(57)【要約】【課題】制御の複雑化を抑制しつつ、燃焼モード切換時に、スパイクＮＯｘ等の排ガス悪化を抑制し、過渡運転時の排ガスを最適化することのできるディーゼルエンジンの燃焼制御装置を提供すること。【解決手段】通常燃焼モード及び予混合燃焼モードの切換時には、吸気酸素濃度が、第１所定濃度Ａ未満である場合は予混合燃焼モードマップM2に基づく目標ＭＦＢ角度に、第２所定濃度Ｂ以上である場合は通常燃焼モードマップに基づく目標ＭＦＢ角度に、第１所定濃度Ａ以上第２所定濃度Ｂ未満の場合は予混合燃焼モードマップに基づく目標ＭＦＢ角度と通常燃焼モードマップに基づく目標ＭＦＢ角度とを吸気酸素濃度に応じて補間した目標ＭＦＢ角度に設定する。【選択図】図３
2011064165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの筒内に吸入される吸気酸素濃度を検出する吸気酸素濃度検出手段と、
前記ディーゼルエンジンの筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段により検出される筒内圧に基づき燃焼割合を算出する燃焼割合算出手段と、
燃料の噴射期間内に着火する通常燃焼モード、及び燃料噴射完了後に予混合期間を経て着火する予混合燃料モードを有し、各燃焼モードに応じて、所定の燃焼割合であるときのクランク角度であるＭＦＢ角度を所定の目標ＭＦＢ角度に設定し、該目標ＭＦＢ角度となるよう燃料噴射時期を制御する燃焼制御手段とを備え、
前記燃焼制御手段は、前記通常燃焼モード及び予混合燃焼モードの切換時には、前記通常燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度と、前記予混合燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度とを、前記吸気酸素濃度検出手段により検出される吸気酸素濃度に応じて補間したＭＦＢ角度を目標ＭＦＢ角度に設定す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。
【請求項２】
前記燃焼制御手段は、吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘの相関関係に基づき吸気酸素濃度における第１の所定濃度及び該第１の所定濃度より大の第２の所定濃度を設定し、
前記通常燃焼モード及び予混合燃焼モードの切換時に、前記吸気酸素濃度検出手段により検出される吸気酸素濃度が、第１の所定濃度未満である場合は前記予混合燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度となるよう、前記第２の所定濃度以上である場合は、前記通常燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度となるよう、前記第１の所定値以上第２の所定値未満である場合は、前記補間した目標ＭＦＢ角度となるよう、燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】
前記第１の所定濃度は、前記吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘ発生の相関関係に基づき、吸気酸素濃度の減少に対しＭＦＢ角度の増減によるＮＯｘ発生の変化割合が略０となり始める吸気酸素濃度であり、
前記第２の所定濃度は、前記吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘの相関関係に基づき、吸気酸素濃度の増加及びＭＦＢ角度の変化に対するＮＯｘ発生の変化割合が大きくなり始める吸気酸素濃度であることを特徴とする請求項２記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項４】
前記補間は、前記予混合燃焼モードの目標ＭＦＢ角度と前記通常燃焼モードの目標ＭＦＢ角度との間における吸気酸素濃度に応じた線形補間であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置に係り、詳しくは通常燃焼モード及び予混合燃焼モードを切り換える際の過渡運転における燃焼制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、運転状態等に応じて複数の燃焼モードを有しており、例えばディーゼルエンジンでは、筒内の圧縮された空気に燃料を噴射し、当該燃料噴射中に自発着火によって燃焼が生起される所謂ディーゼル燃焼モード（通常燃焼モード）がある。また、ディーゼルエンジンでは、燃料の噴射時期を比較的進角側とすることで、予め燃料と空気とが混合されてから着火し燃焼が生起される予混合燃焼モード（ＰＣＩ燃焼モード）がある。一般に、通常燃焼モードは着火後も燃料の追加供給により燃焼が続くため高出力を実現可能であり、予混合燃焼モードは、局所的な燃焼温度の上昇が抑制されるとともに、ＥＧＲガスを多量に導入することも可能であることから、ＮＯｘ及びスモークの発生を抑えることができ排ガス低減に有効である。
【０００３】
しかし、これらの燃焼モードが切り換わる過渡運転時には、燃焼が不安定となりＮＯｘやスモークが発生し、排ガスが悪化するおそれがある。
そこで、通常燃焼モードにおいて、吸気酸素濃度が所定値以下である場合は、過渡運転に適した燃料噴射時期に制御する移行モードに切り換えることにより排ガス悪化を抑制する提案がなされている。（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１４８５７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、上記特許文献１に開示された技術でも、ＮＯｘが最適となる燃料噴射時期はエンジンの運転条件や車両の環境条件によって細かく変化するため、燃焼制御に常に適した指標となるわけではない。
例えば、通常燃焼モードから予混合燃焼モードへの切換時には吸気酸素濃度を低下させつつ燃料噴射時期を進角させるが、燃料噴射時期の応答に対し吸気酸素濃度の変化には遅れが生じるため、一時的にＮＯｘが増加する所謂スパイクＮＯｘが発生するという問題がある。
【０００６】
このような一時的なＮＯｘ増加等にも対処するために、エンジンの運転条件等に応じて最適な燃料噴射時期を細かくマッチングしようとすると、マッチング工数が過大となる上、各条件に応じた多数のマップを持つこととなり制御が複雑となる。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、
制御の複雑化を抑制しつつ、燃焼モード切換時に、スパイクＮＯｘ等の排ガス悪化を抑制し、過渡運転時の排ガスを最適化することのできるディーゼルエンジンの燃焼制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１のディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、ディーゼルエンジンの筒内に吸入される吸気酸素濃度を検出する吸気酸素濃度検出手段と、前記ディーゼルエンジンの筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、前記筒内圧検出手段により検出される筒内圧に基づき燃焼割合を算出する燃焼割合算出手段と、燃料の噴射期間内に着火する通常燃焼モード、及び燃料噴射完了後に予混合期間を経て着火する予混合燃料モードを有し、各燃焼モードに応じて、所定の燃焼割合であるときのクランク角度であるＭＦＢ角度を所定の目標ＭＦＢ角度に設定し、該目標ＭＦＢ角度となるよう燃料噴射時期を制御する燃焼制御手段とを備え、前記燃焼制御手段は、前記通常燃焼モード及び予混合燃焼モードの切換時には、前記通常燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度と、前記予混合燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度とを、前記吸気酸素濃度検出手段により検出される吸気酸素濃度に応じて補間したＭＦＢ角度を目標ＭＦＢ角度に設定することを特徴としている。
【０００８】
請求項２では、請求項１において、前記燃焼制御手段は、吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘの相関関係に基づき吸気酸素濃度における第１の所定濃度及び該第１の所定濃度より大の第２の所定濃度を設定し、前記通常燃焼モード及び予混合燃焼モードの切換時に、前記吸気酸素濃度検出手段により検出される吸気酸素濃度が、第１の所定濃度未満である場合は前記予混合燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度となるよう、前記第２の所定濃度以上である場合は、前記通常燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度となるよう、前記第１の所定値以上第２の所定値未満である場合は、前記補間した目標ＭＦＢ角度となるよう、燃料噴射時期を制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項３では、請求項２において、前記第１の所定濃度は、前記吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘ発生の相関関係に基づき、吸気酸素濃度の減少に対しＭＦＢ角度の増減によるＮＯｘ発生の変化割合が略０となり始める吸気酸素濃度であり、前記第２の所定濃度は、前記吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘの相関関係に基づき、吸気酸素濃度の増加及びＭＦＢ角度の変化に対するＮＯｘ発生の変化割合が大きくなり始める吸気酸素濃度であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４では、請求項１から３のいずれかにおいて、前記補間は、前記予混合燃焼モードの目標ＭＦＢ角度と前記通常燃焼モードの目標ＭＦＢ角度との間における吸気酸素濃度に応じた線形補間であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記手段を用いる本発明の請求項１のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、通常燃焼モード及び予混合燃焼モードに応じて目標ＭＦＢ角度を設定し、当該目標ＭＦＢ角度となるよう燃料噴射時期を制御する燃料噴射制御手段において、通常燃焼モード及び予混合燃焼モードの切換時には、通常燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度と、予混合燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度とを、吸気酸素濃度に応じて補間したＭＦＢ角度を目標ＭＦＢ角度とする。
【００１２】
エンジン回転速度、燃料噴射量、レール圧力、ＥＧＲ率等の他の運転パラメータが複合的に複雑に変化する過渡運転時であっても、実際の燃焼の結果として得られる燃焼割合に基づくＭＦＢ角度を指標としつつ吸気酸素濃度に応じて燃料噴射時期を制御することで、安定的に各運転パラメータの変化に対応した最適な燃焼を生起させることができる。
特に燃焼モード切換時にも、各燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度を補間した目標ＭＦＢ角度を設定することで、吸気系の遅れに対応した燃料噴射時期に制御することができる。このように、吸気酸素濃度に応じて目標ＭＦＢ角度を適切に制御することで、燃焼モード切換の過渡運転時に生じるスパイクＮＯｘ等を抑制することができる。
【００１３】
これにより、制御の複雑化を抑制しつつ、燃焼モードの切換時に、スパイクＮＯｘ等の排ガス悪化を抑制し、過渡運転時の排ガスを最適化することができる。
請求項２のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘ発生の相関関係に基づき吸気酸素濃度における第１及び第２の所定濃度を設定し、通常燃焼モード及び予混合燃焼モードの切換時に、吸気酸素濃度が第１の所定濃度未満では予混合燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度、第１の所定濃度より大の第２の所定濃度以上である場合は通常燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度、第１の所定濃度以上第２の所定濃度未満である場合は補間した目標ＭＦＢ角度となるよう燃料噴射時期を制御する。
【００１４】
このように、予め吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘ発生の相関関係から、ＭＦＢ角度を補間して目標ＭＦＢ角度を設定する補間領域を、吸気酸素濃度の第１及び第２の所定濃度の範囲に絞り込むことができる。これによりマッチング工数を低減し、制御を簡略化することができる。
請求項３のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、ＭＦＢ角度の補間領域を決める第１の所定濃度を、吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘの相関関係について吸気酸素濃度の減少に対しＭＦＢ角度の増減によるＮＯｘの変化割合が略０となり始める吸気酸素濃度とし、第２の所定濃度を吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘの相関関係について吸気酸素濃度の増加及びＭＦＢ角度の変化に対しＮＯｘの変化割合が大きくなり始める吸気酸素濃度とする。
【００１５】
これにより、燃焼モード切換時において、吸気酸素濃度に基づき、通常燃焼モードに適した範囲及び予混合燃焼モードに適した範囲に分けることができるとともに、ＭＦＢ角度の補間を行うのに適した範囲を絞り込むことができる。したがって、制御の複雑化を抑制しつつ、過渡運転時の排ガスをより最適化することができる。
請求項４のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、補間は、予混合燃焼モードの目標ＭＦＢ角度と通常燃焼モードの目標ＭＦＢ角度との間における吸気酸素濃度に応じた線形補間により行う。
【００１６】
このように、制御の単純な線形補間によりＭＦＢ角度の補間を行うことで、より確実に制御の複雑化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃焼モード判定マップである。
【図３】本発明の実施形態に係る燃焼モード移行制御の制御モデルである。
【図４】吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘピーク値を示すマップである。
【図５】図４の所定のＭＦＢ角度一定でのＮＯｘピーク値の変化を示すマップである。
【図６】燃焼モード切換過渡時におけるＭＦＢ角度変化に対するＮＯｘピーク値の変化を示すタイムチャートである。
【図７】本実施形態における燃焼制御及び従来の燃焼制御を実行した場合の各状態変化を示すタイムチャートである。
【図８】燃料噴射時期及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘの関係を示すマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には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概略構成図が示されており、以下、同図に基づいて説明する。
図１に示すエンジン１は、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒２内に直接噴射する４気筒コモンレール式ディーゼルエンジンである。なお、図１には４気筒のうちの１つの気筒の断面が示されている。
【００１９】
エンジン１は、複数の気筒２が形成されたシリンダブロック４の上部に、シリンダヘッド６が載置されて構成されている。
各気筒２には上下摺動可能にピストン８が設けられており、当該ピストン８の頂面と気筒２の内壁、及びシリンダヘッド６下面に囲まれて燃焼室１０が形成されている。
シリンダヘッド６には、燃焼室１０内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１２、及び当該燃焼室１０内の圧力、即ち筒内圧を検出する筒内圧センサ１４（筒内圧検出手段）が、それぞれ燃焼室１０内に臨むように設けられている。
【００２０】
また、シリンダヘッド６には、燃焼室１０と連通しエンジン１の幅方向一側に延びた吸気ポート１６、及び燃焼室１０と連通しエンジン１の幅方向他側に延びた排気ポート１８が形成されている。さらに、当該シリンダヘッド６には、吸気ポート１６及び排気ポート１８に対応して、当該各ポート１６、１８と燃焼室１０との連通及び遮断を行う吸気バルブ２０及び排気バルブ２２がそれぞれ設けられている。なお、当該吸気ポート１６及び排気ポート１８は１気筒につきそれぞれ２箇所設けられており、それに対応して吸気バルブ２０及び排気バルブ２２はそれぞれ２本設けられている。
【００２１】
そして、エンジン１の幅方向一側には、吸気ポート１６と連通する吸気管２４が接続されている。
当該吸気管２４には、吸気上流側に図示しないエアクリーナが設けられており、その吸気下流側にはエンジン１に吸気量を検出するエアフローセンサ２６が設けられている。また、当該吸気管２４には、エアフローセンサ２６より吸気下流側に、吸気を加圧するターボチャージャ２８のコンプレッサ２８ａ、加圧された吸気を冷却するインタークーラ３０、吸気量を調整するスロットルバルブ３２が順に設けられている。
【００２２】
一方、エンジン１の幅方向他側には排気ポート１８と連通する排気管３４が接続されている。
当該排気管３４には、上記ターボチャージャ２８のコンプレッサ２８ａと回転軸が連結され排気流により回転するタービン２８ｂが設けられている。
また、当該排気管３４の排気上流側部分と、吸気管２４の吸気下流側部分とは、ＥＧＲ通路３６を介して連通されており、排気を吸気系に還流可能に構成されている。当該ＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３８及び吸気系へ還流させるＥＧＲガス量を調整するＥＧＲバルブ４０が設けられている。
【００２３】
また、当該エンジン１を搭載した車両には、エンジン１の運転制御等をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置としてＥＣＵ４２（燃焼制御手段）が設けられている。当該ＥＣＵ４２は、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うとともに、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
例えば、ＥＣＵ４２の入力側には、上記筒内圧センサ１４、エアフローセンサ２６、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４４、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度センサ４６、吸気の温度を検出する吸気温度センサ４８、吸気の圧力を検出する吸気圧力センサ５０、エンジン１の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ５２等の各種センサ類が接続されている。また、当該ＥＣＵ４２は、これらセンサ類からの情報からエンジン１に作用する負荷やエンジン回転数、吸気酸素（Ｏ２）濃度等を演算して検出することが可能である（吸気酸素濃度検出手段）。さらに、ＥＣＵ４２の出力側には各気筒の燃料噴射弁１２、スロットルバルブ３２、ＥＧＲバルブ４０などの各種デバイス類が接続されている。
【００２４】
そして、ＥＣＵ４２は、上記筒内圧センサ１４により検出される筒内圧情報から、熱発生率、熱発生量、燃焼割合等の燃焼情報を逐次演算し、これらの値に基づき燃焼状態をフィードバック制御する。
本実施形態では、特に燃焼状態の指標として、燃焼割合（ＭＦＢ：Mass Fraction of Burnt Fuelともいう）が所定の割合（例えば５０％）に達したときのクランク角度（以下ＭＦＢ角度という）を用いて、目標とするＭＦＢ角度（目標ＭＦＢ角度）となるよう燃料噴射時期のフィードバック制御を行う。
【００２５】
以下、本実施形態の燃焼制御について詳しく説明する。
図２から図６を参照すると、図２には本発明の実施形態に係る燃焼モード判定マップが示されており、図３には、燃焼モード移行制御の制御モデル、図４には吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘピーク値を示すマップが、図５には図４の所定のＭＦＢ角度一定でのＮＯｘピーク値の変化を示すマップが、図６には燃焼モード切換過渡時におけるＭＦＢ角度変化に対するＮＯｘピーク値の変化を示すタイムチャートが、それぞれ示されており、以下これらの図に基づき説明する。
【００２６】
ＥＣＵ４２は、エンジン１に作用する負荷及びエンジン回転速度に応じて、燃焼モードの判定を行う。これは図２に示すように、運転状態が低負荷である領域が予混合燃焼モード、それ以外の比較的高負荷である領域が通常燃焼モードに設定された制御マップに基づき、燃焼モードの切り換えを行う。
予混合燃焼モードでは、予め空気と燃料とを混合した後に自発着火による燃焼が生起される予混合燃焼により運転が行われる目標ＭＦＢ角度に設定される。なお、当該予混合燃焼モードでは、ＥＣＵ４２はスロットルバルブ３２を閉じるとともにＥＧＲバルブ４０を開き、ＥＧＲガスの還流量を増加させることで、燃焼の低温化を図り、ＮＯｘの発生を抑制させる。
【００２７】
一方、通常燃焼モードは、予混合期間後の燃料噴射中に拡散燃焼を生起させるディーゼル燃焼により運転が行われる目標ＭＦＢ角度に設定される。
さらに、ＥＣＵ４２は、通常燃焼モードと予混合燃焼モードとが切り換わる際には、吸気酸素濃度に応じた目標ＭＦＢ角度の移行制御を行う。
詳しくは、図３に示すように、当該移行制御に関する制御モデルは、エンジン回転速度及び負荷がそれぞれ通常燃焼モードマップＭ１及び予混合燃焼モードマップＭ２に入力され、各燃焼モードマップＭ１、Ｍ２に基づき設定される目標ＭＦＢ角度が移行制御マップＭ３に入力されるよう構成されている。当該移行制御マップＭ３には、吸気酸素濃度も入力され、この吸気酸素濃度の値に応じて最終的な目標ＭＦＢ角度が設定される。
【００２８】
具体的には、当該移行制御マップＭ３には、吸気酸素濃度について第１所定濃度Ａ（第１の所定濃度）及び当該第１所定濃度より大の第２所定濃度Ｂ（第２の所定濃度）が設定されている。そして、燃焼モード切換時の吸気酸素濃度が第１所定濃度Ａ未満である場合は予混合燃焼モードマップに基づく目標ＭＦＢ角度を、第２所定濃度Ｂ以上である場合は通常燃焼モードマップに基づく目標ＭＦＢ角度を、最終的な目標ＭＦＢ角度として出力する。また、第１所定濃度Ａ以上第２所定濃度Ｂ未満の領域は補間領域であり、吸気酸素濃度がこの領域にある場合は、吸気酸素濃度に応じて予混合燃焼モードに基づく目標ＭＦＢ角度と通常燃焼モードに基づく目標ＭＦＢ角度とを補間したＭＦＢ角度を最終的な目標ＭＦＢ角度として出力する。
【００２９】
当該目標ＭＦＢ角度の補間は、例えば線形補間により行うものであり、吸気酸素濃度が第１所定濃度Ａ寄りであるほど予混合燃焼モードの目標ＭＦＢ角度に近く、第２所定濃度Ｂ寄りであるほど通常燃焼モードの目標ＭＦＢ角度に近くなる。つまり、吸気酸素濃度が第１所定濃度Ａ（例えば１７％）及び第２所定濃度Ｂ（例えば１８％）の中央値（１７．５％）である場合には、このときのエンジン回転速度及び負荷に応じた予混合燃焼モードに基づく目標ＭＦＢ角度（−２°ＢＴＤＣ）と通常燃焼モードに基づく目標ＭＦＢ角度（−１０°ＢＴＤＣ）との中央値（−６°ＢＴＤＣ）となる。
【００３０】
この移行制御マップＭ３における第１所定濃度Ａ及び第２所定濃度Ｂは、吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘピーク値の特性から設定する。
詳しくは、図４に示すように、吸気酸素濃度とＭＦＢ角度に対するＮＯｘピーク値を等高線で示したマップを用いて第１所定濃度Ａ及び第２所定濃度Ｂの設定を行う。
当該図４は、図６に示すように通常燃焼モードから予混合燃焼モードへと移行する過渡運転時に吸気酸素濃度の変化を同等に維持しつつ目標ＭＦＢ角度を変化させた場合のＮＯｘ発生のピーク値（以下、ＮＯｘピーク値という）の変化や、図示していないが目標ＭＦＢ角度の変化を同等に維持しつつ吸気酸素濃度を変化させた場合のＮＯｘピーク値の変化を計測して、マップ化したものである。
【００３１】
図４は、ＭＦＢ角度を一定として吸気酸素濃度を変化させた図５からも分かるように、第２所定濃度Ｂから吸気酸素濃度が増加するほどＮＯｘピーク値は急激に高くなり、第１所定濃度Ａから吸気酸素濃度が減少するとＮＯｘピーク値が下がるとともにその変化割合は略一定となる。また、図５のＭＦＢ角度の進角側と遅角側のそれぞれの特性によると、吸気酸素濃度が第２所定濃度Ｂより高い領域ではＭＦＢ角度が進角側になるほどＮＯｘピーク値は急激に高くなるが、吸気酸素濃度が第１所定濃度Ａより低い領域ではＭＦＢ角度に応じてＮＯｘピーク値はほとんど変化しなくなる。
【００３２】
このマップに基づき、第１所定濃度Ａは、吸気酸素濃度の減少に対しＮＯｘピーク値の変化割合が略一定となりＭＦＢ角度の増減に対しＮＯｘピーク値の変化割合が略０となり始める変曲点に設定されている。また、第２所定濃度Ｂは、吸気酸素濃度の増加及びＭＦＢ角度の増加に対するＮＯｘの増加割合が大きくなり始める変曲点に設定されている。
以下、このように構成された本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の作用効果について説明する。
【００３３】
図７、８を参照すると、図７には本実施形態における燃焼制御及び従来の燃焼制御を実行した場合の各状態変化を示すタイムチャートが示され、図８には燃料噴射時期及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘの関係を示すマップが示されている。
まず図７では、回転数一定で、緩やかに負荷を増減させることで、通常燃焼モード及び予混合燃焼モードが切り換わる運転を行っている。
【００３４】
鎖線で示す従来の燃焼制御では、燃料噴射時期を指標とした燃焼制御であり、上記図２で示したような燃焼モード判定マップのみに基づき、所定の負荷を境に通常燃焼モードと予混合燃焼モードとの切り換えを行っている。この場合、負荷が低下し通常燃焼モードから予混合燃焼モードへの切り換わるとき（ｔ１）、ＥＧＲバルブ４０を開きスロットルバルブ３２を閉じることで吸気酸素濃度を低下させているが、応答の遅れから吸気酸素濃度は一気に低下しない。一方、吸気酸素濃度を低下させるのと同時期（ｔ１）に予混合燃焼モードに応じた燃料噴射時期に進角させているが、燃料噴射時期は応答が早く、即座に進角側の燃料噴射が行われる。このような吸気酸素濃度と燃料噴射時期のずれが生じることでスパイク的にＮＯｘが増大している。
【００３５】
これに対し、実線で示す本実施形態における燃焼制御では、負荷が上記図２で示した燃焼モード判定マップにおいて通常燃焼モード領域と予混合燃焼モード領域とを跨ぐような運転が行われると上記図３の制御モデルに基づく燃焼モード移行制御が行われる。
具体的には、図７において、負荷が減少しｔ１時点で上記図２において通常燃焼モード領域から予混合燃焼モード領域に入ったと判定された場合でも、吸気酸素濃度が第２所定濃度Ｂ以上である間は、通常燃焼モードマップＭ１に基づく目標ＭＦＢ角度を最終的な目標ＭＦＢ角度として燃料噴射時期のフィードバック制御が行われる。これにより、燃料噴射時期は急激に増加することなく、吸気酸素濃度の低下に連動して徐々に進角側に制御され、スパイクＮＯｘが抑制されている。
【００３６】
そして、吸気酸素濃度が第２所定濃度Ｂ未満第１所定濃度Ａ以上の補間領域まで低下すると、吸気酸素濃度の低下に応じて徐々に予混合燃焼モードマップＭ２に基づく目標ＭＦＢ角度に移行していき（ｔ２〜ｔ３）、吸気酸素濃度が第１所定濃度Ａ未満となると完全に予混合燃焼モードに移行する（ｔ３〜ｔ４）。
一方、負荷が増加し予混合燃焼モードから通常燃焼モードに切り換わる際には、吸気酸素濃度が第１所定濃度Ａ未満である間は、予混合燃焼モードマップＭ２に基づく目標ＭＦＢ角度を最終的な目標ＭＦＢ角度として燃料噴射時期のフィードバック制御が行われる。
【００３７】
そして、吸気酸素濃度が第１所定濃度Ａ以上第２所定濃度Ｂ未満の補間領域内を増加していくことで徐々に通常燃焼モードマップＭ１に基づく目標ＭＦＢ角度に移行していき（ｔ４〜ｔ５）、吸気酸素濃度が第１所定濃度Ａ以上となると完全に通常燃焼モードに移行する（ｔ５以降）。
このように、本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、ＭＦＢ角度を指標とした燃焼制御を行うものであり、通常燃焼モード及び予混合燃焼モードの切換時にも、吸気酸素濃度に応じて目標ＭＦＢ角度の設定を行っている。ＭＦＢ角度は、実際の燃焼の結果として得られる燃焼割合に基づく指標であることから、エンジン回転速度、燃料噴射量、レール圧力、ＥＧＲ率等の他の運転パラメータの変化に対してもほぼ一定の値として対応することができる。例えば、図８に示すように、燃料噴射時期は、ＥＧＲ率が変わることでＮＯｘを最小限に抑えられる最適な燃料噴射時期が変化するが、ＭＦＢ角度はＥＧＲ率が変わってもＮＯｘを最小限に抑えられる最適なＭＦＢ角度は常に一定の値となる。
【００３８】
したがって、運転パラメータが複合的に複雑に変化する過渡運転時であっても、ＭＦＢ角度を指標としつつ吸気酸素濃度に応じて燃料噴射時期を制御することで、安定的に各運転パラメータの変化に対応した最適な燃焼を生起させることができる。
特に燃焼モード切換時に、各燃焼モードに対応した目標ＭＦＢ角度を補間した目標ＭＦＢ角度を設定することで、吸気系の遅れに対応した燃料噴射時期に制御することができる。
【００３９】
このように、吸気酸素濃度に応じて目標ＭＦＢ角度を適切に制御することで、燃焼モード切換の過渡運転時に生じるスパイクＮＯｘ等を抑制することができる。
さらに、上記図４のように予め吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度に対するＮＯｘ発生の相関関係から、目標ＭＦＢ角度の補間領域として吸気酸素濃度の第１所定濃度Ａ及び第２所定濃度Ｂの範囲に絞り込むことができ、これによりマッチング工数を低減し、制御を簡略化することができる。なお、ＭＦＢ角度の補間は、制御の単純な線形補間により行うことで制御の複雑化を抑制することができる。
【００４０】
また、図４より、第１所定濃度Ａ未満の領域は、ＭＦＢ角度の変化に対してＮＯｘは変化しないことから、通常燃焼モードとして燃費が最適となる目標ＭＦＢ角度とすることができる。一方、図４の第２所定濃度Ｂ以上の領域は、吸気酸素濃度及びＭＦＢ角度の変化に対しＮＯｘの変化も大きいことから、排気の改善を優先させるため予混合燃焼モードとして、ＮＯｘに最適となる目標ＭＦＢ角度としている。
【００４１】
このように、第１所定濃度Ａ及び第２所定濃度Ｂは、当該燃焼モード切換時において、吸気酸素濃度に基づき、通常燃焼モードに適した範囲及び予混合燃焼モードに適した範囲に分けることができる。
以上のことから、本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置は、制御の複雑化を抑制しつつ、燃焼モード切換時に、スパイクＮＯｘ等の排ガス悪化を抑制し、過渡運転時の排ガスを最適化することができる。
【００４２】
以上で本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、ＥＣＵ４２において吸気酸素濃度を演算により間接的に検出しているが、直接吸気酸素濃度を検出可能な酸素濃度センサ等を吸気系に設けても構わない。
【００４３】
また上記実施形態では、ＭＦＢ角度の補間を線形補間により行っているが、補間手法はこれに限られるものでなく、他の補間手法を用いても構わない。
【符号の説明】
【００４４】
１  エンジン
２  気筒
１２  燃料噴射弁
１４  筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
２６  エアフローセンサ
２８  ターボチャージャ
３２  スロットルバルブ
３６  ＥＧＲ通路
４０  ＥＧＲバルブ
４２  ＥＣＵ（燃焼制御手段、燃焼割合算出手段、吸気酸素濃度検出手段）
４４  クランク角センサ
４６  アクセル開度センサ
４８  吸気温度センサ
５０  吸気圧力センサ
【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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【図８】
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