(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、軽負荷域においても低温燃焼を安定して実行することを目的とする。【解決手段】リッチスパイクが必要であるか否かが判別され（ステップ１００）、リッチスパイクが必要である場合には、大量ＥＧＲによる低温燃焼によってリッチスパイクが実行される（ステップ１０２）。次いで、エンジン負荷が所定負荷より小さいか否かが判別され（ステップ１０４）、エンジン負荷が上記所定負荷より小さい場合には、インパルス過給が実行される（ステップ１０６）。【選択図】図３
2009052504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲを実行可能なＥＧＲ装置と、
インパルス過給を実行可能なインパルス過給装置と、
通常燃焼と、大量のＥＧＲを行うことによって空燃比を前記通常燃焼よりリッチ化するとともに燃焼温度を前記通常燃焼より低くする低温燃焼とを切り替え可能な燃焼切替手段と、
前記低温燃焼を行う場合に、前記インパルス過給装置を作動させるインパルス過給制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記インパルス過給制御手段は、前記低温燃焼を行う場合であって且つ機関負荷が所定負荷より小さい場合に前記インパルス過給装置を作動させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
排気通路に配置されたＮＯｘ触媒を更に備え、
前記インパルス過給制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とするリッチスパイクが前記低温燃焼によって実施される場合に、前記インパルス過給装置を作動させることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
排気通路に配置されたＮＯｘ触媒を更に備え、
前記インパルス過給制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とするリッチスパイクが前記低温燃焼によって実施される場合に、前記リッチスパイクの途中から前記インパルス過給装置の作動を開始させるインパルス過給開始時期制御手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記インパルス過給装置は、吸気通路を開閉するインパルス過給弁を含み、
前記インパルス過給制御手段は、前記リッチスパイクの途中から前記インパルス過給装置が作動を開始させた後、前記インパルス過給弁の閉弁期間を徐々に長くする閉弁期間制御手段を含むことを特徴とする請求項４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する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）では、通常、排気ガス中に多量の酸素が含まれているため、三元触媒でＮＯｘを浄化することができない。このため、ＮＯｘ触媒を排気通路に設置し、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒に吸蔵するようにした排気浄化システムが用いられている。このようなシステムでは、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化してＮ２として放出するために、排気空燃比を一時的に理論空燃比以下のリッチとするリッチスパイクを間欠的に行うことが必要となる。
【０００３】
リッチスパイクを低温燃焼（低温リッチ燃焼とも呼ばれる）によって実施する技術が、例えば特開２００４−３６０４８４号公報に開示されている（同公報の「筒内リッチ」が低温燃焼に相当）。低温燃焼は、大量のＥＧＲを行うことにより、空燃比を低下（リッチ化）させるとともに、燃焼温度を、スモークが生成されないような温度まで低下させて行う燃焼である。このため、低温燃焼によれば、スモークを排出することなく、理論空燃比に近い空燃比、あるいは理論空燃比よりもリッチな空燃比でディーゼルエンジンを運転することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３６０４８４号公報
【特許文献２】特開２０００−２４８９４６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８３６５３号公報
【特許文献４】特開２００６−２８３６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
低温燃焼を行うためには、大量ＥＧＲが必要であるので、吸気マニホールド圧力が排気マニホールド圧力より十分に低くなるように、吸気通路のスロットル弁を絞る必要がある。しかしながら、スロットル弁を絞ると、圧縮端圧力が低下するので、着火が安定しにくくなる傾向がある。このような傾向は、軽負荷であるほど顕著になる。このため、従来、軽負荷域においては、低温燃焼を安定して実行することが困難であった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、軽負荷域においても低温燃焼を安定して実行することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
ＥＧＲを実行可能なＥＧＲ装置と、
インパルス過給を実行可能なインパルス過給装置と、
通常燃焼と、大量のＥＧＲを行うことによって空燃比を前記通常燃焼よりリッチ化するとともに燃焼温度を前記通常燃焼より低くする低温燃焼とを切り替え可能な燃焼切替手段と、
前記低温燃焼を行う場合に、前記インパルス過給装置を作動させるインパルス過給制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記インパルス過給制御手段は、前記低温燃焼を行う場合であって且つ機関負荷が所定負荷より小さい場合に前記インパルス過給装置を作動させることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
排気通路に配置されたＮＯｘ触媒を更に備え、
前記インパルス過給制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とするリッチスパイクが前記低温燃焼によって実施される場合に、前記インパルス過給装置を作動させることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
排気通路に配置されたＮＯｘ触媒を更に備え、
前記インパルス過給制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とするリッチスパイクが前記低温燃焼によって実施される場合に、前記リッチスパイクの途中から前記インパルス過給装置の作動を開始させるインパルス過給開始時期制御手段を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記インパルス過給装置は、吸気通路を開閉するインパルス過給弁を含み、
前記インパルス過給制御手段は、前記リッチスパイクの途中から前記インパルス過給装置が作動を開始させた後、前記インパルス過給弁の閉弁期間を徐々に長くする閉弁期間制御手段を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、低温燃焼を行う場合に、インパルス過給を実行することができる。大量ＥＧＲによる低温燃焼を行うためには、吸気絞り弁の開度を小さくする必要がある。しかしながら、吸気絞り弁の開度を小さくすると、吸気マニホールド圧力が低下するので、吸入混合気（新気とＥＧＲガスとの混合物）の量が減少して、圧縮端圧力が低下する。その結果、特に軽負荷域において、着火が安定しにくくなる傾向がある。第１の発明によれば、低温燃焼の際にインパルス過給を行うことにより、吸気マニホールド圧力が低くても、充填効率を向上させることができるので、十分な吸入混合気量を確保することができる。このため、軽負荷域で低温燃焼を行う場合であっても、着火を安定させることができる。
【００１３】
第２の発明によれば、低温燃焼を行う場合であって且つ機関負荷が所定負荷より小さい場合にインパルス過給を実行することができる。インパルス過給を行うと、ポンプ損失が増大するので、熱効率が低下する傾向がある。第２の発明では、低温燃焼を行う際、インパルス過給を行わなくても安定した着火が得られる程度まで機関負荷が大きい場合には、インパルス過給を回避することができる。このため、燃費の悪化を抑制することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、リッチスパイクが低温燃焼によって実施される場合に、インパルス過給を実行することができる。これにより、インパルス過給を実行するのは、間欠的に短時間だけ行われるリッチスパイクのときであるので、インパルス過給に起因する熱効率低下の影響は少ない。よって、燃費の悪化を確実に抑制することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、リッチスパイクを低温燃焼によって実施する場合に、リッチスパイクの途中からインパルス過給を開始させることができる。低温燃焼によるリッチスパイクの開始直後は、ＥＧＲガス中に多くの酸素が残存している。よって、リッチスパイクの開始直後からインパルス過給を行って吸入混合気量を増やすと、筒内の酸素量が上昇して、筒内の空燃比が上昇（リーン化）してしまう。このため、リッチスパイクの開始直後に、空燃比を理論空燃比以下まで急低下させにくくなり、理論空燃比よりも若干リーンな排気ガスがＮＯｘ触媒に流入することとなる。その結果、ＮＯｘ触媒の下流に吐き出されるＮＯｘ量が増大したり、リッチスパイク時間が長くなったりするという弊害が生じ易い。第４の発明によれば、リッチスパイクの初期においてはインパルス過給を非作動とすることにより、筒内の酸素量を減少させて、筒内の空燃比を速やかに理論空燃比以下まで低下させることができる。このため、上記のような弊害の発生をより確実に防止することができる。
【００１６】
第５の発明によれば、リッチスパイクの途中からインパルス過給を開始させた後、インパルス過給弁の閉弁期間を徐々に長くすることができる。これにより、低温燃焼によるリッチスパイクの開始後、ＥＧＲガスの空燃比が徐々に理論空燃比に近づくのに合わせて、吸入空気量を徐々に増加させることができる。このため、リッチスパイク時の筒内の空燃比をより適切に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１８】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、ディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼルエンジン１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる。図１に示すディーゼルエンジン１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるディーゼルエンジンの気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１９】
ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料インジェクタ１２が設置されている。各気筒の燃料インジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ１６によって所定の燃圧まで加圧されて、コモンレール１４内に蓄えられ、コモンレール１４から各燃料インジェクタ１２に供給される。
【００２０】
ディーゼルエンジン１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０により枝分かれして、各気筒の排気ポート２２に接続されている。本実施形態のディーゼルエンジン１０は、ターボ過給機２４を備えている。排気通路１８は、ターボ過給機２４の排気タービンに接続されている。
【００２１】
排気通路１８の、ターボ過給機２４より下流側には、ＮＯｘ触媒２６が設置されている。ＮＯｘ触媒２６は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比以下であるときには、吸蔵されたＮＯｘを放出してＮ2へ還元浄化する機能を有している。本実施形態のＮＯｘ触媒２６は、例えばＰＭ(Particulate Matter)を捕捉する機能などの他の機能を兼ね備えるものであってもよい。
【００２２】
ディーゼルエンジン１０の通常燃焼時には、排気ガスの空燃比は理論空燃比より大幅にリーンになる。よって、このときには、排気ガス中のＮＯｘは、ＮＯｘ触媒２６によって捕捉され、吸蔵される。ＮＯｘ触媒２６に吸蔵できるＮＯｘの量には限界がある。このため、本実施形態のシステムでは、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘを離脱させて還元浄化するためのリッチスパイクを間欠的（周期的）に実施する。リッチスパイクとは、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とすることである。
【００２３】
ディーゼルエンジン１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により、各気筒の吸気ポート３５（図２参照）に分配される。
【００２４】
吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。吸気絞り弁３６は、その開度がモータによって調整される電子制御式スロットル弁で構成されている。また、吸気通路２８の、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。
【００２５】
吸気通路２８の吸気マニホールド３４の近傍には、ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８の排気マニホールド２０近傍に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路４０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２８に還流させること、つまりＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。以下、ＥＧＲ通路４０を通って還流する排気ガスのことを「ＥＧＲガス」と称する。
【００２６】
ＥＧＲ通路４０の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＥＧＲ弁４４の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路４０を通るＥＧＲガス量、すなわちＥＧＲ量を調整することができる。
【００２７】
吸気通路２８とＥＧＲ通路４０との合流部と、吸気マニホールド３４との間には、インパルス過給弁４６が設置されている。インパルス過給弁４６は、例えばロータリーソレノイド等の電動アクチュエータの駆動によって、吸気通路２８を閉塞して吸気の通過を遮断する閉状態と、吸気の通過を許容する開状態とに、高速で変位可能になっている。
【００２８】
なお、図示のインパルス過給弁４６は、バタフライ弁で構成されているが、シャッター弁等の他の形式の弁で構成されていてもよい。また、図示の構成では、全気筒に共通のインパルス過給弁４６を一つ設けているが、各気筒に個別にインパルス過給弁を設けてもよい。
【００２９】
更に、本実施形態のシステムは、アクセルペダル位置（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを備えている。アクセル開度センサ４８の検出信号からは、エンジン負荷（要求負荷）を算出することができる。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動させることにより、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。
【００３０】
図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジン１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼルエンジン１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼルエンジン１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。このクランク角センサ６２は、ＥＣＵ５０に接続されている。
【００３１】
また、本実施形態のディーゼルエンジン１０には、吸気弁５２の開弁特性を可変とする吸気可変動弁機構５４と、排気弁５６の開弁特性を可変とする排気可変動弁機構５８とが備えられている。これら吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８は、ＥＣＵ５０に接続されている。なお、本発明では、吸気可変動弁機構５４や排気可変動弁機構５８は、なくてもよい。すなわち、吸気弁５２の開弁特性や排気弁５６の開弁特性は固定であってもよい。
【００３２】
［実施の形態１の特徴］
（インパルス過給）
本実施形態のディーゼルエンジン１０では、インパルス過給弁４６を用いてインパルス過給を行うことができる。インパルス過給を行う場合、インパルス過給弁４６は、吸気弁５２の開弁開始時には閉弁状態になり、吸気弁５２の開弁よりも遅く開弁するように（例えば、吸気弁５２の開弁期間の後期に開弁するように）、制御される。インパルス過給弁４６がこのように制御されると、吸気弁５２の開弁開始時期からインパルス過給弁４６の開弁開始時期までの間に、インパルス過給弁４６と吸気弁５２との間の吸気通路に負圧が形成される。この後、インパルス過給弁４６が瞬時に開弁されると、上記負圧の作用によって、インパルス過給弁４６の上流側にあった吸気ガスが一気に筒内に流れ込む。このときに、吸気弁５２、あるいは吸気弁５２およびインパルス過給弁４６が閉じることにより、一種の慣性過給効果によって、多量の吸気ガスを筒内に充填することができる。すなわち、このインパルス過給においては、インパルス過給弁４６の上下流に形成される差圧を適切な時期に開放し、吸気の気柱振動を積極的に発生させ、吸気に脈動を生じさせることで、過給が行われる。各気筒の吸気通路の径や長さなどは、インパルス過給を行うのに適した気柱振動を生じさせるように設定されている。
【００３３】
（低温燃焼）
また、本実施形態のディーゼルエンジン１０では、大量のＥＧＲを行い、ＥＧＲ率を高めることにより、スモークが生成されないような温度まで燃焼温度を下げることができる。このような燃焼を本明細書では「低温燃焼」と称する。以下、この低温燃焼について、更に説明する。
【００３４】
ＥＧＲ通路４０を介して吸気通路２８内に再循環されるＥＧＲガスは、空気と比べて比熱が高く、従って多量の熱を吸収することができる。よって、ＥＧＲガス量を増大するほど、すなわちＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大するほど、燃焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとＮＯｘの発生量が低下し、従ってＥＧＲ率を増大すればするほどＮＯｘの発生量は低下することになる。
【００３５】
このように、従来より、ＥＧＲ率を増大すればＮＯｘの発生量を低下しうることはわかっている。しかしながら、ＥＧＲ率を増大させていくと、ＥＧＲ率が或る限度を越えたときに、煤の発生量、すなわちスモークが急激に増大し始める。この点に関し、従来より、それ以上ＥＧＲ率を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考えられており、従って、スモークが急激に増大し始めるＥＧＲ率が、ＥＧＲ率の最大許容限界であると考えられている。
【００３６】
従って、従来より、ＥＧＲ率はこの最大許容限界を越えない範囲内に定められている。このＥＧＲ率の最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なるがおおよそ３０パーセントから５０パーセントである。従って従来のディーゼルエンジンではＥＧＲ率は最大でも３０パーセントから５０パーセント程度に抑えられている。
【００３７】
このように、従来ではＥＧＲ率に対して最大許容限界が存在すると考えられていたので、従来よりＥＧＲ率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてＮＯｘおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるように定められていた。しかしながら、このようにしてＥＧＲ率をＮＯｘおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるように定めても、ＮＯｘおよびスモークの発生量の低下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のＮＯｘおよびスモークが発生してしまうのが現状である。
【００３８】
ところがディーゼルエンジンの燃焼の研究の過程において、ＥＧＲ率を最大許容限界よりも大きくすれば上述の如くスモークが急激に増大するが、このスモークの発生量にはピークが存在し、このピークを越えてＥＧＲ率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しはじめ、アイドリング運転時においてＥＧＲ率を７０パーセント以上にすると、またＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にするとスモークがほとんど零になる、すなわち煤がほとんど発生しないことが見い出されたのである。また、このときにはＮＯｘの発生量が極めて少量となることも判明している。この後、この知見に基づいて煤が発生しない理由について検討が進められ、その結果これまでにない煤およびＮＯｘの同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築されるに至ったのである。この新たな燃焼システム、すなわち低温燃焼とは、簡単に言うと、炭化水素が煤に成長するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止させることを基本としている。
【００３９】
すなわち、実験研究を重ねた結果判明したことは、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成長してしまうということである。この場合、燃料およびその周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって燃料およびその周囲のガス温度を制御することができる。
【００４０】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制することは燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化することができる。これが低温燃焼の基本的な考え方である。
【００４１】
ところで、ＥＧＲを行う場合には、筒内の空燃比は、筒内に流入する新気の量と、筒内に流入するＥＧＲガス中に残存する酸素量と、燃料インジェクタ１２からの燃料噴射量とで定まることとなる。そして、ＥＧＲ率を高めるほど、筒内空燃比は、低下（リッチ化）する。低温燃焼では、ＥＧＲ率が高いため、ディーゼルエンジン１０の通常燃焼（リーン燃焼）に比して、筒内空燃比を大幅に低下（リッチ化）させることができ、理論空燃比以下とすることも可能である。そこで、本実施形態では、リッチスパイクが必要なとき、この低温燃焼を行って空燃比を理論空燃比以下とすることにより、リッチスパイクを行うこととしている。
【００４２】
しかしながら、一般に、軽負荷側の領域では、低温燃焼を行うことが困難であるという問題がある。その理由は、次のようなものである。低温燃焼を行うためには、大量ＥＧＲが必要である。このため、吸気マニホールド圧力（ＥＧＲ通路４０の下流側の圧力）が排気マニホールド圧力（ＥＧＲ通路４０の上流側の圧力）より十分に低くなるように、吸気絞り弁３６の開度を小さくする必要がある。しかしながら、吸気絞り弁３６の開度を小さくすると、吸入混合気（新気とＥＧＲガスとの混合物）の量が減少して、圧縮端圧力（圧縮行程終了時の圧力）が低下するので、着火が安定しにくくなる傾向がある。このような傾向は、エンジン負荷が低いほど、顕著になる。このようなことから、安定した着火を確保しつつ低温燃焼を行える運転領域には、軽負荷側に限界がある。よって、その限界よりもエンジン負荷が低い領域にあるときにリッチスパイクが必要となった場合、着火を安定させて低温燃焼を行うことができないという問題がある。
【００４３】
この問題を解決するため、本実施形態では、上記の限界よりエンジン負荷の低い領域でリッチスパイクのために低温燃焼を行う場合には、インパルス過給を並行して実施することとした。インパルス過給を行うと、充填効率を向上することができるので、吸気マニホールド圧力が低くても、吸入混合気量を十分に確保することができる。すなわち、インパルス過給を伴って低温燃焼を行った場合には、そうでない場合と比べ、同等の吸気マニホールド圧力であっても、ＥＧＲ率が高まり、その結果、圧縮端圧力も高くなる。このため、軽負荷域で低温燃焼を行う場合であっても、着火を安定させることができる。
【００４４】
一方、本発明と異なり、インパルス過給を伴わずに低温燃焼を行う場合には、吸入混合気量が減少するので、排気ガス量も減少し、排気マニホールド圧力が低下する。このため、吸気マニホールド圧力との差圧を確保して大量のＥＧＲガスを流すためには、吸気絞り弁３６を更に絞って吸気マニホールド圧力を更に低下させることが必要となる。
【００４５】
これに対し、本実施形態のようにインパルス過給を伴って低温燃焼を行った場合には、吸入混合気量の減少を抑制することができるので、排気マニホールド圧力の低下を抑制することができる。よって、吸気絞り弁３６の開度をそれほど小さくしなくても排気マニホールド圧力と吸気マニホールド圧力との差圧を確保することができるので、吸気マニホールド圧力を高く維持することができる。このため、軽負荷域で低温燃焼を行う場合であっても、十分な吸入混合気量を確保することができるので、圧縮端圧力を十分に高くでき、着火を確実に安定させることができる。
【００４６】
ところで、インパルス過給を行うと、吸気混合気が筒内に勢い良く流入するので、筒内のスワールが強くなる。従来、軽負荷域、つまり燃料噴射量の少ない領域でインパルス過給を行った場合には、オーバースワールになり易いという問題がある。すなわち、強いスワールによって燃料と空気との混合が過度に促進されて、燃料が過度に希薄化することにより、失火や消炎が生じ易くなり、その結果、ＨＣ排出量が増大し易いという問題がある。このため、従来、軽負荷域においてはインパルス過給を行わないのが普通である。
【００４７】
これに対し、本実施形態では、筒内空燃比の低い低温燃焼とともにインパルス過給を行うので、燃料と空気との混合が進んでも、理論空燃比程度までであり、燃料が過度に希薄化することはない。このため、上記のようなオーバースワールの弊害が生ずるおそれはない。特に、本実施形態の場合には、リッチスパイクのために低温燃焼を行うので、ＨＣ排出量が仮に増加したとしても、問題はない。
【００４８】
［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンによれば、まず、リッチスパイクが必要であるか否かが判別される（ステップ１００）。このステップ１００での判別手法は、特に限定されず、公知の手法により行うことができる。例えば、ディーゼルエンジン１０の運転状態とＮＯｘ排出量との関係をマップとしてＥＣＵ５０に記憶しておき、前回のリッチスパイク以後にＮＯｘ触媒２６に流入したＮＯｘの量をそのマップに従って積算していき、その積算値が所定値を超えた場合には、リッチスパイクが必要であると判別することができる。
【００４９】
上記ステップ１００で、リッチスパイクが必要でないと判別された場合には、今回のルーチンの実行がそのまま終了される。
【００５０】
一方、上記ステップ１００で、リッチスパイクが必要であると判別された場合には、ディーゼルエンジン１０での燃焼を、通常燃焼から、空燃比を理論空燃比以下とした低温燃焼へ切り替えることにより、リッチスパイクが実行される（ステップ１０２）。すなわち、ＥＧＲ弁４４の開度を大きくするとともに、吸気絞り弁３６の開度を小さくすることにより、大量のＥＧＲが実行される。また、必要に応じて、燃料噴射量や燃料噴射タイミングなどを補正してもよい。
【００５１】
次いで、エンジン負荷が所定負荷より小さいか否かが判別される（ステップ１０４）。この所定負荷とは、インパルス過給無しでも安定した着火を得つつ低温燃焼を行うことのできるエンジン負荷の下限値として、予め設定されている。
【００５２】
上記ステップ１０４で、エンジン負荷が上記所定負荷より大きい場合には、インパルス過給無しで低温燃焼を行っても安定した着火が得られると判断できる。そこで、この場合には、インパルス過給を実行することなく、今回のルーチンの実行がそのまま終了される。
【００５３】
一方、上記ステップ１０４で、エンジン負荷が上記所定負荷より小さい場合には、インパルス過給弁４６が作動され、インパルス過給が実行される（ステップ１０６）。これにより、前述したように、エンジン負荷が低くても、十分な吸入混合気量を確保でき、圧縮端圧力の低下を回避することができる。このため、安定した着火を確保しつつ、低温燃焼によるリッチスパイクを実行することができる。
【００５４】
なお、インパルス過給を行うと、ポンプ損失が増大するので、熱効率が低下する傾向がある。本実施形態では、インパルス過給を行うのは、間欠的に短時間だけ行われるリッチスパイクのときであるので、インパルス過給に起因する熱効率低下の影響は少ない。よって、燃費の悪化を確実に抑制することができる。特に、本実施形態では、リッチスパイク時であってもエンジン負荷が上記所定負荷より大きいときにはインパルス過給を行わないので、インパルス過給による燃費の悪化を最小限にすることができる。
【００５５】
上述した実施の形態１では、軽負荷域でリッチスパイクのために低温燃焼が行われるときにインパルス過給を実施する場合を例に説明したが、本発明では、低温燃焼がリッチスパイク以外の目的で行われるときにインパルス過給を実施するようにしてもよい。例えば、軽負荷域において排気浄化触媒の温度を高く維持する目的で低温燃焼を定常的に実行する場合に、インパルス過給を併せて実施するような場合にも本発明を適用することができる。
【００５６】
また、上述した実施の形態１では、外部ＥＧＲによって低温燃焼を実現する場合を例に説明したが、本発明は、内部ＥＧＲを併用して、あるいは内部ＥＧＲのみによって、低温燃焼を行う場合にも適用可能である。なお、内部ＥＧＲ量は、可変動弁装置により吸気弁５２と排気弁５６との正または負のバルブオーバーラップの大きさを変化させることなどによって、調節することが可能である。
【００５７】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃焼切替手段」が、図３に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１、第２および第３の発明における「インパルス過給制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００５８】
実施の形態２．
次に、図４乃至図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図６に示すルーチンを実行させることにより、実現することができる。
【００５９】
［実施の形態２の特徴］
本実施形態は、低温燃焼によるリッチスパイクに合わせてインパルス過給を実施する場合に、リッチスパイクの開始と同時にインパルス過給を開始するのではなく、リッチスパイクの途中からインパルス過給を開始することを特徴とする。
【００６０】
図４は、リッチスパイク時の空燃比（排気空燃比）、および、ＮＯｘ触媒２６を出た排気ガス中のＮＯｘ濃度の挙動を示す図であり、図５は、リッチスパイク時の吸入空気量およびＥＧＲ率の挙動を示す図である。図４および図５中の太い線は、リッチスパイクの途中からインパルス過給を開始する場合、つまり本実施形態の場合の挙動を示している。一方、細い線で示す例は、リッチスパイク（低温燃焼）の開始と同時にインパルス過給を開始する場合の挙動である。
【００６１】
ディーゼルエンジン１０が通常燃焼しているときには、空燃比は理論空燃比よりも大幅にリーンであるので、排気ガス中には多くの酸素が含まれている。従って、リッチスパイクが開始され、通常燃焼から低温燃焼へ切り替えられてＥＧＲ率が急上昇した直後は、筒内に還流するＥＧＲガス中に多くの酸素が残存している。そして、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路４０を通って還流するので、輸送遅れが生ずる。このため、リッチスパイク開始後、ある程度の時間が経過しないと、ＥＧＲガスの空燃比が理論空燃比以下まで低下しない。
【００６２】
すなわち、リッチスパイクの開始直後は、新気と、酸素が多く残存したＥＧＲガスとからなる混合気が筒内に吸入される。従って、インパルス過給によって吸入混合気量を増やすと、筒内の酸素量が上昇する結果、筒内の空燃比が上昇（リーン化）してしまう。このため、リッチスパイクの開始と同時にインパルス過給を開始した場合には、図４に示すように、リッチスパイクの開始直後に、空燃比を理論空燃比以下まで急低下させることができず、理論空燃比よりも若干リーンな排気ガスがＮＯｘ触媒２６に流入することとなる。
【００６３】
ＮＯｘ触媒２６は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比以下となったときに吸蔵ＮＯｘを一気に離脱させるのではなく、排気ガスの空燃比が理論空燃比より若干リーンであっても、吸蔵ＮＯｘを離脱させる性質がある。そして、理論空燃比より若干リーンな排気ガスによってＮＯｘ触媒２６からＮＯｘが離脱した場合には、ＮＯｘ触媒２６内に還元剤が無いために還元浄化反応が起こらず、そのＮＯｘがＮＯｘ触媒２６の下流にそのまま流れてしまう。このようなことから、リッチスパイクの開始と同時にインパルス過給を開始した場合には、図４中に破線で囲った部分に示すように、理論空燃比よりも若干リーンな排気ガスがＮＯｘ触媒２６に流入したときに、ＮＯｘ触媒２６の下流に多くのＮＯｘが吐き出されてしまい易い。
【００６４】
これに対し、本実施形態では、リッチスパイクの初期においては、インパルス過給を非作動とする。このため、本実施形態では、図５に示すように、リッチスパイクの開始と同時にインパルス過給を開始する場合と比べて、リッチスパイクの初期における吸入空気量を少なくすることができる。その結果、筒内の酸素量を減少させることができるので、図４に示すように、リッチスパイクの開始直後、空燃比を理論空燃比以下まで速やかに低下させることができる。よって、理論空燃比よりも若干リーンな排気ガスがＮＯｘ触媒２６に流入する期間を確実に短縮することができるので、ＮＯｘ触媒２６の下流にＮＯｘが吐き出されることを確実に抑制することができる。
【００６５】
なお、図５に示すように、本実施形態の場合と、リッチスパイクの開始と同時にインパルス過給を開始する例の場合とで、ＥＧＲ率の挙動はほとんど同じである。ＥＧＲ率の挙動が同じであっても、リッチスパイクの初期にインパルス過給を非作動として吸入混合気量を減少させることにより、筒内の酸素量が減少するので、筒内の空燃比を速やかに理論空燃比以下まで低下させることができる。
【００６６】
ところで、リッチスパイクでは、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガスの空燃比を一定時間理論空燃比以下に維持することが必要である。本実施形態では、リッチスパイクの開始と同時にインパルス過給を開始する例の場合と比べて、空燃比を速やかに理論空燃比以下とすることができるので、図４に示すように、この例よりもリッチスパイクを早期に終了することができる。すなわち、本実施形態では、リッチスパイクの継続時間を短縮することができる。その結果、燃費性能を向上することもできる。
【００６７】
また、本実施形態では、リッチスパイクの途中からインパルス過給を開始したのち、インパルス過給弁４６の閉弁期間がサイクル毎に徐々に長くなるように制御することが好ましい。インパルス過給弁４６の閉弁期間が長いほど、インパルス過給の効果が高まるので、吸入空気量を増加させることができる。インパルス過給の開始後、インパルス過給弁４６の閉弁期間がサイクル毎に徐々に長くなるように制御することにより、図５に示すように、ＥＧＲガスの空燃比がサイクル毎に徐々に理論空燃比に近づくのに合わせて、吸入空気量をサイクル毎に徐々に増加させることができる。このため、筒内の空燃比をより適切に制御することができる。
【００６８】
［実施の形態２における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図６において、図３に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００６９】
図６に示すルーチンによれば、まず、リッチスパイクが必要であるか否かが判別され（ステップ１００）、リッチスパイクが必要であると判別された場合には、低温燃焼によるリッチスパイクが実行される（ステップ１０２）。
【００７０】
次いで、エンジン負荷が所定負荷より小さいか否かが判別される（ステップ１０４）。そして、エンジン負荷が上記所定負荷より小さいと判別された場合には、リッチスパイク開始時から所定時間が経過したか否かが判別される（ステップ１０８）。この所定時間は、リッチスパイク開始後に筒内空燃比を速やかに理論空燃比以下まで低下させるために必要なインパルス過給の開始遅延時間に相当しており、適切な長さの期間となるように予め設定されている。また、この所定時間は、エンジン回転数やエンジン負荷の関数とされていてもよい。
【００７１】
上記ステップ１０８で、リッチスパイク開始時からの経過時間が上記所定時間に達したと認められた場合には、インパルス過給弁４６が作動され、インパルス過給が開始される（ステップ１１０）。インパルス過給の開始後は、インパルス過給弁４６の閉弁期間がサイクル毎に徐々に長くなるように制御される。
【００７２】
以上説明した本実施形態によれば、前述した実施の形態１と同様の効果が得られることに加えて、リッチスパイク時にＮＯｘ触媒２６から下流へ吐き出されるＮＯｘの量を低減することができる。更に、リッチスパイクの継続時間を短縮することができるので、燃費性能を向上することもできる。
【００７３】
上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第４の発明における「インパルス過給開始時期制御手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第５の発明における「閉弁期間制御手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジンの一つの気筒の断面を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】リッチスパイク時の空燃比、および、ＮＯｘ触媒を出た排気ガス中のＮＯｘ濃度の挙動を示す図である。
【図５】リッチスパイク時の吸入空気量およびＥＧＲ率の挙動を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
１０  ディーゼルエンジン
１２  燃料インジェクタ
１４  コモンレール
１８  排気通路
２０  排気マニホールド
２４  ターボ過給機
２６  排気浄化装置
２８  吸気通路
３４  吸気マニホールド
３６  吸気絞り弁
３８  エアフローメータ
４０  ＥＧＲ通路
４４  ＥＧＲ弁
４６  インパルス過給弁
５０  ＥＣＵ
５２  吸気弁
５６  排気弁
６２  クランク角センサ
６４  ピストン
【図１】
2009052504.tif 000003
【図２】
2009052504.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009052504.tif 000008