JP5370274B2 - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、ディーゼルエンジンの燃焼方式として、排ガス中の有害成分であるＮＯｘ及びＰＭ(particulate matter)を同時に低減可能なＰＣＩ(Premixed compression Ignition)燃焼方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この燃焼方式では、圧縮上死点付近において主噴射を行う前に、早期噴射を行うことによって、噴射した燃料と筒内の空気との混合を促進し、煤の発生を抑制するようにしている。さらに、この燃焼方式では、ＥＧＲ通路を介して排気の一部を吸気に戻すＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation）量を制御することによって、燃料の着火時期を圧縮上死点近傍まで遅延し、これによって、上記燃料と空気との混合時間を十分に確保しつつ（煤の発生を抑制しつつ）、吸気酸素濃度の低下により燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生を抑制するようにしている。

特開２００８−３１８７４号公報

ところで、エンジンの周囲の温度が低い場合やエンジン始動後間もない場合には、エンジンの吸気温度が目標温度よりも低くなる場合がある。この場合、例えばＥＧＲ通路を介して吸気に還流される高温の排気の量（ＥＧＲ量）を増加させることで、吸気温度を目標温度まで高めることが考えられる。しかし、吸気温度が目標温度よりも低すぎると、ＥＧＲ弁を仮に全開に制御したとしても、ＥＧＲ通路の通路断面積等から決まるＥＧＲ量の限界（エンジンのハードウェア限界）から、吸気温度を目標温度まで上昇させることができないという問題がある。

この結果、燃料の着火性が悪化して燃料の着火時期が目標時期に対して大きく遅角する過遅着火が発生し、延いては、燃焼温度が低下して、燃焼時におけるＣＯ及びＨＣの発生量が増大したり失火によるトルク抜け（トルク低下）が発生したりするという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＰＣＩ燃焼方式を採用したディーゼルエンジンにおいて、吸気温度が目標温度を所定温度以上下回る状況下において、燃料の過遅着火を防止し、延いては、燃焼時におけるＣＯ及びＨＣの発生量を抑制するとともに、失火によるトルク抜けを防止しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度以上低い状態にあり、且つ過遅着火検出手段により、燃焼室内における燃料の着火時期が目標着火時期に対して第１所定時間以上遅角する過遅着火が検出されたときには、主噴射の時期と早期噴射の時期との少なくとも一方を進角させるとともに、上記目標着火時期に対する燃料の着火遅れ時間が、上記第１所定時間よりも長い第２所定時間以上である場合には、燃料の着火時期を目標着火時期に制御するべく吸気酸素濃度を増加させるようにした。

具体的には、請求項１の発明では、エンジンの燃焼室に臨む燃料噴射弁より圧縮上死点近傍において燃料を主噴射させる主噴射制御手段と、該主噴射制御手段による噴射に先立って、上記燃料噴射弁より燃料を早期噴射させる早期噴射制御手段と、燃料の着火時期が圧縮上死点近傍の目標着火時期になるように、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて吸気酸素濃度を制御する吸気酸素濃度制御手段と、を備えたディーゼルエンジンの燃焼制御装置を対象とする。

そして、上記燃焼室内における燃料の着火時期が目標着火時期に対して第１所定時間以上遅角する過遅着火を検出する過遅着火検出手段と、上記吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度以上低い状態にあり、且つ、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたときには、上記主噴射制御手段による主噴射の時期と上記早期噴射制御手段による早期噴射の時期との少なくとも一方を進角させる噴射時期進角制御を実行する補正制御手段と、をさらに備え、上記補正制御手段は、上記目標着火時期に対する燃料の着火遅れ時間が、上記第１所定時間よりも長い第２所定時間以上である場合には、上記酸素濃度制御手段により、燃料の着火時期を目標着火時期に制御するべく吸気酸素濃度を増加させる吸気酸素制御をさらに実行するように構成されているものとする。

この構成によれば、冷間始動時など吸気温度が目標温度に対して所定温度以上低い状態にあり、且つ、過遅着火検出手段により燃料の過遅着火が検出されたときには、補正制御手段によって、噴射時期進角制御が実行される。この結果、主噴射制御手段による主噴射の時期と、早期噴射制御手段による早期噴射の時期との少なくとも一方が進角し、これにより、燃料の着火時期を進角させて過遅着火を防止することができ、延いては、過遅着火に伴うＣＯ及びＨＣの発生、並びに失火によるトルク抜けを抑制することができる。

また、例えば、補正制御手段により上記噴射時期進角制御を実行しても燃料の着火時期を目標着火時期に制御できないほど、着火遅れ時間が長い場合には、酸素濃度制御手段により吸気酸素制御を実行することで、燃料の着火時期を目標着火時期まで確実に進角させることができる。

請求項２の発明では、請求項１記載の発明において、上記補正制御手段はさらに、上記吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度以上低い状態にあり、且つ、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたときには、上記主噴射制御手段による主噴射を減量する一方、早期噴射制御手段による早期噴射を増量させる噴射量制御をさらに実行するように構成されているものとする。

この構成によれば、吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度以上低い状態にあり、且つ、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたときには、補正制御手段によって、主噴射に比べて着火時期を進角させる効果が大きい早期噴射が増量される一方、主噴射が減量される。これにより、エンジンの出力トルクの低下を防止しつつ、燃料の着火時期を目標着火時期まで確実に進角させることができる。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、上記早期噴射制御手段による早期噴射は、燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射であるものとする。

これによれば、早期噴射制御手段による早期噴射を分割噴射によって行うことで、早期噴射された燃料の予混合をより一層促進して、煤の発生を抑制することができる。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、上記補正制御手段による噴射量制御は、上記主噴射制御手段による主噴射を減量する一方、上記早期噴射における複数回の燃料噴射のうち最も早い時期に行う噴射を増量させる制御であるものとする。

これによれば、補正制御手段によって、早期噴射における複数回の燃料噴射のうち最も早い時期に行う噴射を増量するように噴射量制御が実行される。これにより、燃料の着火時期をより一層確実に進角させて、ＣＯ及びＨＣの発生並びに失火によるトルク抜けを防止することができる。

請求項５の発明では、請求項１の発明において、上記主噴射制御手段による主噴射後に、上記燃料噴射弁より燃料をアフタ噴射させるアフタ噴射制御手段をさらに備え、上記補正制御手段はさらに、上記噴射時期進角制御を実行するに際して、上記アフタ噴射制御手段によるアフタ噴射を減量する一方、上記早期噴射制御手段による早期噴射を増量させる噴射量制御を実行するように構成されているものとする。

この構成によれば、主噴射された燃料の燃焼に伴って発生した煤を、アフタ噴射の噴射燃料と共に燃焼させることができるので、煤の発生量を可及的に低減することができる。そして、補正制御手段によって噴射量制御を実行するに際し、トルクへの寄与度が大きい主噴射を減量することなくアフタ噴射を減量する一方、着火時期の進角効果が大きい早期噴射を増量するようにしたことで、トルク低下を防止しつつ、燃料の着火時期を目標着火時期まで確実に進角させることができる。

請求項６の発明では、請求項１の発明において、上記主噴射制御手段による主噴射後に、上記燃料噴射弁より燃料をアフタ噴射させるアフタ噴射制御手段をさらに備え、上記補正制御手段はさらに、上記噴射時期進角制御を実行するに際して、上記アフタ噴射制御手段によるアフタ噴射を減量する一方、上記主噴射制御手段による主噴射を増量させる噴射量制御を実行するように構成されているものとする。

この構成によれば、主噴射された燃料の燃焼に伴って発生した煤を、アフタ噴射の噴射燃料と共に燃焼させることができるので、煤の発生量を可及的に低減することができる。また、補正制御手段によって、アフタ噴射を減量する一方、トルクへの寄与度が大きい主噴射を増量するようにしたことで、早期噴射による燃料の過度の混合を防止して燃焼時のディーゼルノックの発生を抑制しながら、燃料の着火時期を目標着火時期まで確実に進角させることができる。

請求項７の発明では、請求項２〜６のいずれか１つの発明において、上記吸気酸素濃度制御手段は、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ量制御手段を含み、上記補正制御手段はさらに、ＥＧＲ量が目標量に対して所定量以上多い状態にあり、且つ、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたときにも、上記噴射時期進角制御を実行するように構成されているものとする。

この構成によれば、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出され、且つ、ＥＧＲ量が目標量に対して所定量以上多い状態にある場合には、補正制御手段により噴射時期進角制御が実行される。

ところで、ＥＧＲ量の調整は通常、ＥＧＲ弁の開度を調整することによって行われるが、一般的にＥＧＲ弁によるＥＧＲ量の制御応答性は低いため、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲ弁を閉じ側に制御したとしても、実際にＥＧＲ量が減少（吸気酸素濃度が増加）するまでにはタイムラグがあるため、ＥＧＲ弁を閉じ側に制御する過渡期には、吸気酸素濃度が一時的に目標濃度よりも低くなって過遅着火が発生しやすくなる。この結果、燃料の着火遅れ時間が増加して、ＣＯ及びＨＣの発生量が増加したり失火によるトルク抜けが発生したりという問題がある。

これに対して、本発明では、ＥＧＲ量が目標量に対して所定量以上多い場合には、上述の如く、補正制御手段によって噴射時期進角制御が実行され、主噴射制御手段による主噴射の時期と、早期噴射制御手段による早期噴射の時期との少なくとも一方が進角する。これにより、燃料の着火時期を全体的に進角させて目標着火時期に制御することができる。したがって、燃焼温度を出来る限り高めて、燃料時におけるＣＯ及びＨＣの発生、並びに失火によるトルク抜けを確実に防止することができる。

請求項８の発明では、請求項７の発明において、上記補正制御手段はさらに、上記ＥＧＲ量とその目標量との差が上記所定量よりも大きい所定閾量以上であるか、又は、上記吸気温度とその目標温度との差が上記所定温度よりも大きい所定閾温度以上である場合には、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたか否かに拘わらず、上記噴射時期進角制御、上記噴射量制御、及び上記吸気酸素制御のいずれかを実行するように構成されているものとする。

この構成によれば、現時点で過遅着火が発生していなくても、今後発生すると予測される場合、すなわち、上記ＥＧＲ量とその目標量との差が上記所定量以上であるか、又は、上記吸気温度とその目標温度との差が上記所定温度以上である場合には、過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたか否かに拘わらず、補正制御手段によって、噴射時期進角制御、噴射量制御、及び、吸気酸素制御のいずれかが実行され、これにより、過遅着火の発生を未然に防止することができる。したがって、ＣＯ及びＨＣの発生を抑制することは勿論のこと、失火によるトルク抜けを、車両の乗員が体感する前に未然に防止することができる。

以上説明したように、本発明のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によると、吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度以上低い状態にあり、且つ、過遅着火検出手段により、燃焼室内における燃料の着火時期が目標着火時期に対して第１所定時間以上遅角する過遅着火が検出されたときには、主噴射の時期と早期噴射の時期との少なくとも一方を進角させるとともに、上記目標着火時期に対する燃料の着火遅れ時間が、上記第１所定時間よりも長い第２所定時間以上である場合には、燃料の着火時期を目標着火時期に制御するべく吸気酸素濃度を増加させるようにしたことで、いわゆるＰＣＩ燃焼方式を採用したディーゼルエンジンにおいて、吸気温度が目標温度を下回る状況下で、燃料の過遅着火を防止し、延いては、燃焼時におけるＣＯ及びＨＣの発生を抑制するとともに、失火によるトルク抜けを防止することができる。また、着火遅れ時間が第２所定時間以上である場合には、吸気酸素濃度を増加させることで、燃料の着火時期を目標着火時期まで確実に進角させることができる。

本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の全体構成を示す概略図である。 通常のＰＣＩ燃焼モードにおいて、燃料の噴射時期と、クランク角の進行に伴い変化する筒内温度の変化の様子とを示したグラフ図である。 燃料の噴射時期と、クランク角の進行に伴い変化する筒内温度の変化の様子とを示したグラフ図であって、（ａ）は、ＰＣＩ燃焼モードにおいて第１補正制御を実行する前の過遅着火が発生している状態を示し、（ｂ）は、ＰＣＩ燃焼モードにおいて第１補正制御を実行後の状態を示している。 燃料の噴射時期と、クランク角の進行に伴い変化する筒内温度の変化の様子とを示したグラフ図であって、（ａ）は、ＰＣＩ燃焼モードにおいて第２補正制御を実行する前の過遅着火が発生している状態を示し、（ｂ）は、ＰＣＩ燃焼モードにおいて第２補正制御を実行後の状態を示している。 燃料の噴射時期と、クランク角の進行に伴い変化する筒内温度の変化の様子とを示したグラフ図であって、（ａ）は、ＰＣＩ燃焼モードにおいて第３補正制御を実行する前の過遅着火が発生している状態を示し、（ｂ）は、第３補正制御の実行により拡散燃焼モードに移行した後の状態を示している。 ＰＣＩ燃焼モードにおいてＥＣＵにより実行される燃焼制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置Ａの一例を示し、１は車両に搭載されたディーゼルエンジンである。このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内に往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピストン３により各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の天井部にはインジェクタ５（燃料噴射弁）が配設されていて、その先端部の噴口から高圧の燃料を燃焼室４に直接、噴射するようになっている。本実施形態では、エンジン１は、詳細は後述するように、該燃焼室４内における燃料の燃焼をＰＣＩ燃焼によって行うＰＣＩ燃焼モードと拡散燃焼によって行う拡散燃焼モードとの２つのモードを有している。

各気筒２毎のインジェクタ５に燃料を供給する構成は、図示は省略するが、各インジェクタ５が接続される共通の燃料分配管（コモンレール）を備えたいわゆるコモンレールタイプとされており、上記コモンレール内部の燃圧（コモンレール圧）を検出するための燃圧センサの出力信号が、後述するＥＣＵ１００に入力され、ＥＣＵ１００によりコモンレール圧の制御が行われる。

エンジン１の上部には、吸気弁１８及び排気弁１９をそれぞれ開閉させる、図示省略の動弁機構が配設されている。

エンジン１の一側（図の右側）の側面には、各気筒２の燃焼室４に対しエアクリーナ２９で濾過した空気（新気）を供給するための吸気通路６が接続されている。この吸気通路６には、上流側から下流側に向かって順に、後述の第１タービン７及び第２タービン８によりそれぞれ駆動されて吸気を圧縮する第１コンプレッサ９及び第２コンプレッサ１０と、この２つのコンプレッサ９，１０により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１２と、吸気絞り弁１３とが設けられている。

一方、エンジン１の反対側（図の左側）の側面には、各気筒２の燃焼室４からそれぞれ燃焼ガス（排気）を排出するための排気通路１４が接続されている。この排気通路１４の上流端部は各気筒２毎に分岐して、それぞれ排気ポートにより燃焼室４に連通する排気マニホルドであり、該排気マニホルドよりも下流の排気通路１４には、上流側から下流側に向かって順に、排気流を受けて回転される第１タービン７及び第２タービン８と、排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、煤等）を浄化可能なディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１５及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１６と、が配設されている。このＤＰＦ１６は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やコージェライト等からなる耐熱性セラミック材が三次元網目構造体若しくはウォールスルータイプのハニカム構造体に成形されており、排ガス中の煤（パティキュレート）は排ガスがＤＰＦを通過する過程で該ＤＰＦに捕集される。

第１コンプレッサ９及び第１タービン７は互いに回転一体に連結されて第１排気ターボ過給機２０を構成しており、同様に、第２コンプレッサ１０及び第２タービン８は互いに回転一体に連結されて第２排気ターボ過給機２１を構成している。このように、２つの排気ターボ過給機２０，２１を設けることで過給効率の向上を図ることができる。

排気通路１４には、第１排気ターボ過給機２０のタービン７をバイパスする第１排気バイパス通路２２と、第２排気ターボ過給機２１のタービン８をバイパスする第２排気バイパス通路２３とが接続されている。第１排気バイパス通路２２の上流端には、該第１排気バイパス通路２２へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ２４が配設され、第２排気バイパス通路２３の上流端には、該第２排気バイパス通路２３へ流れる排気量を調整するためのウェストゲートバルブ２５が配設されている。吸気通路６には、第１排気ターボ過給機２０のコンプレッサ９をバイパスする吸気バイパス通路２７が接続され、この吸気バイパス通路２７には、該吸気バイパス通路２７へ流れる空気量を調整するための吸気バイパス弁２８が配設されている。

上記排気通路１４における第１排気ターボ過給機２０よりも上流側の部位には、排気の一部を吸気側に還流するためのＥＧＲ通路３０の上流端が接続されている。このＥＧＲ通路３０は、比較的低温の排気を還流するためのコールドＥＧＲ通路３１と、高温の排気を還流するためのホットＥＧＲ通路３２とで構成されており、ＥＧＲ通路３０の下流端は、吸気通路６における吸気絞り弁１３とサージタンク２６との間の部位に接続されている。本実施形態ではさらに、コールドＥＧＲ通路３１を通過する排気よりもさらに低温の排気を還流するための極コールドＥＧＲ通路３３が設けられている。この極コールドＥＧＲ通路３３の上流端は、排気通路１４におけるＤＰＦ１６とサイレンサ１７との間の部位に接続され、極コールドＥＧＲ通路３３の下流端は、吸気通路６における第２排気ターボ過給機２１よりも上流側の部位に接続されている。各ＥＧＲ通路３１〜３３にはそれぞれ、開度調整の可能なＥＧＲ弁３４〜３６がそれぞれ配設されている。また、コールドＥＧＲ通路３１及び極コールドＥＧＲ通路３３の中間部にはそれぞれ、内部を通過する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ４０が配設されている。

そして、上記各インジェクタ５、吸気絞り弁１３、ＥＧＲ弁３４〜３６，レギュレートバルブ２４及びウェストゲートバルブ２５等は、いずれもコントロールユニット（Electronic Control Unit：以下ＥＣＵという）１００からの制御信号を受けて作動する。

ＥＣＵ１００は、マイクロコンピュータを主体に構成されていて、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を有している。このＥＣＵ１００には、少なくとも、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ５１、吸気の圧力状態を検出する吸気圧センサ５２、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ５３、燃焼室内の圧力を検出する指圧センサ５４、外部からエンジン１に吸入される空気の流量を検出するエアフローセンサ５５、ＥＧＲガス混合後の吸気の温度を検出する吸気温度センサ５６、アクセルペダル（図示省略）の踏み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５７、及び、燃焼室に供給される吸気の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ５８、ディーゼル酸化触媒１５の温度を検出するための触媒温度センサ５９、及びＤＰＦ１６の上流側と下流側との差圧を検出するための差圧検出センサ６０等からの出力信号がそれぞれ入力される。

ＥＣＵ１００は、各種センサからの信号を基に、エンジン１の運転状態を応じて、ＰＣＩ燃焼モードと拡散燃焼モードとを切り換えて実行する。

（エンジンの過給制御について）
上記ＥＣＵ１００は、上記吸気バイパス弁２８、レギュレートバルブ２４及びウェストゲートバルブ２５の各開度を、上記エンジン１の運転状態に応じて設定した開度にそれぞれ制御する。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、高負荷乃至高回転側の運転領域では、第１排気ターボ過給機２０が排気抵抗になるため、第２排気ターボ過給機２１のみを作動させるべく、吸気バイパス弁２８及びレギュレートバルブ２４は全開状態とし、ウェストゲートバルブ２５は全閉状態に近い開度にする。ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態が低負荷乃至低回転側の運転領域に近づくにしたがって、吸気バイパス弁２８及びレギュレートバルブ２４を閉じ側に制御し、第１及び第２排気ターボ過給機２０，２１の両方を作動させる。そうして、ＥＣＵ１００は、後述するＰＣＩ燃焼モードを実行する低負荷乃至低回転側の運転領域では、吸気バイパス弁２８、レギュレートバルブ２４、ウェストゲートバルブ２５を略全閉状態に制御する。したがって、本実施形態では、ＰＣＩ燃焼モードにおいて、吸気酸素濃度を制御するために、レギュレートバルブ２４やウェストゲートバルブ２５の開度を制御する（過給圧を制御する）余裕は殆どなく、吸気酸素濃度の制御は主にＥＧＲ弁３４〜３６の開度制御によって行われる。

（エンジンの燃焼制御について）
ＥＣＵ１００は、高負荷乃至高回転側では拡散燃焼モードを選択して拡散燃焼に基づくエンジン制御を実行する一方、低負荷乃至低回転側ではＰＣＩ燃焼モードを選択してＰＣＩ燃焼に基づくエンジン制御を実行するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、ＰＣＩ燃焼モードを選択している場合において、触媒温度が基準値より低い場合など必要に応じて拡散燃焼モードに切り換えてエンジン１の燃焼制御を行う。

ＰＣＩ燃焼モードにおけるエンジン１の燃焼制御は、基本的には、図２に示すように、圧縮上死点近傍（例えば、ＢＴＤＣ３５°〜ＢＴＤＣ５°であって、本実施形態ではＢＴＤＣ１５°）で行う燃料の主噴射に先立って、比較的早期に少量の燃料噴射（以下、早期噴射）を行うことで、早期噴射から着火までの着火遅れ時間を確保して燃料と空気との混合を促進する（いわゆる予混合燃焼を促進する）ことにより、煤の発生を抑制するとともに、吸気酸素濃度と等価なＥＧＲ量の制御との組合せにより、着火時期を目標着火時期（本実施形態では圧縮上死点）に制御して燃焼温度を極力高めることによって、ＣＯ及びＨＣの発生を抑制するとともに失火によるトルク低下を防止するようにしたものである。このＥＧＲ量の制御は、ＥＣＵ１００によって、燃焼混合気の高温部分がＮＯｘ生成温度よりも低くなるように、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいてＥＧＲ弁３４〜３６の開度を制御することで行われる。さらにこの燃焼制御では、主噴射の後にアフタ噴射を行って、主噴射の燃焼に伴って発生した煤をアフタ噴射によって燃焼させるようになっている。

本実施形態では、そうした制御を前提として、特に、着火遅れ時間が長い場合、つまり着火時期が目標着火時期に対して第１所定時間Ｔ１以上遅角する場合には、着火時期を目標着火時期まで進角させるための補正制御（後述するステップＳ８，Ｓ１１及びＳ１２）の制御）を実行する。

この補正制御としては、ＰＣＩ燃焼を維持しながら行われる第１補正制御（図３参照）及び第２補正制御（図４参照）と、ＰＣＩ燃焼から拡散燃焼へと切り換えることで行われる第３補正制御（図５参照）との３つの制御がある。各図の（ａ）が補正制御を実行する前の過遅着火が発生している状態を示し、各図の（ｂ）が補正制御を実行後の過遅着火が解消された状態を示している。

第１補正制御は、図３（ｂ）に示すように、アフタ噴射を停止（アフタ噴射の噴射量を０まで減量）してその分だけ主噴射を増量させる噴射量制御と、噴射時期を全体的に進角させる噴射時期進角制御との組合せにより行われる。本実施形態における噴射時期進角制御は、早期噴射及び主噴射の双方を同量だけ（例えば３°〜５°ＣＡ）進角させるようになっている。尚、早期噴射及び主噴射の一方のみを進角させるようにしてもよい。

また、第２補正制御は、ＥＧＲ量を減らして吸気酸素濃度を増加させる酸素濃度制御とされていて、図４（ｂ）に示すように、噴射量や噴射時期については補正しない。

後述するように、上記第１補正制御は、ＥＣＵ１００によって、目標着火時期に対する着火遅れ時間が噴射制御可能時間Ｔ２未満であると判断された場合に実行され、上記第２補正制御は、ＥＣＵ１００によって、着火遅れ時間が噴射制御可能時間Ｔ２以上であると判断された場合に実行される。

第３補正制御は、上述の如く、ＰＣＩ燃焼モードから拡散燃焼モードへと切り換えることで行われる（図５（ｂ）参照）。この拡散燃焼モードにおける燃焼制御は、圧縮上死点近傍（本実施形態では、ＡＴＤＣ５°〜２０°）で行う主噴射により噴霧化された燃料が拡散して周りの空気取り込みながら拡散燃焼するようにしたものである。さらに、この燃焼モードでは、主噴射に先立って圧縮上死点前（本実施形態では、ＢＴＤＣ１５°）に少量のパイロット噴射を行うことで、主噴射の着火性を向上させて主噴射の着火遅れを短縮するようにしている。この燃焼モードでは、拡散燃焼をメインとしているため、ＰＣＩ燃料モードのように着火遅れ時間を確保するための大量のＥＧＲは必要ない。したがって、この拡散燃焼モードでは、ＰＣＩ燃焼モードに比べてＥＧＲ量を低減し、これにより、吸気酸素濃度をＰＣＩ燃焼モードに比べて高めることができ、延いては、ＰＣＩ燃焼に比べて燃焼温度を高温に維持して、ＣＯ及びＨＣの発生を抑制することができる。

次に、ＥＣＵ１００におけるエンジン１の燃焼制御の詳細を、図６のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

先ず、最初のステップＳ１では、各種センサ５１〜６０からの信号を読み込む。

ステップ２では、ステップ１で読み込んだ吸気温度センサ５６からの信号を基に、吸気温度を算出し、算出した吸気温度が目標温度未満であるか否かを判定する。この判定がＮＯであるときにはリターンする一方、ＹＥＳであるときにはステップ３に進む。

ステップ３では、吸気温度が目標温度を所定温度Ｋ以上下回っているか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはリターンする一方、ＹＥＳであるときにはステップ４に進む。ここで、吸気温度が目標温度を所定温度Ｋ以上下回っているときとは、例えば、ホットＥＧＲ通路３２のＥＧＲ弁３５を全開に制御しても、ＥＧＲ通路３２の通路断面積等から決まるＥＧＲ量の限界（エンジン１のハードウェア限界）によって、吸気温度を目標温度に制御することができないほど、吸気温度が目標温度を下回っているときを意味している。

ステップ４では、指圧センサ５４からの信号を基に、筒内圧力の時間変化を求めて、この求めた圧力変化を基に燃料の着火時期を算出するとともに、目標着火時期に対する着火遅れ時間を算出する。

ステップＳ５では、ステップＳ４で算出した着火遅れ時間が第１所定時間Ｔ１以上であるか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはリターンする一方、この判定がＹＥＳであるときには、過遅着火が発生しているものとしてステップＳ６に進む。ここで、第１所定時間Ｔ１とは、燃焼時におけるＣＯ及びＨＣの発生量が許容値以上となるような着火遅れ時間の下限値である。

ステップＳ６では、触媒温度センサ５９からの信号を基に、酸化触媒（ＤＯＣ）１５の温度を算出（推定）するとともに、この算出した酸化触媒温度が基準温度を上回るか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはステップＳ１２に進む一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ７に進む。この基準温度は、本実施形態では、酸化触媒１５の活性化温度とされている。

ステップＳ７では、ステップＳ４で算出した着火遅れ時間が噴射制御可能時間Ｔ２未満であるか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはステップＳ１１に進む一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、アフタ噴射を停止してその分だけ主噴射を増量するように、インジェクタ５を制御する（噴射量制御を実行する）とともに、着火遅れ時間に応じて、早期噴射及び主噴射の双方の噴射時期を進角させるようにインジェクタ５を制御する（噴射時期進角制御を実行する）。本実施形態では、着火遅れ時間が長いほど噴射時期の進角量を増加させる。

ステップＳ９では、所定時間経過後に吸気温度が目標温度に達したか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはステップＳ７に戻る一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、通常のＰＣＩモード（つまりステップＳ８及びＳ１１の補正制御を行わないＰＣＩ制御（図２参照）に復帰し、しかる後にリターンする。

ステップＳ１１では、ステップＳ８におけるステップＳ４で算出した着火遅れ時間に応じて、目標吸気酸素濃度を決定し、この目標吸気酸素濃度になるように各ＥＧＲ弁３４〜３６の開度を閉じ側に制御する。各ＥＧＲ弁３４〜３６の開度比は、目標吸気温度に応じて予め設定された開度比に制御すればよい。目標吸気酸素濃度は、着火遅れ時間が長いほど高くなるように、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとして予めマップ化されてＲＯＭに記憶されている。

ステップＳ１２では、エンジン１の制御モードを、ＰＣＩ燃焼モードから拡散燃焼モードに切り換えて、しかる後にリターンする。

以上の如く上記実施形態では、ＥＣＵ１００は、低負荷乃至低回転側の運転領域では、エンジン１の燃焼制御をＰＣＩ燃焼モードによって行うことを前提として、吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度Ｋ以上低い状態にあり、且つ、過遅着火が発生していることを検出した場合には、着火時期を進角させて目標着火時期に制御するべく、噴射時期進角制御と噴射量制御とを組み合わせた第１補正制御を実行する（ステップＳ８の処理を実行する）ようになっている。

このように、インジェクタ５による燃料の噴射制御によって着火時期を進角させるようにしたことで、例えばＥＧＲ弁の開閉制御によって着火時期を進角させる場合に比べて、高い応答性で着火時期を進角側に制御することができる。したがって、着火時期の進角が遅れる間にＣＯ及びＨＣが発生したり、失火によるトルク低下が発生したりするのを防止することができる。

ここで、ＥＣＵ１００は、上記噴射量制御を実行する際に、アフタ噴射の停止による燃料噴射量の減量分を主噴射の増量によって補うようにしているので、エンジントルクの低下を防止することができる。また、アフタ噴射の減量分を早期噴射ではなく主噴射に上乗せするようにしたことで、燃料の予混合が進み過ぎることによるノッキングの発生を防止とすることができる。

ＥＣＵ１００は、吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度Ｋ以上低い状態にあり、且つ、過遅着火が発生していることを検出した場合であっても、着火遅れ時間が噴射制御可能時間Ｔ２以上である場合には（ステップＳ７の判定がＮＯである場合には）、着火時期を進角させるために、上述の如くインジェクタ５の噴射制御を実行する代わりに、吸気酸素制御を実行してＥＧＲ弁３４〜３６を閉じ側に制御するようになっている。これにより、インジェクタ５の噴射制御によって燃料の着火時期を目標着火時期に制御できない場合であっても、ＥＧＲ量を減らして吸気酸素濃度を増加させることによって、燃料の着火性を向上させてその着火時期を目標時期まで進角させることができる。

また、ＥＣＵ１００は、吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度Ｋ以上低い状態にあり、且つ、過遅着火が発生していることを検出した場合であっても、酸化触媒温度が基準温度以下である場合（ステップＳ６の判定がＮＯである場合）には、上記第３補正制御を実行してエンジン１の燃焼モードを拡散燃焼モードに切り換えるようになっている。拡散燃焼モードでは、上述の如く、燃焼温度がＰＣＩ燃焼モードに比べて高いために、燃焼時におけるＣＯ及びＨＣの発生を大幅に低減することができるとともに、高温の排気を利用して酸化触媒１５の暖機を促進することができる。
（他の実施形態）
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、ステップＳ７の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１１の処理で、酸素濃度制御のみを実行するようにしているが、噴射時期進角制御及び噴射量制御を併せて実行するようにしてもよい。これにより、過遅着火が発生した場合でも、燃料の着火時期を目標着火時期まで確実に進角させることができる。

また、上記実施形態では、ＥＣＵ１００による噴射量制御に際して、アフタ噴射を停止した分だけ主噴射を増量するようにしているが、早期噴射を増量するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ＰＣＩ燃焼モードにおける早期噴射を、一回の噴射により行うシングル噴射としているが、例えば、燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射としてもよい。これにより、早期噴射による燃料の混合をより一層促進して、燃焼時における煤の発生を確実に抑制することができる。このように、早期噴射を分割噴射とした場合における噴射量制御では、早期噴射における複数回の燃料噴射のうち最も早い時期に行う噴射を増量することが好ましい。こうすることで、燃料の着火時期を目標着火時期まで確実に進角させることができる。

また、上記実施形態では、ＥＣＵ１００において過遅着火が検出された場合に、補正制御を実行するようにしているが、ＥＣＵ１００において、ＥＧＲ量とその目標量との差が所定閾量ＬＭ（＞所定量Ｍ）以上であるか、又は、上記吸気温度とその目標温度との差が所定閾温度ＬＫ（＞所定温度Ｋ）以上であると判定した場合には、過遅着火が検出されたか否かに拘わらず、上記噴射時期進角制御、上記噴射量制御、及び上記吸気酸素制御のいずれかを実行するようにしてもよい。これにより、今後、過遅着火が発生すると予測される状況下では、過遅着火が発生する前に予め、ＥＣＵ１００により該各制御を実行して着火時期を進角させることができる。こうして、過遅着火を未然に防止することができるので、ＣＯ及びＨＣの発生並びに失火によるトルク抜けをさらに確実に抑制することができる。

また、上記実施形態では、通常のＰＣＩ燃焼モードにおいて、主噴射の後にアフタ噴射を行うようにしているが、必ずしもアフタ噴射を行う必要はない。アフタ噴射を行わない場合には、ＥＣＵ１００による噴射量制御は、主噴射を減量してその分だけ早期噴射を増量するものとすればよい。

また、上記実施形態では、ＥＣＵ１００による酸素濃度制御の実行時に、吸気酸素濃度を制御するためにＥＧＲ弁３４〜３６の開度を制御するようにしているが、例えば、ウェストゲートバルブ２５、及びレギュレートバルブ２４の開度を制御することで吸気酸素濃度を制御するようにしてもよい。この場合には、レギュレートバルブ２４とウェストゲートバルブ２５とＥＣＵ１００とが、吸気酸素濃度制御手段を構成することとなる。さらに、吸気弁１８及び排気弁１９の開閉時期を制御することで、ＥＧＲ制御との組合せにより吸気酸素濃度を制御するようにしてもよい。この場合、吸気弁１８、排気弁１９、及びＥＧＲ弁３４〜３６が吸気酸素濃度制御手段を構成することとなる。

さらに、上記実施形態では、ウェストゲートバルブ２５及びレギュレートバルブ２４の制御によって過給圧を制御するようになっているが、例えば、タービンの上流側に可変ノズルを設けた可変ノズルターボ（ＶＧＴ）を採用するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、ＥＣＵ１００による噴射量制御の実行に際して、アフタ噴射を停止させるようにしているが、アフタ噴射を完全に停止させず減量するものであってもよい。

本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置に有用であり、特にＰＣＩ燃焼方式を採用したディーゼルエンジンに適用する場合に有用である。

Ａ ディーゼルエンジンの燃焼制御装置
Ｔ１ 第１所定時間
Ｔ２ 噴射制御可能時間（第２所定時間）
Ｋ 所定温度
Ｍ 所定量
ＬＭ 所定閾量
ＬK 所定閾温度
１ エンジン
４ 燃焼室
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
３４ ＥＧＲ弁（ＥＧＲ量制御手段、吸気酸素濃度制御手段）
３５ ＥＧＲ弁（ＥＧＲ量制御手段、吸気酸素濃度制御手段）
３６ ＥＧＲ弁（ＥＧＲ量制御手段、吸気酸素濃度制御手段）
５４ 指圧センサ（過遅着火検出手段）
１００ ＥＣＵ（主噴射制御手段、早期噴射制御手段、過遅着火検出手段、
補正制御手段、ＥＧＲ量制御手段、吸気酸素濃度制御手段）

Claims (8)

1. エンジンの燃焼室に臨む燃料噴射弁より圧縮上死点近傍において燃料を主噴射させる主噴射制御手段と、該主噴射制御手段による噴射に先立って、上記燃料噴射弁より燃料を早期噴射させる早期噴射制御手段と、燃料の着火時期が圧縮上死点近傍の目標着火時期になるように、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて吸気酸素濃度を制御する吸気酸素濃度制御手段と、を備えたディーゼルエンジンの燃焼制御装置であって、
   上記燃焼室内における燃料の着火時期が目標着火時期に対して第１所定時間以上遅角する過遅着火を検出する過遅着火検出手段と、
   上記吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度以上低い状態にあり、且つ、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたときには、上記主噴射制御手段による主噴射の時期と上記早期噴射制御手段による早期噴射の時期との少なくとも一方を進角させる噴射時期進角制御を実行する補正制御手段と、をさらに備え、
   上記補正制御手段は、上記目標着火時期に対する燃料の着火遅れ時間が、上記第１所定時間よりも長い第２所定時間以上である場合には、上記酸素濃度制御手段により、燃料の着火時期を目標着火時期に制御するべく吸気酸素濃度を増加させる吸気酸素制御をさらに実行するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
2. 請求項１記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
   上記補正制御手段はさらに、上記吸気温度が目標吸気温度に対して所定温度以上低い状態にあり、且つ、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたときには、上記主噴射制御手段による主噴射を減量する一方、早期噴射制御手段による早期噴射を増量させる噴射量制御をさらに実行するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
3. 請求項２記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
   上記早期噴射制御手段による早期噴射は、燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射であることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
4. 請求項３記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
   上記補正制御手段による噴射量制御は、上記主噴射制御手段による主噴射を減量する一方、上記早期噴射における複数回の燃料噴射のうち最も早い時期に行う噴射を増量させる制御であることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
5. 請求項１記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
   上記主噴射制御手段による主噴射後に、上記燃料噴射弁より燃料をアフタ噴射させるアフタ噴射制御手段をさらに備え、
   上記補正制御手段はさらに、上記噴射時期進角制御を実行するに際して、上記アフタ噴射制御手段によるアフタ噴射を減量する一方、上記早期噴射制御手段による早期噴射を増量させる噴射量制御を実行するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
6. 請求項１記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
   上記主噴射制御手段による主噴射後に、上記燃料噴射弁より燃料をアフタ噴射させるアフタ噴射制御手段をさらに備え、
   上記補正制御手段はさらに、上記噴射時期進角制御を実行するに際して、上記アフタ噴射制御手段によるアフタ噴射を減量する一方、上記主噴射制御手段による主噴射を増量させる噴射量制御を実行するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
7. 請求項２〜６のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
   上記吸気酸素濃度制御手段は、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ量制御手段を含み、
   上記補正制御手段はさらに、ＥＧＲ量が目標量に対して所定量以上多い状態にあり、且つ、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたときにも、上記噴射時期進角制御を実行するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
8. 請求項７記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
   上記補正制御手段はさらに、上記ＥＧＲ量とその目標量との差が上記所定量よりも大きい所定閾量以上であるか、又は、上記吸気温度とその目標温度との差が上記所定温度よりも大きい所定閾温度以上である場合には、上記過遅着火検出手段により過遅着火が検出されたか否かに拘わらず、上記噴射時期進角制御、上記噴射量制御、及び上記吸気酸素制御のいずれかを実行するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。

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