(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適切に行う。【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に筒内への燃料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、予混合燃焼モードにおける予混合燃焼が可能となる最大燃料噴射期間を推定し、この最大燃料噴射期間と現在の筒内への燃料噴射期間とを比較することにより予混合燃焼モードにおける予混合燃焼の可否判定を行う。【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、筒内への燃料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予混合燃焼が可能となる最大燃料噴射期間を推定する最大噴射期間推定手段と、
前記最大噴射期間推定手段により推定された最大燃料噴射期間と現在の筒内への燃料噴射期間とを比較することにより前記予混合燃焼の可否判定を行う予混合燃焼判定手段と、
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】
前記予混合燃焼判定手段は、前記現在の燃料噴射期間が前記最大噴射期間推定手段により推定された最大燃料噴射期間内である場合に前記予混合燃焼を許可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】
前記最大燃料噴射期間における最大燃料噴射量を推定する最大燃料噴射量推定手段を更に備え、
前記予混合燃焼判定手段は、前記最大燃料噴射量推定手段より推定された最大燃料噴射量が筒内への燃料噴射要求量より小さい場合は、前記最大燃料噴射期間と現在の燃料噴射期間との比較による予混合燃焼の可否判定に拘わらず前記予混合燃焼を不許可とすることを特徴とする請求項２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図ることができる。一方、予混合燃焼モードでは、燃料噴射完了後、筒内で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夫々マップに設定されており、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、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの切り換え移行時に制御パラメータの目標値を徐々に変更するものの、これらの燃焼モードの切り換え自体はエンジン回転速度及び負荷（例えば燃料噴射量）に基づいて判定するに過ぎない。したがって、エンジンの運転状況が変動すると予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの切り換えを適切に行うことが困難であり、特に予混合燃焼モード時において燃料噴射後の筒内で混合気を均一化するための混合期間が十分に確保できずに着火してしまい、予混合燃焼が不安定化する虞がある。また、エンジンの運転状況の変動により予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの切り換えを正確に行うことが困難であることから、予混合燃焼モードの領域を広く確保できず、低回転低負荷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判定を適切に行い、安定した予混合燃焼運転を可能にするとともに予混合燃焼が可能な領域を拡大して排気性能を向上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、筒内への燃料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予混合燃焼が可能となる最大燃料噴射期間を推定する最大噴射期間推定手段と、最大噴射期間推定手段により推定された最大燃料噴射期間と現在の筒内への燃料噴射期間とを比較することにより予混合燃焼の可否判定を行う予混合燃焼判定手段と、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、予混合燃焼判定手段は、現在の燃料噴射期間が最大噴射期間推定手段により推定された最大燃料噴射期間内である場合に予混合燃焼を許可することを特徴とする。
また、請求項３の発明では、請求項２において、最大燃料噴射期間における最大燃料噴射量を推定する最大燃料噴射量推定手段を更に備え、予混合燃焼判定手段は、最大燃料噴射量推定手段より推定された最大燃料噴射量が筒内への燃料噴射要求量より小さい場合は、最大燃料噴射期間と現在の燃料噴射期間との比較による予混合燃焼の可否判定に拘わらず予混合燃焼を不許可と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、ディーゼルエンジンの運転状況に基づいて、予混合燃焼可能となる最大燃料噴射期間が推定され、この最大燃料噴射期間と現在の燃料噴射期間との比較により予混合燃焼モードにおける予混合燃焼の可否判定を行うので、エンジンの運転状況が変動しても予混合燃焼の可否判定を適切に行うことができる。
【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、エンジンの運転状況に応じて予混合燃焼可能な燃料噴射期間を最大限確保できるので、予混合燃焼モードの領域が拡大されて低回転低負荷時の排気性能を向上させることができる。
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、最大燃料噴射期間で噴射可能な最大燃料噴射量が要求される燃料噴射量に達しない場合には予混合燃焼が不許可となるので、予混合燃焼モードにおいて最大燃料噴射期間外での不要な燃料噴射が防止され、安定した予混合燃焼を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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、コモンレールシステムが備えられている。
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。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。
【００１１】
燃焼制御装置は、エンジンの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。
【００１２】
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（燃料噴射期間）、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（最大燃料噴射期間）、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。  
【００１３】
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、エンジンの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。
【００１４】
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。
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、ステップＳ５０に進む。
【００１５】
ステップＳ５０では、燃焼モードとして予混合燃焼モードを選択する。そして、本ルーチンをリターンする。
一方、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、またはステップ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Ｓ６０に進む。
【００１６】
ステップＳ６０では、燃焼モードとして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。
次に、上記ルーチンを可能とする燃焼制御装置の構成を図４を用いて詳述する。
図４は、燃焼モードの切り換え判定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〜Ｓ４０に該当する）。
【００１７】
着火遅れ推定手段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、燃料噴射圧、燃料噴射時期、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量ｑ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。
【００１８】
混合期間推定手段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。このマップでは、燃料噴射量ｑが大きければ混合期間mixing_timeを大きく、エンジン回転速度Ｎeが大きければ混合期間mixing_timeを小さくするよう設定されている。
【００１９】
加算部３０は、混合期間推定手段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。
第１の判定部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。詳しくは、ΔTig_delay＞mixing_time＋Inj_durである場合は予混合燃焼許可フラグである１を後段に出力し、ΔTig_delay≦mixing_time＋Inj_durである場合は０を後段に出力する。なお、ここでの判定式ΔTig_delay＞mixing_time＋Inj_durは、前述の（ΔTig_delay）＝（Inj_dur_PCI_max）＋（mixing_time）の関係から、Inj_dur_PCI_max＞Inj_durに変形できるので、予混合燃焼可能な最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxと現在の噴射期間Inj_durとを比較するものでもある。
【００２０】
また、減算部５０は、着火遅れ推定手段１０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２０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。
最大噴射量演算手段６０は、減算部５０において演算された最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxとインジェクタの最大許容噴射圧力Ｐinj_maxとを入力して、予混合燃焼可能最大噴射量Ｑinj_maxを演算する。予混合燃焼可能最大噴射量Ｑinj_maxは、あらかじめ記憶しておいた図６に示すようなマップから読み出される。このマップでは、最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxが大きければ予混合燃焼可能最大噴射量Ｑinj_maxを大きく、最大許容噴射圧力Ｐinj_maxが大きければ予混合燃焼可能最大噴射量Ｑinj_maxを大きくするよう設定されている。
【００２１】
第２の判定部７０は、最大噴射量演算手段６０において演算された予混合燃焼可能最大噴射量Ｑinj_maxと、燃料噴射量ｑとを比較する。詳しくは、Ｑinj_max＞ｑである場合は１を後段に出力し、Ｑinj_max≦ｑである場合は０を後段に出力する。
ＡＮＤ回路部８０では、第１の判定部４０からの出力及び第２の判定部７０からの出力がいずれも１である場合には、予混合燃焼許可と判定する。第１の判定部４０からの出力及び第２の判定部７０からの出力のいずれかが０である場合には予混合燃焼不可と判定する。そして、この判定結果を最終的な予混合燃焼の可否判定として出力する。
【００２２】
以上のように、本実施形態では、予混合燃焼モードへの切り換え可否判定を、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、即ち予混合燃焼が可能となる最大燃料噴射期間を推定して、現在の燃料噴射期間Inj_durがこの最大燃料噴射期間内であれば予混合燃焼モードを許可する。このように、本実施形態では、予混合燃焼モードへの切り換え可否判定、即ち予混合燃焼の可否判定を、予混合燃焼が可能となる最大燃料噴射期間と現在の燃料噴射期間とを比較することで行うので、エンジンの運転状況が変動するような場合でも予混合燃焼の可否判定を適切に行なうことができる。したがって、予混合燃焼モードにおいてエンジンの運転状況が変動する場合でも最大燃料噴射期間外での不要な燃料噴射が防止され、安定した予混合燃焼を可能にすることができるとともに、エンジンの運転状況に応じて予混合燃焼可能な燃料噴射期間が最大限確保され、予混合燃焼モードの領域が拡大されて排気性能を向上させることができる。
【００２３】
また、本実施形態では、最大噴射期間Inj_dur_PCI_maxと現在の噴射期間Inj_durとを比較して予混合燃焼モードの可否を判定するだけでなく、予混合燃焼可能最大噴射量Ｑinj_maxと要求される燃料噴射量ｑとの比較により予混合燃焼モードの可否判定を行う。これにより、予混合燃焼が可能な最大燃料噴射量を超える状態での予混合燃焼が防止され、予混合燃焼モードにおける最大燃料噴射期間外での不要な燃料噴射を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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に用いられるマップである。
【図４】予混合燃焼許可判定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に用いられるマップである。
【図６】予混合燃焼可能最大噴射量を演算するために用いられるマップである。
【符号の説明】
【００２５】
１０    着火遅れ推定手段
２０    混合期間推定手段
４０    第１の判定部
６０    最大噴射量演算手段
７０    第２の判定部
８０    ＡＮＤ回路部
【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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