JPH05296111A

JPH05296111A - 希薄燃焼内燃機関及びその制御方法

Info

Publication number: JPH05296111A
Application number: JP4097634A
Authority: JP
Inventors: Masashi Ishida; 昌司石田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】機関の燃焼安定性の向上を図る。【構成】実際の空燃比が理論空燃比よりも大きいリー
ン状態で燃焼するリーンバーン運転領域を有し、且つ、
排気ガスの一部を吸気ガス中にもどす排気再循環装置が
装着された希薄燃焼内燃機関及びその制御方法におい
て、加熱装置によって吸入空気を加熱する一方、吸気温
センサによって燃焼室内に供給される吸気温度を検出
し、駆動制御手段が吸気温センサの検出結果に基づいて
吸気温度を予め設定された吸気温度設定値になるように
加熱装置を駆動制御し、また、内燃機関の回転数と吸気
管内負圧とによって求められる吸入空気量と前記排気再
循環装置によって戻された排気還流との混合量を算出
し、燃料量の比率を用いて制御するる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は希薄燃焼内燃機関の燃焼
改善、並びにその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンは空気と燃料との混合気が燃焼
室に導入され、これを圧縮して着火すると爆発して駆動
力を得ることができる。この場合、空気と燃料が完全燃
焼するように、理論的に必要な燃料に対する最少の空気
の空燃比（Ａ／Ｆ）を求め、エンジンはこの空燃比をコ
ントロールする必要がある。この空燃比はガソリンの場
合、１４．４〜１５．０程度であり、排気ガス規制に適
合するように燃焼をコントロールするにはこの空燃比の
コントロールが基本となると考えられている。

【０００３】排気ガスの有害物質による大気汚染対策と
して、希薄燃焼（リーンバーン）エンジンがある。この
リーンバーンエンジンとは、実際の空燃比が理論空燃比
よりも大きいリーン状態で燃焼するリーンバーン運転領
域を有するエンジンである。従って、エンジンの燃焼排
気ガス中に含まれる一酸化炭素や炭化水素あるいは窒素
酸化物の発生量を抑制したり、燃費の改善等を図ること
ができる。

【０００４】そして、このようなリーンバーンエンジン
にあっては、リーン状態での燃焼を安定させるために、
吸入時にシリンダ内にスワールやタンブルなどの渦流を
発生させ、その乱れによって燃焼を促進するようにして
いる。ところで、エンジンには排気ガスの浄化システム
として排気系に浄化処理用の触媒コンバータを具えたも
のがあり、このような触媒コンバータに内蔵される触媒
としては、一般的に、三元触媒が多く用いられている。
ところが、前述したリーンバーンエンジンではリーンバ
ーン運転状態の排気ガスの酸素濃度が高いので、酸化反
応が優先されるようになってＮＯｘ（窒素酸化物）の浄
化（還元反応）を行うことができない。そのため、燃焼
時にＮＯｘを抑制する必要がある。

【０００５】ＮＯｘを抑制する方法としては点火時期を
遅らせるとか、還元触媒を用いるなどの方法があるが、
排気再循環方式（ＥＧＲ）が最も効果的とされている。
このＥＧＲは排気ガスの一部（５〜２０％）を吸気ガス
中にもどしてやるものである。即ち、ＮＯｘは燃焼ガス
の高温のもとで吸気中の窒素と酸素が反応してできるた
め、排気還流によって燃焼ガスの温度を下げて、Ｏ₂＋
Ｎ₂→２ＮＯの反応を抑制してやる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】エンジンは、前述した
ように、空気と燃料が完全燃焼するように理論的に必要
な燃料に対する最少の空気の空燃比（Ａ／Ｆ）を求めて
エンジンをコントロールしている。ところが、上述した
従来のリーンバーンエンジンにあっては、ＮＯｘを抑制
するためにＥＧＲが装着されているおり、リーンバーン
運転状態時に排気ガスを吸気ガス中にもどすと、燃料と
空気との比率が変わって燃焼が不安定になってしまうと
いう問題があった。

【０００７】従って、リーンバーン運転状態時に空燃比
を計測するセンサを使用する必要があり、この場合、通
常使用されるＯ₂センサよりもコスト高となってしまう
という問題があった。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、燃焼効率の向上を図った希薄燃焼内燃機関及
びその制御方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の希薄燃焼内燃機関は、実際の空燃比が理論
空燃比よりも大きいリーン状態で燃焼するリーンバーン
運転領域を有し、且つ、排気ガスの一部を吸気ガス中に
もどす排気再循環装置が装着された希薄燃焼内燃機関に
おいて、吸入空気あるいは排気還流を加熱する加熱装置
と、燃焼室内に供給される吸気温度を検出する吸気温セ
ンサと、該吸気温センサの検出結果に基づいて前記吸気
温度を予め設定された吸気温度設定値になるように前記
加熱装置を駆動制御する駆動制御手段とを具えたことを
特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の希薄燃焼内燃機関の制御方
法は、実際の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状
態で燃焼するリーンバーン運転領域を有し、且つ、排気
ガスの一部を吸気ガス中にもどす排気再循環装置が装着
された希薄燃焼内燃機関において、内燃機関の回転数と
吸気管内負圧とによって吸入空気量を算出し、燃料噴射
量のパラメータを前記吸入空気量と前記排気再循環装置
によって戻された排気還流との混合量に対する燃料量の
比率を用いて制御することを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】加熱装置は吸入空気あるいは排気再循環装置に
よってもどされた排気還流を加熱し、吸気温センサは燃
焼室内に供給される吸気温度を検出する。そして、駆動
制御手段は吸気温センサの検出結果に基づいて吸気温度
が予め設定された吸気温度設定値になるように加熱装置
を駆動制御することで、吸入空気あるいは排気還流が加
熱されて燃焼室に供給されることとなり、機関の安定燃
焼限界域が拡大される。

【００１２】また、吸入空気量は機関の回転数と吸気管
内負圧とによってを算出され、燃料噴射量のパラメータ
はこの吸入空気量と排気再循環装置によって戻された排
気還流との混合量に対する燃料量の比率を用いて制御す
ることで、排気還流を高精度に制御しなくとも不安定燃
焼は発生せず、リーンバーン運転領域での空燃比制御が
容易となる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１４】図１に本発明の一実施例に係る希薄燃焼内
燃機関のシステム概略、図２にＡ／Ｆ制御によるＥＧＲ
率の変化を表すグラフ、図３にＡ／Ｆ制御における吸気
加熱温度変化に伴う安定燃焼限界の変化を表すグラフ、
図４にその希薄燃焼内燃機関の制御の流れを表すブロッ
ク、図５にＧ／Ｆ制御によるＥＧＲ率の変化を表すグラ
フを示す。

【００１５】図１に示すように、リーンバーンエンジン
１０には吸気ポート１１及び排気ポート１２が設けら
れ、吸気バルブ１３及び排気バルブ１４によって開閉自
在となっている。また、クランクシャフト１５にはコン
ロッド１６を介してピストン１７が連結され、シリンダ
内を上下移動自在に支持されている。そして、ピストン
１７の上部には燃焼室１８が形成され、ここに点火プラ
グ１９が取付けられている。

【００１６】エアクリーナ２０は吸入する空気中の浮遊
するごみを除去するためのものであり、吸気管２１によ
ってサージタンク２２、そして、エンジン１０の吸気ポ
ート１１に連結されている。この吸気管２１のエアクリ
ーナ２０側には大気圧センサ２３が設けられている。一
方、吸気管２１のサージタンク２２側にはスロットルバ
ルブ２４及びスロットルポジションセンサ２５が設けら
れると共に、アイドルスイッチ２６及びバイパス通路２
７、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）バルブ
（ステップモータ）２８、また、バイパス通路２９及び
アイドルアップソレノイド３０、更に、バイパス通路３
１及びエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）３２、エアバイパ
スバルブソレノイド３３が設けられている。また、サー
ジタンク２２にはブーストセンサ３４及び吸気温センサ
３５が設けられている。

【００１７】そして、大気圧センサ２３及びスロットル
ポジションセンサ２５、アイドルスイッチ３６はエンジ
ンコントロールユニット（ＥＣＵ）３６に接続され、そ
の検出結果をＥＣＵ３６に出力できるようになってい
る。また、ＩＳＣバルブ２８及びＩＳＣソレノイド３
０、ＡＢＶソレノイド３３もＥＣＵ２６に接続され、Ｅ
ＣＵ３６の指令に基づいて作動することができるように
なっている。更に、エンジン１０の吸気ポート１１には
インジェクタ３７が取付けられており、図示しない燃料
タンク内に貯蔵されたガソリンをＥＣＵ３６の指令に基
づいて所定量噴射することができるようになっている。

【００１８】エンジン１０の排気ポート１２には排気管
３８が接続され、その中途部にはＯ ₂センサ３９及び触
媒コンバータ（三元触媒）４０が装着されている。そし
て、このＯ₂センサ３９はＥＣＵ３６に接続され、その
検出結果をＥＣＵ３６に出力できるようになっている。
なお、エンジン１０にはエンジン冷却水の水温センサ４
１が設けられ、また、エンジン１０の図示しないディス
トリビュータ内にはクランク角度位置センサ４２及びＴ
ＤＣセンサ４３が設けられており、このクランク角度位
置センサ４２及びＴＤＣセンサ４３はＥＣＵ３６に接続
され、その検出結果をＥＣＵ３６に出力できるようにな
っている。

【００１９】本実施例のリーンバーンエンジン１０には
排気ガスの一部を吸気ガス中にもどす排気再循環装置
（ＥＧＲ）が装着されている。即ち、エンジン１０の排
気ポート１２には排気管３８とは別に排気循環管５１の
基端部が接続され、この排気循環管５１の先端部は吸気
管２１の中途に設けられたＥＧＲミキサー５２に接続さ
れている。そして、この排気循環管５１にはＥＧＲバル
ブ５３及びＥＧＲ温度センサ５４、ＥＧＲソレノイド５
５が設けられ、ＥＧＲ温度センサ５４はＥＣＵ３６に接
続されてその検出結果をＥＣＵ３６に出力でき、ＥＧＲ
ソレノイド５５もＥＣＵ３６に接続され、ＥＣＵ３６の
指令に基づいて作動することができるようになってい
る。

【００２０】また、リーンバーンエンジン１０には吸入
空気を加熱する加熱装置が設けられている。即ち、吸気
管２１は途中で分岐し、一方は、前述したように、サー
ジタンク２２に接続され、他方は分岐管５６として排気
管３８に装着された熱交換器５７を介して再び吸気管２
１に合流している。そして、分岐管５６と吸気管２１と
の合流位置にはホットエアスロットル５８が取付けら
れ、このホットエアスロットル５８にはステップモータ
５９が連結されている。そして、このステップモータ５
９はＥＣＵ３６に接続され、ＥＣＵ３６の指令に基づい
て作動することができるようになっている。

【００２１】而して、エアクリーナ２０から吸入された
空気は吸気管２１を介してサージタンク２２に送られ、
そして、エンジン１０の吸気ポート１１に供給される。
このとき、スロットルバルブ２４によって吸入空気量が
制御される。一方、ＥＣＵ３６は大気圧センサ２３によ
って検出された吸入空気量とスロットルポジションセン
サ２５によって検出されたスロットル開度とから燃料噴
射量を決定し、インジェクタ３７はＥＣＵ３６の指令に
基づいてガソリンを所定量噴射する。従って、空気とガ
ソリンとの混合気が燃焼室１８内に供給されることとな
る。

【００２２】吸気ポート１１から燃焼室１８内に混合気
が供給され、クランクシャフト１５の駆動によってピス
トン１７が上下動して燃焼室１８内の混合気が圧縮さ
れ、点火プラグ１９が火花を発生することで、圧縮され
た混合気の爆発、膨張が行われてエンジンが作動する。
そして、混合気の燃焼によって発生した排気ガスは排気
ポート１２から排気管３８に排出され、触媒コンバータ
４０によって浄化されて大気に放出される。

【００２３】また、エンジン１０において、Ｏ₂センサ
３９によってフィードバック制御を行い、実際の空燃比
が理論空燃比よりも大きいリーン状態で燃焼するリーン
バーン運転領域で運転されているときには、排気ガス中
に大量の空気が含まれており、触媒コンバータ４０が三
元触媒であるためにＮＯｘの浄化を行うことができな
い。そのため、ＥＧＲバルブ５３を開放して排気還流を
排気循環管５１を介して吸気管２１（ＥＧＲミキサー５
２）に循環する。すると、排気還流によって高温のもと
で吸気中の窒素と酸素が反応抑制される。

【００２４】更に、吸入空気の一部は吸気管２１から分
かれて分岐管５６に流入し、熱交換器５７によって加熱
される。一方、吸気温センサ３５は燃焼室１８内に供給
されるサージタンク２２内の吸気温度を検出して検出結
果をＥＣＵ３６に出力する。ＥＣＵ３６には燃焼室１８
内での燃焼が安定するように予め吸気温度設定値が設定
されており、このＥＣＵ３６は吸気温度がこの設定値と
なるようにステップモータ５９を駆動することでホット
エアスロットル５８を開閉制御する。従って、吸気温度
設定値に加熱された吸入空気が燃焼室１８に供給される
こととなる。

【００２５】なお、エンジン１０の発進時、加速時、高
負荷運転時にはＯ₂センサ３９によってフィードバック
制御を行うが、ホットエアスロットル５８は分岐管５６
を閉止して加熱された吸気を吸気管２１に導入しない。
但し、エンジン１０の冷態時には冷却水の温度が所定温
度になるまでホットエアスロットル５８の分岐管５６を
開放して加熱された吸気を吸気管２１に導入する。

【００２６】図２に示すように、通常、空燃比（Ａ／
Ｆ）に対するＥＧＲ率において、Ａ／Ｆの値が大きくな
ると燃費が向上し、ＥＧＲ率が大きくなるとＮＯｘが減
少する。しかし、安定燃焼限界があって、同図に示す斜
線部分は運転不能領域となっている。ところが、本実施
例の希薄燃焼内燃機関のように吸入空気を加熱すると、
図３に示すように、安定燃焼限界が向上して運転可能領
域が広くなる。

【００２７】また、本実施例の希薄燃焼内燃機関の制御
方法は、エンジン１０の回転数と吸気管内負圧とによっ
て吸入空気量を算出し、燃料噴射量のパラメータを吸入
空気量と排気再循環装置によって戻された排気還流との
混合量に対する燃料量の比率（Ｇ／Ｆ）を用いて制御し
ている。以下、その制御の流れを説明する。

【００２８】図４に示すように、アクセル開度αとエン
ジン回転数Ｎｅから加減速判定のフィードバック制御を
行い、切換スイッチ６１をエンジン１０の定常あるいは
減速運転（リーン）と加速運転（ストイキオ）とに切り
換える。この切換スイッチ６１が加速運転（ストイキ
オ）に切り換えられた場合、Ｏ₂センサ３９から排気ガ
スの酸素濃度から理論空燃比がフィードバック制御され
てインジェクタ３７の噴射駆動時間を設定し、ＥＣＵ３
６に出力する。

【００２９】一方、切換スイッチ６１が定常／減速運転
（リーン）に切り換えられた場合、アクセル開度αとエ
ンジン回転数ＮｅからＧ／Ｆマップを設定し、空燃比が
設定されたＧ／Ｆとなるようにインジェクタ３７の噴射
駆動時間を設定し、ＥＣＵ３６に出力する。また、吸気
温度設定値も設定され、吸気温度がこの設定値となるよ
うにホットエアスロットル５８の開度を制御し、ＥＣＵ
３６に出力する。更に、ストイキオ運転からリーン運転
に変更されるときに吸気がＡＢＶ３１を通して供給され
て空気量が増加するが、これは目標ブースト値を基にＡ
ＢＶデューティ比を設定する。なお、ＡＢＶ３１による
吸気増加量だけでは不足である場合にはＩＳＣ制御を作
動して行う。

【００３０】また、アクセル開度αとエンジン回転数Ｎ
ｅからＥＧＲマップを設定し、ＥＧＲ率が設定値となる
ようにＥＧＲバルブ５４のデューティ比を設定し、ＥＣ
Ｕ３６に出力する。このとき、ストイキオ運転からリー
ン運転に変更されるときにはアイドル時と加速時にその
状態に応じてＥＧＲ率を補正する。また、エンジン水温
が低いときにはＥＧＲバルブ５４を閉止し、あるいは運
転環境によってエンジン回転変動があるときはこれを検
知してＥＧＲバルブ５４のデューティ比を補正（減少）
させる。

【００３１】なお、前述した目標ブースト値はアクセル
開度αとエンジン回転数Ｎｅから設定するが、この目標
ブースト値は吸気分圧とＥＧＲ分圧とから構成され、吸
気分圧はＡＢＶ３１（ＩＳＣ２８）によって制御され、
ＥＧＲ分圧はＥＧＲマップより決定されている。従っ
て、燃焼（回転）変動を検知してＥＧＲ分圧の設定値を
減少させた場合には吸気分圧を増加させる。

【００３２】図２に示すように、空燃比（Ａ／Ｆ）に対
するＥＧＲ率において、Ａ／Ｆの値を一定にした状態で
ＥＧＲ率が大きくなると、安定燃焼限界を越えて同図に
斜線部分で示す運転不能領域に入ってしまう。ところ
が、本実施例の希薄燃焼内燃機関の制御方法のようにＧ
／Ｆ（吸入空気量＋ＥＧＲ量／燃料量）で制御すると、
図５に示すように、Ｇ／Ｆの値を一定にした状態でＥＧ
Ｒ率が大きくなっても安定燃焼限界を越えることはなく
なる。

【００３３】図６乃至図８に本発明の他の実施例に係る
希薄燃焼内燃機関のシステム概略を示す。なお、前述し
た実施例と同様の機能を有する部材には同一の符号を付
して重複する説明は省略する。

【００３４】前述の実施例のリーンバーンエンジンにあ
っては、加熱装置を構成するホットエアスロットル５８
を吸気管２１と分岐管５６との合流位置に取付けたが、
第２実施例の希薄燃焼内燃機関（エンジン）は、図６に
示すように、吸気管２１にスロットル７１を設けると共
に分岐管５６にホットエアスロットル７２及びステップ
モータ７３を設けてある。従って、吸気温度の温度設定
が容易となる。

【００３５】また、第３実施例の希薄燃焼内燃機関（エ
ンジン）は、図７に示すように、吸気管２１にスロット
ル８１を設けると共に分岐管５６にＡＢＶ兼用のホット
エアスロットル８２及びステップモータ８３を設けてあ
る。従って、構造の簡素化が図れる。

【００３６】更に、第４実施例の希薄燃焼内燃機関（エ
ンジン）は、図８に示すように、吸気管２１にスロット
ル９１を設けると共に分岐管５６にホットエアスロット
ル９２及びステップモータ９３を設け、且つ、分岐管５
６の先端部を分岐して各気筒に接続してある。従って、
加熱された吸気の分配性の向上が図れる。

【００３７】なお、上述の実施例において、希薄燃焼内
燃機関の加熱装置は吸入空気を加熱したが、ＥＧＲによ
る排気還流を加熱してもよく、あるいは吸入空気と排気
還流の混合気でもよい。また、吸入空気を排気による熱
交換器にょって加熱したが、これに限らず、例えば、電
気ヒータなどを別に設けてもよいものである。

【００３８】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明の希薄燃焼内燃機関によれば、排気ガスの一
部を吸気ガス中にもどす排気再循環装置が装着され、吸
入空気あるいは排気還流を加熱する加熱装置と、燃焼室
内に供給される吸気温度を検出する吸気温センサと、そ
の吸気温センサの検出結果に基づいて吸気温度を予め設
定された吸気温度設定値になるように加熱装置を駆動制
御する駆動制御手段とを具えたので、燃焼室には所定値
に加熱された吸気が供給されることとなり、機関の安定
燃焼限界が向上して運転可能領域が広くなり、よりリー
ンで高いＥＧＲ領域での運転が可能となる。従って、低
燃費化及びＮＯｘの低減が図れ、燃焼効率の向上を図る
ことができる。また、従来に比べて同じ吸入ガス重量で
は吸気管内負圧が下がるので、部分負荷運転時のポンピ
ングロスを低減できて燃費を向上させることができると
共に、高負荷時には吸気を加熱しないので、充填効率が
低下することなく、且つ、スワールやタンブルなどの吸
気抵抗となるものがなくなって全負荷時の性能の低下を
なくすことができる。

【００３９】また、本発明の希薄燃焼内燃機関の制御方
法によれば、内燃機関の回転数と吸気管内負圧とによっ
て吸入空気量を算出し、燃料噴射量のパラメータをその
吸入空気量と排気再循環装置によって戻された排気還流
との混合量に対する燃料量の比率を用いて制御するよう
にしたので、排気再循環装置を高精度に制御しなくとも
過渡時に不安定燃焼を発生させることがなく、全域空燃
比センサを使用しなくともリーン領域での空燃比制御を
容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る希薄燃焼内燃機関のシ
ステム概略図である。

【図２】Ａ／Ｆ制御によるＥＧＲ率の変化を表すグラフ
である。

【図３】Ａ／Ｆ制御における吸気加熱温度変化に伴う安
定燃焼限界の変化を表すグラフである。

【図４】希薄燃焼内燃機関の制御の流れを表すブロック
図である。

【図５】Ｇ／Ｆ制御によるＥＧＲ率の変化を表すグラフ
である。

【図６】本発明の第２実施例に係る希薄燃焼内燃機関の
システム概略図である。

【図７】本発明の第３実施例に係る希薄燃焼内燃機関の
システム概略図である。

【図８】本発明の第４実施例に係る希薄燃焼内燃機関の
システム概略図である。

【符号の説明】

１０エンジン１８燃焼室２０エアクリーナ２１吸気管２２サージタンク２３大気圧センサ２４スロットルバルブ３２エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）３４ブーストセンサ３５吸気温センサ３６エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３７インジェクタ３８排気管３９Ｏ₂センサ４０触媒コンバータ（三元触媒）５１排気還流管５３排気再循環（ＥＧＲ）バルブ５４ＥＧＲ温度センサ５６分岐管５７熱交換器５８ホットエアスロットル５９ステップモータ

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【手続補正書】

【提出日】平成４年７月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】エンジンは空気と燃料との混合気が燃焼
室に導入され、これを圧縮して着火すると爆発して駆動
力を得ることができる。この場合、空気と燃料が完全燃
焼するための理論的に必要な燃料に対する最少の空気の
空燃比（Ａ／Ｆ）、即ち、理論空燃比はガソリンの場
合、１４．４〜１５．０程度であり、排気ガス規制に適
合するように燃焼をコントロールするにはこの空燃比の
コントロールが基本となると考えられている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】燃費向上対策として、希薄燃焼（リーンバ
ーン）エンジンがある。このリーンバーンエンジンと
は、実際の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態
で燃焼するリーンバーン運転領域を有するエンジンであ
る。従って、エンジンの燃焼排気ガス中に含まれる一酸
化炭素や炭化水素あるいは窒素酸化物の発生量を抑制し
たり、燃費の改善等を図ることができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】ＮＯｘを抑制する方法としては点火時期を
遅らせるとか、還元触媒を用いるなどの方法があるが、
排気再循環方式（ＥＧＲ）が最も効果的とされている。
このＥＧＲは排気ガスの一部を吸気ガス中にもどしてや
るものである。即ち、ＮＯｘは燃焼ガスの高温のもとで
吸気中の窒素と酸素が反応してできるため、排気還流に
よって燃焼ガスの温度を下げて、Ｏ₂＋Ｎ₂→２ＮＯの
反応を抑制してやる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】通常のエンジンは、前
述したように、空気と燃料が完全燃焼し、三元触媒で排
ガスを浄化できるように理論空燃比付近にてエンジンを
コントロールしている。ところが、上述した従来のリー
ンバーンエンジンにあっては、ＮＯｘを抑制するために
Ａ／Ｆが大きい領域で運転するか、それよりＡ／Ｆを小
さく（理論空燃比よりは大きく）してＥＧＲを導入する
ことが行われており、これらの空気やＥＧＲガスで希釈
された混合気は燃焼が不安定になってしまうという問題
があった。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】従って、リーンバーン運転状態時に燃焼が
不安定にならないＡ／Ｆに混合気を抑制するために空燃
比を計測するセンサを使用する必要があり、この場合、
通常使用されるＯ₂センサよりもコスト高となってしま
うという問題があった。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、燃焼安定性の向上を図った希薄燃焼内燃機関
及びその制御方法を提供することを目的とする。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】また、本発明の希薄燃焼内燃機関の制御方
法は、実際の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状
態で燃焼するリーンバーン運転領域を有し、且つ、排気
ガスの一部を吸気ガス中にもどす排気再循環装置が装着
された希薄燃焼内燃機関において、内燃機関の回転数と
吸気管内負圧とによって求められる吸入空気量と前記排
気再循環装置によって戻された排気還流との混合量を算
出し、燃料量の比率を用いて制御することを特徴とする
ものである。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】また、吸入空気量と排気還流との混合量、
即ち、吸入ガス量は機関の回転数と吸気管内負圧とによ
ってを算出され、燃料噴射量のパラメータはこの吸入空
気量と排気再循環装置によって戻された排気還流との混
合量に対する燃料量の比率を用いて制御する（以下、こ
の制御をＧ／Ｆ制御と記する。）ことで、排気還流を高
精度に制御しなくとも不安定燃焼は発生せず、リーンバ
ーン運転領域での混合気制御が容易となる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】また、エンジン１０において、Ｏ₂センサ
３９によってフィードバック制御を行わない、実際の空
燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で燃焼するリ
ーンバーン運転領域で運転されているときには、排気ガ
ス中に大量の空気が含まれており、触媒コンバータ４０
が三元触媒であるためにＮＯｘの浄化を行うことができ
ない。そのため、ＥＧＲバルブ５３を開放して排気還流
を排気循環管５１を介して吸気管２１（ＥＧＲミキサー
５２）に循環する。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】また、本実施例の希薄燃焼内燃機関の制御
方法は、エンジン１０の回転数と吸気管内負圧とによっ
て吸入空気量と排気還流との混合量を算出し、燃料噴射
量のパラメータを吸入空気量と排気再循環装置によって
戻された排気還流との混合量に対する燃料量の比率（Ｇ
／Ｆ）を用いて制御している。以下、その制御の流れを
説明する。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】一方、切換スイッチ６１が定常／減速運転
（リーン）に切り換えられた場合、アクセル開度αとエ
ンジン回転数ＮｅからＧ／Ｆマップを設定し、Ｇ／Ｆが
設定されたＧ／Ｆとなるようにインジェクタ３７の噴射
駆動時間を設定し、ＥＣＵ３６に出力する。また、吸気
温度設定値も設定され、吸気温度がこの設定値となるよ
うにホットエアスロットル５８の開度を制御し、ＥＣＵ
３６に出力する。更に、ストイキオ運転からリーン運転
に変更されるときに吸気がＡＢＶ３１を通して供給され
て空気量が増加するが、これは目標ブースト値を基にＡ
ＢＶデューティ比を設定する。なお、ＡＢＶ３１による
吸気増加量だけでは不足である場合にはＩＳＣ制御を作
動して行う。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】図２に示すように、空燃比（Ａ／Ｆ）に対
するＥＧＲ率において、Ａ／Ｆの値を一定にした状態で
ＥＧＲ率が大きくなると、安定燃焼限界を越えて同図に
斜線部分で示す運転不能領域に入ってしまう。ところ
が、本実施例の希薄燃焼内燃機関の制御方法のようにＧ
／Ｆ｛（吸入空気量＋ＥＧＲ量）／燃料量｝で制御する
と、図５に示すように、Ｇ／Ｆの値を一定にした状態で
ＥＧＲ率が大きくなっても安定燃焼限界を越えることは
なくなる。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】前述の実施例のリーンバーンエンジンにあ
っては、加熱装置を構成するホットエアスロットル５８
を吸気管２１と分岐管５６との合流位置に取付けたが、
第２実施例の希薄燃焼内燃機関（エンジン）は、図６に
示すように、吸気管２１にスロットル７１を設けると共
に分岐管５６にホットエアスロットル７２及びステップ
モータ７３を設けてある。従って、全開時の通気抵抗が
小さい。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】なお、上述の実施例において、希薄燃焼内
燃機関の加熱装置は吸入空気を加熱したが、ＥＧＲによ
る排気還流を加熱してもよく、あるいは吸入空気と排気
還流の混合気でもよい。また、吸入空気を排気による熱
交換器によって加熱したが、これに限らず、例えば、電
気ヒータなどを別に設けてもよいものである。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明の希薄燃焼内燃機関によれば、排気ガスの一
部を吸気ガス中にもどす排気再循環装置が装着され、吸
入空気あるいは排気還流を加熱する加熱装置と、燃焼室
内に供給される吸気温度を検出する吸気温センサと、そ
の吸気温センサの検出結果に基づいて吸気温度を予め設
定された吸気温度設定値になるように加熱装置を駆動制
御する駆動制御手段とを具えたので、燃焼室には所定値
に加熱された吸気が供給されることとなり、機関の安定
燃焼限界が向上して運転可能領域が広くなり、よりリー
ンで高いＥＧＲ領域での運転が可能となる。従って、低
燃費化及びＮＯｘの低減が図れ、熱効率の向上を図るこ
とができる。また、従来に比べて同じ吸入ガス重量では
吸気管内負圧が下がるので、部分負荷運転時のポンピン
グロスを低減できて燃費を向上させることができると共
に、高負荷時には吸気を加熱しないので、充填効率が低
下することなく、且つ、スワールやタンブルなどの吸気
抵抗となるものがなくなって全負荷時の性能の低下をな
くすことができる。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】また、本発明の希薄燃焼内燃機関の制御方
法によれば、内燃機関の回転数と吸気管内負圧とによっ
て吸入空気量と排気還流との混合量を算出し、燃料噴射
量のパラメータをその吸入空気量と排気再循環装置によ
って戻された排気還流との混合量に対する燃料量の比率
を用いて制御するようにしたので、排気再循環装置を高
精度に制御しなくとも過渡時に不安定燃焼を発生させる
ことがなく、全域空燃比センサを使用しなくともリーン
領域での空燃比制御を容易に行うことができる。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】Ａ／Ｆ制御による燃焼安定性限界のＥＧＲ率の
変化を表すグラフである。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】Ｇ／Ｆ制御による燃焼安定性限界のＥＧＲ率の
変化を表すグラフである。

【手続補正２０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｅ５８０Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実際の空燃比が理論空燃比よりも大きい
リーン状態で燃焼するリーンバーン運転領域を有し、且
つ、排気ガスの一部を吸気ガス中にもどす排気再循環装
置が装着された希薄燃焼内燃機関において、吸入空気あ
るいは排気還流を加熱する加熱装置と、燃焼室内に供給
される吸気温度を検出する吸気温センサと、該吸気温セ
ンサの検出結果に基づいて前記吸気温度を予め設定され
た吸気温度設定値になるように前記加熱装置を駆動制御
する駆動制御手段とを具えたことを特徴とする希薄燃焼
内燃機関。
【請求項２】実際の空燃比が理論空燃比よりも大きい
リーン状態で燃焼するリーンバーン運転領域を有し、且
つ、排気ガスの一部を吸気ガス中にもどす排気再循環装
置が装着された希薄燃焼内燃機関において、内燃機関の
回転数と吸気管内負圧とによって吸入空気量を算出し、
燃料噴射量のパラメータを前記吸入空気量と前記排気再
循環装置によって戻された排気還流との混合量に対する
燃料量の比率を用いて制御することを特徴とする希薄燃
焼内燃機関の制御方法。