(57)【要約】【課題】圧縮着火内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、切替後の燃焼状態に応じた量のＥＧＲガスを気筒内に速やかに供給する。【解決手段】上記圧縮着火内燃機関において、予混合燃焼から通常燃焼への切替時又は通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、切替後の燃焼形態に応じて、ＥＧＲ装置が吸気通路に連通する部位より下流側の該吸気通路の容積を可変制御する吸気通路容積可変制御手段を更に備える。【選択図】  図４
2006220118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、
前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを該圧縮着火内燃機関の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、を備え、
前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、
予混合燃焼から通常燃焼への切替時又は通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、切替後の燃焼形態に応じて、前記ＥＧＲ装置が前記吸気通路に連通する部位より下流側の該吸気通路の容積を可変制御する吸気通路容積可変制御手段を更に備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項２】
前記吸気通路容積可変制御手段は、切替後の燃焼形態において必要とされるＥＧＲガス量に基づいて、前記吸気通路の容積を変更することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項３】
圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、
前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを該圧縮着火内燃機関の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、を備え、
前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、
前記ＥＧＲ装置が前記吸気通路に連通する部位より下流側において、新気量がＥＧＲガス量より多い吸気を溜める新気用タンクおよび前記新気用タンク内の吸気よりＥＧＲガス量が多い吸気を溜めるＥＧＲガス用タンクと、
予混合燃焼から通常燃焼への切替時又は通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、切替後の燃焼形態に応じて、前記新気用タンクおよび／または前記ＥＧＲガス用タンクからそれぞれに溜められた吸気を前記吸気通路に供給する吸気制御手段と、を更に備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項４】
予混合燃焼から通常燃焼へ切り替えられるとき、前記吸気制御手段は、前記新気用タンクに溜められた吸気を前記吸気通路に供給し、前記ＥＧＲガス用タンクに溜められた吸気は該吸気通路に供給しないことを特徴とする請求項３に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項５】
通常燃焼から予混合燃焼へ切り替えられるとき、前記吸気制御手段は、前記ＥＧＲガス用タンクに溜められた吸気を前記吸気通路に供給し、前記新気用タンクに溜められた吸気は該吸気通路に供給しないことを特徴とする請求項３に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項６】
燃焼の切替完了後、前記新気用タンク内の圧力および／または前記ＥＧＲガス用タンク
内の圧力を所定圧力以上とする圧力制御手段を、更に備えることを特徴とする請求項３から請求項５の何れかに記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項７】
圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、
前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを該圧縮着火内燃機関の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、を備え、
前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、
前記ＥＧＲ装置が前記吸気通路に連通する部位より下流側において、該吸気通路は、新気量がＥＧＲガス量より多い吸気が流れる新気用通路と、前記新気用通路内の吸気よりＥＧＲガス量が多い吸気が流れるＥＧＲガス用通路とで構成され、
予混合燃焼から通常燃焼への切替時又は通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、切替後の燃焼形態に応じて、前記新気用通路および／または前記ＥＧＲガス用通路のそれぞれから前記気筒内に流れ込む吸気量を制御する吸気制御手段を更に備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項８】
予混合燃焼から通常燃焼へ切り替えられるとき、前記吸気制御手段は、前記新気用通路を流れる吸気を前記気筒内に供給し、前記ＥＧＲガス用通路を流れる吸気は該気筒内に供給しないことを特徴とする請求項７に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項９】
通常燃焼から予混合燃焼へ切り替えられるとき、前記吸気制御手段は、前記ＥＧＲガス用通路を流れる吸気を前記気筒内に供給し、前記新気用通路を流れる吸気は該気筒内に供給しないことを特徴とする請求項７に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項１０】
圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、
前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを該圧縮着火内燃機関の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、を備え、
前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、
前記ＥＧＲ装置は、ＥＧＲガスの一部を溜めるＥＧＲガス貯留手段を有し、
通常燃焼から予混合燃焼へ切り替えられるとき、前記ＥＧＲガス貯留手段に溜められたＥＧＲガスを前記吸気通路に供給することを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【請求項１１】
前記ＥＧＲ装置は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーを有し、
前記ＥＧＲガス貯留手段は、前記ＥＧＲクーラーを迂回してＥＧＲガスを流すＥＧＲバイパス通路で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる予混合燃焼と拡散燃焼である通常燃焼とを行う圧縮着火内燃機関において、燃焼切替を制御する圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮着火内燃機関において、ＮＯｘの抑制とスモークの抑制を目的として予混合燃焼を行う場合、該圧縮着火内燃機関の運転状態が高負荷運転状態となって機関負荷および機関回転速度が上昇するに従い、過早着火が生じる可能性が高くなる。そこで、該圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、低・中負荷時は予混合燃焼を行い、高負荷時は通常燃焼を行う技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。この技術においては、予混合燃焼から通常燃焼への切替は、一サイクル中に予混合燃焼と通常燃焼の双方を行う多段噴射を経由して行われる。これにより、燃焼切替の円滑化を図ろうとするものである。
【０００３】
また、圧縮着火内燃機関で予混合燃焼を行う場合と通常燃焼を行う場合とにおいて、再循環排気（いわゆるＥＧＲガスであって、既燃焼ガスを含む。）の気筒内への供給量が大きく異なる。即ち、予混合燃焼においては、過早着火を抑制するために通常燃焼時と比べて多量のＥＧＲガスが必要とされる。そこで、圧縮着火内燃機関において予混合燃焼と通常燃焼とを切り替える場合において、ＥＧＲガス量が燃焼の切替に適した量となったときに予混合燃焼と通常燃焼との切替を行う技術が公開されている（例えば、特許文献２、特許文献３を参照。）。
【特許文献１】特開平１１−３２４７６４号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６８７６号公報
【特許文献３】特開２００４−３４１５号公報
【特許文献４】特開２００４−１５０３１８号公報
【特許文献５】特開２００４−１２４７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関において、予混合燃焼時と通常燃焼時とでは、気筒内に供給すべきＥＧＲガス量に大きな差がある。即ち、予混合燃焼時はその特性上、過早着火が生じやすいため、それを回避すべく通常燃焼時より多量のＥＧＲガスを必要とする。そのため、圧縮着火内燃機関において、燃焼を切り替える場合、気筒内に供給されるＥＧＲガス量もそれぞれの燃焼に応じた量に切り替える必要がある。
【０００５】
しかし、ＥＧＲガスを吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置、特にそれを構成する通路や吸気通路自体には一定の容積があるため、予混合燃焼と通常燃焼との切替時において、これらの容積に溜まっているＥＧＲガスや吸気によって、切替後の燃焼状態に応じたＥＧＲガス量を気筒内に速やかに供給することが困難となる場合がある。
【０００６】
本発明では、上記した問題に鑑み、圧縮着火内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、切替後の燃焼状態に応じた量のＥＧＲガスを気筒内に速やかに供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、上記した課題を解決するために、第一に、予混合燃焼と通常燃焼との切替を行う燃焼切替制御システムにおいて、ＥＧＲガスが流れ込む吸気通路の容積を可変制御
することとした。このようにすることで、吸気通路内に残留するＥＧＲガス量を調整することが可能となり、切替後の燃焼形態に応じた量のＥＧＲガスを速やかに気筒内に供給することが可能となる。
【０００８】
詳細には、本発明は、圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを該圧縮着火内燃機関の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、を備え、前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、予混合燃焼から通常燃焼への切替時又は通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、切替後の燃焼形態に応じて、前記ＥＧＲ装置が前記吸気通路に連通する部位より下流側の該吸気通路の容積を可変制御する吸気通路容積可変制御手段を更に備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムである。
【０００９】
上述の圧縮着火内燃機関においては、圧縮着火内燃機関の機関回転速度や機関負荷等によって決定される運転状態がどの燃焼領域に属するか、即ち燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域が、予混合燃焼が行われる予混合燃焼領域と通常燃焼が行われる通常燃焼領域との何れであるかによって、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼が決定される。この予混合燃焼領域および通常燃焼領域は、予混合燃焼時の過早着火の生じやすさ等に基づいて実験等で決定される。
【００１０】
ここで、圧縮着火内燃機関において予混合燃焼を行う場合は、燃料噴射を圧縮行程上死点近傍の時期、即ち通常燃焼時の燃料噴射時期より早い時期に行うことで、吸気と燃料がより混合された予混合気を形成する。これによって、ＮＯｘやスモークの抑制を図る。尚、本発明における予混合燃焼においては、予混合燃料を一回の燃料噴射で噴射する場合に限られず、気筒の内壁面に燃料が付着するのを回避する等の理由で複数回の燃料噴射によって予混合燃料を噴射する場合も含まれる。また、通常燃焼時は、圧縮行程上死点近傍の時期に燃料を噴射していわゆる拡散燃焼が行われる。
【００１１】
圧縮着火内燃機関で予混合燃焼が行われているときに圧縮着火内燃機関の運転状態が変動し燃焼領域判定手段によって判定された燃焼領域が予混合燃焼領域から通常燃焼領域へ移行することで、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる。また、その逆に、該燃焼領域が通常燃焼から予混合燃焼へと移行することで、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われる。この燃焼の切替時には、予混合燃焼時の燃料噴射と通常燃焼時の燃料噴射とは異なる態様の燃料噴射が行われることで、燃焼切替を円滑に行うことが好ましい。
【００１２】
ここで、予混合燃焼と通常燃焼が行われているときとでは、それぞれの燃焼に応じた適量のＥＧＲガスが、ＥＧＲ制御手段によって気筒内に再循環させられている。このＥＧＲガス量は、それぞれの燃焼形態において燃焼騒音が増大したりエミッションが悪化したりするのを回避すべく、予混合燃焼や通常燃焼の燃焼特性が考慮された上で決定される。このＥＧＲガス量の調整は、ＥＧＲ装置によって行われる。
【００１３】
ここで、予混合燃焼から通常燃焼への切替時には、気筒内に供給されるＥＧＲガス量を予混合燃焼に適した量から通常燃焼に適した量に速やかに減量する必要があり、そうしないと切替後の通常燃焼においてＥＧＲガスが比較的多い状態で多量の燃料噴射が行われる結果となり、エミッションが悪化する。一方で、通常燃焼から予混合燃焼への切替時には、気筒内に供給されるＥＧＲガス量を通常燃焼に適した量から予混合燃焼に適した量に速
やかに増量する必要があり、そうしないと切替後の予混合燃焼において過早着火が生じる虞がある。
【００１４】
そこで、上記の燃焼切替制御システムでは、燃焼の切替時において吸気通路容積可変制御手段によって吸気通路の容積が可変制御される。尚、ここでいう吸気通路とは、ＥＧＲ装置が連通する部位より下流側に位置する吸気通路である。即ち、吸気通路の容積を変更することで、その吸気通路内に溜まるＥＧＲガス量が変化することとなる。そこで、比較的多くのＥＧＲガスを要求される予混合燃焼への切替時においては切替前の通常燃焼時に該吸気通路容積を大きくしてそこに貯留されるＥＧＲガスを多くすることで、切替後の予混合燃焼に応じた量のＥＧＲガスを、速やかに気筒内に供給することが可能となる。
【００１５】
一方で、比較的少ないＥＧＲガスを要求される通常燃焼への切替時においては切替前の予混合燃焼時に該吸気通路容積を小さくしてそこに貯留されるＥＧＲガスを少なくすることで、切替後の通常燃焼に応じた量のＥＧＲガスを、速やかに気筒内に供給することが可能となる。
【００１６】
ここで、前記吸気通路容積可変制御手段は、切替後の燃焼形態において必要とされるＥＧＲガス量に基づいて、前記吸気通路の容積を変更するようにしてもよい。即ち、吸気通路容積可変制御手段は、上述したように、切替後の燃焼形態に応じたＥＧＲガスを気筒内に供給すべく、吸気通路容積を変更するものである。
【００１７】
第二に、本発明では、上記した課題を解決するために、予混合燃焼と通常燃焼との切替を行う燃焼切替制御システムにおいて、新気量が比較的多い吸気を貯留する新気用タンクとＥＧＲガス量が比較的多い吸気を貯留するＥＧＲガス用タンクとを備え、切替後の燃焼形態に応じてそれぞれのタンクからの吸気を気筒内に供給することとした。このようにすることで、吸気通路内に残留するＥＧＲガス量を調整することが可能となり、切替後の燃焼形態に応じた量のＥＧＲガスを速やかに気筒内に供給することが可能となる。
【００１８】
詳細には、本発明は、圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを該圧縮着火内燃機関の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、を備え、前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、前記ＥＧＲ装置が前記吸気通路に連通する部位より下流側において、新気量がＥＧＲガス量より多い吸気を溜める新気用タンクおよび前記新気用タンク内の吸気よりＥＧＲガス量が多い吸気を溜めるＥＧＲガス用タンクと、予混合燃焼から通常燃焼への切替時又は通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、切替後の燃焼形態に応じて、前記新気用タンクおよび／または前記ＥＧＲガス用タンクからそれぞれに溜められた吸気を前記吸気通路に供給する吸気制御手段と、を更に備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムである。
【００１９】
切替後の燃焼形態において、それぞれ異なる量のＥＧＲガスが要求されるのは上述の通りである。そこで、燃焼切替時において、切替後に必要とされるＥＧＲガス量もしくはそれと相対的な関係にある新気量を気筒内に供給すべく、吸気制御手段によって吸気用タンクおよび／またはＥＧＲガス用タンクに溜められている吸気量を調整して吸気通路に導くことで、切替後の燃焼形態に応じた量のＥＧＲガスを速やかに気筒内に供給することが可能となる。換言すると、切替後の燃焼形態において比較的ＥＧＲガス量が多く必要とされ
る場合は、吸気制御手段によって、ＥＧＲガス用タンクに溜められている吸気をより多く吸気通路に導き、切替後の燃焼形態において比較的ＥＧＲガス量が多く必要とされない場合は、吸気制御手段によって、新気用タンクに溜められている吸気をより多く吸気通路に導くようにすればよい。
【００２０】
より具体的には、予混合燃焼から通常燃焼へ切り替えられるとき、前記吸気制御手段は、前記新気用タンクに溜められた吸気を前記吸気通路に供給し、前記ＥＧＲガス用タンクに溜められた吸気は該吸気通路に供給しないようにしてもよい。このようにすることで、切替後の通常燃焼において、気筒内に比較的ＥＧＲガス量の少ない吸気を供給することが可能となり、エミッションの悪化が抑制され得る。
【００２１】
また、通常燃焼から予混合燃焼へ切り替えられるとき、前記吸気制御手段は、前記ＥＧＲガス用タンクに溜められた吸気を前記吸気通路に供給し、前記新気用タンクに溜められた吸気は該吸気通路に供給しないようにしてもよい。このようにすることで、切替後の予混合燃焼において、気筒内に比較的ＥＧＲガス量の多い吸気を供給することが可能となり、過早着火が抑制され得る。
【００２２】
ここで、上記の圧縮着火内燃機関の燃焼切替システムにおいて、燃焼の切替完了後、前記新気用タンク内の圧力および／または前記ＥＧＲガス用タンク内の圧力を所定圧力以上とする圧力制御手段を、更に備えるようにしてもよい。ここでいう所定圧力とは、次に各タンクからそれぞれの吸気を吸気通路に十分に供給できるように、各タンクに溜められる吸気量を決定する圧力である。従って、圧力制御手段が備えられることで、次の燃焼切替時において、吸気制御手段による各タンクからの吸気の供給がより円滑に行われ得る。
【００２３】
第三に、本発明では、上記した課題を解決するために、予混合燃焼と通常燃焼との切替を行う燃焼切替制御システムにおいて、新気量が比較的多い吸気が流れる新気用通路とＥＧＲガス量が比較的多い吸気が流れるＥＧＲガス用通路とのそれぞれ独立した吸気通路を備え、切替後の燃焼形態に応じてそれぞれの吸気通路からの吸気を気筒内に供給することとした。このようにすることで、切替後の燃焼形態に応じた量のＥＧＲガスを速やかに気筒内に供給することが可能となる。
【００２４】
詳細には、本発明は、圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを該圧縮着火内燃機関の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、を備え、前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、前記ＥＧＲ装置が前記吸気通路に連通する部位より下流側において、該吸気通路は、新気量がＥＧＲガス量より多い吸気が流れる新気用通路と、前記新気用通路内の吸気よりＥＧＲガス量が多い吸気が流れるＥＧＲガス用通路とで構成され、予混合燃焼から通常燃焼への切替時又は通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、切替後の燃焼形態に応じて、前記新気用通路および／または前記ＥＧＲガス用通路のそれぞれから前記気筒内に流れ込む吸気量を制御する吸気制御手段を更に備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムである。
【００２５】
切替後の燃焼形態において、それぞれ異なる量のＥＧＲガスが要求されるのは上述の通りである。そこで、燃焼切替時において、切替後に必要とされるＥＧＲガス量もしくはそれと相対的な関係にある新気量を気筒内に供給すべく、吸気制御手段によって吸気用通路
および／またはＥＧＲガス用通路を流れている吸気を、それぞれの量を調整した上で気筒内に導くことで、切替後の燃焼形態に応じた量のＥＧＲガスを速やかに気筒内に供給することが可能となる。換言すると、切替後の燃焼形態において比較的ＥＧＲガス量が多く必要とされる場合は、吸気制御手段によって、ＥＧＲガス用通路を流れている吸気をより多く気筒内に導き、切替後の燃焼形態において比較的ＥＧＲガス量が多く必要とされない場合は、吸気制御手段によって、新気用通路を流れている吸気をより多く気筒内に導くようにすればよい。
【００２６】
より具体的には、予混合燃焼から通常燃焼へ切り替えられるとき、前記吸気制御手段は、前記新気用通路を流れる吸気を前記気筒内に供給し、前記ＥＧＲガス用通路を流れる吸気は該気筒内に供給しないようにしてもよい。このようにすることで、切替後の通常燃焼において、気筒内に比較的ＥＧＲガス量の少ない吸気を供給することが可能となり、エミッションの悪化が抑制され得る。
【００２７】
また、通常燃焼から予混合燃焼へ切り替えられるとき、前記吸気制御手段は、前記ＥＧＲガス用通路を流れる吸気を前記気筒内に供給し、前記新気用通路を流れる吸気は該気筒内に供給しないようにしてもよい。このようにすることで、切替後の予混合燃焼において、気筒内に比較的ＥＧＲガス量の多い吸気を供給することが可能となり、過早着火が抑制され得る。
【００２８】
第四に、本発明では、上記した課題を解決するために、予混合燃焼と通常燃焼との切替を行う燃焼切替制御システムにおいて、ＥＧＲ装置によって再循環されるＥＧＲガスの一部を貯留し、切替後の燃焼形態に応じて貯留したＥＧＲガスを吸気通路に供給することとした。このようにすることで、吸気通路内に残留するＥＧＲガス量を調整することが可能となり、切替後の燃焼形態に応じた量のＥＧＲガスを速やかに気筒内に供給することが可能となる。
【００２９】
詳細には、本発明は、圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを該圧縮着火内燃機関の吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、を備え、前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、前記ＥＧＲ装置は、ＥＧＲガスの一部を溜めるＥＧＲガス貯留手段を有し、通常燃焼から予混合燃焼へ切り替えられるとき、前記ＥＧＲガス貯留手段に溜められたＥＧＲガスを前記吸気通路に供給することを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムである。
【００３０】
切替後の予混合燃焼において、比較的多くのＥＧＲガスが要求されるのは上述の通りである。そこで、燃焼切替時において、切替後に必要とされるＥＧＲガス量を気筒内に供給すべく、ＥＧＲガス貯留手段に溜められているＥＧＲガスを吸気通路に導くことで、切替後の予混合燃焼に応じた量のＥＧＲガスを速やかに気筒内に供給することが可能となる。
【００３１】
尚、前記ＥＧＲ装置がＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーを有する場合、前記ＥＧＲガス貯留手段は、前記ＥＧＲクーラーを迂回してＥＧＲガスを流すＥＧＲバイパス通路で構成されてもよい。即ち、ＥＧＲバイパス路に溜められたＥＧＲガスを、燃焼切替の必要時に吸気通路に供給するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
圧縮着火内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、切替後の燃焼状態に応じた量のＥＧＲガスを気筒内に速やかに供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
ここで発明に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という。）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、所定圧に加圧された燃料を貯留する蓄圧室４と接続されている。内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管は排気ポートを介して燃焼室に接続される。ここで、吸気ポートおよび排気ポートには、各々吸気弁および排気弁が設けられている。
【００３５】
また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。更に、吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が、更に吸気絞り弁１０の上流側には、吸気管８を流れる吸気量を検出するエアフローメータ９が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００３６】
エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。ここで、過給機１６は、図２に示すように、低圧側過給機１６ｂと高圧側過給機１６ａが直列に構成される二段過給機である。先ず、排気によって低圧側過給機１６ｂによって一段階目の過給圧に加圧された後に下流の吸気管に設けられた吸気冷却用のインタークーラ１６ｃによって冷却され、更に高圧側過給機１６ａによって目的の過給圧へと加圧される。ここで、過給機１６における高圧側過給機１６ａおよび低圧側過給機１６ｂは、いわゆる可変容量型遠心過給機であって、それぞれの過給機の可変ノズルの開度が調整されることで、最終的に到達する過給圧を細かく調整することが可能となる。
【００３７】
また、過給機１６内部には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は、高圧側過給機１６ａのタービン側から排出された排気の一部を、そのコンプレッサ側へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、タービン側（上流側）からコンプレッサ側（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に、排気の流れに沿って上流側から順に設けられたＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量調整用のＥＧＲ弁２４と、から構成される。
【００３８】
また、過給機１６の高圧側過給機１６ａのタービンに排気が流入するのを回避するための排気バイパス通路１７が、高圧側過給機１６ａの上流側の排気枝管１２の部位から、高圧側過給機１６ａのタービン側と低圧側過給機１６ｂのタービン側の間の排気通路の部位であってＥＧＲ装置２１の排気導入部より下流側の部位へと繋がっている。そして、後者の部位には排気バイパス通路１７における排気の流量を調整する排気流量調整弁１８が設けられている。従って、排気流量調整弁１８が閉弁しているときは、排気は、高圧側過給機１６ａ、低圧側過給機１６ｂのタービン側に順次流れ込むことで、内燃機関１において
比較的高い過給圧を発生させる。このとき、排気の一部はＥＧＲ装置２１によって、高圧側過給機１６ａのコンプレッサ側に再循環される。一方で、排気流量調整弁１８の開度が大きくなるに従い、高圧側過給機１６ａのタービンに流れ込む排気量は減少し、低圧側過給機１６ｂのタービン側に作用する排気エネルギーが大きくなっていく。その結果、排気流量調整弁１８が閉弁されて二段過給される場合と比べて最終的な過給圧が低下する。排気流量調整弁１８による排気流量の調整は、内燃機関１での燃焼に応じて行われ、その制御については後述する。
【００３９】
図１に戻って、過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６における高圧側過給機１６ａによって加圧されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、内燃機関１からの排気を浄化する排気浄化触媒１４が設けられている。
【００４０】
更に、内燃機関１の吸気枝管７には、その容積を可変制御するための容積可変機構１７が備えられている。容積可変機構１７は、その一部が図１に示す矢印方向に移動することで、吸気枝管７の実質的な容積を変更する機構である。
【００４１】
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００４２】
ここで、燃料噴射弁３は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期および燃料噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に応じて、噴射弁毎に制御され、以て内燃機関１において予混合燃焼や、通常燃焼が行われる。内燃機関１で行われる燃焼制御につては、後述する。また、ＥＧＲ弁２４、容積可変機構１７、高圧側過給機１６ａおよび低圧側過給機１６ｂの可変ノズルの開度、排気流量調整弁１８の開度等も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。
【００４３】
更に、アクセル開度センサ２６がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。更に、エアフローメータ９がＥＣＵ２０と電気的に接続され、吸気管８を流れる吸気量をＥＣＵ２０が取得する。
【００４４】
ここで、上記の内燃機関１においては、機関回転速度および機関負荷で表される内燃機関１の運転状態に基づいて、予混合燃焼と通常燃焼との切替が行われる。図３に、内燃機関１の運転状態の属する燃焼領域と内燃機関１で行われる燃焼との関係を示す。尚、図３に示すグラフの横軸は内燃機関１の機関回転速度で、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表す。ここで、内燃機関１の運転状態は機関回転速度と機関負荷とで表され、低負荷側の予混合燃焼領域Ｒ１、高負荷側の通常燃焼領域Ｒ２の何れかの燃焼領域に属する。
【００４５】
内燃機関１の機関負荷が大きくなり燃焼室に供給される燃料量が増大すると、又は機関回転速度が高くなり燃焼室内に予混合気を形成する実質的な時間が短くなると、燃焼室に形成される予混合気が均一とならず、過早着火が生じやすくなる。そこで、内燃機関１の運転状態が、過早着火を回避し得る予混合燃焼領域Ｒ１に属するときは予混合燃焼を行う
ことで、エミッションの改善や燃焼騒音の低減を図る。また、内燃機関１が、過早着火の回避が困難となる通常燃焼領域Ｒ２に属するときは予混合燃焼ではなく、いわゆる拡散燃焼である通常燃焼を行うことで、高機関出力の発揮を図る。
【００４６】
上述したように、内燃機関１の運転状態が属する燃焼領域に応じて、予混合燃焼又は通常燃焼が行われるが、予混合燃焼時には、燃料噴射時期が圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期において燃料噴射弁３から燃料が噴射されることで、気筒２内に予混合気が形成される。そして、予混合燃焼時の過早着火を抑制するために、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属すると、ＥＣＵ２０によってＥＧＲ弁２４の開度が、内燃機関１の運転状態が通常燃焼領域Ｒ２に属する場合よりも開き側に制御され、より多くのＥＧＲガスが吸気枝管７を経て気筒２内に供給される。即ち、予混合燃焼と通常燃焼が行われるときとでは、ＥＧＲ弁２４の開度は、それぞれの燃焼に適した開度に制御される。
【００４７】
また、内燃機関１において予混合燃焼が行われるときは、気筒２内に吸気を導入すべく比較的高い過給圧が要求される。そこで、予混合燃焼時には、排気流量調整弁１８を閉弁状態として内燃機関１における過給圧を上昇させる。一方で、通常燃焼時は、機関負荷が比較的大きいことによって排気枝管１２内の背圧の過度の上昇に伴い燃焼状態が悪化するのを回避するために、排気流量調整弁１８の開度を機関負荷の上昇に従って大きくする。
【００４８】
このように構成される内燃機関１において、内燃機関１の機関負荷が上昇して、内燃機関１の運転状態が属する燃焼領域が予混合燃焼領域Ｒ１から通常燃焼領域Ｒ２へ変化したときは予混合燃焼から通常燃焼への切替を行う必要があり、一方で内燃機関１の機関負荷が下降して、内燃機関１の運転状態が属する燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２から予混合燃焼領域Ｒ１へ変化したときは通常燃焼から予混合燃焼への切替を行う必要がある。また、この燃焼の切替に伴って、それぞれの切替後の燃焼形態に応じた量のＥＧＲガスを供給する必要がある。しかし、ＥＧＲガス量を変化させるべくＥＧＲ弁２４の開度を調整しても、ＥＧＲ通路や吸気管８、吸気枝管７等の容積があるため、直ちに気筒２内に供給されるＥＧＲガス量が目的の量には変化せず、時間遅れが生じる。
【００４９】
ＥＧＲガス量の変化に時間遅れが生じると、切替後の燃焼形態において適量のＥＧＲガスが供給されない期間が生じることになり、その間エミッションの悪化や過早着火の虞がある。そこで、予混合燃焼から通常燃焼への切替時または通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、速やかに気筒２内に供給されるＥＧＲガス量を目的の量とするために、図４に示す燃焼切替制御が行われる。以下に、燃焼切替制御について説明する。尚、図４に示す燃焼切替制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００５０】
Ｓ１０１では、内燃機関１の機関回転速度および機関負荷に基づいて、運転状態が図３に示す予混合燃焼領域Ｒ１もしくは通常燃焼領域Ｒ２の何れに属しているかを判定する。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０２では、Ｓ１０１で判定された燃焼領域が、予混合燃焼領域Ｒ１か否かが判定される。該燃焼領域が予混合燃焼領域Ｒ１であるときはＳ１０３へ進み、該燃焼領域が予混合燃焼領域Ｒ１でない場合はＳ１０４へ進む。
【００５１】
Ｓ１０３では、吸気枝管７の容積が最小となるように容積可変機構１７が駆動される。この結果、内燃機関１で予混合燃焼が行われている状態において、吸気枝管７に溜められるＥＧＲガス量はその容積に応じて少なくなる。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００５２】
Ｓ１０４では、吸気枝管７の容積が最大となるように容積可変機構１７が駆動される。
この結果、内燃機関１で通常燃焼が行われている状態において、吸気枝管７に溜められるＥＧＲガス量はその容積に応じて多くなる。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００５３】
Ｓ１０５では、内燃機関１の運転状態の変動により、燃焼形態が切り替えられるか否かが判定される。即ち、予混合燃焼が行われていたときは通常燃焼へ、通常燃焼が行われていたときは予混合燃焼への切り替えが行われるかが判定される。燃焼形態が切り替えられると判定されるとＳ１０６へ進み、燃焼形態が切り替えられないと判定されると本制御を終了する。
【００５４】
Ｓ１０６では、容積可変機構１７の駆動によって、吸気枝管１７の容積を切替後の燃焼形態に応じて変更する。具体的には、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われるときは、切替後の通常燃焼に合わせて、吸気枝管７の容積をＳ１０３で設定された最小状態から最大状態に変更する。また、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われるときは、切替後の予混合燃焼に合わせて、吸気枝管７の容積をＳ１０４で設定された最大状態から最小状態に変更する。Ｓ１０６の処理後、本制御を終了する。
【００５５】
本制御によると、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われるときは、吸気枝管７において、そこに溜められているＥＧＲガス量が比較的少ない状態からの燃焼切替となる。従って、切替後の通常燃焼においては、気筒２内に流入するＥＧＲガス量は比較的少ない。更に、燃焼切替後は吸気枝管７の容積は拡大されるため、切替後の通常燃焼において気筒２内に供給し得る新気量は多くなる。その結果、切替後の通常燃焼において、その燃焼を良好に維持することが容易となる。
【００５６】
また、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われるときは、吸気枝管７においてその容積は拡大されているため、そこに溜められているＥＧＲガス量は比較的多い状態からの燃焼切替となる。従って、切替後の予混合燃焼においては、気筒２内に流入するＥＧＲガス量は比較的多い。更に、燃焼切替後は吸気枝管７の容積は縮小されるため、切替後の予混合燃焼において気筒２内に供給し得る新気量は少なくなる。その結果、切替後の予混合燃焼において、吸気におけるＥＧＲガスの占める割合を大きくし、その燃焼を良好に維持することが容易となる。
【００５７】
ここで、図１に示す内燃機関１において速やかに気筒２内に供給されるＥＧＲガス量を目的の量とするための燃焼切替制御の他の実施例を図５に示す。尚、図５に示す燃焼切替制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００５８】
図５に示す燃焼切替制御は、予混合燃焼から通常燃焼への切替時に行われる燃焼切替制御である。Ｓ２０１では、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属しているか否かが判定される。内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属していると判定されるとＳ２０２へ進み、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属していないと判定されると本制御を終了する。
【００５９】
Ｓ２０２では、内燃機関１において機関加速が開始されたか否かが判定される。換言すると、内燃機関１で行われている予混合燃焼が通常燃焼へと移行するか否かの推測が行われる。機関加速が開始されると判定されると、即ち予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われると推測されると、Ｓ２０３へ進む。一方で、機関加速は開始されないと判定されると、即ち予混合燃焼から通常燃焼への切替は行われないと推測されると、本制御を終了する。
【００６０】
Ｓ２０３では、吸気量誤差の値が所定値Ｋ１以上であるか否かが判定される。ここで、
吸気量誤差とは、内燃機関１で行われている燃焼に本来必要とされる吸気量と、実際に内燃機関１に供給されている吸気量（エアフローメータ９によって検出される吸気量）との差である。吸気量は気筒に供給されるＥＧＲガス量とも関連しており、気筒に供給されるＥＧＲガス量が本来あるべき量よりも多くなると吸気量が減少し、吸気量誤差が拡大する。この所定値Ｋ１は、吸気量誤差が内燃機関１における燃焼に影響を及ぼす程度に大きいか否かを判定するための閾値である。そして、吸気量誤差が所定値Ｋ１以上であると判定されるとＳ２０４へ進み、吸気量誤差が所定値Ｋ１以上ではないと判定されるとＳ２０５へ進む。
【００６１】
Ｓ２０４では、吸気枝管７の容積が最小となるように容積可変機構１７が駆動される。これにより、吸気枝管７に溜められるＥＧＲガス量が少なくなり、結果として吸気量誤差が減少する。Ｓ２０４の処理後、本制御を終了する。
【００６２】
Ｓ２０５では、吸気枝管７の容積が最大となるように容積可変機構１７が駆動される。これにより、吸気量誤差を所定値Ｋ１未満とした状態で吸気枝管７に、より多くの吸気を確保し、内燃機関１の機関出力に反映させることが可能となる。Ｓ２０５の処理後、本制御を終了する。
【００６３】
本制御によると、予混合燃焼から通常燃焼への切替が予測されるとき、吸気量誤差に基づいて吸気枝管７の容積が可変制御される。吸気量誤差が所定値Ｋ１以上となり、燃焼切替時において比較的多量のＥＧＲガスが気筒内に供給されているときは、吸気枝管７の容積を低減させることでＥＧＲガスの供給量を低減し、通常燃焼への切替を円滑に行い得る。また、吸気量誤差が所定値未満のときは、吸気枝管７の容積を最大として機関出力の発揮を十分に行い得る。
【実施例２】
【００６４】
図６に、本発明の第二の実施例に係る燃焼切替制御システムが適用される内燃機関１を示す。内燃機関１の構成要素において、図１に示す内燃機関１の構成要素と同一のものについては同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。図６に示す内燃機関１が図１に示す内燃機関１と異なる点は、吸気枝管７に容積可変機構が設けられていない点と、吸気管８に並列に吸気を溜めるタンクが設けられている点である。以下に、その相違点について詳細に説明する。
【００６５】
吸気管８の途中に設けられたインタークーラ１５をバイパスするように、第一バイパス通路３２と第二バイパス通路３３が設けられている。そして、第一バイパス通路３２には、比較的ＥＧＲガスを多く含む吸気を溜めておくＥＧＲガス用タンク３０と、そこに入り込む吸気量を調整する第一吸気流入弁３４と、そこから流れ出る吸気量を調整する第一吸気流出弁３６が設けられている。また、第二バイパス通路３３には、比較的新気を多く含む吸気を溜めておく新気用タンク３１と、そこに入り込む吸気量を調整する第二吸気流入弁３５と、そこから流れ出る吸気量を調整する第二吸気流出弁３７が設けられている。これらの、第一吸気流入弁３４、第一吸気流出弁３６、第二吸気流入弁３５、第二吸気流出弁３７は、ＥＣＵ２０によってその開度が制御される。
【００６６】
ここで、図６に示す内燃機関１において、予混合燃焼から通常燃焼への切替時または通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、速やかに気筒２内に供給されるＥＧＲガス量を目的の量とするための燃焼切替制御について、図７に基づいて説明する。尚、図７に示す燃焼切替制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００６７】
Ｓ３０１では、上述したＳ１０１と同様に、内燃機関１の機関回転速度および機関負荷に基づいて、運転状態が図３に示す予混合燃焼領域Ｒ１もしくは通常燃焼領域Ｒ２の何れ
に属しているかを判定する。Ｓ３０１の処理が終了すると、Ｓ３０２へ進む。Ｓ３０２では、上述したＳ１０２と同様に、Ｓ３０１で判定された燃焼領域が、予混合燃焼領域Ｒ１か否かが判定される。該燃焼領域が予混合燃焼領域Ｒ１であるときはＳ３０３へ進み、該燃焼領域が予混合燃焼領域Ｒ１でない場合はＳ３０６へ進む。
【００６８】
Ｓ３０３では、ＥＧＲガス用タンク３０に吸気を充填する。この時点においては、内燃機関１では予混合燃焼が行われているため、ＥＧＲ装置２１によって多量のＥＧＲガスが吸気管８に再循環されている。従って、Ｓ３０３で充填される吸気は、ＥＧＲガスを比較的多く含む吸気である。該吸気の充填は、第一吸気流入弁３４を開け、且つ第一吸気流出弁３６を閉じた状態で、ＥＧＲガス用タンク３０内の圧力が所定圧に至るまで行われる。この所定圧は、ＥＧＲガス用タンク３０内に溜める吸気量が目標となる量に至っているかを反映させるための圧力である。Ｓ３０３の処理が終了すると、Ｓ３０４へ進む。
【００６９】
Ｓ３０４では、内燃機関１の運転状態の変動により、それが属している燃焼領域が予混合燃焼領域Ｒ１から通常燃焼領域Ｒ２に切り替えられたか否かが判定される。該燃焼領域が予混合燃焼領域Ｒ１から通常燃焼領域Ｒ２に切り替えられたと判定されるとＳ３０５へ進み、一方で該燃焼領域が予混合燃焼領域Ｒ１から通常燃焼領域Ｒ２に切り替えられていないと判定されると再びＳ３０４の処理が行われる。
【００７０】
Ｓ３０５では、新気用タンク３１内に溜められた吸気が吸気管８に放出される。該吸気は後述するようにＳ３０６の処理によって新気用タンク３１内に溜められる吸気であって、新気を比較的多く含む吸気である。該吸気の放出は、第二吸気流入弁３５を閉じ、且つ第二吸気流出弁３７を開けた状態で行われる。Ｓ３０５の処理後、本制御を終了する。
【００７１】
次に、Ｓ３０６では、燃料噴射弁３からの燃料噴射量が所定量Ｑ１以上であるか否かが判定される。ここで、所定量Ｑ１とは、内燃機関１で通常燃焼が行われているときに、高負荷のためＥＧＲ装置２１によって再循環されるＥＧＲガスがほぼ零となるときの燃料噴射量である。燃料噴射量が所定量Ｑ１以上となるときは、内燃機関１の機関負荷は比較的高い。燃料噴射量が所定量Ｑ１以上であると判定されるとＳ３０７へ進み、燃料噴射量が所定量Ｑ１以上ではないと判定されるとＳ３０８へ進む。
【００７２】
Ｓ３０７では、新気用タンク３１に吸気を充填する。この時点においては、内燃機関１では通常燃焼が行われ、且つＥＧＲガス量はほぼ零である。従って、Ｓ３０７で充填される吸気は、新気を比較的多く含む吸気である。該吸気の充填は、第二吸気流入弁３５を開け、且つ第二吸気流出弁３７を閉じた状態で、新気用タンク３１内の圧力が所定圧に至るまで行われる。この所定圧は、新気用タンク３１内に溜める吸気量が目標となる量に至っているかを反映させるための圧力である。Ｓ３０７の処理が終了すると、Ｓ３０８へ進む。
【００７３】
Ｓ３０８では、内燃機関１の運転状態の変動により、それが属している燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２から予混合燃焼領域Ｒ１に切り替えられたか否かが判定される。該燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２から予混合燃焼領域Ｒ１に切り替えられたと判定されるとＳ３０９へ進み、一方で該燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２から予混合燃焼領域Ｒ１に切り替えられていないと判定されると再びＳ３０８の処理が行われる。
【００７４】
Ｓ３０９では、ＥＧＲガス用タンク３０内に溜められた吸気が吸気管８に放出される。該吸気は上述したＳ３０３の処理によってＥＧＲガス用タンク３０内に溜められる吸気であって、ＥＧＲガスを比較的多く含む吸気である。該吸気の放出は、第一吸気流入弁３４を閉じ、且つ第一吸気流出弁３６を開けた状態で行われる。Ｓ３０９の処理後、本制御を終了する。
【００７５】
本制御によると、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われるときは、新気用タンク３１から新気を多く含む吸気が吸気管８に供給される。従って、切替後の通常燃焼においては、気筒２内に流入するＥＧＲガス量は比較的少なく、その結果、切替後の通常燃焼においてその燃焼を良好に維持することが容易となる。また、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われるときは、ＥＧＲガス用タンク３０からＥＧＲガスを多く含む吸気が吸気管８に供給される。従って、切替後の予混合燃焼においては、気筒２内に流入するＥＧＲガス量は比較的多く、その結果、切替後の予混合燃焼においてその燃焼を良好に維持することが容易となる。
【００７６】
尚、本制御の終了後、吸気が放出されたＥＧＲガス用タンク３０または新気用タンク３１内の圧力を上述した所定圧になるように、第一吸気流入弁３４または第二吸気流入弁３５の開度を調整してもよい。これにより、次の燃焼切替に備えて各タンクに十分量の吸気を溜めることが可能となる。
【００７７】
ここで、図６に示す内燃機関１において速やかに気筒２内に供給されるＥＧＲガス量を目的の量とするための燃焼切替制御の他の実施例を図８に示す。尚、図８に示す燃焼切替制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。図８に示す燃焼切替制御中の処理において、図７に示す燃焼切替制御中の処理と同一の処理については、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７８】
本制御においては、Ｓ３０３の処理が終了すると、Ｓ４０１へ進む。尚、Ｓ３０２で予混合燃焼領域に運転状態が属していないと判定されると、本制御を終了する。Ｓ４０１では、内燃機関１において機関減速が要求されているか否かが判定される。具体的には、アクセル開度センサ２６からの信号が、開度が零の信号である場合、内燃機関１に対して機関減速が要求されていると判定される。内燃機関１において機関減速が要求されていると判定されるとＳ４０２へ進み、内燃機関１において機関減速が要求されていないと判定されると本制御を終了する。
【００７９】
Ｓ４０２では、Ｓ４０１における機関減速要求に応じて、燃料噴射弁３からの燃料噴射が中断（カット）される。当然、このときは、燃料噴射が中断されることで、排気の生成も中断し、ＥＧＲ装置２１によって再循環されるＥＧＲガスもなくなる。Ｓ４０２の処理が終了すると、Ｓ４０３へ進む。
【００８０】
Ｓ４０３では、内燃機関１において機関加速が要求されているか否かが判定される。具体的には、アクセル開度センサ２６からの信号が、開度が零の信号でなくなった場合、内燃機関１に対して機関加速が要求されていると判定される。内燃機関１において機関加速が要求されていると判定されるとＳ４０４へ進み、内燃機関１において機関加速が要求されていないと判定されると再びＳ４０２以降の処理が行われ、燃料噴射の中断が継続される。
【００８１】
Ｓ４０４では、Ｓ４０３における機関加速要求に応じて、燃料噴射弁３からの燃料噴射が開始されるとともに、ＥＧＲガス用タンク３０内に溜められた吸気が吸気管８に放出される。該吸気は上述したＳ３０３の処理によってＥＧＲガス用タンク３０内に溜められる吸気であって、ＥＧＲガスを比較的多く含む吸気である。Ｓ４０４の処理後、本制御を終了する。
【００８２】
本制御によると、燃料噴射が中断されてＥＧＲガスの発生が無い状態から予混合燃焼を開始するとき、ＥＧＲガス用タンク３０からＥＧＲガスを多く含む吸気が吸気管８に供給される。従って、再開される予混合燃焼において気筒２内に流入するＥＧＲガス量は比較
的多く、その結果、切替後の予混合燃焼において過早着火を抑制し、その燃焼を良好に維持することが容易となる。
【実施例３】
【００８３】
図９に、本発明の第三の実施例に係る燃焼切替制御システムが適用される内燃機関１を示す。内燃機関１の構成要素において、図１に示す内燃機関１の構成要素と同一のものについては同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。図９に示す内燃機関１が図１に示す内燃機関１と異なる点は、吸気枝管７に容積可変機構が設けられていない点と、吸気枝管７が三本の独立した吸気通路によって構成されている点である。以下に、その相違点について詳細に説明する。
【００８４】
内燃機関１の吸気枝管は、三本の独立した吸気通路７ａ、７ｂ、７ｃで構成される。吸気通路７ａ、７ｂ、７ｃからは、それぞれ吸気ポートを経て各気筒２内に吸気が流れ込む。具体的には、吸気管８が吸気枝管と接続されるポイントから下流側において、吸気通路７ａ、７ｂ、７ｃに分かれている。そのうち吸気通路７ａには、比較的ＥＧＲガスを多く含む吸気を溜めておくべく、吸気通路７ａに入り込む吸気量を調整する第一吸気流入弁４０と、吸気通路７ａから流れ出る吸気量を調整する第一吸気流出弁４１が設けられている。そこで、吸気通路７ａを、ＥＧＲガス用通路７ａとも称する。また、吸気通路７ｂには、比較的新気を多く含む吸気を溜めておくべく、吸気通路７ｂに入り込む吸気量を調整する第二吸気流入弁４２と、吸気通路７ｂから流れ出る吸気量を調整する第二吸気流出弁４３が設けられている。そこで、吸気通路７ｂを、新気用通路７ｂとも称する。尚、吸気通路７ｃには、弁の類は設けられていない。これらの、第一吸気流入弁４０、第一吸気流出弁４１、第二吸気流入弁４２、第二吸気流出弁４３は、ＥＣＵ２０によってその開度が制御される。
【００８５】
ここで、図９に示す内燃機関１において、予混合燃焼から通常燃焼への切替時または通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、速やかに気筒２内に供給されるＥＧＲガス量を目的の量とするための燃焼切替制御について、図１０に基づいて説明する。尚、図１０に示す燃焼切替制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。図１０に示す燃焼切替制御中の処理において、図７に示す燃焼切替制御中の処理と同一の処理については、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００８６】
本制御においては、図７に示す燃焼切替制御中の処理Ｓ３０３、Ｓ３０５、Ｓ３０７、Ｓ３０９に代わって、それぞれＳ５０１、Ｓ５０２、Ｓ５０３、Ｓ５０４が行われる。Ｓ５０１では、ＥＧＲガス用通路７ａに吸気を充填する。この時点においては、内燃機関１では予混合燃焼が行われているため、ＥＧＲ装置２１によって多量のＥＧＲガスが吸気管８に再循環されている。従って、Ｓ５０１で充填される吸気は、ＥＧＲガスを比較的多く含む吸気である。該吸気の充填は、第一吸気流入弁４０を開け、且つ第一吸気流出弁４１を閉じた状態で行われる。Ｓ５０１の処理が終了すると、Ｓ３０４へ進む。
【００８７】
Ｓ５０２では、新気用通路７ｂ内に溜められた吸気が気筒２内に放出される。該吸気は後述するようにＳ５０３の処理によって新気用通路７ｂ内に溜められる吸気であって、新気を比較的多く含む吸気である。該吸気の放出は、第二吸気流入弁４２を閉じ、且つ第二吸気流出弁４３を開けた状態で行われる。Ｓ５０２の処理後、本制御を終了する。
【００８８】
Ｓ５０３では、新気用通路７ｂに吸気を充填する。この時点においては、内燃機関１では通常燃焼が行われ、且つＥＧＲガス量はほぼ零である。従って、Ｓ５０３で充填される吸気は、新気を比較的多く含む吸気である。該吸気の充填は、第二吸気流入弁４２を開け、且つ第二吸気流出弁４３を閉じた状態で行われる。Ｓ５０３の処理が終了すると、Ｓ３０８へ進む。
【００８９】
Ｓ５０４では、ＥＧＲガス用通路７ａ内に溜められた吸気が気筒２内に放出される。該吸気は上述したＳ５０１の処理によってＥＧＲガス用通路７ａ内に溜められる吸気であって、ＥＧＲガスを比較的多く含む吸気である。該吸気の放出は、第一吸気流入弁４０を閉じ、且つ第一吸気流出弁４１を開けた状態で行われる。Ｓ５０４の処理後、本制御を終了する。
【００９０】
本制御によると、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われるときは、新気用通路７ｂから新気を多く含む吸気が気筒２内に供給される。従って、切替後の通常燃焼においては、気筒２内に流入するＥＧＲガス量は比較的少なく、その結果、切替後の通常燃焼においてその燃焼を良好に維持することが容易となる。また、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われるときは、ＥＧＲガス用通路７ａからＥＧＲガスを多く含む吸気が気筒２内に供給される。従って、切替後の予混合燃焼においては、気筒２内に流入するＥＧＲガス量は比較的多く、その結果、切替後の予混合燃焼においてその燃焼を良好に維持することが容易となる。
【００９１】
ここで、図９に示す内燃機関１において速やかに気筒２内に供給されるＥＧＲガス量を目的の量とするための燃焼切替制御の他の実施例を図１１に示す。尚、図１１に示す燃焼切替制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。図１１に示す燃焼切替制御中の処理において、図７、８に示す燃焼切替制御中の処理と同一の処理については、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９２】
本制御においては、図８に示す燃焼切替制御中の処理Ｓ３０３、Ｓ４０４に代わって、それぞれＳ６０１、Ｓ６０２が行われる。Ｓ６０１では、上述のＳ５０１と同様に、ＥＧＲガス用通路７ａにＥＧＲガスを比較的多く含む吸気を充填する。Ｓ６０１の処理が終了すると、Ｓ４０１へ進む。Ｓ６０２では、Ｓ４０３における機関加速要求に応じて、燃料噴射弁３からの燃料噴射が開始されるとともに、ＥＧＲガス用通路７ａ内に溜められた吸気が気筒２内に放出される。該吸気は上述したＳ６０１の処理によってＥＧＲガス用通路７ａ内に溜められる吸気であって、ＥＧＲガスを比較的多く含む吸気である。Ｓ６０２の処理後、本制御を終了する。
【００９３】
本制御によると、燃料噴射が中断されてＥＧＲガスの発生が無い状態から予混合燃焼を開始するとき、ＥＧＲガス用通路７ａからＥＧＲガスを多く含む吸気が気筒２内に供給される。従って、再開される予混合燃焼において気筒２内に流入するＥＧＲガス量は比較的多く、その結果、切替後の予混合燃焼において過早着火を抑制し、その燃焼を良好に維持することが容易となる。
【実施例４】
【００９４】
図１２に、本発明の第四の実施例に係る燃焼切替制御システムが適用される内燃機関１を示す。内燃機関１の構成要素において、図１に示す内燃機関１の構成要素と同一のものについては同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。図１２に示す内燃機関１が図１に示す内燃機関１と異なる点は、吸気枝管７に容積可変機構が設けられていない点と、ＥＧＲ装置２１においてＥＧＲクーラー２３をバイパスするバイパス通路が設けられている点である。以下に、その相違点について詳細に説明する。
【００９５】
図１３に、図１２に示す内燃機関の一部を構成する過給機１６の詳細が示されている。本実施例における過給機１６に備えられているＥＧＲ装置２１は、ＥＧＲ通路２２、ＥＧＲクーラー２３、ＥＧＲ弁２４で構成されているのは上述の通りである。そして、ＥＧＲ装置２１には、ＥＧＲクーラー２３をバイパスして排気を流すＥＧＲバイパス通路５０が設けられている。更に、ＥＧＲバイパス通路５０には、ＥＧＲガスを溜めておくべく、Ｅ
ＧＲバイパス通路５０に入り込むＥＧＲガス量を調整するＥＧＲガス流入弁５２と、ＥＧＲバイパス通路５０から流れ出るＥＧＲガスを調整するＥＧＲガス流出弁５１が設けられている。これらのＥＧＲガス流入弁５２とＥＧＲガス流出弁５１は、ＥＣＵ２０によってその開度が制御される。
【００９６】
ここで、図１２に示す内燃機関１において、通常燃焼から予混合燃焼への切替時に、速やかに気筒２内に供給されるＥＧＲガス量を目的の量とするための燃焼切替制御について、図１４に基づいて説明する。尚、図１４に示す燃焼切替制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００９７】
Ｓ７０１では、上述したＳ１０１と同様に、内燃機関１の機関回転速度および機関負荷に基づいて、運転状態が図３に示す予混合燃焼領域Ｒ１もしくは通常燃焼領域Ｒ２の何れに属しているかを判定する。Ｓ７０１の処理が終了すると、Ｓ７０２へ進む。Ｓ７０２では、Ｓ７０１で判定された燃焼領域が、通常燃焼領域Ｒ２か否かが判定される。該燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２であるときはＳ７０３へ進み、該燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２でない場合は本制御を終了する。
【００９８】
Ｓ７０３では、ＥＧＲバイパス通路５０にＥＧＲガスを充填する。該ＥＧＲガスの充填は、ＥＧＲガス流入弁５２を開け、且つＥＧＲガス流出弁５１を閉じた状態で行われる。Ｓ７０３の処理が終了すると、Ｓ７０４へ進む。
【００９９】
Ｓ７０４では、内燃機関１の運転状態の変動により、それが属している燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２から予混合燃焼領域Ｒ１に切り替えられたか否かが判定される。該燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２から予混合燃焼領域Ｒ１に切り替えられたと判定されるとＳ７０５へ進み、一方で該燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２から予混合燃焼領域Ｒ１に切り替えられていないと判定されると再びＳ７０４の処理が行われる。
【０１００】
Ｓ７０５では、ＥＧＲバイパス通路５０内に溜められたＥＧＲが、ＥＧＲ通路２２を介して吸気管８に放出される。該ＥＧＲガスの放出は、ＥＧＲガス流入弁５２を閉じ、且つＥＧＲガス流出弁５１を開けた状態で行われる。Ｓ７０５の処理後、本制御を終了する。
【０１０１】
本制御によると、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われるときは、ＥＧＲバイパス通路５０からＥＧＲガスが吸気管８に供給される。従って、切替後の予混合燃焼においては、気筒２内に流入するＥＧＲガス量が速やかに多くなり、その結果、切替後の予混合燃焼においてその燃焼を良好に維持することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第一の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムが適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムに用いられる二段過給機の概略構成を表す図である。
【図３】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、圧縮着火内燃機関の運転状態が属する燃焼領域を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃焼切替時に行われる燃焼切替制御に関する第一のフローチャートである。
【図５】本発明の第一の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃焼切替時に行われる燃焼切替制御に関する第二のフローチャートである。
【図６】本発明の第二の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムが適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。
【図７】本発明の第二の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃焼切替時に行われる燃焼切替制御に関する第一のフローチャートである。
【図８】本発明の第二の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃焼切替時に行われる燃焼切替制御に関する第二のフローチャートである。
【図９】本発明の第三の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムが適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。
【図１０】本発明の第三の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃焼切替時に行われる燃焼切替制御に関する第一のフローチャートである。
【図１１】本発明の第三の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃焼切替時に行われる燃焼切替制御に関する第二のフローチャートである。
【図１２】本発明の第四の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムが適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。
【図１３】本発明の第四の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムに用いられる二段過給機の概略構成を表す図である。
【図１４】本発明の第四の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃焼切替時に行われる燃焼切替制御に関するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０３】
１・・・・圧縮着火内燃機関（内燃機関）
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
７・・・・吸気枝管
７ａ・・・・ＥＧＲガス用通路（吸気通路）
７ｂ・・・・新気用通路（吸気通路）
７ｃ・・・・吸気通路
８・・・・吸気管
９・・・・エアフローメータ
１６・・・・過給機
１７・・・・容積可変機構
１８・・・・排気流量調整弁
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・ＥＧＲ装置
２２・・・・ＥＧＲ通路
２３・・・・ＥＧＲクーラー
２４・・・・ＥＧＲ弁
２５・・・・クランクポジションセンサ
２６・・・・アクセル開度センサ
３０・・・・ＥＧＲガス用タンク
３１・・・・新気用タンク
３２・・・・第一バイパス通路
３３・・・・第二バイパス通路
３４・・・・第一吸気流入弁
３５・・・・第二吸気流入弁
３６・・・・第一吸気流出弁
３７・・・・第二吸気流出弁
４０・・・・第一吸気流入弁
４１・・・・第一吸気流出弁
４２・・・・第二吸気流入弁
４３・・・・第二吸気流出弁
５０・・・・ＥＧＲバイパス通路
５１・・・・ＥＧＲガス流出弁
５２・・・・ＥＧＲガス流入弁
Ｒ１・・・・予混合燃焼領域
Ｒ２・・・・通常燃焼領域
【図１】
2006220118.tif 000003
【図２】
2006220118.tif 000004
【図３】
2006220118.tif 000005
【図４】
2006220118.tif 000006
【図５】
2006220118.tif 000007
【図６】
2006220118.tif 000008
【図７】
2006220118.tif 000009
【図８】
2006220118.tif 000010
【図９】
2006220118.tif 000011
【図１０】
2006220118.tif 000012
【図１１】
2006220118.tif 000013
【図１２】
2006220118.tif 000014
【図１３】
2006220118.tif 000015
【図１４】
2006220118.tif 000016