(57)【要約】【課題】予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの切り換えをスムーズにする。【解決手段】通常燃焼モードと予混合燃焼モードとに切り換え可能な、コモンレールを備えたディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、ディーゼルエンジンの運転状況に基づいて予混合燃焼モードにおける燃料噴射可能期間を推定する。そして、予混合燃焼モードにおいて、筒内への燃料噴射要求量に応じて、燃料噴射可能期間内での燃料噴射期間と燃料噴射圧とを制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の噴射期間内に着火する通常燃焼モードと、燃料噴射完了後に予混合期間を経て着火する予混合燃焼モードとに切り換え可能に、コモンレールに貯留した燃料の筒内への噴射を制御するディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
前記ディーゼルエンジンの運転状況に基づいて、前記予混合燃焼モードにおける燃料噴射可能期間を推定する噴射可能期間推定手段と、
前記予混合燃焼モードにおいて、筒内への燃料噴射要求量に応じて、前記噴射可能期間推定手段により推定された燃料噴射可能期間内での燃料噴射期間と燃料噴射圧とを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃料噴射圧を、前記コモンレール内の圧力を増減することにより制御することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記燃料噴射圧を増加しても前記燃料噴射可能期間内での噴射では前記燃料噴射要求量に達しない場合には、前記予混合燃焼モードから前記通常燃焼モードへ移行する移行モードに切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記移行モードの開始時に、筒内の空気過剰率に基づいて前記燃料噴射圧を一時的に増加することを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置に係り、詳しくは、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとに切り換え可能に燃料噴射を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいて、ピストンの圧縮上死点近傍で燃料を噴射し、燃料噴射中に着火する通常燃焼モードと、圧縮上死点より前に燃料噴射を完了して、その後に着火する予混合燃焼モードとに切り換える技術が知られている。
通常燃焼モードでは、着火後も燃料を追加供給することから、筒内への燃料供給量が増加して高出力を確保することができる。一方、予混合燃焼モードでは、燃料噴射完了後、混合気が十分に希薄、均一化されてから着火するので、局所的な燃焼温度の上昇が抑えられＮＯｘ発生量が低減される。したがって、低回転低負荷時またはアイドリング時には排気性能を考慮して予混合燃焼モードを、その他の場合には出力性能を考慮して通常燃焼モードを選択して燃焼制御することが一般的に行われている。
【０００３】
予混合燃焼モードと通常燃焼モードとでは、燃料噴射時間等の制御パラメータの目標値がマップ等に設定されており、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの切り換え移行時には、夫々のモードに対応した２つのマップが繋がるように制御パラメータの目標値を徐々に変更するよう制御しているものがある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−１０５０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載されている燃焼制御では、予混合燃焼モードのマップと通常燃焼モードのマップとを単に繋ぐように制御しているので、これらの燃焼モードの切り換え移行時において、エンジンの運転状況の変動により、適切な燃料噴射が困難となり、トルクショックが発生したりスモークが発生したりする虞がある。また、単純な切換制御では予混合燃焼モードの領域を広く確保することが困難であるので、低負荷低回転時の排気性能の低下を招く虞がある。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの切り換え時に、適切な燃料噴射を行ってスムーズな切り換えを可能にするとともに、予混合燃焼モードの領域を拡大可能なディーゼルエンジンの燃焼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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、燃料の噴射期間内に着火する通常燃焼モードと、燃料噴射完了後に予混合期間を経て着火する予混合燃焼モードとに切り換え可能に、コモンレールに貯留した燃料の筒内への噴射を制御するディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、ディーゼルエンジンの運転状況に基づいて、予混合燃焼モードにおける燃料噴射可能期間を推定する噴射可能期間推定手段と、予混合燃焼モードにおいて、筒内への燃料噴射要求量に応じて、噴射可能期間推定手段により推定された燃料噴射可能期間内での燃料噴射期間と燃料噴射圧とを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明では、請求項１において、制御手段は、燃料噴射圧を、コモンレール内の圧力を増減することにより制御することを特徴とする。
また、請求項３の発明では、請求項１または２において、制御手段は、燃料噴射圧を増加しても燃料噴射可能期間内での噴射では燃料噴射要求量に達しない場合には、予混合燃焼モードから通常燃焼モードへ移行する移行モードに切り換えることを特徴とする。
また、請求項４の発明では、請求項１または２において、制御手段は、移行モードの開始時に、筒内の空気過剰率に基づいて燃料噴射圧を一時的に増加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、エンジンの運転状況に基づいて、予混合燃焼モードにおける燃料噴射可能期間が演算され、この燃料噴射可能期間に対応した燃料噴射制御が行われるので、エンジンの運転状況の変動に拘わらず適切な燃料噴射が可能となり、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとをスムーズに切り換えることができる。また、この燃料噴射制御時に、燃料噴射可能期間内での燃料噴射期間だけでなく燃料噴射圧をも制御するので、筒内への燃料供給量を十分に確保することができる。したがって、予混合燃焼モードの領域を拡大することができ、排気性能の低下を抑制することができる。
【０００９】
本発明の請求項２のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、コモンレール圧を増減させることで、容易に燃料噴射圧を制御することができる。
本発明の請求項３のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、燃料噴射期間及び燃料噴射圧の制御により燃料噴射可能期間内での噴射では燃料噴射要求量に達しない場合に移行モードに移行するので、エンジンの運転状態に基づいて予混合燃焼モードから通常燃焼モードへの移行開始のタイミング判定を精度良く行うことができる。
【００１０】
本発明の請求項４のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、例えばＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンでは、移行モード開始時にＥＧＲ応答遅れにより筒内の空気過剰率がすぐに変化しなくとも、噴射圧力を一時的に増加するので、スモークの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の燃焼制御装置を備えたディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）には、ＥＧＲシステム及びコモンレールシステムが備えられている。ＥＧＲシステムは、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を有し、ＥＧＲ通路に介装されたＥＧＲ弁を開閉制御することにより、排気の一部を吸気に環流して燃焼温度を低下させることで、ＮＯxの発生を抑制する機能を有する。
【００１２】
コモンレールシステムは、燃料ポンプにより高圧化した燃料をコモンレールに蓄え、各気筒に設けられたインジェクタにコモンレールから高圧の燃料を供給して筒内に噴射させる。コモンレール内の圧力は、燃料ポンプが作動制御されることで調整可能となっている。各インジェクタは、燃焼制御装置により作動制御され、筒内への燃料噴射量及び燃料噴射時期が制御される。
【００１３】
燃焼制御装置は、各種運転状況を入力して、インジェクタによる燃料噴射を、通常燃焼モードまたは予混合燃焼モードに切り換える機能を有している。
通常燃焼モードでは、ピストンの圧縮上死点近傍で燃料噴射するよう制御され、着火後も燃料が追加供給されることから、筒内への燃料供給量が増加して高出力を得ることができる。予混合燃焼モードでは、圧縮上死点より前に燃料噴射が完了するよう制御され、燃料噴射完了後、混合気が十分に希薄、均一化されてから着火するので、局所的な燃焼温度の上昇が抑えられＮＯｘ発生量が低減される。また、通常燃焼モードと予混合燃焼モードとの間には、これら２つのモードの間の移行期間である移行モードを有している。
【００１４】
図１は予混合燃焼モードでのインジェクタの制御信号Injector_Driveと、筒内での熱発生率の推移を示すタイムチャートである。
予混合燃焼モードでは、図１に示すように、インジェクタの制御信号Injector_Driveの出力完了後に着火する。インジェクタの制御信号Injector_Driveが出力されている期間を噴射期間Inj_dur、噴射期間Inj_durの出力開始から着火までの期間を着火遅れΔTig_delay、予混合燃焼モードを実現した上でインジェクタの制御信号の最大延長可能な期間を最大噴射期間Inj_dur_PCI_max（燃料噴射可能期間）、最大噴射期間Inj_dur_PCI_max終了から着火までの期間を混合期間mixing_time（予混合期間）と呼ぶ。したがって、（ΔTig_delay）＝（Inj_dur_PCI_max）+（mixing_time）の関係が成り立っている。
【００１５】
図２は、燃焼制御装置における燃焼モードの切り換え判定手順を示すフローチャートである。本ルーチンはエンジンの作動中に繰り返し実行される。
図２に示すように、まず、ステップＳ１０では、エンジン回転速度Ｎe及び負荷Ｌ（例えば燃料噴射量）を入力し、図３に示すようなあらかじめ記憶しておいた燃焼モード判定マップにより予混合燃焼（ＰＣＩ）モードに適した運転条件であるか否かを判別する。このマップでは、低回転低負荷時には予混合燃焼モードが、その他の領域では通常燃焼モードが選択されるように設定されている。そして、ステップＳ２０に進む。
【００１６】
ステップＳ２０では、着火遅れΔTig_delay及び混合期間mixing_timeを演算する。そして、ステップＳ３０に進む（噴射可能期間推定手段）。
ステップＳ３０では、現在設定されている噴射期間Inj_durを読み込む。そして、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、ステップＳ２０において演算された着火遅れΔTig_delay及び混合期間mixing_timeと、ステップＳ３０において入力された現在の噴射期間Inj_durとに基づいて予混合燃焼モードに切り換え可能か否かを判別する。予混合燃焼モードに切り換え可能と判定した場合には、燃焼モードとして、予混合燃焼モードを選択する。そして、ステップＳ５０に進む。
【００１７】
ステップＳ５０では、ステップＳ２０で演算した着火遅れΔTig_delay及び混合期間mixing_timeに基づいて最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxを演算する。そして、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、ステップＳ３０において読み込まれた噴射期間Inj_durが、ステップＳ５０において演算された最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxを超えているか否かを判別する。最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxを超えていると判定された場合は、ステップＳ７０に進む。
【００１８】
ステップＳ７０では、噴射量噴射圧力制御を実行開始する。そして、本ルーチンをリターンする。
一方、ステップＳ６０において、現在噴射期間Inj_durが、最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxを超えていないと判定された場合は、ステップＳ８０に進む。
ステップＳ８０では、通常噴射量制御を実行開始する。そして、本ルーチンをリターンする。
【００１９】
ステップＳ４０において、予混合燃焼モードに切り換えが不可と判定した場合には、ステップＳ１００に進み、移行モードを選択する。そして、本ルーチンをリターンする。
ステップＳ１０において、予混合燃焼モードに適した運転条件でないと判定した場合には、ステップＳ１１０に進み、通常燃焼モードを選択する。そして、本ルーチンをリターンする。
【００２０】
なお、上記ステップＳ３０以降の制御は、本発明の制御手段に該当する。
次に、上記ルーチンを可能とする燃焼制御装置の構成をブロック図を用いて詳述する。
図４は、予混合燃焼許可判定と最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxの演算を実行する燃焼制御装置のブロック図の一部である（図３のステップＳ２０〜Ｓ５０に該当する）。
着火遅れ演算手段１０は、各種センサ等からブースト圧力（吸気圧力）、ブースト温度（吸気温度）、吸気酸素濃度、吸気中における空気過剰率λ、エンジン回転速度Ｎe、燃料の噴射時期、燃料噴射量ｑ及び燃料噴射圧といった現在のエンジンの運転状況を入力して、着火遅れΔTig_delayを推定する。着火遅れΔTig_delayの推定は、例えばあらかじめ記憶しておいたマップから読み出すことで行えばよい。
【００２１】
混合期間演算手段２０は、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量ｑを入力して、混合期間mixing_timeを演算する。混合期間mixing_timeは、あらかじめ記憶しておいた図５に示すようなマップから読み出される。
加算部３０では、混合期間演算手段２０において演算された混合期間mixing_timeと、現在の噴射期間Inj_durとを加算する。
【００２２】
判定手段４０は、着火遅れ推定手段１０において演算された着火遅れΔTig_delayと、加算部３０において演算された混合期間と現在の噴射期間との和（mixing_time＋Inj_dur）とを比較する。そして、ΔTig_delay＞mixing_time＋Inj_durである場合は、予混合燃焼を許可する、即ち予混合燃焼モードに切り換え可能と判定する。
また、減算部５０は、着火遅れ推定手段において推定された着火遅れΔTig_delayから混合期間推定手段において推定された混合期間mixing_timeを減算し、最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxを演算する。詳しくは、（Inj_dur_PCI_max）＝（ΔTig_delay）−（mixing_time）を演算する。
【００２３】
図６は、通常噴射量制御及び噴射量噴射圧力制御の選択を行う燃焼制御装置のブロック図の一部である（図３のステップＳ６０に該当する）。
比較部１００は、現在の噴射期間Inj_durと最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxとを比較する。詳しくは、Inj_dur＜Inj_dur_PCI_maxであるか否かを判別し、Inj_dur＜Inj_dur_PCI_maxである場合には通常噴射量制御、Inj_dur＜Inj_dur_PCI_maxでない場合には噴射量噴射圧力制御を選択する。
【００２４】
図７は、インジェクタの駆動信号、燃料噴射率及び熱発生率の推移を示すタイムチャートであり、（Ａ）は通常噴射量制御、（Ｂ）は噴射量噴射圧力制御を示す。
通常噴射量制御では、図７（Ａ）に示すように、予混合燃焼モード中に例えばアクセルＯＮにより要求される燃料噴射量ｑ（燃料噴射要求量）が増大した場合には、コモンレール圧Ｐcrを一定にしたまま、噴射期間Inj_durを延長する。これにより、筒内への燃料噴射量が増加し、熱発生率が上昇する。
【００２５】
噴射量噴射圧力制御では、現在の噴射期間Inj_durが最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxを超えると判定されているので、図７（Ｂ）に示すように、要求される燃料噴射量が増大した場合には、噴射期間Inj_durを変更せずに、コモンレール圧Ｐcrを増加させる。これにより、噴射率が更に上昇し、結果として筒内への燃料噴射量が増加し、熱発生率が上昇する。
【００２６】
噴射量噴射圧力制御時におけるコモンレール圧Ｐcrは、あらかじめ記憶された図８に示すようなマップにより、最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxと要求される燃料噴射量ｑとに基づいて読み出される。このマップでは、燃料噴射量ｑが大きければコモンレール圧Ｐcrを大きく、最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxが大きければコモンレール圧Ｐcrを小さくするよう設定されている。
【００２７】
以上のように制御することによって、本実施形態では、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの切り換えを、単にエンジン回転速度と負荷に基づいて切り換えるのではなく、エンジンの運転状況に基づいて予混合燃焼に必要な混合期間mixing_timeを推定し、この混合期間mixing_timeより前の最大噴射期間Inj_dur_PCI_max、即ち予混合燃焼モードにおける燃料噴射可能期間を推定して、燃料噴射可能期間内で燃料噴射要求量ｑに応じた燃料噴射制御が行われる。したがって、エンジンの運転状況の変動に拘わらず、適切な燃料噴射が可能となり、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとをトルクショックやスモークを抑制したスムーズな切り換えを可能にすることができる。また、予混合燃焼モードにおいて、燃料噴射可能期間内で燃料噴射期間を最大に延長しても要求される燃料噴射量ｑが満たされない場合には、コモンレール圧Ｐcrを増大させることで噴射圧力を増大させて筒内への燃料噴射量を増加させるので、予混合燃焼モードの可能領域を拡大することができ、低回転低負荷時の排気性能を向上させることができる。更に、コモンレール圧Ｐcrを増大させても要求される燃料噴射量ｑが確保できない場合には、移行モードにただちに移行するので、スムーズな移行が可能となる。
【００２８】
図９は、移行モード時のコモンレール圧Ｐcrを求めるためのマップである。
移行モードでは、コモンレール圧力Ｐcrは、あらかじめ記憶された図９に示すようなマップにより、空気過剰率λと回転速度Ｎeとに基づいて設定される。このマップでは、空気過剰率λが大きければコモンレール圧力Ｐcを小さく、回転速度Ｎeが大きければコモンレール圧力Ｐcrを大きくするよう設定されている。
【００２９】
図１０は、燃焼モード変化時における燃料噴射量、空気過剰率λ、インジェクタへの通電期間（噴射期間Inj_durに相当する）及び燃料噴射圧（コモンレール圧Ｐcrに関連する）の推移を示すグラフである。
予混合燃焼モード、即ち低回転低負荷時には、ＥＧＲシステムにおいてＥＧＲ量が多くなるよう設定されており、空気過剰率λが低下する。一方、通常燃焼モードでは、ＥＧＲ量が少なくなるよう設定されており、空気過剰率λが上昇する。そして、予混合燃焼モードから通常燃焼モードへ移行する移行モードにおいては、ＥＧＲシステムの応答遅れによりすぐにはＥＧＲ量が低下せずに、空気過剰率λもすぐには上昇しない虞がある。そこで、本実施形態では、図１０に示すように、移行モード開始時に一時的に燃料噴射圧を大きく上昇させている。このように制御することによって、筒内でのＥＧＲガスの滞留により空気過剰率λが低下している状態においても、燃料噴射圧を増大して燃料噴霧を微粒化することによりスモークの発生を抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、ＥＧＲシステムの制御により空気過剰率λが調整されるが、これに限定されるものではなく、例えばターボチャージャを備えたディーゼルエンジンではブースト圧を制御することで空気過剰率λを調整するようなものでも、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】予混合燃焼モードでのインジェクタの制御信号と、筒内での熱発生率の推移を示すタイムチャートである。
【図２】本発明に係る燃焼制御装置における燃焼モードの切り換え判定手順を示すフローチャートである。
【図３】燃焼モードを判定するためのマップである。
【図４】予混合燃焼許可判定と最大噴射期間の演算を実行する燃焼制御装置のブロック図の一部である。
【図５】混合期間を演算するためのマップである。
【図６】通常噴射量制御及び噴射量噴射圧力制御の選択を行う燃焼制御装置のブロック図の一部である。
【図７】インジェクタの駆動信号、燃料噴射率及び熱発生率の推移を示すタイムチャートであり、（Ａ）は通常噴射量制御、（Ｂ）は噴射量噴射圧力制御を示す。
【図８】噴射量噴射圧力制御時におけるコモンレール圧を演算するためのマップである。
【図９】移行モード時のコモンレール圧を求めるためのマップである。
【図１０】燃焼モード変化時における燃料噴射量、空気過剰率、インジェクタへの通電期間及び燃料噴射圧の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１０    着火遅れ推定手段
２０    混合期間推定手段
４０    判定手段
１００  比較部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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