内燃機関の制御装置
【課題】排気空燃比がリッチ化している状態ときの燃焼を安定させる。
【解決手段】排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合（Ｓ２１）、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定されると、主燃料噴射に先だって実施されたプレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値と、メイン噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値との比が所定の範囲内となるように、燃焼室２内のガス温度を上昇させる。ガス温度は、プレ噴射の噴射量の増加（Ｓ２４）、ＥＧＲ率の増加（Ｓ２６）、主燃料噴射の噴射時期を進角（Ｓ２７）、によって実現する。これによって、排気空燃比がリッチ化している状態で燃焼が不安定となっても、スモークの抑制を実現しつつ燃焼安定性を確保することができる。
【解決手段】排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合（Ｓ２１）、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定されると、主燃料噴射に先だって実施されたプレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値と、メイン噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値との比が所定の範囲内となるように、燃焼室２内のガス温度を上昇させる。ガス温度は、プレ噴射の噴射量の増加（Ｓ２４）、ＥＧＲ率の増加（Ｓ２６）、主燃料噴射の噴射時期を進角（Ｓ２７）、によって実現する。これによって、排気空燃比がリッチ化している状態で燃焼が不安定となっても、スモークの抑制を実現しつつ燃焼安定性を確保することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおける着火時期は、基本的には、燃料噴射時期によって制御されるが、実際の着火時期は直接には検出されず、実際の着火時期が所望の着火時期に正しく合致しているか否かは一般に不明である。ディーゼルエンジンにおける着火時期は、排気中のＮＯｘ排出量や燃料消費率に影響し、実際の着火時期を所望の着火時期に制御することが、トレードオフの関係にあるＮＯｘ排出量と燃料消費率とを両立させる上で重要である。
【０００３】
特許文献１には、ディーゼルエンジンのシリンダブロックに振動センサ（いわゆるノックセンサ）を取り付け、その振幅があるレベルになったときに、単純に、着火時期と判定するようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４４５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、着火時期を正確に判定することができたとしても、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射するような内燃機関にあっては、メイン噴射に起因する燃焼が安定しない場合に、燃料が低セタン燃料であると、メイン噴射に先だつ噴射の噴射量を増加させても、圧縮端の温度が十分高くないとメイン噴射に先だつ噴射に起因する熱発生量が増大せず、メイン噴射に起因する燃焼を安定させることができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明の内燃機関の制御装置は、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射するものであって、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合にメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定されると、燃焼室内のガス温度を上昇させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合に燃焼が不安定となると、燃焼室内のガス温度を上昇させて圧縮端温度を上昇させることで、燃焼安定性とスモークの抑制を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例に係る制御装置が適用されるディーゼルエンジンの構成説明図。
【図２】着火時期検出のための処理の流れを示すフローチャート。
【図３】サンプリング期間の一例を示す説明図。
【図４】積算される振動加速度の周波数範囲の一例を示す説明図。
【図５】異なる噴射時期（Ａ）〜（Ｄ）における筒内圧及び振動加速度の変化を示す説明図。
【図６】第１制御マップの特性を示す特性図。
【図７】３つの異なる噴射時期における積算値及び検出値を示す説明図。
【図８】３つの異なる運転条件（Ａ）〜（Ｃ）における検出値と実着火時期との関係を示す説明図。
【図９】噴射時期の補正の処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】第２制御マップの特性を示す特性図。
【図１１】第３制御マップの特性を示す特性図。
【図１２】目標噴射時期マップの特性を示す特性図。
【図１３】燃焼期間マップの特性を示す特性図。
【図１４】ＥＧＲ率と噴射時期に対するスモーク性能を表す特性線とトルク変動を無次元化した指標を表す特性線とを併せて示す特性図。
【図１５】燃焼室内の熱発生量を示す特性図。
【図１６】排気空燃比をリッチとする場合の噴射時期の補正の処理の流れを示すフローチャート。
【図１７】排気空燃比がリッチ化している状態における、ノックセンサの検出信号と、筒内の熱発生量とを示した説明図。
【図１８】排気空燃比がリッチ化している状態において、ノックセンサの検出信号の絶対値を積分したものを示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、この発明が適用されるディーゼルエンジン１の全体的構成を示している。このディーゼルエンジン１は、コモンレール式の燃料噴射装置を備えたもので、各気筒の燃焼室２の上部中央に燃料噴射ノズル３を有し、サプライポンプ４により加圧された燃料が蓄圧室（コモンレール）５に蓄えられたあとに各気筒の燃料噴射ノズル３に分配され、各燃料噴射ノズル３の開閉に応じてそれぞれ噴射される。上記蓄圧室５には、燃料圧力（レール圧）を検出するための燃料圧力センサ６が設けられている。
【００１１】
また、このディーゼルエンジン１は、排気タービン１２とコンプレッサ１３とを同軸状に備えたターボ過給機１１を有している。コンプレッサ１３から燃焼室２に至る吸気通路１４には、インタークーラ１５が介装されている。燃焼室２から排気タービン１２に至る排気通路１６と上記吸気通路１４との間には、ＥＧＲ通路１７が設けられており、このＥＧＲ通路１７には、ＥＧＲクーラ１８及びＥＧＲ制御弁１９が介装されている。吸気通路１４のコンプレッサ１３よりも上流側には、エアクリーナ２１及びエアフロメータ２２を備えている。
【００１２】
そして、エンジン本体の一部であるシリンダブロック２５の側壁に、加速度センサであり燃焼状態検知手段としてシリンダブロック２５の振動に応答する公知のノックセンサ２６が取り付けられている。このノックセンサ２６は、各気筒毎に設けても良いが、この実施例では、各気筒の振動を検知し得る適宜な位置を選択してシリンダブロック２５に１つのノックセンサ２６を設けている。このノックセンサ２６の検出信号は、コントロールユニット３０に入力され、これに基づいて、後述するように、燃料噴射ノズル３からの燃料噴射時期が遅進補正される。
【００１３】
排気タービン１２の下流側の排気通路１６には、排気ガスを浄化する触媒として、上流側より順に、酸化触媒２７と、排気中のＮＯｘを吸着及び脱離・浄化するＮＯｘ浄化触媒２８と、排気中の排気微粒子（ＰＭ）をトラップし、堆積したＰＭを燃焼などの方法により定期的に除去すなわち再生する排気後処理装置としての微粒子捕捉フィルタすなわちＤＰＦ２９と、が設けられている。
【００１４】
制御部としてのコントロールユニット３０には、上述のノックセンサ２６やエアフロメータ２２の検出信号のほかに、クランクシャフトのクランク角（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサ３１、過給圧を検出する過給圧センサ３２、排気通路における酸化触媒２７の上流側の酸素濃度を検出する空燃比検出手段としての第１酸素センサ３３、排気通路におけるＮＯｘ浄化触媒２８とＤＰＦ２９との間の酸素温度を検出する第２酸素センサ３４、ＤＰＦ２９の入口温度を検出する入口温度センサ３５、ＤＰＦ２９の出口温度を検出する出口温度センサ３６、ＤＰＦ２９の前後の差圧を検出するＤＰＦ差圧センサ３７の他、冷却水温を検出する水温センサ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ、吸気温度を検出する吸気温度センサ等のセンサ類の検出信号が入力されている。コントロールユニット３０は、これらの検出信号に基づいて、燃料噴射ノズル３の他、吸気通路１４の絞り量を調整する吸気絞り弁３８や、ターボ過給機１１の可変ノズルの開度を調整する圧力制御弁３９等へ制御信号を出力し、その動作を制御する。
【００１５】
図２は、上記コントロールユニット３０において実行される実着火時期検出のための処理の流れを示すフローチャートである。本ルーチンはごく短い所定の演算間隔（例えば、所定のクランク角毎あるいは所定時間）毎に繰り返し実行される。
【００１６】
先ずステップ（以下、単にＳと記す）１では、クランク角センサ３１より検出されるクランク角等の各種信号が読み込まれる。Ｓ２では、クランク角が各気筒の燃焼サイクルにおける所定のサンプリング期間Δθｓｍｐ（図３参照）内にあるかを判定する。サンプリング期間Δθｓｍｐになければ、Ｓ１０において、後述する積算値を０に初期化する。
【００１７】
このサンプリング期間Δθｓｍｐは、図３に示すように、少なくとも着火時期を含み、燃焼圧の発生区間を抽出するように、その開始時期つまり積分開始時期θｓから例えば５０°ＣＡ程度の期間とされる。また、サンプリング期間をエンジン運転条件に応じて可変としても良く、例えば、圧力上昇率ｄＰ／ｄθの立ち上がりと熱発生の立ち上がりとを検出・推定し、無制御燃焼期間から後燃期間までの期間としてもよい。尚、主燃料噴射（メイン噴射）に加えて、主燃料噴射に先だって少量の燃料を噴射して火種を作るプレ噴射や、主燃料噴射後に少量の燃料を噴射して燃え残りの燃料を燃やすアフター噴射を行う場合には、その振動の影響を回避するために、これらの噴射期間と重複しないようにサンプリング期間を設定することが望ましい。積分開始時期θｓは、少なくとも着火時期よりも前であって、後述するように主燃料噴射開始時期以降に設定される。
【００１８】
サンプリング期間内であれば、Ｓ３へ進み、ノックセンサ２６が出力するノック信号すなわち振動加速度を読み込み、Ｓ４で、バンドパスフィルタ処理（あるいは、ハイパスフィルタ処理）を行って、明らかにノイズと考えられる周波数帯域を除いた所定周波数範囲ΔＦｒｑの信号のみを抽出する。この所定周波数範囲ΔＦｒｑは、図４に示すように、燃焼による振動を抽出するように、５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ、あるいは５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度の範囲に設定される。２〜４ｋＨｚ付近の範囲は、一般に、燃焼期間に重複して発生する燃料噴射ノズル３の駆動に伴う振動成分を多く含み、少なくともこれを排除することが望ましい。
【００１９】
そして、Ｓ５において、この振動加速度の振幅に相当する値（絶対値）を、所定のサンプリング周期毎に積算して、その積算値を更新する。サンプリング周期（演算間隔）は、例えば１°ＣＡの単位クランク角であり、あるいは、１／（３６０／０．２５×Ｎｅ／６０）×１０6［μｓ］等に設定される。尚、絶対値の積算として、この実施例では、正負に反転する振動加速度の二乗値を順次積算している。
【００２０】
Ｓ６では、そのときのエンジン運転条件つまり負荷（トルク、燃料噴射量）やエンジン回転速度、燃圧等に基づいて、着火時期判定レベルＳ＿ＳＬを設定する。すなわち、図８に示すように着火時期判定レベルＳ＿ＳＬはエンジン回転速度等に応じて可変とされる。Ｓ７では、各クランク角毎の積算値Ｓθを上記の着火時期判定レベルＳ＿ＳＬと比較する。
【００２１】
積算値Ｓθが着火時期判定レベルＳ＿ＳＬに到達していなければ、本ルーチンを終了する。一方、積算値Ｓθが着火時期判定レベルＳ＿ＳＬに到達すると、Ｓ８、Ｓ９へ進み、この積算値Ｓθが着火時期判定レベルＳ＿ＳＬに到達した到達時期に基づいて、実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎを算出する。具体的には、積算開始時期から到達時期までの経過時間を算出し（Ｓ８）、この経過時間をクランク角に変換して、実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎ（クランク角）を求める。
【００２２】
尚、上記の例では、実時間ベースで処理を行っているが、サンプリング等を含めた一連の処理をクランク角ベースで行うこともでき、この場合は、上記Ｓ９の実時間からクランク角への変換処理を省略し、到達時期（クランク角）から直接的に実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎ（クランク角）を求めることができる。
【００２３】
図５は異なる噴射時期（Ａ）〜（Ｄ）における筒内圧及びノックセンサ２６から出力される振動加速度の変化を示す特性図である。噴射時期（主燃料噴射開始時期）が遅角するほど、着火燃焼による筒内圧上昇領域α１及び振動増加領域α２も遅角していく。従って、上記の積算開始時期θｓは、主燃料噴射開始時期に応じて設定され、主燃料噴射開始時期以降、より具体的には、シリンダブロック等の振動伝達系による応答遅れを考慮した所定の伝達遅れ期間θｎだけ主燃料噴射開始時期ＭＩＴよりも遅角させた時期（ＭＩＴ＋θｎ）に設定される。より具体的には、上記の伝達遅れ期間θｎは、図６に示す第１制御マップＭＡＰ１を参照して、エンジン回転速度及び燃料噴射量に応じて設定される。同図に示すように、伝達遅れ期間θｎは、エンジン回転速度が高くなるほど大きく、また、燃料噴射量が多くなるほど大きく設定される。これによって、燃料噴射による着火燃焼以外のノイズ成分を精度良く除去することができる。
【００２４】
また、図５に示すように、燃料噴射開始時期が上死点より遅角していくほど、振動加速度の強度（振幅）も小さくなっていく。従って、好ましくは上記のＳ６において、燃料噴射開始時期が上死点より遅角するほど、着火時期判定レベルＳ＿ＳＬを小さくする。
【００２５】
図７は、主燃料噴射開始時期ＭＩＴ（ＡＴＤＣ）が異なる場合の積算値（積分値）の変化及び検出値に対する実着火時期のばらつき・誤差を示している。「検出値」は、上述した積算値が着火時期判定レベルＳ＿ＳＬに到達した到達時期におけるクランク角（ＡＴＤＣ）である。実着火時期は、この検出値に基づいて設定され、この例では検出値より約１５°進角した時期となっている。この図７に示すように、検出値（到達時期でのクランク角）に対する実着火時期のばらつきは、主燃料噴射開始時期にかかわらず、±０．７°ＣＡ程度の少ない範囲に抑えられ、燃料噴射による燃焼以外のノイズ振動の影響を排除して、実着火時期を精度よく求めることができる。
【００２６】
図８は、排気代表点が異なる３つの運転条件（Ａ）〜（Ｃ）における、検出値と実着火時期との関係を示している。同図に示すように、エンジン運転条件が異なる場合であっても、到達時期のクランク角すなわち検出値に対する実着火時期の誤差は、±１．２°ＣＡ以下の少ない範囲に抑えられる。このようにエンジン運転条件にかかわらず精度よく実着火時期を求めることができる。
【００２７】
このようにして求められた実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎは、ディーゼルエンジン１における種々の制御に利用することができるが、図９は、一例として、通常時の実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎを用いた噴射時期ＩＴの補正についてのフローチャートを示している。ここでは、まずＳ１１において、そのときのエンジン運転条件つまり負荷（トルク）とエンジン回転速度とに基づいて、図１０に示す第２制御マップ（ＭＡＰ２）を参照して、目標着火時期ｔＴ＿ｉｇｎを算出・設定する。この第２制御マップは、各運転点毎に望ましい着火時期を割り付けたものであり、基本的には、エンジン運転条件（負荷及びエンジン回転速度）に対して目標噴射時期ＩＴを割り付けた図１２に示す目標噴射時期マップに類似した特性となる。
【００２８】
次に、Ｓ１２において、この目標噴射時期ｔＴ＿ｉｇｎと推定した実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎとの差ΔＴ（＝ｒＴ＿ｉｇｎ−ｔＴ＿ｉｇｎ）を求める。そして、Ｓ１３において、図１１に示す第３制御マップ（ＭＡＰ３）を参照して、差ΔＴに対応する噴射時期補正量ＩＴ＿ＦＢを求める。つまり、噴射時期と着火時期とは「１対１」の関係にはなく、例えば噴射時期を１°ＣＡ変化させても着火時期が１°ＣＡ変化する訳ではなく、しかも両者の相関関係は運転条件によって異なるものとなるので、これらを考慮して、実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎを目標噴射時期ｔＴ＿ｉｇｎに近づけるために必要な補正量ＩＴ＿ＦＢが第３制御マップとして割り付けられている。この第３制御マップに基づいて求められた補正量ＩＴ＿ＦＢは、Ｓ１４において、そのときの噴射時期ＩＴに加えられる。尚、この補正量ＩＴ＿ＦＢは、必要に応じ、各運転点毎の補正量として学習・保存するようにしてもよい。
【００２９】
ところで、上記のサンプリング期間は、例えば積分開始時期から５０°ＣＡに設定されるが、必ずしも固定的な範囲でなくてもよく、エンジンの運転条件、特に、燃料噴射量Ｑｆ、レール圧Ｐｆ、噴射時期ＩＴ等を考慮して、可変的に設定するように構成することもできる。例えば、燃焼期間θｂｒｎは、レール圧Ｐｆと燃料噴射量Ｑｆとに相関し、例えば図１３に示すような特性の燃焼期間マップを参照して算出することが可能である。
【００３０】
サンプリング期間の開始時期θｓを、θｎを所定の伝達遅れ期間として、「θｓ＝ＩＴ＋θｎ」とし、終了時期θｆを、「θｆ＝ＩＴ＋θｎ＋θｂｒｎ」として可変的に設定すれば、燃焼期間のみを含む最小のサンプリング期間を与えることができる。これは、例えば、前後にプレ噴射やアフター噴射が行われるような場合に、その影響を避ける上で有利となる。
【００３１】
低セタン燃料の場合、プレ噴射による燃料噴射量を増量しても圧縮端温度が十分高くないと、プレ噴射により噴射された燃料の燃焼の熱発生量が増大せず、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼が安定しない場合がある。筒内の雰囲気がリッチ化している場合、図１４に示すように、主燃料噴射の噴射時期を進角させると、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼は安定する傾向にあるが、スモークは悪化してしまう傾向がある。尚、図１４中の実線は噴射時期とＥＧＲ率に対するスモーク性能を表す特性線であり、噴射時期が遅角するほど、ＥＧＲ率が増加するほど、スモーク性能は良好となる傾向がある。また、図１４中の破線は噴射時期とＥＧＲ率に対するトルク変動を無次元化した指標を表す特性線であり、噴射時期が進角するほど、ＥＧＲ率が減少するほど、トルク変動は小さくなり、燃焼安定性は向上する傾向がある。
【００３２】
また、ＥＧＲを増量することで圧縮端温度を上げ、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼の安定化を図ることも可能であるが、図１５に示すように、ＥＧＲを増量しすぎると、プレ噴射により噴射された燃料の熱発生は活発になっていくものの不活性ガス割合過多による燃焼速度低下により主燃料噴射により噴射された燃料の熱発生は弱まってしまう。
【００３３】
そこで、リッチスパイクよるＮＯｘ浄化触媒２８からのＮＯｘの放出処理や、ＮＯｘ浄化触媒２８の硫黄被毒解除に伴い排気空燃比をリッチ化する際には、図１６に示すように制御する。すなわち、ノックセンサ２６で検出される信号に基づき、プレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の積算値と主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の積算値との比が所定の範囲内になるように、燃焼室２内のガス温度を上昇させる。これは、通常排気空燃比をリッチ化する場合には、吸気を絞ってリッチ化しているため、圧縮上死点での圧力上昇が小さい、すなわち温度上昇が小さくなるため、プレ噴射により噴射された燃料が発火しにくくなるためである。
【００３４】
Ｓ２１では、硫黄被毒解除またはリッチスパイクの実施条件が成立しているか否かを判定し、成立している場合には、排気空燃比をリッチ化するべくＳ２２へ進み、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。
【００３５】
Ｓ２２では、次式（１）と次式（２）の条件が満たされているか否かを判定し、満たされていない場合には、Ｓ２３へ進み、そうでない場合には今回のルーチンを終了する。すなわち、主燃料噴射に起因する燃焼に着火遅れがあると判定されると、プレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値と、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値との比が所定の範囲内になるように燃焼室２内のガス温度を向上させる。
［数１］
｜（ｒＴ＿ｉｇｎ）−（ｔＴ＿ｉｇｎ）｜＜ε１ …（１）
［数２］
｜（ｒＳｐｒｅ／ｒＳｍａｉｎ）／（ｔＳｐｒｅ／ｔＳｍａｉｎ）−所定値｜＜ε２ …（２）
ここでｒＴ＿ｉｇｎは、上述したように主燃料噴射により噴射された燃料の実着火時期あり、ｔＴ＿ｉｇｎは、上述したように主燃料噴射により噴射された燃料の目標着火時期である。前記式（１）から、実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎと目標着火時期ｔＴ＿ｉｇｎの偏差が予め設定された所定値ε１よりも小さい場合に、着火遅れがないと判定し、そうでない場合に着火遅れがあると判定している。
【００３６】
また、式（２）におけるｒＳｐｒｅは、ノックセンサ２６によって検知されたプレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定期間Ａの積算値であり、ｒＳｍａｉｎはノックセンサ２６によって検知された主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定期間Ｂの積算値である。
【００３７】
所定期間Ａは、プレ噴射の開始時期とプレ噴射の噴射期間を含んだ期間であり、クランクアングルで例えば２５ｄｅｇ相当程度の期間である。所定期間Ｂは、主燃料噴射の開始時期と主燃料噴射の噴射期間を含んだ期間であり、クランクアングルで例えば６０ｄｅｇ相当程度の期間である。尚、プレ噴射の噴射期間、主燃料噴射の噴射期間は、それぞれ噴射量とレール圧から計算できる。
【００３８】
図１７は、排気空燃比がリッチ化している状態において、ノックセンサ２６で検出される検出信号と、筒内の熱発生量とを示した説明図である。図１８は、ノックセンサ２６の検出信号の絶対値を積分したものを所定期間Ａ積算したものと、所定期間Ｂ積算したものとを示している。
【００３９】
図１７及び図１８に示すように、ノックセンサ２６で検出された検出信号の絶対値を積分したものを所定期間Ａ積算することで上述したｒＳｐｒｅを算出し、ノックセンサ２６で検出された検出信号の絶対値を積分したものを所定期間Ｂ積算することで上述したｒＳｍａｉｎを算出する。
【００４０】
ｔＳｐｒｅは、ノックセンサ２６によって検知されたプレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定期間Ａの積算値の目標値であり、ｔＳｍａｉｎはノックセンサ２６によって検知された主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定期間Ｂの積算値の目標値である。
【００４１】
Ｓ２３では、プレ噴射における燃料の噴射量が所定量よりも少ないか否かを判定し、少ない場合にはＳ２４へ進みプレ噴射における燃料の噴射量を増量し、そうでない場合にはＳ２５へ進む。ここで、プレ噴射における燃料の噴射量は、多くなりすぎても燃焼安定性に寄与しないことが判っており、Ｓ２３における所定量としては、例えば４（ｍｍ3／ｓｔ）程度の値を設定することが望ましい。
【００４２】
Ｓ２５では、ＥＧＲ率が所定値よりも少ないか否かを判定し、少ない場合にはＳ２６へ進みＥＧＲ率を増加させ、そうでない場合にはＳ２７へ進み主燃料噴射の噴射時期を進角させる。ここでＥＧＲ率を増加させすぎると燃焼室２内の不活性ガス割合が大きくなり、失火する可能性が増加させるので、Ｓ２５における所定量としては、例えば１５％程度の値を設定することが望ましい。
【００４３】
このような本実施形態においては、排気空燃比がリッチ化している状態で燃焼が不安定となっても、ノックセンサ２６で検出される信号に基づき、プレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の積算値と主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の積算値との比が所定の範囲内になるように燃焼室２内のガス温度を上昇させることで、スモークの抑制を実現しつつ燃焼安定性を確保することができる。
【００４４】
尚、上述した実施形態においては、燃焼室２内のガス温度を上昇させる手段としてＥＧＲ率を増加させているが、燃焼室２にグロープラグを配置してこのグロープラグによって燃焼室２内のガス温度を上昇させるようにしてもよい。
【００４５】
また、上述した実施形態においては、ノックセンサ２６を用いて燃焼室２内の燃焼状態を検出しているが、筒内圧を検知する筒内圧センサを各気筒に設ければ、この筒内圧センサを用いて燃焼室２内の燃焼状態を検出するようにしてもよい。また、ノックセンサ２６変わって筒内圧センサを用いることで、筒内圧センサで検出されたプレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する筒内の熱発生量の所定区間の積算値と、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する筒内の熱発生量の所定区間の積算値との比が所定の範囲内になるように、燃焼室２内のガス温度を上昇させるようにしてもよい。
【００４６】
上述した実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００４７】
（１） 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、排気空燃比を検知する手段と、燃焼室内の燃焼に起因する信号を用いて燃焼室内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、燃焼室内のガス温度を上昇させる燃焼室内ガス温度上昇手段と、を有し、前記燃料噴射弁は、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射すると共に、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合に、前記燃焼状態検出手段によりメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定された場合には、燃焼室内ガス温度上昇手段により燃焼室内のガス温度を上昇させる。これによって、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合に燃焼が不安定となると、燃焼室内のガス温度を上昇させて圧縮端温度を上昇させることで、燃焼安定性とスモークの抑制を実現することができる。
【００４８】
（２） 前記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼室内ガス温度上昇手段は、具体的には、ＥＧＲ率を増加させることによって燃焼室内のガス温度を上昇させている。
【００４９】
（３） 前記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼室内ガス温度上昇手段は、具体的には、グロープラグにより燃焼室内のガス温度を上昇させている。
【００５０】
（４） 前記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼状態検出手段は、具体的には、燃焼室を構成する内燃機関本体に取り付けられたノックセンサである。
【００５１】
（５） 前記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼状態検出手段は、具体的には、各気筒の筒内圧力を直接検出する筒内圧センサである。
【００５２】
（６） 前記（４）に記載の内燃機関の制御装置は、具体的には、前記燃焼状態検出手段によりメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定された場合、メイン噴射に先だって実施された噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値と、メイン噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値との比が所定の範囲内になるように、燃焼室内のガス温度を上昇させる。
【符号の説明】
【００５３】
１…ディーゼルエンジン
２…燃焼室
３…燃料噴射ノズル
２６…ノックセンサ
３０…コントロールユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおける着火時期は、基本的には、燃料噴射時期によって制御されるが、実際の着火時期は直接には検出されず、実際の着火時期が所望の着火時期に正しく合致しているか否かは一般に不明である。ディーゼルエンジンにおける着火時期は、排気中のＮＯｘ排出量や燃料消費率に影響し、実際の着火時期を所望の着火時期に制御することが、トレードオフの関係にあるＮＯｘ排出量と燃料消費率とを両立させる上で重要である。
【０００３】
特許文献１には、ディーゼルエンジンのシリンダブロックに振動センサ（いわゆるノックセンサ）を取り付け、その振幅があるレベルになったときに、単純に、着火時期と判定するようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４４５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、着火時期を正確に判定することができたとしても、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射するような内燃機関にあっては、メイン噴射に起因する燃焼が安定しない場合に、燃料が低セタン燃料であると、メイン噴射に先だつ噴射の噴射量を増加させても、圧縮端の温度が十分高くないとメイン噴射に先だつ噴射に起因する熱発生量が増大せず、メイン噴射に起因する燃焼を安定させることができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明の内燃機関の制御装置は、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射するものであって、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合にメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定されると、燃焼室内のガス温度を上昇させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合に燃焼が不安定となると、燃焼室内のガス温度を上昇させて圧縮端温度を上昇させることで、燃焼安定性とスモークの抑制を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例に係る制御装置が適用されるディーゼルエンジンの構成説明図。
【図２】着火時期検出のための処理の流れを示すフローチャート。
【図３】サンプリング期間の一例を示す説明図。
【図４】積算される振動加速度の周波数範囲の一例を示す説明図。
【図５】異なる噴射時期（Ａ）〜（Ｄ）における筒内圧及び振動加速度の変化を示す説明図。
【図６】第１制御マップの特性を示す特性図。
【図７】３つの異なる噴射時期における積算値及び検出値を示す説明図。
【図８】３つの異なる運転条件（Ａ）〜（Ｃ）における検出値と実着火時期との関係を示す説明図。
【図９】噴射時期の補正の処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】第２制御マップの特性を示す特性図。
【図１１】第３制御マップの特性を示す特性図。
【図１２】目標噴射時期マップの特性を示す特性図。
【図１３】燃焼期間マップの特性を示す特性図。
【図１４】ＥＧＲ率と噴射時期に対するスモーク性能を表す特性線とトルク変動を無次元化した指標を表す特性線とを併せて示す特性図。
【図１５】燃焼室内の熱発生量を示す特性図。
【図１６】排気空燃比をリッチとする場合の噴射時期の補正の処理の流れを示すフローチャート。
【図１７】排気空燃比がリッチ化している状態における、ノックセンサの検出信号と、筒内の熱発生量とを示した説明図。
【図１８】排気空燃比がリッチ化している状態において、ノックセンサの検出信号の絶対値を積分したものを示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、この発明が適用されるディーゼルエンジン１の全体的構成を示している。このディーゼルエンジン１は、コモンレール式の燃料噴射装置を備えたもので、各気筒の燃焼室２の上部中央に燃料噴射ノズル３を有し、サプライポンプ４により加圧された燃料が蓄圧室（コモンレール）５に蓄えられたあとに各気筒の燃料噴射ノズル３に分配され、各燃料噴射ノズル３の開閉に応じてそれぞれ噴射される。上記蓄圧室５には、燃料圧力（レール圧）を検出するための燃料圧力センサ６が設けられている。
【００１１】
また、このディーゼルエンジン１は、排気タービン１２とコンプレッサ１３とを同軸状に備えたターボ過給機１１を有している。コンプレッサ１３から燃焼室２に至る吸気通路１４には、インタークーラ１５が介装されている。燃焼室２から排気タービン１２に至る排気通路１６と上記吸気通路１４との間には、ＥＧＲ通路１７が設けられており、このＥＧＲ通路１７には、ＥＧＲクーラ１８及びＥＧＲ制御弁１９が介装されている。吸気通路１４のコンプレッサ１３よりも上流側には、エアクリーナ２１及びエアフロメータ２２を備えている。
【００１２】
そして、エンジン本体の一部であるシリンダブロック２５の側壁に、加速度センサであり燃焼状態検知手段としてシリンダブロック２５の振動に応答する公知のノックセンサ２６が取り付けられている。このノックセンサ２６は、各気筒毎に設けても良いが、この実施例では、各気筒の振動を検知し得る適宜な位置を選択してシリンダブロック２５に１つのノックセンサ２６を設けている。このノックセンサ２６の検出信号は、コントロールユニット３０に入力され、これに基づいて、後述するように、燃料噴射ノズル３からの燃料噴射時期が遅進補正される。
【００１３】
排気タービン１２の下流側の排気通路１６には、排気ガスを浄化する触媒として、上流側より順に、酸化触媒２７と、排気中のＮＯｘを吸着及び脱離・浄化するＮＯｘ浄化触媒２８と、排気中の排気微粒子（ＰＭ）をトラップし、堆積したＰＭを燃焼などの方法により定期的に除去すなわち再生する排気後処理装置としての微粒子捕捉フィルタすなわちＤＰＦ２９と、が設けられている。
【００１４】
制御部としてのコントロールユニット３０には、上述のノックセンサ２６やエアフロメータ２２の検出信号のほかに、クランクシャフトのクランク角（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサ３１、過給圧を検出する過給圧センサ３２、排気通路における酸化触媒２７の上流側の酸素濃度を検出する空燃比検出手段としての第１酸素センサ３３、排気通路におけるＮＯｘ浄化触媒２８とＤＰＦ２９との間の酸素温度を検出する第２酸素センサ３４、ＤＰＦ２９の入口温度を検出する入口温度センサ３５、ＤＰＦ２９の出口温度を検出する出口温度センサ３６、ＤＰＦ２９の前後の差圧を検出するＤＰＦ差圧センサ３７の他、冷却水温を検出する水温センサ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ、吸気温度を検出する吸気温度センサ等のセンサ類の検出信号が入力されている。コントロールユニット３０は、これらの検出信号に基づいて、燃料噴射ノズル３の他、吸気通路１４の絞り量を調整する吸気絞り弁３８や、ターボ過給機１１の可変ノズルの開度を調整する圧力制御弁３９等へ制御信号を出力し、その動作を制御する。
【００１５】
図２は、上記コントロールユニット３０において実行される実着火時期検出のための処理の流れを示すフローチャートである。本ルーチンはごく短い所定の演算間隔（例えば、所定のクランク角毎あるいは所定時間）毎に繰り返し実行される。
【００１６】
先ずステップ（以下、単にＳと記す）１では、クランク角センサ３１より検出されるクランク角等の各種信号が読み込まれる。Ｓ２では、クランク角が各気筒の燃焼サイクルにおける所定のサンプリング期間Δθｓｍｐ（図３参照）内にあるかを判定する。サンプリング期間Δθｓｍｐになければ、Ｓ１０において、後述する積算値を０に初期化する。
【００１７】
このサンプリング期間Δθｓｍｐは、図３に示すように、少なくとも着火時期を含み、燃焼圧の発生区間を抽出するように、その開始時期つまり積分開始時期θｓから例えば５０°ＣＡ程度の期間とされる。また、サンプリング期間をエンジン運転条件に応じて可変としても良く、例えば、圧力上昇率ｄＰ／ｄθの立ち上がりと熱発生の立ち上がりとを検出・推定し、無制御燃焼期間から後燃期間までの期間としてもよい。尚、主燃料噴射（メイン噴射）に加えて、主燃料噴射に先だって少量の燃料を噴射して火種を作るプレ噴射や、主燃料噴射後に少量の燃料を噴射して燃え残りの燃料を燃やすアフター噴射を行う場合には、その振動の影響を回避するために、これらの噴射期間と重複しないようにサンプリング期間を設定することが望ましい。積分開始時期θｓは、少なくとも着火時期よりも前であって、後述するように主燃料噴射開始時期以降に設定される。
【００１８】
サンプリング期間内であれば、Ｓ３へ進み、ノックセンサ２６が出力するノック信号すなわち振動加速度を読み込み、Ｓ４で、バンドパスフィルタ処理（あるいは、ハイパスフィルタ処理）を行って、明らかにノイズと考えられる周波数帯域を除いた所定周波数範囲ΔＦｒｑの信号のみを抽出する。この所定周波数範囲ΔＦｒｑは、図４に示すように、燃焼による振動を抽出するように、５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ、あるいは５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度の範囲に設定される。２〜４ｋＨｚ付近の範囲は、一般に、燃焼期間に重複して発生する燃料噴射ノズル３の駆動に伴う振動成分を多く含み、少なくともこれを排除することが望ましい。
【００１９】
そして、Ｓ５において、この振動加速度の振幅に相当する値（絶対値）を、所定のサンプリング周期毎に積算して、その積算値を更新する。サンプリング周期（演算間隔）は、例えば１°ＣＡの単位クランク角であり、あるいは、１／（３６０／０．２５×Ｎｅ／６０）×１０6［μｓ］等に設定される。尚、絶対値の積算として、この実施例では、正負に反転する振動加速度の二乗値を順次積算している。
【００２０】
Ｓ６では、そのときのエンジン運転条件つまり負荷（トルク、燃料噴射量）やエンジン回転速度、燃圧等に基づいて、着火時期判定レベルＳ＿ＳＬを設定する。すなわち、図８に示すように着火時期判定レベルＳ＿ＳＬはエンジン回転速度等に応じて可変とされる。Ｓ７では、各クランク角毎の積算値Ｓθを上記の着火時期判定レベルＳ＿ＳＬと比較する。
【００２１】
積算値Ｓθが着火時期判定レベルＳ＿ＳＬに到達していなければ、本ルーチンを終了する。一方、積算値Ｓθが着火時期判定レベルＳ＿ＳＬに到達すると、Ｓ８、Ｓ９へ進み、この積算値Ｓθが着火時期判定レベルＳ＿ＳＬに到達した到達時期に基づいて、実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎを算出する。具体的には、積算開始時期から到達時期までの経過時間を算出し（Ｓ８）、この経過時間をクランク角に変換して、実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎ（クランク角）を求める。
【００２２】
尚、上記の例では、実時間ベースで処理を行っているが、サンプリング等を含めた一連の処理をクランク角ベースで行うこともでき、この場合は、上記Ｓ９の実時間からクランク角への変換処理を省略し、到達時期（クランク角）から直接的に実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎ（クランク角）を求めることができる。
【００２３】
図５は異なる噴射時期（Ａ）〜（Ｄ）における筒内圧及びノックセンサ２６から出力される振動加速度の変化を示す特性図である。噴射時期（主燃料噴射開始時期）が遅角するほど、着火燃焼による筒内圧上昇領域α１及び振動増加領域α２も遅角していく。従って、上記の積算開始時期θｓは、主燃料噴射開始時期に応じて設定され、主燃料噴射開始時期以降、より具体的には、シリンダブロック等の振動伝達系による応答遅れを考慮した所定の伝達遅れ期間θｎだけ主燃料噴射開始時期ＭＩＴよりも遅角させた時期（ＭＩＴ＋θｎ）に設定される。より具体的には、上記の伝達遅れ期間θｎは、図６に示す第１制御マップＭＡＰ１を参照して、エンジン回転速度及び燃料噴射量に応じて設定される。同図に示すように、伝達遅れ期間θｎは、エンジン回転速度が高くなるほど大きく、また、燃料噴射量が多くなるほど大きく設定される。これによって、燃料噴射による着火燃焼以外のノイズ成分を精度良く除去することができる。
【００２４】
また、図５に示すように、燃料噴射開始時期が上死点より遅角していくほど、振動加速度の強度（振幅）も小さくなっていく。従って、好ましくは上記のＳ６において、燃料噴射開始時期が上死点より遅角するほど、着火時期判定レベルＳ＿ＳＬを小さくする。
【００２５】
図７は、主燃料噴射開始時期ＭＩＴ（ＡＴＤＣ）が異なる場合の積算値（積分値）の変化及び検出値に対する実着火時期のばらつき・誤差を示している。「検出値」は、上述した積算値が着火時期判定レベルＳ＿ＳＬに到達した到達時期におけるクランク角（ＡＴＤＣ）である。実着火時期は、この検出値に基づいて設定され、この例では検出値より約１５°進角した時期となっている。この図７に示すように、検出値（到達時期でのクランク角）に対する実着火時期のばらつきは、主燃料噴射開始時期にかかわらず、±０．７°ＣＡ程度の少ない範囲に抑えられ、燃料噴射による燃焼以外のノイズ振動の影響を排除して、実着火時期を精度よく求めることができる。
【００２６】
図８は、排気代表点が異なる３つの運転条件（Ａ）〜（Ｃ）における、検出値と実着火時期との関係を示している。同図に示すように、エンジン運転条件が異なる場合であっても、到達時期のクランク角すなわち検出値に対する実着火時期の誤差は、±１．２°ＣＡ以下の少ない範囲に抑えられる。このようにエンジン運転条件にかかわらず精度よく実着火時期を求めることができる。
【００２７】
このようにして求められた実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎは、ディーゼルエンジン１における種々の制御に利用することができるが、図９は、一例として、通常時の実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎを用いた噴射時期ＩＴの補正についてのフローチャートを示している。ここでは、まずＳ１１において、そのときのエンジン運転条件つまり負荷（トルク）とエンジン回転速度とに基づいて、図１０に示す第２制御マップ（ＭＡＰ２）を参照して、目標着火時期ｔＴ＿ｉｇｎを算出・設定する。この第２制御マップは、各運転点毎に望ましい着火時期を割り付けたものであり、基本的には、エンジン運転条件（負荷及びエンジン回転速度）に対して目標噴射時期ＩＴを割り付けた図１２に示す目標噴射時期マップに類似した特性となる。
【００２８】
次に、Ｓ１２において、この目標噴射時期ｔＴ＿ｉｇｎと推定した実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎとの差ΔＴ（＝ｒＴ＿ｉｇｎ−ｔＴ＿ｉｇｎ）を求める。そして、Ｓ１３において、図１１に示す第３制御マップ（ＭＡＰ３）を参照して、差ΔＴに対応する噴射時期補正量ＩＴ＿ＦＢを求める。つまり、噴射時期と着火時期とは「１対１」の関係にはなく、例えば噴射時期を１°ＣＡ変化させても着火時期が１°ＣＡ変化する訳ではなく、しかも両者の相関関係は運転条件によって異なるものとなるので、これらを考慮して、実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎを目標噴射時期ｔＴ＿ｉｇｎに近づけるために必要な補正量ＩＴ＿ＦＢが第３制御マップとして割り付けられている。この第３制御マップに基づいて求められた補正量ＩＴ＿ＦＢは、Ｓ１４において、そのときの噴射時期ＩＴに加えられる。尚、この補正量ＩＴ＿ＦＢは、必要に応じ、各運転点毎の補正量として学習・保存するようにしてもよい。
【００２９】
ところで、上記のサンプリング期間は、例えば積分開始時期から５０°ＣＡに設定されるが、必ずしも固定的な範囲でなくてもよく、エンジンの運転条件、特に、燃料噴射量Ｑｆ、レール圧Ｐｆ、噴射時期ＩＴ等を考慮して、可変的に設定するように構成することもできる。例えば、燃焼期間θｂｒｎは、レール圧Ｐｆと燃料噴射量Ｑｆとに相関し、例えば図１３に示すような特性の燃焼期間マップを参照して算出することが可能である。
【００３０】
サンプリング期間の開始時期θｓを、θｎを所定の伝達遅れ期間として、「θｓ＝ＩＴ＋θｎ」とし、終了時期θｆを、「θｆ＝ＩＴ＋θｎ＋θｂｒｎ」として可変的に設定すれば、燃焼期間のみを含む最小のサンプリング期間を与えることができる。これは、例えば、前後にプレ噴射やアフター噴射が行われるような場合に、その影響を避ける上で有利となる。
【００３１】
低セタン燃料の場合、プレ噴射による燃料噴射量を増量しても圧縮端温度が十分高くないと、プレ噴射により噴射された燃料の燃焼の熱発生量が増大せず、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼が安定しない場合がある。筒内の雰囲気がリッチ化している場合、図１４に示すように、主燃料噴射の噴射時期を進角させると、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼は安定する傾向にあるが、スモークは悪化してしまう傾向がある。尚、図１４中の実線は噴射時期とＥＧＲ率に対するスモーク性能を表す特性線であり、噴射時期が遅角するほど、ＥＧＲ率が増加するほど、スモーク性能は良好となる傾向がある。また、図１４中の破線は噴射時期とＥＧＲ率に対するトルク変動を無次元化した指標を表す特性線であり、噴射時期が進角するほど、ＥＧＲ率が減少するほど、トルク変動は小さくなり、燃焼安定性は向上する傾向がある。
【００３２】
また、ＥＧＲを増量することで圧縮端温度を上げ、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼の安定化を図ることも可能であるが、図１５に示すように、ＥＧＲを増量しすぎると、プレ噴射により噴射された燃料の熱発生は活発になっていくものの不活性ガス割合過多による燃焼速度低下により主燃料噴射により噴射された燃料の熱発生は弱まってしまう。
【００３３】
そこで、リッチスパイクよるＮＯｘ浄化触媒２８からのＮＯｘの放出処理や、ＮＯｘ浄化触媒２８の硫黄被毒解除に伴い排気空燃比をリッチ化する際には、図１６に示すように制御する。すなわち、ノックセンサ２６で検出される信号に基づき、プレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の積算値と主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の積算値との比が所定の範囲内になるように、燃焼室２内のガス温度を上昇させる。これは、通常排気空燃比をリッチ化する場合には、吸気を絞ってリッチ化しているため、圧縮上死点での圧力上昇が小さい、すなわち温度上昇が小さくなるため、プレ噴射により噴射された燃料が発火しにくくなるためである。
【００３４】
Ｓ２１では、硫黄被毒解除またはリッチスパイクの実施条件が成立しているか否かを判定し、成立している場合には、排気空燃比をリッチ化するべくＳ２２へ進み、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。
【００３５】
Ｓ２２では、次式（１）と次式（２）の条件が満たされているか否かを判定し、満たされていない場合には、Ｓ２３へ進み、そうでない場合には今回のルーチンを終了する。すなわち、主燃料噴射に起因する燃焼に着火遅れがあると判定されると、プレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値と、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値との比が所定の範囲内になるように燃焼室２内のガス温度を向上させる。
［数１］
｜（ｒＴ＿ｉｇｎ）−（ｔＴ＿ｉｇｎ）｜＜ε１ …（１）
［数２］
｜（ｒＳｐｒｅ／ｒＳｍａｉｎ）／（ｔＳｐｒｅ／ｔＳｍａｉｎ）−所定値｜＜ε２ …（２）
ここでｒＴ＿ｉｇｎは、上述したように主燃料噴射により噴射された燃料の実着火時期あり、ｔＴ＿ｉｇｎは、上述したように主燃料噴射により噴射された燃料の目標着火時期である。前記式（１）から、実着火時期ｒＴ＿ｉｇｎと目標着火時期ｔＴ＿ｉｇｎの偏差が予め設定された所定値ε１よりも小さい場合に、着火遅れがないと判定し、そうでない場合に着火遅れがあると判定している。
【００３６】
また、式（２）におけるｒＳｐｒｅは、ノックセンサ２６によって検知されたプレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定期間Ａの積算値であり、ｒＳｍａｉｎはノックセンサ２６によって検知された主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定期間Ｂの積算値である。
【００３７】
所定期間Ａは、プレ噴射の開始時期とプレ噴射の噴射期間を含んだ期間であり、クランクアングルで例えば２５ｄｅｇ相当程度の期間である。所定期間Ｂは、主燃料噴射の開始時期と主燃料噴射の噴射期間を含んだ期間であり、クランクアングルで例えば６０ｄｅｇ相当程度の期間である。尚、プレ噴射の噴射期間、主燃料噴射の噴射期間は、それぞれ噴射量とレール圧から計算できる。
【００３８】
図１７は、排気空燃比がリッチ化している状態において、ノックセンサ２６で検出される検出信号と、筒内の熱発生量とを示した説明図である。図１８は、ノックセンサ２６の検出信号の絶対値を積分したものを所定期間Ａ積算したものと、所定期間Ｂ積算したものとを示している。
【００３９】
図１７及び図１８に示すように、ノックセンサ２６で検出された検出信号の絶対値を積分したものを所定期間Ａ積算することで上述したｒＳｐｒｅを算出し、ノックセンサ２６で検出された検出信号の絶対値を積分したものを所定期間Ｂ積算することで上述したｒＳｍａｉｎを算出する。
【００４０】
ｔＳｐｒｅは、ノックセンサ２６によって検知されたプレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定期間Ａの積算値の目標値であり、ｔＳｍａｉｎはノックセンサ２６によって検知された主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定期間Ｂの積算値の目標値である。
【００４１】
Ｓ２３では、プレ噴射における燃料の噴射量が所定量よりも少ないか否かを判定し、少ない場合にはＳ２４へ進みプレ噴射における燃料の噴射量を増量し、そうでない場合にはＳ２５へ進む。ここで、プレ噴射における燃料の噴射量は、多くなりすぎても燃焼安定性に寄与しないことが判っており、Ｓ２３における所定量としては、例えば４（ｍｍ3／ｓｔ）程度の値を設定することが望ましい。
【００４２】
Ｓ２５では、ＥＧＲ率が所定値よりも少ないか否かを判定し、少ない場合にはＳ２６へ進みＥＧＲ率を増加させ、そうでない場合にはＳ２７へ進み主燃料噴射の噴射時期を進角させる。ここでＥＧＲ率を増加させすぎると燃焼室２内の不活性ガス割合が大きくなり、失火する可能性が増加させるので、Ｓ２５における所定量としては、例えば１５％程度の値を設定することが望ましい。
【００４３】
このような本実施形態においては、排気空燃比がリッチ化している状態で燃焼が不安定となっても、ノックセンサ２６で検出される信号に基づき、プレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の積算値と主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の積算値との比が所定の範囲内になるように燃焼室２内のガス温度を上昇させることで、スモークの抑制を実現しつつ燃焼安定性を確保することができる。
【００４４】
尚、上述した実施形態においては、燃焼室２内のガス温度を上昇させる手段としてＥＧＲ率を増加させているが、燃焼室２にグロープラグを配置してこのグロープラグによって燃焼室２内のガス温度を上昇させるようにしてもよい。
【００４５】
また、上述した実施形態においては、ノックセンサ２６を用いて燃焼室２内の燃焼状態を検出しているが、筒内圧を検知する筒内圧センサを各気筒に設ければ、この筒内圧センサを用いて燃焼室２内の燃焼状態を検出するようにしてもよい。また、ノックセンサ２６変わって筒内圧センサを用いることで、筒内圧センサで検出されたプレ噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する筒内の熱発生量の所定区間の積算値と、主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する筒内の熱発生量の所定区間の積算値との比が所定の範囲内になるように、燃焼室２内のガス温度を上昇させるようにしてもよい。
【００４６】
上述した実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００４７】
（１） 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、排気空燃比を検知する手段と、燃焼室内の燃焼に起因する信号を用いて燃焼室内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、燃焼室内のガス温度を上昇させる燃焼室内ガス温度上昇手段と、を有し、前記燃料噴射弁は、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射すると共に、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合に、前記燃焼状態検出手段によりメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定された場合には、燃焼室内ガス温度上昇手段により燃焼室内のガス温度を上昇させる。これによって、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合に燃焼が不安定となると、燃焼室内のガス温度を上昇させて圧縮端温度を上昇させることで、燃焼安定性とスモークの抑制を実現することができる。
【００４８】
（２） 前記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼室内ガス温度上昇手段は、具体的には、ＥＧＲ率を増加させることによって燃焼室内のガス温度を上昇させている。
【００４９】
（３） 前記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼室内ガス温度上昇手段は、具体的には、グロープラグにより燃焼室内のガス温度を上昇させている。
【００５０】
（４） 前記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼状態検出手段は、具体的には、燃焼室を構成する内燃機関本体に取り付けられたノックセンサである。
【００５１】
（５） 前記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼状態検出手段は、具体的には、各気筒の筒内圧力を直接検出する筒内圧センサである。
【００５２】
（６） 前記（４）に記載の内燃機関の制御装置は、具体的には、前記燃焼状態検出手段によりメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定された場合、メイン噴射に先だって実施された噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値と、メイン噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値との比が所定の範囲内になるように、燃焼室内のガス温度を上昇させる。
【符号の説明】
【００５３】
１…ディーゼルエンジン
２…燃焼室
３…燃料噴射ノズル
２６…ノックセンサ
３０…コントロールユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
排気空燃比を検知する手段と、
燃焼室内の燃焼に起因する信号を用いて燃焼室内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
燃焼室内のガス温度を上昇させる燃焼室内ガス温度上昇手段と、を有し、
前記燃料噴射弁は、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射すると共に、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合に、前記燃焼状態検出手段によりメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定された場合には、燃焼室内ガス温度上昇手段により燃焼室内のガス温度を上昇させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼室内ガス温度上昇手段は、ＥＧＲ率を増加させることによって燃焼室内のガス温度を上昇させていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室内ガス温度上昇手段は、グロープラグにより燃焼室内のガス温度を上昇させていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼状態検出手段は、燃焼室を構成する内燃機関本体に取り付けられたノックセンサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼状態検出手段は、各気筒の筒内圧力を直接検出する筒内圧センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼状態検出手段によりメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定された場合、メイン噴射に先だって実施された噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値と、メイン噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値との比が所定の範囲内になるように、燃焼室内のガス温度を上昇させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
排気空燃比を検知する手段と、
燃焼室内の燃焼に起因する信号を用いて燃焼室内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
燃焼室内のガス温度を上昇させる燃焼室内ガス温度上昇手段と、を有し、
前記燃料噴射弁は、メイン噴射に先だって少量の燃料を噴射すると共に、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合に、前記燃焼状態検出手段によりメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定された場合には、燃焼室内ガス温度上昇手段により燃焼室内のガス温度を上昇させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼室内ガス温度上昇手段は、ＥＧＲ率を増加させることによって燃焼室内のガス温度を上昇させていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室内ガス温度上昇手段は、グロープラグにより燃焼室内のガス温度を上昇させていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼状態検出手段は、燃焼室を構成する内燃機関本体に取り付けられたノックセンサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼状態検出手段は、各気筒の筒内圧力を直接検出する筒内圧センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼状態検出手段によりメイン噴射により噴射された燃料の燃焼に着火遅れがある判定された場合、メイン噴射に先だって実施された噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値と、メイン噴射により噴射された燃料の燃焼に起因する振動信号の所定区間の積算値との比が所定の範囲内になるように、燃焼室内のガス温度を上昇させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２０３４２１（Ｐ２０１０−２０３４２１Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３０１０（Ｐ２００９−５３０１０）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]