JP2003227370A - 過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents

過給機付エンジンの制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーン燃焼による燃費改善効果をもたせつ
つ、リーンＮＯｘ触媒を必要とせず三元触媒を用いるだ
けで排気浄化性能を確保し、その上、過給機を利用し
て、出力性能を確保しつつ高負荷側にまでわたり燃費を
改善する。 【解決手段】 排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒
のうちの先行気筒2Ａ，2Ｄに対して過給機２３により過
給を行い、先行気筒2Ａ，2Ｄにおいてリーン空燃比で燃
焼を行わせ、この先行気筒2Ａ，2Ｄから排出される既燃
ガスを気筒間ガス通路２２を介して後続気筒2Ｂ，2Ｃに
導入する。そして、後続気筒2Ｂ，2Ｃでは先行気筒2
Ａ，2Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料
を供給して理論空燃比もしくはそれ以下の空燃比で燃焼
を行わせ、この後続気筒2Ｂ，2Ｃから排出されるガスが
三元触媒３０を備えた排気通路２０に導かれるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過給機付エンジン
の制御装置に関し、より詳しくは、多気筒エンジンにお
いて燃費改善及びエミッション向上のために各気筒の燃
焼状態を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、火花点火式エンジンにおい
て、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大き
いリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより
燃費改善を図る技術が知られており、例えば特開平１０
−２７４０８５号公報に示されるように、燃焼室内に直
接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等
では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射すること
により成層燃焼を行わせ、これによって超リーン燃焼を
実現するようにしたものが知られている。
【０００３】このようなエンジンにおいては、排気ガス
浄化用の触媒として通常の三元触媒（ＨＣ，ＣＯ及びＮ
Ｏｘに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒）だ
けではリーン運転時にＮＯｘに対して充分な浄化性能が
得られないため、上記公報にも示されるように、酸素過
剰雰囲気でＮＯｘを吸着して酸素濃度低下雰囲気でＮＯ
ｘの離脱、還元を行うリーンＮＯｘ触媒を設けている。
そして、このようなリーンＮＯｘ触媒を用いる場合、リ
ーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量が増大し
たときは、例えば上記公報に示されるように主燃焼以外
に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空
燃比をリッチ化するとともにＣＯを生成し、これによっ
てＮＯｘの離脱、還元を促進するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のリ
ーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中のＮＯｘ浄
化性能の確保のために上記リーンＮＯｘ触媒を必要とす
る。そして、高負荷域等の理論空燃比で運転される領域
での排気浄化のために三元触媒も必要であって、この三
元触媒に加えて上記リーンＮＯｘ触媒が設けられ、か
つ、このリーンＮＯｘ触媒はＮＯｘ吸着量をある程度確
保するために比較的大容量が必要となり、また、三元触
媒と比べて高価であるため、コスト的に不利である。
【０００５】しかも、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能
を維持するためには、上述のようにＮＯｘ吸着量が増大
するような所定の期間毎に、ＮＯｘの離脱、還元のため
追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を行
う必要があり、これにより、リーン燃焼による燃費改善
効果が目減りしてしまうことになる。
【０００６】さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場
合、上記リーンＮＯｘ触媒は硫黄被毒を受け易く、この
硫黄被毒の解消のために触媒の加熱及び還元材供給等の
リジェネレーション処理が必要となり、これによって燃
費改善効果の低減及び耐久性の低下等を招くおそれがあ
る。
【０００７】また、この種のエンジンでは、通常、エン
ジンの低負荷側の運転領域で成層リーン運転を行い、高
負荷側の運転領域では出力性能確保のために理論空燃比
以下の空燃比で均一燃焼を行うようにしているが、でき
るだけ高負荷側まで燃費及びエミッションを良くするこ
とが望ましい。
【０００８】本発明は以上のような従来の課題を考慮し
てなされたものであり、リーン燃焼による燃費改善効果
をもたせつつ、リーンＮＯｘ触媒を必要とせず三元触媒
を用いるだけで排気浄化性能を向上することができ、そ
の上、過給機を利用して、出力性能を確保しつつエンジ
ンの高負荷側にまでわたり燃費及びエミッションを良好
に保つことができる過給機付エンジンの制御装置を提供
するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気
の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気
筒エンジンにおいて、排気行程と吸気行程が重なる一対
の気筒のうちの排気行程側の気筒を先行気筒、吸気行程
側の気筒を後続気筒とし、上記先行気筒から排出される
既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路を介して上記後続気
筒に導入され、この後続気筒から排出されるガスのみが
排気通路に導かれるようにガス流通経路を構成し、上記
先行気筒に対して吸気を過給する過給機を設け、上記排
気通路に三元触媒を設けるとともに、上記各気筒に対す
る燃料供給を制御する制御手段を設け、この制御手段
は、エンジンの全運転領域で、上記先行気筒に対しては
理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態
で燃焼を行わせるように燃料供給を制御し、上記後続気
筒に対しては先行気筒から導入されたリーン空燃比の既
燃ガスに燃料を供給して理論空燃比もしくはそれ以下の
空燃比で燃焼を行わせるように燃料供給を制御するよう
にしたものである。
【００１０】この構成によると、エンジンの全運転域
で、上記先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われ
て、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減
されることにより大幅な燃費改善効果が得られ、また、
上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比
の既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比もしくはそれ
以下の空燃比とされた状態で燃焼が行われて、少なくと
もポンピングロス低減による燃費効果は得られる。しか
も、後続気筒から排出される理論空燃比もしくはそれ以
下の空燃比の既燃ガスのみが排気通路に導かれるため、
三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保され、リーン
ＮＯｘ触媒が不要となる。
【００１１】また、先行気筒ではリーン空燃比で燃焼が
行われることによりＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えら
れ、後続気筒では、先行気筒から既燃ガスが導入される
ことで多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態とな
ることからＮＯｘの発生が充分に抑制され、この面から
もエミッションの向上に有利となる。
【００１２】また、先行気筒に対して過給機により吸気
が過給されることにより、エンジンの高負荷域でも、要
求トルクを満足する程度の燃料を供給しつつ先行気筒に
対する新気量を増大させて、先行気筒でのリーン燃焼及
び後続気筒での既燃ガス導入状態での燃焼を行わせるこ
とができ、高負荷域での燃費を大幅に改善することがで
きる。
【００１３】請求項２に係る発明は、請求項１記載の装
置において、上記先行気筒の空燃比を理論空燃比の略２
倍もしくはそれ以上としたものである。
【００１４】このようにすると、先行気筒でのリーン燃
焼による燃費改善効果が充分に高められるとともに、後
続気筒に導入される既燃ガス中の過剰空気が少なくなり
すぎることが避けられて、後続気筒での燃焼性が確保さ
れる。
【００１５】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載の装置において、上記先行気筒に対して筒内に直接
燃料を噴射する燃料噴射弁を設け、先行気筒においては
リーン空燃比としつつ上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃
料を噴射することにより成層燃焼を行わせるようにした
ものである。
【００１６】このようにすると、先行気筒では成層化に
よりリーン空燃比でも良好に燃焼が行なわれる。
【００１７】請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の装置において、上記制御手段が、後続
気筒の空燃比を少なくともエンジンの低負荷域で理論空
燃比とするように制御するものである。
【００１８】このようにすると、少なくともエンジンの
低負荷域で、三元触媒による排気浄化性能を良好を発揮
させることができる。
【００１９】請求項５に係る発明は、請求項４に記載の
装置において、上記制御手段が、後続気筒の空燃比をエ
ンジンの高負荷域を除く運転領域で理論空燃比とし、高
負荷域では理論空燃比より小さいリッチ空燃比とするも
のである。
【００２０】このようにすると、高負荷域を除く運転領
域で三元触媒による排気浄化性能を良好に発揮させるこ
とができ、また、高負荷域では、後続気筒の熱負荷の増
大を抑制することができる。
【００２１】請求項６に係る発明は、請求項１乃至５の
いずれかに記載の装置において、後続気筒に対して筒内
に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を設け、この燃料噴射
弁から少なくとも燃料の一部を圧縮行程で噴射するよう
にしたものである。
【００２２】このようにすると、後続気筒で、空燃比が
理論空燃比またはそれ以下とされつつ成層燃焼もしくは
弱成層燃焼が行われることにより、多量のＥＧＲが行わ
れているのと同等の状態でも燃焼が良好に行われる。
【００２３】請求項７に係る発明は、請求項１乃至５の
いずれかに記載の装置において、後続気筒に対して燃料
を吸気行程で供給するようにしたものである。
【００２４】このようにすると、先行気筒から後続気筒
へ導入される既燃ガスの温度が充分に高い場合等におい
て後続気筒で燃料を均一に分散させても着火性を確保し
得る場合に有効となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。
【００２６】図１は本発明の一実施形態によるエンジン
の概略構成を示し、図２はエンジン本体の一つの気筒と
それに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に
示している。これらの図において、エンジン本体１は複
数の気筒を有し、図示の実施形態では４つの気筒２Ａ〜
２Ｄを有している。各気筒２Ａ〜２Ｄにはピストン３が
嵌挿され、ピストン３の上方に燃焼室４が形成されてい
る。
【００２７】各気筒２の燃焼室４の頂部には点火プラグ
７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでい
る。この点火プラグ７には、電子制御による点火時期の
コントロールが可能な点火回路８が接続されている。
【００２８】燃焼室４の側方部には、燃焼室4内に燃料
を直接噴射する燃料噴射弁９が設けられている。この燃
料噴射弁９は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵
し、後述のパルス信号が入力されることにより、そのパ
ルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて
開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するよう
に構成されている。なお、この燃料噴射弁９には、図外
の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給
され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃
料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されてい
る。
【００２９】また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対し
て吸気ポート１１及び排気ポート１２が開口し、各ポー
トに対して吸気弁１３及び排気弁１４が設けられてお
り、これらの吸・排気弁１３，１４がそれぞれカムシャ
フト１５，１６等からなる動弁機構により所定のタイミ
ングで開閉するように駆動される。
【００３０】そして、各気筒が所定の位相差をもって吸
気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行う
ようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向
一端側から１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２
Ｃ、４番気筒２Ｄと呼ぶと、図５に示すように上記サイ
クルが１番気筒２Ａ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２
番気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差を
もって行われるようになっている。なお、図５におい
て、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程、Ｆは燃料噴射、
Ｓは点火を表している。
【００３１】排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間
には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の
気筒（当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ）から吸気行
程側の気筒（当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ）へ既
燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス
通路２２が設けられている。当実施形態の４気筒エンジ
ンでは、図５に示すように１番気筒２Ａの排気行程（Ｅ
Ｘ）と２番気筒２Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、ま
た４番気筒２Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒２Ｃの吸
気行程（ＩＮ）が重なるので、１番気筒２Ａと２番気筒
２Ｂ、及び、４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃがそれぞれ一
対をなし、１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄが先行気筒、
２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００３２】各気筒の吸・排気ポート１１，１２に接続
される吸気通路１７、排気通路２０及び気筒間ガス通路
２２は、次のように構成されている。
【００３３】吸気通路１７は、先行気筒である１番気筒
２Ａ及び４番気筒２Ｄに対して吸気を供給し得るよう
に、下流側に２本の分岐吸気通路１８を有し、各分岐吸
気通路１８が１番気筒２Ａ及びに４番気筒２Ｄの吸気ポ
ート１１に接続されている。一方、排気通路２０は、後
続気筒である２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃから排出さ
れるガスを導くように、上流側に２本の分岐排気通路２
１を有し、各分岐排気通路２１が２番気筒２Ｂ及び３番
気筒２Ｃの排気ポート１２に接続されている。
【００３４】さらに、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとの
間及び３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間にそれぞれ気
筒間ガス通路２２が設けられ、先行気筒である１番，４
番気筒２Ａ，２Ｄの排気ポート１２に気筒間ガス通路２
２の上流端が接続されるとともに、後続気筒である２
番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの吸気ポート１１に気筒間ガス
通路２２の下流端が接続されている。
【００３５】また、先行気筒に対して吸気を過給する過
給機が設けられ、当実施形態ではターボ過給機２３が設
けられている。このターボ過給機２３は、排気分岐通路
２１を介して２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの排気ポート１
２に連通する排気通路２０に設けられたタービン２４
と、吸気分岐通路１８を介して１番，４番気筒２Ａ，２
Ｄの吸気ポート１１に連通する吸気通路１７に設けられ
たコンプレッサ２５とを有し、排気通路２０を流れる排
気ガスのエネルギーでタービン２４が回転し、それに連
動したコンプレッサ２５の回転により、吸気を過給する
ようになっている。
【００３６】吸気通路１７において、上記コンプレッサ
２５の下流には過給気を冷却するインタークーラ２６が
設けられ、さらにその下流にスロットル弁２７が設けら
れている。このスロットル弁２７は制御信号に応じてア
クチュエータ２８により駆動され、吸入空気量を調節す
るようになっている。
【００３７】排気通路２０における上記タービン２４の
下流には、排気浄化用の三元触媒３０が設けられてい
る。この三元触媒３０は、一般に知られているように、
排気ガスの空燃比が理論空燃比（つまり空気過剰率λが
λ＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対し
て高い浄化性能を示す触媒である。
【００３８】排気通路２０における上記タービン２４の
上流にはＯ2センサ３１が設けられている。このＯ2セン
サ３１は、排気ガス中の酸素濃度を検出することにより
空燃比を検出するもので、特に理論空燃比付近で出力が
急変するλＯ2センサにより構成されている。
【００３９】また、上記各気筒間ガス通路２２には、排
気ガス中の酸素濃度の変化（空燃比の変化）に対して出
力がリニアに変化するリニアＯ2センサ３２が設けられ
ている。
【００４０】図３は駆動、制御系統の構成を示してい
る。この図において、マイクロコンピュータ等からなる
エンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）４０
には、Ｏ2センサ３１及びリニアＯ2センサ３２からの信
号が入力されるとともに、吸入空気量を検出するエアフ
ローセンサ３３からの信号が入力され、さらに運転状態
を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数セン
サ３４及びアクセル開度（アクセルペダル踏込み量）を
検出するアクセル開度センサ３５等からの信号も入力さ
れている。また、このＥＣＵ４０から、各燃料噴射弁９
と、スロットル弁２７のアクチュエータ２８と、点火回
路8とに対して制御信号が出力されている。
【００４１】上記ＥＣＵ４０は、運転状態判別手段４
１、吸入空気量制御手段４２、燃料噴射制御手段４３及
び点火時期制御手段４４を備えている。
【００４２】運転状態判別手段４１は、上記回転数セン
サ３４及びアクセル開度センサ３５等からの信号により
エンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負
荷）を調べ、運転状態が例えば図４に示すような低中負
荷の運転領域Ａと、全開負荷及びその付近の高負荷の運
転領域Ｂとのいずれの領域にあるかを判別する。
【００４３】上記吸入空気量制御手段４２は、アクチュ
エータ２８を制御することによりスロットル弁２７の開
度（スロットル開度）を制御するものであり、運転状態
に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標
吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場
合、後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２Ｃ）には吸気通
路から直接吸気が供給されずに先行気筒から既燃ガスが
導入されて、そのガス中の過剰空気が燃焼に供せられる
ので、過給機２３により過給されて先行気筒に供給され
る空気が先行、後続の２気筒分の要求燃料（要求トルク
に見合う量の燃料）の燃焼に必要な量となるように、ス
ロットル開度が調節される。
【００４４】上記燃料噴射制御手段４３は、各気筒２Ａ
〜２Ｄに設けられた燃料噴射弁９からの燃料噴射量及び
噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御する
もので、先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に対し
ては、エンジンの全運転領域で，空燃比を理論空燃比よ
りも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略２
倍もしくはそれ以上とするように燃料噴射量を制御する
とともに、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせ
るように噴射タイミングを設定する。
【００４５】一方、後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２
Ｃ）に対しては、先行気筒から導入されたリーン空燃比
の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比もしくはそれよ
り小さいリッチ空燃比とする。この場合に、後続気筒の
空燃比を少なくとも低負荷領域では理論空燃比とし、好
ましくは図４中の低中負荷の運転領域Ａで理論空燃比、
高負荷の運転領域Ｂでリッチ空燃比とするように、後続
気筒に対する燃料噴射量を制御する。そして、既燃ガス
が多い状況下で着火、燃焼が可能なように後続気筒に対
する燃料噴射タイミングが設定され、例えば着火性確保
のため圧縮行程で燃料が噴射される。
【００４６】後続気筒の空燃比が理論空燃比とされる運
転領域（図４中の運転領域Ａ）において、上記燃料噴射
量の制御はエアフローセンサ３３及びＯ2センサ３１等
からの出力に基くフィードバック制御により行われる。
具体的には、先行気筒で所定のリーン空燃比、後続気筒
で理論空燃比となるように、エアフローセンサ３３によ
り検出される吸入空気量に応じてそれぞれの気筒に対す
る基本噴射量が演算されるとともに、気筒間ガス通路２
２に設けられたリニアＯ2センサ３２からの出力に基い
て先行気筒に対する燃料噴射量がフィードバック補正さ
れ、さらに排気通路２０に設けられたＯ2センサ３１か
らの出力に基いて後続気筒に対する燃料噴射量がフィー
ドバック補正されるようになっている。
【００４７】また、点火時期制御手段４４は、各気筒の
点火時期を運転状態に応じてマップから求め、その点火
時期に点火を行わせるように点火回路８を制御する。
【００４８】以上のような当実施形態の装置の作用を、
図５を参照しつつ説明する。
【００４９】過給機２３により過給されて吸気通路１７
を流下する空気は、スロットル弁２７及び分岐吸気通路
１８を経て先行気筒（１番，４番気筒）２Ａ，２Ｄに導
入される（図１中の矢印ａ）。そして、先行気筒２Ａ，
２ＤではリニアＯ2センサ２５により検出される空燃比
が所定リーン空燃比となるように燃料噴射量がフィード
バック制御されつつ圧縮行程で燃料（Ｆ）が噴射され、
かつ、所定点火時期に点火（Ｓ）が行われて、リーン空
燃比での成層燃焼が行われる。
【００５０】その後、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と
後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程が重なる期間に、先行気
筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスが気筒間ガス通路
２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される（図５中
の白抜き矢印及び図１中の矢印ｂ）。そして、後続気筒
２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されたリ
ーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されるとともに、所
定点火時期に点火（Ｓ）が行われることにより燃焼が行
われ、特に低中負荷の運転領域Ａでは、理論空燃比とな
るようにＯ2センサ２３の出力に基いて燃料噴射量が制
御されつつ、燃焼が行われる。後続気筒２Ｂ，２Ｃでの
燃焼後のガスは、三元触媒３０を備えた排気通路２０に
排出される（図１中の矢印ｃ）。
【００５１】このように、先行気筒２Ａ，２Ｄではリー
ン空燃比での成層燃焼が行われることにより、熱効率が
高められるとともにポンピングロスが低減され、これら
の相乗効果で大幅に燃費が改善される。また、後続気筒
２Ｂ，２Ｃでは空気過剰状態の既燃ガスに対し燃料が供
給されて理論空燃比に制御されつつ燃焼が行われること
により、先行気筒２Ａ，２Ｄのようにリーン空燃比で成
層燃焼が行われるものと比べると熱効率では多少劣るも
のの、ポンピングロス低減による燃費改善効果は充分に
得られる。
【００５２】しかも、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路
２０に排出されるガスは理論空燃比であるため、従来の
リーンバーンエンジンのようにリーンＮＯｘ触媒を設け
る必要がなく、三元触媒３０だけで充分に排気浄化性能
が確保される。
【００５３】そして、リーンＮＯｘ触媒を設ける必要が
ないことから、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量増大時
におけるＮＯｘの放出、還元のための一時的な空燃比の
リッチ化を行う必要がなく、燃費改善の目減りが避けら
れる。さらに、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の問題が生
じることもない。
【００５４】また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比
の略２倍もしくはそれ以上の超リーン空燃比とされるこ
とでＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒２
Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから既燃ガスが導入
されることで多量のＥＧＲが行われているのと同等の状
態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制される。こ
のような点からもエミッションの向上に有利となる。
【００５５】また、後続気筒２Ｂ，２Ｃには先行気筒２
Ａ，２Ｄからの既燃ガスが気筒間ガス通路２２を介して
導入されるが、この気筒間ガス通路２２で通路長の調整
等により放熱量を調整し、これによって後続気筒２Ｂ，
２Ｃに導入される既燃ガスの温度を調整することができ
る。そして、このように既燃ガスの温度を調整するとと
もに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射タイミング
を適宜調整することにより、多量の既燃ガスが導入され
る後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいても、着火、燃焼性を良好
に保つことができる。
【００５６】先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２
Ｃに導入されるガス中の過剰酸素の割合が極端に少なく
なると後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼安定性が損なわれる
が、先行気筒２Ａ，２Ｄにおいて理論空燃比の略２倍も
しくはそれ以上のリーン空燃比とされれば、後続気筒２
Ｂ，２Ｃでの燃焼安定性は充分に確保される。
【００５７】また、本発明では特に、過給機２３により
先行気筒2Ａ，２Ｄに対して吸気を過給するようにしつ
つ、上記のような先行気筒２Ａ，２Ｄでの超リーン燃焼
及び後続気筒２Ｂ，２Ｃでの既燃ガス導入状態での燃焼
を、エンジンの全運転域にわたって行うようにしている
ため、燃費改善効果が大幅に高められる。
【００５８】すなわち、自然吸気エンジンであれば、高
負荷時には、先行気筒２Ａ，２Ｄでの超リーン燃焼及び
後続気筒２Ｂ，２Ｃでの既燃ガス導入状態での燃焼を行
おうとするとトルクが不足するため、理論空燃比以下の
空燃比での一般的な燃焼状態（各気筒にそれぞれ新気及
び燃料を供給して燃焼させる状態）に変更せざるをえな
いが、先行気筒２Ａ，２Ｄに対して過給を行う本発明に
よれば、高負荷時にも、要求トルクを満足する程度の燃
料を噴射しつつ、先行気筒２Ａ，２Ｄに供給する新気量
を増大させて、先行気筒２Ａ，２Ｄでの超リーン燃焼及
び後続気筒２Ｂ，２Ｃでの多量の既燃ガス導入状態での
燃焼を実現させることができる。従って、自然吸気エン
ジンと同程度の出力は確保しつつ、高負荷域での燃費を
大幅に改善することができる。
【００５９】なお、後続気筒には先行気筒から高温の既
燃ガスが導入されるので、高負荷時に熱負荷が増大し易
いが、高負荷の運転領域Ｂで後続気筒の空燃比を理論空
燃比より小さいリッチ空燃比としておけば、後続気筒で
の熱負荷の軽減と出力の向上を図ることができる。
【００６０】本発明の装置の具体的構成は上記実施形態
に限定されず、種々変更可能である。他の実施形態を以
下に説明する。
【００６１】上記の基本実施形態では、後続気筒に対
する燃料噴射時期を圧縮行程とすることにより、後続気
筒では理論空燃比（もしくはそれより小さい空燃比）で
の成層燃焼を行わせるようにしているが、図６に示すよ
うに、後続気筒に対しては吸気行程と圧縮行程の２回に
分けて分割噴射（F１，F２）を行うようにしてもよい。
このようにすれば、点火プラグ付近に燃料が集まりすぎ
ることが避けられて、弱成層状態で燃焼が行われる。
【００６２】また、先行気筒から後続気筒へ導入され
る既燃ガスの温度が充分に高いこと等により後続気筒で
燃料を均一に分散させても着火性を確保し得る場合に
は、図７に示すように、後続気筒に対する燃料噴射を吸
気行程一括噴射としてもよい。
【００６３】上述のように後続気筒で燃料を均一に分
散させても着火性を確保し得る場合には、後続気筒に設
ける燃料噴射弁は必ずしも燃焼室に直接燃料を噴射する
直噴タイプに限定されず、吸気ポートに燃料を噴射する
ものでもよい。
【００６４】後続気筒には先行気筒から高温の既燃ガ
スが導入されるので、後続気筒では強制点火を行わずに
圧縮着火（圧縮行程の上死点付近での混合気の自己着
火）により燃焼させることもできる。特に、後続気筒に
対する燃料噴射を吸気行程一括噴射とし、既燃ガス及び
燃料を燃焼室全体に均一に分布させた状態にすれば、同
時圧縮着火により急速に燃焼が行われて熱効率が高めら
れる。
【００６５】過給機としては上記ターボ過給機２3に
限らず、エンジン出力軸で駆動される機械式過給機を用
いてもよい。この場合も、機械式過給機により過給され
る空気が先行気筒に導かれるようにしておけばよい。
【００６６】基本実施形態では、高負荷域では後続気
筒の空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比とし
ているが、熱負荷の面で許容されるならエンジンの全運
転域で後続気筒の空燃比を理論空燃比としてもよい。こ
のようにすれば高負荷域での燃費及びエミッションがよ
り一層向上される。
【００６７】本発明の装置は４気筒以外の多気筒エン
ジンにも適用可能である。そして、例えば６気筒等では
１つの気筒の排気行程と別の気筒の吸気行程が完全に重
なり合うことはないが、このような場合は、一方の気筒
の排気行程が他方の気筒の吸気行程より先行するととも
に、両行程が部分的に重なり合う２つの気筒を先行、後
続の一対の気筒とすればよい。
【００６８】
【発明の効果】以上のように本発明の制御装置は、排気
行程と吸気行程が重なる一対の気筒のうちの先行気筒に
対して過給機により過給を行い、先行気筒においてリー
ン空燃比で燃焼を行わせ、この先行気筒から排出される
既燃ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入し、
後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既
燃ガスに燃料を供給して理論空燃比もしくはそれ以下の
空燃比で燃焼を行わせ、この後続気筒から排出される既
燃ガスが三元触媒を備えた排気通路に導かれるようにし
ているため、先行気筒でのリーン燃焼による熱効率向上
およびポンピングロス低減ならびに後続気筒でのポンピ
ングロス低減等により、燃費が大幅に改善され、しか
も、三元触媒だけで充分な排気浄化作用を持たせること
ができる。従って、リーンＮＯｘ触媒が不要となり、コ
スト低減等に有利となる。
【００６９】また、特に、過給機により先行気筒に対し
て吸気を過給するようにしつつ、上記のような先行気筒
でのリーン燃焼及び後続気筒での既燃ガス導入状態での
燃焼を、エンジンの全運転域にわたって行うようにして
いるため、燃費改善効果を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による装置を備えたエンジ
ン全体の概略平面図である。
【図２】エンジン本体等の概略断面図である。
【図３】制御系統のブロック図である。
【図４】運転領域を示す説明図である。
【図５】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期お
よび点火時期等を示す図である。
【図６】後続気筒の燃料噴射時期の別の例を示す図であ
る。
【図７】後続気筒の燃料噴射時期のさらに別の例を示す
図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体 ２Ａ〜２Ｄ 気筒 ９ 燃料噴射弁 １１ 吸気ポート １２ 排気ポート １７ 吸気通路 ２０ 排気通路 ２２ 気筒間ガス通路 ２３ ターボ過給機 ３０ 三元触媒 ４０ ＥＣＵ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｂ ３Ｇ３０１ ３０１Ｃ 41/02 ３０１ 41/02 ３０１Ａ ３０１Ｄ ３０１Ｅ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｎ Ｆ０２Ｍ 25/07 Ｆ０２Ｍ 25/07 Ｂ (72)発明者 進矢 義之 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA05 AB06 AC04 AD05 AG01 AG02 AG03 3G062 AA06 AA07 AA10 BA04 BA05 BA08 BA09 CA07 ED02 ED06 ED10 ED13 3G084 AA04 BA05 BA07 BA09 BA13 BA15 BA20 BA23 DA02 DA10 EB11 FA07 FA10 FA30 FA33 3G091 AA11 AA12 AA13 AA17 AB03 BA14 CB02 CB03 FA13 FB10 FB11 HB05 3G092 AA06 AA11 AA17 AA18 BA04 BB01 BB06 DA01 DA02 DB03 DC08 DE03S EA05 EA06 FA17 FA24 GA06 HA01Z HD06Z HE01Z HF08Z 3G301 HA04 HA11 HA13 HA16 HA19 JA02 JA25 KA09 LA03 LA07 LB04 MA01 MA11 MA19 ND01 NE13 NE14 PA01Z PD04A PD08Z PE01Z PF03Z

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧
    縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うように
    なっている多気筒エンジンにおいて、 排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒のうちの排気行
    程側の気筒を先行気筒、吸気行程側の気筒を後続気筒と
    し、上記先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま気
    筒間ガス通路を介して上記後続気筒に導入され、この後
    続気筒から排出されるガスのみが排気通路に導かれるよ
    うにガス流通経路を構成し、 上記先行気筒に対して吸気を過給する過給機を設け、 上記排気通路に三元触媒を設けるとともに、 上記各気筒に対する燃料供給を制御する制御手段を設
    け、この制御手段は、エンジンの全運転領域で、上記先
    行気筒に対しては理論空燃比よりも所定量大きいリーン
    空燃比とした状態で燃焼を行わせるように燃料供給を制
    御し、上記後続気筒に対しては先行気筒から導入された
    リーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比も
    しくはそれ以下の空燃比で燃焼を行わせるように燃料供
    給を制御することを特徴とする過給機付エンジンの制御
    装置。
  2. 【請求項２】 上記先行気筒の空燃比を理論空燃比の略
    ２倍もしくはそれ以上としたことを特徴とする請求項１
    記載の過給機付エンジンの制御装置。
  3. 【請求項３】 上記先行気筒に対して筒内に直接燃料を
    噴射する燃料噴射弁を設け、先行気筒においてはリーン
    空燃比としつつ上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴
    射することにより成層燃焼を行わせることを特徴とする
    請求項１または２記載の過給機付エンジンの制御装置。
  4. 【請求項４】 上記制御手段は、後続気筒の空燃比を少
    なくともエンジンの低負荷域で理論空燃比とするように
    制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
    記載の過給機付エンジンの制御装置。
  5. 【請求項５】 上記制御手段は、後続気筒の空燃比をエ
    ンジンの高負荷域を除く運転領域で理論空燃比とし、高
    負荷域では理論空燃比より小さいリッチ空燃比とするこ
    とを特徴とする請求項４記載の過給機付エンジンの制御
    装置。
  6. 【請求項６】 後続気筒に対して筒内に直接燃料を噴射
    する燃料噴射弁を設け、この燃料噴射弁から少なくとも
    燃料の一部を圧縮行程で噴射するようにしたことを特徴
    とする請求項１乃至５のいずれかに記載の過給機付エン
    ジンの制御装置。
  7. 【請求項７】 後続気筒に対して燃料を吸気行程で供給
    するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいず
    れかに記載の過給機付エンジンの制御装置。
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