(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置において、
前記エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
メイン燃料噴射を実施するように前記燃料噴射弁を制御するメイン噴射制御手段と、
前記メイン燃料噴射を実施する前に補助的なプレ燃料噴射を実施するように前記燃料噴射弁を制御するプレ噴射制御手段と、
前記燃焼室内の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
目標空燃比と前記空燃比検出手段により得られた検出空燃比との偏差を算出する偏差算出手段とを備え、
前記メイン噴射制御手段は、前記メイン燃料噴射の燃料噴射時期を決定する噴射時期決定手段と、前記偏差算出手段により算出された前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差に応じて、前記噴射時期決定手段により決定された前記メイン燃料噴射の燃料噴射時期を変更する噴射時期変更手段とを有し、
前記噴射時期変更手段は、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差がリーン側にずれている場合に、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差の絶対値が予め決められた遅角用閾値の絶対値よりも大きいかどうかを判断し、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差の絶対値が前記遅角用閾値の絶対値よりも大きいと判断されると、前記メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角する手段であり、
前記プレ噴射制御手段は、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差がリーン側にずれている場合に、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差の絶対値が予め決められたプレ噴射用閾値の絶対値よりも大きいかどうかを判断する手段を有し、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差の絶対値が前記プレ噴射用閾値の絶対値よりも大きいと判断されたときに、前記プレ燃料噴射を実施するように前記燃料噴射弁を制御し、
前記プレ噴射用閾値の絶対値が前記遅角用閾値の絶対値よりも大きいことを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項２】
前記メイン噴射制御手段は、前記メイン燃料噴射を複数回に分けて実施するように前記燃料噴射弁を制御し、
前記プレ噴射制御手段は、１回目の前記メイン燃料噴射の燃料噴射量を減量して、前記プレ燃料噴射の燃料噴射量を設定する手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記噴射時期変更手段は、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差がリッチ側にずれている場合に、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差の絶対値が予め決められた進角用閾値の絶対値よりも大きいかどうかを判断し、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差の絶対値が前記進角用閾値の絶対値よりも大きいと判断されると、前記メイン燃料噴射の燃料噴射時期を進角する手段であることを特徴とする請求項１記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手段を更に備え、
前記偏差算出手段は、前記クランク角検出手段により検出された前記クランク角が所定角度になった時点で、前記目標空燃比と前記検出空燃比との偏差を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合圧縮着火（ＰＣＣＩ）燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の燃焼制御装置は、低温予混合圧縮着火燃焼に入ってからの経過時間が所定値以下であるときは、通常燃焼から低温予混合圧縮着火燃焼に移行した直後の酸素濃度の高い状態にあると判断し、燃料のパイロット噴射を行うというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９０５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、酸素濃度が高い期間にパイロット噴射を行うことで、燃焼騒音を低減することは可能となる。しかし、パイロット噴射の追加だけでは、ＮＯｘの排出量増加を十分に抑制することはできない。また、上記従来技術では、予混合圧縮着火燃焼から通常燃焼への燃焼切替時等に発生しやすい失火等の不具合については、何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明の目的は、燃焼切替時等において適切な燃焼を実現することができる燃焼制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置において、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、メイン燃料噴射を実施するように燃料噴射弁を制御するメイン噴射制御手段と、メイン燃料噴射を実施する前に補助的なプレ燃料噴射を実施するように燃料噴射弁を制御するプレ噴射制御手段と、燃焼室内の空燃比を検出する空燃比検出手段と、目標空燃比と空燃比検出手段により得られた検出空燃比との偏差を算出する偏差算出手段とを備え、メイン噴射制御手段は、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を決定する噴射時期決定手段と、偏差算出手段により算出された目標空燃比と検出空燃比との偏差に応じて、噴射時期決定手段により決定されたメイン燃料噴射の燃料噴射時期を変更する噴射時期変更手段とを有し、噴射時期変更手段は、目標空燃比と検出空燃比との偏差がリーン側にずれている場合に、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値が予め決められた遅角用閾値の絶対値よりも大きいかどうかを判断し、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値が遅角用閾値の絶対値よりも大きいと判断されると、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角する手段であり、プレ噴射制御手段は、目標空燃比と検出空燃比との偏差がリーン側にずれている場合に、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値が予め決められたプレ噴射用閾値の絶対値よりも大きいかどうかを判断する手段を有し、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値がプレ噴射用閾値の絶対値よりも大きいと判断されたときに、プレ燃料噴射を実施するように燃料噴射弁を制御し、プレ噴射用閾値の絶対値が遅角用閾値の絶対値よりも大きいことを特徴とするものである。
【０００７】
このように本発明の燃焼制御装置においては、燃焼室内の空燃比を検出し、目標空燃比と検出空燃比との偏差を算出し、その偏差に応じてメイン燃料噴射の燃料噴射時期を変更することにより、燃焼切替時等において適切な燃焼を実現することができる。例えば、通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼への燃焼切替時には、燃焼室内の空燃比が予混合圧縮着火燃焼を行う目標空燃比に対してリーンとなる場合があるが、この場合にはメイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角することにより、燃焼騒音を低減しつつ、ＮＯｘの排出量増加を十分に抑制することができる。また、予混合圧縮着火燃焼から通常燃焼への燃焼切替時には、燃焼室内の空燃比が通常燃焼を行う目標空燃比に対してリッチとなる場合があるが、この場合にはメイン燃料噴射の燃料噴射時期を進角することにより、燃料と空気との予混合気の失火を抑制することができる。
【０００９】
このように目標空燃比と検出空燃比との偏差がリーン側にずれている場合に、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値が遅角用閾値の絶対値よりも大きいときは、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角することにより、燃料と空気との予混合気の早期着火が抑制される。これにより、通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼への燃焼切替時に、燃焼騒音を低減しつつ、ＮＯｘの排出量増加を十分に抑制することができる。
【００１１】
このように目標空燃比と検出空燃比との偏差がリーン側にずれている場合に、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値がプレ噴射用閾値の絶対値よりも大きいときに、補助的なプレ燃料噴射を実施することにより、通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼への燃焼切替時に、燃焼騒音を低減することができる。また、燃料と空気との予混合気の失火に対する耐性を高くし、燃焼安定性を向上させることができる。
【００１２】
また、プレ噴射用閾値の絶対値が遅角用閾値の絶対値よりも大きいことにより、目標空燃比と検出空燃比との偏差がリーン側にずれている場合に、目標空燃比と空燃比との偏差の絶対値がプレ噴射用閾値の絶対値よりも大きいときは、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角すると共に、プレ燃料噴射を実施することになる。これにより、燃焼騒音を十分に低減しつつ、ＮＯｘの排出量増加を十分に抑制することができると共に、燃料と空気との予混合気の失火に対する耐性を高くし、燃焼安定性を向上させることができる。
【００１３】
また、メイン噴射制御手段は、メイン燃料噴射を複数回に分けて実施するように燃料噴射弁を制御し、プレ噴射制御手段は、１回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量を減量して、プレ燃料噴射の燃料噴射量を設定する手段を更に有することが好ましい。この場合には、プレ燃料噴射による燃焼と１回目のメイン燃料噴射による燃焼とが同時に行われる際に生じる燃焼騒音の増加を抑制することができる。
【００１４】
さらに、好ましくは、噴射時期変更手段は、目標空燃比と検出空燃比との偏差がリッチ側にずれている場合に、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値が予め決められた進角用閾値の絶対値よりも大きいかどうかを判断し、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値が進角用閾値の絶対値よりも大きいと判断されると、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を進角する手段である。
【００１５】
このように目標空燃比と検出空燃比との偏差がリッチ側にずれている場合に、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値が進角用閾値の絶対値よりも大きいときは、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を進角することにより、燃料と空気との予混合気の着火時期の遅角が抑制される。これにより、予混合圧縮着火燃焼から通常燃焼への燃焼切替時に、予混合気の失火を抑制することができる。
【００１６】
また、好ましくは、エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手段を更に備え、偏差算出手段は、クランク角検出手段により検出されたクランク角が所定角度になった時点で、目標空燃比と検出空燃比との偏差を算出する。
【００１７】
目標空燃比と検出空燃比との偏差の算出を時間同期で周期的に行うと、偏差の算出から燃料噴射までの期間が長く且つ一定でないため、偏差の算出精度が悪化する。そこで、エンジンのクランク角を検出し、クランク角が所定角度になった時点で、目標空燃比と検出空燃比との偏差を算出することにより、偏差の算出から燃料噴射までの期間が短く且つ一定となるため、偏差の算出精度が良くなる。これにより、燃焼切替等において、燃焼騒音の低減効果、ＮＯｘの排出量増加の抑制効果、失火の抑制効果を一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼への燃焼切替時や、予混合圧縮着火燃焼から通常燃焼への燃焼切替時等において、適切な燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係わる燃焼制御装置の一実施形態を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。
【図２】図１に示したＥＣＵにより実行される処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図２に示した予混合圧縮着火燃焼制御の処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図４】図３に示した偏差算出処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図５】噴射時期調整マップの一例を示すグラフである。
【図６】プレ噴射追加マップの一例を示すグラフである。
【図７】メイン燃料噴射の燃料噴射時期と燃焼騒音及び図示平均有効圧（Ｐｉ）変動率との関係の一例を示すグラフである。
【図８】プレ燃料噴射の実施時におけるメイン燃料噴射の燃料噴射時期と燃焼騒音、ＮＯｘ排出濃度及び図示平均有効圧（Ｐｉ）変動率との関係の一例を示すグラフである。
【図９】ＥＧＲ率を０％とした場合の熱発生率波形の一例を様々な条件で比較して示すグラフである。
【図１０】プレ燃料噴射を実施した場合にＥＧＲ率を変更したときの熱発生率波形の一例を比較して示すグラフである。
【図１１】メイン燃料噴射の燃料噴射時期と図示平均有効圧（Ｐｉ）変動率との関係の一例を示すグラフである。
【図１２】燃焼モードが通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼に切り替わるときの空燃比偏差の算出タイミングの一例を時間同期と角度同期とで比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係わる燃焼制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係わる燃焼制御装置の一実施形態を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。同図において、本実施形態に係るディーゼルエンジン１は、予混合圧縮着火（ＰＣＣＩ）を行う４気筒直列ディーゼルエンジンであり、コモンレール式の燃料噴射装置を備えている。ディーゼルエンジン１はエンジン本体２を備え、このエンジン本体２には４つのシリンダ３が設けられている。
【００２２】
各シリンダ３には、燃焼室４内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）５がそれぞれ配設されている。インジェクタ５は、噴射ノズル５ａから放射状に燃料を噴射する。各インジェクタ５はコモンレール６に接続されており、コモンレール６に貯留された高圧燃料が各インジェクタ５に常時供給されている。
【００２３】
エンジン本体２には、燃焼室４内に空気を吸入するための吸気通路７がインテークマニホールド８を介して接続されている。また、エンジン本体２には、燃焼後の排気ガスを排出するための排気通路９がエキゾーストマニホールド１０を介して接続されている。
【００２４】
吸気通路７には、上流側から下流側に向けてエアクリーナー１１、ターボ過給機１２のコンプレッサ１３、インタークーラー１４及びスロットルバルブ１５が設けられている。スロットルバルブ１５は、吸気通路７の通路面積を絞り、吸気通路７を通過する空気量を減少させると共に下流側の圧力を低下させる。排気通路９には、ターボ過給機１２のタービン１６及び触媒付きＤＰＦ１７が設けられている。
【００２５】
また、ディーゼルエンジン１は、燃焼後の排気ガスの一部を排気再循環ガス（ＥＧＲガス）として燃焼室４内に還流する排気再循環（ＥＧＲ）装置１８を備えている。ＥＧＲ装置１８は、吸気通路７とエキゾーストマニホールド１０とを繋ぐように設けられ、ＥＧＲガスを還流するためのＥＧＲ通路１９と、エキゾーストマニホールド１０から吸気通路７へのＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ２０と、ＥＧＲ通路１９を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２１と、このＥＧＲクーラ２１をバイパスするようにＥＧＲ通路１９に接続されたバイパス通路２２と、ＥＧＲガスの流路をＥＧＲクーラ２１側またはバイパス通路２２側に切り替える切替弁２３とを有している。
【００２６】
上記の各インジェクタ５、スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０及び切替弁２３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４によって制御される。ＥＣＵ２４には、クランク角センサ２５、アクセル開度センサ２６及びエアーフローメータ２７が接続されている。
【００２７】
クランク角センサ２５は、図示しないピストンが連結されるクランク軸の回転角度（クランク角）を検出することで、エンジン本体２の回転数（エンジン回転数）を算出可能とするためのセンサである。アクセル開度センサ２６は、エンジン本体２の負荷（エンジン負荷）の代替値として、アクセルペダルの踏込み角（アクセル開度）を検出するセンサ（負荷検出手段）である。なお、コモンレール式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンでは、燃料噴射量を電子制御しており、エンジン負荷の代替値として燃料噴射量を用いることも可能である。エアーフローメータ２７は、燃焼室４内に吸入される空気量を検出するセンサであり、吸気通路７に配置されている。
【００２８】
ＥＣＵ２４は、クランク角センサ２５、アクセル開度センサ２６、エアーフローメータ２７の検出信号を入力し、所定の処理を行い、インジェクタ５、スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０及び切替弁２３を制御する。
【００２９】
ここで、インジェクタ５、スロットルバルブ１５、排気再循環装置１８、ＥＣＵ２４、クランク角センサ２５、アクセル開度センサ２６及びエアーフローメータ２７は、本実施形態の燃焼制御装置２８を構成している。このような燃焼制御装置２８は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程という１サイクルにおいて、燃焼室４内に空気を吸入すると共に各インジェクタ５から燃焼室４内に燃料を複数回に分けて噴射（分割噴射）して、予混合圧縮着火燃焼を行うように制御する。
【００３０】
図２は、ＥＣＵ２４により実行される処理手順を示すフローチャートである。本処理は、クランク角センサ２５、アクセル開度センサ２６及びエアーフローメータ２７の検出信号に基づいてインジェクタ５を制御する処理である。
【００３１】
同図において、まず燃焼モードが予混合圧縮着火燃焼モードであるかどうかを判断し（手順Ｓ１０１）、燃焼モードが予混合圧縮着火燃焼モードであるときは、予混合圧縮着火燃焼制御を実行し（手順Ｓ１０２）、燃焼モードが予混合圧縮着火燃焼モードでないときは、通常燃焼制御を実行する（手順Ｓ１０３）。
【００３２】
図３は、上記の予混合圧縮着火燃焼制御の処理手順の詳細を示すフローチャートである。同図において、まずプレ噴射追加フラグＦを０に初期設定する（手順Ｓ１１１）。続いて、クランク角センサ２５により検出・算出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ２６により検出されたアクセル開度（エンジン負荷）とに基づいて、１回目のメイン燃料噴射及びこの後に実施される２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定する（手順Ｓ１１２）。
【００３３】
続いて、アクセル開度センサ２６により検出されたエンジン負荷が所定値以下であるかどうかを判断する（手順Ｓ１１３）。エンジン負荷が所定値以下であるときは、１回目のメイン燃料噴射の前に実施される補助的なプレ燃料噴射の燃料噴射量を決定する（手順Ｓ１１４）。この時の燃料噴射量は、例えばエンジン負荷に応じた量としても良いし、予め設定された一定量としても良い。そして、プレ噴射追加フラグＦを１にセットする（手順Ｓ１１５）。エンジン負荷が所定値以下でないときは、手順Ｓ１１４，Ｓ１１５を実行しない。
【００３４】
続いて、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）と検出空燃比（検出Ａ／Ｆ）との空燃比偏差（ΔＡ／Ｆ）を算出する（手順Ｓ１１６）。目標空燃比は、例えば予め設定されたマップを用いて、エンジン回転数及びアクセル開度等から得られる。この空燃比偏差算出処理手順の詳細を図４に示す。
【００３５】
図４において、クランク角センサ２５により検出されたクランク角が燃料噴射を行う角度よりも所定角度（例えば８０度）だけ手前の偏差算出クランク角に達したかどうかを判断する（手順Ｓ１５１）。
【００３６】
クランク角が偏差算出クランク角に達したときは、次気筒の燃料噴射量を算出する（手順Ｓ１５２）。次気筒の燃料噴射量は、例えば上記手順Ｓ１１２で決定された１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量から算出する。続いて、エアーフローメータ２７により検出された吸入空気量に基づいて、次気筒の空気量を算出する（手順Ｓ１５３）。そして、次気筒の空気量を次気筒の燃料噴射量で除することで、検出空燃比を算出する（手順Ｓ１５４）。続いて、次気筒における目標空燃比と検出空燃比との空燃比偏差（ΔＡ／Ｆ＝目標Ａ／Ｆ−検出Ａ／Ｆ）を算出する（手順Ｓ１５５）。
【００３７】
図３に戻り、上記の手順Ｓ１１６を実行した後、空燃比偏差がリーン側にずれている（ΔＡ／Ｆ＜０）かどうかを判断する（手順Ｓ１１７）。空燃比偏差がリーン側にずれているときは、空燃比偏差が予め決められた遅角用閾値Ａ０（図５参照）よりも小さいかどうか、つまり空燃比偏差の絶対値が遅角用閾値Ａ０の絶対値よりも大きいかどうかを判断する（手順Ｓ１１８）。
【００３８】
空燃比偏差が遅角用閾値Ａ０よりも小さいときは、図５に示す噴射時期調整マップに従って、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角する（手順Ｓ１１９）。空燃比偏差が遅角用閾値Ａ０よりも小さくないときは、手順Ｓ１１９を実行しない。
【００３９】
噴射時期調整マップは、図５に示すように、空燃比偏差と燃料噴射時期との関係を表すマップである。噴射時期調整マップは、空燃比偏差がリーン側にずれている（ΔＡ／Ｆ＜０）ときは、燃料噴射時期を遅角させ、空燃比偏差がリッチ側にずれている（ΔＡ／Ｆ＞０）ときは、燃料噴射時期を進角させるように設定されている。具体的には、噴射時期調整マップは、空燃比偏差が遅角用閾値Ａ０よりも小さいときに、空燃比偏差に応じて遅角量が比例的に大きくなり、空燃比偏差が遅角限界値Ａ１よりも小さくなると、遅角量が一定になるように設定されている。また、噴射時期調整マップは、空燃比偏差が進角用閾値Ｂ０よりも大きときに、空燃比偏差に応じて進角量が比例的に大きくなり、空燃比偏差が進角限界値Ｂ１よりも大きくなると、進角量が一定になるように設定されている。
【００４０】
続いて、空燃比偏差がプレ噴射用閾値Ｃ（図６参照）よりも小さいかどうか、つまり空燃比偏差の絶対値がプレ噴射用閾値Ｃの絶対値よりも大きいかどうかを判断する（手順Ｓ１２０）。プレ噴射用閾値Ｃは、遅角用閾値Ａ０よりも小さな値である。従って、プレ噴射用閾値Ｃの絶対値は、遅角用閾値Ａ０の絶対値よりも大きい。空燃比偏差がプレ噴射用閾値Ｃよりも小さいときは、プレ噴射追加フラグＦが０であるかどうかを判断する（手順Ｓ１２１）。
【００４１】
プレ噴射追加フラグＦが０であるときは、図６に示すプレ噴射追加マップを従って、１回目のメイン燃料噴射の前に実施される補助的なプレ燃料噴射の燃料噴射量を決定する（手順Ｓ１２２）。プレ噴射追加マップは、図６に示すように、空燃比偏差と燃料噴射量との関係を表すマップである。プレ噴射追加マップは、空燃比偏差がプレ噴射用閾値Ｃよりも小さいときに、空燃比偏差に応じて燃料噴射量が段階的に大きくなるように設定されている。
【００４２】
続いて、プレ噴射追加フラグＦを１にセットする（手順Ｓ１２３）。そして、１回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量からプレ燃料噴射の燃料噴射量分を減量する（手順Ｓ１２４）。
【００４３】
手順Ｓ１２０で空燃比偏差がプレ噴射用閾値Ｃよりも小さくないと判断されたとき、手順Ｓ１２１でプレ噴射追加フラグＦが０でなく１であると判断されたときは、手順Ｓ１２２〜Ｓ１２４を実行しない。
【００４４】
手順Ｓ１１７で空燃比偏差がリーン側ではなくリッチ側にずれている（ΔＡ／Ｆ＞０）と判断されたときは、空燃比偏差が進角用閾値Ｂ０（図５参照）よりも大きいかどうかを判断する（手順Ｓ１２５）。
【００４５】
空燃比偏差が進角用閾値Ｂ０よりも大きいときは、図５に示す噴射時期調整マップに従って、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を進角する（手順Ｓ１２６）。噴射時期調整マップは、上述した通りである。空燃比偏差が進角用閾値Ｂ０よりも大きくないときは、手順Ｓ１２６を実行しない。
【００４６】
手順Ｓ１２４または手順Ｓ１２６を実行した後、プレ噴射追加フラグＦが１であるかどうかを判断する（手順Ｓ１２７）。プレ噴射追加フラグＦが１であるときは、手順Ｓ１１４または手順Ｓ１２２で決定された燃料噴射量に従ってプレ燃料噴射を実施するように、各インジェクタ５を制御する（手順Ｓ１２８）。プレ噴射追加フラグＦが１でなく０であるときは、手順Ｓ１２８を実行しない。
【００４７】
続いて、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射を順次実施するように、各インジェクタ５を制御する（手順Ｓ１２９）。このとき、手順Ｓ１１９，Ｓ１２４，Ｓ１２６を実行していないときは、手順Ｓ１１２で決定された燃料噴射量及び燃料噴射時期に従って各メイン燃料噴射を実施する。手順Ｓ１１９を実行したときは、手順Ｓ１１９で補正された燃料噴射時期に従って各メイン燃料噴射を実施する。手順Ｓ１２４を実行したときは、手順Ｓ１２４で補正された燃料噴射量に従って１回目のメイン燃料噴射を実施すると共に、手順Ｓ１１２で決定された燃料噴射量に従って２回目のメイン燃料噴射を実施する。手順Ｓ１２６を実行したときは、手順Ｓ１２６で補正された燃料噴射時期に従って各メイン燃料噴射を実施する。
【００４８】
以上において、ＥＣＵ２４の上記手順Ｓ１１２，Ｓ１１７〜Ｓ１１９，Ｓ１２５，Ｓ１２６，Ｓ１２９は、メイン燃料噴射を実施するように燃料噴射弁５を制御するメイン噴射制御手段を構成する。エアーフローメータ２７及びＥＣＵ２４の上記手順Ｓ１１６の一部（上記手順Ｓ１５１〜Ｓ１５４）は、燃焼室４内の空燃比を検出する空燃比検出手段を構成する。ＥＣＵ２４の上記手順Ｓ１１６の他の一部（上記手順Ｓ１５５）は、目標空燃比と空燃比検出手段により得られた検出空燃比との偏差を算出する偏差算出手段を構成する。ＥＣＵ２４の上記手順Ｓ１１７，Ｓ１２０，Ｓ１２２〜Ｓ１２４，Ｓ１２７，Ｓ１２８は、メイン燃料噴射を実施する前に補助的なプレ燃料噴射を実施するように燃料噴射弁５を制御するプレ噴射制御手段を構成する。クランク角センサ２５は、エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手段を構成する。
【００４９】
このとき、上記手順Ｓ１１２は、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を決定する噴射時期決定手段を構成し、Ｓ１１７〜Ｓ１１９，Ｓ１２５，Ｓ１２６は、偏差算出手段により算出された目標空燃比と検出空燃比との偏差に応じて、噴射時期決定手段により決定されたメイン燃料噴射の燃料噴射時期を変更する噴射時期変更手段を構成する。また、手順Ｓ１１７，Ｓ１２０は、目標空燃比と検出空燃比との偏差がリーン側にずれている場合に、目標空燃比と検出空燃比との偏差の絶対値が予め決められたプレ噴射用閾値Ｃの絶対値よりも大きいかどうかを判断する手段を構成する。手順Ｓ１２４は、１回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量を減量して、プレ燃料噴射の燃料噴射量を設定する手段を構成する。
【００５０】
ところで、通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼への燃焼切替時や、減速やシフトチェンジ等の燃料噴射カット時には、ＥＧＲ還流遅れにより燃焼室４内に吸入される空気量が多くなり、燃焼室４内の空燃比がリーンとなる場合があるため、目標空燃比と検出空燃比とのズレが発生し、燃焼騒音やＮＯｘ排出量が増加する可能性がある。一方、予混合圧縮着火燃焼から通常燃焼への燃焼切替時や、加速の際の過給遅れ時には、逆に燃焼室４内の空燃比がリッチとなる場合があるため、目標空燃比と検出空燃比とのズレが発生し、失火が生じる可能性がある。
【００５１】
これに対し本実施形態では、目標空燃比と検出空燃比との空燃比偏差がリーン側にずれている場合に、空燃比偏差が遅角用閾値Ａ０よりも小さいときは、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角するようにしたので、燃料と空気との予混合気の早期着火が抑制される。これにより、燃焼騒音を低減すると共に、ＮＯｘの排出量増加を抑制することができる。
【００５２】
また、空燃比偏差がリーン側にずれている場合に、空燃比偏差がプレ噴射用閾値Ｃよりも小さいときは、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角すると共に、１回目のメイン燃料噴射の前にプレ燃料噴射を実施するようにしたので、上記と同様に、燃焼騒音を低減すると共に、ＮＯｘの排出量増加を抑制することができる。このとき、１回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量をプレ燃料噴射の燃料噴射量分だけ減量することにより、プレ燃料噴射による燃焼と１回目のメイン燃料噴射による燃焼が同時に行われる際に発生する燃焼騒音の増大が抑制されるようになる。
【００５３】
さらに、上記のプレ燃料噴射を実施することにより、失火耐性が向上するため、燃焼安定性が良くなることに加え、メイン燃料噴射の燃料噴射時期の遅角量を十分確保することができる。従って、燃焼騒音の低減効果及びＮＯｘの排出量増加の抑制効果を高めることができる。
【００５４】
また、空燃比偏差がリッチ側にずれている場合に、空燃比偏差が進角用閾値Ｂ０よりも大きいときは、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を進角するようにしたので、予混合気の着火時期の遅角が抑制される。これにより、失火を防止し、燃焼安定性を良くすることができる。
【００５５】
図７は、メイン燃料噴射の燃料噴射時期と燃焼騒音及び図示平均有効圧（Ｐｉ）変動率との関係の一例を示したものである。図中、丸印Ｐ、四角印Ｑ及び三角印Ｒは、ＥＧＲ率つまり空燃比（Ａ／Ｆ）が異なっている。
【００５６】
図７（ａ）から分かるように、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角するに従い、燃焼騒音が低くなる。また、図７（ｂ）から分かるように、メイン燃料噴射の燃料噴射時期をある程度まで遅角しても、Ｐｉ変動率は殆ど変わらない。
【００５７】
図８は、プレ燃料噴射の実施時におけるメイン燃料噴射の燃料噴射時期と燃焼騒音、ＮＯｘ排出濃度及び図示平均有効圧（Ｐｉ）変動率との関係の一例を示したものである。図中、菱形印Ｓは、プレ燃料噴射を実施せず、ＥＧＲ率を０％としたときのデータを示し、丸印Ｐは、プレ燃料噴射を実施し、ＥＧＲ率を０％としたときのデータを示し、三角印Ｑは、プレ燃料噴射を実施し、ＥＧＲ率を３３％としたときのデータを示し、四角印Ｒは、プレ燃料噴射を実施し、ＥＧＲ率を４２％としたときのデータを示している。
【００５８】
図８（ａ）から分かるように、プレ燃料噴射を実施することで、燃焼騒音が低くなる。また、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角するに従い、燃焼騒音が低くなる。また、図８（ｂ）から分かるように、ＥＧＲ率が低い（Ａ／Ｆがリーン側にある）ときは、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角するに従い、ＮＯｘの発生率が低くなる。また、図８（ｃ）から分かるように、ＥＧＲ率が低いときは、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角しても、Ｐｉ変動率は殆ど変わらず、燃焼安定性が確保されている。
【００５９】
図９は、ＥＧＲ率を０％とした場合の熱発生率波形の一例を様々な条件で比較して示したものである。図中、太実線Ｐは、プレ燃料噴射を実施せず、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角しないときの波形を示し、細実線Ｑは、プレ燃料噴射を実施し、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角しないときの波形を示し、破線Ｒは、プレ燃料噴射を実施し、更にメイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角したときの波形を示している。
【００６０】
図９から分かるように、プレ燃料噴射を実施することで、３段着火の状態となり、燃焼騒音が十分低くなる。また、プレ燃料噴射の実施に加え、メイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角することで、着火時期が遅れるため、それに対応して熱発生率波形の山の位置がずれている。
【００６１】
図１０は、プレ燃料噴射を実施した場合にＥＧＲ率を変更したときの熱発生率波形の一例を比較して示したものである。図中、太実線Ｐは、ＥＧＲ率を０％としたときの波形を示し、破線Ｑは、ＥＧＲ率を３３％としたときの波形を示し、細実線Ｒは、ＥＧＲ率を４２％としたときの波形を示している。図１０から分かるように、プレ燃料噴射を実施する場合には、ＥＧＲ率が０から高くなる、つまり燃焼室内の空燃比がリッチ側となる（空気量が少なくなる）ほど、熱発生率波形（燃焼状態）が狙いの波形に近づいている。
【００６２】
図１１は、メイン燃料噴射の燃料噴射時期と図示平均有効圧（Ｐｉ）変動率との関係の一例を示したものである。図中、黒丸印Ｐは、ＥＧＲ率が所定値であるときのデータを示し、白丸印Ｑは、ＥＧＲ率が所定値よりも３％高いときのデータを示している。図１１から分かるように、ＥＧＲ率が高くなる、つまり燃焼室内の空燃比がリッチ側となると、燃焼安定領域が進角側にシフトしている（矢印参照）。
【００６３】
ところで、目標空燃比と検出空燃比との空燃比偏差の算出を、時間同期で周期的に行う場合には、図１２に示すように、空燃比偏差の算出から燃料噴射までの期間が長く且つ一定でないため、空燃比偏差の算出精度が悪化する。このため、例えば燃焼モードが通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼に切り替わったときに、以下の不具合が生じる。
【００６４】
即ち、実際の空燃比が目標空燃比に近づいているために本来ならばプレ燃料噴射の実施が不要な状況で、プレ燃料噴射が実施されると、スモークの発生量が多くなる。また、検出空燃比が実際の空燃比より大きい（リーン）側にずれた状況で、空燃比偏差が算出されると、メイン燃料噴射の燃料噴射時期が遅角され過ぎて、燃焼が不安定となり失火する可能性もある。一方、検出空燃比が実際の空燃比より小さい（リッチ）側にずれた状況で、空燃比偏差が算出されると、メイン燃料噴射の燃料噴射時期の遅角量が不足し、燃料と空気との予混合気が早期着火して燃焼音が大きくなる。
【００６５】
これに対し本実施形態では、クランク角センサ２５により検出されたクランク角が燃料噴射を行う角度よりも所定角度だけ手前の偏差算出クランク角に達した時点で、つまりクランク角に同期して、目標空燃比と検出空燃比との空燃比偏差を算出するようにしたので、空燃比偏差の算出から燃料噴射までの期間が短く且つ一定となる。従って、各気筒毎に燃料噴射直前で、空燃比偏差を高精度に算出することができる。これにより、各気筒毎の空気状態に応じて最適な燃料噴射補正（上記のメイン燃料噴射の燃料噴射時期の変更及びプレ燃料噴射の追加）を行うことができる。その結果、空燃比偏差の算出を時間同期で行うときの不具合を解消することが可能となる。
【００６６】
以上のように本実施形態によれば、目標空燃比と検出空燃比との空燃比偏差に応じて、メイン燃料噴射の燃料噴射時期の変更及びプレ燃料噴射の追加を行うので、燃焼切替時などに生じる燃焼騒音の増大、失火、エミッションの悪化を抑制することができる。また、空燃比偏差の算出精度が高いので、そのような抑制効果を安定化させることができる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、エンジン負荷が所定値より低いためにプレ燃料噴射を実施する場合には、目標空燃比と検出空燃比との空燃比偏差がプレ噴射用閾値Ｃよりも小さいときに、新たなプレ燃料噴射を実施しないようにしたが、特にそれには限られず、エンジン負荷が所定値より低いためにプレ燃料噴射を実施する場合に、空燃比偏差がプレ噴射用閾値Ｃよりも小さいときは、プレ燃料噴射の燃料噴射量を増やすようにしても良い。この場合には、エンジン負荷が極低負荷状態にあっても、プレ燃料噴射の燃料噴射量が増加するため、燃焼安定性が向上するようになる。
【００６８】
また、上記実施形態では、目標空燃比と検出空燃比との空燃比偏差以外の要因によるプレ燃料噴射の実施の要否として、エンジン負荷が所定値以下であるか否かを判断したが、これに限られず、プレ燃料噴射を実施するための既知の他の制御内容によってプレ燃料噴射の実施の要否を判断しても良い。
【００６９】
また、エンジン負荷が所定値より低いときに、プレ燃料噴射を実施しないこととしても良い。この場合には、空燃比偏差がプレ噴射用閾値Ｃよりも小さいときには、エンジン負荷にかかわらずプレ燃料噴射を実施することとなる。
【００７０】
さらに、上記実施形態では、空燃比偏差が遅角用閾値Ａ０よりも小さいか否かを判断し、空燃比偏差が遅角用閾値Ａ０よりも小さいときに、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角するように制御したが、遅角用閾値Ａ０を設けずに、空燃比偏差に応じて１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角するようにしても良い。また、上記実施形態では、空燃比偏差が進角用閾値Ｂ０よりも大きいか否かを判断し、空燃比偏差が進角用閾値Ｂ０よりも大きいときに、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を進角するように制御したが、進角用閾値Ｂ０を設けずに、空燃比偏差に応じて１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を進角するようにしても良い。
【００７１】
また、上記実施形態では、メイン燃料噴射を２回に分けて行うようにしたが、メイン燃料噴射を１回だけ行っても良いし、メイン燃料噴射を３回以上に分けて行うようにしても良い。
【００７２】
さらに、上記実施形態では、目標空燃比と検出空燃比との空燃比偏差を算出する際に、エアーフローメータ２７により検出された吸入空気量に基づいて空気量を算出し、その空気量を燃料噴射量で除して検出空燃比を算出するようにしたが、特にそれに限られず、燃焼室４内の空燃比を直接検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサにより検出された空燃比を検出空燃比としても良い。
【００７３】
また、上記実施形態では、エアーフローメータ２７により燃焼室４内への吸入空気量を検出するようにしたが、吸入空気量を含む空気状態を検出するセンサとしては、インテークマニホールド１１に取り付けられる酸素濃度センサを使用することも可能である。
【００７４】
さらに、上記実施形態では、ＥＧＲバルブ２０によりＥＧＲガスの流量を調整することで、燃焼室４内の空燃比を制御するようにしたが、空燃比の制御方法としては特にそれには限られず、例えばターボ過給機１２の過給圧を調整するようにしても良い。
【００７５】
また、本発明は、燃焼切替時、燃料噴射カット時、加速時以外にも、ＬＰＬ（ロープレッシャーループ）ＥＧＲなどＥＧＲ還流遅れが生じるものであれば、適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、５…インジェクタ（燃料噴射弁）、２４…ＥＣＵ（メイン噴射制御手段、空燃比検出手段、偏差算出手段、プレ噴射制御手段、噴射時期決定手段、噴射時期変更手段）、２５…クランク角センサ（クランク角検出手段）、２７…エアーフローメータ（空燃比検出手段）、２８…燃焼制御装置。
【要約】
【課題】燃焼切替時等において適切な燃焼を実現することができる燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵは、目標空燃比と検出空燃比との空燃比偏差を算出し、空燃比偏差がリーン側にずれている場合に、空燃比偏差が遅角用閾値よりも小さいときは、１回目及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を遅角し、更に空燃比偏差がプレ噴射用閾値よりも小さいときは、プレ燃料噴射の燃料噴射量を決定する。また、ＥＣＵは、空燃比偏差がリッチ側にずれている場合に、空燃比偏差が進角用閾値よりも大きいときは、１回目及び２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射時期を進角する。そして、ＥＣＵは、必要に応じてプレ燃料噴射を実施するように各インジェクタ５を制御した後、１回目及び２回目のメイン燃料噴射を順次実施するように各インジェクタ５を制御する。
【選択図】図３【図１】
0005141807.tif 000002
【図２】
0005141807.tif 000003
【図３】
0005141807.tif 000004
【図４】
0005141807.tif 000005
【図５】
0005141807.tif 000006
【図６】
0005141807.tif 000007
【図７】
0005141807.tif 000008
【図８】
0005141807.tif 000009
【図９】
0005141807.tif 000010
【図１０】
0005141807.tif 000011
【図１１】
0005141807.tif 000012
【図１２】
0005141807.tif 000013