(57)【要約】【課題】予混合圧縮自着火燃焼が行われる機会を増やす。【解決手段】機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するときには、予混合圧縮自着火燃焼を行うために、第１のベース予燃料噴射時期に第１の予燃料噴射を行い、次いで第２のベース予燃料噴射時期に第２のベース予燃料噴射量だけ第２の予燃料噴射を行い、次いで主燃料噴射を行う。機関運転状態が第２の領域Ｒ２内又は第３の領域Ｒ３内に属するときには、予混合圧縮自着火燃焼を行うために、第１の予燃料噴射を行うことなく、第２のベース予燃料噴射時期よりも早い時期に、第２のベース予燃料噴射量よりも多い量だけ第２の予燃料噴射を行い、次いで主燃料噴射を行う。機関運転状態が第４の領域Ｒ４内に属するときには、拡散燃焼を行うための燃料噴射を行う。【選択図】図４
2018123700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、
筒内酸素密度が、あらかじめ定められた第１の下限値よりも高くかつあらかじめ定められた第１の上限値よりも低いか、前記第１の下限値よりも低くかつあらかじめ定められた第２の下限値よりも高いか、前記第１の上限値よりも高くかつあらかじめ定められた第２の上限値よりも低いか、前記第２の下限値よりも低いか、前記第２の上限値よりも高いか、を判断するように構成されている判断部と、
燃料噴射制御部であって、
前記筒内酸素密度が前記第１の下限値よりも高くかつ前記第１の上限値よりも低いと判断されたときに、予混合圧縮自着火燃焼を行うために、第１のベース予燃料噴射時期に第１の予燃料噴射を行い、次いで第２のベース予燃料噴射時期に第２のベース予燃料噴射量だけ第２の予燃料噴射を行い、次いで主燃料噴射を行い、
前記筒内酸素密度が前記第１の下限値よりも低くかつ第２の下限値よりも高いと判断されるか又は前記第１の上限値よりも高くかつ第２の上限値よりも低いと判断されたときに、予混合圧縮自着火燃焼を行うために、前記第１の予燃料噴射を行うことなく、前記第２のベース予燃料噴射時期よりも早い時期に、前記第２のベース予燃料噴射量よりも多い量だけ第２の予燃料噴射を行い、次いで主燃料噴射を行い、
前記筒内酸素密度が前記第２の下限値よりも低いと判断されるか又は前記第２の上限値よりも高いと判断されたときに、拡散燃焼を行うための燃料噴射を行う、
ように構成されている燃料噴射制御部と、
を備えた、内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
予混合圧縮自着火燃焼と拡散燃焼とを切り換え可能な内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、機関負荷及び機関回転数により定まる機関運転状態領域に領域Ａ及び領域Ｂが画定される。また、領域Ａは領域ａ２と、領域ａ２の低負荷側の領域ａ１と、領域ａ２の高負荷側の領域ａ３とに区分される。機関運転状態が領域ａ２に属するときには予混合圧縮自着火燃焼が行われ、機関運転状態が領域ａ１，ａ３，Ｂに属するときには拡散燃焼が行われる。
【０００３】
予混合圧縮自着火燃焼は、拡散燃焼に比べて、燃焼温度が低いためにＮＯｘ排出量及び煤排出量が少なく、しかも燃料消費量が少ないという利点を有する。ところが、機関負荷が低くなると、又は、機関負荷が高くなると、予混合圧縮自着火燃焼を行うのが困難となる。そこで特許文献１では、領域Ｂのみならず、予混合圧縮自着火燃焼が行われる領域ａ２の低負荷側の領域ａ１と、領域ａ２の高負荷側の領域ａ３とにおいても、拡散燃焼が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０４１８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１において、予混合圧縮自着火燃焼が行われるのは、領域ａ２という限定された機関運転状態領域のみであり、予混合圧縮自着火燃焼の利点を十分に得ることができないという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、筒内酸素密度が、あらかじめ定められた第１の下限値よりも高くかつあらかじめ定められた第１の上限値よりも低いか、前記第１の下限値よりも低くかつあらかじめ定められた第２の下限値よりも高いか、前記第１の上限値よりも高くかつあらかじめ定められた第２の上限値よりも低いか、前記第２の下限値よりも低いか、前記第２の上限値よりも高いか、を判断するように構成されている判断部と、燃料噴射制御部であって、前記筒内酸素密度が前記第１の下限値よりも高くかつ前記第１の上限値よりも低いと判断されたときに、予混合圧縮自着火燃焼を行うために、第１のベース予燃料噴射時期に第１の予燃料噴射を行い、次いで第２のベース予燃料噴射時期に第２のベース予燃料噴射量だけ第２の予燃料噴射を行い、次いで主燃料噴射を行い、前記筒内酸素密度が前記第１の下限値よりも低くかつ第２の下限値よりも高いと判断されるか又は前記第１の上限値よりも高くかつ第２の上限値よりも低いと判断されたときに、予混合圧縮自着火燃焼を行うために、前記第１の予燃料噴射を行うことなく、前記第２のベース予燃料噴射時期よりも早い時期に、前記第２のベース予燃料噴射量よりも多い量だけ第２の予燃料噴射を行い、次いで主燃料噴射を行い、前記筒内酸素密度が前記第２の下限値よりも低いと判断されるか又は前記第２の上限値よりも高いと判断されたときに、拡散燃焼を行うための燃料噴射を行う、ように構成されている燃料噴射制御部と、を備えた、内燃機関の制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
予混合圧縮自着火燃焼が行われる機会を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】内燃機関の部分縦断面図である。
【図３】電子制御ユニットの機能を示すブロック図である。
【図４】各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を示す線図である。
【図５】３回噴射を説明する線図である。
【図６】２回噴射を説明する線図である。
【図７】拡散燃焼噴射を説明する線図である。
【図８】３回噴射が行われたときの熱発生率ｄＱ／ｄＣＡの一例を示す線図である。
【図９】筒内酸素密度が低いときに３回噴射が行われたときの熱発生率ｄＱ／ｄＣＡの一例を示す線図である。
【図１０】筒内酸素密度が高いときに３回噴射が行われたときの熱発生率ｄＱ／ｄＣＡの一例を示す線図である。
【図１１】筒内酸素密度が低いときに３回噴射が行われたときの、当量比の頻度分布の一例を示す線図である。
【図１２】筒内酸素密度が高いときに３回噴射が行われたときの、当量比の頻度分布の一例を示す線図である。
【図１３】２回噴射が行われたときの、当量比の頻度分布の一例を示す線図である。
【図１４】本発明による第１実施例の燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】機関運転状態が第１の領域から第２の領域に移行するときの過渡処理を説明するタイムチャートである。
【図１６】機関運転状態が第１の領域から第３の領域に移行するときの過渡処理を説明するタイムチャートである。
【図１７】本発明による第２実施例の燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】３回噴射における第１のインターバル及び第２のインターバルを説明する線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照すると、内燃機関１は、複数、例えば４つの気筒２ａを含む機関本体２を備える。気筒２ａは吸気枝管３を介してサージタンク４に連結され、サージタンク４は吸気ダクト５を介して排気過給器６のコンプレッサ６ｃの出口に連結される。コンプレッサ６ｃの入口は吸気導入管７を介してエアクリーナ８に連結される。吸気導入管７内には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ９が配置される。吸気ダクト５には吸入空気を冷却するための冷却器１０と、スロットル弁１１とが順次配置される。
【００１０】
また、気筒２ａは排気マニホルド１２及び排気管１３を順次介して排気過給器６のタービン６ｔの入口に連結される。タービン６ｔの出口は排気管１４を介して触媒１５に連結される。タービン６ｔ上流の排気管１３とタービン６ｔ下流の排気管１４とはウエストゲート弁１６によって互いに連結される。また、サージタンク４と排気マニホルド１２とは、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという。）通路１７によって互いに連結される。ＥＧＲ通路１７内には、ＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ制御弁１８と、ＥＧＲガスを冷却するための冷却器１９とが配置される。
【００１１】
図２は、本発明による第１実施例の機関本体２を詳細に示している。図２を参照すると、３０はシリンダブロック、３１はシリンダブロック３０内に形成された円筒状のシリンダボア、３２はピストン、３３はシリンダヘッド、３４は吸気ポート、３５は吸気弁、３６は排気ポート、３７は排気弁、３８は燃焼室、をそれぞれ示す。シリンダヘッド３３には、燃焼室３８内に位置するように配置された電子制御式の燃料噴射弁３９が取り付けられる。本発明による第１実施例では、燃料噴射弁３９はニードルを備え、ニードルがリフトされてシートから離れると燃料噴射が開始され、ニードルがシートに戻されるとすなわちニードルリフト量がゼロになると、燃料噴射が停止される。この場合、ニードルのリフト量及び開弁時間を変更することにより燃料噴射量が変更される。また、本発明による第１実施例では、燃料としての軽油が燃料噴射弁３９に供給される。
【００１２】
再び図１を参照すると、電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５及び出力ポート５６を具備する。例えばサージタンク４にはサージタンク４内の圧力、すなわち吸気圧Ｐｂを検出するための吸気圧センサ２０が取り付けられる。エアフローメータ９及び吸気圧センサ２０の出力電圧はそれぞれ対応するＡ／Ｄ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に、アクセルペダル５９にはアクセルペダル５９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ６０が接続され、負荷センサ６０の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に、クランク角ＣＡを検出するためのクランク角センサ６１が入力ポート５５に接続される。ＣＰＵ５４ではクランク角センサ６１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート５６はそれぞれ対応する駆動回路５８を介して、気筒２ａの燃料噴射弁３９、スロットル弁１１のアクチュエータ、ウエストゲート弁１６、及び、ＥＧＲ制御弁１８にそれぞれ接続される。
【００１３】
図３は本発明による第１実施例における電子制御ユニット５０の機能を示すブロック図を示している。図３を参照すると、本発明による第１実施例の電子制御ユニット５０は、判断部５０ａ及び燃料噴射制御部５０ｂを備える。
【００１４】
判断部５０ａは、筒内酸素密度が、あらかじめ定められた第１の下限値よりも高くかつあらかじめ定められた第１の上限値よりも低いか、前記第１の下限値よりも低くかつあらかじめ定められた第２の下限値よりも高いか、前記第１の上限値よりも高くかつあらかじめ定められた第２の上限値よりも低いか、前記第２の下限値よりも低いか、前記第２の上限値よりも高いか、を判断するように構成されている。
【００１５】
ここで、筒内酸素密度は例えば機関トルクによって表される。すなわち、機関トルクＴＱが低いときには筒内酸素密度は低く、機関トルクＴＱが高いときには筒内酸素密度は低い。そこで本発明による第１実施例では、判断部５０ａは、機関トルクＴＱが第１の下限トルクＴＱＬ１よりも高くかつ第１の上限トルクＴＱＵ１よりも低いときに筒内酸素密度が第１の下限値よりも高くかつ第１の上限値よりも低いと判断し、機関トルクＴＱが第１の下限トルクＴＱＬ１よりも低くかつ第２の下限トルクＴＱＬ２（＜ＴＱＬ１）よりも高いときに筒内酸素密度が第１の下限値よりも低くかつ第２の下限値よりも高いと判断し、機関トルクＴＱが第１の上限トルクＴＱＵ１よりも高くかつ第２の上限トルクＴＱＵ２（＞ＴＱＵ１）よりも低いときに筒内酸素密度が第１の上限値よりも高くかつ第２の上限値よりも低いと判断し、機関トルクＴＱが第２の下限トルクＴＱＬ２よりも低いときに筒内酸素密度が第２の下限値よりも低いと判斷し、機関トルクＴＱが第２の上限トルクＴＱＵ２よりも高いときに筒内酸素密度が第２の上限値よりも高いと判断する。
【００１６】
図４は、本発明による第１実施例における第１の下限トルクＴＱＬ１、第２の下限トルクＴＱＬ２、第１の上限トルクＴＱＵ１、及び第２の上限トルクＴＱＵ２を示している。本発明による第１実施例では、機関トルクＴＱ及び機関回転数ＮＥにより定まる機関運転状態領域に、第１の下限トルクＴＱＬ１及び第１の上限トルクＴＱＵ１によって第１の領域Ｒ１が画定され、第１の下限トルクＴＱＬ１及び第２の下限トルクＴＱＬ２によって第２の領域Ｒ２が画定され、第１の上限トルクＴＱＵ１及び第２の上限トルクＴＱＵ２によって第３の領域Ｒ３が画定され、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び第３の領域Ｒ３以外の領域に第４の領域Ｒ４が画定される。なお、図４においてＷは全負荷を表している。また、第１の下限トルクＴＱＬ１、第２の下限トルクＴＱＬ２、第１の上限トルクＴＱＵ１、及び第２の上限トルクＴＱＵ２は、例えば機関回転数ＮＥの関数として図４に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ５２内に記憶されている。
【００１７】
したがって、判断部５０ａは、機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するときに筒内酸素密度が第１の下限値よりも高くかつ第１の上限値よりも低いと判断し、機関運転状態が第２の領域Ｒ２内に属するときに筒内酸素密度が第１の下限値よりも低くかつ第２の下限値よりも高いと判断し、機関運転状態が第３の領域Ｒ３内に属するときに筒内酸素密度が第１の上限値よりも高くかつ第２の上限値よりも低いと判断し、機関運転状態が第４の領域Ｒ４内に属するときに筒内酸素密度が第２の下限値よりも低い又は第２の上限値よりも高いと判断する。なお、機関トルクＴＱが第１の下限トルクＴＱＬ１のとき、一例では機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属すると判断され、別の例では機関運転状態が第２の領域Ｒ２内に属すると判断される。機関トルクＴＱが第２の下限トルクＴＱＬ２のとき、一例では機関運転状態が第２の領域Ｒ２内に属すると判断され、別の例では機関運転状態が第４の領域Ｒ４内に属すると判断される。機関トルクＴＱが第１の上限トルクＴＱＵ１のとき、一例では機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属すると判断され、別の例では機関運転状態が第３の領域Ｒ３内に属すると判断される。機関トルクＴＱが第２の上限トルクＴＱＵ２のとき、一例では機関運転状態が第３の領域Ｒ３内に属すると判断され、別の例では機関運転状態が第４の領域Ｒ４内に属すると判断される。
【００１８】
この場合、第２の領域Ｒ２は第１の領域Ｒ１に隣接しつつ第１の領域Ｒ１の低トルク側に位置する。第３の領域Ｒ３は第１の領域Ｒ１に隣接しつつ第１の領域Ｒ１の高トルク側に位置する。
【００１９】
筒内酸素密度は例えばＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／筒内ガス量）によっても表される。すなわち、ＥＧＲ率が高いときには筒内酸素密度は低く、ＥＧＲ率が低いときには筒内酸素密度は高い。そこで別の実施例（図示しない）では、判断部５０ａは、ＥＧＲ率が第１の下限ＥＧＲ率よりも高くかつ第１の上限ＥＧＲ率よりも低いときに筒内酸素密度が第１の下限値よりも高くかつ第１の上限値よりも低いと判断し、ＥＧＲ率が第１の上限ＥＧＲ率よりも高くかつ第２の上限ＥＧＲ率よりも低いときに筒内酸素密度が第１の下限値よりも低くかつ第２の下限値よりも高いと判断し、ＥＧＲ率が第１の下限ＥＧＲ率よりも低くかつ第２の下限ＥＧＲ率よりも高いときに筒内酸素密度が第１の上限値よりも高くかつ第２の上限値よりも低いと判断し、ＥＧＲ率が第２の上限ＥＧＲ率よりも高いときに筒内酸素密度が第２の下限値よりも低いと判斷し、ＥＧＲ率が第２の下限ＥＧＲ率よりも低いときに筒内酸素密度が第２の上限値よりも高いと判断する。
【００２０】
一方、燃料噴射制御部５０ｂは、機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するときには、予混合圧縮自着火燃焼を行うための燃料噴射を行うように構成されている。すなわち、領域Ｒ１では、図５に示されるように、まず第１の予燃料噴射ＦＰ１が行われ、次いで第２の予燃料噴射ＦＰ２が行われ、次いで主燃料噴射ＦＭが行われる。この場合、第１の予燃料噴射ＦＰ１は第１のベース予燃料噴射時期ｔＢＦＰ１に第１のベース予燃料噴射量ｑＢＦＰ１だけ行われる。第２の予燃料噴射ＦＰ２は第２のベース予燃料噴射時期ｔＢＦＰ２に第２のベース予燃料噴射量ｑＢＦＰ２だけ行われる。主燃料噴射ＦＭは主燃料噴射時期ｔＭに主燃料噴射量ｑＦＭだけ行われる。なお、一例では、第１の予燃料噴射ＦＰ１、第２の予燃料噴射ｔＦＰ２、及び主燃料噴射ＦＭはいずれも圧縮行程に行われる。また、本発明による第１実施例では、あらかじめ定められた基準時期ｔＸ１からあらかじめ定められたインターバルｄｔＸだけ遡った時期ｔＸ２よりも前に第１のベース予燃料噴射時期ｔＢＦＰ１が設定され、時期ｔＸ２よりも後に第２のベース予燃料噴射時期ｔＢＦＰ２が設定される。基準時期ｔＸ１は例えば第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料の自着火時期である。なお、以下では、図５に示される燃料噴射形態を３回噴射と称する。
【００２１】
このような３回噴射が行われた場合、第１の予燃料噴射ＦＰ１による燃料がまず自着火し、次いで第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料が自着火し、次いで主燃料噴射ＦＭによる燃料が自着火する。この場合、第１の予燃料噴射ＦＰ１による燃料の燃焼により第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料の自着火が促進される。また、第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料の燃焼により主燃料噴射ＦＭによる燃料の自着火が促進される。
【００２２】
また、燃料噴射制御部５０ｂは、機関運転状態が第２の領域Ｒ２内又は第３の領域Ｒ３内に属するときには、予混合圧縮自着火燃焼を行うための別の燃料噴射を行うように構成されている。すなわち、領域Ｒ２，Ｒ３では、図６に示されるように、第１の予燃料噴射ＦＰ１が行われることなく、第２の予燃料噴射ＦＰ２が行われ、次いで主燃料噴射ＦＭが行われる。この場合、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２は、第２のベース予燃料噴射時期ｔＢＦＰ２よりも進角されている。また、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２は第２のベース予燃料噴射量ｑＢＦＰ２よりも多くされている。一例では、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２は第１のベース予燃料噴射量ｑＦＰ１と第２のベース予燃料噴射量ｑＦＰ２との合計に相当する。なお、以下では、図６に示される燃料噴射形態を２回噴射と称する。
【００２３】
このような２回噴射が行われた場合、第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料が自着火し、次いで主燃料噴射ＦＭによる燃料が自着火する。この場合、第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料の燃焼により主燃料噴射ＦＭによる燃料の自着火が促進される。
【００２４】
更に、燃料噴射制御部５０ｂは、機関運転状態が第４の領域Ｒ４内に属するときには、拡散燃焼を行うための燃料噴射を行うように構成されている。すなわち、領域Ｒ４では、図７に示されるように、例えば圧縮上死点ＴＤＣ周りにおいて主燃料噴射ＦＭが１回行われる。この場合、主燃料噴射ＦＭは主燃料噴射時期ｔｍに主燃料噴射量ｑＦＭだけ行われる。このとき噴射された燃料は拡散燃焼される。なお、以下では、図７に示される燃料噴射形態を拡散燃焼噴射と称する。別の実施例（図示しない）では、主燃料噴射の前に、パイロット噴射が行われる場合もある。
【００２５】
さて、図８には、図５を参照して説明した３回噴射が行われて予混合圧縮自着火燃焼が行われたときの熱発生率ｄＱ／ｄＣＡ（例えば、Ｊ／ｄｅｇＣＡ）の一例が実線でもって示される。図８において、点線は第１の予燃料噴射ＦＰ１による燃料の燃焼寄与分ＣＦＰ１を、一点鎖線は第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料の燃焼寄与分ＣＦＰ２を、二点鎖線は主燃料噴射ＦＭによる燃料の燃焼寄与分ＣＭを、それぞれ示している。また、ｔＩＧ１は第１の予燃料噴射ＦＰ１による燃料の自着火時期を、ｔＩＧ２は第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料の自着火時期を、ｔＩＧＭは主燃料噴射による燃料の自着火時期を、それぞれ示している。
【００２６】
図８に示されるように、熱発生率ｄＱ／ｄＣＡが滑らかに増大している。したがって、燃焼が安定しており、過度の騒音が発生していない。
【００２７】
ところが、例えば機関トルクＴＱが第１の下限トルクＴＱＬ１を越えて低下してもなお３回噴射を継続すると、このとき筒内酸素密度が低いので、第１の予燃料噴射ＦＰ１による燃料の燃焼が不安定になるおそれがある。したがって、第２の予燃料噴射による燃料の燃焼も不安定になるおそれあがり、主燃料噴射による燃料の燃焼も不安定になるおそれがある。この場合の熱発生率ｄＱ／ｄＣＡ及び各燃料噴射の燃焼寄与分ＣＦＰ１，ＣＦＰ２，ＣＭの一例が図９に示される。
【００２８】
一方、機関トルクＴＱが第１の上限トルクＴＱＵ１を越えて増大してもなお３回噴射を継続すると、このとき筒内酸素密度が高いので、第１の予燃料噴射ＦＰ１による燃料が急激に燃焼するおそれがある。その結果、熱発生率ｄＱ／ｄＣＡが大幅に変動しつつ増大するおそれがある。したがって、過度のトルク変動が生じるおそれがあり、過度の騒音が発生するおそれがある。この場合の熱発生率ｄＱ／ｄＣＡ及び各燃料噴射の燃焼寄与分ＣＦＰ１，ＣＦＰ２，ＣＭの一例が図１０に示される。
【００２９】
このため、従来では、機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するときには３回噴射を行って予混合圧縮自着火燃焼を行い、機関運転状態が第１の領域Ｒ１外にあるときには拡散燃焼を行うようにしていたのである。しかしながら、このようにすると、予混合圧縮自着火燃焼を行う機会が減少し、予混合圧縮自着火燃焼の利点を十分に得ることができない。
【００３０】
そこで本発明による第１実施例では、機関トルクＴＱが第１の下限トルクＴＱＬ１を越えて低下したとき、すなわち機関運転状態が第２の領域Ｒ２内に属するとき、又は、機関トルクＴＱが第１の上限トルクＴＱＵ１を越えて増大したとき、すなわち機関運転状態が第３の領域Ｒ３内に属するときに、図６を参照して説明した２回噴射を行って予混合圧縮自着火燃焼を行うようにしている。
【００３１】
２回噴射では、第１の予燃料噴射ＦＰ１が行われないので、第１の予燃料噴射ＦＰ１による燃料の急激な燃焼又は不安定な燃焼が生じない。もっとも、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２が第２のベース予燃料噴射時期ｔＢＦＰ２のままであり、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２が第２のベース予燃料噴射量ｑＢＦＰ２のままであると、第２の予燃料噴射による燃料が良好に自着火しないおそれがある。この点、本発明による第１実施例では、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２が、第２のベース予燃料噴射時期ｔＢＦＰ２よりも進角され、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２が第２のベース予燃料噴射量ｑＢＦＰ２よりも多くされている。その結果、第２の予燃料噴射による燃料の良好な自着火が確保される。すなわち、第１の領域Ｒ１の外で予混合圧縮自着火燃焼を行っても、安定な燃焼が得られ、騒音が制限されるのである。
【００３２】
したがって、本発明による第１実施例では、予混合圧縮自着火燃焼が行われる領域が、第１の領域Ｒ１のみから、第２の領域Ｒ２及び第３の領域Ｒ３まで拡張されている、ということになる。
【００３３】
図１１、図１２、及び図１３は、燃料の自着火時期近傍における当量比Φの頻度分布Ｄの種々の例が示される。図１１における実線は機関運転状態が第２の領域Ｒ２内に属するときに３回噴射が行われたときの頻度分布Ｄを示している。図１２における実線は機関運転状態が第３の領域Ｒ３内に属するときに３回噴射が行われたときの頻度分布Ｄを示している。図１３における実線は、機関運転状態が第２の領域Ｒ２又は第３の領域Ｒ３内に属するときに２回噴射が行われたときの頻度分布Ｄを示している。また、図１１から図１３において、点線は機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するときに３回噴射が行われたときの頻度分布Ｄを、示している。更に、図１１から図１３において、ＤＦＰ１は第１の予燃料噴射ＦＰ１による燃料についての頻度分布Ｄを、ＤＦＰ２は第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料についての頻度分布Ｄを、ＤＭは主燃料噴射ＦＭによる燃料についての頻度分布Ｄを、それぞれ示している。なお、空燃比が理論空燃比であると当量比Φは１となり、空燃比が理論空燃比よりもリーンであると当量比Φは１よりも小さくなり、空燃比が理論空燃比よりもリッチであると当量比Φは１よりも大きくなる。
【００３４】
第２の領域Ｒ２において、すなわち筒内酸素密度が低いときに上述の３回噴射が行われると、図１１に示されるように、第１の領域Ｒ１の場合（点線）に比べて、分布Ｄがリーン側に移行する。したがって、燃焼が不安定になる。一方、第３の領域Ｒ３において、すなわち筒内酸素密度が高いときに３回噴射が行われると、図１２に示されるように、第１の領域Ｒ１の場合（点線）に比べて、分布Ｄがリッチ側に移行する。したがって、燃焼が活性化される。
【００３５】
これに対し、第２の領域Ｒ２又は第３の領域Ｒ３において上述の２回噴射が行われると、図１３に示されるように、第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料についての分布ＤＦＰ２が、当量比Φが１の周辺において幅広になる。これは、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２が進角されているからである。また、当量比Φが１の分布ＤＦＰ２が高くなっている。これは、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２が多くされているからである。
【００３６】
したがって、概念的に表現すると、燃料噴射制御部５０ｂは、筒内酸素密度が第１の下限値よりも高くかつ第１の上限値よりも低いと判断されたときに、予混合圧縮自着火燃焼を行うために、第１のベース予燃料噴射時期に第１の予燃料噴射を行い、次いで第２のベース予燃料噴射時期に第２のベース予燃料噴射量だけ第２の予燃料噴射を行い、次いで主燃料噴射を行い、筒内酸素密度が第１の下限値よりも低くかつ第２の下限値よりも高いと判断されるか又は第１の上限値よりも高くかつ第２の上限値よりも低いと判断されたときに、予混合圧縮自着火燃焼を行うために、第１の予燃料噴射を行うことなく、第２のベース予燃料噴射時期よりも早い時期に、第２のベース予燃料噴射量よりも多い量だけ第２の予燃料噴射を行い、次いで主燃料噴射を行い、筒内酸素密度が第２の下限値よりも低いと判断されるか又は第２の上限値よりも高いと判断されたときに、拡散燃焼を行うための燃料噴射を行う、ように構成されている。
【００３７】
図１４は本発明による第１実施例の燃料噴射制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図１４を参照すると、ステップ１００では機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するか否かが判別される。機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するときには次いでステップ１０１に進み、上述の３回噴射が行われる。これに対し、機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属さないときにはステップ１００からステップ１０２に進み、機関運転状態が第２の領域Ｒ２内又は第３の領域Ｒ３内に属するか否かが判別される。機関運転状態が第２の領域Ｒ２内又は第３の領域Ｒ３内に属するときには次いでステップ１０３に進み、上述の２回噴射が行われる。機関運転状態が第２の領域Ｒ２内及び第３の領域Ｒ３内に属さないときにはステップ１０２からステップ１０４に進み、上述の拡散燃焼噴射が行われる。
【００３８】
次に、本発明による第２実施例を説明する。以下では、本発明による第１実施例との相違点を説明する。
【００３９】
本発明による第１実施例では、機関トルクＴＱの低下により機関運転状態の属する領域が第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２に移行すると、燃料噴射形態が３回噴射から２回噴射に切り換えられる。また、機関トルクＴＱの増大により機関運転状態の属する領域が第１の領域Ｒ１から第３の領域Ｒ３に移行したときも、燃料噴射形態が３回噴射から２回噴射に切り換えられる。この場合、本発明による第１実施例では、第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１がステップ状にゼロに減少され、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２がステップ状に増大され、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２がステップ状に進角される。
【００４０】
ところが、機関トルクＴＱが低下する過渡時には、吸入空気量が目標値よりも一時的に多くなる。一方、２回噴射では、上述したように、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２が進角され、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２が増大される。その結果、本発明による第１実施例では、第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２への移行時に、第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料が急激に燃焼するおそれがある。第２の領域Ｒ２のような機関トルクＴＱが比較的低い領域においてこのような急激な燃焼が行われると、過度のトルク変動が生ずるおそれがあり、過度の騒音が生ずるおそれがある。
【００４１】
また、機関トルクＴＱが増大する過渡時には、吸入空気量が目標値よりも一時的に少なくなる。一方、２回噴射では、上述したように、第１の予燃料噴射ＦＰ１が行われない。その結果、本発明による第１実施例では、第２の予燃料噴射ＦＰ２による燃料が燃焼しにくくなるおそれがある。第３の領域Ｒ２のような機関トルクＴＱが比較的高い領域においてこのように燃焼が不安定であると、過度のトルク変動が生ずるおそれがあり、過度の騒音が生ずるおそれがある。
【００４２】
そこで本発明による第２実施例では、３回噴射から２回噴射に切り換えるべきときには、まず過渡処理を行い、次いで２回噴射に切り換えるようにしている。次に、この過渡処理について説明する。
【００４３】
次に、図１５を参照して、機関運転状態が属する領域が第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２に移行するときの過渡処理について説明する。図１５において、時間ｔ１ａは、機関運転状態が属する領域が第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２に移行したタイミング、すなわち要求機関トルクＴＱｒが第１の下限トルクＴＱＬ１を越えて低下したタイミングを示している。図１５に示される例では、時間ｔ１ｂにおいて吸気圧センサ２０により検出された吸気圧Ｐｂが低下し始めると、第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１が徐々に減少され始める。また、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２が徐々に増大され始める。更に、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２が徐々に進角され始める。このときの第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２、及び第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２は、例えば吸気圧Ｐｂに基づいて算出される。したがって、図１５に示されるように、吸気圧Ｐｂが低下するごとに、第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１が減少され、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２が増大され、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２が進角される。ここで、本発明による第２実施例では、第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１の減少分ｄｑ１と第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２の増大分ｄｑ２とは互いに等しい。次いで、時間ｔ１ｃにおいて第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１がゼロになると過渡処理が終了される。一方、本発明による第２実施例では、主燃料噴射量ｑＦＭは一定に維持される。なお、図１５において、点線は実際の吸気圧を示している。また、図１５において、二点鎖線は、本発明による第１実施例における第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２、及び第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２をそれぞれ示している。
【００４４】
次に、図１６を参照して、機関運転状態が属する領域が第１の領域Ｒ１から第３の領域Ｒ３に移行するときの過渡処理について説明する。図１６において、時間ｔ２ａは、機関運転状態が属する領域が第１の領域Ｒ１から第３の領域Ｒ３に移行したタイミング、すなわち要求機関トルクＴＱｒが第１の上限トルクＴＱＵ１を越えて上昇したタイミングを示している。図１６に示される例では、時間ｔ２ｂにおいて吸気圧センサ２０により検出された吸気圧Ｐｂが上昇し始めると、第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１が徐々に減少され始める。また、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２が徐々に増大され始める。更に、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２が徐々に進角され始める。このときの第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２、及び第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２は、例えば吸気圧Ｐｂに基づいて算出される。したがって、図１６に示されるように、吸気圧Ｐｂが低下するごとに、第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１が減少され、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２が増大され、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２が進角される。ここで、本発明による第２実施例では、第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１の減少分ｄｑ１と第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２の増大分ｄｑ２とは互いに等しい。次いで、時間ｔ２ｃにおいて第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１がゼロになると過渡処理が終了される。一方、本発明による第２実施例では、主燃料噴射量ｑＦＭは一定に維持される。なお、図１５において、点線は実際の吸気圧を示している。また、図１５において、二点鎖線は、本発明による第１実施例における第１の予燃料噴射量ｑＦＰ１、第２の予燃料噴射量ｑＦＰ２、及び第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２をそれぞれ示している。
【００４５】
本発明による第２実施例では、このような過渡処理が行われるので、第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２又は第３の領域Ｒ３への移行時に、トルク変動が制限され、騒音が制限される。
【００４６】
図１７は本発明による第２実施例の燃料噴射制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図１７を参照すると、ステップ１００では機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するか否かが判別される。機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するときには次いでステップ１０１に進み、上述の３回噴射が行われる。これに対し、機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属さないときにはステップ１００からステップ１０２に進み、機関運転状態が第２の領域Ｒ２内又は第３の領域Ｒ３内に属するか否かが判別される。機関運転状態が第２の領域Ｒ２内又は第３の領域Ｒ３内に属するときには次いでステップ１０２ａに進み、前回の処理サイクルにおいて機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属していたか否かが判別される。前回の処理サイクルにおいて機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属していたとき、すなわち機関運転状態が属する領域が第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２又は第３の領域Ｒ３に移行したときには次いでステップ１０２ｂに進み、上述の過渡処理が行われる。次いでステップ１０３に進む。前回の処理サイクルにおいて機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属していないとき、すなわち機関運転状態が属する領域が第２の領域Ｒ２又は第３の領域Ｒ３のままであるときにはステップ１０２ａからステップ１０３に進む。ステップ１０３では上述の２回噴射が行われる。機関運転状態が第２の領域Ｒ２内及び第３の領域Ｒ３内に属さないときにはステップ１０２からステップ１０４に進み、上述の拡散燃焼噴射が行われる。
【００４７】
ところで、３回噴射では、上述したように、第１の予燃料噴射ＦＰ１、第２の予燃料噴射ＦＰ２、及び主燃料噴射ＦＭが順次行われる。この場合、図１８に示されるように、第１の予燃料噴射時期ｔＦＰ１と第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２とは第１のインターバルｄｔＹ１だけ離間しており、第２の予燃料噴射時期ｔＦＰ２と主燃料噴射時期ｔＦＭとは第２のインターバルｄｔＹ２だけ離間している。ところが、機関回転数ＮＥが高くなるにつれて、第１のインターバルｄｔＹ１及び第２のインターバルｄｔＹ２は短くなる。その結果、機関回転数ＮＥが高くなると第１の予燃料噴射ＦＰ１、第２の予燃料噴射ＦＰ２、及び主燃料噴射ＦＭを確実に行うのが困難となる。
【００４８】
そこで別の実施例（図示しない）では、機関回転数ＮＥがあらかじめ定められた上限回転数よりも低いときに上述した３回噴射を行い、機関回転数ＮＥが上限回転数よりも高いときに上述した２回噴射が行われる。このようにすると、機関回転数ＮＥが高いときにも確実に第２の予燃料噴射ＦＰ２及び主燃料噴射ＦＭが行われ、したがって予混合圧縮自着火燃焼が良好に行われる。言い換えると、予混合圧縮自着火燃焼が行われる機会が増大される。
【００４９】
一方、機関回転数ＮＥが低くなるにつれて第１のインターバルｄｔＹ１及び第２のインターバルｄｔＹ２は長くなる。したがって、機関回転数ＮＥが低くなっても２回噴射が継続される。
【符号の説明】
【００５０】
１    内燃機関
２    機関本体
３９    燃料噴射弁
５０    電子制御ユニット
５０ａ    判断部
５０ｂ    燃料噴射制御部
Ｒ１    第１の領域
Ｒ２    第２の領域
Ｒ３    第３の領域
Ｒ４    第４の領域
ＦＰ１    第１の予燃料噴射
ＦＰ２    第２の予燃料噴射
ＦＭ    主燃料噴射
【図１】
2018123700.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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