(57)【要約】【課題】燃焼不良による多量の黒煙発生やドライバビリティの大幅な低下を防止しながら高いＮＯx低減効果が得られるようにしたエンジンを提供する。【解決手段】排気系統から排気ガス９の一部を抜き出して吸気系統へ再循環するＥＧＲ系統と、燃料を気筒８内に噴射して自己着火せしめる燃料噴射系統とを備えたエンジン１において、各気筒８を二つのグループに分け且つその二つに分けた各グループ毎にＥＧＲ系統と燃料噴射系統とを独立して制御し得るように構成する。【選択図】図１
2007023920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系統から排気ガスの一部を抜き出して吸気系統へ再循環するＥＧＲ系統と、燃料を気筒内に噴射して自己着火せしめる燃料噴射系統とを備えたエンジンにおいて、各気筒を二つのグループに分け且つその二つに分けた各グループ毎にＥＧＲ系統と燃料噴射系統とを独立して制御し得るように構成したことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
少なくとも軽負荷運転領域において、一方のグループの各気筒に対し相対的にＥＧＲ率を上げて排気ガス再循環を行い且つその排気ガス再循環に伴う燃焼不良を燃料の予混合化により回避し得るよう燃料を圧縮上死点より早いタイミングで先行投入する予混合圧縮着火制御を実行すると共に、他方のグループの各気筒に対し相対的にＥＧＲ率を下げて排気ガス再循環を行い且つ燃料を圧縮上死点付近で噴射する通常タイミングの燃料噴射制御を実行する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ系統と燃料噴射系統を備えたエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われており、一般的に、この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気マニホールドから排気管に亘る排気通路の適宜位置と、吸気管から吸気マニホールドに亘る吸気通路の適宜位置との間をＥＧＲパイプにより接続し、該ＥＧＲパイプを通して排気ガスを再循環するようにしている。
【０００３】
また、エンジンに再循環する排気ガスをＥＧＲパイプの途中で冷却すると、排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的に窒素酸化物の発生を低減させることができるため、エンジンに排気ガスを再循環するＥＧＲパイプの途中に水冷式のＥＧＲクーラを装備したものもある。
【０００４】
ただし、このような排気ガスの再循環によりＮＯxの低減化を図ることは、気筒内での燃焼不良により黒煙を発生してしまうこととトレードオフの関係にあるので、黒煙の発生を抑制する観点から排気ガスの再循環量に制限がかかることが避けられないが、将来的な厳しい排気ガス規制に対応するためには、現状以上の高いＥＧＲ率（排気ガス再循環率）で排気ガスの再循環を行う必要があるため、気筒内での燃焼性の改善等によりＥＧＲ率を今まで以上に引き上げる努力が成されている。
【０００５】
尚、前述の如き排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻すＥＧＲ装置に関連する先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人により下記の特許文献１等が既に提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１２３８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、排気ガスを再循環する際におけるＥＧＲ率が高くなればなるほど新気量が少なくなるため、特に新気を多く取り込めない軽負荷運転領域での加速時にあっては、排気ガスの再循環を適正なＥＧＲ率に制御しきれなくなって燃焼不良に陥り易いという課題があり、この燃焼不良に伴う黒煙の発生を確実に回避しようとすれば、通常よりも燃料噴射量を抑制する燃料噴射制御を採用せざるを得なくなってアクセルレスポンスが鈍くなり、ドライバビリティ（運転者の意志にかなった応答性や円滑性が得られるかどうかのフィーリング）が著しく損なわれるという新たな課題を招くことになってしまう。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、燃焼不良による多量の黒煙発生やドライバビリティの大幅な低下を防止しながら高いＮＯx低減効果が得られるようにしたエンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、排気系統から排気ガスの一部を抜き出して吸気系統へ再循環するＥＧＲ系統と、燃料を気筒内に噴射して自己着火せしめる燃料噴射系統とを備えたエンジンにおいて、各気筒を二つのグループに分け且つその二つに分けた各グループ毎にＥＧＲ系統と燃料噴射系統とを独立して制御し得るように構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
而して、このようにエンジンを構成すれば、一方のグループの各気筒に対し相対的にＥＧＲ率を上げ且つ他方のグループの各気筒に対し相対的にＥＧＲ率を下げて排気ガス再循環を行うことが可能となり、全気筒のトータルでＥＧＲ率を引き上げて大幅なＮＯx低減効果を狙うことが可能となる。
【００１０】
この際、相対的にＥＧＲ率を上げた一方のグループの各気筒では、多量の排気ガス再循環に伴う燃焼不良が起こり易くなるので、この種の燃焼不良を回避し得るよう燃料噴射制御を実行することが可能である。
【００１１】
また、他方のグループの各気筒では、相対的にＥＧＲ率を下げた燃焼不良の起こり難い条件下でアクセル開度に応じた通常の燃料噴射制御を実行することが可能であり、この他方のグループの各気筒による駆動で全気筒を通常の燃料噴射制御とした場合と大差ないドライバビリティを得ることが可能である。
【００１２】
更に、本発明をより具体的に実施するに際しては、少なくとも軽負荷運転領域において、一方のグループの各気筒に対し相対的にＥＧＲ率を上げて排気ガス再循環を行い且つその排気ガス再循環に伴う燃焼不良を燃料の予混合化により回避し得るよう燃料を圧縮上死点より早いタイミングで先行投入する予混合圧縮着火制御を実行すると共に、他方のグループの各気筒に対し相対的にＥＧＲ率を下げて排気ガス再循環を行い且つ燃料を圧縮上死点付近で噴射する通常タイミングの燃料噴射制御を実行する制御装置を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記した本発明のエンジンによれば、各気筒を二つのグループに分けて各グループ毎にＥＧＲ系統と燃料噴射系統とを独立して制御し得るようにしたことにより、一方のグループの各気筒について、燃焼不良を回避する燃料噴射制御をかけながら相対的に高いＥＧＲ率で多量の排気ガスを再循環し、他方のグループの各気筒については、排気ガス再循環を相対的に低いＥＧＲ率で実行することで燃焼不良の起こり難い条件を整え、斯かる条件下でアクセル開度に応じた通常の燃料噴射制御を実行し、その駆動で全気筒を通常の燃料噴射制御とした場合と大差ないドライバビリティを得ることができるので、燃焼不良による多量の黒煙発生やドライバビリティの大幅な低下を防止することができ、しかも、全気筒のトータルでＥＧＲ率を引き上げて高いＮＯx低減効果を得ることができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における１はディーゼル機関であるエンジン、２は該エンジン１に搭載されたターボチャージャを示し、図示しないエアクリーナから導いた吸気３が吸気管４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気３がインタークーラ５へと送られて冷却され、該インタークーラ５から更に各吸気マニホールド６，７へと吸気３が導かれてエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００１６】
即ち、ここに図示している例では、各気筒８を前側三気筒と後側三気筒の二つのグループに分け、その二つに分けた各グループ毎に吸気マニホールド６，７を分割構成しており、これら各吸気マニホールド６，７に対しインタークーラ５からの吸気管４が二股状に分岐されて夫々接続されるようになっている。
【００１７】
また、このエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００１８】
ここで、前記排気マニホールド１０の前側端部と、前記前側の吸気マニホールド６に接続された前記吸気管４の一方の分岐端部との間がＥＧＲパイプ１２により接続されており、このＥＧＲパイプ１２には、該ＥＧＲパイプ１２を適宜に開閉するＥＧＲバルブ１３と、再循環される排気ガス９を冷却するためのＥＧＲクーラ１４とが装備され、該ＥＧＲクーラ１４では、図示しない冷却水と排気ガス９とを熱交換させることにより排気ガス９の温度が低下されるようになっている。
【００１９】
また、前記排気マニホールド１０の後側端部と、前記後側の吸気マニホールド７に接続された前記吸気管４の他方の分岐端部との間も別のＥＧＲパイプ１５により接続されており、このＥＧＲパイプ１５にも、該ＥＧＲパイプ１５を適宜に開閉するＥＧＲバルブ１６と、再循環される排気ガス９を冷却するためのＥＧＲクーラ１７とが装備され、更には、前記ＥＧＲバルブ１６の入側に、吸気管４から後側の吸気マニホールド７への吸気３の分配量を絞り込む吸気絞り弁１８が装備されている。
【００２０】
そして、これら各ＥＧＲパイプ１２，１５におけるＥＧＲバルブ１３，１６や吸気絞り弁１８は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１９からの制御信号１３ａ，１６ａ，１８ａにより開度制御されるようになっている。
【００２１】
即ち、前記制御装置１９においては、エンジン１の機関回転数を検出する回転センサ２０からの回転数信号２０ａと、アクセル開度を負荷として検出するアクセルセンサ２１からのアクセル開度信号２１ａとに基づいて現在のエンジンの運転状態が判定され、現在のエンジン１の運転状態が軽負荷運転領域にあると判定された場合に、ＥＧＲバルブ１３が小さな開度に絞り込まれ且つＥＧＲバルブ１６は全開とされ、吸気絞り弁１８は全閉近くまで絞り込まれるようになっており、現在のエンジン１の運転状態が軽負荷運転領域にあると判定されていない間は、ＥＧＲバルブ１３，１６が共に同じ適宜な開度に開けられ、吸気絞り弁１８は全開に開けられるようになっている。
【００２２】
また、前記制御装置１９では、エンジン１の各気筒８に燃料を噴射するインジェクタ２２に対し燃料噴射信号２２ａが出力され、この燃料噴射信号２２ａにより各インジェクタ２２の電磁弁が適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量（開弁時間）が制御されるようになっているが、本形態例においては、現在のエンジン１の運転状態が軽負荷運転領域にあると判定された場合に、通常であれば圧縮上死点付近で行われるべき燃料噴射を圧縮上死点より早いタイミングで先行投入する予混合圧縮着火制御が後側三つの気筒８についてだけ実行されるようになっている。
【００２３】
ここで、現在のエンジン１の運転状態が軽負荷運転領域にあると判定された場合の前側三つの気筒８についての燃料噴射制御、並びに、軽負荷運転領域にあると判定されていない場合における全気筒８についての燃料噴射制御は、燃料を圧縮上死点付近で噴射する通常タイミングでの燃料噴射制御が実行されるようにしてある。
【００２４】
尚、図中における２３は前側三つの気筒８と後側三つの気筒８に対し個別に燃料を供給し得るように分割構成されたコモンレールを示す。
【００２５】
而して、現在のエンジン１の運転状態が軽負荷運転領域にある場合に、制御装置１９からの制御信号１３ａによりＥＧＲバルブ１３が小さな開度に絞り込まれ、制御信号１６ａによりＥＧＲバルブ１６が全開とされ、制御信号１８ａにより吸気絞り弁１８が全閉近くまで絞り込まれる。
【００２６】
この結果、該吸気絞り弁１８により吸気３を絞り込まれた後側の吸気マニホールド７に対しＥＧＲパイプ１５を通して排気マニホールド１０から多量の排気ガス９が再循環されて後側三つの気筒８のＥＧＲ率が上がり、吸気３の大半が流れ込む前側の吸気マニホールド６に対しＥＧＲパイプ１２を通して排気マニホールド１０から再循環される排気ガス９がＥＧＲバルブ１３により絞り込まれて前側三つの気筒８のＥＧＲ率が下がることになる。
【００２７】
また、制御装置１９から後側三つの気筒８のインジェクタ２２に対し燃料噴射信号２２ａが出力され、通常であれば圧縮上死点付近で行われるべき燃料噴射を圧縮上死点より早いタイミングで先行投入する予混合圧縮着火制御が後側三つの気筒８についてだけ実行される一方、制御装置１９から前側三つの気筒８のインジェクタ２２に対し別の燃料噴射信号２２ａが出力され、燃料を圧縮上死点付近で噴射する通常タイミングでの燃料噴射制御が実行される。
【００２８】
このようにすれば、後側三つの気筒８に対し相対的にＥＧＲ率を上げ且つ前側三つの気筒８に対し相対的にＥＧＲ率を下げて排気ガス再循環を行うことが可能となり、全気筒８のトータルでＥＧＲ率を引き上げて大幅なＮＯx低減効果を狙うことが可能となるが、相対的にＥＧＲ率を上げた後側三つの気筒８では、多量の排気ガス再循環に伴う燃焼不良が起こり易くなるので、この種の燃焼不良を回避し得るよう予混合圧縮着火制御を実行しているのである。
【００２９】
即ち、斯かる予混合圧縮着火制御を実行すれば、気筒８内に圧縮上死点より早いタイミングで先行投入された燃料が良好に分散混合して均等に薄まった状態で燃焼が行われることになるので、局所的に燃料の濃い部分が生じ難くなって黒煙の発生が抑制されることになる（燃焼温度が比較的低く抑制されることでＮＯxの発生も少なくなる）。
【００３０】
ここで、予混合圧縮着火を採用した場合には、燃料の投入タイミングを圧縮上死点より早めても、その着火については圧縮上死点付近で行われることが望ましいのに対し、通常のエンジン１の圧縮比では、圧縮上死点より早いタイミングで着火してしまって熱効率的な損失が生じ易いという問題があるが、本形態例で例示している通り、比較的筒内温度に余裕がある軽負荷運転領域でＥＧＲクーラ１４で冷却した多量の排気ガス９を再循環するようにすれば、その再循環される排気ガス９により筒内温度を抑制して着火タイミングを圧縮上死点付近まで遅らせることが可能となる。
【００３１】
一方、前側三つの気筒８では、相対的にＥＧＲ率を下げた燃焼不良の起こり難い条件下でアクセル開度に応じた通常の燃料噴射制御を実行することが可能であるため、この前側三つの気筒８による駆動で全気筒８を通常の燃料噴射制御とした場合と大差ないドライバビリティを得ることが可能である。
【００３２】
即ち、仮に全気筒８についてＥＧＲ率を上げて予混合圧縮着火制御を実行したならば、急激な負荷変動を伴う過渡運転時の制御が非常に難しくなって燃焼状態が不安定化したり、着火タイミングのコントロールが困難になる中負荷以上の運転領域で全気筒８が一斉に通常の燃料噴射制御に戻されることで違和感を感じたりしてドライバビリティが悪化する虞れも想定されるが、常に半分の気筒８について通常の燃料噴射制御が実行されていれば、多少の制御的な不安定要素があっても、通常の燃料噴射制御による各気筒８の駆動に前記不安定要素が抑え込まれてドライバビリティの安定化が図られることになる。
【００３３】
尚、本形態例においては、エンジン１の運転状態が中負荷以上の運転領域となった場合に、筒内温度の上昇により後側三つの気筒８における予混合圧縮着火制御での着火コントロールが難しくなるため、制御装置１９によりＥＧＲバルブ１３，１６が共に同じ適宜な開度に開けられ且つ吸気絞り弁１８が全開に開けられて、全気筒８に対し同じＥＧＲ率で排気ガス９が再循環されつつ通常の燃料噴射制御が実行されることになる。
【００３４】
因みに、エンジン１の運転状態が中負荷以上の運転領域となった場合には、排気温度の十分な上昇により排気管１１途中のＮＯx低減触媒等にＮＯx低減を担わせることが可能となり、必ずしもエンジン１側だけでＮＯx低減を担わなくても済むので、このような中負荷以上の運転領域で要求されるＥＧＲ率は、それほど高い設定にしなくても済む場合があることを付言しておく。
【００３５】
従って、上記形態例によれば、各気筒８を前側三気筒と後側三気筒の二つのグループに分けて各グループ毎にＥＧＲ系統と燃料噴射系統とを独立して制御し得るようにしたことにより、一方のグループを成す後側三つの各気筒８について、燃焼不良を回避する燃料噴射制御をかけながら相対的に高いＥＧＲ率で多量の排気ガス９を再循環し、他方のグループを成す前側三つの各気筒８については、排気ガス再循環を相対的に低いＥＧＲ率で実行することで燃焼不良の起こり難い条件を整え、斯かる条件下でアクセル開度に応じた通常の燃料噴射制御を実行し、その駆動で全気筒８を通常の燃料噴射制御とした場合と大差ないドライバビリティを得ることができるので、燃焼不良による多量の黒煙発生やドライバビリティの大幅な低下を防止することができ、しかも、全気筒８のトータルでＥＧＲ率を引き上げて高いＮＯx低減効果を得ることができる。
【００３６】
尚、本発明のエンジンは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、二つに分けた各グループ毎にＥＧＲ系統と燃料噴射系統とを独立して制御し得るように構成されていれば、図示の形態例で説明している制御方式以外の制御を採用したものであっても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン
３  吸気
８  気筒
９  排気ガス
１２  ＥＧＲパイプ（ＥＧＲ系統）
１３  ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ系統）
１４  ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ系統）
１５  ＥＧＲパイプ（ＥＧＲ系統）
１６  ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ系統）
１７  ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ系統）
１８  吸気絞り弁（ＥＧＲ系統）
１９  制御装置
２２  インジェクタ（燃料噴射系統）
２３  コモンレール（燃料噴射系統）
【図１】
2007023920.tif 000003