内燃機関の制御装置
【課題】炭化水素の排出量に応じて燃焼モードの切換を適切に制御でき、それにより、炭化水素の排出量を抑制し、排ガス特性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明のエンジン３の制御装置１は、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて、燃焼室３ｃから排出される単位距離当たりＨＣ排出量ＨＣＰＫＭ１を算出し（図５）、算出されたＨＣ排出量ＨＣＰＫＭ１に応じて、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換える（図４のステップ４，６）。また、拡散燃焼モード中、ＨＣ排出量が多くなりがちな予混合圧縮着火燃焼モードにおけるＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１を予測し（図５）、予測されたＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦ以下になるのを待って、予混合圧縮着火燃焼モードへの切換を許可する（図４のステップ２，６）。
【解決手段】本発明のエンジン３の制御装置１は、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて、燃焼室３ｃから排出される単位距離当たりＨＣ排出量ＨＣＰＫＭ１を算出し（図５）、算出されたＨＣ排出量ＨＣＰＫＭ１に応じて、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換える（図４のステップ４，６）。また、拡散燃焼モード中、ＨＣ排出量が多くなりがちな予混合圧縮着火燃焼モードにおけるＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１を予測し（図５）、予測されたＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦ以下になるのを待って、予混合圧縮着火燃焼モードへの切換を許可する（図４のステップ２，６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼モードとして拡散燃焼モードおよび予混合圧縮着火燃焼モードを有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関はガソリンエンジンであり、燃焼モードとして、燃焼室に供給される燃料と空気との混合気を、点火プラグによる火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モードと、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードを有する。また、排気系には排ガスを浄化する触媒装置が設けられている。この制御装置では、触媒装置が活性状態になったときに、燃焼モードを火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４０２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この従来の内燃機関の制御装置では、触媒装置の活性状態のみに応じて燃焼モードを切り換えるので、内燃機関の温度状態などによっては、炭化水素の排出量が増大する場合がある。例えば、内燃機関を再始動した場合に、それまでの停止時間によっては、触媒の温度はまだ活性温度を保っているのに対し、燃焼室やシリンダブロックの温度がすでに低下していることがある。そのような場合、触媒装置が活性状態にあるとして、燃焼モードを火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えると、着火遅れが大きくなるために、比較的多量の炭化水素が発生し、排出される結果、触媒装置で浄化しきれなかった炭化水素が大気中に排出されてしまう。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、炭化水素の排出量に応じて燃焼モードの切換を適切に制御でき、それにより、炭化水素の排出量を抑制し、排ガス特性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【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に係る発明は、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換えて運転される内燃機関の制御装置１であって、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ）を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２２）と、検出された内燃機関３の運転状態に応じて、内燃機関３の燃焼室３ｃから排出される炭化水素の排出量（単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，ＨＣＥＸＰＫＭ２）を算出する炭化水素排出量算出手段（ＥＣＵ２、図５、図７）と、算出された炭化水素の排出量に応じて、燃焼モードを切り換える燃焼モード切換手段（ＥＣＵ２、図４のステップ４，６、図６のステップ２４，２５）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関は、拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードに、燃焼モードが切り換えて運転される。ここで、拡散燃焼モードとは、燃料と空気を燃焼室内で拡散、混合しながら燃焼させる燃焼モードであり、予混合圧縮着火燃焼モードとは、燃料と空気をあらかじめ混合した状態で圧縮着火により燃焼させる燃焼モードである。予混合圧縮着火燃焼モードでは、拡散燃焼モードと比べて、燃焼温度が低いため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を抑制できる一方で、着火時期の制御が難しく、特に内燃機関の始動後、暖機運転が完了するまでは、着火遅れが大きくなることがあり、着火時期が最適な着火時期からずれることによって、炭化水素の排出量が増加する傾向がある。本発明によれば、検出された内燃機関の運転状態に応じて炭化水素の排出量を算出し、算出された炭化水素の排出量に応じて燃焼モードを切り換えるので、燃焼室から実際に排出される炭化水素の排出量を抑制でき、排ガス特性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置１において、内燃機関３の始動後の暖機運転時に、内燃機関３に始動時から噴射された燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいて、燃料の燃焼により始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量Ｑｔとして算出する総発生熱量算出手段（ＥＣＵ２、図５のステップ１２）をさらに備え、炭化水素排出量算出手段は、算出された総発生熱量Ｑｔに応じて、炭化水素の排出量を算出する（ＥＣＵ２、図５のステップ１５〜１７）ことを特徴とする。
【０００９】
内燃機関の始動後の暖機運転時に予混合圧縮着火燃焼モードを行った場合には、燃焼室の温度がまだ低いことから、着火遅れが大きくなるとともに燃焼が悪化する結果、炭化水素の排出量が多くなる傾向がある。また、内燃機関の内部を循環する冷却水の温度や内燃機関の潤滑油の温度を用いて内燃機関の温度状態を検出する場合には、冷却水または潤滑油の温度が同じ（例えば３０℃）でも、実際の燃焼室の温度が異なることがある。例えば、冷却水または潤滑油の温度が３０℃の状態で内燃機関を始動した場合と、１０℃の状態で始動し、その後３０℃になった場合では、燃焼室の温度は異なる。これは、内燃機関の始動時に１０℃であった冷却水または潤滑油の温度が、その後３０℃に上昇するまでには、燃焼室内で複数サイクルの燃焼が行われるが、燃焼によって上昇した燃焼室の温度が冷却水または潤滑油の温度に反映されるまでに遅れを伴うからである。このため、上記の場合、燃焼室の温度は、１０℃の状態からの始動の場合の方が、３０℃の状態からの始動の場合よりも高い。この構成によれば、内燃機関に噴射された燃料噴射量に基づいて、燃料の燃焼により始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量として算出するので、算出された総発生熱量は、暖機運転時における内燃機関の温度状態を良好に表す。そして、この総発生熱量に応じて炭化水素の排出量を算出するので、内燃機関の温度状態をより良好に反映した炭化水素の排出量に応じて、燃焼モードの切換をより適切に行うことができ、排ガス特性をさらに向上させることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、炭化水素排出量算出手段は、拡散燃焼モード中、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えたときに排出されると予想される炭化水素の排出量を、内燃機関３の運転状態に応じて算出し（ＥＣＵ２、図５、図７）、燃焼モード切換手段は、算出された炭化水素の排出量が所定値（しきい値ＨＣＥＸＲＥＦ）よりも大きいときに、拡散燃焼モードから予混合圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切換を禁止する（ＥＣＵ２、図４のステップ２，４、図６のステップ２３，２４）ことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、拡散燃焼モード中、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えたときに排出されると予想される炭化水素の排出量を、内燃機関の運転状態に応じてあらかじめ算出する。また、そのように予測された炭化水素の排出量が所定値よりも大きいときに、拡散燃焼モードから予混合圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切換を禁止する。このように、拡散燃焼モード中、炭化水素の排出量が多くなりがちな予混合圧縮着火燃焼モードにおける炭化水素の排出量を予測し、予測された炭化水素の排出量が所定値以下になるのを待って、予混合圧縮着火燃焼モードへの切換を許可する。したがって、予混合圧縮着火燃焼モードにおいて、所定値を上回る量の炭化水素が排出されるのを確実に回避でき、排ガス特性を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による内燃機関の制御装置を、内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】カム位相可変機構の概略構成を示す模式図である。
【図３】カム位相可変機構によりカム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。
【図４】第１実施形態による燃焼モードの切換処理を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態による単位距離当たりのＨＣ排出量の算出処理を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態による燃焼モードの切換処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態による単位距離当たりのＨＣ排出量の算出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。同図に示すように、制御装置１はＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、エンジン３の各種の制御処理を行う。
【００１４】
エンジン３は、図示しない車両用の４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンであり、各気筒のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂとの間に燃焼室３ｃが形成されている。また、シリンダヘッド３ｂには、燃焼室３ｃに臨むように燃料噴射弁４（以下「インジェクタ４」という）が取り付けられており、燃料は燃焼室３ｃ内に直接、噴射される。
【００１５】
インジェクタ４は、燃焼室３ｃの天壁の中央に配置されており、燃料パイプ（図示せず）を介してコモンレール（図示せず）に接続されている。燃料は、高圧ポンプ（図示せず）で昇圧され、コモンレールに蓄圧された後、インジェクタ４に供給され、インジェクタ４から噴射される。
【００１６】
インジェクタ４の開閉は、ＥＣＵ２からの制御信号によって制御され、それにより、開弁タイミングに相当する燃料噴射時期と、開弁時間に相当する燃料噴射量ＱＩＮＪが制御される。
【００１７】
さらに、エンジン３は、吸気カムシャフト６および排気カムシャフト７を備えている。これらの吸気および排気カムシャフト６，７はそれぞれ、吸気弁８および排気弁９を開閉する吸気カム６ａおよび排気カム７ａを有している。吸気および排気カムシャフト６，７は、タイミングベルト（図示せず）を介してクランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。
【００１８】
この排気カムシャフト７の一端部には、カム位相可変機構１０が設けられている。カム位相可変機構１０は、油圧を供給されることによって作動し、クランクシャフト３ｅに対する排気カム７ａの位相（以下「カム位相ＣＡＥＸ」という）を無段階に進角または遅角させることにより、排気弁９の開閉タイミングを変化させる。これにより、吸気弁８と排気弁９とのバルブオーバーラップが増減することによって、内部ＥＧＲ量を増減させるとともに、充填効率を変化させる。
【００１９】
図２に示すように、このカム位相可変機構１０は、電磁弁１０ａを有している。この電磁弁１０ａは、スプール弁機構１０ｂとソレノイド１０ｃを組み合わせたものであり、進角油路１７ａおよび遅角油路１７ｂを介して、進角室１５および遅角室１６にそれぞれ接続されていて、油圧ポンプ１１から供給された作動油圧ＰＯＩＬを制御し、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔとして、進角室１５および遅角室１６にそれぞれ供給する。ソレノイド１０ｃは、ＥＣＵ２からの位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸにより、スプール弁機構１０ｂのスプール弁体を所定の範囲内で移動させることによって、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔを変化させる。
【００２０】
油圧ポンプ１１は、クランクシャフト３ｅに連結された機械式のものであり、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、エンジン３のオイルパン３ｄに蓄えられた作動油を、油路１１ａを介して吸い込むとともに昇圧した後、油路１１ａを介して電磁弁１０ａに供給する。
【００２１】
以上の構成のカム位相可変機構１０では、油圧ポンプ１１の作動中、電磁弁１０ａが位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて動作することにより、進角油圧Ｐａｄが進角室１５に、遅角油圧Ｐｒｔが遅角室１６にそれぞれ供給され、その結果、前述したカム位相ＣＡＥＸが、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化し、それにより、排気弁９のバルブタイミングは、図３に実線で示す最遅角タイミングと、２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。
【００２２】
また、排気カムシャフト７のカム位相可変機構１０と反対側の端部には、カム角センサ２４が設けられている。このカム角センサ２４は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、排気カムシャフト７の回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭ信号と後述するＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号から、実際のカム位相ＣＡＥＸを算出する。
【００２３】
一方、前記クランクシャフト３ｅには、マグネットロータ２２ａおよびＭＲＥピックアップ２２ｂで構成されたクランク角センサ２２が設けられている。クランク角センサ２２は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を出力する。
【００２４】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒においてピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。
【００２５】
また、エンジン３の本体には、水温センサ２１が設けられている。水温センサ２１は、サーミスタで構成されており、エンジン３のシリンダブロック（図示せず）内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２６】
一方、エンジン３の吸気管１２には、インテークシャッタ１３が設けられている。このインテークシャッタ１３には、アクチュエータ１３ａが連結されている。インテークシャッタ１３の開度は、ＥＣＵ２により、エンジン３の運転状態に応じて、アクチュエータ１３ａを制御することによって制御され、それにより、燃焼室３ｃに吸入される吸入空気量が制御される。
【００２７】
また、吸気管１２のインテークシャッタ１３よりも下流側には、吸気温センサ２３が設けられている。吸気温センサ２３は、インテークシャッタ１３の下流側の吸気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２８】
また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２５から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、車速センサ２６から、車両の速度（車速）ＶＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。
【００２９】
また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ２ａ、ＲＡＭ２ｂ、ＲＯＭ２ｃおよび入出力インターフェース（図示せず）などから成るマイクロコンピュータ（図示せず）で構成されている。前述したセンサ２１〜２５の検出信号はそれぞれ、ＥＣＵ２に入力され、入力インターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵ２ａに入力される。ＣＰＵ２ａは、これらの検出信号に応じ、ＲＯＭ２ｃに記憶された制御プログラムなどに従って、各種の演算処理を実行する。
【００３０】
例えば、ＥＣＵ２は、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換える燃焼モードの切換処理を実行する。
【００３１】
ここで、拡散燃焼モードとは、燃料と空気を燃焼室内で拡散、混合しながら燃焼させる燃焼モードである。この拡散燃焼モードは、ＥＣＵ２の制御により、インジェクタ４の燃料噴射時期をより遅角側、例えばＴＤＣ付近に設定するとともに、排気弁９のバルブタイミングを遅角側に設定することによって行われる。このため、拡散燃焼モードでは、内部ＥＧＲ量が減少し、燃焼温度が高くなることによって、炭化水素（ＨＣ）などのパティキュレートの生成が抑制される一方で、ＮＯｘの排出量が増加する傾向がある。
【００３２】
また、予混合圧縮着火燃焼モードとは、燃料と空気をあらかじめ混合した状態で圧縮着火により燃焼させる燃焼モードである。この予混合圧縮着火燃焼モードは、ＥＣＵ２の制御により、インジェクタ４の燃料噴射時期を、拡散燃焼モードよりも進角側に設定するとともに、排気弁９のバルブタイミングを進角側に設定することによって行われる。このため、予混合圧縮着火燃焼モードでは、内部ＥＧＲ量が増加し、燃焼温度が低くなることによって、ＮＯｘの生成が抑制される一方で、着火時期の制御が難しく、特にエンジン３の始動後、暖機運転が完了するまでは、着火遅れが大きくなり、着火時期が最適な着火時期からずれることによって、炭化水素の排出量が増加する傾向がある。
【００３３】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、炭化水素排出量算出手段、燃焼モード切換手段および総発生熱量算出手段に相当する。
【００３４】
次に、図４を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される、本発明の第１実施形態による燃焼モードの切換処理について説明する。本処理は所定の周期ΔＴで実行される。
【００３５】
本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１を算出する。このＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１は、燃焼モードが予混合圧縮着火燃焼モードのときに排出される、単位距離（例えば１ｋｍ）当たりのＨＣ排出量に相当する。このＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１の算出処理については後述する。
【００３６】
次に、ステップ２において、算出したＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１が、燃焼モード判定用の所定のしきい値ＨＣＥＸＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。
【００３７】
このステップ２の答がＹＥＳで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦよりも大きいときには、ダウンカウント式のディレイタイマのタイマ値（以下「ディレイタイマ値」という）ＴＭＤＣを所定時間ＴＲＥＦ（例えば３０ｓｅｃ）にセットする（ステップ３）とともに、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに設定したときのＨＣ排出量が大きいと予想されるため、予混合圧縮着火燃焼モードフラグＦ＿ＰＣＣＩを「０」にセットする（ステップ４）ことによって、燃焼モードを拡散燃焼モードに設定し、本処理を終了する。
【００３８】
一方、前記ステップ２の答がＮＯで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦ以下のときには、ディレイタイマ値ＴＭＤＣが０であるか否かを判別する（ステップ５）。
【００３９】
この答がＮＯで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１≦しきい値ＨＣＥＸＲＥＦの状態が、所定時間ＴＲＥＦ、継続していないときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えた場合にＨＣ排出量が小さい状態が確実に得られないおそれがあるため、前記ステップ４を実行し、燃焼モードを拡散燃焼モードに保持する。
【００４０】
一方、前記ステップ５の答がＹＥＳで、ＨＣＥＸＰＫＭ１≦ＨＣＥＸＲＥＦの状態が所定時間ＴＲＥＦ以上、継続したときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えても、ＨＣ排出量が小さい状態が確実に得られるとして、予混合圧縮着火燃焼モードフラグＦ＿ＰＣＣＩを「１」にセットする（ステップ６）ことによって、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換え、本処理を終了する。
【００４１】
図５は、図４のステップ１で実行される、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１の算出処理を示す。本処理ではまず、ステップ１１において、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅを算出する。この基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅは、エンジン水温ＴＷが所定の基準温度（例えば３０℃）のときに排出される、今回の処理サイクル相当分のＨＣ排出量に相当する。このマップでは、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また燃料噴射量ＱＩＮＪが小さいほど、より大きな値に設定されている。
【００４２】
次に、ステップ１２において、燃料の燃焼によりエンジン３の始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量Ｑｔとして算出する。なお、このエンジン３の始動時とは、エンジン３がスタータによってクランキングされ、完爆した時に相当する。この総発生熱量Ｑｔは、インジェクタ４からの燃料噴射量ＱＩＮＪとエンジン回転数ＮＥとの積に所定の変換係数を乗じた値を、１処理サイクル相当分の熱発生量として算出するとともに、積算することによって算出される。
【００４３】
次に、ステップ１３において、算出された総発生熱量Ｑｔに応じ、所定のマップを検索することによって、暖機補正係数Ｋｑｔを算出する。このマップでは、暖機補正係数Ｋｑｔは、総発生熱量Ｑｔが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、総発生熱量Ｑｔが大きいほど、燃焼室３ｃの温度が受熱によって上昇しており、ＨＣ排出量はより少ないと推定されるからである。
【００４４】
次に、ステップ１４において、エンジン３の始動時に検出されたエンジン水温ＴＷおよび吸気温ＴＡに応じ、所定のマップを検索することによって、始動時温度補正係数Ｋｗａを算出する。このマップでは、始動時温度補正係数Ｋｗａは、エンジン水温ＴＷが低いほど、また吸気温ＴＡが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、総発生熱量Ｑｔが同一の場合において、始動時のエンジン水温ＴＷが低いほど、また吸気温ＴＡが低いほど、燃焼室３ｃの温度がより低く、ＨＣ排出量ＨＣＥＸはより多いと推定されるからである。
【００４５】
次に、ステップ１５において、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅ、暖機補正係数Ｋｑｔおよび始動時温度補正係数Ｋｗａを用い、次式（１）によって、今回の処理サイクル相当分のＨＣ排出量ＨＣＥＸを算出する。
ＨＣＥＸ＝ＨＣＥＸｂａｓｅ・ Ｋｑｔ・Ｋｗａ ・・・・（１）
【００４６】
次に、ステップ１６において、車速センサ２６で検出された車速ＶＰに本処理の実行周期ΔＴを乗算することによって、今回の処理サイクルに対応する車両の走行距離ＤＲＶを算出する。そして、ＨＣ排出量ＨＣＥＸを走行距離ＤＲＶで除算することによって、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１を算出し（ステップ１７）、本処理を終了する。
【００４７】
次に、図６を参照しながら、本発明の第２実施形態による燃焼モードの切換処理について説明する。この第２実施形態は、前述した第１実施形態と比較し、主として、単位距離当たりのＨＣ排出量の算出方法が異なっており、より具体的には、車両が所定距離、走行するごとにＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２を算出するものである。
【００４８】
本処理ではまず、ステップ２１において、単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２を算出する。このＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２は、前述した第１実施形態のＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１と同様、燃焼モードが予混合圧縮着火燃焼モードのときに排出される、単位距離（例えば１ｋｍ）当たりの炭化水素の排出量に相当する。
【００４９】
図７は、このＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２の算出処理を示す。本処理ではまず、ステップ３１において、第１実施形態のステップ１１〜１５と同様にして、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅ、暖機補正係数Ｋｑｔおよび始動時温度補正係数Ｋｗａを用い、前記式（１）によって、今回の処理サイクル相当分のＨＣ排出量ＨＣＥＸを算出する。
【００５０】
次に、ステップ３２において、算出されたＨＣ排出量ＨＣＥＸを、前回までに算出されているＨＣ排出量積算値ΣＨＣＥＸに加算することによって、ＨＣ排出量積算値ΣＨＣＥＸを算出する。
【００５１】
次に、ステップ３３において、車速センサ２６で検出された車速ＶＰに本処理の実行周期ΔＴを乗算することによって、今回の処理サイクルに対応する車両の走行距離ＤＲＶを算出する。そして、ステップ３４において、算出された走行距離ＤＲＶを、前回までに算出されている走行距離積算値ΣＤＲＶに加算することによって、走行距離積算値ΣＤＲＶを算出する。
【００５２】
次に、算出された走行距離積算値ΣＤＲＶが、所定距離ＤＲＥＦ（例えば０．３ｋｍ）以上であるか否かを判別する（ステップ３５）。この答がＮＯで、走行距離積算値ΣＤＲＶが所定距離ＤＲＥＦに達していないときには、燃焼モードの切換判定を行うタイミングでないとして、判定実行フラグＦ＿ＪＣＯＭを「０」にセットし（ステップ３６）、本処理を終了する。
【００５３】
一方、前記ステップ３５の答がＹＥＳで、走行距離積算値ΣＤＲＶが所定距離ＤＲＥＦに達したときには、ＨＣ排出量積算値ΣＨＣＥＸを走行距離積算値ΣＤＲＶで除算することによって、単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２を算出する（ステップ３７）。次に、ＨＣ排出量積算値ΣＨＣＥＸおよび走行距離積算値ΣＤＲＶをいずれも値０にリセットする（ステップ３８）とともに、燃焼モードの切換判定を行うタイミングであることを表すために、判定実行フラグＦ＿ＪＣＯＭを「１」にセットし（ステップ３９）、本処理を終了する。
【００５４】
図６に戻り、前記ステップ２１に続くステップ２２では、判定実行フラグＦ＿ＪＣＯＭが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、燃焼モードの切換判定を行うタイミングでないときには、そのまま本処理を終了し、燃焼モードを保持する。
【００５５】
一方、前記ステップ２２の答がＹＥＳのときには、ステップ２３において、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２が、燃焼モード判定用の所定のしきい値ＨＣＥＸＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。
【００５６】
この答がＹＥＳで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦよりも大きいときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに設定したときのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２が大きいと推定されるため、予混合圧縮着火燃焼モードフラグＦ＿ＰＣＣＩを「０」にセットする（ステップ２４）ことによって、燃焼モードを拡散燃焼モードに設定し、本処理を終了する。
【００５７】
一方、前記ステップ２３の答がＮＯで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦ以下のときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えても、ＨＣ排出量が小さい状態が確実に得られるとして、予混合圧縮着火燃焼モードフラグＦ＿ＰＣＣＩを「１」にセットする（ステップ２５）ことによって、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換え、本処理を終了する。
【００５８】
以上のように、この第２実施形態では、車両が所定距離ＤＲＥＦ、走行するごとに、単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２が算出されるとともに、算出されたＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２を用いて、燃焼モードの切換判定が実行される。
【００５９】
以上のように、第１および第２実施形態によれば、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて、燃焼室３ｃから排出される単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１またはＨＣＥＸＰＫＭ２を算出し、算出されたＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，２に応じて燃焼モードを切り換えるので、燃焼室３ｃから実際に排出されるＨＣ排出量を抑制でき、排ガス特性を向上させることができる。
【００６０】
また、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，２の算出を、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに加えて、燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいて算出された総発生熱量Ｑｔに応じて行うので、暖機運転時におけるエンジン３の温度状態を良好に反映した炭化水素の排出量に応じて、燃焼モードの切換をより適切に行うことができ、排ガス特性をさらに向上させることができる。
【００６１】
また、拡散燃焼モード中、ＨＣ排出量が多くなりがちな予混合圧縮着火燃焼モードにおけるＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，２を予測し、予測されたＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，２がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦ以下になるのを待って、予混合圧縮着火燃焼モードへの切換を許可する。したがって、予混合圧縮着火燃焼モードにおいて、しきい値ＨＣＥＸＲＥＦを上回る量の炭化水素が排出されるのを確実に回避でき、排ガス特性を良好に維持することができる。
【００６２】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１および第２実施形態では、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅを算出するためのパラメータとして、燃料噴射量ＱＩＮＪを用いているが、これに代えて、エンジン３の負荷を表す他の適当なパラメータ、例えば、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに基づいて算出される要求トルクを用いてもよい。
【００６３】
また、実施形態では、燃焼室３ｃの始動時の温度を表すパラメータとして、エンジン水温ＴＷおよび吸気温ＴＡを用いているが、それらの一方のみを用いてもよく、あるいは、これらに代えてまたは加えて、エンジンオイルの油温を用いてもよい。
【００６４】
また、実施形態では、燃焼モードの切換判定を行うためのＨＣ排出量として、単位距離当たりのＨＣ排出量を用いているが、これに代えて、単位時間当たりのＨＣ排出量や、エンジン３の始動時からの総走行距離に対応するＨＣ排出量の平均値を用いてもよい。
【００６５】
また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 吸気制御装置
２ ＥＣＵ（炭化水素量算出手段、燃焼モード切換手段、総発生熱量算出手段）
３ エンジン（内燃機関）
３ｃ 燃焼室
２２ クランク角センサ（運転状態検出手段）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＨＣＥＸＰＫＭ１ 単位距離当たりのＨＣ排出量（炭化水素の排出量）
ＨＣＥＸＰＫＭ２ 単位距離当たりのＨＣ排出量（炭化水素の排出量）
ＱＩＮＪ 燃料噴射量
ＨＣＥＸＲＥＦ しきい値（所定値）
Ｑｔ 総発生熱量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼モードとして拡散燃焼モードおよび予混合圧縮着火燃焼モードを有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関はガソリンエンジンであり、燃焼モードとして、燃焼室に供給される燃料と空気との混合気を、点火プラグによる火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モードと、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードを有する。また、排気系には排ガスを浄化する触媒装置が設けられている。この制御装置では、触媒装置が活性状態になったときに、燃焼モードを火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４０２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この従来の内燃機関の制御装置では、触媒装置の活性状態のみに応じて燃焼モードを切り換えるので、内燃機関の温度状態などによっては、炭化水素の排出量が増大する場合がある。例えば、内燃機関を再始動した場合に、それまでの停止時間によっては、触媒の温度はまだ活性温度を保っているのに対し、燃焼室やシリンダブロックの温度がすでに低下していることがある。そのような場合、触媒装置が活性状態にあるとして、燃焼モードを火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えると、着火遅れが大きくなるために、比較的多量の炭化水素が発生し、排出される結果、触媒装置で浄化しきれなかった炭化水素が大気中に排出されてしまう。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、炭化水素の排出量に応じて燃焼モードの切換を適切に制御でき、それにより、炭化水素の排出量を抑制し、排ガス特性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【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に係る発明は、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換えて運転される内燃機関の制御装置１であって、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ）を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２２）と、検出された内燃機関３の運転状態に応じて、内燃機関３の燃焼室３ｃから排出される炭化水素の排出量（単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，ＨＣＥＸＰＫＭ２）を算出する炭化水素排出量算出手段（ＥＣＵ２、図５、図７）と、算出された炭化水素の排出量に応じて、燃焼モードを切り換える燃焼モード切換手段（ＥＣＵ２、図４のステップ４，６、図６のステップ２４，２５）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関は、拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードに、燃焼モードが切り換えて運転される。ここで、拡散燃焼モードとは、燃料と空気を燃焼室内で拡散、混合しながら燃焼させる燃焼モードであり、予混合圧縮着火燃焼モードとは、燃料と空気をあらかじめ混合した状態で圧縮着火により燃焼させる燃焼モードである。予混合圧縮着火燃焼モードでは、拡散燃焼モードと比べて、燃焼温度が低いため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を抑制できる一方で、着火時期の制御が難しく、特に内燃機関の始動後、暖機運転が完了するまでは、着火遅れが大きくなることがあり、着火時期が最適な着火時期からずれることによって、炭化水素の排出量が増加する傾向がある。本発明によれば、検出された内燃機関の運転状態に応じて炭化水素の排出量を算出し、算出された炭化水素の排出量に応じて燃焼モードを切り換えるので、燃焼室から実際に排出される炭化水素の排出量を抑制でき、排ガス特性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置１において、内燃機関３の始動後の暖機運転時に、内燃機関３に始動時から噴射された燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいて、燃料の燃焼により始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量Ｑｔとして算出する総発生熱量算出手段（ＥＣＵ２、図５のステップ１２）をさらに備え、炭化水素排出量算出手段は、算出された総発生熱量Ｑｔに応じて、炭化水素の排出量を算出する（ＥＣＵ２、図５のステップ１５〜１７）ことを特徴とする。
【０００９】
内燃機関の始動後の暖機運転時に予混合圧縮着火燃焼モードを行った場合には、燃焼室の温度がまだ低いことから、着火遅れが大きくなるとともに燃焼が悪化する結果、炭化水素の排出量が多くなる傾向がある。また、内燃機関の内部を循環する冷却水の温度や内燃機関の潤滑油の温度を用いて内燃機関の温度状態を検出する場合には、冷却水または潤滑油の温度が同じ（例えば３０℃）でも、実際の燃焼室の温度が異なることがある。例えば、冷却水または潤滑油の温度が３０℃の状態で内燃機関を始動した場合と、１０℃の状態で始動し、その後３０℃になった場合では、燃焼室の温度は異なる。これは、内燃機関の始動時に１０℃であった冷却水または潤滑油の温度が、その後３０℃に上昇するまでには、燃焼室内で複数サイクルの燃焼が行われるが、燃焼によって上昇した燃焼室の温度が冷却水または潤滑油の温度に反映されるまでに遅れを伴うからである。このため、上記の場合、燃焼室の温度は、１０℃の状態からの始動の場合の方が、３０℃の状態からの始動の場合よりも高い。この構成によれば、内燃機関に噴射された燃料噴射量に基づいて、燃料の燃焼により始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量として算出するので、算出された総発生熱量は、暖機運転時における内燃機関の温度状態を良好に表す。そして、この総発生熱量に応じて炭化水素の排出量を算出するので、内燃機関の温度状態をより良好に反映した炭化水素の排出量に応じて、燃焼モードの切換をより適切に行うことができ、排ガス特性をさらに向上させることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、炭化水素排出量算出手段は、拡散燃焼モード中、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えたときに排出されると予想される炭化水素の排出量を、内燃機関３の運転状態に応じて算出し（ＥＣＵ２、図５、図７）、燃焼モード切換手段は、算出された炭化水素の排出量が所定値（しきい値ＨＣＥＸＲＥＦ）よりも大きいときに、拡散燃焼モードから予混合圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切換を禁止する（ＥＣＵ２、図４のステップ２，４、図６のステップ２３，２４）ことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、拡散燃焼モード中、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えたときに排出されると予想される炭化水素の排出量を、内燃機関の運転状態に応じてあらかじめ算出する。また、そのように予測された炭化水素の排出量が所定値よりも大きいときに、拡散燃焼モードから予混合圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切換を禁止する。このように、拡散燃焼モード中、炭化水素の排出量が多くなりがちな予混合圧縮着火燃焼モードにおける炭化水素の排出量を予測し、予測された炭化水素の排出量が所定値以下になるのを待って、予混合圧縮着火燃焼モードへの切換を許可する。したがって、予混合圧縮着火燃焼モードにおいて、所定値を上回る量の炭化水素が排出されるのを確実に回避でき、排ガス特性を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による内燃機関の制御装置を、内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】カム位相可変機構の概略構成を示す模式図である。
【図３】カム位相可変機構によりカム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。
【図４】第１実施形態による燃焼モードの切換処理を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態による単位距離当たりのＨＣ排出量の算出処理を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態による燃焼モードの切換処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態による単位距離当たりのＨＣ排出量の算出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。同図に示すように、制御装置１はＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、エンジン３の各種の制御処理を行う。
【００１４】
エンジン３は、図示しない車両用の４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンであり、各気筒のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂとの間に燃焼室３ｃが形成されている。また、シリンダヘッド３ｂには、燃焼室３ｃに臨むように燃料噴射弁４（以下「インジェクタ４」という）が取り付けられており、燃料は燃焼室３ｃ内に直接、噴射される。
【００１５】
インジェクタ４は、燃焼室３ｃの天壁の中央に配置されており、燃料パイプ（図示せず）を介してコモンレール（図示せず）に接続されている。燃料は、高圧ポンプ（図示せず）で昇圧され、コモンレールに蓄圧された後、インジェクタ４に供給され、インジェクタ４から噴射される。
【００１６】
インジェクタ４の開閉は、ＥＣＵ２からの制御信号によって制御され、それにより、開弁タイミングに相当する燃料噴射時期と、開弁時間に相当する燃料噴射量ＱＩＮＪが制御される。
【００１７】
さらに、エンジン３は、吸気カムシャフト６および排気カムシャフト７を備えている。これらの吸気および排気カムシャフト６，７はそれぞれ、吸気弁８および排気弁９を開閉する吸気カム６ａおよび排気カム７ａを有している。吸気および排気カムシャフト６，７は、タイミングベルト（図示せず）を介してクランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。
【００１８】
この排気カムシャフト７の一端部には、カム位相可変機構１０が設けられている。カム位相可変機構１０は、油圧を供給されることによって作動し、クランクシャフト３ｅに対する排気カム７ａの位相（以下「カム位相ＣＡＥＸ」という）を無段階に進角または遅角させることにより、排気弁９の開閉タイミングを変化させる。これにより、吸気弁８と排気弁９とのバルブオーバーラップが増減することによって、内部ＥＧＲ量を増減させるとともに、充填効率を変化させる。
【００１９】
図２に示すように、このカム位相可変機構１０は、電磁弁１０ａを有している。この電磁弁１０ａは、スプール弁機構１０ｂとソレノイド１０ｃを組み合わせたものであり、進角油路１７ａおよび遅角油路１７ｂを介して、進角室１５および遅角室１６にそれぞれ接続されていて、油圧ポンプ１１から供給された作動油圧ＰＯＩＬを制御し、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔとして、進角室１５および遅角室１６にそれぞれ供給する。ソレノイド１０ｃは、ＥＣＵ２からの位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸにより、スプール弁機構１０ｂのスプール弁体を所定の範囲内で移動させることによって、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔを変化させる。
【００２０】
油圧ポンプ１１は、クランクシャフト３ｅに連結された機械式のものであり、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、エンジン３のオイルパン３ｄに蓄えられた作動油を、油路１１ａを介して吸い込むとともに昇圧した後、油路１１ａを介して電磁弁１０ａに供給する。
【００２１】
以上の構成のカム位相可変機構１０では、油圧ポンプ１１の作動中、電磁弁１０ａが位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて動作することにより、進角油圧Ｐａｄが進角室１５に、遅角油圧Ｐｒｔが遅角室１６にそれぞれ供給され、その結果、前述したカム位相ＣＡＥＸが、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化し、それにより、排気弁９のバルブタイミングは、図３に実線で示す最遅角タイミングと、２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。
【００２２】
また、排気カムシャフト７のカム位相可変機構１０と反対側の端部には、カム角センサ２４が設けられている。このカム角センサ２４は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、排気カムシャフト７の回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭ信号と後述するＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号から、実際のカム位相ＣＡＥＸを算出する。
【００２３】
一方、前記クランクシャフト３ｅには、マグネットロータ２２ａおよびＭＲＥピックアップ２２ｂで構成されたクランク角センサ２２が設けられている。クランク角センサ２２は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を出力する。
【００２４】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒においてピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。
【００２５】
また、エンジン３の本体には、水温センサ２１が設けられている。水温センサ２１は、サーミスタで構成されており、エンジン３のシリンダブロック（図示せず）内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２６】
一方、エンジン３の吸気管１２には、インテークシャッタ１３が設けられている。このインテークシャッタ１３には、アクチュエータ１３ａが連結されている。インテークシャッタ１３の開度は、ＥＣＵ２により、エンジン３の運転状態に応じて、アクチュエータ１３ａを制御することによって制御され、それにより、燃焼室３ｃに吸入される吸入空気量が制御される。
【００２７】
また、吸気管１２のインテークシャッタ１３よりも下流側には、吸気温センサ２３が設けられている。吸気温センサ２３は、インテークシャッタ１３の下流側の吸気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２８】
また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２５から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、車速センサ２６から、車両の速度（車速）ＶＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。
【００２９】
また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ２ａ、ＲＡＭ２ｂ、ＲＯＭ２ｃおよび入出力インターフェース（図示せず）などから成るマイクロコンピュータ（図示せず）で構成されている。前述したセンサ２１〜２５の検出信号はそれぞれ、ＥＣＵ２に入力され、入力インターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵ２ａに入力される。ＣＰＵ２ａは、これらの検出信号に応じ、ＲＯＭ２ｃに記憶された制御プログラムなどに従って、各種の演算処理を実行する。
【００３０】
例えば、ＥＣＵ２は、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換える燃焼モードの切換処理を実行する。
【００３１】
ここで、拡散燃焼モードとは、燃料と空気を燃焼室内で拡散、混合しながら燃焼させる燃焼モードである。この拡散燃焼モードは、ＥＣＵ２の制御により、インジェクタ４の燃料噴射時期をより遅角側、例えばＴＤＣ付近に設定するとともに、排気弁９のバルブタイミングを遅角側に設定することによって行われる。このため、拡散燃焼モードでは、内部ＥＧＲ量が減少し、燃焼温度が高くなることによって、炭化水素（ＨＣ）などのパティキュレートの生成が抑制される一方で、ＮＯｘの排出量が増加する傾向がある。
【００３２】
また、予混合圧縮着火燃焼モードとは、燃料と空気をあらかじめ混合した状態で圧縮着火により燃焼させる燃焼モードである。この予混合圧縮着火燃焼モードは、ＥＣＵ２の制御により、インジェクタ４の燃料噴射時期を、拡散燃焼モードよりも進角側に設定するとともに、排気弁９のバルブタイミングを進角側に設定することによって行われる。このため、予混合圧縮着火燃焼モードでは、内部ＥＧＲ量が増加し、燃焼温度が低くなることによって、ＮＯｘの生成が抑制される一方で、着火時期の制御が難しく、特にエンジン３の始動後、暖機運転が完了するまでは、着火遅れが大きくなり、着火時期が最適な着火時期からずれることによって、炭化水素の排出量が増加する傾向がある。
【００３３】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、炭化水素排出量算出手段、燃焼モード切換手段および総発生熱量算出手段に相当する。
【００３４】
次に、図４を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される、本発明の第１実施形態による燃焼モードの切換処理について説明する。本処理は所定の周期ΔＴで実行される。
【００３５】
本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１を算出する。このＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１は、燃焼モードが予混合圧縮着火燃焼モードのときに排出される、単位距離（例えば１ｋｍ）当たりのＨＣ排出量に相当する。このＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１の算出処理については後述する。
【００３６】
次に、ステップ２において、算出したＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１が、燃焼モード判定用の所定のしきい値ＨＣＥＸＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。
【００３７】
このステップ２の答がＹＥＳで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦよりも大きいときには、ダウンカウント式のディレイタイマのタイマ値（以下「ディレイタイマ値」という）ＴＭＤＣを所定時間ＴＲＥＦ（例えば３０ｓｅｃ）にセットする（ステップ３）とともに、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに設定したときのＨＣ排出量が大きいと予想されるため、予混合圧縮着火燃焼モードフラグＦ＿ＰＣＣＩを「０」にセットする（ステップ４）ことによって、燃焼モードを拡散燃焼モードに設定し、本処理を終了する。
【００３８】
一方、前記ステップ２の答がＮＯで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦ以下のときには、ディレイタイマ値ＴＭＤＣが０であるか否かを判別する（ステップ５）。
【００３９】
この答がＮＯで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１≦しきい値ＨＣＥＸＲＥＦの状態が、所定時間ＴＲＥＦ、継続していないときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えた場合にＨＣ排出量が小さい状態が確実に得られないおそれがあるため、前記ステップ４を実行し、燃焼モードを拡散燃焼モードに保持する。
【００４０】
一方、前記ステップ５の答がＹＥＳで、ＨＣＥＸＰＫＭ１≦ＨＣＥＸＲＥＦの状態が所定時間ＴＲＥＦ以上、継続したときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えても、ＨＣ排出量が小さい状態が確実に得られるとして、予混合圧縮着火燃焼モードフラグＦ＿ＰＣＣＩを「１」にセットする（ステップ６）ことによって、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換え、本処理を終了する。
【００４１】
図５は、図４のステップ１で実行される、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１の算出処理を示す。本処理ではまず、ステップ１１において、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅを算出する。この基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅは、エンジン水温ＴＷが所定の基準温度（例えば３０℃）のときに排出される、今回の処理サイクル相当分のＨＣ排出量に相当する。このマップでは、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また燃料噴射量ＱＩＮＪが小さいほど、より大きな値に設定されている。
【００４２】
次に、ステップ１２において、燃料の燃焼によりエンジン３の始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量Ｑｔとして算出する。なお、このエンジン３の始動時とは、エンジン３がスタータによってクランキングされ、完爆した時に相当する。この総発生熱量Ｑｔは、インジェクタ４からの燃料噴射量ＱＩＮＪとエンジン回転数ＮＥとの積に所定の変換係数を乗じた値を、１処理サイクル相当分の熱発生量として算出するとともに、積算することによって算出される。
【００４３】
次に、ステップ１３において、算出された総発生熱量Ｑｔに応じ、所定のマップを検索することによって、暖機補正係数Ｋｑｔを算出する。このマップでは、暖機補正係数Ｋｑｔは、総発生熱量Ｑｔが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、総発生熱量Ｑｔが大きいほど、燃焼室３ｃの温度が受熱によって上昇しており、ＨＣ排出量はより少ないと推定されるからである。
【００４４】
次に、ステップ１４において、エンジン３の始動時に検出されたエンジン水温ＴＷおよび吸気温ＴＡに応じ、所定のマップを検索することによって、始動時温度補正係数Ｋｗａを算出する。このマップでは、始動時温度補正係数Ｋｗａは、エンジン水温ＴＷが低いほど、また吸気温ＴＡが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、総発生熱量Ｑｔが同一の場合において、始動時のエンジン水温ＴＷが低いほど、また吸気温ＴＡが低いほど、燃焼室３ｃの温度がより低く、ＨＣ排出量ＨＣＥＸはより多いと推定されるからである。
【００４５】
次に、ステップ１５において、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅ、暖機補正係数Ｋｑｔおよび始動時温度補正係数Ｋｗａを用い、次式（１）によって、今回の処理サイクル相当分のＨＣ排出量ＨＣＥＸを算出する。
ＨＣＥＸ＝ＨＣＥＸｂａｓｅ・ Ｋｑｔ・Ｋｗａ ・・・・（１）
【００４６】
次に、ステップ１６において、車速センサ２６で検出された車速ＶＰに本処理の実行周期ΔＴを乗算することによって、今回の処理サイクルに対応する車両の走行距離ＤＲＶを算出する。そして、ＨＣ排出量ＨＣＥＸを走行距離ＤＲＶで除算することによって、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１を算出し（ステップ１７）、本処理を終了する。
【００４７】
次に、図６を参照しながら、本発明の第２実施形態による燃焼モードの切換処理について説明する。この第２実施形態は、前述した第１実施形態と比較し、主として、単位距離当たりのＨＣ排出量の算出方法が異なっており、より具体的には、車両が所定距離、走行するごとにＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２を算出するものである。
【００４８】
本処理ではまず、ステップ２１において、単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２を算出する。このＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２は、前述した第１実施形態のＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１と同様、燃焼モードが予混合圧縮着火燃焼モードのときに排出される、単位距離（例えば１ｋｍ）当たりの炭化水素の排出量に相当する。
【００４９】
図７は、このＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２の算出処理を示す。本処理ではまず、ステップ３１において、第１実施形態のステップ１１〜１５と同様にして、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅ、暖機補正係数Ｋｑｔおよび始動時温度補正係数Ｋｗａを用い、前記式（１）によって、今回の処理サイクル相当分のＨＣ排出量ＨＣＥＸを算出する。
【００５０】
次に、ステップ３２において、算出されたＨＣ排出量ＨＣＥＸを、前回までに算出されているＨＣ排出量積算値ΣＨＣＥＸに加算することによって、ＨＣ排出量積算値ΣＨＣＥＸを算出する。
【００５１】
次に、ステップ３３において、車速センサ２６で検出された車速ＶＰに本処理の実行周期ΔＴを乗算することによって、今回の処理サイクルに対応する車両の走行距離ＤＲＶを算出する。そして、ステップ３４において、算出された走行距離ＤＲＶを、前回までに算出されている走行距離積算値ΣＤＲＶに加算することによって、走行距離積算値ΣＤＲＶを算出する。
【００５２】
次に、算出された走行距離積算値ΣＤＲＶが、所定距離ＤＲＥＦ（例えば０．３ｋｍ）以上であるか否かを判別する（ステップ３５）。この答がＮＯで、走行距離積算値ΣＤＲＶが所定距離ＤＲＥＦに達していないときには、燃焼モードの切換判定を行うタイミングでないとして、判定実行フラグＦ＿ＪＣＯＭを「０」にセットし（ステップ３６）、本処理を終了する。
【００５３】
一方、前記ステップ３５の答がＹＥＳで、走行距離積算値ΣＤＲＶが所定距離ＤＲＥＦに達したときには、ＨＣ排出量積算値ΣＨＣＥＸを走行距離積算値ΣＤＲＶで除算することによって、単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２を算出する（ステップ３７）。次に、ＨＣ排出量積算値ΣＨＣＥＸおよび走行距離積算値ΣＤＲＶをいずれも値０にリセットする（ステップ３８）とともに、燃焼モードの切換判定を行うタイミングであることを表すために、判定実行フラグＦ＿ＪＣＯＭを「１」にセットし（ステップ３９）、本処理を終了する。
【００５４】
図６に戻り、前記ステップ２１に続くステップ２２では、判定実行フラグＦ＿ＪＣＯＭが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、燃焼モードの切換判定を行うタイミングでないときには、そのまま本処理を終了し、燃焼モードを保持する。
【００５５】
一方、前記ステップ２２の答がＹＥＳのときには、ステップ２３において、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２が、燃焼モード判定用の所定のしきい値ＨＣＥＸＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。
【００５６】
この答がＹＥＳで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦよりも大きいときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに設定したときのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２が大きいと推定されるため、予混合圧縮着火燃焼モードフラグＦ＿ＰＣＣＩを「０」にセットする（ステップ２４）ことによって、燃焼モードを拡散燃焼モードに設定し、本処理を終了する。
【００５７】
一方、前記ステップ２３の答がＮＯで、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦ以下のときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えても、ＨＣ排出量が小さい状態が確実に得られるとして、予混合圧縮着火燃焼モードフラグＦ＿ＰＣＣＩを「１」にセットする（ステップ２５）ことによって、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換え、本処理を終了する。
【００５８】
以上のように、この第２実施形態では、車両が所定距離ＤＲＥＦ、走行するごとに、単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２が算出されるとともに、算出されたＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ２を用いて、燃焼モードの切換判定が実行される。
【００５９】
以上のように、第１および第２実施形態によれば、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて、燃焼室３ｃから排出される単位距離当たりのＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１またはＨＣＥＸＰＫＭ２を算出し、算出されたＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，２に応じて燃焼モードを切り換えるので、燃焼室３ｃから実際に排出されるＨＣ排出量を抑制でき、排ガス特性を向上させることができる。
【００６０】
また、ＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，２の算出を、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに加えて、燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいて算出された総発生熱量Ｑｔに応じて行うので、暖機運転時におけるエンジン３の温度状態を良好に反映した炭化水素の排出量に応じて、燃焼モードの切換をより適切に行うことができ、排ガス特性をさらに向上させることができる。
【００６１】
また、拡散燃焼モード中、ＨＣ排出量が多くなりがちな予混合圧縮着火燃焼モードにおけるＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，２を予測し、予測されたＨＣ排出量ＨＣＥＸＰＫＭ１，２がしきい値ＨＣＥＸＲＥＦ以下になるのを待って、予混合圧縮着火燃焼モードへの切換を許可する。したがって、予混合圧縮着火燃焼モードにおいて、しきい値ＨＣＥＸＲＥＦを上回る量の炭化水素が排出されるのを確実に回避でき、排ガス特性を良好に維持することができる。
【００６２】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１および第２実施形態では、基準ＨＣ排出量ＨＣＥＸｂａｓｅを算出するためのパラメータとして、燃料噴射量ＱＩＮＪを用いているが、これに代えて、エンジン３の負荷を表す他の適当なパラメータ、例えば、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに基づいて算出される要求トルクを用いてもよい。
【００６３】
また、実施形態では、燃焼室３ｃの始動時の温度を表すパラメータとして、エンジン水温ＴＷおよび吸気温ＴＡを用いているが、それらの一方のみを用いてもよく、あるいは、これらに代えてまたは加えて、エンジンオイルの油温を用いてもよい。
【００６４】
また、実施形態では、燃焼モードの切換判定を行うためのＨＣ排出量として、単位距離当たりのＨＣ排出量を用いているが、これに代えて、単位時間当たりのＨＣ排出量や、エンジン３の始動時からの総走行距離に対応するＨＣ排出量の平均値を用いてもよい。
【００６５】
また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 吸気制御装置
２ ＥＣＵ（炭化水素量算出手段、燃焼モード切換手段、総発生熱量算出手段）
３ エンジン（内燃機関）
３ｃ 燃焼室
２２ クランク角センサ（運転状態検出手段）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＨＣＥＸＰＫＭ１ 単位距離当たりのＨＣ排出量（炭化水素の排出量）
ＨＣＥＸＰＫＭ２ 単位距離当たりのＨＣ排出量（炭化水素の排出量）
ＱＩＮＪ 燃料噴射量
ＨＣＥＸＲＥＦ しきい値（所定値）
Ｑｔ 総発生熱量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換えて運転される内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の燃焼室から排出される炭化水素の排出量を算出する炭化水素排出量算出手段と、
当該算出された炭化水素の排出量に応じて、前記燃焼モードを切り換える燃焼モード切換手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の始動後の暖機運転時に、前記内燃機関に始動時から噴射された燃料噴射量に基づいて、燃料の燃焼により始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量として算出する総発生熱量算出手段をさらに備え、
前記炭化水素排出量算出手段は、前記算出された総発生熱量に応じて、前記炭化水素の排出量を算出す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】
前記炭化水素排出量算出手段は、前記拡散燃焼モード中、前記燃焼モードを前記予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えたときに排出されると予想される前記炭化水素の排出量を、前記内燃機関の運転状態に応じて算出し、
前記燃焼モード切換手段は、当該算出された炭化水素の排出量が所定値よりも大きいときに、前記拡散燃焼モードから前記予混合圧縮着火燃焼モードへの前記燃焼モードの切換を禁止す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１】
燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換えて運転される内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の燃焼室から排出される炭化水素の排出量を算出する炭化水素排出量算出手段と、
当該算出された炭化水素の排出量に応じて、前記燃焼モードを切り換える燃焼モード切換手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の始動後の暖機運転時に、前記内燃機関に始動時から噴射された燃料噴射量に基づいて、燃料の燃焼により始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量として算出する総発生熱量算出手段をさらに備え、
前記炭化水素排出量算出手段は、前記算出された総発生熱量に応じて、前記炭化水素の排出量を算出す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】
前記炭化水素排出量算出手段は、前記拡散燃焼モード中、前記燃焼モードを前記予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えたときに排出されると予想される前記炭化水素の排出量を、前記内燃機関の運転状態に応じて算出し、
前記燃焼モード切換手段は、当該算出された炭化水素の排出量が所定値よりも大きいときに、前記拡散燃焼モードから前記予混合圧縮着火燃焼モードへの前記燃焼モードの切換を禁止す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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２７０７０８（Ｐ２０１０−２７０７０８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２４２７８（Ｐ２００９−１２４２７８）
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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