(57)【要約】【課題】予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、予混合燃焼時の燃焼状態の安定化を図り、エミッションの悪化や過早着火の発生を可及的に抑制する。【解決手段】燃料噴射弁の燃料噴射条件、ＥＧＲガスおよび過給を制御することで予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、予混合燃焼が行われているとき（（ａ）に示す状態であるとき）にＥＧＲガス量が該予混合燃焼に応じた所定排気量に足りていない場合、または過給圧が該予混合燃焼に応じた所定過給圧に足りていない場合、予混合燃焼時の予混合燃料噴射を、予混合燃焼時の燃料噴射時期に近いプレ噴射と、該プレ噴射より後のメイン噴射とに変更し、且つ該プレ噴射の燃料噴射量を該メイン噴射の燃料噴射量より多い暫定燃料噴射状態（（ｂ）に示す状態）とする。【選択図】  図４
2006046299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧された圧縮着火内燃機関の燃料を貯留する蓄圧室と、
前記蓄圧室に貯留された燃料を前記圧縮着火内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関から排出される排気の一部を吸気系に再循環する排気再循環装置と、
過給を行う過給機と、を備え、
前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御して圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成するとともに、前記排気再循環装置によって再循環される排気量および前記過給機による過給を制御することで、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムであって、
前記圧縮着火内燃機関において予混合燃焼が行われているとき、前記排気再循環装置によって再循環される排気量が該予混合燃焼に応じた所定排気量に足りていない場合、又は前記過給機による過給圧が該予混合燃焼に応じた所定過給圧に足りていない場合、予混合燃焼時の予混合燃料噴射を、予混合燃焼時の燃料噴射時期に近いプレ噴射と、該プレ噴射より後のメイン噴射とに変更し、且つ該プレ噴射の燃料噴射量を該メイン噴射の燃料噴射量より多い暫定燃料噴射状態とする燃焼制御手段を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項２】
前記圧縮着火内燃機関においては、該圧縮着火内燃機関の運転状態が属する燃焼領域に応じて、前記予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とが切り替えて実行され、
前記燃焼制御手段は、前記圧縮着火内燃機関において前記通常燃焼から前記予混合燃焼へ切り替えられたとき、前記排気再循環装置によって再循環される排気量が該予混合燃焼に応じた所定排気量に足りていない場合、又は前記過給機による過給圧が該予混合燃焼に応じた所定過給圧に足りていない場合、予混合燃焼時の予混合燃料噴射を前記暫定燃料噴射状態とし、その後、該排気量が該所定排気量に足りた場合、又は該過給圧が該所定過給圧に足りた場合、該暫定燃料噴射状態である燃料噴射を予混合燃焼時の予混合燃料噴射に戻すことを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項３】
前記暫定燃料噴射状態にある燃料噴射において、前記プレ噴射と前記メイン噴射との燃料噴射間隔は、前記プレ噴射の燃料噴射量と前記メイン噴射の燃料噴射量との比率にかかわらず、該メイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定となる所定間隔であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項４】
前記暫定燃料噴射状態にある燃料噴射において、前記プレ噴射の燃料噴射開始時期は、前記予混合燃料噴射の燃料噴射開始時期と一致することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の圧縮着火内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項５】
前記暫定燃料噴射状態にある燃料噴射において、前記プレ噴射の燃料噴射量と前記メイン噴射の燃料噴射量の和は、予混合燃焼時の燃料噴射量と同量であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の圧縮着火内燃機関の燃焼制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮着火内燃機関において、ＮＯｘの抑制とスモークの抑制を目的として予混合燃焼を行う場合、過早着火を抑制し且つ機関出力を発揮させるために、排気の再循環や高過給が行われる。しかし、再循環された排気（以下、「ＥＧＲガス」ともいう。）量の制御や過給圧の制御は応答性が低いため、これらを目標とする状態に瞬時に変更することは困難であり、その結果、予混合燃焼の燃焼状態が不安定となる。そこで、機関出力のための要求燃料量の少なくとも一部を主噴射によって噴射し、主噴射後であって主噴射の着火遅れ期間内に、要求燃料量に対する追加分又は不足分を補助噴射によって噴射する技術が公開されている。（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、より広い燃焼領域で予混合燃焼を可能とするために、吸気中におけるＥＧＲガスの占める割合を所定割合以上としながら過給機による過給を行い気筒内に予混合燃焼に必要な空気を供給する技術が公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１２０３７０号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６９０９号公報
【特許文献３】特開２００１−１５２８５３号公報
【特許文献４】特開２００４−２８０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮着火内燃機関において、より広い燃焼領域で予混合燃焼を可能とするためには、予混合気の過早着火を抑制するために比較的大量のＥＧＲガスが要求され、且つ予混合燃焼に必要な酸素を確保するために比較的高過給が要求される。
【０００５】
予混合燃焼時に過給が不足すると、気筒内に燃焼に十分な量の酸素を確保することが困難となり、煤の発生が顕著となり、エミッションが悪化する。また、予混合燃焼時にＥＧＲガスが不足すると、過早着火が懸念される。更に、過給が不足すると、気筒内に供給される吸気量が減少するため、酸素と同時にＥＧＲガスも不足する結果となる。
【０００６】
本発明では、上記した問題に鑑み、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、予混合燃焼時の燃焼状態の安定化を図り、エミッションの悪化や過早着火の発生を可及的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、予混合燃焼の燃焼状態が悪化すると考えられるときは、予混合燃焼時の燃料噴射を、予混合燃焼時の燃料噴射時期に近いプレ噴射と、その後のメイン噴射の二段に分割して行うこととした。
【０００８】
詳細には、本発明は、加圧された圧縮着火内燃機関の燃料を貯留する蓄圧室と、前記蓄圧室に貯留された燃料を前記圧縮着火内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関から排出される排気の一部を吸気系に再循環する排気再循環装置と、過給を行う過給機と、を備え、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御して圧縮行程上死点近傍
の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成するとともに、前記排気再循環装置によって再循環される排気量および前記過給機による過給を制御することで、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムであって、前記圧縮着火内燃機関において予混合燃焼が行われているとき、前記排気再循環装置によって再循環される排気量が該予混合燃焼に応じた所定排気量に足りていない場合、又は前記過給機による過給圧が該予混合燃焼に応じた所定過給圧に足りていない場合、予混合燃焼時の予混合燃料噴射を、予混合燃焼時の燃料噴射時期に近いプレ噴射と、該プレ噴射より後のメイン噴射とに変更し、且つ該プレ噴射の燃料噴射量を該メイン噴射の燃料噴射量より多い暫定燃料噴射状態とする燃焼制御手段を備える。
【０００９】
上記の圧縮着火内燃機関において予混合燃焼を行う場合は、燃料噴射を圧縮行程上死点近傍の時期、即ち通常燃焼時の燃料噴射時期より早い時期に行うことで、吸気と燃料がより混合された予混合気を形成する。これによって、ＮＯｘやスモークの抑制を図る。
【００１０】
そして、この予混合燃焼を広い燃焼領域で行うためには、排気再循環装置による排気の再循環、即ち気筒内への比較的多量のＥＧＲガスの供給と、過給機による過給、即ち気筒内への酸素の供給とが不可欠である。ＥＧＲガスの量が予混合燃焼に応じた適正値である前記所定排気量に足りていない場合は、燃焼温度が上昇し過早着火が生じやすくなる。特に、圧縮着火内燃機関の運転状態が高負荷領域に属する場合には過早着火が生じやすくなるため、予混合燃焼を行い得る燃焼領域が狭く制限される。また、過給機による過給圧が予混合燃焼に応じた適正値である前記所定過給圧に足りていない場合は、予混合燃焼時に十分な酸素を気筒内に供給できず煤の発生が顕著となる。尚、過給圧が低下することで、結果的に気筒内に供給されるＥＧＲガス量も低下する。
【００１１】
そこで、このように予混合燃焼時に、ＥＧＲガス又は過給圧の状態が予混合燃焼に適さない状態となったとき、燃焼制御手段による燃焼制御、特に燃料噴射弁からの燃料噴射が制御される。尚、本発明における予混合燃焼においては、予混合燃料を一回の燃料噴射で噴射する場合に限られず、気筒の内壁面に燃料が付着するのを回避する等の理由で複数回の燃料噴射によって予混合燃料を噴射する場合も含まれる。
【００１２】
この燃焼制御手段による制御の特徴点は、予混合燃焼時の燃料噴射を暫定燃料噴射状態とする点であって、詳細には、該予混合燃焼時の燃料噴射時期の近い時期に行われるプレ噴射と、該プレ噴射後のメイン噴射の二段噴射を行い、且つプレ噴射の燃料噴射量をメイン噴射の燃料噴射量より多い状態とする。この二段噴射においては、プレ噴射の燃料噴射時期を予混合燃焼時の燃料噴射時期の近くとし、且つメイン噴射よりプレ噴射の方が燃料噴射量が多い状態とされることで、圧縮着火内燃機関における燃焼状態を予混合燃焼から急激に変更することを回避し、燃焼状態が変更することによるショックの発生等を可及的に抑制する。
【００１３】
そして、燃料噴射の一部をメイン噴射として分割することで、実質的に予混合燃焼に供される燃料量を、プレ噴射の燃料噴射量に低下させる。これにより、ＥＧＲガスが予混合燃焼に適した状態となっていない場合には、過早着火の発生を抑制することが可能となる。また、過給圧が予混合燃焼に適した状態となっていない場合には、燃料噴射の一部をメイン噴射として分割することで、実質的に燃料噴射時期を遅角側に移行させていることになる。
【００１４】
この結果、燃焼制御手段による制御は、該制御を行うことで圧縮着火内燃機関における燃焼状態を急変させることなく予混合燃焼時の燃焼状態の安定化を図り、ＥＧＲガス又は過給圧の状態が予混合燃焼に適さない状態となることによるエミッションの悪化や過早着火の発生を、可及的に抑制することが可能となる。
【００１５】
また、上記の圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムにおいて、前記圧縮着火内燃機関においては、該圧縮着火内燃機関の運転状態が属する燃焼領域に応じて、前記予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とが切り替えて実行され、前記燃焼制御手段は、前記圧縮着火内燃機関において前記通常燃焼から前記予混合燃焼へ切り替えられたとき、前記排気再循環装置によって再循環される排気量が該予混合燃焼に応じた所定排気量に足りていない場合、又は前記過給機による過給圧が該予混合燃焼に応じた所定過給圧に足りていない場合、予混合燃焼時の予混合燃料噴射を前記暫定燃料噴射状態とし、その後、該排気量が該所定排気量に足りた場合、又は該過給圧が該所定過給圧に足りた場合、該暫定燃料噴射状態である燃料噴射を予混合燃焼時の予混合燃料噴射に戻すようにしてもよい。
【００１６】
上述の圧縮着火内燃機関においては、圧縮着火内燃機関の機関回転速度や機関負荷等によって決定される運転状態がどの燃焼領域に属するかによって、該内燃機関で行われる燃焼が決定される。例えば、予混合燃焼時の過早着火の生じやすさ等に基づいて予混合燃焼が行われる予混合燃焼領域が決定され、予混合燃焼の実行が困難である燃焼領域は通常燃焼領域として、通常燃焼が行われる。尚、通常燃焼時は、圧縮行程上死点近傍の時期に燃料を噴射するいわゆる拡散燃焼が行われる。
【００１７】
そして、圧縮着火内燃機関で通常燃焼が行われているときに圧縮着火内燃機関の運転状態が変動し、該運転状態が属する燃焼領域が、通常燃焼領域から予混合燃焼領域へ移行することで、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われる。ここで、圧縮着火内燃機関で行われる燃焼が通常燃焼から予混合燃焼へ切り替えられた場合、排気再循環装置によってＥＧＲガスが、又は過給機によって過給圧が、切替後の予混合燃焼に適した状態に制御される。しかし、圧縮着火内燃機関の吸気系の容積等によって、実際に気筒内に供給されるＥＧＲガス量や過給圧は予混合燃焼に適した状態に直ちに変化しない。即ち、圧縮着火内燃機関において、予混合燃焼が行われるべき時点において、気筒内の雰囲気が予混合燃焼に応じた雰囲気となっていない場合がある。
【００１８】
そこで、切り替えられた直後の予混合燃焼においてＥＧＲガスや過給圧の状態が予混合燃焼に応じた状態となっていない場合には、上述のように、予混合燃焼時の燃料噴射を行わずに、燃料噴射弁からの燃料噴射を燃焼制御手段によって暫定燃料噴射状態とすることで、上記のように予混合燃焼時の燃焼状態の安定化を図り、エミッションの悪化や過早着火の発生を、可及的に抑制することが可能となる。
【００１９】
更に、燃料噴射弁からの燃料噴射を燃焼制御手段による暫定燃料噴射状態とした後に、ＥＧＲガスや過給圧の状態が予混合燃焼に応じた状態に回復した場合は、暫定燃料噴射状態にある燃料噴射を予混合燃焼時の燃料噴射に戻し、予混合燃焼によってＮＯｘやスモークの抑制を図る。
【００２０】
ここで、上述までの圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムで、前記暫定燃料噴射状態にある燃料噴射における前記プレ噴射と前記メイン噴射との燃料噴射間隔は、前記プレ噴射の燃料噴射量と前記メイン噴射の燃料噴射量との比率にかかわらず、該メイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定となる所定間隔であってもよい。
【００２１】
前記燃料噴射弁は蓄圧室に繋がれており、これは常に一定圧の噴射圧を確保することで燃料噴射弁の開弁時間と燃料噴射量との関係を安定化させ、より正確な燃料噴射量の制御を主に目的とする。ここで、燃焼制御手段によって上記のプレ噴射が行われると、蓄圧室内の圧力が変動し、圧力脈動が生じる。従って、メイン噴射が行われるときの噴射圧が変化する結果、メイン噴射の燃料噴射量がばらつき、それを正確に制御することが困難とな
る。
【００２２】
しかし、蓄圧室の構造や容積、燃料噴射弁と蓄圧室との間の油路の距離等の物理的な関係等から、プレ噴射が行われた後であってもメイン噴射の燃料噴射量のばらつきが安定するプレ噴射とメイン噴射との燃料噴射間隔が存在し、これが上記の所定間隔である。従って、この所定間隔をもってプレ噴射とメイン噴射を行うことで、メイン噴射の燃料噴射量の安定したばらつきを加味した上で燃料噴射弁の開弁時間を制御して、メイン噴射の燃料噴射量を正確に制御することが可能となり、以て暫定燃料噴射状態における噴射燃料の燃焼状態をより安定化することが可能となる。
【００２３】
また、上述までの圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムで、前記暫定燃料噴射状態にある燃料噴射において、前記プレ噴射の燃料噴射開始時期は、前記予混合燃料噴射の燃料噴射開始時期と一致するようにしてもよい。これは、暫定燃料噴射状態における燃料噴射は、予混合燃焼に近い燃料噴射態様であるから、プレ噴射の燃料噴射開始時期を予混合燃焼の燃料噴射開始時期と一致させることで、予混合燃焼時の燃焼状態と、暫定燃料噴射状態にある噴射燃料の燃焼状態との、燃焼状態の変化を可及的に抑制し、燃焼状態の安定化を図ることが可能となる。
【００２４】
更に、予混合燃焼時の燃焼状態と、暫定燃料噴射状態にある噴射燃料の燃焼状態との、燃焼状態の変化を可及的に抑制し、燃焼状態の安定化を図るために、燃料噴射量に着目をして、前記暫定燃料噴射状態にある燃料噴射において、前記プレ噴射の燃料噴射量と前記メイン噴射の燃料噴射量の和は、予混合燃焼時の燃料噴射量と同量となるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、予混合燃焼時の燃焼状態の安定化を図り、エミッションの悪化や過早着火の発生を可及的に抑制することを行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
ここで、本発明に係る圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という。）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、所定圧に加圧された燃料を貯留する蓄圧室４と接続されている。内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管は排気ポートを介して燃焼室に接続される。ここで、吸気ポートおよび排気ポートには、各々吸気弁および排気弁が設けられている。
【００２８】
また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。更に、吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が、更に吸気絞り弁１０の上流側には、吸気管８を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ９が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。一方、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上
流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられたＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量調整用のＥＧＲ弁２４と、から構成される。
【００２９】
エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。ここで、過給機１６は、図２に示すように、低圧側過給機１６ｂと高圧側過給機１６ａが直列に構成される二段過給機である。先ず、排気によって低圧側過給機１６ｂによって一段階目の過給圧に加圧された後に下流の吸気管に設けられた吸気冷却用のインタークーラ１６ｃによって冷却され、更に高圧側過給機１６ａによって目的の過給圧へと加圧される。ここで、過給機１６における高圧側過給機１６ａは、いわゆる可変容量型遠心過給機であって、高圧側過給機１６ａの可変ノズルの開度が調整されることで、最終的に到達する過給圧を細かく調整することが可能となる。
【００３０】
また、過給機１６の高圧側過給機１６ａのタービン側に排気が流入するのを回避するためのバイパス路１７が、高圧側過給機１６ａの上流側の排気枝管１２の部位から、高圧側過給機１６ａのタービン側と低圧側過給機１６ｂのタービン側の間の排気通路の部位へと繋がっている。そして、後者の部位にはバイパス通路１７における排気の流れを制御する流路切替弁１８が設けられている。従って、流路切替弁１８が閉弁しているときは、排気は、高圧側過給機１６ａ、低圧側過給機１６ｂのタービン側に順次流れ込むことで、内燃機関１において比較的高い過給圧を発生させる。一方で、流路切替弁１８が開弁しているときは、排気は高圧側過給機１６ａのタービン側には流れ込まずに低圧側過給機１６ｂのタービン側にのみ流れ込む。従って、過給機１６によって行われる過給が一段過給となり、流路切替弁１８は閉弁されて二段過給される場合と比べて最終的な過給圧が低下する。流路切替弁１８による排気の流れの切替は、内燃機関１での燃焼に応じて行われ、その制御については後述する。
【００３１】
図１に戻って、過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６における高圧側過給機１６ａによって加圧されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、内燃機関１からの排気を浄化する排気浄化触媒１４が設けられている。
【００３２】
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００３３】
ここで、燃料噴射弁３は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期および燃料噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に応じて、噴射弁毎に制御され、以て内燃機関１において予混合燃焼や、通常燃焼が行われる。内燃機関１で行われる燃焼制御につては、後述する。また、ＥＧＲ弁２４、アクチュエータ１１、高圧側過給機１６ａの可変ノズルの開度、流路切替弁１８の開閉等も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。
【００３４】
更に、アクセル開度センサ２６がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回
転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。
【００３５】
更に、エアフローメータ９がＥＣＵ２０と電気的に接続され、吸気管８を流れる吸入空気量をＥＣＵ２０が取得する。また、気筒２内の圧力を検出する気筒内圧力センサ２７が設けられており、ＥＣＵ２０と電気的に接続されることで、ＥＣＵ２０は気筒内圧力を取得する。また、吸気枝管７内の吸気の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２８が設けられており、ＥＣＵ２０と電気的に接続されることで、ＥＣＵ２０は吸気の酸素濃度を取得する。また、吸気枝管７内の吸気圧を検出する吸気圧センサ２９が設けられており、ＥＣＵ２０と電気的に接続されることで、ＥＣＵ２０は吸気圧（過給圧）を取得する。
【００３６】
ここで、上記の内燃機関１においては、機関回転速度および機関負荷で表される内燃機関１の運転状態に基づいて、予混合燃焼と通常燃焼とが選択的に実行される。図３に、内燃機関１の運転状態の属する燃焼領域と内燃機関１で行われる燃焼との関係を示す。尚、図３に示すグラフの横軸は内燃機関１の機関回転速度で、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表す。ここで、内燃機関１の運転状態は機関回転速度と機関負荷とで表され、低負荷側の予混合燃焼領域Ｒ１、高負荷側の通常燃焼領域Ｒ２の何れかの燃焼領域に属する。
【００３７】
内燃機関１の機関負荷が大きくなり燃焼室に供給される燃料量が増大すると、又は機関回転速度が高くなり燃焼室内に予混合気を形成する実質的な時間が短くなると、燃焼室に形成される予混合気が均一とならず、過早着火が生じやすくなる。そこで、内燃機関１の運転状態が、過早着火を回避し得る予混合燃焼領域Ｒ１に属するときは予混合燃焼を行うことで、エミッションの改善や燃焼騒音の低減を図る。また、内燃機関１が、過早着火の回避が困難となる通常燃焼領域Ｒ２に属するときは予混合燃焼ではなく、いわゆる拡散燃焼である通常燃焼を行うことで、高機関出力の発揮を図る。
【００３８】
上述したように、内燃機関１の運転状態が属する燃焼領域に応じて、予混合燃焼又は通常燃焼が行われるが、予混合燃焼時には、燃料噴射時期が圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期において燃料噴射弁３から燃料が噴射されることで、気筒２内に予混合気が形成される。そして、予混合燃焼時の過早着火を抑制するために、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属すると、ＥＣＵ２０によってＥＧＲ弁２４の開度が、内燃機関１の運転状態が通常燃焼領域Ｒ２に属する場合よりも開き側に制御され、より多くのＥＧＲガスが吸気枝管７を経て気筒２内に供給される。即ち、予混合燃焼と通常燃焼が行われるときとでは、ＥＧＲ弁２４の開度は、それぞれの燃焼に適した開度に制御される。
【００３９】
更に、内燃機関１において予混合燃焼が行われるときは、比較的多量のＥＧＲガスとともに酸素を確保するために、比較的高い過給圧が要求される。そこで、予混合燃焼時には、流路切替弁１８を閉弁状態として内燃機関１における過給圧を上昇させる。一方で、通常燃焼時は、排気枝管１２内の排気圧の上昇に伴う燃焼状態の悪化を回避するために流路切替弁１８を開弁状態とする。
【００４０】
このように構成される内燃機関１において予混合燃焼が行われるとき、即ち、内燃機関１の運転状態が燃焼領域Ｒ１に属しているとき、気筒２内に供給されるＥＧＲ量が予混合燃焼に応じた適量（以下、「所定排気量」という。）に足りない場合、上述したように過早着火が生じる虞がある。また、同様に、内燃機関１における過給圧が予混合燃焼に応じた過給圧（以下、「所定過給圧」という。）に足りない場合、上述したように燃焼に供される酸素量が不足して、煤の発生が顕著となる虞がある。そこで、このような場合に、燃焼状態の安定化を図り、過早着火の発生や煤によるエミッションの悪化を抑制するための燃焼制御、特に燃料噴射弁３からの燃料噴射の制御について、図４および図５に基づいて説明する。
【００４１】
図４は、内燃機関１の燃焼状態に応じた燃料噴射弁３からの燃料噴射の様子を示す。予混合燃焼時の燃料噴射の様子は図４（ａ）に、通常燃焼時の燃料噴射の様子は図４（ｃ）に示される。そして、予混合燃焼時にＥＧＲ量が所定排気量に足りないことで、または過給圧が所定過給圧に足りないことで生じる過早着火の発生や煤によるエミッションの悪化を抑制するための燃料噴射の様子が図４（ｂ）に示されている。以下に、各燃料噴射の様子の詳細について、説明する。
【００４２】
予混合燃焼時は、図４（ａ）に示すように、圧縮行程上死点ＴＤＣより早い時期の予混合燃焼時噴射開始時期ＨＣＣＩ＿ａｉｎｊに、燃料噴射弁３から燃料噴射が行われる。尚、図中Ｑとあるのは、燃料噴射量を意味する。従って、本実施例においては、予混合燃焼時は、予混合燃焼時噴射開始時期ＨＣＣＩ＿ａｉｎｊに燃料噴射量２５の燃料噴射が行われている。図４中の燃料噴射量は一例示であり、本発明の実施例はこの燃料噴射量に限定されない。
【００４３】
ここで、予混合燃焼時にＥＧＲ量が所定排気量に足りない場合、または過給圧が所定過給圧に足りない場合には、図４（ｂ）に示される燃料噴射が行われる。図４（ｂ）に示す燃料噴射の状態を、暫定燃料噴射状態という。暫定燃料噴射状態では、早い時期行われるプレ噴射と該プレ噴射の後に行われるメイン噴射の二段噴射が行われる。暫定燃料噴射状態における燃料噴射は、予混合燃焼時の燃焼状態が急激に変化しないようにしつつ、ＥＧＲ量が所定排気量に足りないことで、または過給圧が所定過給圧に足りないことで生じる過早着火の発生や煤によるエミッションの悪化を抑制するものである。
【００４４】
そこで、予混合燃焼時の燃料噴射の一部をメイン噴射として分割することで、実質的に予混合燃焼に供される燃料量を、プレ噴射の燃料噴射量分に低下させる。これにより、ＥＧＲガス量が所定排気量に足りていない場合にも、過早着火の発生を抑制することが可能となる。また、過給圧が所定過給圧に足りていない場合には、燃料噴射の一部をメイン噴射として分割することで、実質的に燃料噴射時期を遅角側に移行させていることになる。更に、過給圧が低いことで結果的にＥＧＲガス量も低下しているため、図４（ｂ）に示すようにプレ噴射とメイン噴射の二段噴射を行うことで、煤によるエミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【００４５】
そして、プレ噴射の燃料噴射開始時期Ｐｒｅ＿ａｉｎｊは予混合燃焼時噴射開始時期ＨＣＣＩ＿ａｉｎｊと同時期であり、プレ噴射の燃料噴射量（Ｑ＝２３）とメイン噴射の燃料噴射量（Ｑ＝２）との和は、予混合燃焼時の燃料噴射量（Ｑ＝２５）と同量である。即ち、予混合燃焼時の燃料噴射から変更された暫定燃料噴射状態においては、予混合燃焼時の燃料噴射態様に近い燃料噴射が行われることで、燃焼状態が急激に変化するのが抑制される。
【００４６】
ここで、燃料噴射弁３からは蓄圧室４内に貯留された加圧燃料が噴射されるが、一度燃料噴射弁３が開弁すると蓄圧室４内の圧力が局所的に低下し、その圧力の変動波が蓄圧室４の内壁に反射されて圧力脈動が生じる。この圧力脈動は時間の経過とともに減衰するが、まだ圧力脈動が顕著なときに再び燃料噴射弁３から燃料噴射を行うべく開弁しても、燃料噴射弁３の噴射圧がばらつくため開弁時間と燃料噴射量との関係がばらつき正確な燃料噴射量の制御が困難となる。これは、図４（ｂ）に示すようなプレ噴射とメイン噴射の二段噴射を行う場合、メイン噴射の燃料噴射量のばらつきの要因になる。
【００４７】
更に、プレ噴射の燃料噴射量が多いほど蓄圧室４内の圧力変動が大きくなるため、メイン噴射の燃料噴射量のばらつきも大きくなる傾向がある。メイン噴射量のばらつきが大きくなると、暫定燃料噴射状態において正確な燃料噴射が困難となり、却って燃焼状態が不
安定となったりエミッションが悪化したりする虞がある。
【００４８】
そこで、暫定燃料噴射状態においては、プレ噴射とメイン噴射との燃料噴射間隔が所定間隔Ｐｉｎｔ２に維持される。この所定間隔Ｐｉｎｔ２は、燃料噴射弁３と蓄圧室４との相関によって決定される時間である。図５に、燃料噴射弁３からプレ噴射を行いその後メイン噴射を行ったときの、該メイン噴射の燃料噴射量のばらつきを実験によって計測した結果である。図５のグラフの横軸は、プレ噴射とメイン噴射との燃料噴射間隔であり、縦軸はメイン噴射の燃料噴射のばらつきΔＱである。このばらつきは、目標とする燃料噴射量を達成する開弁時間において、燃料噴射弁３から実際に噴射された燃料噴射量と目標とする燃料噴射量との差である。
【００４９】
図５中には、プレ噴射とメイン噴射の合計燃料噴射量は同量であって、プレ噴射の燃料噴射量とメイン噴射の燃料噴射量との比率が異なる三通りの燃料噴射態様において、燃料噴射間隔に対するメイン噴射の燃料噴射量のばらつきが示されている。このように、プレ噴射とメイン噴射との関係によって、メイン噴射の燃料噴射量のばらつきは変動するが、その中でも、プレ噴射の燃料噴射量とメイン噴射の燃料噴射との比率にかかわらず、該メイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定となる燃料噴射間隔が存在する。本実施例においては、燃料噴射間隔が２．５ｍｓｅｃ近傍のときに、メイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定となると認められる。
【００５０】
これは、プレ噴射において燃料噴射弁３が開弁することで蓄圧室４内に生じる圧力脈動が、蓄圧室４の形状や燃料噴射弁３と蓄圧室４との接続状態によって、略一定となることが原因の一つと考えられ得る。従って、このメイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定となる燃料噴射間隔は、実際の燃料噴射弁３や蓄圧室４の状況に応じて決定される。
【００５１】
ここで、暫定燃料噴射状態における所定間隔Ｐｉｎｔ２を２．５ｍｓｅｃ近傍の時間に設定すると、プレ噴射とメイン噴射の相関にかかわらずメイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定とすることが可能となるため、そのばらつきを解消すべくメイン噴射における燃料噴射弁３の開弁時間を調整することで、メイン噴射の燃料噴射量をより正確に制御することが可能となる。
【００５２】
また、暫定燃料噴射状態においては、プレ噴射の燃料噴射開始時期Ｐｒｅ＿ａｉｎｊは、予混合燃焼時噴射開始時期ＨＣＣＩ＿ａｉｎｊと同時期とし、該プレ噴射における燃料噴射弁３の開弁時間τ１は目標の燃料噴射量（Ｑ＝２３）を噴射し得る時間である。そして、プレ噴射の終了後、所定間隔Ｐｉｎｔ２をもってメイン噴射が開始される。従って、メイン噴射の燃料噴射開始時期Ｍａｉｎ＿ａｉｎｊは、プレ噴射の燃料噴射開始時期Ｐｒｅ＿ａｉｎｊから、プレ噴射の開弁時間τ１と所定間隔Ｐｉｎｔ２が経過した時期となる。そのため、プレ噴射の開弁時間τ１と所定間隔Ｐｉｎｔ２次第で、メイン噴射の燃料噴射開始時期Ｍａｉｎ＿ａｉｎｊが圧縮行程上死点ＴＤＣの前後の何れになるかが決定される。
【００５３】
また、通常燃焼時は、図４（ｃ）に示すように、圧縮行程上死点近傍のメイン噴射に加えて、該メイン噴射より早い時期のパイロット噴射が行われる。このパイロット噴射は、暫定燃料噴射状態のプレ噴射とは異なり、図５に示すメイン噴射の燃料噴射量のばらつきを可及的に抑制し得る燃料噴射間隔をメイン噴射に対して有する燃料噴射ではなく、メイン噴射による燃焼騒音を可及的に抑制し得るパイロット用燃料噴射間隔Ｐｉｎｔ０をメイン噴射に対して有する燃料噴射である。
【００５４】
従って、通常燃焼時は、パイロット噴射によって生じるメイン噴射の燃料噴射量のばらつき抑制より、メイン噴射の燃焼騒音の抑制を優先して、パイロット噴射とメイン噴射の
燃料噴射間隔が設定される。そこで、パイロット噴射の燃料噴射開始時期Ｐｉｌｏｔ＿ａｉｎｊは、メイン噴射の燃料噴射開始時期Ｍａｉｎ＿ａｉｎｊより、パイロット噴射の開弁時間τ２とパイロット用燃料噴射間隔Ｐｉｎｔ０前の時期となる。
【００５５】
尚、図４（ｃ）に示す通常燃焼時の燃料噴射量が、パイロット噴射でＱ＝２、メイン噴射でＱ＝２５となり、合計でＱ＝２７となっているのは、図４（ａ）に示す予混合燃焼から図４（ｃ）に示す通常燃焼への移行の過程で、内燃機関１の機関負荷が増加していることに対応して、燃料噴射量の合計が増加したものである。換言すると、その逆方向での燃焼の移行の過程で、内燃機関１の機関負荷が減少していることに対応して、燃料噴射量の合計が減少したものとも言い得る。
【００５６】
次に、内燃機関１の機関負荷が変動して、内燃機関１の運転状態が属する燃焼領域が通常燃焼領域Ｒ２から予混合燃焼領域Ｒ１へ変化したとき、通常燃焼から予混合燃焼への切替を行う必要がある。しかし、このような場合であっても、ＥＣＵ２０からの指令によってＥＧＲ弁２４の開度が通常燃焼から予混合燃焼に適した開き側の開度に制御されても、吸気枝管７やＥＧＲ通路２２の容積等によって気筒２内に供給されるＥＧＲガス量が予混合燃焼に適した所定排気量に直ちに変化しない。同様に、ＥＣＵ２０からの指令によって流路切替弁１８が閉じられても、内燃機関１における過給圧が予混合燃焼に適した所定過給圧に直ちに変化しない。その結果、燃焼状態が不安定になったりエミッションが悪化したりする虞がある。
【００５７】
そこで、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われた直後に、燃焼状態が不安定になったりエミッションが悪化したりしないように、燃料噴射弁３からの燃料噴射を介して燃焼が制御される。その燃焼制御について、図６に基づいて説明する。尚、本実施例における燃焼制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００５８】
Ｓ１０１では、内燃機関１の機関回転速度と機関負荷で表される運転状態が、通常燃焼領域Ｒ２に属しているか否かが判定される。該運転状態が通常燃焼領域Ｒ２に属していると判定されるとＳ１０２へ進み、該運転状態が通常燃焼領域Ｒ２に属していないと判定されると本制御を終了する。尚、該運転状態が通常燃焼領域Ｒ２に属しているときは、図４（ｃ）に示す燃料噴射が行われている。
【００５９】
Ｓ１０２では、Ｓ１０１で通常燃焼領域Ｒ２に属していると判定された内燃機関１の運転状態が、予混合燃焼領域Ｒ１に移行したか否かが判定される。即ち、内燃機関１での燃焼を通常燃焼から予混合燃焼へと切り替える条件である燃焼領域の変更が生じたかを判定する。該運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に移行したと判定されると、Ｓ１０３へ進む。該運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に移行していないと判定されると、本制御を終了する。
【００６０】
Ｓ１０３では、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属したことをもって、図４（ａ）に示した予混合燃焼時の燃料噴射が開始される。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００６１】
Ｓ１０４では、気筒２内に供給されるＥＧＲ量が所定排気量に足りていないか、または内燃機関１における吸気圧が所定過給圧に足りていないかが判定される。即ち、ＥＧＲ量と吸気圧の状態が予混合燃焼に応じた状態であるかが判定される。尚、気筒２内に供給されるＥＧＲ量は、酸素濃度センサ２８や吸気圧センサ２９からの信号に基づいて推定され、内燃機関１における過給圧は吸気圧センサ２９からの信号に基づいて検出される。気筒２内に供給されるＥＧＲ量が所定排気量に足りていないか、または内燃機関１における吸気圧が所定過給圧に足りていないかの少なくとも何れかが成立する場合はＳ１０５へ進み、それ以外の場合はＳ１０８へ進む。
【００６２】
Ｓ１０５では、図４（ｂ）に示す暫定燃料噴射状態となる燃料噴射が開始される。即ち、燃料噴射がプレ噴射とメイン噴射の二段で構成され、且つその燃料噴射間隔が所定間隔Ｐｉｎｔ２に維持される。更に、プレ噴射の燃料噴射開始時期が、予混合燃焼時の燃料開始時期と一致し、且つプレ噴射とメイン噴射とによる総燃料噴射量は、予混合燃焼時の燃料噴射量と一致する。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００６３】
Ｓ１０６では、暫定燃料噴射状態となる燃料噴射を行う際に、目標とする量の燃料が噴射されるべく、プレ噴射およびメイン噴射における燃料噴射弁３の開弁時間が調整される。具体的には、燃料噴射弁３からの実際の燃料噴射量は、蓄圧室４内の所定圧（即ち、燃料の噴射圧）と気筒２内の圧力との圧力差に影響され得る。即ち、燃料噴射弁３の開弁時期において、気筒２内の圧力が高くなるに従い、単位時間あたりの燃料噴射量は減少する。
【００６４】
そこで、気筒内圧力センサ２７によって検出される気筒内圧力や、吸気圧センサ２９によって検出される吸気圧、更にはプレ噴射やメイン噴射の燃料噴射条件に基づいて、燃料噴射弁３の開弁時間を補正し、プレ噴射やメイン噴射で目標とする燃料が噴射されるようにする。例えば、吸気圧センサ２９によって検出される吸気圧が高くなるに従い、目標とする量の燃料を噴射するために燃料噴射弁３の開弁時間を長く補正し、またプレ噴射時よりメイン噴射時の方が気筒２内の圧力は高くなるので、メイン噴射時は目標とする量の燃料を噴射するために燃料噴射弁３の開弁時間を、プレ噴射時より長く補正する。
【００６５】
また、メイン噴射時の燃料噴射弁３の開弁時間を決定するに際しては、プレ噴射とメイン噴射との燃料噴射間隔を所定間隔Ｐｉｎｔ２とすることで安定的に生じるメイン噴射量のばらつきも考慮する。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０７へ進む。
【００６６】
Ｓ１０７では、気筒２内に供給されるＥＧＲ量が所定排気量に足り、且つ内燃機関１における過給圧が所定過給圧に足りているかが判定される。即ち、ＥＧＲ量と吸気圧の状態が予混合燃焼に応じた状態であるかが判定される。該ＥＧＲ量が所定排気量に足りており、且つ該過給圧が所定過給圧に足りている場合はＳ１０８へ進み、それ以外の場合はＳ１０６以降の処理が再度行われる。
【００６７】
Ｓ１０８では、図４（ｂ）に示す暫定燃料噴射状態の燃料噴射が行われているときは、それを中止して図４（ａ）で示す予混合燃焼時の燃料噴射を再開する。既に図４（ａ）に示す予混合燃焼時の燃料噴射が行われているときは、それを継続する。Ｓ１０８の処理後、本制御を終了する。
【００６８】
本制御によると、内燃機関１において通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われたとき、ＥＧＲガス量または過給圧が予混合燃焼に応じた状態となっていない場合には、燃料噴射状態を暫定燃料噴射状態とすることで、予混合燃焼時の燃焼状態の安定化を図り、エミッションの悪化や過早着火の発生を可及的に抑制することが可能となる。また、本制御において、主にＳ１０４からＳ１０８までの処理が本発明における燃焼制御手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムが適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムに用いられる二段過給機の概略構成を表す図である。
【図３】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムにおいて、圧縮着火内燃機関の運転状態が属する燃焼領域を示す図である。
【図４】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムによって行われる、燃料噴射弁からの燃料噴射の様子を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムにおいて燃料噴射弁から二段噴射を行う際の、後側の燃料噴射における燃料噴射量のばらつきと、二段噴射の燃料噴射間隔との相関を示す図である。
【図６】本発明の第一の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムにおいて、通常燃焼から予混合燃焼への切替時に行われる燃焼制御に関するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・・圧縮着火内燃機関（内燃機関）
７・・・・吸気枝管
８・・・・吸気管
１２・・・・排気枝管
１６・・・・過給機
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・ＥＧＲ装置
２５・・・・クランクポジションセンサ
２６・・・・アクセル開度センサ
２７・・・・気筒内圧力センサ
２８・・・・酸素濃度センサ
２９・・・・吸気圧センサ
Ｒ１・・・・予混合燃焼領域
Ｒ２・・・・通常燃焼領域
Ｐｉｎｔ２・・・・所定間隔
Ｐｉｎｔ０・・・・パイロット用燃料噴射間隔
【図１】
2006046299.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006046299.tif 000006
【図５】
2006046299.tif 000007
【図６】
2006046299.tif 000008