating the NOx concentration downstream of the afterburning acceleration device 5.
  • FIG. 16 is a graph for explaining the CO concentration downstream of the afterburning acceleration device 5.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining another arrangement of the exhaust catalyst 15.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine system to which the present embodiment is applied.
  • the internal combustion engine system 1 includes an internal combustion engine 2, an afterburning accelerator 5, a turbocharger 7, and an exhaust catalyst 15.
  • the afterburning acceleration device 5 is a device that accelerates the combustion of a mixture of exhaust gas and scavenging gas from the internal combustion engine 2.
  • the afterburning acceleration device 5 is connected at its inlet side to the internal combustion engine 2 via the branch 4a of the exhaust manifold. Further, the outlet side of the afterburning promotion device 5 is connected to the turbocharger 7 via the exhaust passage 9a.
  • the turbocharger 7 includes a compressor 7a and a turbine 7b connected by a shaft 7c.
  • the inlet side of the turbine 7b is connected to the exhaust passage 9a, and the outlet side of the turbine 7b is connected to the exhaust passage 9b.
  • the inlet side of the compressor 7a is connected to the intake passage 8a, and the outlet side of the compressor 7a is connected to the intake passage 8b.
  • a bypass passage is provided between the exhaust passages 9a and 9b, and a waste gate valve 19 for controlling opening and closing of the bypass passage is provided.
  • the waste gate valve 19 is controlled to be opened and closed by the controller 10.
  • the exhaust catalyst 15 for exhaust purification is connected downstream of the exhaust passage 9b.
  • a three-way catalyst or the like is used as the exhaust catalyst 15.
  • the exhaust passage 9 c is connected downstream of the exhaust catalyst 15.
  • the exhaust passage 9c is released to the atmosphere through a muffler, and an EGR passage 25 connected to the intake passage 8a branches along the way.
  • An EGR cooler 17 and an EGR valve 18 are provided in the EGR passage 25.
  • the EGR valve 18 is controlled to be opened and closed by the controller 10.
  • An exhaust flap 20 is provided in the passage on the air release side of the exhaust passage 9c.
  • the exhaust flap 20 cooperates with the EGR valve 18 to adjust the pressure in the exhaust passage 9c and adjust the amount of exhaust gas sent to the intake passage 8a via the EGR passage 25.
  • Each cylinder of the internal combustion engine 2 is provided with a fuel injection valve 14 for directly injecting fuel into the cylinder.
  • the internal combustion engine 2 is provided with a variable valve mechanism 13.
  • the variable valve mechanism 13 only needs to be able to change the intake valve closing timing (IVC) so that an overlap period in which both the exhaust valve and the intake valve are opened occurs.
  • IVC intake valve closing timing
  • a generally known variable valve mechanism such as one that changes the rotational phase of the intake camshaft relative to the crankshaft or one that changes the operating angle of the intake valve can be used.
  • a similar variable valve mechanism may be provided on the exhaust valve side to variably control the valve timing of the intake valve and the exhaust valve.
  • variable valve mechanism 13 corresponds to air amount adjusting means for adjusting the amount of air introduced into the afterburning acceleration device 5 as will be described later.
  • the air amount adjusting means is not limited to the variable valve mechanism 13 and may be a so-called secondary air supply device.
  • An intake manifold branch 3 a is connected to each cylinder of the internal combustion engine 2.
  • a collector tank 6 is connected to the upstream side of the branch 3 a of the intake manifold, and an intake passage 8 c is connected to the upstream side of the collector tank 6.
  • An electronically controlled throttle 21 is provided in the intake passage 8c, and the throttle opening is controlled by the controller 10.
  • An intercooler 16 is connected to the upstream side of the intake passage 8c, and cools the air pressure-fed by the turbocharger 7 described above.
  • An air flow meter 12 is provided in the intake passage 8a.
  • the air flow meter 12 is connected to the controller 10.
  • the collector tank 6 is provided with a pressure sensor 22.
  • the pressure sensor 22 is also connected to the controller 10.
  • An accelerator opening sensor 23 that detects the amount of depression of the accelerator pedal is also connected to the controller 10. In addition, the accelerator opening sensor 23 can be applied, for example, by manually operating the accelerator.
  • the controller 10 detects the intake air amount detected by the air flow meter 12, the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 23, the temperature detected by the temperature sensor 24 of the afterburning acceleration device 5, and the pressure sensor 22. Read the intake air pressure. In addition, the controller 10 reads parameters relating to the operating state such as an engine speed detected by a crank angle sensor (not shown), and controls ignition timing, valve timing, air-fuel ratio, and the like based on these parameters.
  • FIG. 2 is a perspective view of a part of the internal combustion engine system.
  • FIG. 3 is a side view of a part of the internal combustion engine system.
  • the cylinder head 2a of the internal combustion engine 2 the branch 4a of the exhaust manifold, the afterburning acceleration device 5, the turbocharger 7, and the exhaust catalyst 15 are shown.
  • the four exhaust manifold branches 4a extend from the side surface of the cylinder head 2a.
  • the branches 4a of the four exhaust manifolds are connected from below to the afterburning acceleration device 5 disposed in the vicinity of the side surface of the cylinder head 4a.
  • a turbocharger 7 is connected above the afterburning acceleration device 5.
  • the turbocharger 7 is connected to the exhaust catalyst 15 through the exhaust passage.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the arrangement of the afterburning promotion device 5.
  • FIG. 4 shows the afterburning acceleration device 5, the intake manifold branch 3 a, the intake port 3 b, the exhaust manifold branch 4 a, the exhaust port 4 b, and a part of the internal combustion engine 2.
  • a merging portion 5b is provided on the inlet side, that is, on the upstream side.
  • a plurality of exhaust manifold branches 4 a are connected to the inlet side (lower side in FIG. 4) of the afterburning promotion device 5.
  • FIG. 4 two exhaust manifold branches 4 a connected from below the afterburning promotion device 5 are shown, but two more exhaust manifold branches are located behind these after the afterburning promotion device 5. Connected.
  • a mixture of exhaust gas from one cylinder and scavenging gas from another cylinder is generated.
  • the mixing timing of the unburned gas and the fresh air included in the scavenging gas in the plurality of cylinders will be described later.
  • an ignition source 5a is disposed on the downstream side (upper side in FIG. 4) of the merging portion 5b.
  • the air-fuel mixture generated in the junction 5b passes through the ignition source 5a and is discharged from the outlet of the afterburning acceleration device 5.
  • FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view of the afterburning acceleration device.
  • the afterburning promotion device 5 has a function of burning an air-fuel mixture obtained by mixing exhaust gas and scavenging gas.
  • the combustion of the air-fuel mixture is to cause the unburned gas to oxidize and expand the air-fuel mixture.
  • the afterburning promotion device 5 includes an ignition source 5a and a merging portion 5b in the case 5c.
  • the branches 4a of the plurality of exhaust manifolds merge to generate a mixture of exhaust gas and scavenging gas.
  • the ignition source 5a is formed of a material having a high heat storage property such as ceramic.
  • the ignition source 5a accumulates heat by passing exhaust gas, and burns a mixture of exhaust gas and scavenging gas passing by this heat.
  • FIG. 6 is an example of a cross section of the ignition source.
  • the ignition source 5a desirably has a honeycomb shape in cross section. By doing in this way, the surface area of a cross section can be increased and the combustion efficiency of the air-fuel mixture of exhaust gas and scavenging gas can be improved.
  • the afterburning acceleration device 5 is heated by the exhaust gas flowing from the branch 4a of the exhaust manifold.
  • the heated afterburning promotion device 5 stores the heat, and burns a mixture of unburned gas passing through the afterburning promotion device 5 and fresh air contained in the scavenging gas with the stored heat.
  • the cross section of the ignition source 5a through which the air-fuel mixture passes has a honeycomb shape, the surface area for the fluid passing therethrough is increased. Therefore, the air-fuel mixture of unburned gas and fresh air contained in the scavenging gas can be burned efficiently. Further, the afterburning promotion device 5 can efficiently discharge the combustion gas that is burned and expanded inside from the outlet side.
  • the air-fuel mixture generated in the merging portion 5b in the afterburning acceleration device 5 can be ignited reliably and the combustion can be completed, so that the air-fuel mixture is prevented from burning in the exhaust catalyst 15. Can do. And overheating of the exhaust catalyst 15 can be suppressed. Further, it is possible to suppress the air-fuel mixture from burning on the downstream side of the turbine 7a of the turbocharger 7.
  • the cross-sectional shape of the ignition source 5a is not limited to the honeycomb shape as long as the ventilation resistance is low.
  • the cross-sectional shape of the ignition source 5a may be a lattice shape or a circular shape.
  • the cross-sectional shape of the ignition source 5a may be a polygonal shape.
  • the ignition source 5a is formed of ceramic
  • the ignition source 5a may be formed of zirconia.
  • the exhaust passages of the respective cylinders may be merged in the cylinder head, and the afterburning acceleration device 5 may be integrated with the cylinder head of the internal combustion engine 2.
  • the ignition source 5a has been described as using a highly heat-storing material, but the present invention is not limited to this as long as the mixture of exhaust gas and scavenging gas from the combustion chamber is combusted.
  • the ignition source 5a may generate heat by itself, such as a glow plug.
  • FIG. 7 is a diagram showing the stroke sequence of an in-line four-cylinder internal combustion engine.
  • FIG. 7 shows the stroke order of an in-line four-cylinder internal combustion engine in which the ignition order is the first cylinder, the third cylinder, the fourth cylinder, and the second cylinder.
  • the hatched portion in the figure indicates the valve overlap period.
  • the exhaust gas discharged from the cylinder in the exhaust stroke and the scavenging gas in other cylinders in the intake stroke at that time merge.
  • the exhaust gas exhausted in the exhaust stroke # 3ex of the third cylinder in FIG. 7 and the scavenged gas scavenged in the valve overlap period # 1sc of the first cylinder that is in the intake stroke at that time merge. Since the exhaust gas contains unburned gas, an air-fuel mixture of the unburned gas and fresh air contained in the scavenging gas is generated in the merging portion 5b.
  • the afterburning acceleration device 5 burns the mixture of the unburned gas contained in the exhaust gas merged in the merging portion 5b and the fresh air contained in the scavenging gas, thereby further increasing the energy for rotating the turbine. Increase. Further, this causes the unburned gas contained in the exhaust gas to burn before reaching the exhaust catalyst 15.
  • a mixture of exhaust gas exhausted from a certain cylinder during the exhaust stroke and scavenging gas scavenged from the cylinder that is in the intake stroke at the same time during the valve overlap period is supplied to the turbine.
  • the fuel injection amount is set so that the air-fuel ratio is easy to burn before flowing in. That is, the air-fuel ratio in the cylinder is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio, exhaust gas containing unburned hydrocarbons is exhausted, and this exhaust gas and scavenging gas are mixed to facilitate combustion.
  • the fuel injection amount is set so that the stoichiometric air-fuel ratio is obtained.
  • the exhaust gas discharged during the exhaust stroke of one cylinder and the scavenging gas scavenged during the bubble overlap period from other cylinders that are in the intake stroke during the exhaust stroke are mixed in the afterburning acceleration device 5. Therefore, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled so as to become the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the exhaust gas discharged in the exhaust stroke # 3ex of the third cylinder and the valve overlap of the first cylinder A fuel injection amount is set such that the mixture of scavenging gas discharged in the period # 1sc has an air-fuel ratio at which it is easy to burn. That is, when focusing on the air-fuel ratio in the cylinder of the third cylinder, the air-fuel ratio becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and exhaust gas including unburned fuel is discharged in the exhaust stroke.
  • the fuel injection amount set as described above is all injected by one fuel injection per stroke.
  • the fuel injection timing is after the valve overlap period during the intake stroke, that is, after the exhaust valve is closed, or during the compression stroke.
  • interference between the exhaust gas and the scavenging gas between the multiple cylinders can be caused by the afterburning acceleration device 5. Then, the mixture of exhaust gas and scavenging gas can be burned in the afterburning promotion device 5.
  • FIG. 8 is a main flowchart in the present embodiment.
  • the homogenous stoichiometric combustion control is performed, and when the operating condition is a low-rotation and high-load scavenging region, the afterburning acceleration basic control, catalyst protection control, and combustion stability control described later are performed. Done.
  • This routine is repeatedly executed at intervals as short as about 10 milliseconds, for example.
  • Controller 10 detects the amount of accelerator operation from accelerator opening sensor 23 (S101). Then, the controller 10 calculates a required torque based on the accelerator operation amount (S102). The required torque is obtained by referring to a map that represents the relationship between the accelerator operation amount and the required torque.
  • the controller 10 calculates a required intake air amount (S103).
  • the required intake air amount is an intake air amount necessary for outputting the required torque.
  • the required intake air amount is obtained by referring to a map that represents the relationship between the required torque and the required intake air amount.
  • the controller 10 calculates an electronically controlled throttle opening (S104), calculates a valve overlap period (S106), and calculates a wastegate valve opening (S107).
  • the electronic control throttle opening is obtained by referring to a map of the electronic control throttle opening with respect to the required intake air amount.
  • the valve overlap period is obtained by referring to a map of the valve overlap period with respect to the required intake air amount.
  • the waste gate valve opening is obtained by referring to a map of the waste gate valve with respect to the pressure value of the pressure sensor 22.
  • the calculation of the electronically controlled throttle opening (S104), the calculation of the valve overlap period (S105), and the calculation of the waste gate valve opening (S106) may be performed in parallel.
  • the controller 10 obtains the fuel injection amount at which the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber based on the required intake air amount (S107).
  • the fuel injection amount is an injection amount at which homogeneous stoichiometric combustion is performed.
  • the fuel injection amount is obtained by referring to a map representing the fuel injection amount with respect to the required intake air amount.
  • the controller 10 determines whether or not the operating condition is a scavenging area (S108).
  • the case where the operating condition is the scavenging region is a case where the rotational speed of the internal combustion engine 2 is low and the intake pressure is higher than the exhaust pressure. Low rotation can be 2000 rpm or less, for example.
  • the rotational speed of the internal combustion engine 2 can be determined based on the amount of air acquired from the air flow meter 12.
  • Whether or not the intake pressure is higher than the exhaust pressure can be determined based on the supercharging pressure of the turbocharger 7. This is because if the intake pressure is not higher than the exhaust pressure, scavenging cannot be performed even if an overlap period is provided.
  • the supercharging pressure of the turbo supercharger 7 can be obtained from the pressure sensor 22.
  • step S108 If it is determined in step S108 that the operating condition is not the scavenging region, the controller 10 obtains the difference between the required torque and the actual torque (S109). Then, feedback correction control is performed so that the difference between the required torque and the actual torque is zero (S110).
  • the feedback correction control can be mainly performed in the throttle opening control in the non-supercharging range.
  • waste gate valve opening control can be mainly performed.
  • the valve overlap period at this time is set near the reference value. In this way, homogeneous stoichiometric combustion can be performed during normal control.
  • step S111 if it is determined in step S108 that the operating condition is the scavenging region, post-burn promotion basic control, catalyst protection control, and combustion stability control, which will be described later, are executed (S111).
  • the operating condition is a scavenging region at a low rotation and high load
  • the actual torque may be insufficient with respect to the required torque. Therefore, such a shortage of torque is prevented from occurring by performing post-burn promotion basic control using the post-burn promotion device 5. Further, the exhaust performance is also improved while improving the torque performance.
  • FIG. 9 is a flowchart of the afterburning basic control.
  • the afterburning acceleration basic control will be described with reference to this flowchart.
  • the afterburning promotion basic control is also executed by the controller 10.
  • Controller 10 determines whether or not the temperature of the afterburning acceleration device is lower than temperature threshold 1 (S201).
  • the temperature threshold value 1 is a boundary value indicating whether or not the temperature of the afterburning acceleration device 5 is a temperature sufficient to burn the unburned gas in the ignition source 5a. That is, it can be said that it is a boundary value as to whether or not the afterburning acceleration device 5 is in an operating state.
  • the temperature threshold 1 can be set to 700 ° C.
  • the temperature of the afterburning acceleration device 5 can be acquired from a temperature sensor 24 attached to the afterburning acceleration device 5.
  • the temperature of the afterburning acceleration device 5 may be obtained by obtaining the exhaust temperature based on the rotational speed and load of the internal combustion engine 1 and integrating the exhaust temperature.
  • the controller 10 When the temperature of the afterburning acceleration device 5 is higher than the temperature threshold 1, the controller 10 performs control to increase the torque using the afterburning acceleration device 5 and suppress the NOx emission amount. For this purpose, the controller 10 sets a target value for the valve overlap period in step S202, and calculates the fuel injection amount in step S203.
  • step S202 and step S203 will be described.
  • the shortage of the torque is compensated by increasing the work of the turbocharger 7 so that the actual torque is not insufficient. . Therefore, by increasing the valve overlap period and increasing the fuel injection amount, the amount of the mixture of unburned gas and fresh air burned in the afterburning acceleration device 5 is increased. Then, the amount of the air-fuel mixture combusted by the afterburning acceleration device 5 is increased, and the exhaust energy applied to the downstream turbocharger 7 is increased.
  • the controller 10 obtains the target torque according to the input value from the accelerator opening sensor 23. And the controller 10 calculates
  • the controller 10 obtains a valve overlap period that satisfies the increased amount of the air-fuel mixture burned by the afterburning acceleration device 5 (S202). At this time, the opening degree of the electronic control throttle 21 is fully opened. By doing so, the amount of intake air flowing into the merging portion 5b increases.
  • the controller 10 calculates the fuel injection amount so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the junction 5b becomes the stoichiometric air-fuel ratio (S203).
  • the exhaust energy in the afterburning acceleration device 5 can be increased in order to make up for the insufficient torque by the increase in work of the turbocharger 7. And torque can be improved.
  • the air-fuel mixture in the merging portion 5b becomes the stoichiometric air-fuel ratio
  • the exhaust amount of NOx and the like can be reduced by burning the air-fuel mixture in the afterburning acceleration device 5. And exhaust performance can also be improved.
  • a valve overlap period corresponding to the insufficient torque is prepared as a map, and the valve overlap period is obtained by referring to this in step S202. Further, a fuel injection amount corresponding to the intake air amount increased by the expansion of the valve overlap period is prepared as a map, and the fuel injection amount is obtained by referring to this in step S203.
  • step S201 if the temperature of the afterburning acceleration device 5 is not greater than the temperature threshold 1, the controller 10 performs afterburning acceleration device temperature increase control (S204).
  • the afterburning acceleration device temperature increase control can be performed, for example, by retarding the ignition timing. By retarding the ignition timing, the temperature of the exhaust gas can be increased. And the afterburning acceleration
  • the afterburning acceleration device temperature increase control in step S204 may be performed by advancing the exhaust valve opening timing. By advancing the exhaust valve opening timing, exhaust gas can flow out to the branch 4a of the exhaust manifold at an earlier time, and the temperature of the afterburning acceleration device 5 can be raised faster.
  • the afterburning acceleration device temperature increase control may be performed by setting the effective expansion ratio low.
  • the change of the effective expansion ratio can be realized, for example, by using a compression ratio variable engine disclosed in JP2013-32780A. By setting the effective expansion ratio low, the exhaust temperature can be raised and the afterburning acceleration device 5 can be raised in temperature more quickly.
  • FIG. 10 is a flowchart of catalyst protection control. This catalyst protection control is executed together with the afterburning acceleration basic control, and corrects the valve overlap amount determined by the afterburning acceleration basic control so as to suppress the deterioration of the exhaust catalyst 15.
  • the controller 10 acquires the temperature of the afterburning promotion device 5 (S301).
  • the controller 10 can acquire the temperature of the afterburning acceleration device 5 from a temperature sensor 24 attached to the afterburning acceleration device 5.
  • the temperature of the afterburning acceleration device 5 may be estimated based on the temperature output from the water temperature sensor of the internal combustion engine 1.
  • the controller 10 determines whether or not the temperature of the afterburning acceleration device 5 exceeds the temperature threshold 2 (S302).
  • the temperature threshold 2 can be set to 700 ° C., for example.
  • the temperature threshold 2 may be set to the same temperature as the above-described temperature threshold 1, or may be set to a different temperature.
  • the controller 10 obtains the amount of unburned gas that passes through the afterburning acceleration device 5 (S303).
  • the unburned gas passing through the afterburning promotion device 5 is unburned gas that could not be burned in the afterburning promotion device.
  • the amount of unburned gas that passes through the afterburning acceleration device 5 is obtained, for example, by first calculating the amount of unburned gas discharged from the combustion chamber, that is, the amount of unburned gas that will flow into the afterburning acceleration device 5. Then, the amount of unburned gas passing through the afterburning acceleration device 5 is determined from the temperature of the afterburning acceleration device 5 and the amount of unburned gas flowing into the afterburning acceleration device 5.
  • the amount of unburned gas discharged from the combustion chamber can be obtained, for example, as follows.
  • step S203 of the above-described afterburning acceleration basic control the fuel injection amount is determined so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the merging portion 5b becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the fuel injection amount is determined so that the air-fuel ratio of the combustion chamber becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the unburned gas discharged from the combustion chamber is obtained by subtracting the fuel injection amount at which the air-fuel ratio of the combustion chamber becomes the stoichiometric air-fuel ratio from the fuel injection amount at which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes the stoichiometric air-fuel ratio in the merging portion 5b.
  • the amount can be determined.
  • the amount of unburned gas discharged from the combustion chamber is the amount of unburned gas that passes through the afterburning acceleration device 5.
  • the amount of unburned gas that can be burned by the afterburning acceleration device 5 can be obtained, for example, as follows.
  • the amount of unburned gas that can be burned per unit time is determined by the performance of the afterburning acceleration device 5 according to the temperature. Therefore, it is possible to determine how much unburned gas amount passes from the afterburning acceleration device 5 from the temperature of the afterburning acceleration device 5 and the amount of unburned gas flowing into the afterburning acceleration device 5.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the amount of unburned gas passing through the afterburning acceleration device 5.
  • the temperature of the afterburning acceleration device 5 is shown on the horizontal axis.
  • FIG. 11 also shows the amount of unburned gas flowing into the afterburning acceleration device 5 as the vertical axis. And the unburned gas amount which cannot be combusted with the afterburning promotion apparatus 5 with respect to these is shown.
  • the amount of unburned gas passing through the afterburning acceleration device 5 increases as the temperature of the afterburning acceleration device 5 decreases. Further, the amount of unburned gas passing through the afterburning acceleration device 5 increases as the amount of unburned gas flowing into the afterburning acceleration device 5 increases.
  • the controller 10 determines the amount of unburned gas that cannot be burned by the afterburning acceleration device 5 from the temperature of the afterburning acceleration device 5 and the amount of unburned gas flowing into the afterburning acceleration device 5, that is, the unburned gas discharged from the afterburning acceleration device 5. Obtain the amount of fuel gas.
  • the controller 10 determines whether or not the amount of unburned gas discharged from the afterburning acceleration device 5 exceeds the catalyst deterioration threshold (S304).
  • the catalyst deterioration threshold is a threshold that is assumed to deteriorate the exhaust catalyst 15 when the amount of unburned gas passing through the afterburning acceleration device 5 exceeds this amount.
  • the controller 10 corrects the valve overlap period so as to shorten the valve overlap period obtained in the afterburning promotion basic control (S305).
  • step S302 even when the temperature of the afterburning acceleration device 5 is not higher than the temperature threshold 2, the valve overlap period is set so as to shorten the valve overlap period obtained by the afterburning acceleration basic control. Correction is performed (S305). This is because the unburned gas cannot be burned in the afterburning acceleration device 5 even when the temperature of the afterburning acceleration device 5 is low and it is considered that the afterburning acceleration device 5 is hardly operated. As a result, the unburned gas is burned in the exhaust catalyst 15 and the exhaust catalyst 15 may be overheated. Therefore, in step S305, the amount of scavenging is reduced by correcting the valve overlap period so as to shorten the valve overlap period. Then, the amount of fresh air inflow necessary for burning unburned gas is reduced, and the amount of combustion in the exhaust catalyst 15 is reduced.
  • step S304 when the amount of unburned gas discharged from the afterburning promotion device 5 does not exceed the catalyst deterioration threshold, the controller 10 increases the valve overlap period determined in the afterburning promotion basic control. The overlap period is corrected (S306).
  • the valve overlap period is controlled so as to return to the valve overlapping period determined by the afterburning acceleration basic control. And it is possible to achieve both improved torque and exhaust performance.
  • FIG. 12 is a flowchart of combustion stabilization control. If the valve overlap period is extended as described above, the output may decrease due to excessive scavenging amount. In the combustion stabilization control, the valve overlap period is corrected so that such a decrease in output does not occur.
  • Controller 10 calculates the scavenging amount (S401).
  • the scavenging amount can be calculated as follows, for example.
  • the controller 10 obtains the amount of air flowing in per unit time by the air flow meter 12.
  • the controller 10 obtains the amount of air taken into the cylinder per unit time by multiplying the pressure sensor value and the cylinder volume.
  • the amount of air flowing into the cylinder per unit time can also consider the temperature of the air.
  • the controller 10 calculates a scavenging amount per unit time by obtaining a difference between the amount of air flowing into the intake passage 8a per unit time and the amount of air flowing into the cylinder per unit time.
  • the scavenging amount may be obtained based on the valve overlap period, the supercharging pressure, and the engine speed.
  • the controller 10 obtains the ratio of the scavenging amount to the intake air amount, and determines whether or not the ratio of the scavenging amount is higher than a threshold value (S402). And when the ratio of scavenging amount is higher than a threshold value, it correct
  • the fuel injection amount is increased so that the air-fuel mixture at the branch 4a of the exhaust manifold becomes the stoichiometric air-fuel ratio in accordance with the scavenging amount, so that the air-fuel ratio in the cylinder exceeds the rich limit. This is because there is a risk of losing.
  • combustion stability in the cylinder can be ensured.
  • the valve overlap period is corrected so as to return to the valve overlap period obtained in the afterburning promotion basic control (S404).
  • FIG. 13 is a graph illustrating torque in the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the scavenging rate
  • the vertical axis represents the total A / F.
  • the total A / F is the air-fuel ratio of the mixture of exhaust gas and scavenging gas flowing into the afterburning acceleration device 5.
  • the contour line which shows the level of torque is shown in the graph of FIG.
  • “A” is the torque when the afterburning acceleration device 5 is not used and the air-fuel ratio in the combustion chamber is the stoichiometric air-fuel ratio. At this time, since the air-fuel ratio in the combustion chamber is the stoichiometric air-fuel ratio, the torque is good. However, since the air-fuel ratio of the mixture of exhaust gas and scavenging gas becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of NOx emissions increases.
  • “B” is the torque when the afterburning acceleration device 5 is not used and the air-fuel ratio of the mixture of exhaust gas and scavenging gas is controlled to be the stoichiometric air-fuel ratio. In this case, NOx emissions can be reduced. However, the amount of scavenging must be reduced in order to suppress combustion at the catalyst. For this reason, the amount of work of the turbocharger 7 cannot be increased and the required torque cannot be obtained.
  • “C” is the torque when the afterburning acceleration device 5 in the present embodiment is used.
  • the torque is improved as compared with the cases of “A” and “B” described above.
  • FIG. 14 is a graph for explaining the HC concentration downstream of the afterburning acceleration device 5.
  • FIG. 15 is a graph illustrating the NOx concentration downstream of the afterburning acceleration device 5.
  • FIG. 16 is a graph for explaining the CO concentration downstream of the afterburning acceleration device 5.
  • the horizontal axis is the scavenging rate
  • the vertical axis is the total A / F.
  • a region surrounded by an ellipse is a result of an example of the operating condition in the present embodiment.
  • the total A / F is set around the stoichiometric air-fuel ratio, and the scavenging rate is also set around 20%.
  • a contour line indicating the HC concentration is shown.
  • the HC concentration shown here is measured downstream of the afterburning acceleration device 5. Since the total A / F is the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio in the combustion chamber is set rich with respect to the stoichiometric air-fuel ratio, and HC is discharged from the combustion chamber, but the hydrocarbons are burned in the afterburning acceleration device 5. Therefore, the HC concentration is low.
  • a contour line indicating the NOx concentration is shown.
  • the NOx concentration shown here is also measured downstream of the afterburning acceleration device 5.
  • the air-fuel ratio in the combustion chamber is set richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of NOx emission can be reduced.
  • the afterburning acceleration device 5 is provided in the exhaust passage between the combustion chamber of the internal combustion engine 2 and the turbocharger 7.
  • the afterburning acceleration device 5 burns unburned gas in the combustion chamber of the internal combustion engine 2.
  • the exhaust catalyst 15 is provided downstream of the afterburning acceleration device 5 in the exhaust passage.
  • unburned gas can be burned in the afterburning acceleration device 5 before the turbine 7b of the turbocharger 7. Therefore, in the scavenging region at the time of low rotation and high load, unburned gas in the exhaust gas can be recovered as work of the compressor 7a, and the torque can be improved. Even if the air-fuel ratio of the mixture of unburned gas richer than the stoichiometric air-fuel ratio and scavenged fresh air is set to the stoichiometric air-fuel ratio, the afterburning acceleration device 5 burns the unburned gas. be able to. Therefore, NOx emission can be suppressed while suppressing overheating of the exhaust catalyst 15. And exhaust performance and output performance can be made compatible.
  • the exhaust catalyst 15 is disposed on the downstream side of the turbocharger 7 in the exhaust passage.
  • the turbocharger 7 is disposed on the upstream side of the exhaust catalyst 15. Therefore, the combustion gas discharged from the afterburning acceleration device 5 can be introduced into the turbine b of the turbocharger 7 with less air resistance loss. And the work amount of the compressor 7a of the turbocharger 7 can be improved.
  • the turbocharger 7 is rotated and then passes through the exhaust catalyst 15, so that both the securing of torque and the exhaust purification performance are achieved. be able to.
  • the afterburning promotion device 5 is formed of ceramic which is a material having high heat storage properties. Therefore, the afterburning promotion device 5 is stored with exhaust gas. Then, the air-fuel mixture of the exhaust gas and the scavenging gas that passes through can be burned by the stored heat.
  • the heat of the exhaust gas is stored and used as an ignition source, energy that becomes another heat source such as a glow plug can be made unnecessary.
  • the system configuration can be simplified to achieve both cost.
  • the controller 10 controls the fuel injection amount and the valve overlap so that the mixture of the exhaust gas and the scavenging gas discharged from the combustion chamber becomes an air-fuel mixture combusted by the afterburning acceleration device 5. Control the amount.
  • the mixture of exhaust gas and scavenging gas discharged from the combustion chamber in the afterburning acceleration device 5 can be burned out.
  • the exhaust energy generated by the combustion of the unburned gas in the afterburning acceleration device 5 can be used for the work of the turbocharger 7. Further, it is possible to achieve both an improvement in torque and an improvement in exhaust performance in a low rotation and high load region.
  • the valve overlap period is set so as to reduce the scavenging amount. shorten.
  • the amount of fresh air supplied to the exhaust catalyst 15 can be reduced by reducing the scavenging amount.
  • the amount of fresh air inflow required for burning unburned gas can be reduced, and the amount of combustion in the exhaust catalyst 15 can be reduced.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining another arrangement of the exhaust catalyst 15.
  • the same elements as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the exhaust catalyst 15 may be disposed between the afterburner 5 and the turbocharger 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

排気ガスによって作動する過給機（７）を有する内燃機関システムが提供される。内燃機関システムは、内燃機関（２）の燃焼室と過給機（７）との間に設けられ、内燃機関（２）の燃焼室から排出される未燃ガスを燃焼させる後燃え促進手段（５）と、後燃え促進手段（５）よりも下流に設けられた 排気浄化用の触媒（１５）と、を備える。

Description

内燃機関システム及び内燃機関の制御方法
　本発明は、過給機を備える内燃機関システム及び内燃機関の制御方法に関する。
　低回転高負荷時のスカベンジング領域において、燃焼室における空燃比を理論空燃比として運転を行った場合、排気ガスと掃気ガスとの混合気の空燃比は理論空燃比と比してリーンとなる。燃焼室における空燃比を理論空燃比として運転を行った場合、要求するトルクを得ることができる。しかしながら、排気ガスと掃気ガスとの混合気の空燃比が理論空燃比と比してリーンとなるため、ＮＯｘの排出量が増加する。
　これに対し、低回転高負荷時のスカベンジング領域において、排気ガスと掃気ガスとの混合気の空燃比を理論空燃比となるように制御する手法がある。このような手法であると、ＮＯｘの排出量は低減できるが、掃気を減らして要求するトルクを得ることができない。また、多くの未燃ガスが触媒において燃焼することとなるため、触媒が過熱してしまう。
　このような触媒の過熱を抑制するために、掃気を停止させることが、「Ｔｈｅ　Ｎｅｗ　Ｔｏｙｏｔａ　２．０－Ｌｉｔｅｒ　Ｉｎｌｉｎｅ　４－Ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ＥＳＴＥＣ　Ｄ－４ＳＴ　Ｅｎｇｉｎｅ　－Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｇａｓｏｌｉｎｅ　Ｅｎｇｉｎｅ－」の第６８ページに開示されている。
　このように、トルクの向上とＮＯｘ排出抑制の両立を行うことが困難であった。よって、排気性能と出力性能を両立させることが望まれる。
　本発明の目的は、排気性能と出力性能とを両立させることである。
　本発明のある態様によれば、排気ガスによって作動する過給機を有する内燃機関システムが提供される。内燃機関システムは、内燃機関の燃焼室と過給機との間に設けられ、内燃機関の燃焼室から排出される未燃ガスを燃焼させる後燃え促進手段と、後燃え促進手段よりも下流に設けられた排気浄化用の触媒と、を備える。
図１は、本実施形態を適用する内燃機関システムの構成図である。 図２は、内燃機関システムの一部の斜視図である。 図３は、内燃機関システムの一部の側面図である。 図４は、後燃え促進装置５の配置の説明図である。 図５は、後燃え促進装置の一部縦断面図である。 図６は、着火源の横断面の一例である。 図７は、直列４気筒内燃機関の行程順序を示す図である。 図８は、本実施形態におけるメインフローチャートである。 図９は、後燃え促進基本制御のフローチャートである。 図１０は、触媒保護制御のフローチャートである。 図１１は、後燃え促進装置５を通過する未燃ガス量を説明する図である。 図１２は、燃焼安定制御のフローチャートである。 図１３は、本実施形態におけるトルクを説明するグラフである。 図１４は、後燃え促進装置５の下流におけるＨＣ濃度を説明するグラフである。 図１５は、後燃え促進装置５の下流におけるＮＯｘ濃度を説明するグラフである。 図１６は、後燃え促進装置５の下流におけるＣＯ濃度を説明するグラフである。 図１７は、排気触媒１５の他の配置を説明する図である。
　以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本実施形態を適用する内燃機関システムの構成図である。内燃機関システム１は、内燃機関２と後燃え促進装置５とターボ式過給機７と排気触媒１５を備える。
　後燃え促進装置５は、内燃機関２からの排気ガスと掃気ガスとの混合気の燃焼を促進させる装置である。後燃え促進装置５は、その入口側が排気マニホールドのブランチ４ａを介して内燃機関２に接続する。また、後燃え促進装置５は、その出口側が排気通路９ａを介してターボ式過給機７に接続する。
　ターボ式過給機７は、シャフト７ｃで接続されたコンプレッサ７ａとタービン７ｂを備える。タービン７ｂの入口側は排気通路９ａと接続され、タービン７ｂの出口側は排気通路９ｂと接続される。また、コンプレッサ７ａの入口側は吸気通路８ａと接続され、コンプレッサ７ａの出口側は吸気通路８ｂと接続される。これにより、タービン７ｂが内燃機関２の排気エネルギにより回転すると、コンプレッサ７ａも回転し、吸入空気を下流側に圧送する。
　排気通路９ａ、９ｂ間には、バイパス通路が設けられており、このバイパス通路の開閉を制御するウェストゲートバルブ１９が設けられている。ウェストゲートバルブ１９は、コントローラ１０によって、その開閉が制御される。
　排気通路９ｂの下流には、排気浄化用の排気触媒１５が接続される。排気触媒１５としては、三元触媒等が用いられる。
　排気触媒１５の下流には、排気通路９ｃが接続される。排気通路９ｃはマフラーを通じて大気に解放されるとともに、その途中で吸気通路８ａと接続するＥＧＲ通路２５が分岐する。ＥＧＲ通路２５中にはＥＧＲクーラ１７とＥＧＲバルブ１８が設けられている。ＥＧＲバルブ１８は、コントローラ１０によって、その開閉が制御される。
　排気通路９ｃの大気解放側の通路には、エキゾーストフラップ２０が設けられている。エキゾーストフラップ２０はＥＧＲバルブ１８と協調し、排気通路９ｃ内における圧力を調整し、ＥＧＲ通路２５を介して吸気通路８ａに送る排気ガス量を調整する。
　内燃機関２の各シリンダには燃料をシリンダ内に直接噴射する燃料噴射弁１４が配設されている。また、内燃機関２には可変動弁機構１３が設けられる。可変動弁機構１３は、排気弁と吸気弁のいずれもが開弁したオーバーラップ期間が生ずるように、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を変化させ得るものであれば足りる。例えば、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させるものや、吸気バルブの作動角を変化させるもの等、一般的に知られている可変動弁機構を用いることができる。なお、排気弁側にも同様の可変動弁機構を設けて、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを可変制御するようにしてもよい。可変動弁機構１３は、後述するように後燃え促進装置５に導入する空気量を調整する空気量調整手段に相当する。ただし、空気量調整手段としては、可変動弁機構１３に限られず、いわゆる二次エア供給装置であってもよい。
　内燃機関２の各シリンダには、吸気マニホールドのブランチ３ａが接続される。吸気マニホールドのブランチ３ａの上流側には、コレクタタンク６が接続され、さらにコレクタタンク６の上流側には吸気通路８ｃが接続される。吸気通路８ｃには、電子制御スロットル２１が設けられ、コントローラ１０の制御により、スロットル開度が制御される。吸気通路８ｃの上流側には、インタークーラ１６が接続され、前述のターボ式過給機７によって圧送された空気を冷却する。
　吸気通路８ａにはエアフローメータ１２が設けられる。エアフローメータ１２は、コントローラ１０に接続される。また、コレクタタンク６には、圧力センサ２２が設けられる。圧力センサ２２もコントローラ１０に接続される。また、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ２３もコントローラ１０に接続される。なお、アクセル開度センサ２３は、例えば、手でアクセル操作するものも適用できる。
　コントローラ１０は、エアフローメータ１２で検出される吸入空気量、アクセル開度センサ２３で検出されるアクセル開度、後燃え促進装置５の温度センサ２４で検出される温度、及び、圧力センサ２２で検出される吸気圧を読み込む。また、コントローラ１０は、その他図示しないクランク角センサで検出するエンジン回転速度等といった運転状態に関するパラメータを読み込み、これらに基づいて点火時期、バルブタイミング、空燃比等の制御を行う。
　図２は、内燃機関システムの一部の斜視図である。図３は、内燃機関システムの一部の側面図である。これらの図には、内燃機関２のシリンダヘッド２ａと、排気マニホールドのブランチ４ａと後燃え促進装置５とターボ式過給機７と排気触媒１５が示されている。
　４本の排気マニホールドのブランチ４ａがシリンダヘッド２ａの側面から延びる。そして、これら４本の排気マニホールドのブランチ４ａは、シリンダヘッド４ａ側面近傍に配置されている後燃え促進装置５に下方から接続する。後燃え促進装置５の上方には、ターボ式過給機７が接続される。ターボ式過給機７は、排気通路を通じて排気触媒１５に接続する。
　図４は、後燃え促進装置５の配置の説明図である。図４には、後燃え促進装置５と、吸気マニホールドのブランチ３ａと、吸気ポート３ｂと、排気マニホールドのブランチ４ａと、排気ポート４ｂと、内燃機関２の一部が示されている。
　後燃え促進装置５において、入口側すなわち上流側には合流部５ｂが設けられる。後燃え促進装置５の入口側（図４において下方側）には、複数の排気マニホールドのブランチ４ａが接続される。図４において、後燃え促進装置５の下方から接続する２本の排気マニホールドのブランチ４ａが示されているが、これらの背後においてさらに２本の排気マニホールドのブランチが後燃え促進装置５の下方から接続している。
　そして、合流部５ｂにおいて、一の気筒からの排気ガスと他の気筒からの掃気ガスとの混合気が生成される。複数気筒における未燃ガスと掃気ガスに含まれる新気との混合タイミングについては、後述する。
　後燃え促進装置５において、合流部５ｂの下流側（図４において上方側）には着火源５ａが配設される。合流部５ｂにおいて生成された混合気は、着火源５ａを通り後燃え促進装置５の出口から排出される。
　図５は、後燃え促進装置の一部縦断面図である。後燃え促進装置５は、排気ガスと掃気ガスとを混合させた混合気を燃焼させる機能を有する。ここで、混合気の燃焼とは、未燃ガスを酸化反応させて混合気を膨張させることである。後燃え促進装置５は、着火源５ａと合流部５ｂをそのケース５ｃ内に備える。合流部５ｂでは、複数の排気マニホールドのブランチ４ａが合流し、排気ガスと掃気ガスとの混合気を生じさせる。着火源５ａは、例えばセラミックのように蓄熱性の高い素材により形成される。着火源５ａは、通過する排気ガスによって蓄熱させられ、この熱によって通過する排気ガスと掃気ガスとの混合気を燃焼させる。
　図６は、着火源の横断面の一例である。図６に示されるように、着火源５ａは、その断面形状がハニカム形状であることが望ましい。このようにすることにより、断面の表面積を増やして、排気ガスと掃気ガスとの混合気の燃焼効率を向上させることができる。
　このようにすることによって、後燃え促進装置５は、排気マニホールドのブランチ４ａから流入した排気ガスによって加熱される。加熱された後燃え促進装置５は、その熱を蓄熱し、蓄熱した熱で後燃え促進装置５内を通過する未燃ガスと掃気ガスに含まれる新気との混合気を燃焼させる。特に、混合気が通過する着火源５ａの断面がハニカム形状となっていることから、通過する流体に対する表面積が高められている。そのため、未燃ガスと掃気ガスに含まれる新気との混合気を効率よく燃焼させることができる。また、後燃え促進装置５は、内部で燃焼し膨張した燃焼ガスを効率よく出口側から排出することができる。
　また、このように、後燃え促進装置５において合流部５ｂで生成した混合気に確実に着火させ燃焼を完了させることができるので、混合気が排気触媒１５で燃焼してしまうことを抑制することができる。そして、排気触媒１５の過熱を抑制することができる。また、混合気がターボ式過給機７のタービン７ａの下流側で燃焼してしまうことも抑制することができる。
　着火源５ａの断面形状は、通気抵抗が少ないものであれば、ハニカム形状に限られない。例えば、着火源５ａの断面形状は、格子状のものであってもよいし、円形のものであってもよい。また、着火源５ａの断面形状は、多角形形状であってもよい。
　また、着火源５ａがセラミックにより形成されていることを例に説明を行ったが、着火源５ａがジルコニアによって形成されていてもよい。また、各気筒の排気通路をシリンダヘッド内で合流させ、後燃え促進装置５を内燃機関２のシリンダーヘッドと一体化させることとしてもよい。
　また、着火源５ａについて蓄熱性の高い素材を用いることとして説明したが、燃焼室からの排気ガスと掃気ガスとの混合気を燃焼させるものであればこれに限られない。例えば、着火源５ａは、グロープラグのように自らが熱を発するものであってもよい。
　図７は、直列４気筒内燃機関の行程順序を示す図である。図７には、点火順序が１番気筒－３番気筒－４番気筒－２番気筒である直列４気筒内燃機関の行程順序が示されている。図中の斜線を付した部分はバルブオーバーラップ期間を示す。
　バルブオーバーラップ期間を設けると、排気マニホールドのブランチ４ａでは排気行程中の気筒から排出される排気ガスと、そのとき吸気行程中の他の気筒の掃気ガスが合流する。例えば、図７の３番気筒の排気行程＃３ｅｘで排気される排気ガスと、そのとき吸気行程となる１番気筒のバルブオーバーラップ期間＃１ｓｃに掃気される掃気ガスが合流する。排気ガスには未燃がガスが含まれているため、合流部５ｂにおいて、未燃ガスと掃気ガスに含まれる新気との混合気が生成されることになる。
　そして、合流部５ｂで合流した排気ガスに含まれる未燃ガスと掃気ガスに含まれる新気との混合気を、後燃え促進装置５で燃焼させることで、タービンを回転させるためのエネルギをより増大させる。また、これにより、排気触媒１５に到達する前に排気ガスに含まれる未燃ガスを燃焼させる。
　このために、後述するように、あるシリンダから排気行程中に排気される排気ガスと、同時期に吸気行程となるシリンダからバルブオーバーラップ期間中に掃気される掃気ガスの混合気が、タービンに流入する前に燃焼し易い空燃比となるように燃料噴射量を設定する。すなわち、シリンダ内の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比にして、未燃炭化水素を含んだ排気ガスを排出させ、この排気ガスと掃気ガスとが混合することで燃焼し易い空燃比、例えば理論空燃比になるような燃料噴射量を設定する。
　つまり、一の気筒の排気行程中に排出される排気ガスと排気行程中に吸気行程となる他の気筒からバブルオーバーラップ期間中に掃気される掃気ガスとが後燃え促進装置５内で混合し、この混合気の空燃比が理論空燃比になるように制御されることになる。
　例えば、図７の３番気筒の吸気行程＃３ｉｎで吸入した空気量に対する燃料噴射量を設定する場合は、３番気筒の排気行程＃３ｅｘで排出される排気ガスと１番気筒のバルブオーバーラップ期間＃１ｓｃで排出される掃気ガスの混合気が燃焼し易い空燃比となるような燃料噴射量を設定する。つまり、３番気筒のシリンダ内の空燃比に着目すると、理論空燃比よりリッチな空燃比となり、排気行程では未燃燃料を含む排気ガスが排出される。
　上記のように設定した燃料噴射量は、１行程あたり１回の燃料噴射によってすべて噴射する。燃料噴射時期は、吸気行程中のバルブオーバラップ期間終了後、つまり排気弁閉弁後、又は圧縮行程中とする。
　このようにして、多気筒間における排気ガスと掃気ガスとの干渉を後燃え促進装置５で生じさせることができる。そして、後燃え促進装置５において排気ガスと掃気ガスとの混合気を燃焼させることができる。
　図８は、本実施形態におけるメインフローチャートである。メインフローチャートでは、基本的に均質ストイキ燃焼制御が行われ、運転条件が低回転高負荷のスカベンジング領域となった場合において、後述する後燃え促進基本制御、触媒保護制御、及び、燃焼安定制御が行われる。なお、本ルーチンは例えば１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。
　コントローラ１０は、アクセル開度センサ２３からアクセル操作量を検出する（Ｓ１０１）。そして、コントローラ１０は、アクセル操作量に基づいて、要求トルクを算出する（Ｓ１０２）。要求トルクは、アクセル操作量と要求トルクとの関係を表すマップを参照することにより求められる。
　次に、コントローラ１０は、要求吸入空気量を算出する（Ｓ１０３）。要求吸入空気量は、要求トルクを出力するために必要な吸入空気量である。要求吸入空気量は、要求トルクと要求吸入空気量との関係を表すマップを参照することにより求められる。
　次に、コントローラ１０は、電子制御スロットル開度の算出（Ｓ１０４）と、バルブオーバーラップ期間の算出（Ｓ１０６）と、ウェストゲートバルブ開度の算出（Ｓ１０７）とを行う。電子制御スロットル開度は、要求吸入空気量に対する電子制御スロットル開度のマップを参照することにより求められる。また、バルブオーバーラップ期間は、要求吸入空気量に対するバルブオーバーラップ期間のマップを参照することにより求められる。また、ウェストゲートバルブ開度は、圧力センサ２２の圧力値に対するウェストゲートバルブのマップを参照することにより求められる。
　上記、電子制御スロットル開度の算出（Ｓ１０４）と、バルブオーバラップ期間の算出（Ｓ１０５）と、ウェストゲートバルブ開度の算出（Ｓ１０６）は、同時並行的に行われることとしてもよい。
　次に、コントローラ１０は、要求吸入空気量に基づいて、燃焼室において空燃比が理論空燃比となる燃料噴射量を求める（Ｓ１０７）。燃料噴射量は、均質ストイキ燃焼が行われるような噴射量とされる。燃料噴射量は、要求吸入空気量に対する燃料噴射量を表すマップを参照することにより求められる。
　次に、コントローラ１０は、運転条件がスカベンジング領域であるか否かについて判定する（Ｓ１０８）。運転条件がスカベンジング領域である場合とは、内燃機関２の回転数が低回転であり、かつ、吸気圧が排気圧よりも高い場合である。低回転とは、例えば、２０００ｒｐｍ以下とすることができる。内燃機関２の回転数については、エアフローメータ１２から取得される空気量に基づいて判断することができる。
　吸気圧が排気圧よりも高いか否かは、ターボ式過給機７の過給圧に基づいて判定することができる。吸気圧が排気圧よりも高くなければ、オーバーラップ期間を設けたとしても掃気を行うことができないためである。ターボ式過給機７の過給圧は、圧力センサ２２から得ることができる。
　ステップＳ１０８において運転条件がスカベンジング領域でないと判定された場合には、コントローラ１０は、要求トルクと実トルクとの差を求める（Ｓ１０９）。そして、この要求トルクと実トルクとの差をゼロとするようなフィードバック補正制御を行う（Ｓ１１０）。
　フィードバック補正制御は、非過給域の場合には、スロットル開度制御を主として行うことができる。また、過給域の場合には、ウェストゲートバルブ開度制御を主として行うことができる。また、このときのバルブオーバーラップ期間は、基準値近辺としておく。このようにして、通常制御時には均質ストイキ燃焼を行わせることができる。
　一方、ステップＳ１０８において運転条件がスカベンジング領域であると判定された場合には、後述する後燃え促進基本制御、触媒保護制御、及び、燃焼安定制御が実行される（Ｓ１１１）。運転条件が低回転高負荷時のスカベンジング領域である場合、要求トルクに対して実トルクが足りなくなるおそれがある。そこで、後燃え促進装置５を活用する後燃え促進基本制御を行うことにより、このようなトルク不足が生じないようにしている。また、トルク性能を向上させつつ排気性能も向上させている。
　次に、この後燃え促進基本制御を説明する。
　図９は、後燃え促進基本制御のフローチャートである。以下、本フローチャートを参照しつつ、後燃え促進基本制御を説明する。なお、後燃え促進基本制御もコントローラ１０によって実行される。
　コントローラ１０は、後燃え促進装置の温度が温度閾値１よりも低いか否かについて判定する（Ｓ２０１）。ここで、温度閾値１は、後燃え促進装置５の温度が着火源５ａにおいて未燃ガスを燃焼させるのに十分な温度であるか否かの境界の値である。すなわち、後燃え促進装置５が作動状態であるか否かの境界値ともいえる。温度閾値１としては、例えば、７００℃に設定することができる。
　後燃え促進装置５の温度は、後燃え促進装置５に取り付けられた温度センサ２４から取得することができる。なお、後燃え促進装置５の温度は、内燃機関１の回転数及び負荷に基づいて排温を求め、この排温を積算することによって求めることとしてもよい。
　そして、後燃え促進装置５の温度が温度閾値１よりも高い場合、コントローラ１０は、後燃え促進装置５を用いてトルクを増加させるとともに、ＮＯｘ排出量を抑制する制御を行う。そのために、コントローラ１０は、ステップＳ２０２においてバルブオーバーラップ期間の目標値を設定し、ステップＳ２０３において燃料噴射量を算出する。以下、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３について説明する。
　低回転高負荷領域では、目標トルクに対して実トルクが不足する傾向にあるため、実トルクが不足しないように、トルクの不足分をターボ式過給機７の仕事を増加させてこれを補う。そのために、バルブオーバーラップ期間を増加させ、かつ、燃料噴射量を増加させることで、後燃え促進装置５で燃焼する未燃ガスと新気との混合気の量を増加させる。そして、後燃え促進装置５で燃焼する混合気の量を増加させて、その下流のターボ式過給機７に与える排気エネルギを増加させるのである。
　そのために、コントローラ１０は、アクセル開度センサ２３からの入力値に応じて目標トルクを求める。そして、コントローラ１０は、目標トルクと実トルクとの差を求めることで不足するトルクを求める。この不足するトルクを補うべく、ターボ式過給機７における必要な仕事の増加分を求める。そして、この仕事の増加分に必要な後燃え促進装置５で燃焼させる混合気の増加量を求める。
　コントローラ１０は、後燃え促進装置５で燃焼させる混合気の増加分を満たすようなバルブオーバーラップ期間を求める（Ｓ２０２）。なお、このときの電子制御スロットル２１の開度は全開とされる。このようにすることによって、合流部５ｂに流入する吸入空気量が増加する。
　次に、コントローラ１０は、合流部５ｂにおける混合気の空燃比が理論空燃比となるような燃料噴射量を算出する（Ｓ２０３）。このようにすることによって、不足するトルクをターボ式過給機７の仕事の増加で補うべく、後燃え促進装置５における排気エネルギーを増加させることができる。そして、トルクを向上させることができる。またこのとき、合流部５ｂにおける混合気が理論空燃比となるため、後燃え促進装置５において混合気を燃焼させることによりＮＯｘ等の排出量を低減させることができる。そして、排気性能も向上させることができる。
　なお、実際の制御においては、不足するトルクに対応するバルブオーバーラップ期間がマップとして用意されており、ステップＳ２０２においてこれが参照されることによりバルブオーバーラップ期間が求められる。また、バルブオーバーラップ期間の拡大により増加した吸入空気量に対応する燃料噴射量がマップとして用意されており、ステップＳ２０３においてもこれが参照されることにより燃料噴射量が求められることになる。
　ステップＳ２０１において、後燃え促進装置５の温度が温度閾値１よりも大きくない場合には、コントローラ１０は、後燃え促進装置昇温制御を行う（Ｓ２０４）。後燃え促進装置昇温制御は、例えば、点火時期をリタードすることにより行うことができる。点火時期をリタードさせることにより、排気ガスの温度を高めることができる。そして、その排気ガスにより後燃え促進装置５をより速く昇温させることができる。
　また、ステップＳ２０４における後燃え促進装置昇温制御を、排気バルブ開時期を進角させることによって行うこととしてもよい。排気バルブ開時期を進角させることにより、より早い時期に排気ガスを排気マニホールドのブランチ４ａに流出させ、後燃え促進装置５をより速く昇温させることができる。
　また、後燃え促進装置昇温制御を、有効膨張比を低く設定することによって行うこととしてもよい。有効膨張比の変更は、例えば、特開２０１３－３２７８０号に開示される圧縮比可変エンジンを用いることによって実現することができる。有効膨張比を低く設定することにより、排気温度を上昇させ、後燃え促進装置５をより速く昇温させることができる。
　次に、触媒保護制御を説明する。
　図１０は、触媒保護制御のフローチャートである。この触媒保護制御は、後燃え促進基本制御とともに実行され、後燃え促進基本制御で決められたバルブオーバーラップ量を排気触媒１５の劣化を抑制するように補正する。
　コントローラ１０は、後燃え促進装置５の温度を取得する（Ｓ３０１）。コントローラ１０は、後燃え促進装置５の温度を後燃え促進装置５に取り付けられた温度センサ２４から取得することができる。なお、内燃機関１の水温センサから出力される温度に基づいて、後燃え促進装置５の温度を推定することとしてもよい。
　次に、コントローラ１０は、後燃え促進装置５の温度が温度閾値２を超えているか否かについて判定する（Ｓ３０２）。温度閾値２は、例えば、７００℃に設定することができる。なお、温度閾値２は、前述の温度閾値１と同じ温度に設定してもよいし、異なる温度を設定することとしてもよい。ステップ３０２において、後燃え促進装置５の温度が温度閾値２を超えている場合には、コントローラ１０は、後燃え促進装置５を通過する未燃ガス量を求める（Ｓ３０３）。ここで、後燃え促進装置５を通過する未燃ガスとは、後燃え促進装置において燃焼しきれなかった未燃ガスである。
　後燃え促進装置５を通過する未燃ガス量は、例えば、まず、燃焼室から排出される未燃ガス量、すなわち後燃え促進装置５に流入することとなる未燃ガス量を求める。そして、後燃え促進装置５の温度と後燃え促進装置５に流入する未燃ガス量から、後燃え促進装置５を通過する未燃ガス量を求める。
　燃焼室から排出される未燃ガス量は、例えば次のようにして求めることがえきる。前述の後燃え促進基本制御のステップＳ２０３において、合流部５ｂにおける混合気の空燃比が理論空燃比となるような燃料噴射量が求められている。これに対し、燃焼室の空燃比が理論空燃比となるような燃料噴射量を求める。そして、合流部５ｂにおける混合気の空燃比が理論空燃比となる燃料噴射量から、燃焼室の空燃比が理論空燃比となる燃料噴射量を差し引くことにより、燃焼室から排出される未燃ガス量を求めることができる。燃焼室から排出される未燃ガス量は、後燃え促進装置５を通過する未燃ガス量となる。
　後燃え促進装置５で燃焼できる未燃ガス量は、例えば次のようにして求めることができる。後燃え促進装置５は、その性能により、温度に応じて単位時間あたりに燃焼させることができる未燃ガス量が決まっている。よって、後燃え促進装置５の温度と後燃え促進装置５を流入する未燃ガス量とから、後燃え促進装置５からどれだけの未燃ガス量が通過するかを求めることができる。
　図１１は、後燃え促進装置５を通過する未燃ガス量を説明する図である。図１１には、横軸として後燃え促進装置５の温度が示されている。また、図１１には、縦軸として後燃え促進装置５に流入する未燃ガス量が示されている。そして、これらに対して、後燃え促進装置５で燃焼できない未燃ガス量が示されている。
　図１１に示されるように、後燃え促進装置５を通過する未燃ガス量は、後燃え促進装置５の温度が低いほど多くなる。また、後燃え促進装置５を通過する未燃ガス量は、後燃え促進装置５に流入する未燃ガス量が多いほど多くなる。
　コントローラ１０は、後燃え促進装置５の温度と後燃え促進装置５に流入する未燃ガス量から、後燃え促進装置５で燃焼できない未燃ガス量、すなわち後燃え促進装置５から排出される未燃ガス量を求める。
　コントローラ１０は、後燃え促進装置５から排出される未燃ガス量が触媒劣化閾値を超えるか否かを判定する（Ｓ３０４）。触媒劣化閾値は、後燃え促進装置５を通過する未燃ガス量がこの量を超えると排気触媒１５を劣化させるとされる閾値である。コントローラ１０は、未燃ガス量が触媒劣化閾値を超えている場合には、後燃え促進基本制御で求められたバルブオーバーラップ期間を短くするようにバルブオーバーラップ期間の補正を行う（Ｓ３０５）。
　このようにしているのは、後燃え促進装置５から排出される未燃ガス量が多い場合であっても、バルブオーバーラップ期間を短くして掃気量を少なくすれば、排気触媒１５において未燃ガスと新気との燃焼量は少なくなる。そして、排気触媒１５の劣化を抑制することができるためである。
　また、前述のステップＳ３０２において、後燃え促進装置５の温度が温度閾値２よりも高くない場合にも、後燃え促進基本制御で求められたバルブオーバーラップ期間を短くするようにバルブオーバーラップ期間の補正を行う（Ｓ３０５）。これは、後燃え促進装置５の温度が低く、後燃え促進装置５がほとんど作動していないと考えられる場合にも、後燃え促進装置５において未燃ガスを燃焼させることができないからである。その結果、排気触媒１５において未燃ガスが燃焼されることにより、排気触媒１５が過熱してしまうおそれがある。そこで、ステップＳ３０５にいて、バルブオーバーラップ期間を短くするようにバルブオーバーラップ期間の補正を行って掃気量を減らす。そして、未燃ガスが燃焼するために必要な新気の流入量を減らして、排気触媒１５での燃焼量を減らすのである。
　ステップＳ３０４において、後燃え促進装置５から排出される未燃ガス量が触媒劣化閾値を超えない場合、コントローラ１０は、後燃え促進基本制御で求められたバルブオーバーラップ期間を拡大させるように、バルブオーバーラップ期間の補正を行う（Ｓ３０６）。
　このようにすることによって、後燃え促進装置５から排出される未燃ガスが少ない場合には、バルブオーバーラップ期間を後燃え促進基本制御で求められたバルブオーバーラップ期間に戻すように制御する。そして、トルクの向上と排気性能とを両立させることができる。
　次に、燃焼安定制御を説明する。
　図１２は、燃焼安定制御のフローチャートである。前述のようにバルブオーバーラップ期間が拡大させられると、掃気量過多により出力低下を生ずる場合がある。燃焼安定制御では、このような出力低下が発生しないようにバルブオーバーラップ期間を補正する。
　コントローラ１０は、掃気量を算出する（Ｓ４０１）。掃気量は、例えば次のようにして算出することができる。コントローラ１０は、エアフローメータ１２によって単位時間あたりに流入する空気量を求める。また、コントローラ１０は、圧力センサ値とシリンダ容積とを乗算することによって単位時間あたりにシリンダに吸入される空気量を求める。単位時間あたりにシリンダに流入する空気量は、空気の温度を考慮することもできる。そして、コントローラ１０は、単位時間あたりに吸気通路８ａに流入する空気量と単位時間あたりにシリンダに流入する空気量との差を求めることによって、単位時間あたりの掃気量を算出する。なお、掃気量は、バルブオーバーラップ期間と過給圧とエンジン回転数に基づいて求めることとしてもよい。
　次に、コントローラ１０は、吸入空気量に対する掃気量の割合を求め、この掃気量の割合が閾値よりも高いか否かを判定する（Ｓ４０２）。そして、掃気量の割合が閾値よりも高い場合には、現在のバルブオーバーラップ期間を短くするように補正を行う（Ｓ４０３）。このように、掃気量の割合が閾値より高い場合に、バルブオーバーラップ期間を短くするように補正しているのは次の理由からである。すなわち、掃気量が多すぎるとこの掃気量に合わせて排気マニホールドのブランチ４ａでの混合気が理論空燃比となるように燃料噴射量を増加させるあまり、シリンダ内の空燃比がリッチ限界を超えてしまうおそれがあるためである。このようにして、シリンダ内の空燃比がリッチ限界を超えないように制御することによって、シリンダ内での燃焼安定性を確保することができる。
　一方、掃気量の割合が閾値よりも高くない場合には、後燃え促進基本制御で求められたバルブオーバーラップ期間に戻す方向にバルブオーバーラップ期間の補正を行う（Ｓ４０４）。このようにすることによって、掃気量を増やして後燃え促進装置５における未燃ガスの燃焼量をできる限り増加させることができる。そして、ターボ式過給機７による仕事量を増やすことができる。
　図１３は、本実施形態におけるトルクを説明するグラフである。図１３のグラフにおいて、横軸は掃気率であり、縦軸はトータルＡ／Ｆである。ここで、トータルＡ／Ｆとは、後燃え促進装置５に流入する排気ガスと掃気ガスとの混合気の空燃比である。そして、図１３のグラフ内において、トルクの高低を示す等高線が示されている。
　図１３において「Ａ」は、後燃え促進装置５を用いない場合であって、燃焼室における空燃比を理論空燃比とした場合のトルクである。このとき、燃焼室における空燃比は理論空燃比であるので、トルクは良好である。しかしながら、排気ガスと掃気ガスとの混合気の空燃比が理論空燃比と比してリーンとなるため、ＮＯｘ排出量が増加してしまう。
　図１３において「Ｂ」は、後燃え促進装置５を用いない場合であって、排気ガスと掃気ガスとの混合気の空燃比を理論空燃比となるように制御した場合のトルクである。この場合、ＮＯｘの排出量は低減できる。しかしながら、触媒での燃焼を抑制するために掃気量を減らさざるを得ない。そのため、ターボ式過給機７の仕事量を増やすことができず要求するトルクを得ることができない。
　図１３において「Ｃ」は、本実施形態における後燃え促進装置５を用いた場合のトルクである。この場合、後燃え促進装置５によってターボ式過給機７の仕事量を増やすことができているので、前述の「Ａ」及び「Ｂ」の場合と比してトルクが向上している。
　図１４は、後燃え促進装置５の下流におけるＨＣ濃度を説明するグラフである。図１５は、後燃え促進装置５の下流におけるＮＯｘ濃度を説明するグラフである。図１６は、後燃え促進装置５の下流におけるＣＯ濃度を説明するグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は掃気率であり、縦軸はトータルＡ／Ｆである。また、これらの図において、楕円で囲われている領域が本実施形態における運転条件の一例の結果である。トータルＡ／Ｆは理論空燃比前後に設定され、掃気率も２０％前後に設定されている。
　図１４のグラフでは、ＨＣ濃度を示す等高線が示されている。ここで示されるＨＣ濃度は、後燃え促進装置５の下流において計測されたものである。トータルＡ／Ｆが理論空燃比であるので燃焼室内の空燃比は理論空燃比に対してリッチに設定され、燃焼室からＨＣが排出されるが、後燃え促進装置５において炭化水素は燃焼されるので、ＨＣ濃度は低くなっている。
　図１５のグラフでは、ＮＯｘ濃度を示す等高線が示されている。ここで示されるＮＯｘ濃度も、後燃え促進装置５の下流において計測されたものである。本図からもわかるように、燃焼室内の空燃比は理論空燃比に対してリッチに設定されているので、ＮＯｘの排出量を少なくすることができている。
　図１６のグラフでは、ＣＯ濃度を示す等高線が示されている。ここで示されるＣＯ濃度も、後燃え促進装置５の下流において計測されたものである。このように、本実施形態のような制御を行っても、排出されるＣＯ濃度を特段悪化させないようにすることができる。
　次に、本実施形態の効果を説明する。
　本実施形態によれば、内燃機関２の燃焼室とターボ式過給機７との間の排気通路中に後燃え促進装置５が設けられる。後燃え促進装置５は、内燃機関２の燃焼室における未燃ガスを燃焼させる。また、後燃え促進装置５よりも排気通路の下流に排気触媒１５が設けられる。
　このようにすることで、ターボ式過給機７のタービン７ｂよりも前の後燃え促進装置５において未燃ガスを燃焼させることができる。そのため、低回転高負荷時のスカベンジング領域において、排気ガス中の未燃ガスをコンプレッサー７ａの仕事として回収し、トルクを向上させることができる。また、理論空燃比よりもリッチな未燃ガスと掃気された新気との混合気の空燃比を理論空燃比に設定した場合であっても、後燃え促進装置５で未燃ガスを燃焼させることができる。そのため、排気触媒１５の過熱を抑制しつつ、ＮＯｘの排出を抑制することができる。そして、排気性能と出力性能を両立させることができる。
　また、本実施形態によれば、排気通路において排気触媒１５はターボ式過給機７の下流側に配設される。換言すると、ターボ式過給機７が排気触媒１５の上流側に配設されることになる。よって、後燃え促進装置５から排出される燃焼ガスを、より空気抵抗損失の少ない状態でターボ式過給機７のタービンｂに導入することができる。そして、ターボ式過給機７のコンプレッサ７ａの仕事量を向上させることができる。
　つまり、仮に、排気触媒１５がターボ式過給機７の上流に配置されたとすれば、膨張した排気ガスが排気触媒１５の通過抵抗によりターボ式過給機７を回転させるエネルギーが低減してしまう。そして、トルクが抑制傾向となるが、本実施形態によれば、ターボ式過給機７を回転させた後に排気触媒１５を通過することになるので、トルクの確保と排気浄化性能の両立を図ることができる。
　また、本実施形態によれば、後燃え促進装置５は、蓄熱性の高い素材であるセラミックで形成されている。そのため、後燃え促進装置５は、排気ガスによって蓄熱させられる。そして、通過する排気ガスと掃気ガスとの混合気を蓄熱した熱によって燃焼させることができる。
　また、排気ガスの熱を蓄えて着火源としているため、例えばグロープラグ等のように別の熱源となるエネルギーを不要とすることができる。そして、システム構成を簡素化してコストとの両立を図ることもできる。
　また、本実施形態によれば、コントローラ１０は、燃焼室から排出された排気ガスと掃気ガスとの混合気が後燃え促進装置５によって燃焼する混合気となるように燃料噴射量とバルブオーバーラップ量を制御する。
　このようにすることによって、後燃え促進装置５において燃焼室から排出された排気ガスと掃気ガスとの混合気を燃焼し尽くすことができる。そして、後燃え促進装置５における未燃ガスの燃焼によって生じた排気エネルギーをターボ式過給機７の仕事に利用することができる。そして、低回転高負荷領域におけるトルクの向上と排気性能の改善を両立させることができる。
　また、このように制御するので、偶然トータルＡ／Ｆが理論空燃比となるシーンでのみ上記効果を発揮するのではなく、積極的にトータルＡ／Ｆを制御して必要なシーンで上記効果を発揮することができる。
　また、本実施形態によれば、後燃え促進装置５の温度が温度閾値２よりも低い場合、つまり、後燃え促進装置５で燃焼させられた場合、掃気量を減らすようにバルブオーバーラップ期間を短くする。このように、掃気量を減らすことで排気触媒１５に供給される新気の量を減らすことができる。そして、未燃ガスが燃焼するために必要な新気の流入量を減らして、排気触媒１５での燃焼量を減らすことができる。
　図１７は、排気触媒１５の他の配置を説明する図である。図１７において、前述の実施形態の各要素と同じ要素には同じ符号が付してある。図１７に示されるように、排気触媒１５を後燃え装置５とターボ式過給機７との間に配設することとしてもよい。
　このようにすることによっても、ターボ式過給機７のタービン７ｂ前で未燃ガスを後燃えさせることができるので、排気中の未燃燃料をコンプレッサ７ａの仕事として回収し、トルクを向上させることができる。また、理論空燃比よりもリッチな未燃ガスと掃気された新気との混合気の空燃比を理論空燃比に設定した場合であっても、後燃え促進装置５で未燃ガスを後燃えさせることができる。そのため、排気触媒１５の過熱を抑制しつつ、ＮＯｘの排出を抑制することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (6)

  1. 　排気ガスによって作動する過給機を有する内燃機関システムであって、
    　内燃機関の燃焼室と前記過給機との間に設けられ、前記内燃機関の燃焼室から排出される未燃ガスを燃焼させる後燃え促進手段と、
    　前記後燃え促進手段よりも下流に設けられた排気浄化用の触媒と、
    を備える内燃機関システム。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関システムであって、
    　前記触媒は前記過給機の下流側に配設される、内燃機関システム。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の内燃機関システムであって、
    　前記後燃え促進手段はセラミックで形成されている、内燃機関システム。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関システムであって、
    　前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
    　前記後燃え促進手段に流入する空気の量を調整する空気量調整手段と、
    　前記燃焼室から排出された排気ガスと前記空気との混合気が前記後燃え促進手段によって燃焼する混合気となるように前記燃料噴射手段と前記空気量調整手段の少なくとも一方を制御するコントローラと、
    を備える内燃機関システム。
  5. 　請求項４に記載の内燃機関システムであって、
    　前記コントローラは、前記後燃え促進手段の温度が所定温度よりも低い場合、前記空気の量を減らすように前記空気量調整手段を制御する、内燃機関システム。
  6. 　内燃機関の燃焼室と過給機との間に設けられ、前記内燃機関の燃焼室から排出される未燃ガスを燃焼させる後燃え促進手段と、
    　後燃え促進手段よりも下流に設けられた触媒と、
    　前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
    　前記後燃え促進手段に流入する空気の量を調整する空気量調整手段と、
    を備える多気筒の内燃機関の制御方法であって、
    　前記燃焼室から排出された排気ガスと前記空気との混合気が前記後燃え促進手段によって燃焼する混合気となるように前記燃料噴射手段と前記空気量調整手段を制御する、内燃機関の制御方法。
PCT/JP2015/064749 2015-05-22 2015-05-22 内燃機関システム及び内燃機関の制御方法 WO2016189586A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/064749 WO2016189586A1 (ja) 2015-05-22 2015-05-22 内燃機関システム及び内燃機関の制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/064749 WO2016189586A1 (ja) 2015-05-22 2015-05-22 内燃機関システム及び内燃機関の制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016189586A1 true WO2016189586A1 (ja) 2016-12-01

Family

ID=57392611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/064749 WO2016189586A1 (ja) 2015-05-22 2015-05-22 内燃機関システム及び内燃機関の制御方法

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016189586A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4928713A (ja) * 1972-07-19 1974-03-14
JPS56113008A (en) * 1980-02-12 1981-09-05 Daihatsu Motor Co Ltd After burning preventive device for engine
JPH11153027A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Nissan Motor Co Ltd エンジンの排気浄化装置
JP2006057614A (ja) * 2004-08-16 2006-03-02 Masaaki Okazaki 排気ガス浄化装置
WO2012108362A1 (ja) * 2011-02-07 2012-08-16 日産自動車株式会社 多気筒内燃機関の制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4928713A (ja) * 1972-07-19 1974-03-14
JPS56113008A (en) * 1980-02-12 1981-09-05 Daihatsu Motor Co Ltd After burning preventive device for engine
JPH11153027A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Nissan Motor Co Ltd エンジンの排気浄化装置
JP2006057614A (ja) * 2004-08-16 2006-03-02 Masaaki Okazaki 排気ガス浄化装置
WO2012108362A1 (ja) * 2011-02-07 2012-08-16 日産自動車株式会社 多気筒内燃機関の制御装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105275625B (zh) 用于排气催化剂温度控制的系统和方法
CN104632340B (zh) 主动式排气脉冲管理
JP5668763B2 (ja) 多気筒内燃機関の制御装置
JP5817846B2 (ja) 内燃機関の排気環流装置
JP5772025B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6052190B2 (ja) ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置
WO2015111392A1 (en) Control apparatus for internal combustion engine
US11187176B2 (en) Systems and methods for increasing engine power output under globally stoichiometric operation
US20130305713A1 (en) Control device for internal combustion engine with turbo-supercharger
US11187168B2 (en) Systems and methods for increasing engine power output under globally stoichiometric operation
US9897022B2 (en) Control apparatus for internal combustion engine
JP6531840B2 (ja) 内燃機関の制御方法及び制御装置
WO2012121299A1 (ja) 燃焼制御装置
JP4329558B2 (ja) 内燃機関用過給システム
US11248554B2 (en) Systems and methods for increasing engine power output under globally stoichiometric operation
JP2015200294A (ja) エンジン
JP2007297949A (ja) 内燃機関の制御装置
JP5240385B2 (ja) 多気筒内燃機関の制御装置
JP5644342B2 (ja) 多気筒内燃機関の制御装置
JP5110119B2 (ja) 多気筒内燃機関の制御装置
WO2016189586A1 (ja) 内燃機関システム及び内燃機関の制御方法
CN109386390B (zh) 内燃机的控制装置
JP2004124744A (ja) ターボ過給機付エンジン
JP2001241345A (ja) ディーゼルエンジンの燃料制御装置
JP2013253498A (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15893222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15893222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP