特許 7566243 エンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-04

(45)【発行日】2024-10-15

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02D 21/08 20060101AFI20241007BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20241007BHJP

   F02B 31/06 20060101ALI20241007BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20241007BHJP

   F02D 41/34 20060101ALI20241007BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20241007BHJP

【ＦＩ】

F02D21/08 301A

F02B23/10 D

F02B23/10 P

F02B23/10 310E

F02B31/06 524E

F02D21/08 301C

F02D41/04

F02D41/34

F02D43/00 301J

F02D43/00 301N

F02D43/00 301U

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021053082

(22)【出願日】2021-03-26

(65)【公開番号】P2022150467

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2023-11-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100059959

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162824

【弁理士】

【氏名又は名称】石崎 亮

(72)【発明者】

【氏名】小田 裕介

(72)【発明者】

【氏名】三根 直紀

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 友巳

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 厚志

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 潤三

【審査官】小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１２２４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１０５３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５７５１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ １／００－２３／１０、３１／００－３１／０８、

４７／０８－４７／１０

Ｆ０２Ｄ １３／００－２８／００、４１／００－４５／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００－２６／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンシステムであって、
燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内において往復運動するピストンと、燃料を前記気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、を備えるエンジンと、
前記エンジンの前記気筒へと吸気を供給する吸気通路内に設けられ、閉弁時にスワール流を前記気筒内に生成するように構成されたスワールコントロールバルブと、
前記エンジンの排気ガスをＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路上に設けられ、前記吸気通路に還流させる前記ＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲガス量調整機構と、
前記燃料噴射弁、前記スワールコントロールバルブ及び前記ＥＧＲガス量調整機構を制御するよう構成された制御器であって、エンジン負荷が所定の閾値以下であるときに、前記スワールコントロールバルブを閉弁するよう構成された前記制御器と、
を有し、
前記制御器は、エンジン負荷が前記閾値以下である領域内において、当該閾値を含む高負荷側の第１負荷領域では、前記第１負荷領域よりも低負荷側の第２負荷領域よりも、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷の増加に対する前記ＥＧＲガスの量の増加率が小さくなるように、前記ＥＧＲガス量調整機構を制御するよう構成され、
前記制御器は、エンジン負荷が前記閾値を超える領域では、前記スワールコントロールバルブを全開に開弁し、且つ、エンジン負荷が当該閾値を超えると前記ＥＧＲガスの量を直ちに低下させると共に、エンジン負荷の増加に応じて前記ＥＧＲガスの量が低下するように、前記ＥＧＲガス量調整機構を制御するよう構成されている、ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項2】

前記制御器は、前記第２負荷領域では、エンジン負荷の増加に応じて前記ＥＧＲガスの量が増加するように、前記ＥＧＲガス量調整機構を制御する一方で、前記第１負荷領域では、エンジン負荷の増加によらずに前記ＥＧＲガスの量がほぼ一定になるように、前記ＥＧＲガス量調整機構を制御するよう構成されている、請求項１に記載のエンジンシステム。

【請求項3】

前記制御器は、エンジン負荷が前記閾値以下である領域では、前記エンジンの吸気行程中に燃料を１回のみ噴射するように前記燃料噴射弁を制御する一方で、エンジン負荷が前記閾値を超える領域では、前記エンジンの吸気行程及び圧縮行程中にわたって燃料を複数回噴射するように前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項１又は２に記載のエンジンシステム。

【請求項4】

前記燃料噴射弁は、前記ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジンシステム。

【請求項5】

前記ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スワール流を気筒内に生成するスワールコントロールバルブを有するエンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、各気筒に吸気を供給する２つの吸気ポートの一方にスワールコントロールバルブ（以下では適宜「ＳＣＶ」と表記する。）を設け、このＳＣＶを閉側の開度（典型的には全閉）に設定することで、スワール流を気筒内に生成する技術が知られている。例えば、特許文献１には、このようなＳＣＶの開度を、エンジンの運転状態に応じて切り替える技術が開示されている。具体的には、この技術では、エンジンの低負荷領域ではＳＣＶを閉弁し、エンジンの高負荷領域ではＳＣＶを開弁している。特に、低負荷領域では、スワール流が発生した状態において燃料を圧縮行程で噴射することで、エンジンの成層燃焼運転を図り、高負荷領域では、タンブル流が発生した状態において燃料を吸気行程で噴射することで、エンジンの均質燃焼運転を図っている。

【0003】

また、例えば特許文献２には、上記のようなＳＣＶに加えて、エンジンの排気ガスをＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲシステムが設けられたエンジンにおいて、負荷が高くなるにつれて、エンジンに供給される吸気（新気＋ＥＧＲガス）に含まれるＥＧＲガスの量の割合であるＥＧＲ率を低くする技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－１３００２５号公報

【文献】特開２０１８－１９３９８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記した特許文献１などにも記載されているように、ＳＣＶを有するエンジンシステムでは、エンジンの低負荷領域においてＳＣＶを全閉にし、エンジンの高負荷領域においてＳＣＶを全開にする制御が行われることが多い。他方で、エンジンの低負荷領域では、エンジンのポンピングロス低減などの観点から、吸気通路に還流させるＥＧＲガス量を多くするようにＥＧＲシステムを制御することが望ましい。

【0006】

ここで、エンジンの運転状態が低負荷領域から高負荷領域へと移行することで、ＳＣＶが全閉から全開へと切り替えられると、１つの吸気ポートのみが各気筒に連通した状態から、２つの吸気ポートが各気筒に連通した状態へと遷移する。そのため、ＳＣＶが全閉から全開へと切り替えられている間には、この切り替え前よりも、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバーラップ期間に、排気通路から吸気通路へと排気ガスが吹き返す量（逆流する量）が多くなり、気筒内に導入される排気ガス（いわゆる内部ＥＧＲガス）の量が増加する傾向にある。その結果、上記したように低負荷領域においてＥＧＲシステムにより比較的多量のＥＧＲガス（いわゆる外部ＥＧＲガス）を還流させていると、ＳＣＶの全閉から全開への切り替え時に、気筒内に導入される排気ガスの総量、つまり外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスの合計量が過多となり、燃焼安定性が低下してしまう。

【0007】

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、低負荷領域において全閉に設定されたスワールコントロールバルブが全開へと切り替えられるときに、ＥＧＲガスの過多による燃焼安定性の低下を改善することができるエンジンシステム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】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンシステムであって、燃焼室を形成する気筒と、気筒内において往復運動するピストンと、燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、を備えるエンジンと、エンジンの気筒へと吸気を供給する吸気通路内に設けられ、閉弁時にスワール流を気筒内に生成するように構成されたスワールコントロールバルブと、エンジンの排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路上に設けられ、吸気通路に還流させるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲガス量調整機構と、燃料噴射弁、スワールコントロールバルブ及びＥＧＲガス量調整機構を制御するよう構成された制御器であって、エンジン負荷が所定の閾値以下であるときに、スワールコントロールバルブを閉弁するよう構成された制御器と、を有し、制御器は、エンジン負荷が閾値以下である領域内において、当該閾値を含む高負荷側の第１負荷領域では、第１負荷領域よりも低負荷側の第２負荷領域よりも、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷の増加に対するＥＧＲガスの量の増加率が小さくなるように、ＥＧＲガス量調整機構を制御するよう構成され、制御器は、エンジン負荷が閾値を超える領域では、スワールコントロールバルブを全開に開弁し、且つ、エンジン負荷が当該閾値を超えるとＥＧＲガスの量を直ちに低下させると共に、エンジン負荷の増加に応じてＥＧＲガスの量が低下するように、ＥＧＲガス量調整機構を制御するよう構成されている、ことを特徴とする。

【0009】

このように構成された本発明によれば、制御器は、エンジン負荷が所定の閾値未満である低負荷領域において、エンジン負荷が閾値から離れている第２負荷領域では、エンジン負荷の増加に応じてＥＧＲガス量が増加する一方で、エンジン負荷が閾値付近である第１負荷領域では、エンジン負荷の増加に応じたＥＧＲガス量の増加を抑える。これにより、エンジンの運転状態が低負荷領域から高負荷領域に移行することで、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）が全閉から全開へと切り替えられている間に、上記のように内部ＥＧＲガス量が増加したとしても、エンジン負荷の増加に応じた外部ＥＧＲガス量の増加を的確に抑制することができる。その結果、ＳＣＶの全閉から全開への切り替え時に、気筒内に導入される排気ガスの総量の増加、つまり外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスの合計量の増加を抑制でき、燃焼安定性を確保することが可能となる。また、本発明によれば、制御器は、高負荷領域では、エンジン負荷の増加に応じてＥＧＲガス量を低下させるので、気筒内に導入される新気量を増加させてエンジン出力を向上させることができる。

【0010】

本発明において、好ましくは、制御器は、第２負荷領域では、エンジン負荷の増加に応じてＥＧＲガスの量が増加するように、ＥＧＲガス量調整機構を制御する一方で、第１負荷領域では、エンジン負荷の増加によらずにＥＧＲガスの量がほぼ一定になるように、ＥＧＲガス量調整機構を制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、制御器は、第１負荷領域では、エンジン負荷の増加によらずにＥＧＲガス量をほぼ一定にする。これにより、ＳＣＶの全閉から全開への切り替え時に、気筒内に導入される外部ＥＧＲガス量を効果的に抑制でき、燃焼安定性を確実に確保することが可能となる。

【0012】

本発明において、好ましくは、制御器は、エンジン負荷が閾値以下である領域では、エンジンの吸気行程中に燃料を１回のみ噴射するように燃料噴射弁を制御する一方で、エンジン負荷が閾値を超える領域では、エンジンの吸気行程及び圧縮行程中にわたって燃料を複数回噴射するように燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、制御器は、低負荷領域において、燃料を吸気行程中に一括噴射することで、エンジンの均質燃焼を適切に実現することができ、また、高負荷領域において、燃料を吸気行程及び圧縮行程中にわたって分割噴射することで、エンジンの成層燃焼を適切に実現することができる。

【0013】

本発明において好適には、燃料噴射弁は、ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられている。
また好適には、ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成されている。

【発明の効果】

【0014】

本発明のエンジンシステムによれば、低負荷領域において全閉に設定されたスワールコントロールバルブが全開へと切り替えられるときに、ＥＧＲガスの過多による燃焼安定性の低下を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。

【図2】本発明の実施形態によるエンジンの斜視図である。

【図3】本発明の実施形態によるエンジンシステムの電気的構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態によるエンジンの運転領域を示す。

【図5】本発明の実施形態における、エンジン負荷とＥＧＲバルブ開度との関係を示すマップである。

【図6】本発明の実施形態に係る制御を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステムについて説明する。

【0017】

［エンジンシステムの構成］
図１は、本実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。図１に示すように、エンジンシステム１００は、車両に搭載されるエンジン１を有する。このエンジン１は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。具体的には、エンジン１は、気筒２が設けられたシリンダブロック４（なお、図１では、１つの気筒２のみを図示するが、例えば４つの気筒２が直列に設けられる）と、このシリンダブロック４上に配設されたシリンダヘッド６と、シリンダブロック４の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン８とを有している。各気筒２内には、コンロッド１０を介してクランクシャフト１２と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。これらのシリンダヘッド６、気筒２及びピストン１４は、エンジン１の燃焼室１６を画定する。

【0018】

エンジン１には、吸気通路４０から吸気が供給される。この吸気通路４０上には、エンジン１に供給する吸気量を調整可能なスロットルバルブ４１、及び、エンジン１に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク４２などが設けられている。また、吸気通路４０の一部分は、エンジン１に接続された吸気ポート１８を構成する。

【0019】

エンジン１には、気筒２毎に、各々独立した２つの吸気ポート１８及び２つの排気ポート２０が接続されていると共に、これら吸気ポート１８及び排気ポート２０には、燃焼室１６側の開口を開閉する吸気バルブ２２及び排気バルブ２４がそれぞれ配設されている。ここで、吸気バルブ２２の開弁及びピストン１４の下降に応じて、吸気ポート１８から燃焼室１６内に流入した吸気により、タンブル流（縦方向の渦流／縦渦）が生成される。

【0020】

また、各気筒２において、２つの吸気ポート１８の一方には、当該吸気ポート１８の流路を開閉するスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）４３が設けられている。なお、図１では、ＳＣＶ４３が設けられた一方の吸気ポート１８のみを図示し、ＳＣＶ４３が設けられていない他方の吸気ポート１８については図示していない。ＳＣＶ４３が閉じている場合には、２つの吸気ポート１８のうちの一方のみから燃焼室１６内に吸気が流入することで、スワール流（横方向の渦流／横渦）が燃焼室１６内に生成される。

【0021】

エンジン１のシリンダヘッド６の下面は、燃焼室１６の天井２６を形成している。この天井２６は、中央部からシリンダヘッド６下端まで延びる２つの対向する傾斜面を有する、いわゆるペントルーフ型となっている。また、シリンダヘッド６には、気筒２毎に、気筒２内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ（燃料噴射弁）２８が取り付けられている。インジェクタ２８は、ピストン１４の軸線方向（つまりピストン１４の移動方向）に対して傾いて設けられている。より詳しくは、インジェクタ２８は、その噴口が、燃焼室１６の天井２６の周縁部において２つの吸気ポート１８の間から斜め下方に向かってその燃焼室１６内に臨むように配設されている。

【0022】

更に、エンジン１のシリンダヘッド６には、気筒２毎に、燃焼室１６内の混合気に強制点火する点火プラグ３２が取り付けられている。点火プラグ３２は、燃焼室１６の天井２６の中央部から下方へ延びるように、シリンダヘッド６内を貫通して配置されている。また、シリンダヘッド６には、各気筒２の吸気バルブ２２及び排気バルブ２４をそれぞれ駆動するバルブ駆動機構３６が設けられている。このバルブ駆動機構３６は、例えば、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４のリフト量を変更することが可能な可変バルブリフト機構や、クランクシャフト１２に対するカムシャフトの回転位相を変更することが可能なバルブ位相可変機構である。

【0023】

上述したように、エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている一方で、エンジン１の他側面には、各気筒２の燃焼室１６からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４４が接続されている。この排気通路４４上には、排気ガスを浄化する触媒４５（詳しくは触媒コンバータ）が設けられている。また、排気通路４４において触媒４５の下流側には、排気ガスを吸気通路４０に還流させるためのＥＧＲ通路４６が接続されている。このＥＧＲ通路４６上には、還流させる排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するためのＥＧＲクーラ４７、及び、吸気通路４０に還流させるＥＧＲガスの量を調整するためのＥＧＲバルブ４８（ＥＧＲガス量調整機構）が設けられている。これらＥＧＲ通路４６、ＥＧＲクーラ４７及びＥＧＲバルブ４８は、ＥＧＲシステムを構成する。

【0024】

次に、図２は、本実施形態によるエンジン１のピストン１４、インジェクタ２８及び点火プラグ３２の詳細構造を示す斜視図である。図２に示すように、インジェクタ２８は、複数の噴口３０を有する多噴口型のインジェクタである。インジェクタ２８は、当該インジェクタ２８の軸線方向が水平方向から所定角にて下方に傾斜するように設けられている。これにより、インジェクタ２８の各噴口３０から噴射された燃料噴霧は、燃焼室１６の天井２６の周縁部から斜め下方に向かって放射状に広がる。

【0025】

また、ピストン１４の頂部を形成するピストン冠面１４ａは、その中央に向かって隆起するように凸型に形成されている。具体的には、ピストン冠面１４ａの中央には、ピストン１４の軸線方向（換言するとピストン１４の移動方向）に直交する水平面に沿った平坦面１４ｂが、比較的広範囲にわたって形成されている。ピストン冠面１４ａには、所謂キャビティが形成されていない。

【0026】

また、ピストン冠面１４ａは、当該ピストン冠面１４ａのインジェクタ２８側の端部から中央に向かって斜め上方に延びるインジェクタ側斜面１４ｃと、ピストン冠面１４ａのインジェクタ２８から離間した側（以下、必要に応じて「反インジェクタ側」）の端部から中央に向かって斜め上方に延びる反インジェクタ側斜面１４ｄとを備えている。これらのインジェクタ側斜面１４ｃ及び反インジェクタ側斜面１４ｄは、燃焼室１６の天井２６（図１参照）に沿うように形成されている。

【0027】

また、ピストン冠面１４ａのインジェクタ側の端部及び反インジェクタ側の端部には、水平面１４ｅが形成されている。更に、ピストン冠面１４ａの反インジェクタ側斜面１４ｄには、ピストン１４と排気バルブ２４との接触を回避するように窪んだ排気バルブリセス１４ｆが形成されている。なお、ピストン１４と吸気バルブ２２との接触回避は、インジェクタ側斜面１４ｃなどによって実現されるようになっている。

【0028】

次に、図３は、本実施形態によるエンジンシステム１００の電気的構成を示すブロック図である。ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール）８０は、回路により構成されており、周知のマイクロコンピュータをベースとする制御器である。ＰＣＭ８０は、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）としての１以上のマイクロプロセッサ８０ａと、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ８０ｂと、電気信号の入出力を行う入出力バス等を備えている。

【0029】

ＰＣＭ８０には、各種のセンサが接続されている。具体的には、ＰＣＭ８０には、主に、アクセル開度センサＳ１及びクランク角センサＳ２が接続されている。アクセル開度センサＳ１は、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出し、クランク角センサＳ２は、クランクシャフト１２の回転角（エンジン回転数に対応する）を検出する。これらのセンサＳ１、Ｓ２から出力された検出信号は、ＰＣＭ８０に入力される。

【0030】

ＰＣＭ８０は、上記のセンサＳ１、Ｓ２から入力された検出信号に基づいて、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ８０ｂに記憶されている。制御ロジックは、メモリ８０ｂに記憶しているマップなどを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。ＰＣＭ８０は、演算した制御量に係る制御信号を、主に、インジェクタ２８、点火プラグ３２、ＳＣＶ４３及びＥＧＲバルブ４８に出力する。

【0031】

［制御内容］
次に、本実施形態においてＰＣＭ８０が行う制御内容について説明する。基本的には、ＰＣＭ８０は、エンジン１の運転状態の変化に応じて、ＳＣＶ４３の開閉を切り替える、つまりＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え、又はＳＣＶ４３の全開から全閉への切り替えを行う。こうすることで、エンジン１の運転状態に応じて、ＳＣＶ４３によるスワール流を燃焼室１６内に導入するか否かを切り替える。

【0032】

まず、図４を参照して、ＳＣＶ４３を全閉又は全開に設定するエンジン１の運転領域について説明する。図４は、横軸に示されたエンジン回転数及び縦軸に示されたエンジン負荷により規定された、エンジン１の運転領域を表している。エンジン回転数が回転数閾値Ｎ１（例えば２５００ｒｐｍ）以下で且つエンジン負荷が負荷閾値Ｌ１以下の運転領域Ｒ１では、ＳＣＶ４３が全閉に設定される、つまりＳＣＶ４３により生成されたスワール流を用いてエンジン１が運転される。また、この運転領域Ｒ１では、このようなスワール流が生成された状態において、エンジン１の吸気行程中に、燃料をインジェクタ２８から１回のみ噴射（一括噴射）させることで、エンジン１の均質燃焼を実現するようにしている。

【0033】

他方で、エンジン回転数が回転数閾値Ｎ１を超えるか又はエンジン負荷が負荷閾値Ｌ１を超える運転領域Ｒ２では、ＳＣＶ４３が全開に設定される、つまりスワール流を用いずにエンジン１が運転される。また、運転領域Ｒ２においてエンジン回転数が回転数閾値Ｎ１以下である領域では、エンジン１の吸気行程中及び圧縮行程中に、燃料をインジェクタ２８から複数回噴射（分割噴射）させることで、エンジン１の成層燃焼を実現するようにしている。これに対して、運転領域Ｒ２においてエンジン回転数が回転数閾値Ｎ１を超える領域では、エンジン１の吸気行程中に、燃料をインジェクタ２８から１回のみ噴射（一括噴射）させることで、エンジン１の均質燃焼を実現するようにしている。

【0034】

なお、図４では、回転数閾値Ｎ１及び負荷閾値Ｌ１が一定値である例を示しているが、他の例では、エンジン負荷が高くなるほど回転数閾値Ｎ１を小さくしたり、エンジン回転数が高くなるほど負荷閾値Ｌ１を小さくしたりしてもよい。また、以下では、運転領域Ｒ１のことを適宜「低負荷領域Ｒ１」と言い換え、運転領域Ｒ２のことを適宜「高負荷領域Ｒ２」と言い換える。

【0035】

このように、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１において、スワール流を燃焼室１６内に生成するようにＳＣＶ４３を全閉に制御する。他方で、ＰＣＭ８０は、この低負荷領域Ｒ１において、基本的には、エンジン１のポンピングロス低減などの観点から、ＥＧＲ通路４６から吸気通路４０に還流させるＥＧＲガス量をなるべく多くするように、ＥＧＲバルブ４８を制御する。

【0036】

ここで、エンジン１の運転状態が低負荷領域Ｒ１から高負荷領域Ｒ２へと移行することで、ＳＣＶ４３が全閉から全開へと切り替えられると、１つの吸気ポート１８のみが各気筒２に連通した状態から、２つの吸気ポート１８が各気筒２に連通した状態へと遷移する。そのため、ＳＣＶ４３が全閉から全開へと切り替えられている間には、この切り替え前（ＳＣＶ４３の全閉時）よりも、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４のバルブオーバーラップ期間に、排気ガスが吸気通路４０へと吹き返す量（逆流する量）が多くなる。これにより、エンジン１の吸気行程において、新気と一緒に燃焼室１６へと導入される排気ガス（内部ＥＧＲガス）の量が増加する。その結果、上記したように低負荷領域Ｒ１においてＥＧＲ通路４６から比較的多量のＥＧＲガス（外部ＥＧＲガス）を還流させていると、ＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え時に、燃焼室１６へと導入される排気ガスの総量、つまり外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスの合計量が過多となり、燃焼安定性が低下してしまう。

【0037】

本実施形態では、ＰＣＭ８０は、このようなＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え時におけるＥＧＲガス過多による燃焼安定性の低下を改善するための制御を行う。具体的には、ＰＣＭ８０は、エンジン負荷が負荷閾値Ｌ１以下である低負荷領域Ｒ１内において、当該負荷閾値Ｌ１を含む高負荷側の第１負荷領域では、この第１負荷領域よりも低負荷側の第２負荷領域よりも、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷の増加に対するＥＧＲガス量の増加率が小さくなるように、ＥＧＲバルブ４８を制御する。すなわち、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１において、エンジン負荷が負荷閾値Ｌ１から離れている場合には、エンジン負荷の増加に応じてＥＧＲガス量が増加するように、ＥＧＲバルブ４８を制御する一方で、エンジン負荷が負荷閾値Ｌ１付近である場合には、エンジン負荷の増加に応じたＥＧＲガス量の増加を抑えるように（典型的には、エンジン負荷の増加によらずにＥＧＲガス量がほぼ一定になるように）、ＥＧＲバルブ４８を制御する。

【0038】

ここで、図５を参照して、本実施形態に係る制御の基本概念について説明する。図５は、或るエンジン回転数（例えば１５００ｒｐｍ）において、エンジン負荷（横軸）に応じて適用されるＥＧＲバルブ開度（縦軸）のマップを示している。図５に示すように、本実施形態では、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１において低負荷側にある領域、具体的には低負荷領域Ｒ１において所定負荷Ｌ２以下である第２負荷領域Ｒ１ｂでは、エンジン１のポンピングロス低減などの観点から、エンジン負荷の増加に応じて、ＥＧＲガス量を増加させるべくＥＧＲバルブ開度を徐々に大きくしている（矢印Ａ１）。

【0039】

特に、本実施形態では、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１において高負荷側にある領域、具体的には所定負荷Ｌ２と負荷閾値Ｌ１との間にある（つまり所定負荷Ｌ２よりも大きく且つ負荷閾値Ｌ１以下である）第１負荷領域Ｒ１ａでは、上記の第２負荷領域Ｒ１ｂよりも、エンジン負荷の増加に対するＥＧＲバルブ開度の増加率を小さくしている（矢印Ａ２）。より具体的には、ＰＣＭ８０は、第１負荷領域Ｒ１ａでは、エンジン負荷の増加によらずにＥＧＲバルブ開度をほぼ一定にしている。こうすることで、エンジン１の運転状態が低負荷領域Ｒ１から高負荷領域Ｒ２に移行することで、ＳＣＶ４３が全閉から全開へと切り替えられている間に、上記のように内部ＥＧＲガス量が増加したとしても、エンジン負荷の増加に応じた外部ＥＧＲガス量の増加を的確に抑制することができる。その結果、ＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え時に、燃焼室１６へと導入される排気ガスの総量の増加、つまり外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスの合計量の増加を抑制でき、燃焼安定性を確保することが可能となる。

【0040】

なお、ＰＣＭ８０は、第２負荷領域Ｒ１ｂの更に低負荷側の領域では、燃焼安定性の確保を優先するために、ＥＧＲガスを燃焼室１６に導入しないように、ＥＧＲバルブ開度を０に設定している。他方で、ＰＣＭ８０は、高負荷領域Ｒ２では、新気量増加によるエンジン出力向上などの観点から、エンジン負荷の増加に応じて、ＥＧＲガス量を低下させるべくＥＧＲバルブ開度を徐々に小さくしている（矢印Ａ３）。

【0041】

次に、図６を参照して、本実施形態に係る制御の流れについて説明する。図６は、本実施形態に係る制御を示すフローチャートである。この制御は、ＰＣＭ８０によって所定の周期で繰り返し実行される。まず、ステップＳ１１において、ＰＣＭ８０は、各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ８０は、上記したようなアクセル開度センサＳ１及びクランク角センサＳ２の検出信号を少なくとも取得する。

【0042】

次いで、ステップＳ１２において、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１１で取得された情報に基づき、現在のエンジン１の運転状態、具体的には現在のエンジン回転数及びエンジン負荷を特定する。この場合、ＰＣＭ８０は、クランク角センサＳ２の検出信号に対応するクランク角（クランクシャフト１２の回転角）に基づき、エンジン回転数を求める。また、ＰＣＭ８０は、アクセル開度センサＳ１の検出信号に対応するアクセル開度に基づき、車両の目標トルクを求めた後、この目標トルクに対応するエンジン負荷を求める。

【0043】

次いで、ステップＳ１３において、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１２で特定されたエンジン１の運転状態に基づき、ＳＣＶ４３に設定すべき弁状態を決定する、つまり全閉及び全開のいずれかを決定する。具体的には、ＰＣＭ８０は、エンジン回転数及びエンジン負荷が属する領域が低負荷領域Ｒ１である場合には、ＳＣＶ４３に設定すべき弁状態として全閉を決定し、エンジン回転数及びエンジン負荷が属する領域が高負荷領域Ｒ２である場合には、ＳＣＶ４３に設定すべき弁状態として全開を決定する。

【0044】

次いで、ステップＳ１４において、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１２で特定されたエンジン１の運転状態に基づき、ＥＧＲバルブ４８に設定すべきＥＧＲバルブ開度を決定する。具体的には、ＰＣＭ８０は、図５に示すようなマップを参照して（なお、図５に示すようなマップは種々のエンジン回転数ごとに規定されているため、現在のエンジン回転数に対応するマップを選択するものとする）、現在のエンジン負荷において適用すべきＥＧＲバルブ開度を決定する。そして、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１５に進む。

【0045】

次いで、ステップＳ１５において、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１３で決定されたＳＣＶ４３の弁状態、及びステップＳ１４で決定されたＥＧＲバルブ開度に基づき、ＳＣＶ４３及びＥＧＲバルブ４８を制御する。この場合、ＰＣＭ８０は、決定されたＥＧＲバルブ開度に設定されるようにＥＧＲバルブ４８を制御する。また、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１３で決定されたＳＣＶ４３の弁状態が現在のＳＣＶ４３の弁状態と異なる場合には、ＳＣＶ４３の弁状態を切り替える、つまり、ＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え、又はＳＣＶ４３の全開から全閉への切り替えを行う。これに対して、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１３で決定されたＳＣＶ４３の弁状態が現在のＳＣＶ４３の弁状態と同じ場合には、ＳＣＶ４３の弁状態を維持する。そして、ＰＣＭ８０は、図８に示すフローを抜ける。

【0046】

［作用及び効果］
次に、本実施形態によるエンジンシステム１００の作用及び効果について説明する。

【0047】

本実施形態では、ＰＣＭ８０は、エンジン負荷がＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替えが行われる負荷閾値Ｌ１以下である低負荷領域Ｒ１内において、当該負荷閾値Ｌ１を含む高負荷側の第１負荷領域Ｒ１ａでは、この第１負荷領域Ｒ１ａよりも低負荷側の第２負荷領域Ｒ１ｂよりも、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷の増加に対するＥＧＲガス量の増加率が小さくなるように、ＥＧＲバルブ４８を制御する。これにより、エンジン１の運転状態が低負荷領域Ｒ１から高負荷領域Ｒ２に移行することで、ＳＣＶ４３が全閉から全開へと切り替えられている間に、上記のように内部ＥＧＲガス量が増加したとしても、エンジン負荷の増加に応じた外部ＥＧＲガス量の増加を的確に抑制することができる。その結果、ＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え時に、燃焼室１６へと導入される排気ガスの総量の増加、つまり外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスの合計量の増加を抑制でき、燃焼安定性を確保することが可能となる。

【0048】

また、本実施形態によれば、ＰＣＭ８０は、第１負荷領域Ｒ１ａでは、エンジン負荷の増加によらずにＥＧＲガス量がほぼ一定になるように、ＥＧＲバルブ４８を制御する。これにより、ＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え時に、燃焼室１６へと導入される外部ＥＧＲガス量を効果的に抑制でき、燃焼安定性を確実に確保することが可能となる。

【0049】

また、本実施形態によれば、ＰＣＭ８０は、高負荷領域Ｒ２では、エンジン負荷の増加に応じてＥＧＲガス量を低下させるように、ＥＧＲバルブ４８を制御するので、燃焼室１６へと導入される新気量を増加させてエンジン出力を向上させることができる。

【0050】

また、本実施形態によれば、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１において、燃料を吸気行程中に一括噴射することで、エンジン１の均質燃焼を適切に実現することができ、また、高負荷領域Ｒ２において、燃料を吸気行程及び圧縮行程中にわたって分割噴射することで、エンジン１の成層燃焼を適切に実現することができる。

【符号の説明】

【0051】

１ エンジン
２ 気筒
１４ ピストン
１４ａ ピストン冠面
１６ 燃焼室
１８ 吸気ポート
２８ インジェクタ（燃料噴射弁）
３２ 点火プラグ
４０ 吸気通路
４３ スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）
４４ 排気通路
４５ 触媒
４６ ＥＧＲ通路
４８ ＥＧＲバルブ（ＥＧＲガス量調整機構）
８０ ＰＣＭ（制御器）
１００ エンジンシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】