(57)【要約】【課題】本発明は、低温燃焼状態と通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関において、煙の排出量を抑制すると共に、より運転者の要求にあった加速性を得ることが出来る技術を提供することを課題とする。【解決手段】低温燃焼状態と通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関において、燃焼室へ噴射可能な燃料量の上限値である最大燃料噴射量を算出するＭＡＰが、低温燃焼時用ＭＡＰと通常燃焼時用ＭＡＰとしてそれぞれ別々に備えられている（Ｓ１０３、Ｓ１０４）。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の既燃ガス成分が増加することによって煤の発生量が最大となるときの前記既燃ガス成分の量よりも、前記燃焼室内の前記既燃ガス成分の量を多くすることで煤の発生が抑制される低温燃焼状態と、該低温燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関において、
前記燃焼室へ噴射される燃料量を制御する燃料噴射量制御手段と、
前記燃料噴射量制御手段によって制御される前記燃料量の上限値である最大燃料量を煙の排出量が許容範囲内となるように設定する最大燃料量設定手段と、
を備え、
前記最大燃料量設定手段は、前記最大燃料量を、前記低温燃焼時と前記通常燃焼時とでは異なる値に設定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記最大燃料量設定手段は、前記燃焼室に供給される吸入空気量が同量の場合、前記通常燃焼時の前記最大燃料量より前記低温燃焼時の前記最大燃料量を大きい値に設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に関し、特に内燃機関の燃焼室での燃焼状態を制御する内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関においては、燃焼室へ噴射される燃料量は機関回転数や要求負荷等から算出されるが、該燃料量が過剰になると煤や未燃成分の発生量が増加し、煙の排出量が許容範囲を超えることになる。そのため、煙の排出量が許容範囲内となるように、燃焼室へ噴射可能な燃料量の上限値である最大燃料量が設定されており、燃焼室に実際に噴射される燃料量はこの最大燃料量以下となるように制御されている。
【０００３】
一方、ＮＯｘや煤の排出低減を図るために、燃焼室内の既燃ガス成分が増加することによって煤の発生量が最大となるときの既燃ガス成分の量よりも、燃焼室内の既燃ガス成分の量を多くすることで煤の発生が抑制される低温燃焼状態と、該低温燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関の開発が進められている。
【０００４】
このような内燃機関としては、内燃機関が低温燃焼状態で運転されているときは、燃焼室内の既燃ガス率が高く空気量が少ない状態でトルクを制御するために、要求負荷および機関回転数に基づいて吸入ガス量（燃焼室に供給される吸入空気量および既燃ガス量）を制御し、内燃機関が通常燃焼状態で運転されているときは、燃焼室内の空気量が過剰な状態でトルクを制御するために、要求負荷および機関回転数に基づいて燃料噴射量を制御する内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３３４１６８３号公報
【特許文献２】
特許第３３３１９７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したような低温燃焼状態と通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関においても、煙の排出量を許容範囲内とするために前記最大燃料量を設定する必要がある。しかしながら、低温燃焼状態では煤の発生が抑制されるため、燃焼室へ供給される吸入空気量および燃料量が同量の場合、低温燃焼時の煙の排出量は通常燃焼時に比べて少ない。そのため、上記したような低温燃焼状態と通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関において、低温燃焼時と通常燃焼時での前記最大燃料量を同じ値に設定すると、例えば、該最大燃料量を、通常燃焼時において煙の排出量が許容範囲の上限となる燃料量に設定したとしても、低温燃焼時においては煙の排出量が許容範囲の上限となる燃料量よりも少ない量で燃焼室への燃料噴射量が制限されることになる。従って、低温燃焼時の車両の加速性が損なわれる虞がある。
また、上記理由から低温燃焼時は前記最大燃料量を設定しないとした場合、加速時等に燃焼室に噴射される燃料量が急増したときに燃焼室内の空燃比が過剰にリッチとなり失火し煙の排出量が急増する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、低温燃焼状態と通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関において、煙の排出量を抑制すると共に、より運転者の要求にあった加速性を得ることが出来る技術を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用した。
即ち、本発明は、低温燃焼状態と通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関において、燃焼室へ噴射可能な燃料量の上限値である最大燃料量を低温燃焼時と通常燃焼時とでは異なる値とするものである。
【０００９】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置は、
燃焼室内の既燃ガス成分が増加することによって煤の発生量が最大となるときの前記既燃ガス成分の量よりも、前記燃焼室内の前記既燃ガス成分の量を多くすることで煤の発生が抑制される低温燃焼状態と、該低温燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関において、
前記燃焼室へ噴射される燃料量を制御する燃料噴射量制御手段と、
前記燃料噴射量制御手段によって制御される前記燃料量の上限値である最大燃料量を煙の排出量が許容範囲内となるように設定する最大燃料量設定手段と、
を備え、
前記最大燃料量設定手段は、前記最大燃料量を、前記低温燃焼時と前記通常燃焼時とでは異なる値に設定することを特徴とする。
【００１０】
低温燃焼時と通常燃焼時とでは、燃焼室に噴射される燃料量が同量であっても排出される煙の量が異なる。即ち、低温燃焼時と通常燃焼時とでは、煙の排出量が許容範囲内となる燃料噴射量は異なる。
【００１１】
そこで、上記構成のように、燃焼室へ噴射可能な燃料量の上限値である最大燃料量をそれぞれの燃焼状態に応じた燃料量に設定することで、燃焼室へ噴射される燃料量が過剰となることを防止しつつ、出来るだけ多くの燃料を燃焼室へ噴射することが出来る。従って、各燃焼状態をより好適なものとすることが出来るため、煙の排出量を抑制することが出来ると共に、より運転者の要求にあった加速性を得ることが可能となる。
【００１２】
また、前述したとおり、燃焼室に供給される吸入空気量および燃料量が同量の場合、低温燃焼時の煙の排出量は通常燃焼時に比べて少ない。即ち、煙の排出量を許容範囲内としつつ、通常燃焼時よりも低温燃焼時の方がより多くの燃料を燃焼室に噴射することが出来る。
【００１３】
そのため、燃焼室に供給される吸入空気量が同量の場合、通常燃焼時の最大燃料量より低温燃焼時の最大燃料量を大きい値に設定しても良い。
【００１４】
このような構成によれば、低温燃焼時に、より多くの燃料を燃焼室に噴射することが可能となる。即ち、低温燃焼時において、煙の排出を抑制しつつ、より好適な車両の加速性を得ることが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明をディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御装置の概略構成を示す図である。
【００１７】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する多気筒ディーゼル機関である。内燃機関１は、各気筒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。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。該コモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００１８】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。前記燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００１９】
このように構成された燃料噴射系では、燃料ポンプ６によって燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給された燃料は、該コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電圧が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、燃料噴射弁３から気筒２の燃焼室へ燃料が噴射される。
【００２０】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【００２１】
前記吸気枝管８は、吸気管９と接続されており、該吸気管９には上流から順に、エアクリーナボックス１０、該吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１、遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａ、インタークーラ１６、吸気絞り弁１３が取り付けられている。該吸気絞り弁１３には、該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられており、該吸気絞り弁１３が開閉駆動することで吸気管９内を流れる吸気の流量が調節される。
【００２２】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が各気筒２の燃焼室と排気ポート３０を介して連通している。
【００２３】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。また、該タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続されている。
【００２４】
前記排気管１９の途中には、排気浄化触媒２０が配置されており、該排気浄化触媒２０上流側の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３が取り付けられている。また、排気浄化触媒２０より上流側および下流側の排気管１９には、それぞれ該排気管１９内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する第１排気温度センサ２４、第２排気温度センサ２９が取り付けられている。前記排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００２５】
また、内燃機関１には、該内燃機関１の排気系を流れる排気の一部を吸気系へ再循環させる排気再循環装置４０が設けられている。排気再循環装置４０は、排気枝管１８からシリンダヘッド内を通って吸気枝管８の集合部に至るよう形成された排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５と、電磁弁等からなり印加電圧の大きさに応じてＥＧＲ通路２５内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を調整する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６と、ＥＧＲ弁２６より上流側のＥＧＲ通路２５に設けられ該ＥＧＲ通路２５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７とを備えている。
【００２６】
このように構成された排気再循環装置４０では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、排気枝管１８内を流れる排気ガスの一部が、前記ＥＧＲ通路２５を通り、ＥＧＲクーラ２７によって冷却され、吸気枝管８の集合部へ流入する。吸気枝管８へ流入したＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ分配され、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００２７】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低くなり、以て窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が抑制される。
【００２８】
以上述べたように構成された内燃機関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（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、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の運転状態を制御するユニットである。
【００２９】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、第１排気温度センサ２４、第２排気温度センサ２９、クランクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００３０】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、ＥＧＲ弁２６等が電気配線を介して接続され、上記各部がＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００３１】
ＥＣＵ３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔等に基づき機関回転数を算出する。また、ＥＣＵ３５は、エアフローメータ１１および吸気管圧力センサ１７の出力信号から、燃料室に供給される吸入空気量を算出する。
【００３２】
また、本実施の形態に係る内燃機関１は、燃焼室への燃料噴射時期を固定した状態で排気再循環装置４０によってＥＧＲガス（本発明に係る既燃ガス成分に相当する）が燃焼室に供給されることにより増加する煤の発生量が最大となるときの前記ＥＧＲガスの量よりも、燃焼室に供給されるＥＧＲガスの量を多くすることで、煤の発生量が抑制される低温燃焼状態と、該低温燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関である。低温燃焼については公知技術であるため詳細な説明を省略するが、例えば、特許第３１１６８７６号公報等に開示されている。
【００３３】
次に、本実施の形態に係る内燃機関１において、燃焼室に噴射する燃料噴射量の決定方法について説明する。
【００３４】
前記ＥＣＵ３５は、機関回転数や、アクセル開度センサ３６により検出されるアクセル開度等によって、燃焼室への基本燃料噴射量を算出する。しかし、燃焼室に実際に噴射される燃料量が過剰になると、煤や未燃成分の発生量が増加し、内燃機関１から排出される煙の量が許容範囲を超えることになる。そのため、燃焼室に噴射可能な燃料量の上限値である最大燃料噴射量が、内燃機関１から排出される煙の量が許容範囲内となるように予め設けられており、該最大燃料噴射量より多い燃料量が燃焼室に噴射されることがないよう制御されている。前記最大燃料噴射量は、機関回転数と吸入空気量とに基づくＭＡＰによって算出される。
【００３５】
ここで、低温燃焼状態では煤の発生が抑制されるため、燃焼室へ供給される吸入空気量および燃料噴射量が同量の場合、低温燃焼時の煙の排出量は通常燃焼時に比べて少ない。即ち、煙の排出量を許容範囲としつつ、低温燃焼時には通常燃焼時よりも多くの燃料を燃焼室に噴射することが出来る。そこで、本実施の形態に係るＥＣＵ３５には、最大燃料噴射量を算出する前記ＭＡＰが、低温燃焼時用ＭＡＰと通常燃焼時用ＭＡＰとしてそれぞれ別々に備えられており、燃焼室へ供給される吸入空気量が同量の場合、最大燃料噴射量は、通常燃焼時より低温燃焼時の方が多くなるように設定されている。
【００３６】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の燃焼制御装置によれば、最大燃料噴射量をそれぞれの燃焼状態に応じた燃料量に設定されているため、燃焼室への燃料噴射量が過剰となることを防止しつつ、出来るだけ多くの燃料を燃焼室へ噴射することが出来る。従って、各燃焼状態をより好適なものとすることが出来るため、煙の排出量を抑制することが出来ると共に、より運転者の要求にあった加速性を得ることが可能となる。
【００３７】
次に、本実施の形態において、内燃機関１の燃焼室に実際に噴射される実燃料噴射量を算出する実燃料噴射量算出ルーチンについて図２に示すフローチャートに沿って説明する。
【００３８】
図２に示すフローチャートは、本実施の形態に係る実燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。この実燃料噴射量算出ルーチンは、ＥＣＵ３５によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンであり、予めＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに記憶されている。
【００３９】
本ルーチンでは、ＥＣＵ３５は、先ずＳ１０１において、機関回転数Ｎとアクセル開度Ｑとに基づき、基本燃料噴射量ｅｑｆｉｎを算出する。
【００４０】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０２に進み、内燃機関１が低温燃焼状態で運転されているか否かを判別する。
【００４１】
前記Ｓ１０２において、内燃機関１が低温燃焼状態で運転されていると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０３に進み、ＥＣＵ３５のＲＯＭに予め記憶されている前記低温燃焼時用ＭＡＰから、機関回転数Ｎと吸入空気量Ｅとに基づき最大燃料噴射量ｅｑａｆｍを算出する。そして、該最大燃料噴射量ｅｑａｆｍを算出したＥＣＵ３５は、Ｓ１０５に進む。
【００４２】
一方、前記Ｓ１０２において、内燃機関１が低温燃焼状態で運転されていない、即ち内燃機関１が通常燃焼状態で運転されていると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０４に進み、ＥＣＵ３５のＲＯＭに予め記憶されている前記通常燃焼時用ＭＡＰから、機関回転数Ｎと吸入空気量Ｅとに基づき最大燃料噴射量ｅｑａｆｍを算出する。そして、該最大燃料噴射量ｅｑａｆｍを算出したＥＣＵ３５は、Ｓ１０５に進む。
【００４３】
前記Ｓ１０５においてＥＣＵ３５は、前記Ｓ１０１において算出された基本燃料噴射量ｅｑｆｉｎと、前記Ｓ１０３または前記Ｓ１０４において算出された最大燃料噴射量ｅｑａｆｍとを比較し、小さい方の値を実燃料噴射量ｅｑｆｉｎｃｄとして算出し本ルーチンの実行を終了する。
【００４４】
この実燃料噴射量算出ルーチンによれば、燃焼室へ実際に噴射される燃料噴射量を、煙の排出量が許容範囲内となる量としつつ、出来るだけ多い量とすることが出来る。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置によれば、低温燃焼状態と通常燃焼状態とを選択的に切り換える内燃機関において、煙の排出量を抑制すると共に、より運転者の要求にあった加速性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態に係る実燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１ａ・・・クランクプーリ
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・エアクリーナボックス
１１・・・エアフローメータ
１３・・・吸気絞り弁
１４・・・吸気絞り弁用アクチュエータ
１５・・・遠心過給機（ターボチャージャ）
１５ａ・・コンプレッサハウジング
１５ｂ・・タービンハウジング
１６・・・インタークーラ
１７・・・吸気管圧力センサ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・排気浄化触媒
２３・・・空燃比センサ
２４・・・第１排気温度センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２９・・・第２排気温度センサ
３０・・・排気ポート
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
４０・・・排気再循環装置
【図１】
2004346787.tif 000003
【図２】
2004346787.tif 000004