(57)【要約】【課題】本発明の目的は、多気筒内燃機関において、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な負荷領域を実質的に拡大することが可能な技術を提供することである。【解決手段】本発明は、低温燃焼状態と通常燃焼状態とを選択的に切換える多気筒内燃機関において、低温燃焼状態を選択する場合、作動させる気筒毎の負荷が、多少の吸気量変動等の外乱に影響されることなく、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な負荷領域内となるように、燃料を供給し作動させる気筒の数を設定するものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有すると共に、排気ガスの一部を吸気系に再循環させる排気再循環手段を有し、再循環排気ガスが前記排気再循環手段によって燃焼室に供給されることにより増加する煤の発生量がピークとなるときの前記再循環排気ガスの量よりも、前記燃焼室に供給される前記再循環排気ガスの量を多くすることで、煤の発生量が抑制される低温燃焼状態と、該低温燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態とを選択的に切換える多気筒内燃機関の気筒制御装置において、
前記低温燃焼状態を選択するときには、作動気筒毎の負荷が、燃焼状態を安定して前記低温燃焼状態とすることが可能な所定負荷領域内となるように、前記作動気筒の数を設定する作動気筒数設定手段を備えることを特徴とする多気筒内燃機関の気筒制御装置。
【請求項２】
前記作動気筒数設定手段は、前記作動気筒毎の負荷が、前記所定負荷領域内における最大の負荷となるように、前記作動気筒の数を設定することを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃機関の気筒制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒内燃機関において、作動させる気筒数を運転状態に応じて制御する多気筒内燃機関の気筒制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、多気筒内燃機関において、燃費向上のために、燃料を供給する気筒の数を負荷または車速に応じて変動させる多気筒内燃機関の気筒制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、排気ガスを吸気通路に再循環させる排気ガス再循環通路を備え、再循環排気ガスが燃焼室に供給されることによって増加する煤の発生量がピークとなるときの再循環排気ガスの量よりも、燃焼室に供給される再循環排気ガスの量を多くすることで、煤の発生量が抑制される燃焼状態、いわゆる低温燃焼状態で運転を行う内燃機関が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５２−６１６３６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３６９２３号公報
【特許文献３】
特開平０５−１６３９７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関において燃焼状態を低温燃焼状態とするためには、上述したように、燃焼室に供給される再循環排気ガスの量を煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも増加させる（例えば、ＥＧＲ率を略５５％以上とする）必要がある。しかしながら、内燃機関が高負荷で運転している場合は、吸気量が多くなるため、燃焼室に供給する再循環排気ガスの量を煤の発生量がピークとなる量よりも増加させることが出来ない。また、内燃機関が非常に低い負荷で運転している場合は、吸気量が非常に少ないため、燃焼室に供給される再循環排気ガスの量を増加させると安定した燃焼を行うことが困難となる。そのため、内燃機関において、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な負荷領域は限られている。
【０００６】
そこで本発明の目的は、多気筒内燃機関において、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な負荷領域を実質的に拡大することが可能な技術を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下のような手段を採用した。
即ち、本発明は、低温燃焼状態と通常燃焼状態とを選択的に切換える多気筒内燃機関において、低温燃焼状態を選択する場合、作動させる気筒毎の負荷が、多少の吸気量変動等の外乱に影響されることなく、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な負荷領域内となるように、燃料を供給し作動させる気筒の数を設定するものである。
【０００８】
より詳しくは、本発明に係る多気筒内燃機関の気筒制御装置は、
複数の気筒を有すると共に、排気ガスの一部を吸気系に再循環させる排気再循環手段を有し、再循環排気ガスが前記排気再循環手段によって燃焼室に供給されることにより増加する煤の発生量がピークとなるときの前記再循環排気ガスの量よりも、前記燃焼室に供給される前記再循環排気ガスの量を多くすることで、煤の発生量が抑制される低温燃焼状態と、該低温燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態とを選択的に切換える多気筒内燃機関の気筒制御装置において、
前記低温燃焼状態を選択するときには、作動気筒毎の負荷が、燃焼状態を安定して前記低温燃焼状態とすることが可能な所定負荷領域内となるように、前記作動気筒の数を設定する作動気筒数設定手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、作動気筒とは作動させる気筒、即ち燃料を供給する気筒のことである。
【００１０】
例えば、本発明に係る多気筒内燃機関にでは、燃焼状態を低温燃焼状態とする必要があるときに、作動気筒毎の負荷が、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な所定負荷領域よりも小さい場合、作動気筒の数を減少させる。
【００１１】
作動気筒の数を減少させることによって、作動気筒毎の負荷を相対的に大きくすることが出来る。そのため、機関全体としては要求負荷を満たしつつ、作動気筒毎の負荷を前記所定負荷領域内とすることが可能となる。
【００１２】
一方、例えば、本発明に係る多気筒内燃機関では、燃焼状態を低温燃焼状態とする必要があるときに、作動気筒毎の負荷が、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な所定負荷領域よりも大きい場合、作動気筒の数を増加させる。
【００１３】
作動気筒の数を増加させることによって、作動気筒毎の負荷を相対的に小さくすることが出来る。そのため、前記と同様に、機関全体としては要求負荷を満たしつつ、作動気筒毎の負荷を前記所定負荷領域内とすることが可能となる。
【００１４】
上述したように、本発明に係る多気筒内燃機関の気筒制御装置によれば、作動気筒の数を変動させることによって、機関全体としては要求負荷を満たしつつ、作動気筒毎の負荷を前記所定負荷領域内とすることが可能となる。従って、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な負荷領域が機関全体としては拡大することになる。
【００１５】
また、本発明に係る多気筒内燃機関の気筒制御装置において、作動気筒毎の負荷が、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な所定負荷領域内における最大の負荷となるように、作動気筒の数を設定しても良い。
【００１６】
内燃機関においては、一般的に、高負荷運転時に燃費が良好となる傾向がある。そのため、作動気筒毎の負荷を前記所定負荷領域内における最大の負荷とすることによって、より広い負荷領域で燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能となると共に、燃費を向上させることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多気筒内燃機関の気筒制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明を車両用ディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る多気筒内燃機関の概略構成を示す図である。
【００１９】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼル機関である。
【００２０】
内燃機関１は、各気筒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。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。該コモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００２１】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。前記燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２２】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２３】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電圧が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２の燃焼室へ燃料が噴射される。
【００２４】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【００２５】
前記吸気枝管８は、吸気管９と接続され、前記吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。該エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａと、該コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６と、が取り付けられている。
【００２６】
さらに、前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。前記吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００２７】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が各気筒２の燃焼室と排気ポート３０を介して連通している。
【００２８】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。該タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続されている。該排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００２９】
前記排気管１９の途中には、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害ガス成分を浄化するために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒等のような排気浄化触媒２０が配置されている。
【００３０】
排気浄化触媒２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４とが取り付けられている。
【００３１】
また、内燃機関１には、該内燃機関１の排気系を流れる排気の一部を吸気系へ再循環させる排気再循環装置４０が設けられている。排気再循環装置４０は、排気枝管１８からシリンダヘッド内を通って吸気枝管８の集合部に至るよう形成された排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５と、電磁弁等からなり印加電圧の大きさに応じてＥＧＲ通路２５内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を調整する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６と、ＥＧＲ弁２６より上流のＥＧＲ通路２５に設けられ該ＥＧＲ通路２５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７とを備えている。
【００３２】
このように構成された排気再循環機装置４０では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、排気枝管１８内を流れる排気の一部が、前記ＥＧＲ通路２５を通り、ＥＧＲクーラによって冷却され、吸気支管８の集合部へ流入する。吸気支管８へ流入したＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ分配され、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００３３】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低くなり、以て窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が抑制される。
【００３４】
以上述べたように構成された内燃機関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（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、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の運転状態を制御するユニットである。
【００３５】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００３６】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、ＥＧＲ弁２６等が電気配線を介して接続され、上記した各部がＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００３７】
ＥＣＵ３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、例えば、空燃比センサ２３や排気温度センサ２４の出力信号等に基づき排気浄化触媒２０に流入する排気の空燃比をフィードバック制御する。また、ＥＣＵ３５は、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔等に基づいて機関回転数を算出し、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）等に基づき要求負荷を算出する。
【００３８】
また、ＥＣＵ３５は、機関回転数や要求負荷等に基づき、燃料を噴射する気筒の数や燃料噴射量を制御する。
【００３９】
さらに、ＥＣＵ３５は、燃焼室での燃焼状態を低温燃焼状態と通常燃焼状態とで選択的に切換えるよう制御する。例えば、低温燃焼実行条件が成立した場合、ＥＣＵ３５は、ＥＧＲ弁２６の開度を調整し、燃焼室に供給されるＥＧＲガスの量を、煤の発生量がピークとなるときのＥＧＲガスの量よりも多くすることによって燃焼室での燃焼状態を低温燃焼状態とする。低温燃焼実行条件としては、排気の空燃比をリッチ空燃比として、排気浄化触媒２０をＳＯｘ被毒から回復させる場合等が例示できる。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る多気筒機関の気筒制御装置において、燃料を噴射する気筒（以下、作動気筒と称する）の数を設定する作動気筒数制御について図２に示すフローチャートに沿って説明する。
【００４１】
図２に示すフローチャートは、作動気筒数制御ルーチンを示すフローチャートである。この作動気筒数制御ルーチンは、ＥＣＵ３５によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンであり、予めＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに記憶されている。
【００４２】
この作動気筒制御ルーチンでは、ＥＣＵ３５は、先ずＳ１０１において、低温燃焼実行条件が成立したか否かを判別する。
【００４３】
前記Ｓ１０１において、低温燃焼実行条件が成立していないと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０４に進み、機関回転数ＮＥ等に基づき、燃費が良好となる１気筒あたりの負荷領域βを算出する。
【００４４】
前記Ｓ１０４において負荷領域βを算出したＥＣＵ３５は、Ｓ１０５に進む。
【００４５】
前記Ｓ１０５において、ＥＣＵ３５は、作動気筒毎の負荷は、前記Ｓ１０４にて算出された負荷領域β内となると共に、機関全体としては要求負荷Ｐを満たすように、作動気筒の数ｎ２を決定し、本ルーチンの実行を終了する。
【００４６】
一方、前記１０１において、低温燃焼実行条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０２に進む。
【００４７】
上述したように、燃焼室内での燃焼状態を低温燃焼状態とするためには、燃焼室に供給されるＥＧＲガスの量を、煤の発生量がピークとなるときのＥＧＲガスの量よりも多くする必要がある。そのため、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な負荷領域は限られている。
【００４８】
そこで、前記Ｓ１０２において、ＥＣＵ３５は、機関回転数ＮＥに基づき、燃焼室内での燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な１気筒あたりの負荷領域αを算出する。図３に、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な１気筒あたりの負荷領域αを示す。
【００４９】
前記Ｓ１０２において負荷領域αを算出したＥＣＵ３５は、Ｓ１０３に進み、作動気筒毎の負荷は算出された負荷領域α内となると共に、機関全体としては要求負荷Ｐを満たすように、作動気筒の数ｎ１を決定する。
【００５０】
例えば、作動気筒毎の負荷が負荷領域αよりも小さい場合、作動気筒の数を減少させる。作動気筒の数を減少させることによって、作動気筒毎の負荷を相対的に大きくすることが出来るため、作動気筒毎の負荷を負荷領域α内とすることが可能となる。
【００５１】
また、例えば、作動気筒毎の負荷が負荷領域αよりも大きい場合、作動気筒の数を増加させる。作動気筒の数を増加させることによって、作動気筒毎の負荷を相対的に小さくすることが出来るため、作動気筒毎の負荷を負荷領域α内とすることが可能となる。
【００５２】
前記Ｓ１０３において、作動気筒の数ｎ１を決定したＥＣＵ３５は、本ルーチンの実行を終了する。
【００５３】
本ルーチンに示す作動気筒数制御によれば、燃焼室での燃焼状態を低温燃焼状態とする必要がある場合、機関全体としては要求負荷を満たしつつ、作動気筒毎の負荷を、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な所定負荷領域内とすることが可能となる。従って、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な負荷領域が機関全体としては拡大することになる。
【００５４】
また、本ルーチンにおける前記Ｓ１０３において、ＥＣＵ３５は、作動気筒毎の負荷は、前記Ｓ１０２において算出された負荷領域α内における最大の負荷となるように作動気筒の数ｎ１を決定しても良い。
【００５５】
内燃機関においては、一般的に、高負荷運転時に燃費が良好となる傾向がある。そのため、作動気筒毎の負荷を負荷領域α内における最大の負荷とすることによって、より広い負荷領域で燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能となると共に、燃費を向上させることが出来る。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係る多気筒内燃機関の気筒制御装置によれば、機関全体としては要求負荷を満たしつつ、作動気筒毎の負荷を、燃焼室での燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能な所定負荷領域内とすることが出来るため、機関全体としてはより広い負荷領域において、燃焼状態を安定して低温燃焼状態とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多気筒内燃機関の概略構成を示す図
【図２】作動気筒数制御ルーチンを示すフローチャート
【図３】低温燃焼安定領域αを示すグラフ
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１ａ・・・クランクプーリ
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気支管
９・・・・吸気管
１０・・・エアクリーナボックス
１１・・・エアフローメータ
１３・・・吸気絞り弁
１４・・・吸気絞り弁用アクチュエータ
１５・・・遠心過給機（ターボチャージャ）
１５ａ・・コンプレッサハウジング
１５ｂ・・タービンハウジング
１６・・・インタークーラ
１７・・・吸気管圧力センサ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・排気浄化触媒
２３・・・空燃比センサ
２４・・・排気温度センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
３０・・・排気ポート
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
４０・・・排気再循環装置
【図１】
2004245122.tif 000003
【図２】
2004245122.tif 000004
【図３】
2004245122.tif 000005