(57)【要約】【課題】低温状態であっても外部ＥＧＲ装置を用いずに予混合燃焼を可能にする。【解決手段】燃料噴射完了後に予混合期間を経て着火する予混合燃焼運転が可能であるとともに、排気を吸気に環流する外部ＥＧＲ装置を備えたエンジン１の燃焼制御装置であって、予混合燃焼運転時にエンジン１が所定の低温状態である場合に、排気バルブの閉弁時期が基準時期より進角するようにカム位相可変機構２０を制御して、内部ＥＧＲ量を増加させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射完了後に予混合期間を経て着火する予混合燃焼運転が可能であるとともに、排気を吸気に環流する外部ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の燃焼制御装置であって、
排気バルブの閉弁時期を変更させる可変バルブタイミング手段と、
前記予混合燃焼運転時に前記内燃機関が所定の低温状態である場合に、排気バルブの閉弁時期が基準時期より進角するように前記可変バルブタイミング手段を制御して、内部ＥＧＲ量を増加させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、タービンを通過する排気の流路面積を変更可能な可変容量式過給機を備え、
前記制御手段は、前記予混合燃焼運転時に前記内燃機関が所定の低温状態である場合に、更に、前記流路面積が基準面積より減少するように前記可変容量式過給機を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記予混合燃焼運転時に前記内燃機関が所定の低温状態である場合に、排気バルブの閉弁時期が前記基準時期より進角するよう前記可変バルブタイミング手段を制御して、筒内の酸素濃度を減少させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置に係り、詳しくは、予混合燃焼時における燃焼制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの燃焼制御において、燃料の自己着火時期より前に燃料噴射を完了して、その後に着火する予混合燃焼運転が知られている。
予混合燃焼運転時には、燃料噴射完了後、混合気が十分に希薄、均一化されてから着火することで、局所的な燃焼温度の上昇が抑えられＮＯｘ発生量が低減される。
そして、予混合燃焼運転時において混合気の十分な希薄化を図るために、外部ＥＧＲ装置を用いてＥＧＲ量を増加させるものがある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−２９１００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ディーゼルエンジンでは、通常、低温状態である場合には排気中の硫黄酸化物や窒素酸化物が増加するので、上記特許文献１に記載されているように予混合燃焼運転時において低温状態である場合に外部ＥＧＲ量を増大させると、これらの排気中の酸化物が硫酸あるいは硝酸となって外部ＥＧＲ装置を構成するＥＧＲクーラやＥＧＲ通路を腐食させる虞がある。したがって、低温状態では外部ＥＧＲ量を増大させることができず、予混合燃焼が困難となる虞がある。
【０００４】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低温状態であっても外部ＥＧＲ装置を用いずに予混合燃焼が可能なディーゼルエンジンの燃焼制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１は、燃料噴射完了後に予混合期間を経て着火する予混合燃焼運転が可能であるとともに、排気を吸気に環流する外部ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の燃焼制御装置であって、排気バルブの閉弁時期を変更させる可変バルブタイミング手段と、予混合燃焼運転時に内燃機関が所定の低温状態である場合に、排気バルブの閉弁時期が基準時期より進角するように可変バルブタイミング手段を制御して、内部ＥＧＲ量を増加させる制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２では、請求項１において、内燃機関は、タービンを通過する排気の流路面積を変更可能な可変容量式過給機を備え、制御手段は、予混合燃焼運転時に内燃機関が所定の低温状態である場合に、更に、流路面積が基準面積より減少するように可変容量式過給機を制御することを特徴とする。
また、請求項３では、請求項１または２において、制御手段は、予混合燃焼運転時に内燃機関が所定の低温状態である場合に、排気バルブの閉弁時期が基準時期より進角するよう可変バルブタイミング手段を制御して、筒内の酸素濃度を減少させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の請求項１の内燃機関の燃焼制御装置によれば、予混合燃焼運転時において内燃機関が所定の低温状態である場合に、排気バルブの閉弁時期が基準時期より進角して内部ＥＧＲ量が増加するので、外部ＥＧＲ装置を必要とすることなく吸気中のＥＧＲ量を確保することができる。したがって、内燃機関が低温状態である場合に、外部ＥＧＲ装置への排気の流入による腐食を確実に防止しつつ、予混合燃焼を可能にすることができる。
【０００８】
本発明の請求項２の内燃機関の燃焼制御装置によれば、予混合燃焼運転時において内燃機関が所定の低温状態である場合に、更に、タービンを通過する排気の流路面積が基準面積より減少するので、排気抵抗が増加して内部ＥＧＲ率が増加する。したがって、排気バルブの閉弁時期を進角させるだけではＥＧＲ量が不足する場合でも、ＥＧＲ量を十分に確保することができる。
【０００９】
本発明の請求項３の内燃機関の燃焼制御装置によれば、予混合燃焼運転時において内燃機関が所定の低温状態である場合に、排気バルブの閉弁時期が基準時期より進角して筒内の酸素濃度が減少するので、外部ＥＧＲ装置を必要とすることなく吸気中の酸素濃度が抑制され、十分な予混合燃焼を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の燃焼制御装置を備えたディーゼルエンジン（以下、単にエンジン１という）の吸排気系の概略構成図である。
図１に示すように、エンジン１には、ターボチャージャ（可変容量式過給機）２及びＥＧＲシステム（外部ＥＧＲ装置）３が備えられている。
【００１１】
ターボチャージャ２は、エンジンの吸気管４に介装されたコンプレッサ５と、排気管６に介装されたタービン７と、を含んで構成されており、エンジン１の排気によって駆動されたタービン７の回転力を利用して、コンプレッサ５を駆動して吸気を圧縮することで、吸気流量を増加させて、エンジン１の出力を向上させる機能を有している。ターボチャージャ２は、可変容量式のターボチャージャ（ＶＧＴ）であって、タービン７の入口面積を変更させる可変容量機構８を備えており、この可変容量機構８によりタービン７を通過する排気の流速を変化させて、過給効果が制御される。コンプレッサ５の下流側の吸気管４には、ターボチャージャ２による過給効果を高めるために、吸気温度を低下させるインタークーラ９が備えられている。
【００１２】
ＥＧＲシステム３は、タービン７の上流側の排気管を形成する排気マニホールド１０とインタークーラ９の下流側の吸気管４とを連通するＥＧＲ通路１１を有し、ＥＧＲ通路１１に設けられたＥＧＲバルブ１２を開閉制御することにより、排気の一部を吸気側に環流して燃焼温度を低下させることで、ＮＯxの発生を抑制する機能を有する。ＥＧＲ通路１１には、通過する排気の温度を低下させるＥＧＲクーラ１３が備えられている。また、ＥＧＲクーラ１３とＥＧＲバルブ１２との間の吸気管４には、スロットルバルブ１４が設けられている。
【００１３】
エンジン１には、排気バルブのバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング装置が備えられている。可変バルブタイミング装置は、例えば排気バルブを駆動するカムシャフトの一端部に、ベーン式のカム位相可変機構（可変バルブタイミング手段）２０を備えており、このカム位相可変機構２０によりカムの回転位置（位相）を進角あるいは遅角させることで、排気バルブの開閉時期を可変制御する。
【００１４】
エンジン１の筒内へ燃料供給するインジェクタ２１は、コントローラ３０により作動制御され、筒内への燃料噴射量、燃料噴射時期が制御される。コントローラ３０は、エンジン１の各種運転状態を入力して、インジェクタ２１による燃料噴射を、通常燃焼モードまたは予混合燃焼モード（予混合燃焼運転）に切り換える機能を有している。
通常燃焼モードでは、ピストンの圧縮上死点近傍で燃料噴射するよう制御され、着火後も燃料が追加供給されることから、筒内への燃料供給量が増加して高出力を得ることができる。予混合燃焼モードでは、燃料自己着火時期より前に燃料噴射が完了するよう制御され、燃料噴射完了後、混合気が十分に希薄、均一化されてから着火するので、局所的な燃焼温度の上昇が抑えられＮＯｘ発生量が低減される。通常燃焼モードと予混合燃焼モードとは、例えばエンジン回転速度及び負荷に基づいて切り換えられる。
【００１５】
エンジン１の吸気マニホールド１５には吸気圧力を検出する吸気圧力センサ３１及び吸気温度を検出する吸気温度センサ３２が備えられている。コンプレッサ５の上流側の吸気管４には、吸気流量を検出するエアフローセンサ３３が、タービン７の下流側の排気管６には空気過剰率を検出するλセンサ３４が備えられている。
コントローラ３０は、更に、上記吸気圧力センサ３１、吸気温度センサ３２、エアフローセンサ３３及びλセンサ３４の他にエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度センサ３５から各種検出情報が入力され、該検出情報から要求ＥＧＲ率及び実ＥＧＲ率を演算し、実ＥＧＲ率が要求ＥＧＲ率に一致するように、ＥＧＲバルブ１２及びスロットルバルブ１４を制御する。
【００１６】
また、特に、本実施形態のコントローラ（制御手段）３０は、予混合燃焼モード時において、可変容量機構８及びカム位相可変機構２０を作動させる制御を行う。
図２は、予混合燃焼モード時の燃焼制御手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、予混合燃焼モード時にエンジン１が低温状態である場合に繰り返し実行される。エンジン１が低温状態であるか否かは、例えばエンジン１の冷却水温に基づいて判定すればよい。
【００１７】
図２に示すように、まずステップＳ１０では、上述した実ＥＧＲ率が要求ＥＧＲ率を満足している（以上である）か否かを判別する。実ＥＧＲ率が要求ＥＧＲ率を満足している場合は、本ルーチンをリターンする。要求ＥＧＲ率を満足していない場合は、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、排気バルブの開閉タイミングが早くなるようにカム位相可変機構２０を進角制御する（排気バルブ制御）。そして、ステップＳ３０に進む。なお、図３は、クランク角の変化に伴う排気バルブのリフト量の推移を示すグラフである。図３に示すように、排気バルブの開閉タイミングは、通常では、開弁時期がＢＤＣ（下死点）直前に、閉弁時期がＴＤＣ（上死点）直後（基準時期）に設定されている。本ステップでは、排気バルブの開閉タイミングを進角させることで、排気バルブの閉弁時期が基準時期より早まるので、排気が筒内から抜けにくくなる。
【００１８】
ステップＳ３０では、ステップＳ１０と同様に要求ＥＧＲ率を満足しているか否かを判別する。要求ＥＧＲ率を満足している場合は、本ルーチンをリターンする。要求ＥＧＲ率を満足していない場合は、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、タービン７の入口面積を絞るように可変容量機構８を制御する（ＶＧＴ制御）。そして、本ルーチンをリターンする。なお、図４はタービン７の入口での排圧Ｐｔｉを比較したグラフであり、タービン７の入口面積を絞ったとき（ＶＧＴ絞り）と絞らないとき（通常）とを示している。図４に示すように、本ステップでタービン７の入口面積を絞ることで、タービン７より上流側の排気圧が上昇するので、排気が筒内から抜けにくくなる。
【００１９】
以上のように制御することで、本実施形態では、予混合燃焼時にエンジン１が低温状態である場合には、排気バルブの閉弁時期が進角するようにカム位相可変機構２０が制御される。また、この排気バルブ制御では、予混合燃焼を行うのに十分なＥＧＲ率が確保できない場合には、更にタービン７の入口面積を絞るように可変容量機構８が制御される。
上記のように、排気バルブの閉弁時期が進角すると、排気が抜けにくくなり、内部ＥＧＲが増加して筒内のＥＧＲ率が増加する。これにより本実施形態では、エンジン１が低温状態である場合にＥＧＲシステム３を用いることなくＥＧＲ率を増加させることができる。したがって、エンジン１が低温状態でＥＧＲシステム３に排気が流入しないので、低温状態での排気中に含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物によるＥＧＲクーラ１３やＥＧＲ通路１１の腐食を防止することができるとともに、ＥＧＲ率の増加により予混合燃焼を十分に実現させることができる。
【００２０】
また、排気バルブ制御では、予混合燃焼を行うのに十分なＥＧＲ率が確保できない場合には、更にＶＧＴ制御、即ちタービン７の入口面積が絞られるので、これによっても排気が抜けにくくなり、ＥＧＲ率を更に増加して十分に確保することができる。
なお、本実施形態では、ＥＧＲ率に基づいて予混合燃焼の可否を判断しているが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば予混合燃焼モード時に筒内の酸素濃度を目標酸素濃度に一致するように制御するエンジンでも本発明を適用することができる。このようなエンジンにおいても、排気バルブの閉タイミングを進角させたりタービン７の入口面積を絞ったりすることで、酸素濃度を低下させることができるので、予混合燃焼を十分に実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の燃焼制御装置を備えたエンジンの吸排気系の概略構成図である。
【図２】予混合燃焼モード時の燃焼制御手順を示すフローチャートである。
【図３】クランク角の変化に伴う排気バルブのリフト量の推移を示すグラフである。
【図４】タービンの入口での排圧を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００２２】
１    エンジン
２    可変容量過給機
３    ＥＧＲシステム
７    タービン
２０  カム位相可変機構
３０  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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