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CN108223178B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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CN108223178B
CN108223178B CN201711381047.7A CN201711381047A CN108223178B CN 108223178 B CN108223178 B CN 108223178B CN 201711381047 A CN201711381047 A CN 201711381047A CN 108223178 B CN108223178 B CN 108223178B
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Abstract

一种内燃机(100)的控制装置(200)，具备燃烧控制部，所述燃烧控制部使得：在预定的运转区域中，从燃料喷射阀(20)至少依次喷射一次辅助燃料、二次辅助燃料、以及主燃料，在喷射主燃料后从包含一次辅助燃料的预混合气起按顺序地进行压缩自着火燃烧，并且利用包含二次辅助燃料的预混合气进行压缩自着火燃烧时的热来使包含所述主燃料的预混合气进行压缩自着火燃烧。燃烧控制部对一次辅助燃料的目标喷射量以及目标喷射正时进行设定，以使得由包含一次辅助燃料的预混合气形成的放热率图形的峰值和斜率比由分别包含二次辅助燃料以及主燃料的各预混合气形成的各放热率图形的峰值和斜率小。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置。
背景技术
在JP2012-062880A中公开了如下以往的内燃机的控制装置，该内燃机的控制装置构成为，根据内燃机运转状态将燃烧方式切换为预混合压缩自着火燃烧或者扩散燃烧，并且在实施预混合压缩自着火燃烧时隔着预定的时间间隔地进行三次燃料喷射。
发明内容
然而，在JP2012-062880A中并没有提及在实施预混合压缩自着火燃烧的情况下，会使通过各燃料喷射形成的预混合气燃烧时的放热率图形(pattern)(燃烧波形)成为什么样的形状，从而存在如下问题点：根据使通过最初的燃料喷射形成的预混合气燃烧时的放热率图形的形状，燃烧噪音会增大。
本发明是着眼于这样的问题点而做出的发明，目的在于抑制实施预混合压缩自着火燃烧时的燃烧噪音。
为了解决上述课题，根据本发明的某一技术方案，提供一种用于控制内燃机的内燃机的控制装置，该内燃机具备内燃机主体和向内燃机主体的燃烧室内喷射燃料的燃料喷射阀，所述内燃机的控制装置具备燃烧控制部，所述燃烧控制部使得：在预定的运转区域中，从燃料喷射阀至少依次喷射一次辅助燃料、二次辅助燃料、以及主燃料，在喷射主燃料后从包含一次辅助燃料的预混合气起按顺序地进行压缩自着火燃烧，并且利用包含二次辅助燃料的预混合气进行压缩自着火燃烧时的热来使包含主燃料的预混合气进行压缩自着火燃烧。并且，燃烧控制部构成为对一次辅助燃料的目标喷射量以及目标喷射正时进行设定，以使得由包含一次辅助燃料的预混合气形成的放热率图形的峰值和斜率比由分别包含二次辅助燃料与主燃料的各预混合气形成的各放热率图形的峰值和斜率小。
根据本发明的该技术方案，能够抑制实施预混合压缩自着火燃烧时的燃烧噪音。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的内燃机以及控制内燃机的电子控制单元的概略构成图。
图2是内燃机的内燃机主体的剖视图。
图3是示出内燃机主体的运转区域的图。
图4是示出在压缩行程中的任意的时期从燃料喷射阀仅喷射一次燃料地实施压缩自着火燃烧的情况下的曲轴角与放热率的关系的图。
图5是示出本发明的一实施方式的实施PCCI模式时的燃烧控制的情况下的曲轴角与放热率的关系的图。
图6是与燃烧室内的氧浓度相应地示出当量比φ与着火延迟时间τ的关系的图。
图7是对本发明的一实施方式的PCCI模式时的燃料喷射控制进行说明的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行详细的说明。此外，在以下的说明中，对同样的构成要素标注相同的附图标记。
图1是本发明的一实施方式的内燃机100以及控制内燃机100的电子控制单元200的概略构成图。图2是内燃机100的内燃机主体1的剖视图。
如图1所示，内燃机100具备具有多个汽缸10的内燃机主体1、燃料供给装置2、进气装置3、排气装置4、进气门驱动装置5以及排气门驱动装置6。
内燃机主体1使燃料在形成于各汽缸10的燃烧室11内(参照图2)燃烧来产生用于驱动例如车辆等的动力。在内燃机主体1中，针对每个汽缸，设置有一对进气门50和一对排气门60。
燃料供给装置2具备电子控制式的燃料喷射阀20、输送管21、供应泵22、燃料箱23、压送管24以及燃料压力传感器211。
燃料喷射阀20设置于内燃机主体1，能够向在承受燃烧压力而在各汽缸10的内部往复运动的活塞12的顶面形成的腔13喷射燃料来形成成层预混合气。在本实施方式中，燃料喷射阀20以面向各汽缸10的燃烧室11的方式在各汽缸10设置有一个。燃料喷射阀20的打开时间(喷射量)以及打开正时(喷射正时)根据来自电子控制单元200的控制信号来变更，当燃料喷射阀20打开时从燃料喷射阀20向燃烧室11内直接喷射燃料。
输送管21经由压送管24连接于燃料箱23。在压送管24的中途设置有用于对储存于燃料箱23的燃料进行加压并向输送管21供给的供应泵22。输送管21暂时储存从供应泵22压送来的高压燃料。当燃料喷射阀20打开时，从燃料喷射阀20向燃烧室11内直接喷射储存于输送管21的高压燃料。
供应泵22构成为能够变更喷出量，供应泵22的喷出量根据来自电子控制单元200的控制信号来变更。通过控制供应泵22的喷出量来控制输送管21内的燃料压力，即燃料喷射阀20的喷射压。
燃料压力传感器211设置于输送管21。燃料压力传感器211对输送管21内的燃料压力，即从各燃料喷射阀20向各汽缸10内喷射的燃料的压力(喷射压)进行检测。
进气装置3是用于向燃烧室11内导入进气的装置，构成为能够变更吸入燃烧室11内的进气的状态(进气压力、进气温度、EGR(Exhaust Gas Recirculation：排气再循环)气体量)。进气装置3具备作为进气通路的进气管30和进气歧管31、以及EGR通路32。
进气管30的一端连接于空气滤清器34，另一端连接于进气歧管31的进气总管31a。在进气管30中，从上游起依次设置有空气流量计212、排气涡轮增压器7的压缩机71、中间冷却器35以及节气门36。
空气流量计212对在进气管30内流动且最终被吸入汽缸10内的空气的流量进行检测。
压缩机71具备压缩机壳体71a和配置于压缩机壳体71a内的压缩机叶轮71b。压缩机叶轮71b被与压缩机叶轮71b同轴地安装的排气涡轮增压器7的涡轮叶轮72b驱动旋转，对流入压缩机壳体71a内的进气进行压缩并将其排出。在排气涡轮增压器7的涡轮72设置有用于控制涡轮叶轮72b的转速的可变喷嘴72c，通过用可变喷嘴72c来控制涡轮叶轮72b的转速，从而控制从压缩机壳体71a内排出的进气的压力(增压压力)。
中间冷却器35是用于利用例如行驶风、冷却水等对被压缩机71压缩而变得高温的进气进行冷却的热交换器。
节气门36通过使进气管30的通路截面面积变化来调整导入进气歧管31的进气量。通过节气门致动器36a来驱动节气门36打开/关闭，通过节气门传感器213来检测其开度(节气门开度)。
进气歧管31连接于在内燃机主体1形成的进气口14，将从进气管30流入的进气经由进气口14均等地分配到各汽缸10。在进气歧管31的进气总管31a设置有用于对被吸入缸内的进气的压力(进气压力)进行检测的进气压力传感器214、和用于对被吸入缸内的进气的温度(进气温度)进行检测的进气温度传感器215。
EGR通路32是用于将排气歧管41与进气歧管31的进气总管31a连通，利用压力差使从各汽缸10排出的排气的一部分回到进气总管31a的通路。以下，将流入EGR通路32的排气称为“EGR气体”，将EGR气体量占缸内气体量的比例，即排气的回流率称为“EGR率”。通过使EGR气体回流到进气总管31a进而回流到各汽缸10，能够降低燃烧温度，抑制氮氧化物(NOx)的排出。在EGR通路32，从上游起依次设置有EGR冷却器37和EGR阀38。
EGR冷却器37是用于利用例如行驶风、冷却水等来冷却EGR气体的热交换器。
EGR阀38是能够连续地或者阶段性地调整开度的电磁阀，其开度与内燃机运转状态相应，由电子控制单元200控制。通过控制EGR阀38的开度来调节回流到进气总管31a的EGR气体的流量。
排气装置4是用于将排气从缸内排出的装置，具备排气歧管41和排气通路42。
排气歧管41连接于在内燃机主体1形成的排气口15，汇集从各汽缸10排出的排气并导入排气通路42。
在排气通路42上，从上游起依次设置有排气涡轮增压器7的涡轮72和排气后处理装置43。
涡轮72具备涡轮壳体72a和配置于涡轮壳体72a内的涡轮叶轮72b。涡轮叶轮72b被流入涡轮壳体72a内的排气的能量驱动旋转，从而驱动与涡轮叶轮72b同轴地安装的压缩机叶轮71b。
在涡轮叶轮72b的外侧设置有前述的可变喷嘴72c。可变喷嘴72c作为节流阀发挥功能，可变喷嘴72c的喷嘴开度(阀开度)由电子控制单元200控制。通过使可变喷嘴72c的喷嘴开度变化，能够使驱动涡轮叶轮72b的排气的流速在涡轮壳体72a内发生变化。即，通过使可变喷嘴72c的喷嘴开度变化，能够使涡轮叶轮72b的转速变化从而使增压压力变化。具体而言，当使可变喷嘴72c的喷嘴开度变小(收缩可变喷嘴72c)时，排气的流速变快从而涡轮叶轮72b的转速增大，增压压力增大。
排气后处理装置43是用于在对排气进行了净化的基础上将该排气向大气排出的装置，具备净化有害物质的各种排气净化催化剂、捕集有害物质的过滤器等。
进气门驱动装置5是用于驱动各汽缸10的进气门50打开/关闭的装置，设置于内燃机主体1。本实施方式的进气门驱动装置5构成为利用例如电磁致动器来驱动进气门50打开/关闭，从而能够控制进气门50的开闭正时。但不限于此，也可以构成为利用进气凸轮轴来驱动进气门50打开/关闭，通过在该进气凸轮轴的一端部设置利用液压控制来变更进气凸轮轴相对于曲轴的相对相位角的可变气门机构，从而能够控制进气门50的开闭正时。
排气门驱动装置6是用于驱动各汽缸10的排气门60打开/关闭的装置，设置于内燃机主体1。本实施方式的排气门驱动装置6构成为利用例如电磁致动器来驱动排气门60打开/关闭，从而能够控制排气门60的开闭正时。但不限于此，也可以构成为利用排气凸轮轴来驱动排气门60打开/关闭，通过在该排气凸轮轴的一端部设置利用液压控制来变更排气凸轮轴相对于曲轴的相对相位角的可变气门机构，从而能够控制排气门60的开闭正时。另外，例如，也可以利用液压等来变更凸轮轮廓(cam profile)，从而能够变更排气门60的开闭正时、升程量。
电子控制单元200由数字计算机构成，具备通过双向总线201而相互连接的ROM(只读存储器)202、RAM(随机存取存储器)203、CPU(微处理器)204、输入端口205以及输出端口206。
经由对应的各AD变换器207向输入端口205输入前述的燃料压力传感器211等的输出信号。另外，作为用于检测内燃机负荷的信号，经由对应的AD变换器207向输入端口205输入产生与加速器踏板220的踩踏量(以下称为“加速器踏板踩踏量”)成正比的输出电压的负荷传感器217的输出电压。另外，作为用于算出内燃机转速等的信号，向输入端口205输入内燃机主体1的曲轴每旋转例如15°便产生一次输出脉冲的曲轴角传感器218的输出信号。像这样，向输入端口205输入为了控制内燃机100而需要的各种传感器的输出信号。
输出端口206经由对应的驱动电路208与燃料喷射阀20等各控制部件连接。
电子控制单元200基于输入到输入端口205的各种传感器的输出信号，从输出端口206输出用于控制各控制部件的控制信号来控制内燃机100。以下，对电子控制单元200所实施的内燃机100的控制进行说明。
电子控制单元200基于内燃机运转状态(内燃机转速以及内燃机负荷)，将内燃机主体1的运转模式切换成预混合压缩自着火燃烧模式(以下称为“PCCI(Premix ChargedCompressive Ignition)模式”)、和扩散燃烧模式(以下称为“DC(Diffusive Combustion)模式”)中的某一个，进行内燃机主体1的运转。
如图3所示，电子控制单元200，当内燃机运转状态处于低转速低负荷侧的PCCI区域内时，将运转模式切换成PCCI模式，当内燃机运转状态处于高转速高负荷侧的DC区域内时，将运转模式切换成DC模式。然后，电子控制单元200实施与各运转模式相应的燃料供给装置2、进气装置3等各种装置的控制来进行内燃机主体1的运转。
具体而言，电子控制单元200在运转模式为DC模式时实施各种装置的控制，以使得喷射到燃烧室11内的燃料发生扩散燃烧的方式进行内燃机主体1的运转，所述扩散燃烧是指，基本上在燃料喷射后几乎没有延迟地以较短的着火延迟时间(直至喷射到燃烧室11内的燃料自着火为止的时间)燃烧。
另外，电子控制单元200在运转模式为PCCI模式时实施各种装置的控制，以使得喷射到燃烧室11内的燃料发生预混合压缩自着火燃烧的方式进行内燃机主体1的运转，所述预混合压缩自着火燃烧是指，基本上在燃料喷射后某种程度上设置了与空气的预混合期间的基础上(即在燃料喷射后以比扩散燃烧时长的着火延迟时间)燃烧。
这样，与预混合压缩自着火燃烧相比，扩散燃烧是燃料喷射后的燃料与空气的预混合期间较短的燃烧方式，所以，具有在燃烧室11内燃料浓度高的混合气(即当量比φ大的混合气)进行燃烧的比例增加的倾向。当在燃烧室11内燃料浓度高的混合气燃烧时，由于氧不足而生成炭，该炭是产生炭烟的原因。
与此相对，预混合压缩自着火燃烧是在燃料喷射后某种程度上设置了燃料与空气的预混合期间的基础上使预混合气燃烧的燃烧方式，所以，与实施扩散燃烧的情况相比，能够降低在燃烧室11内燃料浓度高的混合气进行燃烧的比例。因此，在能够实施预混合压缩自着火燃烧以及扩散燃烧双方的运转区域中像本实施方式这样实施预混合压缩自着火燃烧，从而能够抑制炭的生成，因此能够改善排气排放。
然而，在预混合压缩自着火燃烧中，在燃烧室11内预混合气在相同时期自着火，因此，与喷射到燃烧室11内的燃料在燃料喷射后几乎没有延迟地依次进行燃烧的扩散燃烧相比，存在燃烧噪音[dB]增大这一问题。
图4是示出在压缩行程中的任意的时期从燃料喷射阀20仅喷射一次燃料地实施压缩自着火燃烧的情况下的曲轴角与放热率的关系的图。放热率(dQ/dθ)[J/deg.CA]是燃料燃烧时产生的每单位曲轴角的热量，即每单位曲轴角的放热量Q。此外，在以下的说明中，根据需要将表示该曲轴角与放热率的关系的燃烧波形称为“放热率图形”。
如上所述，在预混合气进行压缩自着火燃烧的情况下，预混合气在相同时期自着火，所以，与扩散燃烧时相比燃烧速度变快而燃烧期间变短。因此，如图5所示，在预混合气进行压缩自着火燃烧的情况下，放热率图形的峰值、以及放热率图形的燃烧初期(图4中阴影线表示的区域)的斜率(d2Q/(dθ)2)分别具有变得较大的倾向。
燃烧噪音D与该放热率图形的峰值以及燃烧初期的斜率分别相关，放热率图形的峰值越大、另外所述燃烧初期的斜率越大，则所述燃烧噪音D越大。因此，在实施预混合压缩自着火燃烧的情况下，与实施扩散燃烧的情况相比，燃烧噪音D增大。
进而，与实施扩散燃烧的情况相比，存在在预混合压缩自着火燃烧中难以将自着火正时控制为目标自着火正时这一课题，若自着火正时偏离目标自着火正时则会产生各种问题。
例如当自着火正时比目标自着火正时提前时，在膨胀行程中比通常时靠近压缩上止点的提前侧的曲轴角，即与通常时相比缸内压力P以及缸内温度T较高的曲轴角处，预混合气进行自着火燃烧。因此，与通常时相比燃烧变得剧烈且燃烧速度增加，结果，产生放热率的峰值和燃烧初期的斜率比通常时大，燃烧噪音比通常时大这一问题。另外，当自着火正时比目标自着火正时迟时，相反地燃烧会变得缓慢而变成等容度较低的燃烧，结果，产生输出降低而产生转矩变动这一问题。
因此，在运转模式为PCCI模式时，需要既使得实施预混合压缩自着火燃烧的情况下的放热率图形成为燃烧噪音变小的放热率图形，又高精度地将自着火正时控制为目标自着火正时。
因此，在本实施方式中，在运转模式为PCCI模式时，通过实施分割喷射并且设置时间差来阶段性地产生多个压缩自着火燃烧，从而使得实施预混合压缩自着火燃烧的情况下的放热率图形成为燃烧噪音较小的放热率图形，并且能够高精度地将自着火正时控制为目标自着火正时。具体而言，在作为主要用于产生要求转矩的主燃料喷射的主喷射GM之前，至少进行第1预喷射G1以及第2预喷射G2这两次辅助燃料喷射。
以下，参照图5对该本实施方式的PCCI模式时的燃烧控制进行说明。
图5是示出实施本实施方式的PCCI模式时的燃烧控制的情况下的曲轴角与放热率的关系的图。具体而言，是示出如下情况下的曲轴角与放热率的关系的图：与图4的情况相比，不改变燃料喷射量的总量地从燃料喷射阀20依次实施第1预喷射G1、第2预喷射G2、以及主喷射GM，设置时间差来阶段性地产生三次压缩自着火燃烧。
在图5中，放热率图形A是主要通过第1预喷射G1形成的预混合气进行压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形B是主要通过第2预喷射G2形成的预混合气进行压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形C是主要通过主喷射GM形成的预混合气进行压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形D是将放热率图形A、放热率图形B及放热率图形C叠加而得到的实际的放热率图形。放热率图形E是为了进行比较而示出的图4的放热率图形。
此外，在本实施方式中，如图5所示，将放热率图形D的斜率最大处(在图5的例子中为点P1)的切线与横轴相交的曲轴角(在图5的例子中为点P0)定义为通过主喷射GM形成的预混合气的自着火正时(以下称为“主自着火正时”)，基于内燃机运转状态来设定主喷射GM的目标喷射正时，以使得主自着火正时成为目标主自着火正时。此外，在本实施方式中，预先通过试验等来设定目标主自着火正时，以使得等容度成为预定值以上。
并且，如图5所示，在本实施方式中，对第1预喷射G1和第2预喷射G2的各目标喷射量和各目标喷射正时进行设定，以使得在主喷射GM开始前不会产生明显的放热。换言之，对第1预喷射G1和第2预喷射G2的各目标喷射量和各目标喷射正时进行设定，以使得通过第1预喷射G1以及第2预喷射G2形成的各预混合气在主喷射GM开始前不燃烧。
这是为了抑制如下情况：当通过第1预喷射G1以及第2预喷射G2形成的各预混合气在主喷射G3开始前燃烧时，其燃烧热会导致缸内温度上升，在实现通过主喷射GM喷射的燃料的预混合化之前，该燃料会进行扩散燃烧。
并且，在本实施方式中，对第1预喷射G1和第2预喷射G2的各目标喷射量和各目标喷射正时进行设定，以使得至少在主喷射GM开始后，通过第1预喷射G1形成的预混合气最先发生自着火，接下来通过第2预喷射G2形成的预混合气发生自着火，最后通过主喷射GM形成的预混合气发生自着火。换言之，对第1预喷射G1和第2预喷射G2的各目标喷射量和各目标喷射正时进行设定，以使得通过各喷射形成的预混合气阶段性地开始压缩自着火燃烧。
像这样实施分割喷射并且使通过各喷射形成的预混合气阶段性地自着火，由此能够使各放热率图形A、B、C的峰值的曲轴角错开。并且，在图4和图5的情况下燃料喷射量的总量均不变，所以，有助于各放热率图形A、B、C的形成的燃料的量比有助于放热率图形E的形成的燃料的量少。因此，各放热率图形A、B、C的峰值比放热率图形E的峰值小。
结果，能够使作为将放热率图形A、放热率图形B及放热率图形C叠加而得到的实际的燃烧波形的放热率图形D的峰值比放热率图形E的峰值小，从而能够形成燃烧噪音变小的放热率图形。
并且，在本实施方式中，根据如下的技术思想来实施第1预喷射G1以及第2预喷射G2，由此能够形成燃烧噪音进一步变小的放热率图形，并且能够高精度地将主自着火正时控制为目标主自着火正时。以下，对第1预喷射G1以及第2预喷射G2的详细内容进行说明。
第1预喷射G1是为了降低实施预混合压缩自着火燃烧时的燃烧噪音而实施的喷射。
因此，在本实施方式中，对第1预喷射G1的目标喷射量A1以及目标喷射正时W1进行设定，以使得通过第1预喷射G1形成的预混合气进行压缩自着火燃烧时的放热率图形A的峰值和燃烧初期的斜率比通过第2预喷射G2以及主喷射GM形成的各预混合气进行压缩自着火燃烧时的各放热率图形B、C的峰值和燃烧初期的斜率小。具体而言，对第1预喷射G1的目标喷射量A1以及目标喷射正时W1进行设定，以使得在通过第1预喷射G1形成的预混合气成为当量比φ大致小于1的稀的预混合气之后，该预混合气最先发生压缩自着火燃烧。
在预混合气进行压缩自着火燃烧的情况下，该预混合气的当量比φ越小，则燃烧速度越慢，因此燃烧期间越长，放热率图形的峰值和燃烧初期的斜率越小。因此，对第1预喷射G1的目标喷射量A1以及目标喷射正时W1进行设定，以使得在通过第1预喷射G1形成的预混合气成为当量比φ大致小于1的稀的预混合气之后，该预混合气最先发生压缩自着火燃烧，由此，像图5所示出的那样能够减小放热率图形A的峰值和燃烧初期的斜率。结果，能够减小放热率图形D的燃烧初期的斜率，所以，能够进一步减小燃烧噪音。
在此，若燃料喷射量相同，则由从燃料喷射阀20喷射的燃料形成的预混合气的当量比φ的值基本上与内燃机运转状态无关而是取决于喷射燃料后的经过时间。即，若燃料喷射量相同，则由从燃料喷射阀20喷射的燃料形成的预混合气的当量比φ的值基本上与内燃机运转状态无关，而是成为与喷射燃料后的经过时间相应的值，喷射燃料后的经过时间越长，则随着时间的经过而燃料扩散，所以所述当量比φ的值越小。
因此，若根据第1预喷射G1的目标喷射量A1将从实施第1预喷射G1起到通过第1预喷射G1形成的预混合气进行压缩自着火燃烧为止的时间设定为预定时间以上，则能够使通过第1预喷射G1形成的预混合气成为当量比φ大致小于1的稀的预混合气。
因此，在本实施方式中，以目标主自着火正时为基准，基于第1预喷射G1的目标喷射量A1和内燃机转速来设定第1预喷射G1的目标喷射正时W1，以使得从第1预喷射G1到目标主自着火正时的时间成为根据第1预喷射G1的目标喷射量A1确定的第1预混合时间。由此，使得在通过第1预喷射G1形成的预混合气成为当量比φ大致小于1的稀的预混合气之后，该预混合气最先发生压缩自着火燃烧。
第2预喷射G2是为了高精度地将主自着火正时控制为目标主自着火正时而实施的喷射。因此，在本实施方式中，对第2预喷射G2的目标喷射量A2以及目标喷射正时W2进行设定，以使得通过第2预喷射G2形成的预混合气在通过第1预喷射G1形成的预混合气开始自着火之后且在通过主喷射GM形成的预混合气之前进行自着火。
由此，利用通过第2预喷射G2形成的预混合气燃烧时的燃烧热来强制性地使缸内温度上升，从而能够促进通过主喷射GM形成的预混合气的自着火。即，在本实施方式中，为了使通过主喷射GM形成的预混合气的自着火正时(主自着火正时)稳定而以使得在通过主喷射GM形成的预混合气之前发生自着火的方式实施第2预喷射G2，从而利用通过第2预喷射G2形成的预混合气燃烧时的燃烧热来引起通过主喷射GM形成的预混合气的压缩自着火燃烧。
因此，为了高精度地将主自着火正时控制为目标主自着火正时，需要抑制通过第2预喷射G2形成的预混合气的自着火正时的偏差。
因此，在本实施方式中，进而对第2预喷射G2的目标喷射量A2以及目标喷射正时W2进行设定，以使得通过第2预喷射G2形成的预混合气在为当量比φ大致是1到2左右的浓的预混合气时发生自着火。以下，对其理由进行说明。
在从内燃机负荷发生变动到达到稳定状态为止的过渡时，由于增压延迟、EGR气体的延迟等，燃烧室11内的氧浓度与稳定时相比发生了变化。
图6是与燃烧室11内的氧浓度相应地示出当量比φ与着火延迟时间τ的关系的图。
如图6所示，无论氧浓度的高低，着火延迟时间τ均在预混合气的当量比φ大致为1.5时最短。并且，着火延迟时间τ随着当量比φ小于1.5的量变大而变长，当当量比φ小于1时，预混合气变稀而难以着火，因此，着火延迟时间τ大幅变长。另外，当当量比φ小于1时，根据氧浓度的不同而着火延迟时间τ大幅发生变化。
着火延迟时间τ越长，则预混合气的自着火正时越容易产生偏差，越难以实现自着火正时的稳定化。并且，当当量比φ小于1时，根据氧浓度的不同而着火延迟时间τ大幅发生变化，因此，在过渡时自着火正时容易产生偏差，更难以实现自着火正时的稳定化。
另外，如图6所示，即使当量比φ大于1.5，由于燃料的气化潜热而缸内温度容易降低，所以，预混合气也难以自着火，着火延迟时间τ变长。另一方面，在当量比φ大于1.5的情况下，基于氧浓度的不同的着火延迟时间τ的变化较少。
并且，根据图6可知，在预混合气的当量比φ大致为1到2的期间，着火延迟时间τ相对较短，另外基于氧浓度的不同的着火延迟时间τ的变化也较少。
因此，通过第2预喷射G2形成当量比φ大致为1到2左右的预混合气，使该预混合气在通过主喷射GM形成的预混合气之前自着火，由此，不仅在稳定时，在过渡时也能够使通过第2预喷射G2形成的预混合气的自着火正时稳定。结果，能够使通过主喷射GM形成的预混合气的自着火正时也稳定，所以，能够高精度地将主自着火正时控制为目标主自着火正时。
在此，如上所述，若燃料喷射量相同，则由从燃料喷射阀20喷射的燃料形成的预混合气的当量比φ的值基本上与内燃机运转状态无关而是取决于喷射燃料后的经过时间。因此，若根据第2预喷射G2的目标喷射量，将从实施第2预喷射G2起到通过第2预喷射G2形成的预混合气进行压缩自着火燃烧为止的时间设定为某一定时间的范围内，则能够使通过第2预喷射G2形成的预混合气成为当量比φ大致为1到2左右的预混合气。
因此，在本实施方式中，以目标主自着火正时为基准，基于第2预喷射G1的目标喷射量A2和内燃机转速来设定第2预喷射G2的目标喷射正时W2，以使得从第2预喷射G1到目标主自着火正时的时间成为根据第2预喷射G2的目标喷射量A2确定的第2预混合时间(<第1预混合时间)。由此，使得通过第2预喷射G2形成的预混合气在成为当量比φ大致是1到2左右的预混合气之后发生自着火。
此外，与第1预喷射G1相比，第2预喷射G2在缸内温度T以及缸内压力P较高的状态时实施，并且通过第2预喷射G2形成的预混合气是比通过第1预喷射G1形成的预混合气浓的预混合气。因此，通过第2预喷射G2形成的预混合气的着火延迟时间τ具有比通过第1预喷射G1形成的预混合气的着火延迟时间τ短的倾向。
因此，在使通过第2预喷射G2形成的浓的预混合气在实施主喷射GM后且在通过第1预喷射G1形成的预混合气自着火之后进行自着火燃烧的情况下，必然需要使第2预喷射G2的喷射正时接近主喷射GM的喷射正时。
另一方面，第1预喷射G1在缸内温度T以及缸内压力P较低的状态时实施，并且通过第1预喷射G2形成的预混合气是稀的预混合气。因此，通过第1预喷射G1形成的预混合气的着火延迟时间τ与通过第2预喷射G2形成的预混合气的着火延迟时间τ相反，具有变长的倾向。因此，在使通过第1预喷射G1形成的预混合气在实施主喷射GM后最先自着火燃烧的情况下，必然需要使第2预喷射G1的喷射正时远离主喷射GM的喷射正时。
因此，如图5所示，在像本实施方式这样实施分割喷射并且使通过各喷射形成的预混合气在实施主喷射GM后阶段性地自着火的情况下，从第1预喷射G1到第2喷射G2的曲轴角间隔比从第2喷射G2到主喷射GM的曲轴角间隔大。
图7是对本实施方式的PCCI模式时的燃料喷射控制进行说明的流程图。电子控制单元200在运转模式被设定为PCCI模式时，按预定的运算周期(例如10[ms])反复执行本例程。
在步骤S1中，电子控制单元200读取基于曲轴角传感器218的输出信号算出的内燃机转速和由负荷传感器217检测出的内燃机负荷，对内燃机运转状态进行检测。
在步骤S2中，电子控制单元200参照预先通过试验等制作出的表格，基于内燃机负荷来算出总燃料喷射量AT。内燃机负荷越高，则总燃料喷射量AT越多。
在步骤S3中，电子控制单元200对第1预喷射G1、第2预喷射G2以及主喷射GM的各目标喷射量进行设定。在本实施方式中，与内燃机负荷无关地，电子控制单元200将主喷射GM的目标喷射量设定为预先确定的预定的目标喷射量AM。另外，电子控制单元200将从总燃料喷射量AT减去主喷射GM的目标喷射量AM而得到的剩余的喷射量A0分配为第1预喷射G1的目标喷射量A1和第2预喷射G2的目标喷射量A2。
此时，在本实施方式中，将从总燃料喷射量AT减去主喷射GM的目标喷射量AM而得到的剩余的喷射量A0按与内燃机负荷相应的分配率进行分配，对第1预喷射G1的目标喷射量A1以及第2预喷射G2的目标喷射量A2进行设定。具体而言，电子控制单元200以使得内燃机负荷越高则目标喷射量A1相对于喷射量A0的比例越高于目标喷射量A2相对于喷射量A0的比例的方式，将喷射量A0分配为目标喷射量A1和目标喷射量A2，并且算出第1预喷射G1的目标喷射量A1以及第2预喷射G2的目标喷射量A2。
即，在本实施方式中，当内燃机负荷变高而总燃料喷射量AT乃至喷射量A0增加了时，使第1预喷射G1的目标喷射量A1的增量比例比第2预喷射G2的目标喷射量A2的增量比例大。这样，当内燃机负荷变高而总燃料喷射量AT增加了时，使有助于放热率图形的峰值最小的放热率图形A的形成的第1预喷射G1的目标喷射量A1的增量比例变大，由此能够抑制作为实际的燃烧波形的放热率图形D的峰值的增加。因此，能够进一步抑制当内燃机负荷变高而总燃料喷射量AT增加了时的燃烧噪音。
在步骤S4中，电子控制单元200对第1预喷射G1、第2预喷射G2以及主喷射GM的各目标喷射正时进行设定。
在本实施方式中，电子控制单元200参照预先制作出的映射，基于内燃机运转状态来设定主喷射GM的目标喷射正时WM，以使得主自着火正时成为目标主自着火正时。
另一方面，电子控制单元200像以下那样设定第1预喷射G1的目标喷射正时W1以及第2预喷射G2的目标喷射正时W2。
为了使通过第1预喷射G1形成的预混合气在成为当量比φ大致小于1的稀的预混合气之后发生自着火，在实施第1预喷射G1后需要与目标喷射量A1相应的一定时间，目标喷射量A1越多则该一定时间越长。并且，为了确保用于预混合的一定时间，内燃机转速越高则需要在比内燃机转速较低时越靠提前侧处实施第1预喷射G1。因此，本实施方式的电子控制单元200基于第1预喷射G1的目标喷射量A1和内燃机转速来设定第1预喷射G1的目标喷射正时W1，以使得从第1预喷射G1到目标主自着火正时的时间成为与目标喷射量A1相应的预定的第1预混合时间以上。目标喷射量A1越多则第1预混合时间越长。
另外，关于第2预喷射G2也同样，为了使通过第2预喷射G2形成的预混合气在成为当量比φ大致是1到2左右的浓的预混合气时发生自着火，需要将从实施第2预喷射G2后到通过第2预喷射G2形成的预混合气进行压缩自着火燃烧为止的时间设为与第2预喷射G2的目标喷射量相应的某一定时间的范围内，目标喷射量A2越多则该一定时间越长。并且，为了确保该一定时间，内燃机转速越高则需要在比内燃机转速较低时越靠提前侧处实施第2预喷射G2。因此，本实施方式的电子控制单元200基于第2预喷射G2的目标喷射量A2和内燃机转速来设定第2预喷射G2的目标喷射正时W2，以使得从第2预喷射G2到目标主自着火正时的时间成为与目标喷射量A2相应的预定的第2预混合时间。此外，第2预混合时间是比第1预混合时间短的时间。
在步骤S5中，电子控制单元200对燃料供给装置2进行控制，以使其在第1预喷射G1的目标喷射正时W1喷射目标喷射量A1的燃料。另外，电子控制单元200对燃料供给装置2进行控制，以使其在第2预喷射G2的目标喷射正时W2喷射目标喷射量A2的燃料。进而，电子控制单元200对燃料供给装置2进行控制，以使其在主喷射GM的目标喷射正时WM喷射目标喷射量AM的燃料。
根据以上所说明的本实施方式，提供一种用于控制内燃机100的电子控制单元200(控制装置)，该内燃机100具备内燃机主体1和向内燃机主体1的燃烧室11内喷射燃料的燃料喷射阀，所述电子控制单元200(控制装置)具备燃烧控制部，所述燃烧控制部使得：在预定的运转区域中，从燃料喷射阀至少依次喷射一次辅助燃料(第1预喷射G1的喷射燃料)、二次辅助燃料(第2预喷射G2的喷射燃料)、以及主燃料(主喷射GM的喷射燃料)，在喷射主燃料后从包含一次辅助燃料的预混合气起按顺序地进行压缩自着火燃烧，并且利用包含二次辅助燃料的预混合气进行压缩自着火燃烧时的热来使包含主燃料的预混合气进行压缩自着火燃烧。
并且，燃烧控制部构成为对一次辅助燃料的目标喷射量A1以及目标喷射正时W1进行设定，以使得由包含一次辅助燃料的预混合气形成的放热率图形A的峰值和燃烧初期的斜率比由分别包含二次辅助燃料和主燃料的各预混合气形成的各放热率图形B、C的峰值和燃烧初期的斜率小。具体而言，燃烧控制部构成为对一次辅助燃料的目标喷射量以及目标喷射正时进行设定，以使得在包含一次辅助燃料的预混合气的当量比变得小于1之后，该预混合气最先进行压缩自着火燃烧。
这样，通过使由最先进行压缩自着火燃烧的包含一次辅助燃料的预混合气形成的放热率图形A的峰值和燃烧初期的斜率最小，从而能够使作为将放热率图形A、放热率图形B及放热率图形C叠加而得到的实际的燃烧波形即放热率图形D的燃烧初期的斜率变小。因此，能够减小燃烧噪音。
另外，通过使在包含一次辅助燃料的预混合气的当量比变得小于1之后使该预混合气最先进行压缩自着火燃烧，从而也实现了如下的效果。即，关于当量比小于1的混合气，根据氧浓度的不同其自着火正时会产生偏差，但一次辅助燃料是有助于放热率图形的峰值最小的放热率图形A的形成的燃料，所以，即使假设自着火正时产生偏差且放热率图形A的峰值、燃烧初期的斜率变大，也能够抑制关于作为实际的燃烧波形的放热率图形D的峰值的变化。因此，能够抑制过渡时的燃烧噪音的增加。
另外，本实施方式的燃烧控制部构成为还具备第1辅助燃料喷射正时设定部，所述第1辅助燃料喷射正时设定部基于一次辅助燃料的目标喷射量A1和内燃机转速来设定一次辅助燃料的目标喷射正时W1，以使得从一次辅助燃料的目标喷射正时W1到主燃料的自着火正时的时间与内燃机转速无关地成为与一次辅助燃料的目标喷射量A1相应的第1预混合时间。另外，燃烧控制部构成为，还具备：总燃料喷射量设定部，其基于内燃机负荷来设定总燃料喷射量AT；和分配部，其将从总燃料喷射量AT减去预先设定的主燃料的目标喷射量AM而得到的剩余的喷射量A0分配为一次辅助燃料的目标喷射量A1和二次辅助燃料的目标喷射量A2，总燃料喷射量设定部使得内燃机负荷较高时的总燃料喷射量AT比内燃机负荷较低时的总燃料喷射量AT多，分配部使得内燃机负荷较高时的一次辅助燃料的目标喷射量A1相对于剩余的燃料量A0的比例高于内燃机负荷较低时的一次辅助燃料的目标喷射量A1相对于剩余的燃料量A0的比例。
由此，使得当内燃机负荷变高而总燃料喷射量AT增加了时，有助于放热率图形的峰值最小的放热率图形A的形成的第1预喷射G1的目标喷射量A1(一次辅助燃料的目标喷射量A1)的增量比例变大，从而能够抑制作为实际的燃烧波形的放热率图形D的峰值的增加。因此，能够进一步抑制当内燃机负荷变高而总燃料喷射量AT增加了时的燃烧噪音。
另外，本实施方式的燃烧控制部进而构成为对二次辅助燃料的目标喷射量A2及目标喷射正时W2进行设定，以使得在包含一次辅助燃料的预混合气开始压缩自着火燃烧之后且在包含二次辅助燃料的预混合气的当量比为1到2时，包含该二次辅助燃料的预混合气进行压缩自着火燃烧。具体而言，燃烧控制部构成为还具备第2辅助燃料喷射正时设定部，所述第2辅助燃料喷射正时设定部基于二次辅助燃料的目标喷射量A2和内燃机转速来设定二次辅助燃料的目标喷射正时W2，以使得从二次辅助燃料的目标喷射正时W2到主燃料的自着火正时的时间与内燃机转速无关地成为比第1预混合时间短的预定的第2预混合时间。
这样，通过第2预喷射G2形成当量比φ大致为1到2左右的预混合气，使该预混合气在通过主喷射GM形成的预混合气之前自着火，由此能够使得不仅在稳定时，在过渡时也使通过第2预喷射G2形成的预混合气的自着火正时稳定。结果，能够使通过主喷射GM形成的预混合气的自着火正时也稳定，所以，能够高精度地将主自着火正时控制为目标主自着火正时。
另外，在本实施方式中，从与一次辅助燃料的喷射正时相当的曲轴角到与二次燃料的喷射正时相当的曲轴角的间隔比从与二次燃料的喷射正时相当的曲轴角到与主燃料的喷射正时相当的曲轴角的间隔大。由此，能够实施分割喷射来使通过各喷射形成的预混合气在实施主喷射GM后阶段性地自着火。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式仅示出了本发明的应用例的一部分，并非旨在将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体的构成。
例如在上述的实施方式中，严格地基于目标喷射量A1和内燃机转速来设定第1预喷射G1的目标喷射正时W1，以使得通过第1预喷射G1形成的预混合气在成为当量比φ大致小于1的稀的预混合气之后发生自着火，但是，只要将用于实现预混合化的时间设定为某一定时间以上，就能够与目标喷射量A1无关地使通过第1预喷射G1形成的预混合气成为当量比φ大致小于1的稀的预混合气。因此，也可以与目标喷射量A1无关地基于内燃机转速来设定第1预喷射G1的目标喷射正时W1。另外，第2预喷射G2的目标喷射正时W2同样地也可以与目标喷射量A2无关地基于内燃机转速来设定。

Claims (7)

1.一种内燃机的控制装置，用于控制内燃机，
所述内燃机具备：
内燃机主体；和
燃料喷射阀，其向所述内燃机主体的燃烧室内喷射燃料，
所述内燃机的控制装置的特征在于，具备燃烧控制部，所述燃烧控制部构成为使得：在预定的运转区域中，从所述燃料喷射阀至少依次喷射一次辅助燃料、二次辅助燃料、以及主燃料，在喷射所述主燃料后从包含所述一次辅助燃料的预混合气起按顺序地进行压缩自着火燃烧，并且利用包含所述二次辅助燃料的预混合气进行了压缩自着火燃烧时的热来使包含所述主燃料的预混合气进行压缩自着火燃烧，
所述燃烧控制部构成为对所述一次辅助燃料的目标喷射量及目标喷射正时进行设定，以使得由包含所述一次辅助燃料的预混合气形成的放热率图形的峰值和燃烧初期的斜率比由分别包含所述二次辅助燃料以及所述主燃料的各预混合气形成的各放热率图形的峰值和燃烧初期的斜率小，
所述燃烧控制部构成为对所述一次辅助燃料的目标喷射量以及目标喷射正时进行设定，以使得在包含所述一次辅助燃料的预混合气的当量比变得小于1之后，该预混合气最先进行压缩自着火燃烧。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
所述燃烧控制部构成为对所述二次辅助燃料的目标喷射量以及目标喷射正时进行设定，以使得在包含所述一次辅助燃料的预混合气开始压缩自着火燃烧之后且在包含所述二次辅助燃料的预混合气的当量比为1到2时，包含该二次辅助燃料的预混合气进行压缩自着火燃烧。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，
还具备第1辅助燃料喷射正时设定部，所述第1辅助燃料喷射正时设定部构成为，基于所述一次辅助燃料的目标喷射量和内燃机转速来设定所述一次辅助燃料的目标喷射正时，以使得与内燃机转速无关地使从所述一次辅助燃料的目标喷射正时到所述主燃料的自着火正时的时间成为与所述一次辅助燃料的目标喷射量相应的第1预混合时间。
4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，
所述燃烧控制部还具备：
总燃料喷射量设定部，其构成为基于内燃机负荷来设定总燃料喷射量；和
分配部，其构成为将从所述总燃料喷射量减去预先设定的所述主燃料的目标喷射量而得到的剩余的喷射量分配为所述一次辅助燃料的目标喷射量和所述二次辅助燃料的目标喷射量，
所述总燃料喷射量设定部构成为，使得内燃机负荷较高时的所述总燃料喷射量比内燃机负荷较低时的所述总燃料喷射量多，
所述分配部构成为，使得内燃机负荷较高时的所述一次辅助燃料的目标喷射量相对于所述剩余的燃料量的比例高于内燃机负荷较低时的所述一次辅助燃料的目标喷射量相对于所述剩余的燃料量的比例。
5.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，
所述燃烧控制部还具备第2辅助燃料喷射正时设定部，所述第2辅助燃料喷射正时设定部构成为，基于所述二次辅助燃料的目标喷射量和内燃机转速来设定所述二次辅助燃料的目标喷射正时，以使得与内燃机转速无关地使从所述二次辅助燃料的目标喷射正时到所述主燃料的自着火正时的时间成为比所述第1预混合时间短的预定的第2预混合时间。
6.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，
所述燃烧控制部还具备第2辅助燃料喷射正时设定部，所述第2辅助燃料喷射正时设定部构成为，基于所述二次辅助燃料的目标喷射量和内燃机转速来设定所述二次辅助燃料的目标喷射正时，以使得与内燃机转速无关地使从所述二次辅助燃料的目标喷射正时到所述主燃料的自着火正时的时间成为比所述第1预混合时间短的预定的第2预混合时间。
7.根据权利要求1～2、4～6中任一项所述的内燃机的控制装置，
从与所述一次辅助燃料的喷射正时相当的曲轴角到与所述二次辅助燃料的喷射正时相当的曲轴角的间隔比从与所述二次辅助燃料的喷射正时相当的曲轴角到与所述主燃料的喷射正时相当的曲轴角的间隔大。
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