(57)【要約】  【課題】排気ガスを新気に混合して混合気とする内燃機関において、機関回転数が高くなると排気ガス温度が高くなり、ＮＯｘの排出量が多くなる場合があった。  【解決手段】新気に排気ガスを混合して吸入空気とする内燃機関において、少なくとも機関回転数を検出し、検出した機関回転数が所定の回転数を上回っている場合には、機関回転数が所定の回転数を下回っている場合の混合位置より上流の位置において新気に排気ガスを混合する構成である。【選択図】図２
2005054708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
新気に排気ガスを混合して吸入空気とする内燃機関において、少なくとも機関回転数を検出し、
検出した機関回転数が所定の回転数を上回っている場合には、機関回転数が所定の回転数を下回っている場合の混合位置より上流の位置において新気に排気ガスを混合する内燃機関の排気還流方法。
【請求項２】
低負荷で、かつ機関回転数が所定の回転数を下回っている運転状態では排気ガスを気筒内又は気筒内部近傍にて新気と混合する請求項１記載の内燃機関の排気還流方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気還流方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関つまりエンジンでは、排気ガスの一部を還流して新気に混合しして吸入空気を生成し、燃費を向上させるとともに、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）などのエミッションの増加を防ぐように構成している。このようなエンジンにおける排気還流装置としては、例えば特許公報１のもののように、ディーゼルエンジンにおいて、エンジンが低負荷運転状態では、排気ガスの温度を高温に維持して排気ガスを還流するいわゆるホットＥＧＲ制御を行うとともに、高負荷運転状態では、還流する排気ガスの温度を低くして還流するいわゆるコールドＥＧＲ制御を行うものが知られている。
【０００３】
また、ガソリンエンジンでは、例えば特許公報２のもののように、低負荷運転状態では、シリンダから排出された排気ガスとシリンダ内部に残留する排気ガスとを後者の量を多くして混合して還流するとともに、高負荷運転状態では、低負荷運転状態の場合とは逆に、シリンダ内部に残留する排気ガスの比率を少なくして還流し、新気に混合して吸入空気とするものが知られている。
【特許文献１】特開平２−２４５４６０号公報
【特許文献２】特開平６−３２３２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献のものでは、シリンダ内部に残留する排気ガスによるいわゆる内部ＥＧＲと、シリンダから排出された排気ガスによるいわゆる外部ＥＧＲとをエンジンの負荷の状態に応じて切り替えているが、負荷の変化による切替の場合、場合によっては混合気の温度が高くなりすぎることがあった。すなわち、排気ガスの温度は、エンジンの回転数が高い場合には回転数が低い場合に比べて高温に維持される。つまり、高回転運転の場合は、燃焼間隔が短くなり、排気ガスが環境により冷却されて温度低下する割合が小さいためである。
【０００５】
このため、上記したように、低負荷運転状態において内部ＥＧＲを行っている場合で、かつエンジン回転数が高い運転状態となると、排気ガスの温度が高くなり、そのために混合気の温度が高くなる。この結果、霧化はより促進されるものの、燃焼温度も高くなるため、ＮＯｘの排出量が増加する傾向となった。このように、上記特許文献のものでは、新気と排気ガスとの混合状態による更なる燃費向上については考慮されていないものである。
【０００６】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の内燃機関の排気還流方法は、新気に排気ガスを混合して吸入空気とする内燃機関において、少なくとも機関回転数を検出し、検出した機関回転数が所定の回転数を上回っている場合には、機関回転数が所定の回転数を下回っている場合の混合位置より上流の位置において新気に排気ガスを混合する構成である。
【０００８】
本発明における排気ガスとは、混合気の燃焼後に気筒内に残留している既燃焼ガス、及び気筒から排出された既燃焼ガスの両方を包含するものである。
【０００９】
このような構成によれば、内燃機関の運転状態を示す少なくとも機関回転数を検出して、検出した機関回転数が所定の回転数を上回っている高回転運転状態の場合には、それ以外の低回転運転状態におけるより上流の位置で新気に排気ガスを混合する。このように、新気と排気ガスとを上流において混合することで、混合する排気ガスの温度を低くすることが可能になり、混合気が過度に高温とならないために燃費を向上させることが可能である。また、新気と排気ガスの混合状態が良好となるため、燃焼安定性が高まり燃費を更に向上させることが可能となる。
【００１０】
燃料の霧化を促進するためには、低負荷で、かつ機関回転数が所定の回転数を下回っている運転状態では排気ガスを気筒内又は気筒内部近傍にて新気と混合するものが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したように、内燃機関の運転状態を示す少なくとも機関回転数を検出して、検出した機関回転数が所定の回転数を上回っている高回転運転状態の場合には、それ以外の低回転運転状態におけるより上流の位置で新気に排気ガスを混合するので、混合する排気ガスの温度を低くすることができる。そしてこのように、排気ガスの温度を低温に維持することにより、混合気が過度に高温とならないために燃費を向上させることができる。また、新気と排気ガスの混合状態が良好となるため、燃焼安定性が高まり燃費を更に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、自動車用の３気筒のもので、エンジン１００の吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ１１が配設され、その下流側にはサージタンク１２が設けられ、サージタンク１２からの吸入空気は吸気弁２１を介してシリンダ２内に吸入される。サージタンク１２に連通する吸気系１の吸気マニホルド１３のシリンダヘッド２２側の端部近傍には、さらに燃料噴射弁３が設けてあり、この燃料噴射弁３を電子制御装置４により制御するようにしている。また、排気系５には、燃焼室２３から排気弁２４を介して排出された排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ2センサ５１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒５２の上流の位置に取り付けられている。
【００１４】
吸気系１と排気系５とを選択的に連通して排気ガスを、スロットルバルブ１１を介して吸気マニホルド１３に流入する新気に混合するための排気ガス還流装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）６が、吸気系１と排気系５との間に設けてある。すなわち、ＥＧＲ装置６は、一端がＯ2センサ５１と排気ポート５３との間の位置において連通する還流基礎管路６１と、この還流基礎管路６１の他端に接続されるＥＧＲバルブ装置６２と、ＥＧＲバルブ装置６２に一端が接続され吸気系１に他端が接続される第一還流管路６３とを備えて構成される。具体的には、第一還流管路６３の吸気系１との接続は、例えばサージタンク１２の上流側において接続してある。
【００１５】
ＥＧＲバルブ装置６２は、電子制御装置４により制御されて、還流基礎管路６１から流出する排気ガスを、選択的に第一還流管路６３に導出するものである。したがって、電子制御装置４も、ＥＧＲ装置６の一部を構成するものである。
【００１６】
また、このエンジン１００は、連続可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴと称する）７を具備するものである。ＶＶＴ７は、いわゆる揺動シリンダ機構を利用したもので、排気カムシャフト２５に固定されたロータ（図示しない）と、ロータに外嵌するハウジング（図示しない）と、ロータに対してハウジングを回動させるための電磁式４方向切換制御弁たるオイルコントロールバルブ７１と、互いに噛み合うように一方をハウジングに固着し他方を吸気カムシャフト２７に固定した一対のギア７２、７３とを備えている。
【００１７】
そして、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブ２６により制御して、ロータに対するハウジングの相対角度を変化させ、排気カムシャフト２５と吸気カムシャフト２７との間に任意の回転位相差を生じさせて、バルブタイミングを可変制御するものである。つまり、クランクシャフト（図示しない）の回転に対して排気弁２４を常に一定の開閉タイミングで開閉させつつ、吸気弁２１の開閉タイミングを変化させて、排気弁２４の開閉タイミングと吸気弁２１の開閉タイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。具体的には、吸気弁２１の開閉タイミングを例えばアイドリング時には遅角側に移動させて、排気弁２４と吸気弁２１との両方が開成している期間であるオーバーラップを最小にするとともに、高負荷時にはこのアイドリング時の開閉タイミングを後述する目標進角量により進角側へ移動させてオーバーラップを大きくし、エンジンの燃費や出力、あるいはドライバビリティの向上などに寄与させている。また、排気カムシャフト２５の一方の端部には、クランク角度信号ｍ及び気筒判別用のＮ信号を出力するクランクセンサ８１が取り付けてあり、吸気カムシャフト２７の一方の端部には、２４０°ＣＡ（クランク角度）回転する毎に吸気カム信号ｎを出力するタイミングセンサ８２が、それぞれ取り付けてある。
【００１８】
電子制御装置４は、中央演算処理装置４１と、記憶装置４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置４１は、記憶装置４２に格納された後述のプログラムを実行して、エンジン１００の運転制御を行うものである。そしてエンジン１００の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース４３を介して中央演算処理装置４１に入力されるとともに、中央演算処理装置４１は出力インターフェース４４を介して制御のための信号が燃料噴射弁３やオイルコントロールバルブ２７などに出力する。具体的には、入力インターフェース４３には、サージタンク１２内の圧力（吸気管圧力ＰＭ）を検出するための吸気圧センサ８３から出力させる吸気圧信号ａ、エンジン回転数ＮＥを検出するための回転数センサ８４から出力される回転数信号ｂ、クランクセンサ８１から出力されるクランク角度信号ｍ、タイミングセンサ８２から出力される吸気カム信号ｎ、スロットルバルブ１１の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ８５から出力されＩＤＬ信号ｄ、スロットルバルブ１１の開度すなわちスロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ８６から出力される開度信号ｅ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ８７から出力される水温信号ｆ、上記したＯ2センサ５１から出力される電圧信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース４４からは、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号ｇが、またスパークプラグ９に対して点火信号ｈが、さらにオイルコントロールバルブ７１に対して目標制御量に対応する制御信号ｋが、それぞれ出力されるようになっている。
【００１９】
電子制御装置４には、吸気圧センサ８３から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ８４から出力される回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジン１００の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁３を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁３から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。また、記憶装置４２には、少なくともエンジン回転数を検出し、検出したエンジン回転数が所定の回転数を上回っている場合には、エンジン回転数が所定の回転数を下回っている場合の混合位置より上流の位置において新気に排気ガスを混合するようにＥＧＲ装置６を制御するためのプログラムが記憶されている。
【００２０】
この実施の形態における排気ガス還流制御は、エンジン１００の運転状態に応じて排気ガスの吸気系１への還流管路を切り替えること、及び二系統の還流管路を併用することにより、新気に混合する排気ガスの温度を制御して、燃費を向上させるものである。以下に、この排気ガス還流制御の概略手順を、図２に示すフローチャートにより説明する。
【００２１】
まず、ステップＳ１において、低負荷運転状態か否かを判定する。エンジン１００の負荷の判定は、吸気圧センサ８３から出力される吸気圧信号ａに基づいて検出する吸気管圧力により判定するものである。具体的には、低負荷運転状態における最も高い吸気管圧力に対応して判定のための基準圧力を設定しておき、検出した吸気管圧力がその基準圧力を下回る場合に低負荷運転と判定するものである。
【００２２】
ステップＳ２では、低回転運転状態であるか否かを、カムポジションセンサＳＮ２から出力されるエンジン回転数信号ｂに基づいて判定する。具体的には、低エンジン回転数とみなせるエンジン回転数の最高値を所定の回転数として設定し、エンジン回転数信号ｂに基づいて検出したエンジン回転数と所定の回転数とを比較して、検出したエンジン回転数が所定の回転数を下回っている場合に低回転運転状態であると判定する。
【００２３】
ステップＳ３では、ＶＶＴ７を制御して、排気弁２４が閉弁する前に吸気弁２７を進角させて開弁して燃焼室２３内において排気ガスに新気を混合する第一排気還流（以下、第一ＥＧＲと称する）を実行する。この第一ＥＧＲは、排気ガスをシリンダ２の外部に出すことなく、つまり排気ガスをその温度が下がる前に新気と混合させる排気還流動作である。この場合、ＥＧＲバルブ装置６２は、制御されず、排気ガスが還流基礎管路６１に流入することはない。
【００２４】
ステップＳ４では、ステップＳ３とは異なり、ＥＧＲバルブ装置６２を制御して、還流基礎管路６１を通ってきた排気ガスを第一還流管路６３に流入させる第二排気還流（以下、第二ＥＧＲと称する）を実行する。すなわちこの第二ＥＧＲは、還流基礎管路６１よりＥＧＲバルブ６２を介して第一還流管路６３から流出する排気ガスを、吸気系１に流入する新気と混合する排気還流動作である。この第二ＥＧＲは、第一ＥＧＲよりも上流において排気ガスを新気に混合する動作となる。この動作では、第一還流管路６３がサージタンク１２の上流において吸気系１と連通するので、新気に混合する排気ガスは、第一還流管路６３を通過することにより冷却されるものである。なお、この第二ＥＧＲの実行中は、ＶＶＴ７による吸気弁２１の開弁タイミングは、排気弁２４の閉弁タイミングと重なり合う期間、つまりオーバーラップ量をその時の運転状態に応じて最少量にしておく。
【００２５】
ステップＳ５では、第一ＥＧＲと第二ＥＧＲとを同時に行う。この場合に、第一ＥＧＲにおける排気ガスの還流量と第二ＥＧＲにおける還流量との混合割合は運転状態に対応させてあらかじめ設定してあり、その設定に基づいてＶＶＴ７による吸気弁２１の開弁タイミング及びＥＧＲバルブ装置６２を制御するものである。以上に説明した第一ＥＧＲ、第二ＥＧＲ及び第一ＥＧＲと第二ＥＧＲとを併用する制御と、エンジンの運転状態との関係を、図３に示す。
【００２６】
このような構成において、例えば高速道路などを定速で走行しているような、アクセルペダルの操作量が少なくしたがってスロットルバルブ１１の開度が小さい低負荷で、かつエンジン回転数が低い運転（低負荷低回転運転）状態では、ステップＳ１及びステップＳ２を実行した後、ステップＳ３を実行して、第一ＥＧＲを実施する。このようにエンジンを低負荷低回転で運転している状態で第一ＥＧＲを実施すると、温度が高い排気ガスを新気に混合することになる。その結果、図４に示すように、燃焼室２３に流入する吸入空気の温度は高くなり、燃料の霧化を促進する。したがって、燃焼が極めて良好なものになり、図５に示すように、燃費を向上させることができる。
【００２７】
また、上記のような定速走行状態つまり負荷の低い運転状態において徐々にアクセルペダルが踏み込まれて加速し、エンジン回転数が所定の回転数より高くなった運転状態では、ステップＳ１、ステップＳ２及びステップＳ４を実行し、第二ＥＧＲを実施する。このようにエンジン回転数が所定の回転数より高くなった低負荷の運転状態で第二ＥＧＲを実施すると、エンジン回転数が高いために排気ガスの温度の低下が遅れるものとなる。したがって、第一ＥＧＲにおける排気ガスの新気への混合位置よりも上流側において新気に排気ガスを混合しても、吸入空気の温度を霧化を促進し得る温度に維持することができる。この結果、低負荷低回転運転状態の場合とほぼ同様に、燃焼が極めて良好なものになり、燃費を向上させることができる。
【００２８】
さらに、アクセルペダルが大きく踏み込まれて加速が行われた場合には、中負荷あるいは高負荷運転状態になるので、ステップＳ１及びステップＳ５を実行し、第一ＥＧＲと第二ＥＧＲとを同時に実施する。このように、低負荷運転状態に比較して負荷が高い運転状態において、第一ＥＧＲと第二ＥＧＲとを同時に実施するつまり両者を併用することにより、第一ＥＧＲにおける排気ガスの温度を第二ＥＧＲにおける排気ガスの温度により低減し、かつ適切な温度になすことができる。したがって、新気に混合して生成される排気ガスが混合された吸入空気の温度は燃料を霧化するのに十分なものとなり、燃焼を良好なものに維持することができるとともに、ノックの発生を防止することができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００３０】
上記実施の形態では、第一ＥＧＲを、シリンダ内に残留する排気ガスによって実施されるいわゆる内部ＥＧＲと呼ばれるものにより実行したが、この第一ＥＧＲを、還流基礎管路６１とＥＧＲバルブ装置６２と第二還流管路６４（図１に想像線で示す）とからなる管路を介して、排気ガスを新気に混合するものであってもよい。
【００３１】
第二還流管路６４は、ＥＧＲバルブ装置６２に一端が接続されるとともにサージタンク１２より下流側の吸気系１に他端が接続される。この第二還流管路６４の一端は、第一還流管路６３の吸気系１接続位置よりも下流側に設定し、吸気マニホルド１３における吸気ポート１４に近い位置であるほど好ましい。これは、内部ＥＧＲと同様に、排気ガスがほとんど冷却されない状態で新気に混合されるようにするためである。
【００３２】
この実施形態におけるＥＧＲバルブ装置６２は、第二還流管路６４に対してのみ排気ガスを導出する場合と、第一還流管路６３に対してのみ排気ガスを導出する場合と、第二還流管路６４と第一還流管路６３との両方に排気ガスを導出する場合とを切り替えることができるもので、例えば複数の電磁弁などで構成されるものである。
【００３３】
そして、第一ＥＧＲは、ＥＧＲバルブ装置６２を制御することにより、還流基礎管路６１と第二還流管路６４とを連通させ、排気ガスを外部でほとんど冷却させることなく吸気系１に導入して実行するものである。この場合に、基本的には第二ＥＧＲと同様に、ＶＶＴ７による吸気バルブ２１と排気バルブ２４とのオーバーラップ量は、その時の運転状態に応じて最少量に制御するものであってよい。また、このような構成にあっては、第一ＥＧＲを、吸気弁２１の開弁タイミングを制御して行う内部ＥＧＲと、還流基礎管路６１とＥＧＲバルブ装置６２と第二還流管路６４とからなる管路を介して行うものとにより実施するものであってもよい。
【００３４】
その他、各部の具体的構成についても上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態の概略構成を示す構成説明図。
【図２】同実施の形態の制御手順の概略を示すフローチャート。
【図３】同実施の形態の第一ＥＧＲと第二ＥＧＲとエンジンの運転状態との関係を示す作用説明図。
【図４】同実施の形態の作用説明図。
【図５】同実施の形態の作用説明図。
【符号の説明】
【００３６】
６…排気ガス還流装置
６１…還流基礎管路
６２…ＥＧＲバルブ装置
６３…第一還流管路
６４…第二還流管路
４…電子制御装置
４１…中央演算処理装置
４２…記憶装置
４３…入力インターフェース
４４…出力インターフェース
【図１】
2005054708.tif 000003
【図２】
2005054708.tif 000004
【図３】
2005054708.tif 000005
【図４】
2005054708.tif 000006
【図５】
2005054708.tif 000007