(57)【要約】【課題】  装置の簡素化を図りつつ、燃焼の成立ウインドウが狭い燃焼方式を確実に実現することができるディーゼル機関の制御装置を提供する。【解決手段】  燃料の噴射時期を圧縮上死点付近に設定してディーゼル燃焼を行うディーゼル燃焼制御手段(S201)と、噴射時期をディーゼル燃焼に比して進角させる一方、燃焼室内にて圧縮された混合気を自発火によって燃焼させる予混合圧縮着火燃焼に比して遅角させて予混合燃焼を行う予混合燃焼制御手段(S208)と、吸気温度、機関回転速度、及び燃料噴射量に基づき、ディーゼル燃焼と予混合燃焼との切り換え判定を行う燃焼切り換え手段(S203,S204,S205)とを具備する。【選択図】      図２
2006132390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内にて圧縮された空気に燃料を噴射し、該燃料を自発火によって燃焼させるディーゼル機関において、
前記燃料の噴射時期を圧縮上死点付近に設定してディーゼル燃焼を行うディーゼル燃焼制御手段と、
前記噴射時期を前記ディーゼル燃焼に比して進角させる一方、予め空気と燃料とを混合し、前記燃焼室内にて圧縮された混合気を自発火によって燃焼させる予混合圧縮着火燃焼に比して遅角させた予混合燃焼を行う予混合燃焼制御手段と、
吸気温度、機関回転速度、及び燃料噴射量に基づき、前記ディーゼル燃焼と前記予混合燃焼との切り換え判定を行う燃焼切り換え手段と
を具備することを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
【請求項２】
前記ディーゼル燃焼制御手段によるディーゼル燃焼の制御条件に係わる演算と、前記予混合燃焼制御手段による予混合燃焼の制御条件に係わる演算とは、並行して行われていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の制御装置。
【請求項３】
前記予混合燃焼制御手段は、前記噴射時期を前記ディーゼル燃焼に比して進角させる一方、予め空気と燃料とを混合し、前記燃焼室内にて圧縮された混合気を自発火によって燃焼させる予混合圧縮着火燃焼に比して遅角させるとともに、圧縮比を前記ディーゼル燃焼に比して下げ、前記機関から排出される排気の吸気系への還流率を前記ディーゼル燃焼に比して上げ、空気過剰率を前記ディーゼル燃焼に比して下げた予混合燃焼を行うことを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル機関の制御装置に係り、詳しくは、ディーゼル燃焼と予混合圧縮着火燃焼との間に位置する予混合燃焼を行うディーゼル機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼル燃焼では、燃焼室内に空気を取り込んで圧縮し、この圧縮された空気に燃料を噴射し、この燃料を自発火によって燃焼させる。
これに対して、燃料の噴射時期を大幅に早めて着火遅れ期間を長くした燃焼方式、つまり、予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）がある。この燃焼方式によれば燃料の希薄な混合気が形成され、その燃焼が低温で行われることからＮＯｘやスモークの発生を抑えることが可能となる。そして、燃焼方式を適宜切り換え可能にした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２７６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述のディーゼル燃焼やＨＣＣＩ燃焼の他、これらの中間に位置する予混合燃焼の方式がある。具体的には、噴射時期がディーゼル燃焼の場合よりも早めるが、ＨＣＣＩ燃焼の場合よりも遅くなるように設定されている。そして、この方式の場合には、噴射時期を大幅に早めなくても着火遅れ期間が確保され、燃料の希薄な混合気を形成させるのでＮＯｘやスモークの発生が抑えられる。
【０００４】
しかしながら、この予混合燃焼方式は、吸気温度や機関の暖気状態などの各種条件の許容範囲が限定されており、これら総てを満たすことによって初めて成立する。換言すれば、当該燃焼方式はその燃焼の成立ウインドウが狭いとの問題がある。また、この燃焼方式では過渡運転時の制御が難しいとの問題もある。
更に、当該燃焼方式では、噴射時期が早められていることから、狙い通りの着火遅れ期間を確保できない場合には過早着火し、異常燃焼を起こしてノッキングを招き、却ってＮＯｘやスモークが発生するという問題がある。
【０００５】
この問題の解決にあたり、上記特許文献１の如く、酸素濃度を考慮して燃焼の成立を判定することも考えられる。しかし、これでは、制御装置の構成が複雑になるし、機関の制御も困難になることが懸念される。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、装置の簡素化を図りつつ、燃焼の成立ウインドウが狭い燃焼方式を確実に実現することができるディーゼル機関の制御装置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】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載のディーゼル機関の制御装置は、燃焼室内にて圧縮された空気に燃料を噴射し、燃料を自発火によって燃焼させるディーゼル機関であって、燃料の噴射時期を圧縮上死点付近に設定してディーゼル燃焼を行うディーゼル燃焼制御手段と、噴射時期をディーゼル燃焼に比して進角させる一方、予め空気と燃料とを混合し、燃焼室内にて圧縮された混合気を自発火によって燃焼させる予混合圧縮着火燃焼に比して遅角させて予混合燃焼を行う予混合燃焼制御手段と、吸気温度、機関回転速度、及び燃料噴射量に基づき、ディーゼル燃焼と予混合燃焼との切り換え判定を行う燃焼切り換え手段とを具備することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、ディーゼル燃焼制御手段によるディーゼル燃焼の制御条件に係わる演算と、予混合燃焼制御手段による予混合燃焼の制御条件に係わる演算とは、並行して行われていることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、予混合燃焼制御手段は、噴射時期をディーゼル燃焼に比して進角させる一方、予め空気と燃料とを混合し、燃焼室内にて圧縮された混合気を自発火によって燃焼させる予混合圧縮着火燃焼に比して遅角させるとともに、圧縮比をディーゼル燃焼に比して下げ、機関から排出される排気の吸気系への還流率をディーゼル燃焼に比して上げ、空気過剰率をディーゼル燃焼に比して下げた予混合燃焼を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
従って、請求項１記載の本発明のディーゼル機関の制御装置によれば、燃焼切り換え手段が特に吸気温度に基づいてディーゼル燃焼と予混合燃焼とを切り換えているので、従来の如く酸素濃度を考慮する場合に比して制御装置の構成が簡素化される。しかも、ディーゼル機関の制御も容易になる。
また、ディーゼル燃焼との間にて切り換えられる上記予混合燃焼は、その燃焼の成立ウインドウが狭いものであるが、吸気温度、機関回転速度、及び燃料噴射量に基づいて切り換え判定されて確実に成立する。この結果、車両への展開が容易になる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明によれば、ディーゼル燃焼制御及び予混合燃焼制御の双方が同時に演算されていることから、各制御を迅速に選択可能となる。
更に、請求項３記載の発明によれば、予混合燃焼制御手段が、着火遅れ期間がディーゼル燃焼と予混合圧縮着火燃焼との間に位置する予混合的な燃焼を行うので、大幅に噴射時期を早めなくて済み、且つ、ディーゼル燃焼に比して排気浄化を大幅に促進可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、ディーゼル機関（以下、単にエンジンという）１の全体構成図である。当該エンジン１には本発明の一実施形態に係るディーゼル機関の制御装置が適用される。
同図に示されるように、エンジン１の各気筒２には、燃料噴射弁１８が燃焼室４に臨むように配設されている。この燃料噴射弁１８は各気筒共通のコモンレール２０に接続され、コモンレール２０は燃料ポンプ２２に接続されている。
【００１１】
また、各気筒２には吸気通路８と排気通路２６とが接続されている。そして、新気は吸気弁６の開弁により吸気通路８を介して燃焼室４に導入され、排気は排気弁２４の開弁により排気通路２６を介して燃焼室４から導出される。
吸気通路８の上流側には過給機１４が介装され、吸気通路８の先端部にはエアクリーナ１６が接続されている。また、吸気通路８には給気スロットル１０が配設され、更に、インタークーラ１２が介装されている。
【００１２】
一方、排気通路２６の下流側にはＮＯｘ触媒２８及び酸化触媒２９が接続されている。ＮＯｘ触媒２８は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸蔵するのに対し、排気空燃比がリッチ等で排気中にＨＣやＣＯが存在するときに、吸蔵したＮＯｘの放出還元を行う機能を有する。酸化触媒２９はＨＣやＣＯの酸化浄化を行う機能を有する。
また、排気通路２６からはＥＧＲ通路３０が分岐して延びており、このＥＧＲ通路３０の先端は、吸気通路８の給気スロットル１０の配設位置よりも下流側にて吸気通路８に接続されている。ＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲガスの冷却を図るＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲバルブ３４とが設けられ、ＥＧＲバルブ３４によってＥＧＲ通路３０の流路面積が調節される。
【００１３】
エアクリーナ１６からの新気は、過給機１４を介して吸気通路８に入ってインタークーラ１２に達し、給気スロットル１０で調整された後にＥＧＲガスと合流し、各気筒２の吸気弁６の開弁に伴って燃焼室４内に導かれる。この新気はピストン３の上昇に伴って圧縮される。そして、燃料噴射弁１８が所定タイミング、例えば圧縮上死点近傍で開弁された場合には、コモンレール２０内の高圧燃料が燃料噴射弁１８からピストン３の頭部に向けて噴射され、圧縮空気中で着火・燃焼してピストン３を押し下げ、クランク軸３６及びフライホイール３８を作動させる。燃焼が終了すると、排気は排気通路２６に排出され、ＮＯｘ触媒２８、酸化触媒２９及び図示しないマフラを経て大気中に放出される。
【００１４】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）４６が設置されている。
このＥＣＵ４６の入力側には、吸気温度Ｔａを検出する吸気温度センサ４０、エンジン回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ４２、アクセル操作量を検出するアクセル開度センサ４４等のエンジン１の運転状態を検出する各種センサが電気的に接続されている。これに対してＥＣＵ４６の出力側には、燃料噴射弁１８、給気スロットル１０及びＥＧＲバルブ３４等の各種アクチュエータが電気的に接続されている。
【００１５】
そして、ＥＣＵ４６では、上記アクセル操作量及びエンジン回転速度Ｎｅに基づき、図示しないマップから燃料噴射量Ｑｆを算出する。次いで、エンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆに基づき、図示しないマップから燃料噴射時期ＩＴを算出し、これらの算出値に基づいて燃料噴射弁１８を駆動制御する。このように、燃料噴射弁１８の開弁状態の制御によって、燃料噴射量や噴射時期は自由に設定可能となる。
【００１６】
また、ＥＣＵ４６では、燃焼室４における圧縮前の最大容積と圧縮後の最小容積とから圧縮比が算出され、更に、ＥＧＲバルブ３４や給気スロットル１０の開度に応じてＥＧＲ率も算出される。また、エンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆの算出値に基づき、図示しないマップから空気過剰率が算出される。
ここで、本実施形態のＥＣＵ４６では、エンジン１の運転状態に応じて燃焼方式が切り換えられ、燃料噴射時期ＩＴの大幅な変更が行われる。具体的には、ＥＣＵ４６には、ディーゼル燃焼制御部（ディーゼル燃焼制御手段）４８と、予混合燃焼制御部（予混合燃焼制御手段）５０と、燃焼切り換え部（燃焼切り換え手段）５２とが備えられている。
【００１７】
このディーゼル燃焼制御部４８では、燃料噴射時期ＩＴを圧縮上死点付近（本実施形態では２０°ＢＴＤＣから５°ＡＴＤＣの範囲）に設定している。また、圧縮比を約１６から１８とし、ＥＧＲ率を約２０％以内、且つ、空気過剰率を約１．６に設定し、一般的なディーゼル燃焼が行われるように演算する。
一方、予混合燃焼制御部５０では、上記ディーゼル燃焼とＨＣＣＩ燃焼との中間に位置する燃焼が行われるように演算する。詳しくは、本実施形態においては、当該燃焼方式による燃料噴射時期ＩＴを圧縮上死点前の約３０°ＣＡ（３０°ＢＴＤＣ）、つまり、上記ディーゼル燃焼に比して進角させるが、ＨＣＣＩ燃焼の如くの約１２０°ＢＴＤＣよりは遅角させている。
【００１８】
また、予混合燃焼制御部５０では、圧縮比を上記ディーゼル燃焼の場合に比して約１２から１４の範囲内に下げる。更に、ＥＧＲ率を上記ディーゼル燃焼の場合に比して約５０％程度に上げる。また、空気過剰率を上記ディーゼル燃焼の場合に比して約１．２５近傍に下げている。
そして、燃焼切り換え部５２では、吸気温度Ｔａ、エンジン回転速度Ｎｅ、及び燃料噴射量Ｑｆに基づき、この予混合燃焼方式が成立するか否かというディーゼル燃焼と予混合燃焼との切り換え判定を行い、この判定結果に応じて各種アクチュエータに信号を出力する。
【００１９】
図２には燃焼方式の切り換え制御のフローチャートが示されている。以下、上記の如く構成されたディーゼル機関の制御装置の制御手順について説明する。
同図のステップＳ２０１では、ディーゼル燃焼制御部４８を介して一般的なディーゼル燃焼が行われる。次いで、ステップＳ２０２に進み、吸気温度センサ４０、クランク角センサ４２及びアクセル開度センサ４４の検出信号に基づいて吸気温度Ｔａ、エンジン回転速度Ｎｅや燃料噴射量Ｑｆを読み込み、ステップＳ２０３に進む。
【００２０】
このステップＳ２０３からステップＳ２０５では、燃焼切り換え部５２にて上記ディーゼル燃焼とＨＣＣＩ燃焼との中間に位置する予混合燃焼が成立するか否かを判別している。詳しくは、ステップＳ２０３では、吸気温度Ｔａが当該燃焼成立に必要な温度Ｔａ１からＴａ２の範囲内にあるか否かを判別する。そして、吸気温度Ｔａがこの限定された温度範囲内であると判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ２０４に進み、エンジン回転速度Ｎｅがこの燃焼成立に必要な温度Ｎｅ１からＮｅ２の範囲内にあるか否かを判別する。そして、エンジン回転速度Ｎｅがこの限定された速度範囲内であると判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ２０５に進む。次いで、このステップＳ２０５では、燃料噴射量Ｑｆが当該燃焼成立に必要な噴射量Ｑｆ１からＱｆ２の範囲内にあるか否かを判別する。そして、燃料噴射量Ｑｆがこの限定された噴射量範囲内であると判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ２０６に進む。
【００２１】
一方、ステップＳ２０３の吸気温度Ｔａ、ステップＳ２０４のエンジン回転速度Ｎｅ、及びステップＳ２０５の燃料噴射量Ｑｆのうち、いずれかの値が上記燃焼成立に必要な範囲内にないと判定された場合には、予混合燃焼が成立しないとされ、ステップＳ２０１に戻ってディーゼル燃焼が行われる。
ステップＳ２０６では、予混合燃焼が成立する状態にあるものの、直ちには予混合燃焼を実施させない。つまり、このステップＳ２０６では、ディーゼル燃焼制御部４８を介して一般的なディーゼル燃焼が依然として継続され、これと同時に、予混合燃焼制御部５０にて予混合燃焼を実行するための噴射量や噴射時期等の演算がなされる。
【００２２】
次いで、ステップＳ２０７では、燃焼切り換え部５２にて予混合燃焼の成立後所定期間Ｔが経過しているか否かを判別する。そして、所定期間Ｔが経過していると判定されるまでこの判別を行い、所定期間Ｔの経過後にはステップＳ２０８に進み、このステップＳ２０８では、予混合燃焼に関する条件を満たす限り、予混合燃焼制御部５０を介して予混合燃焼が行われる。
【００２３】
以上のように、本実施形態では、装置の簡素化を図りつつ、一般的なディーゼル燃焼とＨＣＣＩ燃焼との間に位置する予混合的な燃焼を車両に搭載するエンジンとして実現させることに着目したものである。
従って、本実施形態のディーゼル機関の制御装置によれば、この予混合燃焼は、その燃焼の成立ウインドウが狭いものであるが、吸気温度Ｔａ、エンジン回転速度Ｎｅ、及び燃料噴射量Ｑｆの各条件が総て満たされた場合に限り、ディーゼル燃焼から切り換えられて成立する。一方、その他の場合にはディーゼル燃焼が維持される。この結果、上記予混合燃焼が確実に行われるので、異常燃焼が回避され、且つ、ディーゼル燃焼に比して排気浄化も大幅に促進可能となる。しかも、車両への展開が容易になる。
【００２４】
また、燃焼切り換え部５２が特に吸気温度Ｔａに基づいてディーゼル燃焼と予混合燃焼とを切り換えているので、従来の如く酸素濃度を考慮する場合に比して制御装置の構成が簡素化されるし、エンジン１の制御も容易になる。
更に、予混合燃焼に関する条件を満たしても、ディーゼル燃焼制御部４８と予混合燃焼制御部５０との双方にて同時に演算が継続されている。よって、仮にエンジン運転環境の変化に伴っていずれの燃焼方式を選択する場合であっても、その切り換えが容易になる。
【００２５】
しかも、ヒステリシスを用い、予混合燃焼が成立しても、所定期間Ｔが経過しなければ予混合燃焼制御が行われないので、燃焼方式の切り換え時における排気浄化の低下も最小限に抑制可能となる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００２６】
例えば、ディーゼル燃焼方式と予混合燃焼方式との間の切り換え時には、ヒステリシスの他、ステップ状に変更させる所謂なまし制御も適宜追加可能である。これにより、切り換え後の立ち上がりがスムーズになる。
また、上記のヒステリシスやなまし制御は、予混合燃焼制御部５０の演算にも適用可能である。つまり、燃料噴射時期、圧縮比、ＥＧＲ率及び空気過剰率のうち成立させ易いものに適用することもできる。一例を挙げれば、燃料噴射時期ＩＴの進角制御移行時にヒステリシスを多く用いれば、狙い通りの着火遅れ期間が確実に確保され、過早着火がより一層回避可能となる。
【００２７】
更に、予混合燃焼に関する条件としては、吸気温度Ｔａ、エンジン回転速度Ｎｅ、及び燃料噴射量Ｑｆの他、気象や路面状態等の運転環境条件をも加味しても良い。
なお、燃焼切り換え部５２は、上記予混合燃焼のみならず、ディーゼル燃焼とＨＣＣＩ燃焼とのにも切り換えも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るディーゼル機関の制御装置が適用されるシステム構成図である。
【図２】図１の制御装置における燃焼方式の切り換え制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１  ディーゼル機関
４  燃焼室
１８  燃料噴射弁
３０  ＥＧＲ通路
４０  吸気温度センサ
４２  クランク角センサ
４４  アクセル開度センサ
４６  ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
４８  ディーゼル燃焼制御部（ディーゼル燃焼制御手段）
５０  予混合燃焼制御部（予混合燃焼制御手段）
５２  燃焼切り換え部（燃焼切り換え手段）
【図１】
2006132390.tif 000003
【図２】
2006132390.tif 000004