(57)【要約】  【課題】  吸気圧力が低い場合においてもＮＯｘや騒音の増加を防ぎ、良好なドライバビリティを維持する圧縮着火式内燃機関の制御装置を提供する。  【解決手段】  本実施の形態は、車両エンジンとして４気筒ディーゼルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、ＥＣＵ６０を中枢として燃料噴射制御等を実施する。  ＥＣＵ６０は、吸気圧力を検出し（Ｓ１）、検出した吸気圧に基づいて、目標着火時期を決定する（Ｓ２）。  ＲＯＭには、吸気圧力と目標着火時期とが対応付けられた制御マップが格納されている。本実施形態の制御マップは、吸気圧力が低下するほど目標着火時期が遅くなり、噴射された燃料が、吸気圧力が低下する前と同様の圧力勾配にて燃焼するように設定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路から取り出された排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ還流手段と、燃焼室内に燃料を噴射供給する燃料噴射手段と、を備える圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
前記吸気通路において吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、
前記吸気圧力検出手段により検出された吸気圧力に応じて、ＥＧＲ還流手段によるＥＧＲ率を変化させるＥＧＲ制御手段と、
前記吸気圧力検出手段により検出された吸気圧力の低下度合に応じて、燃料噴射時期を遅角する側にずらす燃料噴射時期設定手段と、を備える
ことを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射時期設定手段は、吸気圧力が第１圧力である場合の圧力勾配と、吸気圧力が前記第１圧力よりも低い第２圧力である場合の圧力勾配と、が、燃料噴射時期をずらさない場合と比較して近くなるように燃料噴射時期をずらす
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射時期設定手段は、吸気圧力と燃料噴射時期との関係を示す制御マップまたは関係式を有しており、前記吸気圧力検出手段により検出された吸気圧力と、前記制御マップまたは前記関係式と、に基づいて燃料噴射時期を設定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射時期設定手段は、前記吸気圧力の低下度合に応じた燃料噴射時期の設定を、リッチ燃焼時に実行する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火式内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リーン燃焼のときには排出されたＮＯｘを吸蔵し、吸蔵したＮＯｘが所定値以上となった場合にリッチ燃焼を実施することで、吸蔵したＮＯｘをパージしてＮＯｘ浄化率を保つＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える内燃機関が提案されている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６５８７５６号公報
【特許文献２】特許第３４２７７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジン吸気系の概略図を図６に示す。吸気管１０１は、外部からの吸入空気をエンジンの吸気ポートに送るための管であり、排ガスの一部をＥＧＲガスとして還流させるＥＧＲ配管１０２と、スロットルバルブ１０３と、などからなる。エンジン吸気は、スロットルバルブの絞りによって外部側の上流圧Ｐａと、エンジン側の下流圧Ｐｂとの間に圧力差ΔＰを生じる。
【０００５】
リッチ燃焼を実施する場合には、燃料量に見合った空気（酸素）が燃焼室に吸入されないと燃焼が不完全になりトルクが維持できなくなってしまうため、トルクを維持するためには、燃料量に見合った空気（酸素）量を得る必要がある。しかし、高地など吸気圧力が低い場合には上流圧Ｐａが低下する結果、圧力差ΔＰが小さくなり、過給器による過給が間に合わず吸気量が低下してしまう場合がある。
【０００６】
圧力差ΔＰを通常（低地）の場合と同等に維持するためにはスロットルバルブの下流圧Ｐｂを下げる必要があり、そのためにはＥＧＲガス量を減らすことが考えられる。しかしながら、還流ＥＧＲガス量を減らすと、燃焼室における吸気中のＯ2濃度が増加し、燃焼が活性化することとなる。
【０００７】
図７に、高地（低吸気圧状態）時と通常時におけるクランク角度と熱発生率との関係を示すグラフを示す。高地時、つまり吸気圧力が低いためＥＧＲガス量を減らした結果として燃焼室における吸気中のＯ2濃度が増加した状態においては、燃焼が急激に起こるため、熱発生率が急激に立ち上がる。そのため高地時では、通常時、つまり吸気圧力が高地時よりも高く、ＥＧＲガス量が相対的に多い状態と比較して、クランク角度の変化量に対する筒内の圧力の変化量を示す圧力勾配（ｄＰ／ｄθ、以降は単に圧力勾配という）が大きくなる。
【０００８】
このように圧力勾配が大きくなると、ＮＯｘが増加したり燃焼騒音が増大したりするという問題があった。一方、燃焼騒音を低減するために噴射圧を下げた場合には燃料噴射量が減少してしまったりして、スモークが発生したりトルクが維持できなくなったりするという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気圧力が低い場合においてもＮＯｘや騒音の増加を防ぎ、良好なドライバビリティを維持する圧縮着火式内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した問題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、排気通路から取り出された排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ手段と、燃焼室内に燃料を噴射供給する燃料噴射手段と、を備える圧縮着火式内燃機関の制御装置に関する。この制御装置は、吸気通路において吸気圧力を検出するための吸気圧検出手段をも備える。
【００１１】
そして、検出された吸気圧力に応じて、ＥＧＲ率を変化させると共に、検出された吸気圧力の低下度合に応じて、燃料噴射時期を遅角する側にずらすように構成されている。
このように構成された制御装置であれば、吸気通路の吸気圧力が低下すると、ＥＧＲ率を低下させて吸気量を確保すると共に、燃料の噴射時期を遅くする。
【００１２】
通常、燃料噴射は、ピストンが上死点近傍となるタイミングにて着火するように行われる。これは、ピストンが上死点近傍となるタイミングにて燃焼室内の温度および圧力が最も高くなり、燃料が最も燃焼しやすい状態となるためである。そのため、燃料噴射を遅角する側にずらすと、上死点よりも燃焼室内の温度および圧力が下がり、燃焼の活性が低下する。
【００１３】
したがって、吸気圧力の低下による吸入空気量の低下を防止するためにＥＧＲ率を低下させて、吸気中のＯ2濃度が増加した状態であっても、それによる燃焼の活性化を、燃焼タイミングを遅角する側にずらすことによる燃焼の活性抑制にて打ち消すことができる。その結果、急激な燃焼を防止して筒内の圧力勾配を小さくできるため、燃料噴射量を制限してトルクを低下させることなくＮＯｘおよび騒音の低減を実現できる。
【００１４】
このように、上記制御装置であれば、吸気圧力が低い場合においても、ＮＯｘおよび騒音の増加を防ぎ、良好なドライバビリティを維持することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、吸気圧力が第１圧力である場合の圧力勾配と、吸気圧力が上記第１圧力よりも低い第２圧力である場合の圧力勾配と、が、燃料噴射時期をずらさない場合と比較して近くなるように燃料噴射時期をずらすことを特徴とする。
【００１５】
このように構成された制御装置であれば、吸気圧力が低下しても、クランク角度の変化量に対する筒内圧力の変化量である圧力勾配を、吸気圧力が低下する前に近い圧力勾配とすることができるため、吸気圧力が低下する前と同程度に騒音を低減することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、吸気圧力と燃料噴射時期との関係を示す制御マップまたは関係式を有しており、検出された吸気圧力と、上記制御マップまたは関係式と、に基づいて燃料噴射時期を設定することを特徴とする。
【００１７】
このように構成された制御装置であれば、制御マップまたは関係式に基づいて適切な燃料噴射時期を決定することができる。なお、制御マップおよび関係式は、実験などにより予め適切な値となるように作成されている。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、吸気圧力の低下度合に応じた燃料噴射時期の設定を、リッチ燃焼時に実行することを特徴とする。
【００１９】
このように構成された制御装置であれば、十分な吸気を必要とし、酸素濃度の増加による騒音が発生しやすいリッチ燃焼時にのみ上述した燃料噴射時期の制御を行う。よって、吸気圧が低下した際に燃焼が活性化して騒音が発生するリッチ燃焼時の騒音を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エンジン制御システムを示すブロック図
【図２】燃料噴射時期制御ルーチンのフローチャート
【図３】燃料噴射時期を示す制御マップ
【図４】クランク角度と噴射パルスおよび熱発生率の関係を示すグラフ
【図５】クランク角度と筒内圧力の関係を示すグラフ
【図６】吸気系の構造を示す概念図
【図７】従来のクランク角度と熱発生率の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）全体構成
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。エンジン制御システム１は、車両エンジンとして例えば４気筒ディーゼルエンジンを対象としており、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射制御等を実施する。まず、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。なお、図１では、１つの気筒のみを代表して記載している。
【００２２】
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１には、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ１２と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１３とが設けられている。吸気管１１は、図示しないが、ＥＧＲ弁３６の下流にて分岐され、エンジン１０の各気筒の吸気ポートに接続されている。
【００２３】
また、吸気管１１には、吸気圧センサ１４が取り付けられており、吸気管１１内の吸気圧力を検出してＥＣＵ６０に出力する。
エンジン１０には、気筒ごとにインジェクタ１５が配設されている。インジェクタ１５は各気筒共通のコモンレール１６に接続され、コモンレール１６には高圧ポンプ１７が接続されている。高圧ポンプ１７が駆動されると図示しない燃料タンクから燃料が汲み上げられ、高圧の燃料がコモンレール１６に連続的に蓄圧される。また、コモンレール１６にはコモンレール１６内の燃料圧力を検出するコモンレール圧センサ１８が設けられている。
【００２４】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。吸気バルブ２１の開動作により吸入空気が燃焼室２３内に導入され、インジェクタ１５より噴射供給された燃料と共に燃焼に供される。燃焼後の排ガスは排気バルブ２２の開動作により排気管３１に排出される。
【００２５】
排気管３１の下流には排ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３２と、リーン・ＮＯｘ・トラップ（ＬＮＴ）３３が設けられている。ＬＮＴ３３は、リーン燃焼のときには排出されたＮＯｘを吸蔵し、吸蔵したＮＯｘが所定値以上となった場合にリッチ燃焼を実施することで、吸蔵したＮＯｘをパージして排出されたＮＯｘの再吸蔵を可能とする。また、ＮＯｘは放出時に排気中のＨＣやＣＯと還元反応し、Ｏ2およびＮ2に還元される。
【００２６】
エンジン１０には、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に再循環させるための排ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）が設けられている。すなわち、吸気管１１のスロットルバルブ１２の下流部と排気管３１との間にＥＧＲ配管３４が設けられている。ＥＧＲ配管３４には環流されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３５が設けられ、ＥＧＲ配管３４と吸気管１１の連結部にはＥＧＲガスの環流量を調節するＥＧＲ弁３６が設けられている。ＥＧＲガスを吸気系に環流することにより燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生が抑制される。ＥＧＲ弁３６の開度制御は、エンジン負荷やエンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいてＥＣＵ６０が実行する。
【００２７】
エンジン１０の燃焼室２３内には、燃焼室２３内の圧力を検出する筒内圧センサ５１が設置されている。この他、エンジン制御システムには、排ガスの酸素濃度を検出する空燃比センサ５２、エンジン１０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ５３、運転者によるアクセル操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５４などが備えられている。
【００２８】
ＥＣＵ６０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されるものであり、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することにより都度のエンジン運転状態に応じて燃料噴射制御等のエンジン１０の各種制御を実施する。ＥＣＵ６０には、都度のエンジン運転状態を表す情報として前述したスロットル開度センサ１３、吸気圧センサ１４、コモンレール圧センサ１８、筒内圧センサ５１、空燃比センサ５２、クランク角度センサ５３、アクセル開度センサ５４などからの各々検出信号が入力される。
【００２９】
また、ＥＣＵ６０は、筒内圧センサ５１からの検出信号に基づき、燃焼室２３における着火時期を取得する。詳しくは、クランク角度センサ５３からの検出信号に基づいてピストンの上下動に伴い刻々変化する筒内容積を求め、その筒内容積と筒内圧センサ５１より得られる筒内圧力とから熱発生率を算出する。そして、熱発生率が予め定めた基準値を上回ったタイミングを着火時期として取得する。
【００３０】
また、ＥＣＵ６０は、ＬＮＴ３３に吸蔵されたＮＯｘをパージするためにリッチ燃焼を実施する。そして、吸気圧力が低い場合にリッチ燃焼を実施する時でもトルクを維持できるよう、以下の燃焼噴射時期制御を実行する。
（２）低吸気圧力状況下におけるリッチ燃焼時の制御
（２．１）ＥＧＲ率制御
高地など吸気圧力が低い場合には、図６に示すように上流圧Ｐａが低下してしまい、圧力差ΔＰが小さくなり、その結果吸気量が低下してしまう。ＥＣＵ６０は、吸気圧センサ１４の出力値から吸気圧力の低下を検出すると、ＥＧＲ率を低下させ、ＥＧＲガス量を減らすことで、スロットルバルブの下流圧を下げ、圧力差ΔＰを通常の場合と同等に維持する制御を実行する。
（２．２）燃料噴射時期制御
エンジン１０のＥＣＵ６０が実行する燃料噴射時期制御ルーチンのフローチャートを図２に示す。この燃料噴射時期制御ルーチンは、所定周期毎に実行されるが、吸気圧が低い場合においてリッチ燃焼を行う場合にのみ、算出される燃料噴射時期が適用される。リーン燃焼時には、吸気圧力に拘らず、通常時と同様の燃料噴射の制御がなされる。なお、図２において、Ｓはステップを示す。
【００３１】
ＥＣＵ６０は、まず、吸気圧力を検出する（Ｓ１）。ここでは、吸気圧センサ１４の出力信号から吸気管１１内の吸気圧力を取得する。
なお、別ルーチンとして、アクセル開度およびエンジン回転数に基づいて、リッチ燃焼に必要な燃料噴射量を設定する。また、その算出された燃料噴射量および検出された吸気圧力を参照してＥＧＲガス量を設定する。
【００３２】
続いて、目標着火時期を決定する（Ｓ２）。
ＲＯＭには、図３に示すように、吸気圧力と目標着火時期とが対応付けられた制御マップが格納されている。本実施形態の制御マップは、吸気圧力が低下するほど目標着火時期が遅くなり、噴射された燃料が、吸気圧力が低下する前と同様の燃焼波形にて燃焼するように設定されている。なおこの制御マップは燃料噴射量に合わせて適宜変更可能なように複数記憶されており、別ルーチンの処理において決定された燃料噴射量に合わせて適切なマップが選択される。
【００３３】
なお、制御マップで決定される目標着火時期には、対応する燃料噴射時期が予め設定されており、その燃料噴射時期に燃料を噴射するようにＥＣＵ６０はインジェクタ１５等を操作する。
【００３４】
次に、着火時期の検出を行う（Ｓ３）。ここでは、直前に行われた燃焼の着火時期を、筒内圧センサ５１が出力した検出信号に基づいて検出する。
次に、Ｓ３または後述するＳ５にて検出した着火時期と目標着火時期を比較し、目標着火時期に合うように燃料噴射時期を変更する（Ｓ４）。具体的には、Ｓ３にて検出した着火時期と、図３の制御マップから定まる目標着火時期とを比較し、Ｓ３にて検出した着火時期が早ければ、噴射パルスの出力タイミングを遅角し、また、着火時期が遅ければ噴射パルスの出力タイミングを進角する。
【００３５】
そして、Ｓ３にて検出した着火時期が目標着火時期であるか否かを判定する（Ｓ５）。着火時期が目標着火時期と同等とみなせる所定の範囲内でなければ（Ｓ５：ＮＯ）、処理がＳ３に戻り、再度着火時期を検出する。
【００３６】
一方、検出した着火時期が目標着火時期から所定の範囲内であれば（Ｓ５：ＹＥＳ）、本処理が終了する。
（３）作用および効果
噴射パルスおよび熱発生率と、クランク角度との関連を示すグラフを図４に示す。吸気圧力が通常値である場合は、クランク角度がＴＤＣ（上死点）になるタイミングに合わせて、図中Ａのタイミングでインジェクタ１５の駆動回路にパルス信号を出力して燃料噴射を行わせる（噴射パルス１）。その結果、吸気圧力が通常値である通常時には図中の熱発生率１のような燃焼波形が形成される。
【００３７】
ところで、高地走行中など吸気圧力が低い条件でリッチ燃焼を実施する場合、トルクを維持するためには、通常時の空気量と同じ量の空気をエンジンに供給する必要があり、そのためには、スロットルバルブ２０前後の差圧を通常時と同様の値に維持する必要がある。
【００３８】
本発明のエンジン制御システム１では、スロットルバルブ２０の上流の圧力（吸気圧力）が低下すると、その下流側におけるＥＧＲガスの還流量を減らす制御を行うことで、上述した差圧を維持する。なお、ＶＮＴ（可変ノズルターボ）を備えるエンジンの場合、吸気圧力を通常の値まで上昇させることも可能であるが、エンジン回転数が低い場合のようにターボの機能が充分に発揮できない場合には、上述したようにＥＧＲガス量を減らす必要がある。
【００３９】
ＥＧＲガス量を減らすと燃焼室２３に吸入される空気のＯ2濃度が増加するため、そのままでは燃焼が活発になり、急激に熱発生率が上昇する。しかしながら、本発明のエンジン制御システム１では、噴射パルスの出力タイミングを図４におけるＢのように遅らせるため、噴射された燃料は、クランク角度がＴＤＣから遅角して、燃焼室２３内の温度、圧力が低下した状態で燃焼を行うこととなり、燃焼の活性が低下する。
【００４０】
その結果、ＥＧＲ率の低下によって吸気中のＯ2濃度が増加した状態であっても、それによる燃焼の活性化を、燃焼タイミングを遅角する側にずらすことによる活性の低下にて打ち消すこととなり、図４における熱発生率２のように、通常時の熱発生率１よりも遅れたタイミングで、熱発生率１と同様（正確には遅角側に移動するため、騒音を合わせるには通常時よりも若干活発な燃焼とする必要がある）の燃焼波形が形成されることとなる。
【００４１】
クランク角度に対する筒内圧力の変化を示すグラフを図５に示す。通常時、つまり図４における熱発生率１に対応する筒内圧力は、図５における筒内圧１のような波形となる。本発明のエンジン制御システム１では、熱発生率の上昇するタイミングが通常時よりも遅いため、筒内圧力は筒内圧２のような波形となる。このときのクランク角度の変化量に対する筒内圧力の変化量を示す圧力勾配（ｄＰ／ｄθ）は、筒内圧１と筒内圧２とで同等の値となるため、燃焼騒音が増加することを抑制できる。
【００４２】
したがって、高地のように吸気圧力が低い場合においても、燃料噴射圧や燃料噴射量を減らす制御を行うことなく、良好なドライバビリティを維持して騒音の増加を防ぐことができる。
【００４３】
また、上記構成のエンジン制御システム１であれば、十分な吸気を必要とし、酸素濃度の増加によるＮＯｘや騒音が発生しやすいリッチ燃焼時にのみ上述した燃料噴射時期制御を行うため、効果的にＮＯｘや騒音の防止ができる。
【００４４】
一方、本発明のエンジン制御システム１のように燃料噴射時期制御を行わない従来の構成において、高地走行を行い吸気圧力が低くなった場合、ＥＧＲ率を下げて還流ＥＧＲガス量を減らすと、吸入空気のＯ2濃度が増加するため、燃焼が活発になり、急激に熱発生率が上昇し、結果、図４における熱発生率３のような燃焼波形が形成される。
【００４５】
このときの筒内圧力は、図５の筒内圧３に示すように、急激に高くなる熱発生率の影響を受けて急激に上昇するため、通常時と比較して圧力勾配が非常に大きくなる。よって、このように圧力勾配が増大することでＮＯｘや燃焼騒音が増加してしまう。
（４）変形例
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
【００４６】
例えば、上記実施形態においては、燃焼時期を表す指標として着火時期を用いる構成を例示したが、それ以外の指標を用いてもよい。例えば、１燃焼サイクルにおいて気筒内の燃焼質量割合が全体の５０％になる燃焼質量割合５０時期（ＭＦＢ５０：Ｍａｓｓ Ｆｒａｃｔｉｏｎ Ｂｕｒｎｅｄ  ５０）を燃焼室２３の筒内圧に基づいて検出し、その時期を燃焼時期として用いてもよい。ＭＦＢ５０は、筒内圧に基づいて１燃焼サイクルの燃焼質量を積算していき、燃焼質量の合計の５０％になる燃焼時期として検出する。
【００４７】
また、上記実施形態においては燃料噴射時期制御に用いる図３に示す制御マップを用いて燃料噴射時期を決定する構成を例示したが、制御マップおよび所定の関係式を用いて、検出した吸気圧力に対する燃料噴射時期の遅角量を算出し、その遅角量を、吸気圧力を勘案しない制御マップから導かれる燃料噴射時期に加算して燃料噴射を実行することとしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１…エンジン制御システム、１０…エンジン、１１…吸気管、１２…スロットルバルブ、１３…スロットル開度センサ、１４…吸気圧センサ、１５…インジェクタ、１６…コモンレール、１７…高圧ポンプ、１８…コモンレール圧センサ、２１…吸気バルブ、２２…排気バルブ、２３…燃焼室、３１…排気管、３２…ＤＰＦ、３３…ＬＮＴ、３４…ＥＧＲ配管、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲ弁、５１…筒内圧センサ、５２…空燃比センサ、５３…クランク角度センサ、５４…アクセル開度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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