(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードとを含む複数の運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムにおいて、
予混合燃焼運転モードによる低負荷運転の継続時間を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された継続時間が第１基準時間以上であるか否かを判別する判別手段と、
前記判別手段により前記継続時間が前記第１基準時間以上であると判別された場合に、前記内燃機関の運転モードを予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ強制的に変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項２】
請求項１において、前記第１基準時間は、予混合燃焼運転モードによる低負荷運転開始時の排気系部品の温度が高いほど長い時間に設定されることを特徴とする内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記変更手段は、予混合燃焼運転モードによる低負荷運転の継続時間が前記第１基準時間より短い第２基準時間以上で終了した後の加速運転時は、前記内燃機関の運転モードを拡散燃焼運転モードにすることを特徴とする内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項４】
請求項３において、前記変更手段は、予混合燃焼運転モードによる低負荷運転の継続時間が長くなるほど、拡散燃焼運転モードにおける燃料噴射時期を遅角させることを特徴とする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、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードを含む複数の運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関において、機関回転数と機関負荷に応じて運転モードを切り換える技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３０２００号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２３４４号公報
【特許文献３】特開平０９−０４２０３７号公報
【特許文献４】特開２００５−２３３１０７号公報
【特許文献５】特開２００３−２８６８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記したような従来の技術によれば、機関負荷が低い時（例えば、アイドル運転時）は、内燃機関が予混合燃焼運転モードで運転されるが、そのような状態が長く続くと排気管の壁面や触媒等の排気系部品に多量の未燃成分が付着する。
【０００４】
排気系部品に付着した未燃成分が過多になると、排気系部品から脱離する未燃成分や排気系部品に付着しない未燃成分が白煙となって排出される可能性がある。また、内燃機関が低負荷・予混合燃焼運転を継続した後に加速運転されると、排気系部品に付着した未燃成分が一斉に白煙となって排出される可能性もある。
【０００５】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードを含む複数の運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムにおいて、内燃機関から排出される白煙を可及的に低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードを含む複数の運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムにおいて、内燃機関が低負荷・予混合燃焼運転を継続した時間に基づいて、運転モードの強制的な変更を行えるようにした。
【０００７】
詳細には、本発明にかかる内燃機関の燃焼制御システムは、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードとを含む複数の運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムにおいて、予混合燃焼運転モードによる低負荷運転の継続時間を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された継続時間が第１基準時間以上であるか否かを判別する判別手段と、前記判別手段により前記継続時間が前記第１基準時間以上であると判別された場合に前記内燃機関の運転モードを予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ強制的に変更する変更手段と、を備えるようにした。
【０００８】
内燃機関が予混合燃焼運転される場合は、該内燃機関の拡散燃焼運転時に比して、排気中のＮＯｘ量は減少するものの、排気中の未燃成分（ＨＣやＣＯ）が増加する傾向がある。特に、内燃機関が予混合燃焼運転モードで低負荷運転されると、未燃成分が酸化若しく
は気化しきれずに排気系部品に付着し易い。
【０００９】
よって、内燃機関が予混合燃焼運転モードによる低負荷運転（以下、「低負荷・予混合燃焼運転」と略称する場合もある）を長期間継続すると、排気系部品に多量の未燃成分が付着する。未燃成分の付着量が許容限界量を超えると、排気系部品から脱離する未燃成分や排気系部品に付着しきれない未燃成分が白煙となって排出される。
【００１０】
これに対し、本発明にかかる内燃機関の燃焼制御システムは、低負荷・予混合燃焼運転が第１基準時間以上継続されると、内燃機関の運転モードを予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ強制的に変更するようにした。
【００１１】
ここで、前記した第１基準時間は、低負荷・予混合燃焼運転に起因した未燃成分の付着量が許容限界量を上回ると判断することができる時間と同等或いはそれより短い時間である。
【００１２】
内燃機関が拡散燃焼運転される時は予混合燃焼運転される時に比して未燃成分の排出量が少なくなる。このため、排気系部品に付着する未燃成分量が許容限界量を超え難くなる。よって、排気系部品から脱離する未燃成分の量、及び排気系部品に付着しきれない未燃成分の量を低減することができる。その結果、白煙の排出量が低減される。
【００１３】
ところで、単位時間当たりに排気系部品に付着する未燃成分の量は、排気系部品の温度が高くなるほど少なくなる。よって、未燃成分の付着量が許容限界量に到達するまでに要する時間は、排気系部品の温度が高くなるほど長くなる。
【００１４】
そこで、上記した第１基準時間は、予混合燃焼運転モードによる低負荷運転開始時の排気系部品の温度が高いほど長い時間に設定されてもよい。この場合、内燃機関は予混合燃焼運転を可能な限り継続することができる。よって、運転モードの強制的な変更に伴うＮＯｘの排出量の増加を最小限に抑えることができる。
【００１５】
ところで、低負荷・予混合燃焼運転の継続時間が第１基準時間に到達する前に内燃機関が加速運転されると、内燃機関から排出される未燃成分が増加するとともに、排気系部品から脱離する未燃成分が増加する。その結果、白煙の排出量が許容量を超える可能性がある。
【００１６】
そこで、本発明にかかる内燃機関の燃焼制御システムは、予混合燃焼運転モードによる低負荷運転の継続時間が第１基準時間より短い第２基準時間以上で終了した後の加速運転時は、内燃機関の運転モードを拡散燃焼運転モードにするようにしてもよい。
【００１７】
第２基準時間は、低負荷・予混合燃焼運転が該第２基準時間以上継続されると、その後の加速運転時（予混合燃焼運転モードによる加速運転時）に排出される白煙の量が許容量を超えると判断することができる時間である。
【００１８】
低負荷・予混合燃焼運転が第２基準時間以上継続された後の加速運転時に内燃機関の運転モードが予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ変更されると、内燃機関から排出される未燃成分が減少するため、白煙の発生量を最小限に抑えることができる。
【００１９】
尚、排気系部品に付着する未燃成分の量は、低負荷・予混合燃焼運転の継続時間が長くなるほど多くなる。よって、内燃機関の運転モードが強制的に予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ変更される場合は、低負荷・予混合燃焼運転の継続時間が長くなるほど燃料噴射時期（拡散燃焼運転モードにおける燃料噴射時期）が遅角されるようにして
もよい。
【００２０】
拡散燃焼運転モードにおいて燃料が複数回に分割されて噴射（例えば、パイロット噴射とメイン噴射に分割）される場合は、メイン噴射時期のみを遅角させてもよい。
【００２１】
拡散燃焼運転モードにおいて燃料噴射時期が遅角されると、排気温度の上昇により未燃成分の酸化や気化が促進される。よって、排気系部品に付着する未燃成分を減少させることができる。また、排気系部品に付着した未燃成分の酸化も期待することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードを含む複数の運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムにおいて、白煙の発生量が可及的に低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本発明にかかる内燃機関の燃焼制御システムの概略構成を示す図である。
【００２５】
図１に示す内燃機関１は、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１は、各気筒２内へ直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁３と、各気筒２内へ空気を導く吸気通路４とを備えている。吸気通路４の途中には、遠心過給器（ターボチャージャ）５のコンプレッサハウジング５０とインタークーラ６が配置されている。
【００２６】
コンプレッサハウジング５０により過給された吸気は、インタークーラ６により冷却された後に各気筒２内へ導かれるようになっている。各気筒２内へ導かれた吸気は、燃料噴射弁３から噴射された燃料とともに気筒２内で着火及び燃焼される。
【００２７】
各気筒２内で燃焼されたガスは、排気通路７へ排出される。排気通路７へ排出された排気は、排気通路７の途中に配置されたタービンハウジング５１及び排気浄化装置８を経由して大気中へ放出される。
【００２８】
排気浄化装置８は、該排気浄化装置８の温度が活性温度域にある時に排気を浄化する。このような排気浄化装置８としては、酸化能とＮＯｘ吸蔵能を有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、酸化能とＰＭ捕集能を有するパティキュレートフィルタ等を例示することができる。
【００２９】
前記した吸気通路４と排気通路７は、ＥＧＲ通路９により相互に接続されている。ＥＧＲ通路９の途中には、該ＥＧＲ通路９の流路断面積を調節するＥＧＲ弁１０と、該ＥＧＲ通路９を流れる排気（以下、「ＥＧＲガス」と称する）を冷却するためのＥＧＲクーラ１１が配置されている。吸気通路４においてインタークーラ６より下流且つＥＧＲ通路９の接続部より上流の部位には吸気絞り弁１２が配置されている。
【００３０】
上記した燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、及び吸気絞り弁１２は、ＥＣＵ１３によって電気的に制御される。ＥＣＵ１３は、吸気通路４に配置されたエアフローメータ１４の測定値、排気浄化装置８より下流の排気通路７に配置された空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）１５の測定値、排気浄化装置８より下流の排気通路７に配置された温度センサ１８の測定値、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサ１６の測定値、及びアクセルポ
ジションセンサ１７の測定値などをパラメータとして、燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、吸気絞り弁１２を制御する。
【００３１】
例えば、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転状態（機関運転状態）に応じて該内燃機関１の燃焼を切り換える燃焼制御を行う。詳細には、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の負荷（アクセル開度）Ａｃｃｐ及び機関回転数Ｎｅから定まる機関運転状態が図２に示す予混合燃焼運転領域にある時には、内燃機関１を予混合燃焼運転させる。一方、機関運転状態が図２の拡散燃焼運転領域にある時は、ＥＣＵ１３は内燃機関１を拡散燃焼運転させる。
【００３２】
内燃機関１が予混合燃焼運転される場合は、ＥＣＵ１３は、図３に示すように、パイロット噴射量を零に設定（パイロット噴射を停止）するとともに主噴射時期を圧縮上死点より早い時期（圧縮行程の初期又は中期）に設定する。
【００３３】
一方、内燃機関１が拡散燃焼運転させられる場合には、ＥＣＵ１３は、図４に示すように、パイロット噴射量を零より多い量に設定（パイロット噴射を実行）するとともに主噴射時期を圧縮上死点近傍に設定する。
【００３４】
尚、内燃機関１が予混合燃焼運転される場合は、気筒２内の燃料が予混合気を形成する前に過早着火する可能性がある。このため、ＥＣＵ１３は、拡散燃焼運転時より多量のＥＧＲガスを気筒２内へ導入することにより燃料の過早着火を抑制する。
【００３５】
ところで、前述した図２に示したマップに従って内燃機関１の運転モードが切り換えられると、機関負荷・機関回転数が低い時に内燃機関１が予混合燃焼運転モードで運転されることになる。
【００３６】
内燃機関１が予混合燃焼運転される場合は、該内燃機関１が拡散燃焼運転される場合に比して、該内燃機関１から排出されるＮＯｘは減少するものの、未燃成分（ＨＣやＣＯ）の排出量が増加する傾向がある。
【００３７】
また、機関負荷が低い時（特に、アイドル運転時）は排気温度が低くなり易いため、未燃成分が排気系部品（排気通路７、タービンハウジング５１、排気浄化装置８等）に付着し易い。
【００３８】
よって、予混合燃焼運転モードでアイドル運転が継続されると、排気系部品に多量の未燃成分が付着する可能性がある。
【００３９】
排気系部品に付着した未燃成分が許容限界量を超えると、排気系部品から脱離する未燃成分や排気系部品に付着しきれない未燃成分が白煙となって排出される可能性がある。
【００４０】
そこで、本実施例の内燃機関の燃焼制御システムは、予混合燃焼運転モードによるアイドル運転が第１基準時間以上連続した場合に、内燃機関１の運転モードを予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ強制的に変更するようにした。
【００４１】
以下、本実施例における燃焼制御の実行手順について図５に沿って説明する。
【００４２】
図５は、本実施例における燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。この燃焼制御ルーチンは、予めＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、アイドル運転開始をトリガにして実行される。
【００４３】
燃焼制御ルーチンでは、ＥＣＵ１３は、先ずＳ１０１において内燃機関１がアイドル運
転を開始したか否かを判別する。この判別方法としては、アクセル開度Ａｃｃｐが零より大きな開度から零へ変更になったか否かを判別する方法や、図示しないアイドルスイッチの出力信号がオフからオンへ切り換わったか否かを判別する方法を例示することができる。
【００４４】
Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０２では、ＥＣＵ１３は、カウンタＴを起動させる。カウンタＴは、内燃機関１のアイドル運転時間を計時するカウンタである。
【００４５】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ１３は、内燃機関１がアイドル運転を継続しているか否かを判別する。Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０４へ進む。
【００４６】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ１３は、カウンタＴの計時時間Ｔが第１基準時間Ｔ１以上であるか否かを判別する。第１基準時間Ｔ１は、低負荷・予混合燃焼運転に起因した未燃成分の付着量が許容限界量を上回ると判断することができる時間からマージンを差し引いた時間である。
【００４７】
尚、単位時間当たりに排気系部品に付着する未燃成分の量は、排気系部品の温度によって変化する。よって、未燃成分の付着量が許容限界量に到達するまでに要する時間は、排気系部品の温度によって変化する。
【００４８】
そこで、第１基準時間Ｔ１は、アイドル運転開始時の排気系部品の温度に基づいて設定されることが好ましい。アイドル運転開始時の排気系部品の温度としては、排気通路７の壁面温度や排気浄化装置８の温度の実測値が用いられてもよいが、本実施例では温度センサ１８の測定値を用いる。
【００４９】
図６は、第１基準時間Ｔ１と温度センサ１８の測定値（排気温度）との関係を示す図である。単位時間当たりに排気系部品に付着する未燃成分の量は、排気系部品の温度が高くなるほど少なくなる。よって、第１基準時間Ｔ１は、排気温度が高くなるほど長い時間に設定される。
【００５０】
ここで図５に戻り、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０４において否定判定された場合（Ｔ＜Ｔ１）は、Ｓ１０３へ戻る。一方、Ｓ１０４において肯定判定された場合（Ｔ≧Ｔ１）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０５へ進む。
【００５１】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の予混合燃焼運転を禁止する。すなわち、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転モードを予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ強制的に変更させる。
【００５２】
この場合、内燃機関１から排出される未燃成分が減少するため、排気系部品に付着する未燃成分量が許容限界量を超え難くなる。よって、排気系部品から脱離する未燃成分の量、及び排気系部品に付着しきれない未燃成分の量を低減することができる。その結果、白煙の排出量が低減される。
【００５３】
前記したＳ１０１又はＳ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０６においてカウンタＴの計時時間Ｔを“０”にリセットした後、本ルーチンの実行を終了する。
【００５４】
以上述べたようにＥＣＵ１３が図５の燃焼制御ルーチンを実行することにより、本発明にかかる計測手段、判別手段、及び変更手段が実現される。従って、本実施例の内燃機関
の燃焼制御システムによれば、白煙の排出量を可及的に少なくすることができる。
【００５５】
また、本実施例では、第１基準時間はアイドル運転開始時の排気系部品の温度に応じて変更されるため、予混合燃焼運転を可能な限り長く継続することができる。その結果、ＮＯｘの排出量を最小限に抑えることができる。
【００５６】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００５７】
前述した第１の実施例では、予混合燃焼運転モードによるアイドル運転が第１基準時間以上継続された時点で内燃機関１の運転モードを予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ強制的に変更する例について述べた。
【００５８】
ところで、予混合燃焼運転モードによるアイドル運転時間が第１基準時間に到達する前に内燃機関１が加速運転されると、内燃機関１から排出される未燃成分が増加するとともに、排気系部品から脱離する未燃成分が増加する。その結果、比較的多量の白煙が発生する可能性がある。
【００５９】
そこで、本発明にかかる内燃機関の燃焼制御システムは、予混合燃焼運転モードによるアイドル運転の継続時間が第１基準時間より短い第２基準時間以上で終了した後の加速運転時は、内燃機関１の運転モードを拡散燃焼運転モードにする。
【００６０】
この場合、内燃機関１から排出される未燃成分が減少するため、白煙の発生量を最小限に抑えることができる。
【００６１】
尚、排気系部品に付着する未燃成分の量は、低負荷・予混合燃焼運転の継続時間が長くなるほど多くなる。よって、拡散燃焼運転モードにおける燃料噴射時期（メイン噴射時期）は、アイドル運転の継続時間が長くなるほど遅角されることが好ましい。
【００６２】
拡散燃焼運転モードにおいてメイン噴射時期が遅角されると、排気温度の上昇により未燃成分の酸化や気化が促進される。よって、排気系部品に付着する未燃成分を減少させることができる。また、排気系部品に付着した未燃成分が高温の排気に曝されて酸化されることも期待することができる。
【００６３】
以下、本実施例における燃焼制御の実行手順について図７に沿って説明する。
【００６４】
図７は、本実施例における燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。図７において、前述した第１の実施例の燃焼制御ルーチン（図５を参照）と同様の処理については同一の符号が付されている。
【００６５】
燃焼制御ルーチンでは、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０３において否定判定された場合に、Ｓ２０１へ進む。Ｓ２０１では、ＥＣＵ１３は、内燃機関１が予混合燃焼運転モードで加速運転されているか否かを判別する。
【００６６】
Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０６へ進む。一方、Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０２へ進む。Ｓ２０２では、ＥＣＵ１３は、カウンタＴの計時時間Ｔが第２基準時間Ｔ２以上であるか否かを判別する。
【００６７】
第２基準時間Ｔ２は、低負荷・予混合燃焼運転が該第２基準時間Ｔ２以上継続される
と、その後の加速運転時（予混合燃焼運転モードによる加速運転時）に排出される白煙の量が許容量を超えると判断することができる時間である。
【００６８】
Ｓ２０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、排気系部品から脱離する未燃成分が十分に少ない（言い換えれば、排気系部品から脱離する未燃成分と内燃機関１から排出される未燃成分との総量が排気浄化装置８の酸化能力（酸化可能な未燃成分量）以下である）とみなして、Ｓ１０６へ進む。
【００６９】
一方、Ｓ２０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、排気系部品から脱離する未燃成分が過剰に多い（言い換えれば、排気系部品から脱離する未燃成分と内燃機関１から排出される未燃成分との総量が排気浄化装置８の酸化能力（酸化可能な未燃成分量）を超えている）とみなして、Ｓ１０５へ進む。
【００７０】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転モードを拡散燃焼運転モードへ変更するとともに、その際のメイン噴射時期をカウンタＴの計時時間Ｔに従って決定する。
【００７１】
この場合、内燃機関１の運転モードが拡散燃焼運転モードへ変更されるため、内燃機関１から排出される未燃成分量が減少する。その結果、排気系部品から脱離する未燃成分と内燃機関１から排出される未燃成分との総量が排気浄化装置８の酸化能力を大きく超えることがなくなる。よって、白煙の発生量を低減することができる。
【００７２】
尚、前記した第２基準時間は、前述した第１基準時間と同様に排気系部品の温度に応じて変更されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】内燃機関の燃焼制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】予混合燃焼運転と拡散燃焼運転を切り換えるためのマップを示す図である。
【図３】予混合燃焼運転時の燃料噴射タイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】拡散燃焼運転時の燃料噴射タイミングを示すフローチャートである。
【図５】第１の実施例における燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第１基準時間Ｔ１と排気系部品の温度（排気温度）との関係を示す図である。
【図７】第２の実施例における燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・燃料噴射弁
４・・・・・吸気通路
５・・・・・ターボチャージャ
６・・・・・インタークーラ
７・・・・・排気通路
８・・・・・排気浄化装置
９・・・・・ＥＧＲ通路
１０・・・・ＥＧＲ弁
１１・・・・ＥＧＲクーラ
１２・・・・吸気絞り弁
１３・・・・ＥＣＵ
１４・・・・エアフローメータ
１５・・・・空燃比センサ
１６・・・・水温センサ
１７・・・・アクセルポジションセンサ
１８・・・・温度センサ
１９・・・・流路切換弁
７０・・・・第１分岐管
７１・・・・第２分岐管
８０・・・・第１排気浄化装置
８１・・・・第２排気浄化装置
【図１】
0004725573.tif 000002
【図２】
0004725573.tif 000003
【図３】
0004725573.tif 000004
【図４】
0004725573.tif 000005
【図５】
0004725573.tif 000006
【図６】
0004725573.tif 000007
【図７】
0004725573.tif 000008