圧縮着火式内燃機関の制御装置
【課題】失火を回避するとともに燃焼騒音を低減するための燃料噴射制御をより高精度に行う。
【解決手段】ステップＳ１０４において、吸気中の酸素濃度ＡＯとその目標値ＡＯＴとの偏差｜ＡＯ−ＡＯＴ｜が所定値ΔＡＯ１よりも大きい場合は、燃料噴射（主噴射）による燃焼に起因する圧縮上死点後での筒内圧力ピーク値Ｐ２と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または主噴射前のパイロット噴射による燃焼に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値Ｐ１との差をΔＰとすると、ΔＰ＝０が成立するように燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊを制御する（ステップＳ１０６〜Ｓ１０９）。
【解決手段】ステップＳ１０４において、吸気中の酸素濃度ＡＯとその目標値ＡＯＴとの偏差｜ＡＯ−ＡＯＴ｜が所定値ΔＡＯ１よりも大きい場合は、燃料噴射（主噴射）による燃焼に起因する圧縮上死点後での筒内圧力ピーク値Ｐ２と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または主噴射前のパイロット噴射による燃焼に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値Ｐ１との差をΔＰとすると、ΔＰ＝０が成立するように燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊを制御する（ステップＳ１０６〜Ｓ１０９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を筒内に噴射して自着火させる圧縮着火式内燃機関の制御を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の圧縮着火式内燃機関の制御装置の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１においては、低負荷側の予混合燃焼領域で燃料を早期噴射するとともにＥＧＲ率を第１設定値以上として予混合圧縮着火燃焼とする一方、高負荷側の拡散燃焼領域ではディーゼル燃焼とするとともにＥＧＲ率を第１設定値よりも少ない第２設定値以下にしている。そして、拡散燃焼領域から予混合燃焼領域に移行する場合にＥＧＲ率が不足しているときは、膨張行程にて燃料を噴射することで、予混合燃焼が主体の燃焼状態としている。これによって、燃焼騒音レベルの低減を図っている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８６８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮着火式内燃機関において、筒内に吸入される吸気中の酸素濃度が目標値に対して過大になると、燃焼が急峻になって燃焼騒音レベルが増大する。一方、筒内に吸入される吸気中の酸素濃度が目標値に対して過小になると、燃焼が緩慢になってトルク不足や失火を招きやすくなる。吸気中の酸素濃度が過大で燃焼騒音が問題となるときは、特許文献１のように膨張行程にて燃料を噴射して予混合燃焼が主体の燃焼状態とすることで、燃焼騒音レベルの低減を図れるが、予混合燃焼はもともと不安定な燃焼であるため、吸気中の酸素濃度の目標値に対する偏差に応じて燃料噴射時期を高精度に制御する必要がある。例えば、燃料噴射時期が少しでも遅角側にずれると、トルク不足や失火を招きやすくなる。一方、燃料噴射時期が少しでも進角側にずれると、燃焼騒音を低減する効果が得られなくなる。
【０００５】
また、燃焼騒音の低減及び失火の回避を図るために、燃焼状態として熱発生率を演算して、それに応じて燃料噴射時期をフィードバック制御する方法も考えられる。熱発生率ｄＱ／ｄθについては、筒内圧力Ｐを用いた以下の（１）式により計算することが可能である。（１）式において、Ａは定数、κは比熱比、θはクランク角度、Ｖは燃焼室容積（クランク角度θにより決まる）である。
【０００６】
ｄＱ／ｄθ＝Ａ／(κ−１)・(Ｖ・ｄＰ／ｄθ＋κ・Ｐ・ｄＶ／ｄθ) （１）
【０００７】
しかし、熱発生率ｄＱ／ｄθに応じて燃料噴射時期をフィードバック制御する場合は、筒内圧力Ｐを用いて熱発生率ｄＱ／ｄθを演算する際の演算量が増大するので、燃料噴射時期のフィードバック制御のために必要な演算量が増大する。また、筒内圧力Ｐを用いて熱発生率ｄＱ／ｄθを演算する際には、筒内圧力の微分値ｄＰ／ｄθを計算する必要があるため、計算された熱発生率ｄＱ／ｄθに含まれるノイズが多くなる。さらに、燃焼室容積Ｖをクランク角度θから求める際に、クランク角度センサの取り付け位置にずれが生じていると（検出したクランク角度θに誤差が生じていると）、燃焼室容積Ｖの値にも誤差が生じて熱発生率ｄＱ／ｄθの値にも誤差が生じる。さらに、筒内圧力Ｐを検出する筒内圧力センサのばらつきや経時変化等により筒内圧力センサのゲイン（センサの出力信号レベルと実際の筒内圧力との比）にずれが生じていると、検出された筒内圧力Ｐに誤差が生じて熱発生率ｄＱ／ｄθの値にも誤差が生じる。その結果、燃料噴射時期のフィードバック制御の精度が低下する。
【０００８】
本発明は、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減するための燃料噴射制御をより高精度に行うことができる圧縮着火式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】
【０００９】
本発明に係る圧縮着火式内燃機関の制御装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明に係る圧縮着火式内燃機関の制御装置は、燃料を筒内に噴射して自着火させる圧縮着火式内燃機関の制御を行う装置であって、筒内圧力を検出する筒内圧力検出部と、吸気中の酸素濃度を取得する濃度取得部と、燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御部と、を備え、燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度と当該濃度の目標値との偏差が所定値よりも大きい場合は、燃料噴射による燃焼に起因する圧縮上死点後での筒内圧力ピーク値と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または前記燃料噴射前のパイロット噴射による燃焼に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値との差をΔＰとすると、筒内圧力検出部で検出された筒内圧力に基づいてΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を制御することを要旨とする。
【００１１】
本発明の一態様では、燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度が当該濃度の目標値よりも高い場合は、ΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を遅角させることが好適である。また、本発明の一態様では、燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度が当該濃度の目標値よりも低い場合は、ΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を進角させることが好適である。
【００１２】
本発明の一態様では、圧縮着火式内燃機関においては、燃焼後の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ供給する排気再循環が行われ、吸気側へ供給するＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御部を備えることが好適である。この態様では、濃度取得部は、吸気中の酸素濃度に代えて、吸気側へ供給されたＥＧＲガス濃度を取得することが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、吸気中の酸素濃度と当該酸素濃度の目標値との偏差が所定値よりも大きい場合に、燃料噴射による燃焼に起因する圧縮上死点後での筒内圧力ピーク値と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または当該燃料噴射前のパイロット噴射による燃焼に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値とが略等しくなるように当該燃料噴射の時期を制御することで、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減するための燃料噴射制御をより高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置の概略構成を圧縮着火式内燃機関１０とともに示す図である。圧縮着火式内燃機関１０は、例えばピストン−クランク機構を用いた周知のディーゼルエンジンにより構成可能である。圧縮着火式内燃機関１０（ディーゼルエンジン）では、吸気行程にて吸気通路１４から筒内に吸気が吸入され、圧縮行程にて筒内に吸入された吸気がピストン１２により圧縮される。そして、例えばピストン１２が圧縮上死点付近に位置するときに燃料を燃料噴射弁１３から筒内に直接噴射することで、筒内の燃料が自着火して燃焼（ディーゼル燃焼）する。燃焼後の排出ガスは、排気行程にて排気通路１５へ排出される。圧縮着火式内燃機関１０においては、排気通路１５と吸気通路１４とを繋ぐ還流通路１６が設けられており、燃焼後の排出ガスの一部が還流通路１６を通って吸気通路１４（吸気側）へＥＧＲガスとして供給される排気再循環（ＥＧＲ）が行われる。還流通路１６にはＥＧＲ制御弁１７が設けられており、ＥＧＲ制御弁１７の開度を制御することで、排気通路１５から吸気通路１４への排出ガス（ＥＧＲガス）の還流量が制御され、吸気側へ供給され筒内に吸入されるＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）が制御される。
【００１６】
圧縮着火式内燃機関１０には、筒内圧力Ｐを検出する筒内圧力センサ２２と、クランク角度ＣＡを検出するクランク角度センサ２４と、筒内に吸入される吸気中の酸素（Ｏ2）濃度ＡＯを検出する酸素濃度センサ２６と、エンジン回転数Ｎｅを検出する回転数センサ２７と、が付設されている。酸素濃度センサ２６は、吸気通路１４における排出ガス（ＥＧＲガス）が供給される位置よりも下流（筒内側）の位置にて吸気中の酸素濃度ＡＯを検出する。そのため、吸気側へ供給されたＥＧＲガス濃度（ＥＧＲ率）が増大するにつれて、酸素濃度センサ２６で検出される吸気中の酸素濃度ＡＯが減少する。筒内圧力センサ２２で検出された圧縮着火式内燃機関１０の筒内圧力Ｐを示す信号、クランク角度センサ２４で検出された圧縮着火式内燃機関１０のクランク角度ＣＡを示す信号、酸素濃度センサ２６で検出された吸気中の酸素濃度ＡＯを示す信号、及び回転数センサ２７で検出されたエンジン回転数Ｎｅを示す信号は、電子制御装置（ＥＣＵ）４０に入力される。
【００１７】
電子制御装置４０は、例えば図１に示す機能ブロックを含んで構成することができる。燃料噴射制御部４２は、圧縮着火式内燃機関１０の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて生成した噴射制御信号を燃料噴射弁１３へ出力することで、圧縮着火式内燃機関１０の燃料の噴射制御を行う。圧縮着火式内燃機関１０では、圧縮上死点付近にて燃料を筒内に直接噴射して筒内の燃料を自着火させる通常燃焼（拡散燃焼を主とする燃焼）だけでなく、筒内に形成した燃料と吸気との予混合気を自着火させる予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＣＩ燃焼）を行うこともできる。この予混合圧縮着火燃焼を行う際には、吸気行程または圧縮行程にて燃料を燃料噴射弁１３から筒内に直接噴射して燃料と吸気との予混合気を筒内に形成し、筒内の予混合気をピストン１２により圧縮して自着火させる。燃料噴射制御部４２は、圧縮着火式内燃機関１０の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて、燃料噴射時期を制御することで、通常燃焼を行うか予混合圧縮着火燃焼を行うかを選択することができる。
【００１８】
ＥＧＲ制御部４３は、圧縮着火式内燃機関１０の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて生成したＥＧＲ制御信号をＥＧＲ制御弁１７へ出力することで、ＥＧＲ制御弁１７の開度を制御して吸気側へ供給するＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）を制御する。予混合圧縮着火燃焼が行われる場合は、ＥＧＲ制御部４３は、ＥＧＲにより吸気側へ供給するＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）を通常燃焼を行う場合よりも増大させることが好ましい。空気（新気）に比べて熱容量の大きいＥＧＲガスを吸気中に多量に混在させ、予混合気中の燃料及び酸素の濃度を低下させることで、自着火遅れ時間を延長して予混合気の自着火タイミングを圧縮上死点近傍に制御することができる。しかも、その予混合気中では、燃料及び酸素の周囲に不活性なＥＧＲガスが略均一に分散し、これが燃焼熱を吸収することになるので、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が大幅に抑制される。
【００１９】
ＥＧＲを行う場合は、ＥＧＲガスを吸気側へ供給するときの応答性が低いために、ＥＧＲ率が目標値から外れて、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転状態が過渡的に生じる。ＥＧＲ率が目標値よりも低く、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴに対して過大になると、燃料の自着火時期が早すぎることで、燃焼が急峻になって燃焼騒音レベルが増大する。一方、ＥＧＲ率が目標値よりも高く、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴに対して過小になると、燃料の自着火時期が遅すぎることで、燃焼が緩慢になってトルク不足や失火を招きやすくなる。そこで、本実施形態では、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時には、燃料噴射時期を制御することで、燃焼騒音レベルを抑制するとともに失火を回避する。以下、電子制御装置４０が実行する処理を図２のフローチャートに従って説明する。図２のフローチャートによる処理は、所定時間おきに繰り返して実行される。
【００２０】
ステップＳ１０１では、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕ（エンジン負荷）が取得される。エンジン回転数Ｎｅについては回転数センサ２７により検出することができ、燃料噴射量Ｆｕについては電子制御装置４０（燃料噴射制御部４２）で演算された値（燃料噴射量の目標値）を用いることができる。ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で取得されたエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕ（エンジン負荷）に基づいて、吸気中の酸素濃度の目標値ＡＯＴが設定される。ここでは、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕと吸気酸素濃度の目標値ＡＯＴとの関係を表す特性マップを予め作成して電子制御装置４０内の記憶装置に記憶しておく。電子制御装置４０では、この特性マップにおいて、与えられたエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕに対応する吸気酸素濃度の目標値ＡＯＴを演算することで、吸気中の酸素濃度の目標値ＡＯＴを設定することができる。
【００２１】
ステップＳ１０３では、筒内に吸入される実際の吸気中の酸素濃度ＡＯが取得される。ここでは、酸素濃度センサ２６により吸気中の酸素濃度ＡＯを検出することができる。あるいは、筒内に吸入される吸気中の酸素濃度ＡＯを推定することも可能である。その場合は、空燃比（Ａ／Ｆ）から排気中の酸素濃度を推定し、ＥＧＲ制御弁１７の開度（ＥＧＲ制御弁１７へのＥＧＲ制御信号）からＥＧＲ率を推定し、ＥＧＲガス中の酸素濃度（＝排気中の酸素濃度）と空気中の酸素濃度とＥＧＲ率とから吸気中の酸素濃度ＡＯを推定することが可能である。
【００２２】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で取得された吸気中の酸素濃度ＡＯとステップＳ１０２で設定された目標値ＡＯＴの偏差（絶対値）｜ＡＯ−ＡＯＴ｜が所定値ΔＡＯ１以下であるか否かが判定される。ここでの所定値ΔＡＯ１については、正の値を設定することもできるし、０を設定することもできる。偏差｜ＡＯ−ＡＯＴ｜が所定値ΔＡＯ１以下である場合（ステップＳ１０４の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０５に進み、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕ（エンジン負荷）に基づいて、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが燃料噴射制御部４２により決定されることで、通常燃焼を行うか予混合圧縮着火燃焼を行うかが選択される。
【００２３】
一方、偏差｜ＡＯ−ＡＯＴ｜が所定値ΔＡＯ１よりも大きい場合（ステップＳ１０４の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０６において、筒内圧力センサ２２で検出された筒内圧力Ｐ及びクランク角度センサ２４で検出されたクランク角度ＣＡに基づいて、ａ＝ΔＰ／ΔＣＡの値が燃料噴射制御部４２により計算される。ここで、ΔＰは、図３に示すように、燃料噴射（主噴射）による燃焼（熱発生）に起因する圧縮上死点後（膨張行程）での筒内圧力ピーク値Ｐ２と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または主噴射前のパイロット噴射による燃焼（熱発生）に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値Ｐ１との差Ｐ２−Ｐ１である。そして、ΔＣＡは、図３に示すように、それぞれの筒内圧力ピーク値Ｐ２，Ｐ１に対応するクランク角度ＣＡ２，ＣＡ１の差ＣＡ２−ＣＡ１である。
【００２４】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で計算されたａの値が０になる条件（ΔＰ＝０の条件）が成立するか否か（あるいはほぼ成立するか否か）が燃料噴射制御部４２により判定される。ａ＞０（ΔＰ＞０）の場合は、ステップＳ１０８に進み、燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを現在の開始時期よりも遅角させる。一方、ａ＜０（ΔＰ＜０）の場合は、ステップＳ１０９に進み、燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを現在の開始時期よりも進角させる。また、図４に示すように、ΔＰ＝０でありａ＝０の場合（あるいはΔＰ≒０でありａ≒０の場合）は、現在の燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを維持する。
【００２５】
なお、燃料噴射制御部４２が燃料噴射制御を行う際には、必ずしもパイロット噴射を行う必要はない。パイロット噴射を行わない場合のΔＰは、燃料噴射（主噴射）による燃焼（熱発生）に起因する圧縮上死点後（膨張行程）での筒内圧力ピーク値Ｐ２と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮に起因する圧縮上死点での筒内圧力ピーク値Ｐ１との差Ｐ２−Ｐ１により表される。
【００２６】
図２のフローチャートの処理において、ステップＳ１０４の判定結果がＮＯの場合に、ステップＳ１０３で取得された吸気中の酸素濃度ＡＯがステップＳ１０２で設定された目標値ＡＯＴよりも高いときは、燃焼が急峻になってΔＰ＞０（Ｐ１＜Ｐ２）となるが、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを遅角させることで、燃料の自着火時期を遅らせて燃焼騒音レベルを低減することができる。一方、ステップＳ１０４の判定結果がＮＯの場合に、ステップＳ１０３で取得された吸気中の酸素濃度ＡＯがステップＳ１０２で設定された目標値ＡＯＴよりも低いときは、燃焼が緩慢になってΔＰ＜０（Ｐ１＞Ｐ２）となるが、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを進角させることで、燃料の自着火時期を早めてトルク不足及び失火を回避することができる。したがって、本実施形態によれば、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時に、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減することができる。例えば、通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替えるとともにＥＧＲ率を変化させるときには、ＥＧＲ率が目標値から過渡的にずれて吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴから過渡的にずれやすくなるが、本実施形態によれば、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減しながら、通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼との切り替えを行うことができる。
【００２７】
さらに、本実施形態では、ΔＰ＝０（ａ＝０）を、燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊをフィードバック制御するときの条件とすることで、筒内圧力の微分値ｄＰ／ｄθ及び熱発生率ｄＱ／ｄθを演算することなく燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊをフィードバック制御することができる。したがって、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊのフィードバック制御のために必要な演算量を大幅に減少させて計算時間を大幅に短縮することができる。そして、クランク角度センサ２４の取り付け位置にずれが生じていても、クランク角度ＣＡの差にはセンサ取り付け位置のずれによる誤差はほとんど生じない。そのため、より検出しやすい筒内圧力ピーク値Ｐ２，Ｐ１にそれぞれ対応するクランク角度ＣＡ２，ＣＡ１の差ΔＣＡを演算することで、クランク角度センサ２４の取り付け位置ずれにほとんど影響を受けない、精度の高い燃料噴射制御が可能になる。さらに、筒内圧力センサ２２のばらつきや経時変化等により筒内圧力センサ２２のゲイン（センサ２２の出力信号レベルと実際の筒内圧力との比）にずれが生じて、筒内圧力センサ２２で検出された筒内圧力Ｐに誤差が生じていても、筒内圧力ピーク値Ｐ２，Ｐ１の差ΔＰが０となるように燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊをフィードバック制御することで、筒内圧力センサ２２のゲインずれにほとんど影響を受けない、精度の高い燃料噴射制御が可能になる。その結果、燃料噴射制御のロバスト性を向上させることができる。このように、本実施形態によれば、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時に、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減するための燃料噴射制御をより高精度に行うことができる。
【００２８】
さらに、ΔＰ＝０が成立する燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの条件では、燃費の向上及びＮＯｘ生成量の抑制も図ることができる。ここで、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における燃料消費率及び排出ガス中のＮＯｘ濃度の変化を実験により調べた結果を図５，６に示す。図５は、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの変化に対する図示燃料消費率（ＩＳＦＣ）の変化を示す実験結果であり、図６は、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの変化に対する排出ガス中のＮＯｘ濃度の変化を示す実験結果である。図５，６において、「ベース仕様」は、燃料噴射弁１３の噴口径（直径）が０．１１ｍｍでスワール比が１．９である場合の実験結果であり、「小穴＋低スワール仕様」は、燃料噴射弁１３の噴口径（直径）が０．０８ｍｍでスワール比が１．３である場合の実験結果である。スワール比は、スワールの回転角速度のクランク軸角速度に対する比で表され、吸気通路１４のシリンダに対する配置や、ヘリカルポートやタンジェンシャルポート等の吸気通路１４の形状によりその値を調整することが可能である。
【００２９】
図５，６に示す実験結果においては、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが圧縮上死点前７°（−７°ＡＴＤＣ）である場合にΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する。そして、図５，６に示すように、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが圧縮上死点前７°である場合（ΔＰ＝０が成立する場合）は、燃料消費率及び排出ガス中のＮＯｘ濃度が抑制されていることがわかる。
【００３０】
さらに、燃料噴射弁１３の噴口径及びスワール比を小さくすることで、ＨＣ生成量及びＣＯ生成量の抑制も図ることができる。ここで、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における排出ガス中のＨＣ濃度及びＣＯ濃度の変化を実験により調べた結果を図７，８に示す。図７は、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの変化に対する排出ガス中のＨＣ濃度の変化を示す実験結果であり、図８は、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの変化に対する排出ガス中のＣＯ濃度の変化を示す実験結果である。図７，８においても、「ベース仕様」は、燃料噴射弁１３の噴口径（直径）が０．１１ｍｍでスワール比が１．９である場合の実験結果であり、「小穴＋低スワール仕様」は、燃料噴射弁１３の噴口径（直径）が０．０８ｍｍでスワール比が１．３である場合の実験結果である。図７，８に示す実験結果においても、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが圧縮上死点前７°（−７°ＡＴＤＣ）である場合にΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する。そして、図７，８に示すように、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが圧縮上死点前７°である場合（ΔＰ＝０が成立する場合）は、「小穴＋低スワール仕様」において排出ガス中のＨＣ濃度及びＣＯ濃度が抑制されていることがわかる。
【００３１】
本実施形態では、筒内に吸入される吸気中の酸素濃度ＡＯの代わりに、ＥＧＲ率（吸気側へ供給されたＥＧＲガス濃度）を用いることもできる。ここでのＥＧＲ率については、例えば、排気中のＮＯｘ濃度と筒内に吸入される吸気中のＮＯｘ濃度とに基づいて演算することもできるし、排気中のＣＯ2濃度と筒内に吸入される吸気中のＣＯ2濃度とに基づいて演算することもできる。そして、ＥＧＲ率の目標値は、例えばエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕ（エンジン負荷）に基づいて設定される。ＥＧＲ率を用いる例においては、ＥＧＲ率と目標値との偏差（絶対値）が所定値よりも大きい場合に、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを制御する。その場合に、ＥＧＲ率が目標値よりも低いときは、燃焼が急峻になってΔＰ＞０（Ｐ１＜Ｐ２）となるが、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを遅角させることで、燃焼騒音レベルを低減することができる。一方、ＥＧＲ率が目標値よりも高いときは、燃焼が緩慢になってΔＰ＜０（Ｐ１＞Ｐ２）となるが、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを進角させることで、トルク不足及び失火を回避することができる。その結果、ＥＧＲ率が目標値からずれてくる運転過渡時に、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減するための燃料噴射制御をより高精度に行うことができる。
【００３２】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置の概略構成を圧縮着火式内燃機関とともに示す図である。
【図２】電子制御装置が実行する処理を説明するフローチャートである。
【図３】吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時において燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを制御する条件を説明する図である。
【図４】吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時において燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを制御する条件を説明する図である。
【図５】燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における燃料消費率の変化を実験により調べた結果を示す図である。
【図６】燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における排出ガス中のＮＯｘ濃度の変化を実験により調べた結果を示す図である。
【図７】燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における排出ガス中のＨＣ濃度の変化を実験により調べた結果を示す図である。
【図８】燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における排出ガス中のＣＯ濃度の変化を実験により調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 圧縮着火式内燃機関、１２ ピストン、１３ 燃料噴射弁、１４ 吸気通路、１５ 排気通路、１６ 還流通路、１７ ＥＧＲ制御弁、２２ 筒内圧力センサ、２４ クランク角度センサ、２６ 酸素濃度センサ、２７ 回転数センサ、４０ 電子制御装置、４２ 燃料噴射制御部、４３ ＥＧＲ制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を筒内に噴射して自着火させる圧縮着火式内燃機関の制御を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の圧縮着火式内燃機関の制御装置の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１においては、低負荷側の予混合燃焼領域で燃料を早期噴射するとともにＥＧＲ率を第１設定値以上として予混合圧縮着火燃焼とする一方、高負荷側の拡散燃焼領域ではディーゼル燃焼とするとともにＥＧＲ率を第１設定値よりも少ない第２設定値以下にしている。そして、拡散燃焼領域から予混合燃焼領域に移行する場合にＥＧＲ率が不足しているときは、膨張行程にて燃料を噴射することで、予混合燃焼が主体の燃焼状態としている。これによって、燃焼騒音レベルの低減を図っている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８６８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮着火式内燃機関において、筒内に吸入される吸気中の酸素濃度が目標値に対して過大になると、燃焼が急峻になって燃焼騒音レベルが増大する。一方、筒内に吸入される吸気中の酸素濃度が目標値に対して過小になると、燃焼が緩慢になってトルク不足や失火を招きやすくなる。吸気中の酸素濃度が過大で燃焼騒音が問題となるときは、特許文献１のように膨張行程にて燃料を噴射して予混合燃焼が主体の燃焼状態とすることで、燃焼騒音レベルの低減を図れるが、予混合燃焼はもともと不安定な燃焼であるため、吸気中の酸素濃度の目標値に対する偏差に応じて燃料噴射時期を高精度に制御する必要がある。例えば、燃料噴射時期が少しでも遅角側にずれると、トルク不足や失火を招きやすくなる。一方、燃料噴射時期が少しでも進角側にずれると、燃焼騒音を低減する効果が得られなくなる。
【０００５】
また、燃焼騒音の低減及び失火の回避を図るために、燃焼状態として熱発生率を演算して、それに応じて燃料噴射時期をフィードバック制御する方法も考えられる。熱発生率ｄＱ／ｄθについては、筒内圧力Ｐを用いた以下の（１）式により計算することが可能である。（１）式において、Ａは定数、κは比熱比、θはクランク角度、Ｖは燃焼室容積（クランク角度θにより決まる）である。
【０００６】
ｄＱ／ｄθ＝Ａ／(κ−１)・(Ｖ・ｄＰ／ｄθ＋κ・Ｐ・ｄＶ／ｄθ) （１）
【０００７】
しかし、熱発生率ｄＱ／ｄθに応じて燃料噴射時期をフィードバック制御する場合は、筒内圧力Ｐを用いて熱発生率ｄＱ／ｄθを演算する際の演算量が増大するので、燃料噴射時期のフィードバック制御のために必要な演算量が増大する。また、筒内圧力Ｐを用いて熱発生率ｄＱ／ｄθを演算する際には、筒内圧力の微分値ｄＰ／ｄθを計算する必要があるため、計算された熱発生率ｄＱ／ｄθに含まれるノイズが多くなる。さらに、燃焼室容積Ｖをクランク角度θから求める際に、クランク角度センサの取り付け位置にずれが生じていると（検出したクランク角度θに誤差が生じていると）、燃焼室容積Ｖの値にも誤差が生じて熱発生率ｄＱ／ｄθの値にも誤差が生じる。さらに、筒内圧力Ｐを検出する筒内圧力センサのばらつきや経時変化等により筒内圧力センサのゲイン（センサの出力信号レベルと実際の筒内圧力との比）にずれが生じていると、検出された筒内圧力Ｐに誤差が生じて熱発生率ｄＱ／ｄθの値にも誤差が生じる。その結果、燃料噴射時期のフィードバック制御の精度が低下する。
【０００８】
本発明は、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減するための燃料噴射制御をより高精度に行うことができる圧縮着火式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】
【０００９】
本発明に係る圧縮着火式内燃機関の制御装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明に係る圧縮着火式内燃機関の制御装置は、燃料を筒内に噴射して自着火させる圧縮着火式内燃機関の制御を行う装置であって、筒内圧力を検出する筒内圧力検出部と、吸気中の酸素濃度を取得する濃度取得部と、燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御部と、を備え、燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度と当該濃度の目標値との偏差が所定値よりも大きい場合は、燃料噴射による燃焼に起因する圧縮上死点後での筒内圧力ピーク値と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または前記燃料噴射前のパイロット噴射による燃焼に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値との差をΔＰとすると、筒内圧力検出部で検出された筒内圧力に基づいてΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を制御することを要旨とする。
【００１１】
本発明の一態様では、燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度が当該濃度の目標値よりも高い場合は、ΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を遅角させることが好適である。また、本発明の一態様では、燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度が当該濃度の目標値よりも低い場合は、ΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を進角させることが好適である。
【００１２】
本発明の一態様では、圧縮着火式内燃機関においては、燃焼後の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ供給する排気再循環が行われ、吸気側へ供給するＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御部を備えることが好適である。この態様では、濃度取得部は、吸気中の酸素濃度に代えて、吸気側へ供給されたＥＧＲガス濃度を取得することが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、吸気中の酸素濃度と当該酸素濃度の目標値との偏差が所定値よりも大きい場合に、燃料噴射による燃焼に起因する圧縮上死点後での筒内圧力ピーク値と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または当該燃料噴射前のパイロット噴射による燃焼に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値とが略等しくなるように当該燃料噴射の時期を制御することで、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減するための燃料噴射制御をより高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置の概略構成を圧縮着火式内燃機関１０とともに示す図である。圧縮着火式内燃機関１０は、例えばピストン−クランク機構を用いた周知のディーゼルエンジンにより構成可能である。圧縮着火式内燃機関１０（ディーゼルエンジン）では、吸気行程にて吸気通路１４から筒内に吸気が吸入され、圧縮行程にて筒内に吸入された吸気がピストン１２により圧縮される。そして、例えばピストン１２が圧縮上死点付近に位置するときに燃料を燃料噴射弁１３から筒内に直接噴射することで、筒内の燃料が自着火して燃焼（ディーゼル燃焼）する。燃焼後の排出ガスは、排気行程にて排気通路１５へ排出される。圧縮着火式内燃機関１０においては、排気通路１５と吸気通路１４とを繋ぐ還流通路１６が設けられており、燃焼後の排出ガスの一部が還流通路１６を通って吸気通路１４（吸気側）へＥＧＲガスとして供給される排気再循環（ＥＧＲ）が行われる。還流通路１６にはＥＧＲ制御弁１７が設けられており、ＥＧＲ制御弁１７の開度を制御することで、排気通路１５から吸気通路１４への排出ガス（ＥＧＲガス）の還流量が制御され、吸気側へ供給され筒内に吸入されるＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）が制御される。
【００１６】
圧縮着火式内燃機関１０には、筒内圧力Ｐを検出する筒内圧力センサ２２と、クランク角度ＣＡを検出するクランク角度センサ２４と、筒内に吸入される吸気中の酸素（Ｏ2）濃度ＡＯを検出する酸素濃度センサ２６と、エンジン回転数Ｎｅを検出する回転数センサ２７と、が付設されている。酸素濃度センサ２６は、吸気通路１４における排出ガス（ＥＧＲガス）が供給される位置よりも下流（筒内側）の位置にて吸気中の酸素濃度ＡＯを検出する。そのため、吸気側へ供給されたＥＧＲガス濃度（ＥＧＲ率）が増大するにつれて、酸素濃度センサ２６で検出される吸気中の酸素濃度ＡＯが減少する。筒内圧力センサ２２で検出された圧縮着火式内燃機関１０の筒内圧力Ｐを示す信号、クランク角度センサ２４で検出された圧縮着火式内燃機関１０のクランク角度ＣＡを示す信号、酸素濃度センサ２６で検出された吸気中の酸素濃度ＡＯを示す信号、及び回転数センサ２７で検出されたエンジン回転数Ｎｅを示す信号は、電子制御装置（ＥＣＵ）４０に入力される。
【００１７】
電子制御装置４０は、例えば図１に示す機能ブロックを含んで構成することができる。燃料噴射制御部４２は、圧縮着火式内燃機関１０の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて生成した噴射制御信号を燃料噴射弁１３へ出力することで、圧縮着火式内燃機関１０の燃料の噴射制御を行う。圧縮着火式内燃機関１０では、圧縮上死点付近にて燃料を筒内に直接噴射して筒内の燃料を自着火させる通常燃焼（拡散燃焼を主とする燃焼）だけでなく、筒内に形成した燃料と吸気との予混合気を自着火させる予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＣＩ燃焼）を行うこともできる。この予混合圧縮着火燃焼を行う際には、吸気行程または圧縮行程にて燃料を燃料噴射弁１３から筒内に直接噴射して燃料と吸気との予混合気を筒内に形成し、筒内の予混合気をピストン１２により圧縮して自着火させる。燃料噴射制御部４２は、圧縮着火式内燃機関１０の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて、燃料噴射時期を制御することで、通常燃焼を行うか予混合圧縮着火燃焼を行うかを選択することができる。
【００１８】
ＥＧＲ制御部４３は、圧縮着火式内燃機関１０の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて生成したＥＧＲ制御信号をＥＧＲ制御弁１７へ出力することで、ＥＧＲ制御弁１７の開度を制御して吸気側へ供給するＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）を制御する。予混合圧縮着火燃焼が行われる場合は、ＥＧＲ制御部４３は、ＥＧＲにより吸気側へ供給するＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）を通常燃焼を行う場合よりも増大させることが好ましい。空気（新気）に比べて熱容量の大きいＥＧＲガスを吸気中に多量に混在させ、予混合気中の燃料及び酸素の濃度を低下させることで、自着火遅れ時間を延長して予混合気の自着火タイミングを圧縮上死点近傍に制御することができる。しかも、その予混合気中では、燃料及び酸素の周囲に不活性なＥＧＲガスが略均一に分散し、これが燃焼熱を吸収することになるので、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が大幅に抑制される。
【００１９】
ＥＧＲを行う場合は、ＥＧＲガスを吸気側へ供給するときの応答性が低いために、ＥＧＲ率が目標値から外れて、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転状態が過渡的に生じる。ＥＧＲ率が目標値よりも低く、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴに対して過大になると、燃料の自着火時期が早すぎることで、燃焼が急峻になって燃焼騒音レベルが増大する。一方、ＥＧＲ率が目標値よりも高く、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴに対して過小になると、燃料の自着火時期が遅すぎることで、燃焼が緩慢になってトルク不足や失火を招きやすくなる。そこで、本実施形態では、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時には、燃料噴射時期を制御することで、燃焼騒音レベルを抑制するとともに失火を回避する。以下、電子制御装置４０が実行する処理を図２のフローチャートに従って説明する。図２のフローチャートによる処理は、所定時間おきに繰り返して実行される。
【００２０】
ステップＳ１０１では、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕ（エンジン負荷）が取得される。エンジン回転数Ｎｅについては回転数センサ２７により検出することができ、燃料噴射量Ｆｕについては電子制御装置４０（燃料噴射制御部４２）で演算された値（燃料噴射量の目標値）を用いることができる。ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で取得されたエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕ（エンジン負荷）に基づいて、吸気中の酸素濃度の目標値ＡＯＴが設定される。ここでは、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕと吸気酸素濃度の目標値ＡＯＴとの関係を表す特性マップを予め作成して電子制御装置４０内の記憶装置に記憶しておく。電子制御装置４０では、この特性マップにおいて、与えられたエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕに対応する吸気酸素濃度の目標値ＡＯＴを演算することで、吸気中の酸素濃度の目標値ＡＯＴを設定することができる。
【００２１】
ステップＳ１０３では、筒内に吸入される実際の吸気中の酸素濃度ＡＯが取得される。ここでは、酸素濃度センサ２６により吸気中の酸素濃度ＡＯを検出することができる。あるいは、筒内に吸入される吸気中の酸素濃度ＡＯを推定することも可能である。その場合は、空燃比（Ａ／Ｆ）から排気中の酸素濃度を推定し、ＥＧＲ制御弁１７の開度（ＥＧＲ制御弁１７へのＥＧＲ制御信号）からＥＧＲ率を推定し、ＥＧＲガス中の酸素濃度（＝排気中の酸素濃度）と空気中の酸素濃度とＥＧＲ率とから吸気中の酸素濃度ＡＯを推定することが可能である。
【００２２】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で取得された吸気中の酸素濃度ＡＯとステップＳ１０２で設定された目標値ＡＯＴの偏差（絶対値）｜ＡＯ−ＡＯＴ｜が所定値ΔＡＯ１以下であるか否かが判定される。ここでの所定値ΔＡＯ１については、正の値を設定することもできるし、０を設定することもできる。偏差｜ＡＯ−ＡＯＴ｜が所定値ΔＡＯ１以下である場合（ステップＳ１０４の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０５に進み、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕ（エンジン負荷）に基づいて、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが燃料噴射制御部４２により決定されることで、通常燃焼を行うか予混合圧縮着火燃焼を行うかが選択される。
【００２３】
一方、偏差｜ＡＯ−ＡＯＴ｜が所定値ΔＡＯ１よりも大きい場合（ステップＳ１０４の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０６において、筒内圧力センサ２２で検出された筒内圧力Ｐ及びクランク角度センサ２４で検出されたクランク角度ＣＡに基づいて、ａ＝ΔＰ／ΔＣＡの値が燃料噴射制御部４２により計算される。ここで、ΔＰは、図３に示すように、燃料噴射（主噴射）による燃焼（熱発生）に起因する圧縮上死点後（膨張行程）での筒内圧力ピーク値Ｐ２と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または主噴射前のパイロット噴射による燃焼（熱発生）に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値Ｐ１との差Ｐ２−Ｐ１である。そして、ΔＣＡは、図３に示すように、それぞれの筒内圧力ピーク値Ｐ２，Ｐ１に対応するクランク角度ＣＡ２，ＣＡ１の差ＣＡ２−ＣＡ１である。
【００２４】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で計算されたａの値が０になる条件（ΔＰ＝０の条件）が成立するか否か（あるいはほぼ成立するか否か）が燃料噴射制御部４２により判定される。ａ＞０（ΔＰ＞０）の場合は、ステップＳ１０８に進み、燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを現在の開始時期よりも遅角させる。一方、ａ＜０（ΔＰ＜０）の場合は、ステップＳ１０９に進み、燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを現在の開始時期よりも進角させる。また、図４に示すように、ΔＰ＝０でありａ＝０の場合（あるいはΔＰ≒０でありａ≒０の場合）は、現在の燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを維持する。
【００２５】
なお、燃料噴射制御部４２が燃料噴射制御を行う際には、必ずしもパイロット噴射を行う必要はない。パイロット噴射を行わない場合のΔＰは、燃料噴射（主噴射）による燃焼（熱発生）に起因する圧縮上死点後（膨張行程）での筒内圧力ピーク値Ｐ２と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮に起因する圧縮上死点での筒内圧力ピーク値Ｐ１との差Ｐ２−Ｐ１により表される。
【００２６】
図２のフローチャートの処理において、ステップＳ１０４の判定結果がＮＯの場合に、ステップＳ１０３で取得された吸気中の酸素濃度ＡＯがステップＳ１０２で設定された目標値ＡＯＴよりも高いときは、燃焼が急峻になってΔＰ＞０（Ｐ１＜Ｐ２）となるが、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを遅角させることで、燃料の自着火時期を遅らせて燃焼騒音レベルを低減することができる。一方、ステップＳ１０４の判定結果がＮＯの場合に、ステップＳ１０３で取得された吸気中の酸素濃度ＡＯがステップＳ１０２で設定された目標値ＡＯＴよりも低いときは、燃焼が緩慢になってΔＰ＜０（Ｐ１＞Ｐ２）となるが、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを進角させることで、燃料の自着火時期を早めてトルク不足及び失火を回避することができる。したがって、本実施形態によれば、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時に、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減することができる。例えば、通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替えるとともにＥＧＲ率を変化させるときには、ＥＧＲ率が目標値から過渡的にずれて吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴから過渡的にずれやすくなるが、本実施形態によれば、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減しながら、通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼との切り替えを行うことができる。
【００２７】
さらに、本実施形態では、ΔＰ＝０（ａ＝０）を、燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊをフィードバック制御するときの条件とすることで、筒内圧力の微分値ｄＰ／ｄθ及び熱発生率ｄＱ／ｄθを演算することなく燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊをフィードバック制御することができる。したがって、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊのフィードバック制御のために必要な演算量を大幅に減少させて計算時間を大幅に短縮することができる。そして、クランク角度センサ２４の取り付け位置にずれが生じていても、クランク角度ＣＡの差にはセンサ取り付け位置のずれによる誤差はほとんど生じない。そのため、より検出しやすい筒内圧力ピーク値Ｐ２，Ｐ１にそれぞれ対応するクランク角度ＣＡ２，ＣＡ１の差ΔＣＡを演算することで、クランク角度センサ２４の取り付け位置ずれにほとんど影響を受けない、精度の高い燃料噴射制御が可能になる。さらに、筒内圧力センサ２２のばらつきや経時変化等により筒内圧力センサ２２のゲイン（センサ２２の出力信号レベルと実際の筒内圧力との比）にずれが生じて、筒内圧力センサ２２で検出された筒内圧力Ｐに誤差が生じていても、筒内圧力ピーク値Ｐ２，Ｐ１の差ΔＰが０となるように燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊをフィードバック制御することで、筒内圧力センサ２２のゲインずれにほとんど影響を受けない、精度の高い燃料噴射制御が可能になる。その結果、燃料噴射制御のロバスト性を向上させることができる。このように、本実施形態によれば、吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時に、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減するための燃料噴射制御をより高精度に行うことができる。
【００２８】
さらに、ΔＰ＝０が成立する燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの条件では、燃費の向上及びＮＯｘ生成量の抑制も図ることができる。ここで、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における燃料消費率及び排出ガス中のＮＯｘ濃度の変化を実験により調べた結果を図５，６に示す。図５は、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの変化に対する図示燃料消費率（ＩＳＦＣ）の変化を示す実験結果であり、図６は、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの変化に対する排出ガス中のＮＯｘ濃度の変化を示す実験結果である。図５，６において、「ベース仕様」は、燃料噴射弁１３の噴口径（直径）が０．１１ｍｍでスワール比が１．９である場合の実験結果であり、「小穴＋低スワール仕様」は、燃料噴射弁１３の噴口径（直径）が０．０８ｍｍでスワール比が１．３である場合の実験結果である。スワール比は、スワールの回転角速度のクランク軸角速度に対する比で表され、吸気通路１４のシリンダに対する配置や、ヘリカルポートやタンジェンシャルポート等の吸気通路１４の形状によりその値を調整することが可能である。
【００２９】
図５，６に示す実験結果においては、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが圧縮上死点前７°（−７°ＡＴＤＣ）である場合にΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する。そして、図５，６に示すように、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが圧縮上死点前７°である場合（ΔＰ＝０が成立する場合）は、燃料消費率及び排出ガス中のＮＯｘ濃度が抑制されていることがわかる。
【００３０】
さらに、燃料噴射弁１３の噴口径及びスワール比を小さくすることで、ＨＣ生成量及びＣＯ生成量の抑制も図ることができる。ここで、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における排出ガス中のＨＣ濃度及びＣＯ濃度の変化を実験により調べた結果を図７，８に示す。図７は、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの変化に対する排出ガス中のＨＣ濃度の変化を示す実験結果であり、図８は、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊの変化に対する排出ガス中のＣＯ濃度の変化を示す実験結果である。図７，８においても、「ベース仕様」は、燃料噴射弁１３の噴口径（直径）が０．１１ｍｍでスワール比が１．９である場合の実験結果であり、「小穴＋低スワール仕様」は、燃料噴射弁１３の噴口径（直径）が０．０８ｍｍでスワール比が１．３である場合の実験結果である。図７，８に示す実験結果においても、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが圧縮上死点前７°（−７°ＡＴＤＣ）である場合にΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する。そして、図７，８に示すように、燃料噴射開始時期Ｔｉｎｊが圧縮上死点前７°である場合（ΔＰ＝０が成立する場合）は、「小穴＋低スワール仕様」において排出ガス中のＨＣ濃度及びＣＯ濃度が抑制されていることがわかる。
【００３１】
本実施形態では、筒内に吸入される吸気中の酸素濃度ＡＯの代わりに、ＥＧＲ率（吸気側へ供給されたＥＧＲガス濃度）を用いることもできる。ここでのＥＧＲ率については、例えば、排気中のＮＯｘ濃度と筒内に吸入される吸気中のＮＯｘ濃度とに基づいて演算することもできるし、排気中のＣＯ2濃度と筒内に吸入される吸気中のＣＯ2濃度とに基づいて演算することもできる。そして、ＥＧＲ率の目標値は、例えばエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｆｕ（エンジン負荷）に基づいて設定される。ＥＧＲ率を用いる例においては、ＥＧＲ率と目標値との偏差（絶対値）が所定値よりも大きい場合に、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを制御する。その場合に、ＥＧＲ率が目標値よりも低いときは、燃焼が急峻になってΔＰ＞０（Ｐ１＜Ｐ２）となるが、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを遅角させることで、燃焼騒音レベルを低減することができる。一方、ＥＧＲ率が目標値よりも高いときは、燃焼が緩慢になってΔＰ＜０（Ｐ１＞Ｐ２）となるが、燃料噴射制御部４２がΔＰ＝０（ａ＝０）が成立する（あるいはほぼ成立する）ように燃料噴射（主噴射）の開始時期Ｔｉｎｊを進角させることで、トルク不足及び失火を回避することができる。その結果、ＥＧＲ率が目標値からずれてくる運転過渡時に、失火を回避するとともに燃焼騒音を低減するための燃料噴射制御をより高精度に行うことができる。
【００３２】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置の概略構成を圧縮着火式内燃機関とともに示す図である。
【図２】電子制御装置が実行する処理を説明するフローチャートである。
【図３】吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時において燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを制御する条件を説明する図である。
【図４】吸気中の酸素濃度ＡＯが目標値ＡＯＴからずれてくる運転過渡時において燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを制御する条件を説明する図である。
【図５】燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における燃料消費率の変化を実験により調べた結果を示す図である。
【図６】燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における排出ガス中のＮＯｘ濃度の変化を実験により調べた結果を示す図である。
【図７】燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における排出ガス中のＨＣ濃度の変化を実験により調べた結果を示す図である。
【図８】燃料噴射の開始時期Ｔｉｎｊを変化させた場合における排出ガス中のＣＯ濃度の変化を実験により調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 圧縮着火式内燃機関、１２ ピストン、１３ 燃料噴射弁、１４ 吸気通路、１５ 排気通路、１６ 還流通路、１７ ＥＧＲ制御弁、２２ 筒内圧力センサ、２４ クランク角度センサ、２６ 酸素濃度センサ、２７ 回転数センサ、４０ 電子制御装置、４２ 燃料噴射制御部、４３ ＥＧＲ制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を筒内に噴射して自着火させる圧縮着火式内燃機関の制御を行う装置であって、
筒内圧力を検出する筒内圧力検出部と、
吸気中の酸素濃度を取得する濃度取得部と、
燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御部と、
を備え、
燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度と当該濃度の目標値との偏差が所定値よりも大きい場合は、燃料噴射による燃焼に起因する圧縮上死点後での筒内圧力ピーク値と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または前記燃料噴射前のパイロット噴射による燃焼に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値との差をΔＰとすると、筒内圧力検出部で検出された筒内圧力に基づいてΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を制御する、圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度が当該濃度の目標値よりも高い場合は、ΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を遅角させる、圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度が当該濃度の目標値よりも低い場合は、ΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を進角させる、圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
圧縮着火式内燃機関においては、燃焼後の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ供給する排気再循環が行われ、
吸気側へ供給するＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御部を備える、圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
濃度取得部は、吸気中の酸素濃度に代えて、吸気側へ供給されたＥＧＲガス濃度を取得する、圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項１】
燃料を筒内に噴射して自着火させる圧縮着火式内燃機関の制御を行う装置であって、
筒内圧力を検出する筒内圧力検出部と、
吸気中の酸素濃度を取得する濃度取得部と、
燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御部と、
を備え、
燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度と当該濃度の目標値との偏差が所定値よりも大きい場合は、燃料噴射による燃焼に起因する圧縮上死点後での筒内圧力ピーク値と、ピストン運動による筒内ガスの圧縮または前記燃料噴射前のパイロット噴射による燃焼に起因する圧縮上死点またはその付近での筒内圧力ピーク値との差をΔＰとすると、筒内圧力検出部で検出された筒内圧力に基づいてΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を制御する、圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度が当該濃度の目標値よりも高い場合は、ΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を遅角させる、圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
燃料噴射制御部は、濃度取得部で取得された濃度が当該濃度の目標値よりも低い場合は、ΔＰ＝０が略成立するように前記燃料噴射の時期を進角させる、圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
圧縮着火式内燃機関においては、燃焼後の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ供給する排気再循環が行われ、
吸気側へ供給するＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御部を備える、圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
濃度取得部は、吸気中の酸素濃度に代えて、吸気側へ供給されたＥＧＲガス濃度を取得する、圧縮着火式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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１５０２８０（Ｐ２００９−１５０２８０Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２７７８７（Ｐ２００７−３２７７８７）
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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