(57)【要約】  【課題】  排気温度を低下させるための燃料増量を抑制し、燃費向上を図る。  【解決手段】  排気の一部を吸気に還流する排気還流装置３１と、吸気通路１６に設けられ、燃焼室内へ流入する吸気に流動成分を付与するタンブル制御弁２１と、を備える。機関回転・負荷領域の中で低回転・低負荷側の第１領域では、排気還流率を高めるように、タンブル制御弁２１を閉じる。また、第１領域よりも高回転・高負荷側の所定の第２領域では、排気温度を低下させるために、上記タンブル制御弁２１を閉じる。  【選択図】  図１
2007064031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気の一部を吸気に還流する排気還流装置と、
吸気通路に設けられ、燃焼室内へ流入する吸気に流動成分を付与する吸気流動制御弁と、
機関回転・負荷領域の中で低回転・低負荷側の第１領域では、排気還流率を高めるように、上記吸気流動制御弁を閉じるＥＧＲ増加手段と、
上記第１領域よりも高回転・高負荷側の所定の第２領域では、排気温度を低下させるために、上記吸気流動制御弁を閉じる排温上昇手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
吸気通路の開度を調整するスロットルバルブと、
上記排温上昇手段により吸気流動制御弁を閉じる場合に、上記スロットルバルブの開度を増加させるスロットル開度増加手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記第２領域よりも高負荷側の所定の第３領域では、上記排温上昇手段による吸気流動制御弁の閉作動を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
この空燃比検出手段の検出信号に基づいて、空燃比を目標空燃比の近傍に維持するように燃料噴射量を増減する空燃比フィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、を有し、
上記第２領域では、上記空燃比フィードバック制御を禁止することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記第１領域よりも高回転・高負荷側であって、かつ、上記第２領域よりも低回転・低負荷側である第４領域では、上記吸気流動制御弁を開として、上記空燃比フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
上記３領域を除く全ての機関回転・負荷領域で上記吸気流動制御弁を閉とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
内燃機関の吸気を過給する過給機を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、排気温度の上昇を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気の一部を吸気系に還流する排気還流装置を備えるとともに、主として低回転低負荷域での排気還流率を高めるために、燃焼室内に流入する吸気にスワール流動やタンブル流動を付与する吸気流動制御弁が設けられ、かつ、吸気を過給する過給機を備えた内燃機関が開示されている。
【特許文献１】特開平５−８６９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内燃機関、特に過給機を備えるものでは、周知のように、高回転側での排気温度の過度な上昇が大きな課題である。部品保護のための排気温度の低下の方策として、燃料噴射量の増量が一般的に行われているが、これによって燃費性能の低下を招いていた。特に、内燃機関の小排気量化・コンパクト化による燃費向上を図るために過給機を利用する場合、所期の目的である燃費性能が損なわれるために、その対策が望まれていた。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
排気の一部を吸気に還流する排気還流装置と、吸気通路に設けられ、燃焼室内へ流入する吸気に流動成分を付与する吸気流動制御弁と、機関回転・負荷領域の中で低回転・低負荷側の第１領域では、排気還流率を高めるように、上記吸気流動制御弁を閉じるＥＧＲ増加手段と、上記第１領域よりも高回転・高負荷側の所定の第２領域では、排気温度を低下させるために、上記吸気流動制御弁を閉じる排温上昇手段と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、低回転・低負荷側の第１領域で、吸気流動制御弁を閉じることによって、排気還流率を高め、排気性能や燃費性能を高めることができる。そして、この第１領域よりも高回転・高負荷側の所定の第２領域で、吸気流動制御弁を閉じることによって、排気温度を低下させることができ、排気温度を低下させるための燃料噴射量の増量幅を小さくすることができる。このように、排気還流率を高めるための吸気流動制御弁を利用した簡素な構成で、排気温度の低下と燃費性能の向上とを良好に両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る内燃機関のシステム構成の一例を示している。内燃機関１０は、点火プラグ１９を備えた火花点火式のガソリンエンジンであり、火花点火により燃料を燃焼することにより回転動力を発生するものである。この内燃機関１０には、排気エネルギーを利用して吸気の過給を行うターボ過給機１３と、排気の一部を吸気系へ還流する排気還流（ＥＧＲ）装置３１と、が設けられている。排気還流装置３１は、排気通路１４と吸気通路１６とを接続する排気還流通路１２と、この排気還流通路１２に設けられた電制の排気還流制御弁１１と、を有し、排気還流制御弁１１の開度を調整することにより、排気通路１４から吸気通路１６へ還流される排気の排気還流率（排気還流量）を調整する。過給機１３は、周知のように、排気通路１４に設けられたタービン１５と、吸気通路１６に設けられた圧縮機１７と、両者１５，１７を一体回転するように連結する回転軸１８と、を有しており、排気量（排気エネルギー）に応じてタービン１５が回転すると、回転軸１８を介して圧縮機１７が回転駆動されて、吸入空気量の過給を行うものである。
【０００７】
吸気通路１６には、この吸気通路１６を開閉する電子制御式のスロットルバルブ２０が圧縮機１７よりも上流側に設けられているとともに、内燃機関１０の各シリンダへ接続する複数の吸気分岐通路１６Ａに、各シリンダの燃焼室内へ流入する吸気のタンブル流（縦旋回流）を付与する吸気流動制御弁としてのタンブル制御弁２１が設けられている。また、排気通路１４には、タービン１５をバイパスするバイパス通路２２が設けられるともに、このバイパス通路２２を開閉する電子制御式のウエイストゲートバルブ２３が設けられている。
【０００８】
機関運転状態を検出する各種センサ類として、スロットルバルブ２０よりも下流側の吸気通路１６内の圧力つまり過給圧を検出する過給圧センサ２４、運転者の加速要求・加速意図に対応するアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ２５、内燃機関１０の燃焼室内で生じるノッキングの発生を検出するノックセンサ２６、及び排気通路１４内の三元触媒のような触媒３２の近傍に設けれ、排気の空燃比を検出する酸素センサや広域型空燃比センサのような空燃比センサ２７等が設けられている。機関制御部（コントロールユニット：Ｃ／Ｕ）３０は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、上記の各種センサ類からの検出信号に基づいて、燃料噴射制御や点火プラグ１９による点火時期制御等の機関制御処理や、スロットルバルブ２０，ウエイストゲートバルブ２３及び排気還流制御弁１１の開度制御の他、タンブル制御弁２１の開閉切換制御などの制御処理を記憶及び実行するものである。
【０００９】
例えば、空燃比センサ２７の検出信号に基づいて、触媒３２へ流入する排気の空燃比を、触媒転換率の高い所定の目標空燃比（典型的には、理論空燃比）の近傍に維持するように、燃料噴射量を増減する、いわゆる空燃比フィードバック制御が行われる。
【００１０】
図２は、本実施例の要部をなす制御の流れを示すフローチャートであり、本ルーチンは上記の機関制御部３０により所定期間（例えば１０ｍｓあるいは所定クランク角）毎に実行される。
【００１１】
ステップＳ１１では、機関要求トルクを読み込む。この機関要求トルクは、アクセル開度センサ２５の検出信号等に基づいて求められる。ステップＳ１２では、機関回転数を読み込む。この機関回転数は、周知のクランク角センサやカム角センサの検出信号から求められる。ステップＳ１３，Ｓ１７及びＳ２１では、上記の機関要求トルク及び機関回転数に基づいて、図３に示す予め設定・記憶された領域判定マップを参照して、タンブル制御弁２１の開閉切換のための領域判定を行う。
【００１２】
図３を参照して、機関要求負荷（エンジントルク）と機関回転数からなる運転領域は、低回転・低負荷側の第１領域としてのＥＧＲ領域Ｒ１と、このＥＧＲ領域より高回転・高負荷側の第２領域としての高排温領域Ｒ２と、この高排温領域Ｒ２よりも更に高負荷側の第３領域としての高負荷領域Ｒ３と、上記ＥＧＲ領域Ｒ１よりも高回転・高負荷側で、かつ、上記高排温領域Ｒ２よりも低回転・低負荷側の第４領域としての低排温領域Ｒ４と、により構成されている。
【００１３】
低回転・低負荷域であるＥＧＲ領域Ｒ１では、タンブル制御弁２１を閉とすることにより、燃焼室内に生成されるタンブル流（縦旋回流）の作用によって、混合気が均一化されて燃焼が安定化されるために、排気還流率（量）を大幅に増加させることができ、ひいては燃費性能を向上することができる。従って、ＥＧＲ領域Ｒ１であれば、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進み、タンブル制御弁２１を閉とするとともに、上記タンブル制御弁２１を閉じた分、ＥＧＲ率（量）を増加し（ステップＳ１５）、かつ、上記の空燃比フィードバック制御を行う（ステップＳ１６）。このように、ＥＧＲ領域Ｒ１では、タンブル制御弁２１を閉とすることによりＥＧＲ量を増加して、燃費性能や排気性能の向上を図るとともに、空燃比フィードバック制御により空燃比を精度良く目標空燃比の近傍に維持して、排気浄化率を向上することができる。
【００１４】
高排温領域Ｒ２は、過給圧及び機関回転数の増加によって排気温度が過度に高くなるおそれのある領域に相当し、従来では燃料増量により排気温度を低下させていた領域に相当する。この高排温領域Ｒ２であれば、ステップＳ１７からステップＳ１８へ進み、タンブル制御弁（ＴＣＶ）２１を閉とする。これによって、燃焼効率を向上させて排気損失を低減し、排気温度を低下することができる。この結果、排気温度の低下分、燃料噴射量の増量幅を抑制することができ、燃費を向上することができる。
【００１５】
また、この高排温領域Ｒ２では、タンブル制御弁２１を閉とすることによる吸入空気量の減少分に応じて、スロットルバルブ２０の開度を増加させる（ステップＳ１９）。これによって、タンブル制御弁２１を閉とすることによる吸入空気量の低下をスロットル開度の増加により補うことができ、所望の吸入空気量を得ることができる。
【００１６】
更に、この高排温領域Ｒ２では、排気温度を確実に低下させるために、上記の空燃比フィードバック制御を禁止して、燃料噴射量をオープン制御する。具体的には、予め設定された高排温領域Ｒ２用の設定マップを参照して、燃料噴射量を設定する（ステップＳ２０）。上述したようにタンブル制御弁２１を閉じたことによる排気温度の低下分、ここでの燃料噴射量を低く抑制することができる。
【００１７】
高負荷領域Ｒ３は、仮にタンブル制御弁２１を閉とすると、スロットル開度を全開（１００％）としても要求吸入空気量が得られず、筒内のポンプロスが増加して燃費が逆に悪化するおそれのある領域に相当する。より具体的には、タンブル制御弁２１が各シリンダ内に接続する吸気分岐通路１６Ａの吸気通路断面積の約５０％を開閉する場合、スロットル開度が約５０％を越える領域が、上記の高負荷領域Ｒ３に相当する。従って、高負荷領域Ｒ３であれば、ステップＳ２１からステップＳ２２へ進み、タンブル制御弁２１を開とする。つまりタンブル制御弁２１の閉作動を禁止する。これにより、タンブル制御弁２１によって吸気量が制限されることを確実に回避し、所望の吸入空気量を確保することができる。
【００１８】
また、この高負荷領域Ｒ３にあっては、上記の高排温領域Ｒ２と同様、排気温度を確実に低下させるために、上記の空燃比フィードバック制御を禁止して、燃料噴射量をオープン制御する。具体的には、予め設定された高負荷領域Ｒ３用の設定マップを参照して、燃料噴射量を設定する（ステップＳ２３）。ここでの燃料噴射量は、タンブル制御弁２１を開としていることから、排気温度を低下するために比較的多いものとなる。
【００１９】
低排温領域Ｒ４は、ＥＧＲ領域Ｒ１と高負荷領域Ｒ３との間の中間的な機関負荷・回転数の領域Ｒ２，Ｒ４の中でも、比較的低回転・低負荷寄りの、元々排気温度の過度な上昇が問題とならない領域に相当する。つまり、タンブル制御弁２１を閉とすることによる排気温度の低下効果があまり期待されず、逆に、タンブル制御弁２１を閉とすることによるポンプロスの増加等が懸念される領域に相当する。従って、この低排温領域Ｒ４であれば、ステップＳ２４へ進み、タンブル制御弁２１を開とする。そして、ステップＳ２５において、上記の空燃比フィードバック制御を行うことにより、排気の空燃比を目標空燃比近傍に精度良く維持することができる。
【００２０】
好ましくは、点火時期制御についても、上記の領域Ｒ１〜Ｒ４毎にそれぞれ適切な制御マップを容易して、各制御マップに基づいて点火時期の制御を行う。また、空燃比フィードバック制御が禁止される条件としては、上記の領域Ｒ２，Ｒ４の他、急加速時や冷機始動時にも空燃比フィードバック制御が禁止されて、燃料噴射量がオープン制御される。
【００２１】
図４は、本発明の第２実施例に係る領域判定マップを示しており、上記第１実施例の図３のマップに相当する。この実施例では、第１実施例の低排温領域Ｒ４が実質的に消失した形となっており、高負荷領域Ｒ３を除く全ての機関負荷・機関回転域Ｒ１，Ｒ２’で、タンブル制御弁２１を閉じるようになっている。
【００２２】
次に、本実施例の特徴的な技術思想及びその作用効果について列記する。但し、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、吸気流動制御弁として、上記実施例のようなタンブル制御弁２１に代えて、燃焼室内にスワール流（旋回流）を付与するスワール制御弁を用いても良い。また、上記実施例では簡易的にタンブル制御弁２１を「開」と「閉」の２位置切換型としているが、開度を多段階もしくは連続的に変更可能な吸気流動制御弁を用いるようにしても良い。
【００２３】
（１）排気の一部を吸気に還流する排気還流装置３１と、吸気通路１６に設けられ、燃焼室内へ流入する吸気に流動成分を付与する吸気流動制御弁（タンブル制御弁）２１と、機関回転・負荷領域の中で低回転・低負荷側の第１領域Ｒ１では、排気還流率を高めるように、上記吸気流動制御弁２１を閉じるＥＧＲ増加手段（ステップＳ１４）と、上記第１領域Ｒ１よりも高回転・高負荷側の所定の第２領域Ｒ２では、排気温度を低下させるために、上記吸気流動制御弁２１を閉じる排温上昇手段（ステップＳ１８）と、を有している。
【００２４】
このように、低回転・低負荷側の第１領域Ｒ１で、吸気流動制御弁２１を閉じることによって、排気還流率を高め、排気性能や燃費性能を高めることができる。そして、この第１領域Ｒ１よりも高回転・高負荷側の所定の第２領域Ｒ２で、吸気流動制御弁２１を閉じることによって、排気温度を低下させることができ、図２のステップＳ２０で燃料噴射量を設定する際に、排気温度を低下させるための燃料噴射量の増量幅を低く抑制することができる。このように、排気還流率を高めるための吸気流動制御弁２１を利用し、かつ、排気温度センサ等を敢えて必要としない簡素な構成で、排気温度の低下と燃費性能の向上とを良好に両立することができる。
【００２５】
（２）好ましくは、吸気通路１６の開度を調整するスロットルバルブ２０と、上記排温上昇手段により吸気流動制御弁２１を閉じる場合に、上記スロットルバルブ２０の開度を増加させるスロットル開度増加手段（ステップＳ１９）と、を有している。このように、吸気流動制御弁２１を閉とすることによる吸入空気量の減少分に応じて、スロットルバルブ２０の開度を増加させることによって、吸気流動制御弁２１を閉とすることによる吸入空気量の低下をスロットル開度の増加により補うことができ、所望の吸入空気量を過不足なく得ることができる。
【００２６】
（３）第２領域Ｒ２よりも高負荷側の所定の第３領域Ｒ３では、上記排温上昇手段による吸気流動制御弁２１の閉作動を禁止する。より具体的には、高負荷領域Ｒ３は、仮に吸気流動制御弁２１を閉とすると、スロットル開度を全開（１００％）としても要求吸入空気量が得られず、筒内のポンプロスが増加して燃費が逆に悪化するおそれのある領域に相当する。従って、高負荷領域Ｒ３で吸気流動制御弁２１の閉作動を禁止することによって、吸気流動制御弁２１によって吸気量が制限されて、機関出力の低下を招くことを回避することができる。
【００２７】
（４）更に好ましくは、排気の空燃比を検出する空燃比検出手段（空燃比センサ）２７と、この空燃比検出手段２７の検出信号に基づいて、空燃比を目標空燃比の近傍に維持するように燃料噴射量を増減する空燃比フィードバック制御を行うフィードバック制御手段（ステップＳ１６，ステップＳ２５）と、を有し、上記第２領域Ｒ２では、上記空燃比フィードバック制御を禁止する。より具体的には、高排温領域Ｒ２では、排気温度を確実に低下させるために、上記の空燃比フィードバック制御を禁止して、燃料噴射量をオープン制御し、確実に排気温度を低下させる。但し、上述したように吸気流動制御弁２１を閉じたことによる排気温度の低下分、ここでの燃料噴射量の増量幅を低く抑制することができる。
【００２８】
（５）典型的には図３に示すように、上記第１領域Ｒ１よりも高回転・高負荷側であって、かつ、上記第２領域Ｒ２よりも低回転・低負荷側である第４領域Ｒ４では、上記吸気流動制御弁２１を開として、上記空燃比フィードバック制御を行う（ステップＳ２５）。すなわち、吸気流動制御弁２１を閉とすることによる排気温度の低下効果があまり期待されず、逆に、吸気流動制御弁２１を閉とすることによるポンプロスの増加等が懸念される第４領域Ｒ４では、この制御弁２１を開として、上記の空燃比フィードバック制御を行うことによって、空燃比を精度良く目標空燃比の近傍に維持することができ、ポンプロスの増加を招くことなく排気性能を向上することができる。
【００２９】
（６）あるいは図４に示すように、第３領域Ｒ３を除く全ての機関回転・負荷領域で、上記吸気流動制御弁２１を閉としても良い。つまり、吸入空気量により制限を受ける第３領域Ｒ３以外の領域では、吸気流動制御弁２１を閉として、吸気流動成分を強化し、燃焼速度を向上させて燃焼効率の向上を図るようにしても良い。
【００３０】
（７）吸気を過給する過給機１３を備える内燃機関１０、特に、小型化・低排気量化による燃費向上を図るために過給機１３を設けた内燃機関１０にあっては、比較的低い回転・負荷域から過給が行われるので、排気温度の上昇及びこれを回避するための燃料増量による燃費悪化が非常に大きな課題であり、本発明が極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る内燃機関の一例を示すシステム構成図。
【図２】本発明の第１実施例の制御の流れを示すフローチャート。
【図３】上記第１実施例に係る領域判定マップ。
【図４】本発明の第２実施例に係る領域設定マップ。
【符号の説明】
【００３２】
１０…内燃機関
１３…過給機
１４…排気通路
１６…吸気通路
２１…タンブル制御弁（吸気流動制御弁）
２７…空燃比センサ（空燃比検出手段）
３０…機関制御部
３１…排気還流装置
【図１】
2007064031.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007064031.tif 000006