(57)【要約】【課題】予混合燃焼における混合気の着火時期又は予混合期間を適正に制御することができるディーゼルエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】予混合燃焼を実行するディーゼルエンジンの制御装置であって、吸気弁７をエンジンの吸気行程中に開弁する吸気弁制御手段１３と、予混合燃焼実行時に、吸気弁７が開弁されている間に排気弁８の開弁を開始すると共に、吸気弁７が閉弁された後も排気弁８の開弁を継続し、その後排気弁８を閉弁する排気弁制御手段１４、１５とを備える。【選択図】図３
2007138777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合燃焼を実行するディーゼルエンジンの制御装置であって、
吸気弁をエンジンの吸気行程中に開弁する吸気弁制御手段と、予混合燃焼実行時に、上記吸気弁が開弁されている間に排気弁の開弁を開始すると共に、上記吸気弁が閉弁された後も上記排気弁の開弁を継続し、その後上記排気弁を閉弁する排気弁制御手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
上記排気弁制御手段は、上記排気弁をエンジンの圧縮行程におけるピストンの下死点よりも遅く閉弁する請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項３】
混合気の着火時期を検出する着火時期検出手段を更に備え、
上記排気弁制御手段は、上記着火時期検出手段により検出される実際の着火時期が予め定められた適正着火時期とずれているときには、上記排気弁の閉弁時期を補正して、実際の着火時期を上記適正着火時期に一致させる請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合燃焼を実行するディーゼルエンジンの制御装置に係り、特に、予混合燃焼における混合気の着火時期又は予混合期間の適正化を図ったディーゼルエンジンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンでは、ピストンの圧縮上死点近傍で燃料を燃焼室内に噴射して、燃料の拡散と燃焼とをほぼ同時に行う燃焼形態が一般的であった。この燃焼形態は、燃料の噴射中に燃焼が行われるものであり、一般にディーゼル燃焼（拡散燃焼）と称されている。
【０００３】
また近年、ＮＯｘ及びＰＭの排出量を低減すべく、ピストンの圧縮上死点よりも早期に燃料を燃焼室内に噴射して、予め燃料と燃焼室内の吸入空気とを混合させてから燃焼を行う燃焼形態が提案されている。この燃焼形態は、燃料の噴射終了後に燃焼が行われるものであり、一般に予混合燃焼（ＰＣＩ燃焼）と称されている。
【０００４】
この予混合燃焼においては、燃料の噴射終了後ある程度の期間を経て混合気が着火するため、着火までに燃料と吸入空気との混合が十分に促進される。従って、大幅な燃費悪化をもたらさずに、ＮＯｘ及びＰＭの排出量を大幅に低減できる。
【０００５】
このような予混合燃焼を実行するディーゼルエンジンは、特許文献１等に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８３１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ディーゼル燃焼では、混合気の着火時期は燃料の噴射時期により制御できたが、予混合燃焼では、燃料の噴射終了後に着火させる必要があるため着火時期の制御が困難である。
【０００８】
また、クリーンな燃焼を実現するためには、上記の着火時期に加え、燃料の噴射終了から着火までの期間（以下、予混合期間という）を適切に制御する必要がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、予混合燃焼における混合気の着火時期又は予混合期間を適正に制御することができるディーゼルエンジンの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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、予混合燃焼を実行するディーゼルエンジンの制御装置であって、吸気弁をエンジンの吸気行程中に開弁する吸気弁制御手段と、予混合燃焼実行時に、上記吸気弁が開弁されている間に排気弁の開弁を開始すると共に、上記吸気弁が閉弁された後も上記排気弁の開弁を継続し、その後上記排気弁を閉弁する排気弁制御手段とを備えたものである。
【００１１】
ここで、上記排気弁制御手段は、上記排気弁をエンジンの圧縮行程におけるピストンの下死点よりも遅く閉弁するものであっても良い。
【００１２】
また、混合気の着火時期を検出する着火時期検出手段を更に備え、上記排気弁制御手段は、上記着火時期検出手段により検出される実際の着火時期が予め定められた適正着火時期とずれているときには、上記排気弁の閉弁時期を補正して、実際の着火時期を上記適正着火時期に一致させるものであっても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、予混合燃焼における混合気の着火時期又は予混合期間を適正に制御することができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１は本実施形態のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の制御装置の概略図である。
【００１６】
図中１がエンジン本体である。エンジン本体１はシリンダ（気筒）２、シリンダヘッド３、ピストン４、吸気ポート５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、インジェクタ（燃料噴射装置）９等から構成される。シリンダ２とシリンダヘッド３との空間に燃焼室１０が形成され、燃焼室１０内にインジェクタ９から燃料が直接噴射される。
【００１７】
吸気ポート５は吸気管１１に、排気ポート６は排気管１２にそれぞれ接続される。
【００１８】
本実施形態の吸気弁７は、エンジンのクランク軸（図示せず）の回転に伴って回転するカム１３によって駆動されるカム駆動式のものである。本実施形態では、吸気弁７は、開弁開始時期及び閉弁時期が不変（変更不能）なものである。
【００１９】
本実施形態の排気弁８は、アクチュエータとしての電磁ソレノイド１４によって駆動される電磁駆動式のものである。電磁ソレノイド１４の駆動は、後述するＥＣＵ１５によって制御される。本実施形態では、排気弁８は、開弁開始時期及び閉弁時期が可変（変更可能）なものである。
【００２０】
エンジンを電子制御するためのＥＣＵ１５が設けられる。ＥＣＵ１５は各種センサ類からエンジンの運転状態を読み取り、そのエンジン運転状態に基づいてインジェクタ９等を制御する。前記センサ類としては、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転センサ１６、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１７、エンジンのクランク軸の角度を検出するクランク角度センサ１８等が含まれ、それら各センサの検出値がＥＣＵ１５に入力される。
【００２１】
本実施形態のＥＣＵ１５は、燃料の噴射終了後に混合気が着火する予混合燃焼を実行すべく、エンジンの運転状態に応じて目標燃料噴射時期や目標燃料噴射量等を決定し、それらに従ってインジェクタ９等を制御する。この予混合燃焼によれば、混合気の希薄・均一化が促進されるため、ＮＯｘ及びＰＭを大幅に低減できる。
【００２２】
このように本実施形態のディーゼルエンジンの制御装置は、エンジンの運転状態に応じた目標燃料噴射時期や目標燃料噴射量等に従ってインジェクタ９等を制御して予混合燃焼を実行するものであるが、「発明が解決しようとする課題」の欄でも説明したように、予混合燃焼では、燃料の噴射終了後に着火させる必要があるため着火時期の制御が困難である。
【００２３】
即ち、エンジンの運転状態に応じた目標燃料噴射時期や目標燃料噴射量等に従ってインジェクタ９等を制御していても、混合気の酸素濃度（或いはＥＧＲ率）が適正でないと燃料の噴射中に混合気が着火してしまう場合がある。そうなると、混合気の着火時期が適正な着火時期からずれてしまい、予混合燃焼とはならず燃費や排気ガスの悪化を招いてしまう。
【００２４】
ここで、上記の適正な着火時期とは、予混合燃焼実行時においてピストン４の圧縮上死点近傍であって、燃焼音が大きくならないような着火時期である。
【００２５】
本実施形態のディーゼルエンジンの制御装置では、混合気の着火時期と適正な着火時期とのずれを防止すべく工夫がなされている。以下、この点について説明する。
【００２６】
本実施形態のディーゼルエンジンの制御装置は、吸気弁７をエンジンの吸気行程中に開弁する吸気弁制御手段と、予混合燃焼実行時に、吸気弁７が開弁されている間に排気弁８の開弁を開始すると共に、吸気弁７が閉弁された後も排気弁８の開弁を継続し、その後排気弁８を閉弁する排気弁制御手段とを備えている。
【００２７】
また、上記の排気弁制御手段は、排気弁８を、エンジンの圧縮行程におけるピストン４の下死点よりも遅く閉弁するようになっている。
【００２８】
本実施形態のカム１３が、上記の吸気弁制御手段をなす。また、本実施形態の電磁ソレノイド１４及びＥＣＵ１５が、上記の排気弁制御手段をなす。
【００２９】
具体的に説明すると、ＥＣＵ１５には、吸気弁７が開弁されている間の排気弁８の開弁開始時期が予め入力されており、ＥＣＵ１５は予め入力された開弁開始時期に従って排気弁８を制御する。排気弁８をエンジンの吸気行程中に開弁することで、排気ガスが燃焼室１０内に導入される（所謂内部ＥＧＲ）。
【００３０】
また、燃料の噴射が完全に終了した後に混合気が着火し、かつ、その着火時期が適正な着火時期となるような内部ＥＧＲを行うため、排気弁８の閉弁時期を実験等によりエンジンの運転状態毎に予め求めておき、そのデータに基づいて排気弁閉弁時期マップを作成してＥＣＵ１５に入力しておく。ＥＣＵ１５は、エンジン回転速度及びアクセル開度の検出値に基づいてエンジンの運転状態を読み取ったならば、上記のマップから排気弁８の閉弁時期を決定する。そして、ＥＣＵ１５は、マップにより求めた閉弁時期に従って排気弁８を制御する。
【００３１】
また、本実施形態のディーゼルエンジンの制御装置は、混合気の着火時期を検出する着火時期検出手段として、シリンダ２内の筒内圧力を検出する筒内圧センサ１９を備えている。ＥＣＵ１５は、筒内圧センサ１９の検出値に基づいて混合気の着火時期を算出・決定する。
【００３２】
また、ＥＣＵ１５には混合気の適正な着火時期が予め入力されており、ＥＣＵ１５は、筒内圧センサ１９の検出値に基づいて決定した実際の着火時期を、予め入力された適正な着火時期と比較・判定する。
【００３３】
実際の着火時期と適正な着火時期との差（ずれ）が無い場合、そのときの混合気の酸素濃度（或いはＥＧＲ率）が適切な値に制御されていると推定できる。そこで、この場合、ＥＣＵ１５は通常通りマップにより求めた閉弁時期に従って排気弁８を制御する。
【００３４】
一方、実際の着火時期と適正な着火時期とにずれがある場合、混合気の酸素濃度（或いはＥＧＲ率）が適切な値からずれていると推定できる。例えば、実際の着火時期が適正な着火時期よりも早い場合、混合気の酸素濃度が適切な値よりも高く、混合気のＥＧＲ率が適切な値よりも低くなっていると考えられる。逆に、実際の着火時期が適正な着火時期よりも遅い場合、混合気の酸素濃度が適切な値よりも低く、混合気のＥＧＲ率が適切な値よりも高くなっていると考えられる。
【００３５】
そこでこのような場合、ＥＣＵ１５は、マップから決定した排気弁８の閉弁時期を補正して、実際の着火時期を適正な着火時期に一致させる。
【００３６】
図２のフローチャートを用いて具体的な制御方法を説明する。このフローチャートは、ＥＣＵ１５により実行されるものである。
【００３７】
まずステップＳ１において、ＥＣＵ１５は、エンジン回転速度をエンジン回転センサ１６によって読み取ると共に、アクセル開度をアクセル開度センサ１７によって読み取る。
【００３８】
次にステップＳ２において、ＥＣＵ１５は、ステップＳ１において読み取ったエンジン回転速度及びアクセル開度の検出値に基づいて、排気弁の閉弁時期をマップから決定する。
【００３９】
次にステップＳ３において、ＥＣＵ１５は、ステップＳ２において決定した排気弁８の閉弁時期に従って排気弁８を制御する。
【００４０】
次にステップＳ４において、ＥＣＵ１５は、筒内圧センサ１９の検出値に基づいて実際の着火時期を検出する。
【００４１】
次にステップＳ５において、ＥＣＵ１５は、ステップＳ４において検出した実際の着火時期と、予め定められた適正着火時期とを比較・判定する。
【００４２】
そしてステップＳ６において、ＥＣＵ１５は、ステップＳ５での判定結果に基づいて排気弁８の閉弁時期の補正量を算出する。
【００４３】
次に、本実施形態の作用を図３を用いて説明する。
【００４４】
図３は、吸気弁７及び排気弁８の開閉時期を示すチャート図である。
【００４５】
図３において、横軸はクランク角度を示し、縦軸は吸気弁７或いは排気弁８のバルブリフトを示す。ピストン４の圧縮上死点を０度とし、一サイクル（燃焼行程−排気行程−吸気行程−圧縮行程）は、エンジンのクランク軸が二回転（７２０度）することで完了する。
【００４６】
まず、図３（ｂ）に示すように、ＥＣＵ１５は、エンジンの排気行程の初期に排気弁８の開弁を開始し、エンジンの吸気行程の初期に排気弁８を閉弁する。つまり、排気弁８はエンジンの排気行程におけるピストン４の下死点近傍で開弁が開始されて、ピストンの上死点近傍で閉弁される。排気弁８がエンジンの排気行程中に開弁されると、ピストン４の上昇に伴って、燃焼室１０内のガス（排気ガス）が燃焼室１０内から排気管１２へと排出される。このとき、排気弁８は全開状態とされる。
【００４７】
一方、図３（ａ）に示すように、ＥＣＵ１５は、エンジンの排気行程の末期に吸気弁７の開弁を開始して、エンジンの圧縮行程の初期に吸気弁７を閉弁する。つまり、吸気弁７はエンジンの吸気行程におけるピストン４の上死点近傍で開弁が開始されて、ピストン４の下死点近傍で閉弁される。吸気弁７がエンジンの吸気行程中に開弁されると、ピストン４の下降に伴って、新気が吸気管１１から燃焼室１０内へと導入される。このとき、吸気弁７は全開状態とされる。
【００４８】
エンジンの吸気行程におけるピストン４の上死点近傍では吸気弁７と排気弁８とが共に開弁されているので、排気ガスは排気管１２へと排出されるが、新気は排気ガスの排出に伴って燃焼室１０内に導入されるため、ガス交換（新気の導入及び排気ガスの排出）が速やかに行われる。
【００４９】
また、図３（ｂ）に示すように、ＥＣＵ１５は、エンジンの吸気行程の初期に排気弁を閉弁した後、エンジンの吸気行程中であって吸気弁７が開弁されている間に排気弁８の開弁を再度開始する。このとき、排気弁８は全開状態とされる。
【００５０】
本実施形態では、エンジンの吸気行程における排気弁８の開弁開始時期を所定の時期ＴＯ（例えばクランク角度４００°）としている。
【００５１】
このように、本実施形態では、排気弁８を吸気弁７が開弁されているエンジンの吸気行程中に開弁することで、排気ガスを燃焼室１０内に導入して（所謂内部ＥＧＲ）、混合気の低酸素化を図り、実際の着火時期を適正な着火時期に近づけることが可能となる。
【００５２】
また、エンジンの吸気行程中に排気弁８を開弁するので、吸気管１１と排気管１２とを連通するＥＧＲ管等を有する外部ＥＧＲ装置（図示せず）を備えたディーゼルエンジンにおいては、外部ＥＧＲで確保しきれなかったＥＧＲ量を内部ＥＧＲで補うことができるというメリットがある。
【００５３】
また、エンジンの吸気行程中に吸気弁７及び排気弁８を共に開弁するので、エンジンの吸気行程中の筒内圧力の低下を抑制することができ、結果としてポンピングロスを防ぐことができる。
【００５４】
さて、ＥＣＵ１５は、吸気弁７が閉弁された後も排気弁８の開弁を継続し、その後エンジンの圧縮行程におけるピストン４の下死点よりも遅く排気弁８を閉弁する。排気弁８が開弁されているエンジンの圧縮行程の初期では、排気ガスの慣性で排気ガスの導入が継続される。そして、排気弁８が閉弁された後、燃焼室１０（シリンダ２）内の混合気が圧縮され始める（筒内圧力の上昇が始まる）。
【００５５】
本実施形態では、エンジンの圧縮行程における排気弁８の閉弁時期を所定の第一時期ＴＣ１〜第二時期ＴＣ２の間（例えばクランク角度５８０°〜５９０°）としている。排気弁８の開弁開始時期ＴＯ、閉弁時期ＴＣ１、ＴＣ２は、実験等により予め求められた値であり、シリンダ２の容量、着火時期、燃焼音等により適宜変更可能である。いずれにしても吸気弁７が閉弁した後に排気弁８を閉弁することが最低条件である。
【００５６】
このように、本実施形態では、吸気弁７が閉弁された後も排気弁８の開弁を継続し、その後排気弁８を閉弁するようにすることで、混合気のＥＧＲ率を高め、混合気の低酸素化を促進するようにしている。
【００５７】
さらに、本実施形態では、排気弁８を、エンジンの圧縮行程におけるピストン４の下死点よりも遅く閉弁することで、混合気の圧縮開始時期を遅くして、ピストン４の圧縮上死点近傍における混合気の圧縮率を減少させる（筒内圧力を減少させる）ことができる。このようにすることで、混合気の着火時期を遅らせることができると共に、混合気の急激な燃焼を防止して燃焼音の低減を図ることができる。
【００５８】
以上、本実施形態によれば、混合気の低酸素化を図ることで、予混合燃焼における混合気の着火時期又は予混合期間を適正に制御することができる。
【００５９】
なお、特開平１１−２５７１０８号公報の図５には、ガソリンエンジンにおいて、吸気弁の開閉駆動を調節することで、圧縮開始時期をずらして混合気の圧縮率を変更し、混合気の着火時期を制御することが開示されている。
【００６０】
しかし、特開平１１−２５７１０８号公報では吸気弁の開閉駆動を調節することで圧縮開始時期を変更しているため、燃焼室内に導入されるのは排気ガスではなく新気であった。そのため、ディーゼルエンジンにおいては、予混合燃焼を実行する際にＥＧＲ率の低下が起こり、燃料噴射中に混合気が着火する可能性があった。
【００６１】
また、特開２００３−６５０５５号公報には、ガソリンエンジンにおいて、エンジンの吸気行程中に排気弁を開弁することで、混合気のＥＧＲ率を高めることが開示されていた。
【００６２】
しかし、上記の特開平１１−２５７１０８号公報及び特開２００３−６５０５５号公報に開示されているものはいずれも、ディーゼルエンジンよりも圧縮着火性が低いガソリンエンジンにおける吸気弁或いは排気弁の開閉駆動であるため、ディーゼルエンジンには利用ができなかった。
【００６３】
本発明は以上説明した実施形態に限定はされない。
【００６４】
例えば、着火時期検出手段がノックセンサであっても良い。
【００６５】
また、吸気弁７が開弁されている間の排気弁８の開弁開始時期を、エンジンの運転状態に応じて変更するようにしても良い。
【００６６】
さらに、吸気弁７及び排気弁８のうちの少なくとも排気弁８が開弁開始時期及び閉弁時期が可変（変更可能）なものであれば良いが、吸気弁７及び排気弁８が共に開弁開始時期及び閉弁時期が可変（変更可能）なものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置の概略図である。
【図２】ＥＣＵによる処理フローチャートである。
【図３】（ａ）は吸気弁の開閉時期を示すチャート図であり、（ｂ）は排気弁の開閉時期を示すチャート図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  エンジン本体
２  シリンダ
３  シリンダヘッド
４  ピストン
５  吸気ポート
６  排気ポート
７  吸気弁
８  排気弁
９  インジェクタ
１０  燃焼室
１１  吸気管
１２  排気管
１３  カム（吸気弁制御手段）
１４  電磁ソレノイド（排気弁制御手段）
１５  ＥＣＵ（排気弁制御手段）
１６  エンジン回転センサ
１７  アクセル開度センサ
１８  クランク角度センサ
１９  筒内圧センサ（着火時期検出手段）
【図１】
2007138777.tif 000003
【図２】
2007138777.tif 000004
【図３】
2007138777.tif 000005