(57)【要約】【課題】  圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、燃焼室における燃料の燃焼状態を可及的に安定させることが可能な技術を提供する。【解決手段】  圧縮着火内燃機関の負荷が所定負荷以下の場合は、圧縮着火内燃機関の負荷が所定負荷より高い場合に比べて、残留ガス量を増加させる（Ｓ１０２）と共に一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させる（Ｓ１０３）。【選択図】  図３
2007040273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁によって、主燃料噴射と、該主燃料噴射を実行する前の時期であって噴射された燃料が前記燃焼室で燃焼する時期に行われる副燃料噴射と、を実行する圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システムであって、
燃料の燃焼後に気筒内に残留する残留ガス量を制御する残留ガス量制御手段を備え、
前記圧縮着火内燃機関の負荷が所定負荷以下の場合は、該圧縮着火内燃機関の負荷が該所定負荷より高い場合に比べて、残留ガス量を増加させると共に一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項２】
前記圧縮着火内燃機関の負荷が前記所定負荷より高い場合は、該圧縮着火内燃機関の負荷が該所定負荷以下の場合に比べて、主燃料噴射実行時の燃料噴射圧を低下させるか、もしくは、副燃料噴射一回当たりの燃料噴射量を増加させることを特徴とする請求項１記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項３】
前記圧縮着火内燃機関の温度が所定温度以下の場合は、前記圧縮着火内燃機関の温度が該所定温度より高い場合に比べて、前記所定負荷をより高い値に設定することを特徴とする請求項１または２記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項４】
前記圧縮着火内燃機関の負荷の増加に応じて前記圧縮着火内燃機関の実圧縮比を低下させる実圧縮比制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧縮着火内燃機関においては、より高出力を得るべく低圧縮比化が図られる傾向にある。しかしながら、圧縮比が低下すると燃焼室の温度が低下するため着火遅れ期間が過剰に長くなる虞がある。その結果、燃焼騒音や排気エミッションの悪化を招く場合がある。
【０００３】
そこで、圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、主燃料噴射を実行する前の時期に副燃料噴射を複数回実行する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２６９２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮着火内燃機関において、主燃料噴射を実行する前の時期であって噴射された燃料が燃焼室で燃焼する時期に副燃料噴射を実行した場合、燃焼室の温度をより高くすることが出来る。これにより、着火遅れ期間が過剰に長くなるのを抑制することが出来る。
【０００５】
しかしながら、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数が増加すると副燃料噴射の実行間隔が短くなるため、副燃料噴射時における燃圧の脈動の影響が大きくなる。その結果、副燃料噴射量を精度よく制御することが困難となる場合がある。そして、副燃料噴射量が不安定となると、燃焼室における燃焼状態が不安定となる虞ある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、燃焼室における燃料の燃焼状態を可及的に安定させることが可能な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、圧縮着火内燃機関において、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を抑制しつつ、燃焼室の温度を着火遅れ期間が過剰に長くなることを抑制することが可能な温度にまで上昇させるものである。
【０００８】
より詳しくは、本発明に係る圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システムは、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁によって、主燃料噴射と、該主燃料噴射を実行する前の時期であって噴射された燃料が前記燃焼室で燃焼する時期に行われる副燃料噴射と、を実行する圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システムであって、
燃料の燃焼後に気筒内に残留する残留ガス量を制御する残留ガス量制御手段を備え、
前記圧縮着火内燃機関の負荷が所定負荷以下の場合は、該圧縮着火内燃機関の負荷が該所定負荷より高い場合に比べて、残留ガス量を増加させると共に一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、残留ガス量制御手段によって残留ガス量が制御される。残留ガスは吸入空気に比べて温度が高いため、該残留ガス量を増加させることで燃焼室の温度を上昇させることが出来る。
【００１０】
そこで、上記のように、圧縮着火内燃機関の負荷（以下、単に機関負荷と称する）が所定負荷以下の場合は、機関負荷が所定負荷より高い場合に比べて、残留ガス量を増加させ、さらに、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させる。
【００１１】
残留ガス量を増加させることで、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させても、燃焼室の温度を着火遅れ期間が過剰に長くなることを抑制することが可能な温度にまで上昇させることが可能となる。そして、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させることで、副燃料噴射の実行間隔をより長くすることができるため副燃料噴射量をより精度良く制御することが可能となる。
【００１２】
従って、本発明によれば、燃焼室における燃料の燃焼状態を可及的に安定させることが出来る。また、残留ガス量を増加させることで、ＮＯｘの発生量を可及的に抑制することが出来る。
【００１３】
尚、機関負荷がある程度高くなると、残留ガス量を増加させた場合に燃焼室の過昇温を招き易くなる。そこで、本発明に係る所定負荷を、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させた場合であっても、燃焼室の温度を着火遅れ期間が過剰に長くなることを抑制することが可能な温度にまで上昇させることが出来るほど、残留ガス量を増加させることが可能と判断出来る負荷の閾値以下の値とする。
【００１４】
本発明において、機関負荷が所定負荷より高い場合は、機関負荷が所定負荷以下の場合に比べて、主燃料噴射実行時の燃料噴射圧を低下させても良い。また、機関負荷が所定負荷より高い場合は、機関負荷が所定負荷以下の場合に比べて、副燃料噴射一回当たりの燃料噴射量を増加させても良い。
【００１５】
機関負荷がある程度高い場合、燃焼室の温度が上昇しているため、機関負荷が低いときに比べて燃料噴射弁から噴射される燃料が微粒化されていなくても該燃料が霧化し易くなる。従って、主燃料噴射実行時の燃料噴射圧を低下させた場合であっても、着火遅れ期間が長くなるのを抑制することが出来る。そのため、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数が減少することで燃焼室の温度が低下した場合であっても、着火遅れ期間が過剰に長くなるのを抑制することが出来る。そして、主燃料噴射実行時の燃料噴射圧を低下させると、噴射期間を長くすることが出来る、即ち、単位時間当たりの燃料噴射量を少なくすることが出来る。これにより、燃焼騒音を低減することが可能となる。
【００１６】
また、上記により、副燃料噴射一回当たりの燃料噴射量を増加させた場合であっても、燃焼騒音の増加を抑制することが出来る。そして、副燃料噴射一回当たりの燃料噴射量を増加させることで、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を少なくした場合であっても、燃焼室の温度低下を抑制することが出来る。そのため、これによっても、着火遅れ期間が過剰に長くなるのを抑制することが出来る。
【００１７】
つまり、上記のような制御によれば、機関負荷が所定負荷より高い場合であっても、着火遅れ期間が過剰に長くなるのを抑制しつつ、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を可及的に減少させることが出来る。その結果、燃焼室における燃料の燃焼状態を可及的に安定させることが出来る。
【００１８】
本発明においては、圧縮着火内燃機関の温度（以下、機関温度と称する）が所定温度以下の場合は、機関温度が所定温度より高い場合に比べて、所定負荷をより高い値に設定しても良い。
【００１９】
機関温度が低いほど、残留ガス量を増加させることによる燃焼室の過昇温を招き難くな
る。そのため、機関温度がある程度低い場合は、機関負荷がより高い場合であっても残留ガス量を増加させ易くなる。つまり、所定負荷をより高い値に設定することが可能となる。
【００２０】
上記によれば、機関負荷がより高い領域においても残留ガス量を増加させることになる。そのため、ＮＯｘの発生量をより抑制することが出来る。
【００２１】
本発明においては、機関負荷の増加に応じて圧縮着火内燃機関の実圧縮比を低下させる実圧縮比制御手段をさらに備えても良い。
【００２２】
圧縮着火内燃機関の実際の圧縮比である実圧縮比が低くなるほど、残留ガス量を増加させることによる燃焼室の過昇温を招き難くなる。そのため、機関負荷の増加に応じて圧縮着火内燃機関の実圧縮比を低下させた場合、機関負荷がより高い場合であっても残留ガス量を増加させることが可能となる。
【００２３】
従って、上記によれば、所定負荷をより高い値に設定することが可能となる。これにより、機関負荷がより高い領域においても残留ガス量を増加させることが可能となるため、ＮＯｘの発生量をより抑制することが出来る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システムによれば、燃焼室における燃料の燃焼状態を可及的に安定させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システム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。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本実施例に係る圧縮着火内燃機関の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用の圧縮着火内燃機関である。内燃機関１の気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室１１には、吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。
【００２７】
吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室１１への開口部は、それぞれ吸気弁６および排気弁７によって開閉される。吸気弁６および排気弁７には、バルブタイミングを制御する可変動弁機構１２、１３がそれぞれ設けられている。
【００２８】
吸気ポート４および排気ポート５は、それぞれ吸気通路８および排気通路９に接続されている。また、気筒２には燃焼室１１に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。
【００２９】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するためのＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、内燃機関１のクランク角を検出するクランクポジションセンサ１４、該内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、内燃機関１に設けられたウォータージャケット内の水温を検出する水温センサ１６が電気配線を介して接続されている。これらの出力値がＥＣＵ２０に入力される。
【００３０】
ＥＣＵ２０はクランクポジションセンサ１４の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転数を推定する。また、ＥＣＵ２０はアクセル開度センサ１５の検出値に基づいて内燃機関
１の機関負荷を推定する。また、ＥＣＵ２０は水温センサ１６の検出値に基づいて内燃機関１の機関温度を推定する。
【００３１】
また、ＥＣＵ２０には、可変動弁機構１２、１３や、燃料噴射弁１０が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
【００３２】
本実施例では、圧縮行程上死点近傍の時期に燃料噴射弁１０によって主燃料噴射が実行される。さらに、主燃料噴射実行時の燃焼室１１の温度をより高い温度とすべく、該主燃料噴射を実行する前の時期であって噴射された燃料が燃焼室１１で燃焼する時期に燃料噴射弁１０によって副燃料噴射が実行される。
【００３３】
ここで、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を増加させることによって燃焼室１１の温度をより上昇させることが出来る。燃焼室１１の温度をより上昇させることで、着火遅れ期間が過剰に長くなるのを抑制することが出来る。しかしながら、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数が増加すると副燃料噴射の実行間隔が短くなる。そして、副燃料噴射の実行間隔が過剰に短くなると、副燃料噴射実行時における燃圧の脈動の影響が過剰に大きくなり、副燃料噴射量を精度よく制御することが困難となる場合がある。
【００３４】
そこで、本実施例では、着火遅れ期間が過剰に長くなること抑制しつつ一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数をも抑制するための制御が行われる。以下、この制御について説明する。
【００３５】
可変動弁機構１３によって排気弁７の閉弁時期を進角させると共に、可変動弁機構１２によって吸気弁６の開弁時期を遅角させることで、燃料の燃焼後に燃焼室１１に残る残留ガス量を増加させることが出来る。
【００３６】
残留ガス量を増加させることで、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させても、燃焼室１１の温度を着火遅れ期間が過剰に長くなることを抑制することが可能な温度にまで上昇させることが可能となる。
【００３７】
そこで、本実施例において、機関負荷が所定負荷以下の場合は、機関負荷が所定負荷より高い場合に比べて、排気弁７の閉弁時期を進角させると共に吸気弁６の開弁時期を遅角させることで残留ガス量を増加させる。さらに、機関負荷が所定負荷より高い場合に比べて一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させる。
【００３８】
ここで、所定負荷は、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数を減少させた場合であっても、燃焼室１１の温度を着火遅れ期間が過剰に長くなることを抑制することが可能な温度にまで上昇させることが出来るほど、残留ガス量を増加させることが可能と判断出来る負荷の閾値である。
【００３９】
図２は、本実施例に係る所定負荷と機関回転数との関係を示す図である。図２において、縦軸は機関負荷Ｑｅを表し、横軸は機関回転数Ｎｅを表している。また、実線Ｌ１が機関負荷Ｑｅの上限値を示しており、破線Ｌ２が所定負荷を示している。この図２に示すように、本実施例に係る所定負荷は機関回転数に応じて決定される。
【００４０】
一方、機関負荷が所定負荷より高い場合は、機関負荷が所定負荷以下の場合に比べて、主燃料噴射実行時の燃料噴射圧を低下させる。そして、一燃焼サイクルにおける副燃料噴射の実行回数を可及的に少なくする。
【００４１】
機関負荷がある程度高い場合、燃焼室１１の温度が上昇しているため、機関負荷が低いときに比べて燃料噴射弁１０から噴射される燃料が微粒化されていなくても該燃料が霧化し易くなる。従って、主燃料噴射実行時の燃料噴射圧を低下させた場合であっても、着火遅れ期間が長くなるのを抑制することが出来る。そのため、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数が減少することで燃焼室１１の温度が低下した場合であっても、着火遅れ期間が過剰に長くなるのを抑制することが出来る。そして、主燃料噴射実行時の燃料噴射圧を低下させると、噴射期間を長くすることが出来る、即ち、単位時間当たりの燃料噴射量を少なくすることが出来る。これにより、燃焼騒音を低減することが可能となる。
【００４２】
以上のような制御により、機関負荷が所定負荷以下あるいは所定負荷より高い場合であっても、着火遅れ期間が過剰に長くなることを抑制しつつ一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数をも可及的に抑制することが出来る。これにより、副燃料噴射の実行間隔をより長くすることができるため副燃料噴射量をより精度良く制御することが可能となる。
【００４３】
従って、本実施例によれば、燃焼室１１における燃料の燃焼状態を可及的に安定させることが出来る。さらに、機関負荷が所定負荷以下の場合は、残留ガス量を増加させることによって、ＮＯｘの生成量を抑制することも出来る。
【００４４】
ここで、本実施例に係るバルブタイミングおよび燃料噴射制御の制御ルーチンについて図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、所定時間毎に実行される。
【００４５】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、機関負荷Ｑｅが所定負荷Ｑ０以下であるか否かを判別する。このＳ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０４に進む。
【００４６】
Ｓ１０２に進んだＥＣＵ２０は、機関負荷Ｑｅが所定負荷Ｑ０より高い場合よりも排気弁７の閉弁時期Ｔｅｘｃｌｏｓｅを進角させ且つ吸気弁６の開弁時期Ｔｉｎｏｐｅｎを遅角させる。これにより、機関負荷Ｑｅが所定負荷Ｑ０より高い場合よりも残留ガス量が多くなる。
【００４７】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数Ｎｓｕｂを低負荷時所定回数Ｎｌｏｗに制御する。この低負荷時所定回数Ｎｌｏｗは、機関負荷Ｑｅが所定負荷Ｑ０より高い場合の一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数である高負荷時所定回数Ｎｈｉｇｈよりも少ない回数である。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４８】
一方、Ｓ１０４に進んだＥＣＵ２０は、機関負荷Ｑｅが所定負荷Ｑ０以下の場合よりも、主燃料噴射実行時の燃料噴射圧Ｐｍａｉｎを低下させる。これにより、主燃料噴射実行時の燃料噴射期間がより長くなる。
【００４９】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数Ｎｓｕｂを高負荷時所定回数Ｎｈｉｇｈに制御する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００５０】
尚、Ｓ１０３における低負荷時所定回数ＮｌｏｗおよびＳ１０４における高負荷時所定回数Ｎｈｉｇｈは、共に副燃料噴射の実行間隔が過剰に短くなることを抑制することが可能な回数である。
【００５１】
また、Ｓ１０２における排気弁７の閉弁時期Ｔｅｘｃｌｏｓｅの進角量および吸気弁６の開弁時期Ｔｉｎｏｐｅｎの遅角量は、残留ガス量が、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数Ｎｓｕｂを低負荷時所定回数Ｎｌｏｗに制御した場合であっても燃焼室１１の温度が過剰に低下することを抑制することが出来る量となるように決定される。排気弁７の閉弁時期Ｔｅｘｃｌｏｓｅの進角量および吸気弁６の開弁時期Ｔｉｎｏｐｅｎの遅角量を機関負荷に応じて決定しても良い。
【００５２】
また、Ｓ１０４における主燃料噴射実行時の燃料噴射圧Ｐｍａｉｎの低下量は、主燃料噴射実行時の燃料噴射期間が、一燃焼サイクル中における副燃料噴射の実行回数Ｎｓｕｂを高負荷時所定回数Ｎｈｉｇｈに制御した場合であっても着火遅れ期間が過剰に長くなることを抑制することが出来る期間となるように決定される。主燃料噴射実行時の燃料噴射圧Ｐｍａｉｎの低下量を、前記と同様、機関負荷に応じて決定しても良い。
【００５３】
＜変形例１＞
副燃料噴射一回当たりの燃料噴射量を増加させることによっても主燃料噴射実行時の燃焼室１１の温度をより高くすることが出来る。そこで、本実施例においては、機関負荷が所定負荷より高い場合、機関負荷が所定負荷以下の場合よりも副燃料噴射一回当たりの燃料噴射量を増加させ、これにより、燃焼室１１の温度低下を抑制しつつ副燃料噴射の実行回数を減少させても良い。
【００５４】
＜変形例２＞
また、内燃機関１の機関温度が低いほど、残留ガス量を増加させることによる燃焼室１１の過昇温を招き難くなる。そこで、本実施例においては、機関温度が所定温度以下の場合は、機関温度が該所定温度より高い場合に比べて、所定負荷をより高い値に設定しても良い。
【００５５】
これにより、機関負荷がより高い領域においても残留ガス量を増加させることになる。そのため、ＮＯｘの発生量をより抑制することが出来る。
【００５６】
＜変形例３＞
また、内燃機関１の実圧縮比を低下させることで、残留ガス量を増加させることによる燃焼室１１の過昇温を招き難くすることが出来る。そこで、本実施例においては、機関負荷の増加に応じて吸気弁６の閉弁時期を遅角しても良い。
【００５７】
吸気弁６の閉弁時期を遅角することで内燃機関１の実圧縮比が低下する。つまり、上記によれば、機関負荷の増加に応じて内燃機関１の実圧縮比が低下することになる。
【００５８】
そして、この場合、内燃機関１の実圧縮比の低下に応じて所定負荷をより高い値に設定する。これにより、前記と同様、機関負荷がより高い領域においても残留ガス量を増加させることになる。そのため、ＮＯｘの発生量をより抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施例に係る所定負荷と機関回転数との関係を示す図。
【図３】本発明に実施例に係るバルブタイミングおよび燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
６・・・吸気弁
７・・・排気弁
１０・・燃料噴射弁
１１・・燃焼室
１２・・可変動弁機構
１３・・可変動弁機構
１５・・アクセル開度センサ
１６・・水温センサ
２０・・ＥＣＵ
【図１】
2007040273.tif 000003
【図２】
2007040273.tif 000004
【図３】
2007040273.tif 000005