JP6107859B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の気筒を有するエンジン本体と、エンジン本体から外部に排気を排出するための排気システムと、エンジン本体および排気システムに含まれる各種機器を制御する制御手段とを備えたエンジンの制御装置に関する。 The present invention controls an engine including an engine body having a plurality of cylinders, an exhaust system for exhausting exhaust from the engine body to the outside, and a control means for controlling various devices included in the engine body and the exhaust system. Relates to the device.
従来、例えば、特許文献１に示されるように、エンジン負荷が比較的高い高負荷領域では火花点火燃焼を実施する一方、エンジン負荷が比較的低い低負荷領域では圧縮自己着火燃焼を実施するよう構成されたエンジンにおいて、上記高負荷領域においてエゼクタ効果を利用して掃気性を高め、これによりエンジン出力の向上を図るものが開示されている。
Conventionally, for example, as disclosed in
具体的には、特許文献１のエンジンには、エゼクタ効果によって排気ポートよりも下流側の部分の負圧を高めることが可能な装置が排気通路に設けられており、上記高負荷領域においてこの負圧を高めることで掃気性を高めている。
Specifically, the engine disclosed in
また、特許文献１には、上記低負荷領域において圧縮自己着火燃焼を促進するために、排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させ、一旦排気ポートに排出された高温の排気（内部ＥＧＲガス）を気筒内に逆流させて気筒内の温度を高めるという構成、および、この排気の逆流量を多くするために低負荷領域において上記負圧を低く抑えるという構成が開示されている。
Further, in
上記特許文献１のエンジンでは、エンジン負荷が低く排気温度が低くなりやすい低負荷領域において排気ポートから多量の排気を気筒内に逆流させているため、触媒の活性化が阻害されて排気性能が悪化するおそれがある。すなわち、このエンジンでは、排気温度が低い運転条件において、さらに触媒に導入される排気の流量が少なく抑えられるため、触媒の温度が活性温度以下に低下して排気の浄化性能が悪化するおそれがある。
In the engine disclosed in
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、より確実に触媒の温度を活性温度以上に維持して排気性能を良好にすることができる多気筒エンジンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a multi-cylinder engine that can maintain the temperature of the catalyst at or above the activation temperature more reliably and improve the exhaust performance. And
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒を有するエンジンの制御装置であって、複数の気筒の各排気ポートから延びる複数の独立排気通路と、上記各独立排気通路の下流側に設けられて、各独立排気通路と連通する共通の空間を形成する排気集合部と、上記排気集合部で発生する負圧を変更可能な負圧変更手段と、上記排気集合部の下流側に設けられた触媒と、上記触媒を通過した後の排気を上記排気集合部に還流させる排気還流装置と、上記負圧変更手段および排気還流装置を含むエンジンの各部を制御する制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記触媒の活性時において、エンジン本体から排出された排気の温度が上記触媒の活性温度以下となる特定領域では、上記排気還流装置によって上記触媒を通過した後の排気を上記排気集合部に還流させるとともに、上記排気集合部の負圧が大きくなる方向に上記負圧変更手段を制御することを特徴とする（請求項１）。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a control device for an engine having a plurality of cylinders, and includes a plurality of independent exhaust passages extending from the exhaust ports of the plurality of cylinders, and downstream of the individual exhaust passages. An exhaust collecting portion that forms a common space that communicates with each independent exhaust passage, negative pressure changing means that can change the negative pressure generated in the exhaust collecting portion, and downstream of the exhaust collecting portion A catalyst provided in the exhaust system, an exhaust gas recirculation device that recirculates the exhaust gas that has passed through the catalyst to the exhaust gas collecting portion, and a control unit that controls each part of the engine including the negative pressure changing unit and the exhaust gas recirculation device; And when the catalyst is active, the control means passes the catalyst by the exhaust gas recirculation device in a specific region where the temperature of the exhaust discharged from the engine body is equal to or lower than the activation temperature of the catalyst. Exhaust causes returned to the exhaust collector to the post, and controlling the negative pressure changing means to generate a negative pressure, increases the direction of the exhaust collecting section (claim 1).
本発明によれば、触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制することができ、触媒の活性状態を維持して排気性能を良好にすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the temperature of a catalyst falls below an activation temperature, can maintain the active state of a catalyst, and can make exhaust performance favorable.
具体的には、本発明では、エンジン本体から排出される排気の温度が触媒の活性温度以下となる運転領域すなわち触媒の温度が活性温度以下に低下するおそれがある運転領域において、触媒通過後の排気であって触媒での反応により触媒流入前よりも高温となった排気を、触媒の上流側に位置する排気集合部に還流させて、再び触媒に流入するように構成されている。そのため、この高温の排気によって触媒の温度を高めることができ、触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制して排気性能を良好にすることができる。 Specifically, in the present invention, in an operation region where the temperature of exhaust discharged from the engine body is lower than the activation temperature of the catalyst, that is, in an operation region where the temperature of the catalyst may be lower than the activation temperature, The exhaust gas, which has been exhausted and has a temperature higher than that before the inflow of the catalyst due to the reaction at the catalyst, is recirculated to the exhaust gas collecting portion located on the upstream side of the catalyst and flows into the catalyst again. Therefore, the temperature of the catalyst can be increased by the high-temperature exhaust, and the exhaust performance can be improved by suppressing the temperature of the catalyst from dropping below the activation temperature.
しかも、本発明では、上記運転領域において排気集合部に発生する負圧が高められている。そのため、触媒の下流側から排気集合部の上流側に還流して触媒に再流入する排気の流量を多くすることができ、より確実に触媒の温度を高めることができる。 In addition, in the present invention, the negative pressure generated in the exhaust collecting part is increased in the operation region. Therefore, it is possible to increase the flow rate of the exhaust gas that recirculates from the downstream side of the catalyst to the upstream side of the exhaust collecting portion and re-enters the catalyst, thereby increasing the temperature of the catalyst more reliably.
ここで、エンジン負荷およびエンジン回転数がそれぞれ低い領域では、気筒に供給される燃料量が少ないために排気の温度が触媒の活性温度以下になる可能性が高い。そのため、上記特定領域は、エンジン負荷が所定の基準負荷よりも低く且つエンジン回転数が所定の基準回転数よりも低い低負荷低回転数領域であるのが好ましい（請求項２）。 Here, in the regions where the engine load and the engine speed are low, the amount of fuel supplied to the cylinder is small, so that the exhaust temperature is likely to be lower than the activation temperature of the catalyst. Therefore, the specific region is preferably a low-load low-speed region where the engine load is lower than a predetermined reference load and the engine speed is lower than a predetermined reference speed.
このようにすれば、より確実に、触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制することができる。 If it does in this way, it can control that the temperature of a catalyst falls below active temperature more certainly.
特に、上記低負荷低回転数領域において、燃料と空気の混合気を空気過剰率が１以上のリーンな状態で燃焼する場合には、排気の温度が触媒の活性温度以下になる可能性がより一層高くなる。そのため、上記特定領域は、燃料と空気の混合気を空気過剰率が１以上のリーンな状態で燃焼させる運転領域であるのが好ましい（請求項３）。 In particular, when the fuel / air mixture is burned in a lean state with an excess air ratio of 1 or more in the low load and low rotation speed region, there is a possibility that the temperature of the exhaust gas becomes lower than the activation temperature of the catalyst. It gets even higher. For this reason, the specific region is preferably an operation region in which a mixture of fuel and air is burned in a lean state with an excess air ratio of 1 or more (claim 3).
このようにすれば、低負荷低回転数領域においてリーン燃焼が実施される場合であっても、より確実に触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制することができる。 In this way, even when lean combustion is performed in the low load and low rotation speed region, it is possible to more reliably suppress the temperature of the catalyst from dropping below the activation temperature.
また、上記特定領域における燃焼形態としては、燃料と空気との混合気を圧縮自己着火燃焼させるものが挙げられる（請求項４）。 Moreover, as a combustion form in the specific region, there is a combustion mode in which an air-fuel mixture of fuel and air is subjected to compression self-ignition combustion.
そして、このように低負荷低回転数領域においてリーン圧縮自己着火燃焼が実施される場合であっても、より確実に触媒の温度が活性温度未満に低下するのを抑制することができる。 And even if it is a case where lean compression self-ignition combustion is implemented in such a low load low rotation speed region, it can control that the temperature of a catalyst falls below activation temperature more certainly.
この構成において、上記制御手段は、上記触媒の活性時において、エンジン負荷が上記基準負荷よりも低く且つエンジン回転数が上記基準回転数以上の低負荷高回転領域では、上記排気集合部の負圧が上記低負荷低回転数領域における負圧よりも小さくなるように上記負圧変更手段を制御するのが好ましい（請求項５）。 In this configuration, when the catalyst is active, the control means has a negative pressure of the exhaust collecting portion in a low load high rotation region where the engine load is lower than the reference load and the engine speed is equal to or higher than the reference speed. It is preferable to control the negative pressure changing means so that the pressure becomes smaller than the negative pressure in the low load low rotation speed region.
このようにすれば、圧縮自己着火燃焼が実施される低負荷高回転領域において排気ポートの下流側の負圧が小さく抑えられるため、上記のように低負荷低回転数領域において触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制しつつ、低負荷高回転領域において安定した圧縮自己着火燃焼を実現することができる。すなわち、低負荷高回転領域において、排気ポートの下流側の負圧を小さく抑えれば、掃気性を悪化させて筒内に残留する高温の既燃ガスの量を多くして筒内の温度を高めることができるため、混合気の自着火を促進して適正な圧縮自己着火燃焼を実現することができる。 In this way, the negative pressure on the downstream side of the exhaust port is kept small in the low-load high-rotation region where compression self-ignition combustion is performed, so that the catalyst temperature is active in the low-load low-rotation region as described above. Stable compressed self-ignition combustion can be realized in a low-load high-rotation region while suppressing the temperature from dropping below the temperature. In other words, if the negative pressure on the downstream side of the exhaust port is kept small in the low-load high-rotation region, the scavenging performance is deteriorated and the amount of high-temperature burned gas remaining in the cylinder is increased, thereby increasing the temperature in the cylinder. Therefore, the self-ignition of the air-fuel mixture can be promoted to realize proper compression self-ignition combustion.
以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、より確実に触媒の温度を活性温度以上に維持して排気性能を良好にすることができる。 As described above, according to the engine control apparatus of the present invention, the exhaust gas performance can be improved by more reliably maintaining the temperature of the catalyst at the activation temperature or higher.
（１）エンジンの全体構成
図１および図２は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの制御装置の構成を示す図である。当実施形態のエンジンは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気（吸気）を導入するための吸気マニホールド２０と、エンジン本体１から外部に排気を排出するための排気システム３０とを備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIGS. 1 and 2 are diagrams showing the configuration of an engine control device according to an embodiment of the present invention. The engine of the present embodiment includes a four-stroke engine
ここでは、エンジン本体１が、特定方向に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有する４気筒エンジンであって、主としてガソリンを燃料とするガソリンエンジンの場合について説明する。
Here, the case where the
エンジン本体１は、気筒２Ａ〜２Ｄが内部に形成されたシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に設けられたシリンダヘッド３と、気筒２Ａ〜２Ｄに往復摺動可能に挿入されたピストン４とを有している。
The
ピストン４の上方には燃焼室５が形成されており、この燃焼室５には、燃料が、インジェクタ１０からの噴射によって供給される。噴射された燃料と空気との混合気は燃焼室５で燃焼し、ピストン４はその燃焼による膨張力で押し下げられて上下に往復運動する。
A
ピストン４はコネクティングロッド１６を介してクランク軸１５と連結されており、ピストン４の往復運動に応じて、クランク軸１５は中心軸回りに回転する。
The
シリンダブロック２には、クランク軸１５の回転速度をエンジンの回転速度として検出するエンジン回転速度センサＳＷ１が設けられている。
The
シリンダヘッド３には、燃料を燃焼室５に向けて噴射するインジェクタ１０と、インジェクタ１０から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火を行う点火プラグ１１とが、各気筒２Ａ〜２Ｄにつきそれぞれ１組ずつ設けられている。
The
インジェクタ１０は、燃料の噴射口となる複数の噴孔を先端部に有しており、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室５をその吸気側の側方から臨むように設けられている。インジェクタ１０から噴射される燃料の噴射圧力は、３０ＭＰａ以上という、ガソリンエンジンとしてはかなり高い値に設定されている。
The
点火プラグ１１は、火花を放電するための電極を先端部に有しており、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室５を上方から臨むように設けられている。
The
当実施形態のエンジン本体１は、その幾何学的圧縮比（ピストン４が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン４が上死点にあるときの燃焼室容積との比）が、１５以上２０以下という、ガソリンエンジンとしてはかなり高い値に設定されている。このように高い幾何学的圧縮比を設定しているのは、理論熱効率の向上や、後述するＣＩ燃焼（圧縮自己着火燃焼）での着火性確保のためである。
The
また、当実施形態のような４ストローク４気筒のエンジンでは、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられたピストン４がクランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）の位相差をもって上下運動するため、これに対応して、各気筒２Ａ〜２Ｄでの点火のタイミングも、１８０°ＣＡずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの気筒番号をそれぞれ１番、２番、３番、４番とすると、１番気筒２Ａ→３番気筒２Ｃ→４番気筒２Ｄ→２番気筒２Ｂの順に点火が行われる。このため、例えば１番気筒２Ａが膨張行程であれば、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。
Further, in the four-stroke four-cylinder engine as in this embodiment, the
シリンダヘッド３には、吸気マニホールド２０から供給される空気を各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室５に導入するための吸気ポート６と、吸気ポート６を開閉する吸気弁８と、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室５で生成された排気を排気システム３０に導出するための排気ポート７と、排気ポート７を開閉する排気弁９とが設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、１つの気筒につき吸気弁８および排気弁９が２つずつ設けられている。
The
吸気弁８および排気弁９は、それぞれ、シリンダヘッド３に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸１５の回転に連動して開閉駆動される。
The
吸気弁８用の動弁機構１３には、吸気弁８の開閉時期を変更可能な可変機構１３ａが設けられている。
The
排気弁９用の動弁機構１４には、排気行程中にのみ排気弁９を開弁させる第１のカムと、排気行程に加えて吸気行程にも排気弁９を開弁させる第２のカムと、排気弁９に駆動力を伝達するカムをこれら第１カムと第２カムとの間で切り替える切替機構１４ａが組み込まれている。すなわち、この切替機構１４ａは、排気弁９を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁９の開弁動作（内部ＥＧＲモード）を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。
The
切替機構１４ａによって排気弁９に駆動力を伝達するカムとして第２のカムが選択されると、図３に示すように、排気弁９が排気行程だけでなく吸気行程中にも開弁するので、高温の排気（既燃ガス）が内部ＥＧＲガス（ＥＧＲ：Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）として排気ポート７から燃焼室５に逆流する。当実施形態では、図３に示すように、内部ＥＧＲモードでは、排気弁９のリフト量は、ピーク位置から減少した後所定期間一定量で維持される。このように、当実施形態では、排気弁９が内部ＥＧＲモードで開閉されることで、高温の排気を筒内に残留させる内部ＥＧＲが実現される。なお、図３は、吸気弁８および排気弁９のバルブリフトを示したものであり、‘ＥＸ’が排気弁９のリフトを示し、‘ＩＮ’が吸気弁８のリフトを示している。
When the second cam is selected as the cam for transmitting the driving force to the
一方、切替機構１４ａによって第１のカムが選択された場合には、排気弁９が排気行程のみで開弁するようになるので、内部ＥＧＲが停止される（排気の逆流が停止される）。
On the other hand, when the first cam is selected by the
また、排気弁９用の動弁機構１４には、排気弁９の閉弁時期を変更することが可能な排気閉弁時期変更機構１４ｂが組み込まれている。本実施形態では、排気弁９の開弁期間は一定に維持しつつ閉弁時期が変更される。このような構成の機構は既に公知であり、その詳細な構造の説明は省略する。
Further, the
吸気マニホールド２０は、単一の吸気管２３の上流端部に接続された所定容積のサージタンク２２と、サージタンク２２と各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート６とを連結する複数の（４本の）独立吸気通路２１とを有している。
The
吸気管２３の途中部には、吸気管２３の通路を開閉可能なスロットル弁２５と、エンジン本体１に吸入される空気（新気）の流量を検出するためのエアフローセンサＳＷ２とが設けられている。
A
サージタンク２２には、外部ＥＧＲ装置５０が接続されている。外部ＥＧＲ装置５０は、後述する中間排気管４０と吸気マニホールド２０とを連結するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１の途中部に設けられてＥＧＲ通路５１を開閉可能なＥＧＲ弁５２とを含む外部ＥＧＲ装置５０を有している。外部ＥＧＲ装置５０は、さらに、ＥＧＲ通路５１の途中部に設けられてエンジンの冷却水等を利用した熱交換器からなるＥＧＲクーラ５３を有している。当実施形態では、ＥＧＲ通路５１は、中間排気管４０とサージタンク２２とを連結している。
An
外部ＥＧＲ装置５０は、外部ＥＧＲを行うため、すなわち、外部ＥＧＲを行うため、すなわち、エンジン本体１から排出されて中間排気管４０を流下する排気の一部を外部ＥＧＲガスとして吸気マニホールド２０を介して各気筒２Ａ~２Ｄに還流させるために用いられる。
The
具体的には、ＥＧＲ弁５２が開弁すると、中間排気管４０を流れる排気の一部は、ＥＧＲ通路５１に流入し、ＥＧＲ通路５１を通ってサージタンク２２へと還流された後、再び各気筒２Ａ〜２Ｄに導入される。外部ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路５１の通過中に冷却される。従って、各気筒２Ａ~２Ｄに還流される外部ＥＧＲガスは、比較的低温である。特に、当実施形態では、各気筒２Ａ〜２Ｄに導入される外部ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ５３により冷却されるため、中間排気管４０を通過する排気の温度よりも大幅に低いものとなる。一方、ＥＧＲ弁５２が全閉になると、排気管４０からＥＧＲ通路５１に排気は流れず、外部ＥＧＲは停止される。
Specifically, when the
排気システム３０は、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート７にそれぞれ上流端部が接続されてこれら排気ポート７から延びる複数の独立排気通路３１と、各独立排気通路３１の下流端部（エンジン本体１から遠ざかる側の端部）が独立状態を維持したまま互いに近接するように束ねられた集約部３４と、集約部３４の下流側に設けられて独立排気通路３１の全てと連通する共通の空間が内部に形成されたスライド部（排気集合部）３５と、スライド部３５の下流側にディフューザー部３６を介して接続された単一の中間排気管４０と、中間排気管４０の下流側に設けられて触媒４８ａを内蔵する触媒コンバータ４８と、触媒コンバータ４８から下流側に延びる下流側排気管４１と、この下流側排気管４１内の排気をスライド部３５に還流する排気還流装置９０とを有している。触媒コンバータ４８には、例えば三元触媒からなる触媒４８ａが内蔵されている。排気システム３０のこれらの詳細構造については後述する。
The
（２）排気システムの詳細構造
排気還流装置９０は、下流側排気管４１のうち触媒コンバータ４８のすぐ下流側の部分と、スライド部３５の上流側とを連結する排気還流通路９１と、排気還流通路９１の途中部に設けられて排気還流通路９１を開閉可能な切替弁９２とを含んでいる。
(2) Detailed Structure of Exhaust System The exhaust
排気還流装置９０は、触媒コンバータ４８から排出された排気であって、触媒コンバータ４８内において触媒４８ａの作用により化学反応して高温となった排気を再び触媒コンバータ４８に導入するために用いられる。すなわち、切替弁９２が開弁されるとともに、後述するように、スライド部３５内に生じる負圧が増大されると、触媒コンバータ４８から排出された排気の一部は、下流側排気管４１から排気還流通路９１に流入するとともに排気還流通路９１を通ってスライド部３５に還流され、スライド部３５を通って再び触媒コンバータ４８に導入される。一方、スライド部３５内に生じる負圧が低減されるとともに、切替弁９２が閉弁された場合には、下流側排気管４１から排気還流通路９１に排気は流れず、排気還流通路９１を介した排気の還流は停止される。
The exhaust
各独立排気通路３１は、その各下流端部３１ａの位置が一致するように、気筒列方向の中央側を指向して延びている。これら独立排気通路３１の各下流端部３１ａは、エンジン本体１の排気側の壁面中央（上面視で２番気筒２Ｂと３番気筒２Ｃの間に対応する位置）から下流側に離れた位置において１箇所に束ねられており、束ねられた各独立排気通路３１の各下流端部３１ａと、これらを束ねた状態に保持する保持部材等により、集約部３４が形成されている。
Each
当実施形態では、集約部３４の中央に排気還流通路９１の下流端が配置されており、排気還流通路９１は各独立排気通路３１とともに束ねられて保持されている。
In the present embodiment, the downstream end of the exhaust
具体的には、図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である図４に示すように、各独立排気通路３１の各下流端部３１ａと排気還流通路９１の下流端９１ａとは、中央に排気還流通路９１の下流端９１ａが位置し、その周囲に各独立排気通路３１の各下流端部３１ａ周方向に等間隔で位置して、全体として略円形の断面を有する状態で保持されている。
Specifically, as shown in FIG. 4 which is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1, each
図６に示すように、集約部３４の下流端部は、集約部３４の中心軸ｘを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有しており、各独立排気通路３１の下流端部３１ａには、それぞれ、その下流側先端に、下流に向かうに従って中心軸ｘ側に向かって傾斜する独立排気通路側傾斜部３１ｂが設けられている。これに伴い、各独立排気通路３１の下流端部３１ａの流路面積は、下流側の方が上流側よりも小さくなっている。
As shown in FIG. 6, the downstream end portion of the concentrating
このように各独立排気通路３１の下流端部３１ａの流路面積が下流に向かうに従って小さくされていることで、各独立排気通路３１を通過する排気の速度はこの下流端部３１ａの通過中に高められる。
As described above, the flow area of the
図４のＶ矢示図である図５に示すように、各独立排気通路側傾斜部３１ｂには、それぞれ独立排気通路３１の内側と外側とを連通する開口部３１ｃが形成されている。当実施形態では、各傾斜部３１ｂの一部が、下流端から上流に向かって略半円状に切り欠かれることで、開口部３１ｃが形成されている。
As shown in FIG. 5, which is an arrow V diagram of FIG. 4, each independent exhaust passage side inclined
図６に示すように、スライド部３５は、単管状を有し、集約部３４（各独立排気通路３１の下流端部３１ａ）の下流側部分が内側に挿入された状態で、集約部３４の中心軸ｘと同軸で集約部３４から下流側に延びている。各独立排気通路３１（集約部３４）を通過した排気は、このスライド部３５の内側で集合する。
As shown in FIG. 6, the
スライド部３５は、軸ｘを中心軸とする円筒状を有し流路面積一定で上下流方向に延びる上流端部分３５ａと、この上流端部分３５ａから下流に延びるスライド部側傾斜部（ノズル部）３５ｂと、軸ｘを中心軸とする円筒状を有し流路面積一定でスライド部側傾斜部３５ｂから下流に延びるストレート部３５ｃとからなる。スライド部３５は、上下流方向にスライド変位可能に取り付けられており、集約部３４に対して上下流方向に相対変位される。
The
スライド部側傾斜部３５ｂは、独立排気通路側傾斜部３１ｂに沿って延びる形状を有しており、軸ｘを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有している。これに伴い、スライド部側傾斜部３５ｂの流路面積は下流側ほど小さくなっている。また、これに伴い、スライド部３５は、スライド部側傾斜部３５ｂと独立排気通路側傾斜部３１ｂとが接触（当接）する位置よりも上流側へスライド変位できないようになっている。以下、これらが接触する状態にあるスライド部６２の位置を、スライド部３５の最上流位置と称する。
The slide portion side inclined
図６および図７に示されるように、スライド部３５が最上流位置にある状態において、スライド部側傾斜部３５ｂの内周面は各独立排気通路側傾斜部３１ｂの外周面（集約部３４の下流端部の外周面）全体と接触し、各開口部３１ｃはスライド部側傾斜部３５ｂの内周面により塞がれる。従って、スライド部３５が最上流位置にある状態では、各独立排気通路３１を通過した排気は、開口部３１ｃから独立排気通路３１の外周側に流出することなくスライド部３５内に流入する。
As shown in FIGS. 6 and 7, in the state where the
ここで、スライド部３５が最上流位置にある状態において、スライド部側傾斜部３５ｂは、独立排気通路３１の下流端よりも下流側に延びており、スライド部３５の流路面積は独立排気通路３１の下流端よりも下流側においても下流ほど小さくなっている。従って、各独立排気通路３１を通過した排気は、スライド部側傾斜部３５ｂにおいてもその速度を高められる。
Here, in a state where the
上記のように各独立排気通路３１からスライド部３５に向けて排気が高速で噴出されると、スライド部３５内において、その噴出ガスの周囲には相対的に圧力の低い負圧部が生成される。したがって、ある気筒の独立排気通路３１からスライド部３５に排気が噴出されると、他の独立排気通路３１に負圧が作用して、そこから排気が下流側へと吸い出されることになる。また、排気還流通路９１の下流端に負圧が作用して、排気還流通路９１には、その内側からスライド部３５側に向かって排気を吸い出す力が作用する。これは、エゼクタ効果として知られている。
As described above, when exhaust is ejected from each
一方、図８および図９に示されるように、スライド部３５が最上流位置から下流側にスライド変位すると、スライド部側傾斜部３５ｂは独立排気通路側傾斜部３１ｂから下流側に離間する。この状態において、これら傾斜部３５ｂ、３１ｃ間には通路が区画されるとともに、各開口部３１ｃは開放される。そのため、この状態では、各独立排気通路３１を通過した排気の一部は、開口部３１ｃを通って傾斜部３５ｂ、３１ｃ間の通路（以下、外部通路という場合がある）を通って流下する。すなわち、図９の矢印で示すように、独立排気通路３１を流下した排気は、独立排気通路３１内の通路に加えてこの外部通路を通過してスライド部３５に流入することになり、スライド部３５に流入する前に排気が通過する部分の流路面積は大きくなる。
On the other hand, as shown in FIGS. 8 and 9, when the
このように流路面積が拡大されると、スライド部３５に流入する際の排気の速度は小さく抑えられる。従って、スライド部３５が最上流位置から下流側にスライド変位した状態では、スライド部３５内に生成される負圧は、スライド部３５が最上流位置にあるときよりも小さくなる。このようにスライド部３５に生成される負圧が小さくなると、他の独立排気通路３１および排気還流通路９１に作用する排気を吸い出す力は小さくなる。
When the flow path area is enlarged in this way, the speed of exhaust when flowing into the
ここで、外部通路の流路面積はスライド部３５の下流側への変位量が大きいほど大きくなる。従って、スライド部３５の下流側への変位量が大きいほどスライド部３５内に生成される負圧は小さくなる。このように、当実施形態では、スライド部３５が変位することで、スライド部３５内に生成される負圧が変更される。
Here, the flow path area of the external passage increases as the displacement amount of the
スライド部３５の下流側には、単管状のディフューザー部３６が設けられている。ディフューザー部３６は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するよう構成されている。具体的には、ディフューザー部３６の上流端部は略円筒状の外形を有し、この上流端部よりも下流側の部分は軸ｘを中心とする略円錐台形状の外形を有している。ディフューザー部３６の内側には上流からスライド部３５の下流端部が挿入されており、スライド部３５は、ディフューザー部６３によりスライド可能に支持されている。
A single
上記のように独立排気通路３１の下流端部３１ａおよびスライド部側傾斜部３５ｂにおいて高速とされた排気は、流路面積一定で上下流に延びるスライド部３５のストレート部３５ｃおよびディフューザー部３６を通過するにつれて減速され、これに伴って排気の圧力は回復する。
As described above, the high-speed exhaust gas in the
上記集約部３４、スライド部３５およびディフューザー部３６は、アウターシェル３８の内側にそれぞれ収容されている。すなわち、排気システム３０には、これらを収容するアウターシェル３８が設けられており、このアウターシェル３８から下流側に排気管４０が延びている。
The
図８に示すように、アウターシェル３８のうちスライド部側傾斜部３５ｂの外側を囲む部分は、このスライド部側傾斜部３５ｂと平行に延びており、下流に向かうに従って中心軸ｘ側に傾斜するアウターシェル側傾斜部３８ａを構成している。図８に示すように、このアウターシェル側傾斜部３８ａは、スライド部側傾斜部３５ｂが下流側にスライド変位した際にスライド部側傾斜部３５ｂに下流側から当接するように設けられており、スライド部３５は、この当接位置よりも下流側には変位することができないようになっている。すなわち、スライド部３５は、この当接位置を最下流位置としてこの最下流位置と上記最上流位置との間でのみスライド変位可能となっている。
As shown in FIG. 8, a portion of the
スライド部３５は、スライドアクチュエータ（負圧変更手段）３９によってスライド変位される。
The
当実施形態では、スライドアクチュエータ３９は、ダイアフラム式であり、図１０および図１１に示すように、ダイアフラム本体３９ａと、ダイアフラム本体３９ａから所定の方向に延びてダイアフラム本体３９ａによってこのダイアフラム本体３９ａと接離する方向にスライド変位される第１シャフト３９ｂと、第１シャフト３９ｂの先端（反ダイアフラム本体側）に接続されるレバー部３９ｃと、レバー部３９ｃに固定される第２シャフト３９ｄと、第２シャフト３９ｄの先端（反レバー部側）に接続されるとともにスライド部３５に接続されるフォーク部３９ｅ（図６）とを有している。
In this embodiment, the
さらに、図６に示すように、フォーク部３９ｅは、アウターシェル３８の内側に収容されてスライド部３５の外側面に取り付けられた半円状のフォーク部本体と、フォーク部本体の中央からアウターシェル３８を貫通してアウターシェル３８外に延びる接続部とを有し、この接続部において、第２シャフト３９ｄの先端に固定されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
このように構成されたスライドアクチュエータ３９は、ダイアフラム本体３９ａによって第１シャフト３９ｂがスライド変位されると、レバー部３９ｃが第２シャフト３９ｄの中心軸が通る部分を支点として搖動し、これに伴い第２シャフト３９ｄがその中心軸を中心として回転し、この第２シャフト３９ｄの回転に伴ってフォーク部３９ｅがその接続部を支点として回動することで、スライド部３５をスライド変位させる。例えば、図６に示す状態から第１シャフト３９ｂがスライド変位することで、フォーク部３９ｅが接続部を支点として回動して図８に示す状態となる。
In the
（３）制御系
次に、図１２を用いて、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、自動車等の車両に搭載されており、車両に備わるＥＣＵ（エンジン制御ユニット）６０によって制御される。ＥＣＵ６０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。
(3) Control System Next, the engine control system will be described with reference to FIG. The engine of this embodiment is mounted on a vehicle such as an automobile, and is controlled by an ECU (engine control unit) 60 provided in the vehicle. As is well known, the
ＥＣＵ６０には、各種センサからの情報が入力される。例えば、ＥＣＵ６０は、エンジンに設けられたエンジン回転速度センサＳＷ１およびエアフローセンサＳＷ２と電気的に接続されており、これらのセンサからの入力信号（エンジン回転速度および吸気流量の情報）を受け付ける。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサＳＷ３が設けられており、このアクセル開度センサＳＷ３による検出信号も上記ＥＣＵ６０に入力される。
Information from various sensors is input to the
ＥＣＵ６０は、各センサ（ＳＷ１〜ＳＷ３等）からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ６０は、インジェクタ１０、点火プラグ１１、可変機構１３ａ、切替機構１４ａ、排気閉弁時期変更機構１４ｂ、スライドアクチュエータ３９、スロットル弁２５、ＥＧＲ弁５２、切替弁９２等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。なお、当実施形態では、ポンピングロスを小さく抑えるべくスロットル弁２５はほぼ常時全開とされている。
The
（４）運転領域
図１３は、エンジンの運転中にＥＣＵ６０によって参照される制御マップを概念的に示した図である。この制御マップでは、エンジンの運転領域が第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４の４つに分割されている。ＥＣＵ６０は、エンジンの運転中、負荷（アクセル開度に基づく要求トルク）およびエンジン回転数の各値から、エンジンが図１３のマップ中のどの運転領域で運転されているかを逐次判定し、各運転領域に応じてインジェクタ１０等を制御する。
(4) Operating Area FIG. 13 is a diagram conceptually showing a control map referred to by the
当実施形態では、エンジン負荷が第２基準負荷Ｔ２以上となる高負荷側およびエンジン回転数が第２基準回転数Ｎ２以上となる高回転数側の領域に設定された第４運転領域Ａ４では、点火プラグ１１からの火花放電による強制点火をきっかけに混合気を火炎伝播により燃焼させる火花点火燃焼（以下、ＳＩ燃焼という場合がある）が実施される。一方、他の領域に設定された第１〜第３運転領域Ａ１〜Ａ３では、ピストン４の圧縮作用により混合気を高温、高圧化して圧縮上死点付近で自着火させる圧縮自着火燃焼（以下、ＣＩ燃焼という場合がある）が実施される。第１運転領域（Ａ１は、エンジン負荷が第１基準負荷Ｔ１以下且つエンジン回転数が第１基準回転数Ｎ１以下の低負荷低回転数領域に設定されており、第２運転領域Ａ２は、エンジン負荷が第１基準負荷Ｔ１以下且つエンジン回転数が第１基準回転数Ｎ１から第２基準回転数Ｎ２までの低負荷高回転数領域に設定されており、第３運転領域Ａ３は、エンジン負荷が第２基準負荷Ｔ１から第２基準負荷Ｔ２まで且つエンジン回転数が第２基準回転数Ｎ２までの中負荷領域に設定されている。
In the present embodiment, in the fourth operation region A4 set in the high load side where the engine load is equal to or higher than the second reference load T2 and the high speed side where the engine speed is equal to or higher than the second reference rotational frequency N2, Spark ignition combustion (hereinafter sometimes referred to as SI combustion) is performed in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation triggered by forced ignition by spark discharge from the
図１４は、横軸をエンジン負荷として、エンジン負荷の変化に応じて筒内のガス成分がどのように変化するかを示した図である。破線は、空気過剰率λ＝１の線である。 FIG. 14 is a diagram showing how the gas component in the cylinder changes according to a change in the engine load with the horizontal axis as the engine load. The broken line is a line with an excess air ratio λ = 1.
図１４に示すように、第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２では、リーンＣＩ燃焼（混合気の空気過剰率λが１より大きくされた状態でのＣＩ燃焼）が実施され、第３運転領域Ａ３では、空気過剰率λ＝１のＣＩ燃焼が実施される。また、第４運転領域Ａ４では空気過剰率λ＝１のＳＩが実行される。 As shown in FIG. 14, in the first and second operation areas A1 and A2, lean CI combustion (CI combustion in a state where the excess air ratio λ of the air-fuel mixture is made larger than 1) is performed, and the third operation area In A3, CI combustion with an excess air ratio λ = 1 is performed. In the fourth operation region A4, SI with an excess air ratio λ = 1 is executed.
（４−１）第１運転領域
第１運転領域Ａ１は、エンジン負荷およびエンジン回転数が低い領域である。そのため、燃焼によって得られるエネルギーは小さく排気の温度は低い。ここで、排気の温度が低いと、触媒４８ａの温度が活性温度以下に低下するおそれがある。特に、当実施形態では、空気過剰率λが１より大きいリーン燃焼を実施しているため、第１運転領域Ａ１での燃焼温度は低くこれに伴いの排気の温度（各気筒から排出された排気の温度であって触媒４８ａに流入する前の温度であり、例えば、スライド部３５付近よりも上流側における温度）は触媒４８ａの活性温度以下になる。換言すると、第１運転領域Ａ１は、このスライド部３５よりも上流側における排気の温度が触媒４８ａの活性温度以下となる領域に設定されており、他の運転領域Ａ２〜Ａ４はこの排気の温度が触媒４８ａの活性温度より高くなる領域に設定されている。従って、エンジン始動後の暖機運転等によって触媒４８ａが一旦活性化された後であっても、この第１運転領域Ａ１での運転が比較的長い時間継続されたような場合には、活性化した触媒４８ａが再び未活性状態になり、排気性能が悪化するおそれがある。
(4-1) First operation region The first operation region A1 is a region where the engine load and the engine speed are low. Therefore, the energy obtained by combustion is small and the temperature of the exhaust is low. Here, if the temperature of the exhaust gas is low, the temperature of the
そこで、第１運転領域Ａ１では、触媒コンバータ４８に流入する排気の温度を高めて触媒４８ａの活性状態を維持するために、切替弁９２を開弁させるとともに、スライド部３５内に生じる負圧を増大させ、これにより、触媒コンバータ４８から排出された排気の一部を、排気還流通路９１を介してスライド部３５に還流して再び触媒コンバータ４８に導入する。すなわち、触媒コンバータ４８から排出された排気は、触媒４８ａの作用を受けて化学反応し高温になっている。そのため、この高温の排気を再び触媒コンバータ４８の上流側に位置するスライド部３５に還流させることで、触媒コンバータ４８に流入する排気の温度を高める。具体的には、触媒コンバータ４８内において排気が酸化・還元することで排気の温度が上昇する。
Therefore, in the first operation region A1, in order to increase the temperature of the exhaust gas flowing into the
当実施形態では、図１５に示すように、第１運転領域Ａ１において、スライド部３５を最上流位置として、負圧を最大値にまで高める。
In the present embodiment, as shown in FIG. 15, in the first operation region A1, the negative pressure is increased to the maximum value with the
また、第１運転領域Ａ１では、上記のように燃焼温度が低いことに伴い筒内の温度が低くなりやすい。そこで、第１運転領域Ａ１では、ＣＩ燃焼を促進するために、多量の内部ＥＧＲガスを導入して圧縮端温度を高める。具体的には、第１運転領域Ａ１では、排気弁９を内部ＥＧＲモードで開弁させて高温の排気を筒内に逆流させるとともに、ＥＧＲ弁５２を閉弁して外部ＥＧＲを停止し、これにより筒内の温度を上昇させる。
Further, in the first operation region A1, the temperature in the cylinder tends to be low as the combustion temperature is low as described above. Therefore, in the first operation region A1, a large amount of internal EGR gas is introduced to increase the compression end temperature in order to promote CI combustion. Specifically, in the first operation region A1, the
なお、第１運転領域Ａ１における上記の制御は、始動時等に触媒４８ａが一旦活性した後すなわち触媒４８ａが活性しているときに実施されるものであり、始動後等において触媒４８ａがまだ活性していない場合は、触媒４８ａをより積極的に活性させるための制御が実施される。
The above control in the first operation region A1 is performed after the
（４−２）第２運転領域
第２運転領域Ａ２は、上記のように触媒コンバータ４８よりも上流側の排気の温度が触媒４８ａの活性温度より高くなる領域である。すなわち、第２運転領域Ａ２は、第１運転領域Ａ１に比べてエンジン回転数が高く、第１運転領域Ａ１よりも供給される燃料量が多いため、排気の温度が第１運転領域Ａ１よりも高くなる。
(4-2) Second Operation Region The second operation region A2 is a region in which the exhaust gas temperature upstream of the
従って、第２運転領域Ａ２では、触媒コンバータ４８から排出された排気の一部を再び触媒コンバータ４８に導入する必要はない。そこで、第２運転領域Ａ２では、切替弁９２を閉弁する。
Therefore, in the second operation region A2, it is not necessary to introduce a part of the exhaust discharged from the
また、第２運転領域Ａ２では、上記のように排気の一部を触媒コンバータ４８に再導入する必要がなく、スライド部３５に発生させる負圧を最大とする必要はない。そして、この第２運転領域Ａ２は、エンジン負荷が低く、第１運転領域Ａ１よりも燃焼温度は高いが、筒内の温度が十分に高くはない領域である。
Further, in the second operation region A2, it is not necessary to reintroduce part of the exhaust gas into the
そこで、第２運転領域Ａ２では、安定したＣＩ燃焼を実現するために筒内に逆流する高温の排気の量すなわち内部ＥＧＲガス量を多くするべく、排気弁９を内部ＥＧＲモードで開弁させ、ＥＧＲ弁５２を閉弁して外部ＥＧＲを停止するとともに、スライド部３５に生じる負圧を小さく抑える。すなわち、スライド部３５に生じる負圧が大きいと、筒内および排気ポート７内のガスを下流側へ吸い出す力が大きくなり、排気が排気ポート７から筒内へ逆流しにくくなる。そこで、第２運転領域Ａ２では、上記のように、スライド部３５に生じる負圧を小さく抑えて、筒内への排気の逆流量すなわち内部ＥＧＲガス量を多く確保する。当実施形態では、図１５に示すように、第２運転領域Ａ２においてスライド部３５を最下流位置として、スライド部３５に生じる負圧を最小とする。
Therefore, in the second operation region A2, the
このように、当実施形態では、エンジン負荷が第１基準負荷Ｔ１以下の領域では、図１５に示すように、エンジン回転数が第１基準回転数Ｎ１以下ではスライド部３５は最上流位置とされ、第1基準回転数Ｎ１より大きくなるとスライド部３５が最下流位置とされる。
Thus, in this embodiment, in the region where the engine load is equal to or less than the first reference load T1, as shown in FIG. 15, when the engine speed is equal to or less than the first reference speed N1, the
なお、第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２においても、エンジン負荷が高くなると筒内の温度は高くなる。そして、この温度が過剰に高くなると過早着火等の異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大のおそれがある。そこで、第１運転領域Ａ１では、エンジン負荷が高いほど内部ＥＧＲ率（筒内の全ガス量のうち内部ＥＧＲガスが占める割合）を小さくする。当実施形態では、エンジン負荷が高いほど排気弁９の閉弁時期を進角側にし、吸気行程中に排気弁９が開弁している期間を短くすることで内部ＥＧＲ率を小さくする。
In the first operation region A1 and the second operation region A2, the in-cylinder temperature increases as the engine load increases. If this temperature becomes excessively high, abnormal combustion such as premature ignition may occur or combustion noise may increase. Therefore, in the first operation region A1, the internal EGR rate (the ratio occupied by the internal EGR gas out of the total gas amount in the cylinder) is reduced as the engine load increases. In this embodiment, the higher the engine load is, the more the
（４−３）第３運転領域
上記のように、第３運転領域Ａ３でも、第２運転領域Ａ２と同様に、排気の温度は触媒４８ａの活性温度より高くなる。従って、この第３運転領域Ａ３においても、切替弁９２は閉弁し、触媒コンバータ４８への排気の再導入は停止する。
(4-3) Third Operating Area As described above, in the third operating area A3, as in the second operating area A2, the temperature of the exhaust becomes higher than the activation temperature of the
ここで、第３運転領域Ａ３でもＣＩ燃焼が実施されるが、この領域Ａ３は、エンジン負荷が比較的高く燃焼によって筒内の温度が高くなりやすい領域である。そのため、第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２と異なり、第３運転領域Ａ３では、ＣＩ燃焼実施時に過早着火等の異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大が生じやすくなるという問題がある。 Here, CI combustion is also performed in the third operation region A3, but this region A3 is a region in which the engine load is relatively high and the in-cylinder temperature tends to increase due to combustion. Therefore, unlike the first and second operation areas A1 and A2, in the third operation area A3, there is a problem that abnormal combustion such as pre-ignition and an increase in combustion noise are likely to occur when performing CI combustion.
そこで、第３運転領域Ａ３では、過早着火等を回避するために筒内の温度を低く抑えるべく、内部ＥＧＲガス量を少なくするとともに、外部ＥＧＲを実施する。すなわち、第３運転領域Ａ３では、比較的高温の内部ＥＧＲガス量を減少させることで圧縮開始前の筒内の温度を低下させる。また、比較的低温の外部ＥＧＲガスを導入することで、ＥＧＲガスによる筒内のガス温度の上昇を抑制しつつトータルのＥＧＲガス（内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスとからなる）量すなわち比熱比が高い不活性ガス量をある程度確保し、これにより燃焼開始前の筒内の温度を低く抑えるとともに燃焼温度を低く抑える。ここで、燃焼温度が低下すれば排気の温度が低下して、ＥＧＲガスの温度、特に、内部ＥＧＲガスの温度が低下するため、これによって、圧縮開始前の筒内の温度はさらに低下する。 Therefore, in the third operation region A3, in order to keep the temperature in the cylinder low in order to avoid premature ignition or the like, the internal EGR gas amount is reduced and the external EGR is performed. That is, in the third operation region A3, the temperature in the cylinder before the start of compression is lowered by reducing the amount of relatively high internal EGR gas. Further, by introducing a relatively low temperature external EGR gas, the total amount of EGR gas (consisting of the internal EGR gas and the external EGR gas), that is, the specific heat ratio is suppressed while suppressing an increase in the gas temperature in the cylinder due to the EGR gas. A high amount of inert gas is ensured to some extent, and thereby the temperature in the cylinder before the start of combustion is kept low and the combustion temperature is kept low. Here, if the combustion temperature is lowered, the temperature of the exhaust gas is lowered, and the temperature of the EGR gas, particularly the temperature of the internal EGR gas is lowered. Thus, the temperature in the cylinder before the start of compression is further lowered.
具体的には、第３運転領域Ａ３においても、排気弁９の開閉モードを内部ＥＧＲモードとして内部ＥＧＲガスを筒内に導入するが、排気閉弁時期を第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２よりも進角側にすることで、内部ＥＧＲガス量を少なく抑える。また、スライド部３５を最上流位置としてスライド部３５に生じる負圧を高め、これにより、排気の筒内への逆流量を抑えるとともに、外部ＥＧＲ通路５１に流入する排気の量を多くして外部ＥＧＲガスを多く確保する。すなわち、スライド部３５に生じる負圧が高められると、筒内から排出される排気の量すなわち排気流量が多くなるため、外部ＥＧＲ通路５１に流入する排気の量を多くすることができる。
Specifically, also in the third operation region A3, the internal EGR gas is introduced into the cylinder by setting the open / close mode of the
なお、当実施形態では、上記のように、第３運転領域Ａ３では空気過剰率λ＝１の燃焼を実施しており、上記ＥＧＲガス量の調整によって新気量が空気過剰率λ＝１となるように調整される。また、当実施形態では、図１３に示すように、第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２のうち第３運転領域Ａ３と隣接する領域では、第３運転領域Ａ３に向けて外部ＥＧＲガスを徐々に導入する。 In the present embodiment, as described above, in the third operation region A3, the combustion with the excess air ratio λ = 1 is performed, and the fresh air amount becomes the excess air ratio λ = 1 by adjusting the EGR gas amount. It is adjusted to become. In the present embodiment, as shown in FIG. 13, in the first and second operation areas A1 and A2, in the area adjacent to the third operation area A3, the external EGR gas is gradually supplied toward the third operation area A3. To introduce.
（４−４）第４運転領域
第４運転領域Ａ４では、上記のように空気過剰率λ＝１のＳＩ燃焼が実施される。当実施形態では、圧縮行程の後期のような比較的遅いタイミングでインジェクタ１０から燃料を噴射させるとともにこの燃料噴射の後に点火プラグ１１に火花点火を行わせ、これにより、圧縮上死点を少し過ぎたタイミング（膨張行程の初期）から火炎伝播により混合気を燃焼させる。
(4-4) Fourth Operation Region In the fourth operation region A4, the SI combustion with the excess air ratio λ = 1 is performed as described above. In the present embodiment, fuel is injected from the
この第４運転領域Ａ４においても、上記のように、排気の温度は触媒４８ａの活性温度より高くなるため、切替弁９２は閉弁し、触媒コンバータ４８への排気の再導入は停止する。
Also in the fourth operation region A4, as described above, the exhaust temperature becomes higher than the activation temperature of the
また、第４運転領域Ａ４では、排気弁９は通常モード（排気行程でのみ開弁するモード）とされて内部ＥＧＲガスの導入が停止されるとともに、エンジン負荷の増大に伴って外部ＥＧＲガス量が低減され混合気の空気過剰率λが１となるように新気量が増大される。
Further, in the fourth operation region A4, the
さらに、当実施形態では、第４運転領域Ａ４において、エンジン回転数が高い側では、新気量確保のためにエンジンの背圧を小さく抑えるべく、スライド部３５を最下流位置としてスライド部３５に生じる負圧を小さく抑える一方、エンジン回転数が低く負荷が高い側では、エンジン出力確保のために掃気性を高めるべく、スライド部３５を最上流位置としてスライド部３５に生じる負圧を大きくする。
Further, in the present embodiment, in the fourth operation region A4, on the side where the engine speed is high, the
なお、吸気弁８は、新気量等に応じて可変機構１３ａによってその開閉時期が変更される。例えば、ＣＩ燃焼が実施される第１〜第３運転領域Ａ１〜Ａ３では、吸気弁８の閉弁時期は比較的進角側とされ、ＳＩ燃焼が実施される第４運転領域Ａ４では、吸気弁８の閉弁時期は遅角側とされ開弁期間が長くされる。
The opening / closing timing of the
（５）作用等
以上のように、当実施形態に係るエンジンの制御装置では、低負荷低回転数側に設定されて排気の温度が触媒の活性温度以下となる第１運転領域Ａ１において、切替弁９２を開弁させるとともにスライド部３５に負圧を発生させて、触媒４８ａを通過した後の排気であって触媒４８ａでの反応により昇温された排気を、触媒４８ａに再流入させているため、触媒４８ａの温度が触媒活性温度以下に低下するのを抑制することができ、触媒の活性状態を維持して排気性能を良好にすることができる。
(5) Operation, etc. As described above, in the engine control apparatus according to the present embodiment, switching is performed in the first operation region A1 that is set on the low load low rotation speed side and the exhaust temperature is equal to or lower than the catalyst activation temperature. The
特に、当実施形態では、第１運転領域Ａ１において、スライド部３５を最上流位置としてスライド部３５に発生する負圧を最大としているため、より多くの高温の排気をより確実に触媒４８ａに再流入させることができ、排気性能をより確実に高めることができる。
In particular, in the present embodiment, in the first operation region A1, the negative pressure generated in the
また、当実施形態では、ＣＩ燃焼が実施される負荷の低い第２運転領域Ａ２において、上記スライド部３５すなわち排気ポート７の下流側に発生する負圧を小さくしているため、この領域Ａ２において、掃気性を悪化させて筒内に残留する高温の既燃ガスの量を多くすることができる。そして、これにより、筒内の温度を高めて、適正な圧縮自己着火燃焼を実現することができる。
In the present embodiment, in the second operating region A2 where the load of CI combustion is low, the negative pressure generated on the downstream side of the
（６）変形例
ここで、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１においてスライド部３５を最上流位置としてスライド部３５の負圧を最大とした場合について説明したが、この負圧は最小値よりも大きくされればよく、最大値でなくてもよい。また、同様に、第２運転領域Ａ２においてスライド部３５の位置は最下流位置に限らず、スライド部３５の負圧が第１運転領域Ａ１での負圧よりも小さくなる位置であればよい。
(6) Modified Example Here, in the above-described embodiment, the case has been described in which the negative pressure of the
また、上記実施形態では、排気還流装置９０に、排気還流通路９１を開閉可能な切替弁９２を設けた場合について説明したが、この切替弁９２は省略してもよい。すなわち、排気還流通路９１の下流側（スライド部３５側）の部分の負圧が大きくない場合には、この通路９１を通ってスライド部３５側に還流する量は少なく抑えられるため、切替弁９２を省略して、この負圧すなわちスライド部３５の負圧の変更によってのみ、排気還流通路９１を介した排気の還流の実施、停止を切り替えてもよい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the switching
また、排気還流通路９１は、触媒４８ａの下流側とスライド部３５とを連通していればよく、具体的な接続箇所は上記に限らない。
Further, the exhaust
また、上記実施形態では、各独立排気通路３１を上記のように構成するとともにこれらに対して上下流方向に変位するスライド部３５を設け、各独立排気通路３１から排出された排気が集合する排気集合部（スライド部３５）に負圧が生成されるように、また、このスライド部３５の変位によって排気集合部（スライド部３５）に生じる負圧が変更されるようにした場合について説明したが、上記負圧を生成するための具体的構成およびこの負圧を変更するための具体的構成はこれに限らない。例えば、各独立排気通路３１の下流側に固定式の通路およびこの通路の流路面積を変更可能なバルブ等を設け、このバルブ等によって流路面積を絞ることで負圧を発生させるとともに、この流路面積の絞り量を変更することで負圧を変更させてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、スライド部３５を変位させるためのスライドアクチュエータ３９の具体的構成は上記に限らない。
The specific configuration of the
また、触媒４８ａの活性時に、触媒４８ａを通過後の排気を触媒４８ａに再流入させる運転領域は、エンジン本体１から排出される排気の温度が触媒４８ａの活性温度以下になる領域であればよく、低負荷低回転数側に設定された上記第１運転領域Ａ１に限らない。
In addition, when the
また、触媒４８ａの活性時に、エンジン本体１から排出される排気の温度が触媒４８ａの活性温度以下になる領域において実施される上記の制御を適用するエンジンは、この運転領域においてリーン燃焼やＣＩ燃焼が実施されるものに限らず、ＳＩ燃焼等が実施されるものであってもよい。
Further, when the
また、上記実施形態では、４つの気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの各排気ポート７からそれぞれ個別に独立排気通路３１が延びる場合について説明したが、排気順序が連続しない気筒については、これら気筒の排気ポート７からそれぞれ延びる独立排気通路を下流側において一本の通路にまとめてもよい。例えば、４気筒エンジンにおいて、上流側が二股に分岐した独立排気通路を用意し、この独立排気通路の２つの上流端を排気順序が連続しない２番気筒２Ｂの排気ポートおよび３番気筒２Ｃに接続させるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
７ 排気ポート
２０ 吸気マニホールド
３０ 排気システム
３１ 独立排気通路
３５ スライド部（排気集合部）
３９ スライドアクチュエータ（負圧変更手段）
４８ａ 触媒
４８ 触媒コンバータ
６０ ＥＣＵ（制御手段）
９０ 排気還流装置
DESCRIPTION OF
39 Slide actuator (negative pressure changing means)
90 Exhaust gas recirculation device
Claims (5)
複数の気筒の各排気ポートから延びる複数の独立排気通路と、
上記各独立排気通路の下流側に設けられて、各独立排気通路と連通する共通の空間を形成する排気集合部と、
上記排気集合部で発生する負圧を変更可能な負圧変更手段と、
上記排気集合部の下流側に設けられた触媒と、
上記触媒を通過した後の排気を上記排気集合部に還流させる排気還流装置と、
上記負圧変更手段および排気還流装置を含むエンジンの各部を制御する制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記触媒の活性時において、エンジン本体から排出された排気の温度が上記触媒の活性温度以下となる特定領域では、上記排気還流装置によって上記触媒を通過した後の排気を上記排気集合部に還流させるとともに、上記排気集合部の負圧が大きくなる方向に上記負圧変更手段を制御することを特徴とするエンジンの制御装置。 An engine control device having a plurality of cylinders,
A plurality of independent exhaust passages extending from the exhaust ports of the plurality of cylinders;
An exhaust collecting portion that is provided downstream of each independent exhaust passage and forms a common space communicating with each independent exhaust passage;
Negative pressure changing means capable of changing the negative pressure generated in the exhaust collecting portion;
A catalyst provided on the downstream side of the exhaust collecting portion;
An exhaust gas recirculation device for recirculating the exhaust gas after passing through the catalyst to the exhaust gas collecting section;
Control means for controlling each part of the engine including the negative pressure changing means and the exhaust gas recirculation device,
In the specific region where the temperature of the exhaust discharged from the engine main body is equal to or lower than the activation temperature of the catalyst when the catalyst is active, the control means exhausts the exhaust after passing through the catalyst by the exhaust gas recirculation device. An engine control device characterized in that the negative pressure changing means is controlled in a direction in which the negative pressure in the exhaust gas collecting portion is increased while being recirculated to the collecting portion.
上記特定領域は、エンジン負荷が所定の基準負荷よりも低く且つエンジン回転数が所定の基準回転数よりも低い低負荷低回転数領域であることを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 1,
The engine control apparatus according to claim 1, wherein the specific region is a low-load low-revolution region where the engine load is lower than a predetermined reference load and the engine rotational speed is lower than a predetermined reference rotational number.
上記特定領域は、燃料と空気の混合気を空気過剰率が１以上のリーンな状態で燃焼させる運転領域であることを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 2,
The engine control apparatus according to claim 1, wherein the specific region is an operation region in which a fuel / air mixture is burned in a lean state with an excess air ratio of 1 or more.
上記特定領域は、燃料と空気の混合気を圧縮自己着火燃焼させる運転領域であることを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 3,
The engine control apparatus according to claim 1, wherein the specific region is an operation region in which a mixture of fuel and air is subjected to compression self-ignition combustion.
上記制御手段は、上記触媒の活性時において、エンジン負荷が上記基準負荷よりも低く且つエンジン回転数が上記基準回転数以上の低負荷高回転領域では、上記排気集合部の負圧が上記低負荷低回転数領域における負圧よりも小さくなるように上記負圧変更手段を制御することを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 4,
In the low load high rotation region where the engine load is lower than the reference load and the engine speed is equal to or higher than the reference rotation speed when the catalyst is active, the control means is configured such that the negative pressure of the exhaust collecting portion is the low load. An engine control apparatus that controls the negative pressure changing means so as to be smaller than a negative pressure in a low rotational speed region.
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