燃焼制御装置
【課題】エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを低減することができる燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】燃焼制御装置のＥＣＵは、１回目のメイン燃料噴射及びこの後に実施される２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定した後、クランク角センサにより検出されたエンジン回転数が所定回転数よりも低く且つアクセルセンサにより検出されたエンジン負荷が所定負荷よりも低いときに、２回目のメイン燃料噴射の後に実施される補助的なアフター燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定する。そして、ＥＣＵは、決定された燃料噴射量及び燃料噴射時期に従って１回目のメイン燃料噴射、２回目のメイン燃料噴射及びアフター燃料噴射を順次実施するように、インジェクタを制御する。
【解決手段】燃焼制御装置のＥＣＵは、１回目のメイン燃料噴射及びこの後に実施される２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定した後、クランク角センサにより検出されたエンジン回転数が所定回転数よりも低く且つアクセルセンサにより検出されたエンジン負荷が所定負荷よりも低いときに、２回目のメイン燃料噴射の後に実施される補助的なアフター燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定する。そして、ＥＣＵは、決定された燃料噴射量及び燃料噴射時期に従って１回目のメイン燃料噴射、２回目のメイン燃料噴射及びアフター燃料噴射を順次実施するように、インジェクタを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合圧縮着火（ＰＣＣＩ）燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の燃焼制御装置は、エンジンの低負荷域において、圧縮行程の比較的早期に燃料噴射弁により第１噴射量の燃料噴射を行った後、圧縮行程終盤における予混合気の冷炎反応が開始する頃に燃料噴射弁により第２噴射量の燃料噴射を行うというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１００６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの低回転域・低負荷域では、燃料噴射量が比較的少ないので、燃焼室内の温度があまり上昇せず、未燃分のＨＣやＣＯが発生しやすくなる。しかし、上記従来技術においては、煤やＮＯｘの低減が図られるものの、そのようなＨＣやＣＯの発生抑制については何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明の目的は、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを低減することができる燃焼制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置において、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、第１のメイン燃料噴射を実施してから第２のメイン燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁を制御する第１の噴射弁制御手段と、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、回転数検出手段により検出されたエンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つ負荷検出手段により検出されたエンジンの負荷が所定負荷よりも低いかどうかを判断する判断手段と、判断手段によりエンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つエンジンの負荷が所定負荷よりも低いと判断されたときに、第２のメイン燃料噴射が実施された後に補助的なアフター燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁を制御する第２の噴射弁制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このように本発明の燃焼制御装置においては、第１のメイン燃料噴射及び第２のメイン燃料噴射を順次実施した後、エンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つエンジンの負荷が所定負荷よりも低いときは、更に補助的なアフター燃料噴射を実施することにより、アフター燃料噴射による燃焼が行われ、燃焼室内の温度が上昇するため、未燃分の酸化反応が促進され、ＨＣやＣＯが発生しにくくなる。これにより、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを低減することができる。
【０００８】
好ましくは、第２の噴射弁制御手段は、第２のメイン燃料噴射の実施によって燃焼室内に存在する燃料が高温酸化反応を生じている間に着火可能となる時期にアフター燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁を制御する。このようにアフター燃料噴射を適切な時期に実施することにより、アフター燃料噴射による燃焼が活発化し、燃焼室内の温度が十分上昇するようになる。これにより、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを一層低減することができる。
【０００９】
また、好ましくは、第２の噴射弁制御手段は、アフター燃料噴射による燃料噴射量を設定する噴射量設定手段を有し、噴射量設定手段により設定された燃料噴射量に応じてアフター燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁を制御する。この場合には、条件に応じた最適な燃料噴射量を設定することで、アフター燃料噴射を適切に実施することができる。
【００１０】
このとき、好ましくは、第２の噴射弁制御手段は、噴射量設定手段によりアフター燃料噴射による燃料噴射量が設定されたときに、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量を減量する噴射量減量手段を有する。第２のメイン燃料噴射を実施すると、その時の吸熱反応によって第１のメイン燃料噴射の酸化反応が抑制される。しかし、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量を減量することにより、そのような吸熱反応による抑制効果が低減されるため、第１のメイン燃料噴射による燃焼が活発になる。
【００１１】
このとき、好ましくは、噴射量減量手段は、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量から噴射量設定手段により設定されたアフター燃料噴射による燃料噴射量分を減量する。この場合には、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量が十分減量されることになるため、上記第１のメイン燃料噴射による燃焼が一層活発になる。
【００１２】
また、好ましくは、エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段を更に備え、噴射量設定手段は、水温検出手段により検出されたエンジンの冷却水温が第１の所定温度よりも低いかどうかを判断する手段と、水温検出手段により検出されたエンジンの冷却水温が第１の所定温度と同等以上の第２の所定温度よりも高いかどうかを判断する手段と、エンジンの冷却水温が第１の所定温度よりも低いと判断されたときは、アフター燃料噴射による燃料噴射量を増加させ、エンジンの冷却水温が第２の所定温度よりも高いと判断されたときは、アフター燃料噴射による燃料噴射量を減少させる手段とを有する。エンジンの冷却水温が低いときに、空燃比をリーン側に補正する場合は、空気量の増大によりスモークが発生しにくくなる。そこで、エンジンの冷却水温が第１の所定温度よりも低いときは、アフター燃料噴射による燃料噴射量を増加させることにより、スモークの発生を少なくしつつ、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを低減することができる。一方、エンジンの冷却水温が高いときに、空燃比をリッチ側に補正する場合は、空気量の低下等によりスモークが発生しやすくなる。そこで、エンジンの冷却水温が第２の所定温度よりも高いときは、アフター燃料噴射による燃料噴射量を減少させることにより、スモークの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを低減することができる。これにより、優れた予混合圧縮着火燃焼を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係わる燃焼制御装置の一実施形態を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。
【図２】図１に示したＥＣＵにより実行される処理手順を示すフローチャートである。
【図３】１回目のメイン燃料噴射、２回目のメイン燃料噴射、アフター燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期の一例を示す図である。
【図４】図２に示したアフター燃料噴射の燃料噴射量の決定処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図５】アフター燃料噴射を実施した場合及びアフター燃料噴射を実施しない場合の熱発生率波形の一例を示すグラフである。
【図６】アフター燃料噴射の燃料噴射時期とＣＯ発生量、ＨＣ発生量及びスモーク発生率との関係の一例を示すグラフである。
【図７】アフター燃料噴射の燃料噴射量とＣＯ発生量及びスモーク発生率との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係わる燃焼制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係わる燃焼制御装置の一実施形態を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。同図において、本実施形態に係る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４気筒直列ディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジン１はエンジン本体２を備え、このエンジン本体２には４つのシリンダ３が設けられている。
【００１７】
各シリンダ３には、燃焼室４内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）５がそれぞれ配設されている。インジェクタ５は、噴射ノズル５ａから放射状に燃料を噴射する。各インジェクタ５はコモンレール６に接続されており、コモンレール６に貯留された高圧燃料が各インジェクタ５に常時供給されている。
【００１８】
エンジン本体２には、燃焼室４内に空気を吸入するための吸気通路７がインテークマニホールド８を介して接続されている。また、エンジン本体２には、燃焼後の排気ガスを排出するための排気通路９がエキゾーストマニホールド１０を介して接続されている。
【００１９】
吸気通路７には、上流側から下流側に向けてエアクリーナー１１、ターボ過給機１２のコンプレッサ１３、インタークーラー１４及びスロットルバルブ１５が設けられている。スロットルバルブ１５は、吸気通路７の通路面積を絞り、下流側に負圧を発生させることで、後述する排気再循環（ＥＧＲ）を可能とする。排気通路９には、ターボ過給機１２のタービン１６及び触媒付きＤＰＦ１７が設けられている。
【００２０】
また、ディーゼルエンジン１は、燃焼後の排気ガスの一部を燃焼室４内に還流する排気再循環（ＥＧＲ）装置１８を備えている。ＥＧＲ装置１８は、吸気通路７とエキゾーストマニホールド１０とを繋ぐＥＧＲ通路１９と、エキゾーストマニホールド１０から吸気通路７への排気再循環ガス（ＥＧＲガス）の還流量を調整するＥＧＲバルブ２０と、ＥＧＲ通路１９を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２１と、このＥＧＲクーラ２１をバイパスするようにＥＧＲ通路１９に接続されたバイパス通路２２と、ＥＧＲガスの流路をＥＧＲクーラ２１側またはバイパス通路２２側に切り替える切替弁２３とを有している。
【００２１】
上記の各インジェクタ５、スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０及び切替弁２３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４によって制御される。ＥＣＵ２４には、クランク角センサ２５、アクセルセンサ２６及び水温センサ２７が接続されている。
【００２２】
クランク角センサ２５は、図示しないピストンが連結されるクランク軸の回転角度（クランク角）を検出することで、エンジン本体２の回転数（エンジン回転数）を算出可能とする回転数検出手段を構成している。アクセルセンサ２６は、エンジン本体２の負荷（エンジン負荷）の代替値として、アクセルペダルの踏込み角（アクセル開度）を検出する負荷検出手段を構成している。なお、コモンレール式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンでは、燃料噴射量を電子制御しており、エンジン負荷の代替値として、燃料噴射量を用いることも可能である。水温センサ２７は、エンジン本体２の冷却水温（エンジン冷却水温）を検出する水温検出手段を構成しており、例えばエンジン本体２のシリンダヘッドに取り付けられ、シリンダヘッド内のウォータジャケットの水温を検出している。
【００２３】
ＥＣＵ２４は、クランク角センサ２５、アクセルセンサ２６及び水温センサ２７の検出信号を入力し、所定の処理を行い、インジェクタ５、スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０及び切替弁２３を制御する。
【００２４】
ここで、インジェクタ５、ＥＣＵ２４及びセンサ２５〜２７は燃焼制御装置２８を構成し、更に本実施形態では、燃焼制御装置２８にスロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０及び切替弁２３が含まれている。このような燃焼制御装置２８は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程という１サイクルにおいて、各インジェクタ５から燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射の予混合圧縮着火（ＰＣＣＩ）燃焼を行うように制御する。
【００２５】
本実施形態では、上記の如く、ディーゼルエンジンにおいて、分割噴射する燃料の量及び時期を制御することで、予混合圧縮着火燃焼を行う。ここで、予混合圧縮着火燃焼について、補足する。予混合圧縮着火燃焼は、その燃焼過程において、燃焼室４内に噴射された燃料より、熱発生が緩やかに生じる低温酸化反応と、低温酸化反応後に熱発生が急激に高まる高温酸化反応を伴う。本実施形態では、燃料噴射完了後に高温酸化反応が生じる場合、すなわち、高温酸化反応前に予混合時間が存在する場合を、予混合圧縮着火燃焼とする。以下に記載するメイン燃料噴射は、予混合圧縮着火燃焼を行うための燃料噴射である。
【００２６】
図２は、ＥＣＵ２４により実行される処理手順を示すフローチャートである。本処理は、センサ２５〜２７の検出信号に基づいてインジェクタ５及びＥＧＲバルブ２０を制御する処理である。
【００２７】
同図において、まずアフター燃料噴射フラグＦを０に初期設定する（手順Ｓ１０１）。続いて、クランク角センサ２５により検出されたエンジン回転数とアクセルセンサ２６により検出されたエンジン負荷とに基づいて、図３に示すように、１回目のメイン燃料噴射及びこの後に実施される２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定する（手順Ｓ１０２）。このとき、２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量は、例えば１回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量よりも少なくする。また、２回目のメイン燃料噴射の開始時期は、例えばクランク角が圧縮上死点（ＴＤＣ）直前とする。
【００２８】
続いて、クランク角センサ２５により検出されたエンジン回転数が所定回転数よりも低いかどうかを判断する（手順Ｓ１０３）。ここで、所定回転数は、最高回転数の１／２よりも低い回転数（例えば２０００ｒｐｍ程度）とする。エンジン回転数が所定回転数よりも低いと判断されたときは、アクセルセンサ２６により検出されたエンジン負荷が所定負荷よりも低いかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。ここで、所定負荷は、アクセルペダルの踏込み角に置き換えた場合に、例えば踏込み角の最大値に対し、２０％程度の踏込み角とする。
【００２９】
エンジン負荷が所定負荷よりも低いと判断されたときは、図３に示すように、２回目のメイン燃料噴射の後に実施される補助的なアフター燃料噴射の燃料噴射時期を決定する（手順Ｓ１０５）。具体的には、アフター燃料噴射の燃料噴射時期は、２回目のメイン燃料噴射の実施によって燃焼室４内に存在する噴射燃料が燃焼している間に燃料と空気との予混合気が着火可能となるような時期とするのが好ましい。
【００３０】
続いて、アフター燃料噴射の燃料噴射量を決定する（手順Ｓ１０６）。このアフター燃料噴射の燃料噴射量の決定処理手順の詳細を図４に示す。
【００３１】
同図において、まずアフター燃料噴射の燃料噴射量を設定する（手順Ｓ２０１）。アフター燃料噴射の燃料噴射量は、クランク角センサ２５により検出されたエンジン回転数とアクセルセンサ２６により検出されたエンジン負荷とに基づいて求めても良いし、予め一定値として決めておいても良い。
【００３２】
続いて、水温センサ２７により検出されたエンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低いかどうかを判断する（手順Ｓ２０２）。エンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低いと判断されたときは、燃焼室４内の空燃比（Ａ／Ｆ）をリーン側に補正すべく、吸気通路７へのＥＧＲガスの還流量を減少させることで燃焼室４内への吸入空気量を増加させるように、ＥＧＲバルブ２０を制御する（手順Ｓ２０３）。なお、空燃比をリーン側に補正するときは、燃焼室４内への燃料噴射量を変えずに、燃焼室４内への吸入空気量を増やすようにする。
【００３３】
続いて、エンジン冷却水温に応じて、手順Ｓ２０１で設定されたアフター燃料噴射の燃料噴射量を増加させる（手順Ｓ２０４）。このとき、例えばエンジン冷却水温が低くなるほど、アフター燃料噴射の燃料噴射量を多くする。
【００３４】
手順Ｓ２０２でエンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低くないと判断されたときは、エンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高いかどうかを判断する（手順Ｓ２０５）。なお、第２の所定温度は、第１の所定温度よりも高いのが望ましいが、第１の所定温度と同じでも良い。
【００３５】
エンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高いと判断されたときは、燃焼室４内の空燃比をリッチ側に補正すべく、吸気通路７へのＥＧＲガスの還流量を増加させることで燃焼室４内への吸入空気量を減少させるように、ＥＧＲバルブ２０を制御する（手順Ｓ２０６）。なお、空燃比をリッチ側に補正するときは、燃焼室４内への燃料噴射量を変えずに、燃焼室４内への吸入空気量を減らすようにする。
【００３６】
なお、手順Ｓ２０３および手順Ｓ２０６によっても、燃焼室４内の空燃比はリーン環境下にある。上述するリーン側への補正、あるいはリッチ側への補正は、エンジン冷却水温が、第１の所定温度及び第２の所定温度の間にあるときに設定される空燃比（Ａ／Ｆ）の値を標準とし、その標準に対し、リーン側またはリッチ側に補正することを意味する。
【００３７】
続いて、エンジン冷却水温に応じて、手順Ｓ２０１で設定されたアフター燃料噴射の燃料噴射量を減少させる（手順Ｓ２０７）。このとき、例えばエンジン冷却水温が高くなるほど、アフター燃料噴射の燃料噴射量を少なくする。
【００３８】
手順Ｓ２０５でエンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高くないと判断されたときは、手順Ｓ２０１で設定されたアフター燃料噴射の燃料噴射量を変えることは無い。
【００３９】
その後、図３に示すように、２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量からアフター燃料噴射の燃料噴射量分を減量することで、上記手順１０２で決定された２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量を変更する（手順Ｓ２０８）。
【００４０】
ただし、２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量からアフター燃料噴射の燃料噴射量分を減量したときに、２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量がインジェクタ５の噴射ノズル５ａの最低噴射量を下回る場合には、アフター燃料噴射の燃料噴射量の残り分を１回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量から減量する。それでも、アフター燃料噴射の燃料噴射量が不足する場合は、インジェクタ５の噴射ノズル５ａの最低噴射量を下回らない範囲内でアフター燃料噴射の燃料噴射量を減らすようにする。これにより、全燃料噴射量は、一定に維持される。
【００４１】
図２に戻り、上記のようにアフター燃料噴射の燃料噴射量を決定した後、アフター燃料噴射フラグＦを１にセットする（手順Ｓ１０７）。
【００４２】
そして、その手順Ｓ１０７が実行された後、或いは手順Ｓ１０３でエンジン回転数が所定回転数よりも低くないと判断されたとき、手順Ｓ１０４でエンジン負荷が所定負荷よりも低くないと判断されたときは、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射時期において、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射量に従って１回目のメイン燃料噴射を実施するように、インジェクタ５を制御する（手順Ｓ１０８）。
【００４３】
続いて、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射時期において、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射量または手順Ｓ２０８で変更された燃料噴射量に従って２回目のメイン燃料噴射を実施するように、インジェクタ５を制御する（手順Ｓ１０９）。具体的には、後のアフター燃料噴射を実施しないときは、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射量に従って２回目のメイン燃料噴射を実施し、後のアフター燃料噴射を実施するときは、手順Ｓ２０８で変更された燃料噴射量に従って２回目のメイン燃料噴射を実施する。
【００４４】
続いて、アフター燃料噴射フラグＦが１であるかどうかを判断し（手順Ｓ１１０）、アフター燃料噴射フラグＦが１でないときは、アフター燃料噴射を実施すること無く、本処理を終了する。アフター燃料噴射フラグＦが１であるときは、手順Ｓ１０５で決定された燃料噴射時期において、手順Ｓ１０６で決定された燃料噴射量に従ってアフター燃料噴射を実施するように、インジェクタ５を制御し（手順Ｓ１１１）、本処理を終了する。
【００４５】
ここで、２回目のメイン燃料噴射を実施すると、燃料の吸熱反応によって１回目のメイン燃料噴射の高温酸化反応が抑制される。しかし、アフター燃料噴射を実施するときは、アフター燃料噴射の燃料噴射量分だけ２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量が減少するので、２回目のメイン燃料噴射における燃料の吸熱反応による１回目のメイン燃料噴射の抑制効果が低減され、１回目のメイン燃料噴射の高温酸化反応が活発になる。
【００４６】
以上において、第１のメイン燃料噴射を実施してから第２のメイン燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁５を制御する第１の噴射弁制御手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ１０２，Ｓ１０８，Ｓ１０９がその機能にあたる。回転数検出手段２５により検出されたエンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つ負荷検出手段２６により検出されたエンジンの負荷が所定負荷よりも低いかどうかを判断する判断手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ１０３，Ｓ１０４がその機能にあたる。判断手段によりエンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つエンジンの負荷が所定負荷よりも低いと判断されたときに、第２のメイン燃料噴射が実施された後に補助的なアフター燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁５を制御する第２の噴射弁制御手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１１１がその機能にあたる。
【００４７】
また、アフター燃料噴射による燃料噴射量を設定する噴射量設定手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ２０１〜Ｓ２０７がその機能にあたる。噴射量設定手段によりアフター燃料噴射による燃料噴射量が設定されたときに、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量を減量する噴射量減量手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ２０８がその機能にあたる。
【００４８】
以上のように構成した本実施形態においては、エンジン回転数が所定回転数よりも低く且つエンジン負荷が所定負荷よりも低いときは、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射に続いて、アフター燃料噴射を実施するようにしたので、燃焼室４内（筒内）における燃焼の後期にアフター燃料噴射による燃焼が行われ、燃焼室４内の温度（筒内温度）が上昇する。従って、未燃分の酸化反応が促進され、ＨＣやＣＯが発生しにくくなる。これにより、エンジン１の低回転域及び低負荷域において、ＨＣやＣＯを低減することができる。
【００４９】
図５は、アフター燃料噴射を実施した場合及びアフター燃料噴射を実施しない場合の熱発生率波形の一例を示したものである。図５において、破線Ｐは、アフター燃料噴射を実施しない場合の熱発生率波形を示し、１点鎖線Ｑ及び実線Ｒは、アフター燃料噴射を異なるタイミングで実施した場合の熱発生率波形を示している。アフター燃料噴射を実施した場合には、アフター燃料噴射に相当する熱発生領域（山形形状）が、１点鎖線Ｑでは１０°ＡＴＤＣ付近にて発生し、実線Ｒでは１５°ＡＴＤＣ付近にて発生している。また、アフター燃料噴射を実施した場合には、アフター燃料噴射の燃料噴射量分だけ２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量が減量されているため、アフター燃料噴射を実施しない場合に比べて熱発生率のピークが抑えられている。
【００５０】
図６（ａ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射時期とＣＯ発生量との関係の一例を示し、図６（ｂ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射時期とＨＣ発生量との関係の一例を示し、図６（ｃ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射時期とスモーク発生率との関係の一例を示している。図６（ａ），（ｂ）に示すように、アフター燃料噴射を実施した場合（実線Ｓ参照）には、アフター燃料噴射を実施しない場合（破線Ｔ参照）に比べてＣＯやＨＣが低減されることが明らかである。
【００５１】
このとき、２回目のメイン燃料噴射の実施による噴射燃料が燃焼している間に予混合気が着火可能となる時期にアフター燃料噴射を実施することにより、アフター燃料噴射による燃焼が活発化し、筒内温度が十分上昇する。従って、未燃分の酸化反応が促進され、ＨＣやＣＯが更に発生しにくくなるため、ＨＣやＣＯを一層低減することができる。
【００５２】
図５において、１点鎖線Ｑは、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を２回目のメイン燃料噴射の実施による噴射燃料が燃焼している間に着火可能となる時期（５°ＡＴＤＣ）とした場合の熱発生率波形を示し、実線Ｒは、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を２回目のメイン燃料噴射の実施による噴射燃料の燃焼が終了した後に着火可能となる時期（８°ＡＴＤＣ）とした場合の熱発生率波形を示している。
【００５３】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を５°ＡＴＤＣとした場合には、８°ＡＴＤＣとした場合に比べてＣＯやＨＣが低減されることが明らかである。また、図６（ｃ）に示すように、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を５°ＡＴＤＣとした場合には、８°ＡＴＤＣとした場合に比べてスモークの発生率が低くなっている。従って、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を２回目のメイン燃料噴射の実施による噴射燃料が燃焼している間に着火可能となる時期とすることにより、スモークの増大を抑制しつつ、ＨＣやＣＯを低減することができる。
【００５４】
また、エンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低いときは、上記のように空燃比をリーン側に補正することで、燃焼室４内へ吸入される空気量が多くなるため、スモークが発生しにくくなる。従って、エンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低いときは、アフター燃料噴射の燃料噴射量を増加させることにより、スモークの発生を抑えつつ、ＨＣやＣＯを低減することができる。
【００５５】
図７（ａ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射量とＣＯ発生量との関係の一例を示し、図７（ｂ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射量とスモーク発生率との関係の一例を示している。いずれのグラフも、エンジン冷却水温が２０℃のときの特性を示している。なお、エンジン冷却水温が８０℃のときの燃料噴射量は、１．１ｍｍ３／ｓｔ程度である。
【００５６】
図７（ａ）から分かるように、アフター燃料噴射の燃料噴射量を１．１ｍｍ３／ｓｔから増加させるに従い、ＣＯが少なくなる。また、図７（ｂ）から分かるように、アフター燃料噴射の燃料噴射量を１．１ｍｍ３／ｓｔから２．０ｍｍ３／ｓｔまで増加させても、スモークは殆ど増加しない。従って、アフター燃料噴射の燃料噴射量を１．１〜２．０ｍｍ３／ｓｔの範囲内で増加させることで、スモークの発生を抑えつつ、ＣＯを低減することが可能となる。
【００５７】
一方、エンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高いときは、上記のように空燃比をリッチ側に補正することで、燃焼室４内へ吸入される空気量が少なくなり、予混合気の着火遅れが短縮されるため、スモークが発生しやすくなる。従って、エンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高いときは、アフター燃料噴射の燃料噴射量を減少させることにより、スモークの発生を抑えることができる。
【００５８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、エンジン回転数が所定回転数よりも低く且つエンジン負荷が所定負荷よりも低いときは、１回目のメイン燃料噴射、２回目のメイン燃料噴射及びアフター燃料噴射を順次実施するようにしたが、更に１回目のメイン燃料噴射を実施する前に、補助的なプレ燃料噴射を実施しても良い。
【００５９】
また、上記実施形態では、アフター燃料噴射を実施するときは、基本的には２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量からアフター燃料噴射の燃料噴射量分を減量するようにしたが、２回目のメイン燃料噴射の燃料減少量としては、特にアフター燃料噴射の燃料噴射量分には限られない。
【００６０】
さらに、上記実施形態では、水温センサ２７により検出されたエンジン冷却水温に応じて、アフター燃料噴射の燃料噴射量を増減させるようにしたが、水温センサ２７に加えて、外気温度を検出する外気温センサを設け、エンジン冷却水温及び外気温度に基づいてアフター燃料噴射の燃料噴射量を増減させるようにしても良い。例えば、エンジン冷却水温及び外気温度について補正係数をそれぞれ予め設定しておき、エンジン冷却水温及び外気温度に基づいてエンジン冷却水温の補正係数及び外気温度の補正係数のうち大きいほうを選択し、その選択した補正係数を先に得られた基本燃料噴射量に掛けることで、アフター燃料噴射の燃料噴射量を求めるようにする。
【００６１】
また、上記実施形態では、エンジン水温に応じて、ＥＧＲバルブ２０によりＥＧＲガスの流量を調整することで、燃焼室４内の空燃比を制御するようにしたが、特にその手法には限られず、エンジン水温に応じて、スロットルバルブ１５により空気の吸入量を調整することで、燃焼室４内の空燃比を制御しても良い。また、エンジン水温に応じてＥＧＲバルブ２０及びスロットルバルブ１５の両方を制御しても良い。
【００６２】
さらに、上記実施形態では、１サイクル毎に２回のメイン燃料噴射を実施しているが、１サイクル毎にメイン燃料噴射を３回以上実施しても良い。なお、メイン燃料噴射を３回以上実施する場合には、最後のメイン燃料噴射が第２のメイン燃料噴射に相当し、その一つ前のメイン燃料噴射が第１のメイン燃料噴射に相当する。
【符号の説明】
【００６３】
１…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、５…インジェクタ（燃料噴射弁）、２４…ＥＣＵ（第１の噴射弁制御手段、判断手段、第２の噴射弁制御手段、噴射量設定手段、噴射量減量手段）、２５…クランク角センサ（回転数検出手段）、２６…アクセルセンサ（負荷検出手段）、２７…水温センサ（水温検出手段）、２８…燃焼制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合圧縮着火（ＰＣＣＩ）燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の燃焼制御装置は、エンジンの低負荷域において、圧縮行程の比較的早期に燃料噴射弁により第１噴射量の燃料噴射を行った後、圧縮行程終盤における予混合気の冷炎反応が開始する頃に燃料噴射弁により第２噴射量の燃料噴射を行うというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１００６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの低回転域・低負荷域では、燃料噴射量が比較的少ないので、燃焼室内の温度があまり上昇せず、未燃分のＨＣやＣＯが発生しやすくなる。しかし、上記従来技術においては、煤やＮＯｘの低減が図られるものの、そのようなＨＣやＣＯの発生抑制については何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明の目的は、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを低減することができる燃焼制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置において、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、第１のメイン燃料噴射を実施してから第２のメイン燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁を制御する第１の噴射弁制御手段と、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、回転数検出手段により検出されたエンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つ負荷検出手段により検出されたエンジンの負荷が所定負荷よりも低いかどうかを判断する判断手段と、判断手段によりエンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つエンジンの負荷が所定負荷よりも低いと判断されたときに、第２のメイン燃料噴射が実施された後に補助的なアフター燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁を制御する第２の噴射弁制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このように本発明の燃焼制御装置においては、第１のメイン燃料噴射及び第２のメイン燃料噴射を順次実施した後、エンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つエンジンの負荷が所定負荷よりも低いときは、更に補助的なアフター燃料噴射を実施することにより、アフター燃料噴射による燃焼が行われ、燃焼室内の温度が上昇するため、未燃分の酸化反応が促進され、ＨＣやＣＯが発生しにくくなる。これにより、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを低減することができる。
【０００８】
好ましくは、第２の噴射弁制御手段は、第２のメイン燃料噴射の実施によって燃焼室内に存在する燃料が高温酸化反応を生じている間に着火可能となる時期にアフター燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁を制御する。このようにアフター燃料噴射を適切な時期に実施することにより、アフター燃料噴射による燃焼が活発化し、燃焼室内の温度が十分上昇するようになる。これにより、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを一層低減することができる。
【０００９】
また、好ましくは、第２の噴射弁制御手段は、アフター燃料噴射による燃料噴射量を設定する噴射量設定手段を有し、噴射量設定手段により設定された燃料噴射量に応じてアフター燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁を制御する。この場合には、条件に応じた最適な燃料噴射量を設定することで、アフター燃料噴射を適切に実施することができる。
【００１０】
このとき、好ましくは、第２の噴射弁制御手段は、噴射量設定手段によりアフター燃料噴射による燃料噴射量が設定されたときに、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量を減量する噴射量減量手段を有する。第２のメイン燃料噴射を実施すると、その時の吸熱反応によって第１のメイン燃料噴射の酸化反応が抑制される。しかし、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量を減量することにより、そのような吸熱反応による抑制効果が低減されるため、第１のメイン燃料噴射による燃焼が活発になる。
【００１１】
このとき、好ましくは、噴射量減量手段は、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量から噴射量設定手段により設定されたアフター燃料噴射による燃料噴射量分を減量する。この場合には、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量が十分減量されることになるため、上記第１のメイン燃料噴射による燃焼が一層活発になる。
【００１２】
また、好ましくは、エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段を更に備え、噴射量設定手段は、水温検出手段により検出されたエンジンの冷却水温が第１の所定温度よりも低いかどうかを判断する手段と、水温検出手段により検出されたエンジンの冷却水温が第１の所定温度と同等以上の第２の所定温度よりも高いかどうかを判断する手段と、エンジンの冷却水温が第１の所定温度よりも低いと判断されたときは、アフター燃料噴射による燃料噴射量を増加させ、エンジンの冷却水温が第２の所定温度よりも高いと判断されたときは、アフター燃料噴射による燃料噴射量を減少させる手段とを有する。エンジンの冷却水温が低いときに、空燃比をリーン側に補正する場合は、空気量の増大によりスモークが発生しにくくなる。そこで、エンジンの冷却水温が第１の所定温度よりも低いときは、アフター燃料噴射による燃料噴射量を増加させることにより、スモークの発生を少なくしつつ、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを低減することができる。一方、エンジンの冷却水温が高いときに、空燃比をリッチ側に補正する場合は、空気量の低下等によりスモークが発生しやすくなる。そこで、エンジンの冷却水温が第２の所定温度よりも高いときは、アフター燃料噴射による燃料噴射量を減少させることにより、スモークの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エンジンの低回転域・低負荷域においてＨＣやＣＯを低減することができる。これにより、優れた予混合圧縮着火燃焼を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係わる燃焼制御装置の一実施形態を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。
【図２】図１に示したＥＣＵにより実行される処理手順を示すフローチャートである。
【図３】１回目のメイン燃料噴射、２回目のメイン燃料噴射、アフター燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期の一例を示す図である。
【図４】図２に示したアフター燃料噴射の燃料噴射量の決定処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図５】アフター燃料噴射を実施した場合及びアフター燃料噴射を実施しない場合の熱発生率波形の一例を示すグラフである。
【図６】アフター燃料噴射の燃料噴射時期とＣＯ発生量、ＨＣ発生量及びスモーク発生率との関係の一例を示すグラフである。
【図７】アフター燃料噴射の燃料噴射量とＣＯ発生量及びスモーク発生率との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係わる燃焼制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係わる燃焼制御装置の一実施形態を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。同図において、本実施形態に係る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４気筒直列ディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジン１はエンジン本体２を備え、このエンジン本体２には４つのシリンダ３が設けられている。
【００１７】
各シリンダ３には、燃焼室４内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）５がそれぞれ配設されている。インジェクタ５は、噴射ノズル５ａから放射状に燃料を噴射する。各インジェクタ５はコモンレール６に接続されており、コモンレール６に貯留された高圧燃料が各インジェクタ５に常時供給されている。
【００１８】
エンジン本体２には、燃焼室４内に空気を吸入するための吸気通路７がインテークマニホールド８を介して接続されている。また、エンジン本体２には、燃焼後の排気ガスを排出するための排気通路９がエキゾーストマニホールド１０を介して接続されている。
【００１９】
吸気通路７には、上流側から下流側に向けてエアクリーナー１１、ターボ過給機１２のコンプレッサ１３、インタークーラー１４及びスロットルバルブ１５が設けられている。スロットルバルブ１５は、吸気通路７の通路面積を絞り、下流側に負圧を発生させることで、後述する排気再循環（ＥＧＲ）を可能とする。排気通路９には、ターボ過給機１２のタービン１６及び触媒付きＤＰＦ１７が設けられている。
【００２０】
また、ディーゼルエンジン１は、燃焼後の排気ガスの一部を燃焼室４内に還流する排気再循環（ＥＧＲ）装置１８を備えている。ＥＧＲ装置１８は、吸気通路７とエキゾーストマニホールド１０とを繋ぐＥＧＲ通路１９と、エキゾーストマニホールド１０から吸気通路７への排気再循環ガス（ＥＧＲガス）の還流量を調整するＥＧＲバルブ２０と、ＥＧＲ通路１９を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２１と、このＥＧＲクーラ２１をバイパスするようにＥＧＲ通路１９に接続されたバイパス通路２２と、ＥＧＲガスの流路をＥＧＲクーラ２１側またはバイパス通路２２側に切り替える切替弁２３とを有している。
【００２１】
上記の各インジェクタ５、スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０及び切替弁２３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４によって制御される。ＥＣＵ２４には、クランク角センサ２５、アクセルセンサ２６及び水温センサ２７が接続されている。
【００２２】
クランク角センサ２５は、図示しないピストンが連結されるクランク軸の回転角度（クランク角）を検出することで、エンジン本体２の回転数（エンジン回転数）を算出可能とする回転数検出手段を構成している。アクセルセンサ２６は、エンジン本体２の負荷（エンジン負荷）の代替値として、アクセルペダルの踏込み角（アクセル開度）を検出する負荷検出手段を構成している。なお、コモンレール式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンでは、燃料噴射量を電子制御しており、エンジン負荷の代替値として、燃料噴射量を用いることも可能である。水温センサ２７は、エンジン本体２の冷却水温（エンジン冷却水温）を検出する水温検出手段を構成しており、例えばエンジン本体２のシリンダヘッドに取り付けられ、シリンダヘッド内のウォータジャケットの水温を検出している。
【００２３】
ＥＣＵ２４は、クランク角センサ２５、アクセルセンサ２６及び水温センサ２７の検出信号を入力し、所定の処理を行い、インジェクタ５、スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０及び切替弁２３を制御する。
【００２４】
ここで、インジェクタ５、ＥＣＵ２４及びセンサ２５〜２７は燃焼制御装置２８を構成し、更に本実施形態では、燃焼制御装置２８にスロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０及び切替弁２３が含まれている。このような燃焼制御装置２８は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程という１サイクルにおいて、各インジェクタ５から燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射の予混合圧縮着火（ＰＣＣＩ）燃焼を行うように制御する。
【００２５】
本実施形態では、上記の如く、ディーゼルエンジンにおいて、分割噴射する燃料の量及び時期を制御することで、予混合圧縮着火燃焼を行う。ここで、予混合圧縮着火燃焼について、補足する。予混合圧縮着火燃焼は、その燃焼過程において、燃焼室４内に噴射された燃料より、熱発生が緩やかに生じる低温酸化反応と、低温酸化反応後に熱発生が急激に高まる高温酸化反応を伴う。本実施形態では、燃料噴射完了後に高温酸化反応が生じる場合、すなわち、高温酸化反応前に予混合時間が存在する場合を、予混合圧縮着火燃焼とする。以下に記載するメイン燃料噴射は、予混合圧縮着火燃焼を行うための燃料噴射である。
【００２６】
図２は、ＥＣＵ２４により実行される処理手順を示すフローチャートである。本処理は、センサ２５〜２７の検出信号に基づいてインジェクタ５及びＥＧＲバルブ２０を制御する処理である。
【００２７】
同図において、まずアフター燃料噴射フラグＦを０に初期設定する（手順Ｓ１０１）。続いて、クランク角センサ２５により検出されたエンジン回転数とアクセルセンサ２６により検出されたエンジン負荷とに基づいて、図３に示すように、１回目のメイン燃料噴射及びこの後に実施される２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定する（手順Ｓ１０２）。このとき、２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量は、例えば１回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量よりも少なくする。また、２回目のメイン燃料噴射の開始時期は、例えばクランク角が圧縮上死点（ＴＤＣ）直前とする。
【００２８】
続いて、クランク角センサ２５により検出されたエンジン回転数が所定回転数よりも低いかどうかを判断する（手順Ｓ１０３）。ここで、所定回転数は、最高回転数の１／２よりも低い回転数（例えば２０００ｒｐｍ程度）とする。エンジン回転数が所定回転数よりも低いと判断されたときは、アクセルセンサ２６により検出されたエンジン負荷が所定負荷よりも低いかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。ここで、所定負荷は、アクセルペダルの踏込み角に置き換えた場合に、例えば踏込み角の最大値に対し、２０％程度の踏込み角とする。
【００２９】
エンジン負荷が所定負荷よりも低いと判断されたときは、図３に示すように、２回目のメイン燃料噴射の後に実施される補助的なアフター燃料噴射の燃料噴射時期を決定する（手順Ｓ１０５）。具体的には、アフター燃料噴射の燃料噴射時期は、２回目のメイン燃料噴射の実施によって燃焼室４内に存在する噴射燃料が燃焼している間に燃料と空気との予混合気が着火可能となるような時期とするのが好ましい。
【００３０】
続いて、アフター燃料噴射の燃料噴射量を決定する（手順Ｓ１０６）。このアフター燃料噴射の燃料噴射量の決定処理手順の詳細を図４に示す。
【００３１】
同図において、まずアフター燃料噴射の燃料噴射量を設定する（手順Ｓ２０１）。アフター燃料噴射の燃料噴射量は、クランク角センサ２５により検出されたエンジン回転数とアクセルセンサ２６により検出されたエンジン負荷とに基づいて求めても良いし、予め一定値として決めておいても良い。
【００３２】
続いて、水温センサ２７により検出されたエンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低いかどうかを判断する（手順Ｓ２０２）。エンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低いと判断されたときは、燃焼室４内の空燃比（Ａ／Ｆ）をリーン側に補正すべく、吸気通路７へのＥＧＲガスの還流量を減少させることで燃焼室４内への吸入空気量を増加させるように、ＥＧＲバルブ２０を制御する（手順Ｓ２０３）。なお、空燃比をリーン側に補正するときは、燃焼室４内への燃料噴射量を変えずに、燃焼室４内への吸入空気量を増やすようにする。
【００３３】
続いて、エンジン冷却水温に応じて、手順Ｓ２０１で設定されたアフター燃料噴射の燃料噴射量を増加させる（手順Ｓ２０４）。このとき、例えばエンジン冷却水温が低くなるほど、アフター燃料噴射の燃料噴射量を多くする。
【００３４】
手順Ｓ２０２でエンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低くないと判断されたときは、エンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高いかどうかを判断する（手順Ｓ２０５）。なお、第２の所定温度は、第１の所定温度よりも高いのが望ましいが、第１の所定温度と同じでも良い。
【００３５】
エンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高いと判断されたときは、燃焼室４内の空燃比をリッチ側に補正すべく、吸気通路７へのＥＧＲガスの還流量を増加させることで燃焼室４内への吸入空気量を減少させるように、ＥＧＲバルブ２０を制御する（手順Ｓ２０６）。なお、空燃比をリッチ側に補正するときは、燃焼室４内への燃料噴射量を変えずに、燃焼室４内への吸入空気量を減らすようにする。
【００３６】
なお、手順Ｓ２０３および手順Ｓ２０６によっても、燃焼室４内の空燃比はリーン環境下にある。上述するリーン側への補正、あるいはリッチ側への補正は、エンジン冷却水温が、第１の所定温度及び第２の所定温度の間にあるときに設定される空燃比（Ａ／Ｆ）の値を標準とし、その標準に対し、リーン側またはリッチ側に補正することを意味する。
【００３７】
続いて、エンジン冷却水温に応じて、手順Ｓ２０１で設定されたアフター燃料噴射の燃料噴射量を減少させる（手順Ｓ２０７）。このとき、例えばエンジン冷却水温が高くなるほど、アフター燃料噴射の燃料噴射量を少なくする。
【００３８】
手順Ｓ２０５でエンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高くないと判断されたときは、手順Ｓ２０１で設定されたアフター燃料噴射の燃料噴射量を変えることは無い。
【００３９】
その後、図３に示すように、２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量からアフター燃料噴射の燃料噴射量分を減量することで、上記手順１０２で決定された２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量を変更する（手順Ｓ２０８）。
【００４０】
ただし、２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量からアフター燃料噴射の燃料噴射量分を減量したときに、２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量がインジェクタ５の噴射ノズル５ａの最低噴射量を下回る場合には、アフター燃料噴射の燃料噴射量の残り分を１回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量から減量する。それでも、アフター燃料噴射の燃料噴射量が不足する場合は、インジェクタ５の噴射ノズル５ａの最低噴射量を下回らない範囲内でアフター燃料噴射の燃料噴射量を減らすようにする。これにより、全燃料噴射量は、一定に維持される。
【００４１】
図２に戻り、上記のようにアフター燃料噴射の燃料噴射量を決定した後、アフター燃料噴射フラグＦを１にセットする（手順Ｓ１０７）。
【００４２】
そして、その手順Ｓ１０７が実行された後、或いは手順Ｓ１０３でエンジン回転数が所定回転数よりも低くないと判断されたとき、手順Ｓ１０４でエンジン負荷が所定負荷よりも低くないと判断されたときは、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射時期において、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射量に従って１回目のメイン燃料噴射を実施するように、インジェクタ５を制御する（手順Ｓ１０８）。
【００４３】
続いて、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射時期において、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射量または手順Ｓ２０８で変更された燃料噴射量に従って２回目のメイン燃料噴射を実施するように、インジェクタ５を制御する（手順Ｓ１０９）。具体的には、後のアフター燃料噴射を実施しないときは、手順Ｓ１０２で決定された燃料噴射量に従って２回目のメイン燃料噴射を実施し、後のアフター燃料噴射を実施するときは、手順Ｓ２０８で変更された燃料噴射量に従って２回目のメイン燃料噴射を実施する。
【００４４】
続いて、アフター燃料噴射フラグＦが１であるかどうかを判断し（手順Ｓ１１０）、アフター燃料噴射フラグＦが１でないときは、アフター燃料噴射を実施すること無く、本処理を終了する。アフター燃料噴射フラグＦが１であるときは、手順Ｓ１０５で決定された燃料噴射時期において、手順Ｓ１０６で決定された燃料噴射量に従ってアフター燃料噴射を実施するように、インジェクタ５を制御し（手順Ｓ１１１）、本処理を終了する。
【００４５】
ここで、２回目のメイン燃料噴射を実施すると、燃料の吸熱反応によって１回目のメイン燃料噴射の高温酸化反応が抑制される。しかし、アフター燃料噴射を実施するときは、アフター燃料噴射の燃料噴射量分だけ２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量が減少するので、２回目のメイン燃料噴射における燃料の吸熱反応による１回目のメイン燃料噴射の抑制効果が低減され、１回目のメイン燃料噴射の高温酸化反応が活発になる。
【００４６】
以上において、第１のメイン燃料噴射を実施してから第２のメイン燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁５を制御する第１の噴射弁制御手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ１０２，Ｓ１０８，Ｓ１０９がその機能にあたる。回転数検出手段２５により検出されたエンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つ負荷検出手段２６により検出されたエンジンの負荷が所定負荷よりも低いかどうかを判断する判断手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ１０３，Ｓ１０４がその機能にあたる。判断手段によりエンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つエンジンの負荷が所定負荷よりも低いと判断されたときに、第２のメイン燃料噴射が実施された後に補助的なアフター燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁５を制御する第２の噴射弁制御手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１１１がその機能にあたる。
【００４７】
また、アフター燃料噴射による燃料噴射量を設定する噴射量設定手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ２０１〜Ｓ２０７がその機能にあたる。噴射量設定手段によりアフター燃料噴射による燃料噴射量が設定されたときに、第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量を減量する噴射量減量手段は、ＥＣＵ２４よりなり、上記手順Ｓ２０８がその機能にあたる。
【００４８】
以上のように構成した本実施形態においては、エンジン回転数が所定回転数よりも低く且つエンジン負荷が所定負荷よりも低いときは、１回目のメイン燃料噴射及び２回目のメイン燃料噴射に続いて、アフター燃料噴射を実施するようにしたので、燃焼室４内（筒内）における燃焼の後期にアフター燃料噴射による燃焼が行われ、燃焼室４内の温度（筒内温度）が上昇する。従って、未燃分の酸化反応が促進され、ＨＣやＣＯが発生しにくくなる。これにより、エンジン１の低回転域及び低負荷域において、ＨＣやＣＯを低減することができる。
【００４９】
図５は、アフター燃料噴射を実施した場合及びアフター燃料噴射を実施しない場合の熱発生率波形の一例を示したものである。図５において、破線Ｐは、アフター燃料噴射を実施しない場合の熱発生率波形を示し、１点鎖線Ｑ及び実線Ｒは、アフター燃料噴射を異なるタイミングで実施した場合の熱発生率波形を示している。アフター燃料噴射を実施した場合には、アフター燃料噴射に相当する熱発生領域（山形形状）が、１点鎖線Ｑでは１０°ＡＴＤＣ付近にて発生し、実線Ｒでは１５°ＡＴＤＣ付近にて発生している。また、アフター燃料噴射を実施した場合には、アフター燃料噴射の燃料噴射量分だけ２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量が減量されているため、アフター燃料噴射を実施しない場合に比べて熱発生率のピークが抑えられている。
【００５０】
図６（ａ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射時期とＣＯ発生量との関係の一例を示し、図６（ｂ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射時期とＨＣ発生量との関係の一例を示し、図６（ｃ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射時期とスモーク発生率との関係の一例を示している。図６（ａ），（ｂ）に示すように、アフター燃料噴射を実施した場合（実線Ｓ参照）には、アフター燃料噴射を実施しない場合（破線Ｔ参照）に比べてＣＯやＨＣが低減されることが明らかである。
【００５１】
このとき、２回目のメイン燃料噴射の実施による噴射燃料が燃焼している間に予混合気が着火可能となる時期にアフター燃料噴射を実施することにより、アフター燃料噴射による燃焼が活発化し、筒内温度が十分上昇する。従って、未燃分の酸化反応が促進され、ＨＣやＣＯが更に発生しにくくなるため、ＨＣやＣＯを一層低減することができる。
【００５２】
図５において、１点鎖線Ｑは、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を２回目のメイン燃料噴射の実施による噴射燃料が燃焼している間に着火可能となる時期（５°ＡＴＤＣ）とした場合の熱発生率波形を示し、実線Ｒは、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を２回目のメイン燃料噴射の実施による噴射燃料の燃焼が終了した後に着火可能となる時期（８°ＡＴＤＣ）とした場合の熱発生率波形を示している。
【００５３】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を５°ＡＴＤＣとした場合には、８°ＡＴＤＣとした場合に比べてＣＯやＨＣが低減されることが明らかである。また、図６（ｃ）に示すように、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を５°ＡＴＤＣとした場合には、８°ＡＴＤＣとした場合に比べてスモークの発生率が低くなっている。従って、アフター燃料噴射の燃料噴射時期を２回目のメイン燃料噴射の実施による噴射燃料が燃焼している間に着火可能となる時期とすることにより、スモークの増大を抑制しつつ、ＨＣやＣＯを低減することができる。
【００５４】
また、エンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低いときは、上記のように空燃比をリーン側に補正することで、燃焼室４内へ吸入される空気量が多くなるため、スモークが発生しにくくなる。従って、エンジン冷却水温が第１の所定温度よりも低いときは、アフター燃料噴射の燃料噴射量を増加させることにより、スモークの発生を抑えつつ、ＨＣやＣＯを低減することができる。
【００５５】
図７（ａ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射量とＣＯ発生量との関係の一例を示し、図７（ｂ）は、アフター燃料噴射の燃料噴射量とスモーク発生率との関係の一例を示している。いずれのグラフも、エンジン冷却水温が２０℃のときの特性を示している。なお、エンジン冷却水温が８０℃のときの燃料噴射量は、１．１ｍｍ３／ｓｔ程度である。
【００５６】
図７（ａ）から分かるように、アフター燃料噴射の燃料噴射量を１．１ｍｍ３／ｓｔから増加させるに従い、ＣＯが少なくなる。また、図７（ｂ）から分かるように、アフター燃料噴射の燃料噴射量を１．１ｍｍ３／ｓｔから２．０ｍｍ３／ｓｔまで増加させても、スモークは殆ど増加しない。従って、アフター燃料噴射の燃料噴射量を１．１〜２．０ｍｍ３／ｓｔの範囲内で増加させることで、スモークの発生を抑えつつ、ＣＯを低減することが可能となる。
【００５７】
一方、エンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高いときは、上記のように空燃比をリッチ側に補正することで、燃焼室４内へ吸入される空気量が少なくなり、予混合気の着火遅れが短縮されるため、スモークが発生しやすくなる。従って、エンジン冷却水温が第２の所定温度よりも高いときは、アフター燃料噴射の燃料噴射量を減少させることにより、スモークの発生を抑えることができる。
【００５８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、エンジン回転数が所定回転数よりも低く且つエンジン負荷が所定負荷よりも低いときは、１回目のメイン燃料噴射、２回目のメイン燃料噴射及びアフター燃料噴射を順次実施するようにしたが、更に１回目のメイン燃料噴射を実施する前に、補助的なプレ燃料噴射を実施しても良い。
【００５９】
また、上記実施形態では、アフター燃料噴射を実施するときは、基本的には２回目のメイン燃料噴射の燃料噴射量からアフター燃料噴射の燃料噴射量分を減量するようにしたが、２回目のメイン燃料噴射の燃料減少量としては、特にアフター燃料噴射の燃料噴射量分には限られない。
【００６０】
さらに、上記実施形態では、水温センサ２７により検出されたエンジン冷却水温に応じて、アフター燃料噴射の燃料噴射量を増減させるようにしたが、水温センサ２７に加えて、外気温度を検出する外気温センサを設け、エンジン冷却水温及び外気温度に基づいてアフター燃料噴射の燃料噴射量を増減させるようにしても良い。例えば、エンジン冷却水温及び外気温度について補正係数をそれぞれ予め設定しておき、エンジン冷却水温及び外気温度に基づいてエンジン冷却水温の補正係数及び外気温度の補正係数のうち大きいほうを選択し、その選択した補正係数を先に得られた基本燃料噴射量に掛けることで、アフター燃料噴射の燃料噴射量を求めるようにする。
【００６１】
また、上記実施形態では、エンジン水温に応じて、ＥＧＲバルブ２０によりＥＧＲガスの流量を調整することで、燃焼室４内の空燃比を制御するようにしたが、特にその手法には限られず、エンジン水温に応じて、スロットルバルブ１５により空気の吸入量を調整することで、燃焼室４内の空燃比を制御しても良い。また、エンジン水温に応じてＥＧＲバルブ２０及びスロットルバルブ１５の両方を制御しても良い。
【００６２】
さらに、上記実施形態では、１サイクル毎に２回のメイン燃料噴射を実施しているが、１サイクル毎にメイン燃料噴射を３回以上実施しても良い。なお、メイン燃料噴射を３回以上実施する場合には、最後のメイン燃料噴射が第２のメイン燃料噴射に相当し、その一つ前のメイン燃料噴射が第１のメイン燃料噴射に相当する。
【符号の説明】
【００６３】
１…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、５…インジェクタ（燃料噴射弁）、２４…ＥＣＵ（第１の噴射弁制御手段、判断手段、第２の噴射弁制御手段、噴射量設定手段、噴射量減量手段）、２５…クランク角センサ（回転数検出手段）、２６…アクセルセンサ（負荷検出手段）、２７…水温センサ（水温検出手段）、２８…燃焼制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置において、
前記エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
第１のメイン燃料噴射を実施してから第２のメイン燃料噴射を実施するように、前記燃料噴射弁を制御する第１の噴射弁制御手段と、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記回転数検出手段により検出された前記エンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つ前記負荷検出手段により検出された前記エンジンの負荷が所定負荷よりも低いかどうかを判断する判断手段と、
前記判断手段により前記エンジンの回転数が前記所定回転数よりも低く且つ前記エンジンの負荷が前記所定負荷よりも低いと判断されたときに、前記第２のメイン燃料噴射が実施された後に補助的なアフター燃料噴射を実施するように、前記燃料噴射弁を制御する第２の噴射弁制御手段とを備えることを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項２】
前記第２の噴射弁制御手段は、前記第２のメイン燃料噴射の実施によって前記燃焼室内に存在する燃料が高温酸化反応を生じている間に着火可能となる時期に前記アフター燃料噴射を実施するように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記第２の噴射弁制御手段は、前記アフター燃料噴射による燃料噴射量を設定する噴射量設定手段を有し、前記噴射量設定手段により設定された燃料噴射量に応じて前記アフター燃料噴射を実施するように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１または２記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記第２の噴射弁制御手段は、前記噴射量設定手段により前記アフター燃料噴射による燃料噴射量が設定されたときに、前記第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量を減量する噴射量減量手段を有することを特徴とする請求項３記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記噴射量減量手段は、前記第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量から前記噴射量設定手段により設定された前記アフター燃料噴射による燃料噴射量分を減量することを特徴とする請求項４記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段を更に備え、
前記噴射量設定手段は、前記水温検出手段により検出された前記エンジンの冷却水温が第１の所定温度よりも低いかどうかを判断する手段と、前記水温検出手段により検出された前記エンジンの冷却水温が前記第１の所定温度と同等以上の第２の所定温度よりも高いかどうかを判断する手段と、前記エンジンの冷却水温が前記第１の所定温度よりも低いと判断されたときは、前記アフター燃料噴射による燃料噴射量を増加させ、前記エンジンの冷却水温が前記第２の所定温度よりも高いと判断されたときは、前記アフター燃料噴射による燃料噴射量を減少させる手段とを有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項記載の燃焼制御装置。
【請求項１】
予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置において、
前記エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
第１のメイン燃料噴射を実施してから第２のメイン燃料噴射を実施するように、前記燃料噴射弁を制御する第１の噴射弁制御手段と、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記回転数検出手段により検出された前記エンジンの回転数が所定回転数よりも低く且つ前記負荷検出手段により検出された前記エンジンの負荷が所定負荷よりも低いかどうかを判断する判断手段と、
前記判断手段により前記エンジンの回転数が前記所定回転数よりも低く且つ前記エンジンの負荷が前記所定負荷よりも低いと判断されたときに、前記第２のメイン燃料噴射が実施された後に補助的なアフター燃料噴射を実施するように、前記燃料噴射弁を制御する第２の噴射弁制御手段とを備えることを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項２】
前記第２の噴射弁制御手段は、前記第２のメイン燃料噴射の実施によって前記燃焼室内に存在する燃料が高温酸化反応を生じている間に着火可能となる時期に前記アフター燃料噴射を実施するように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記第２の噴射弁制御手段は、前記アフター燃料噴射による燃料噴射量を設定する噴射量設定手段を有し、前記噴射量設定手段により設定された燃料噴射量に応じて前記アフター燃料噴射を実施するように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１または２記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記第２の噴射弁制御手段は、前記噴射量設定手段により前記アフター燃料噴射による燃料噴射量が設定されたときに、前記第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量を減量する噴射量減量手段を有することを特徴とする請求項３記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記噴射量減量手段は、前記第２のメイン燃料噴射による燃料噴射量から前記噴射量設定手段により設定された前記アフター燃料噴射による燃料噴射量分を減量することを特徴とする請求項４記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段を更に備え、
前記噴射量設定手段は、前記水温検出手段により検出された前記エンジンの冷却水温が第１の所定温度よりも低いかどうかを判断する手段と、前記水温検出手段により検出された前記エンジンの冷却水温が前記第１の所定温度と同等以上の第２の所定温度よりも高いかどうかを判断する手段と、前記エンジンの冷却水温が前記第１の所定温度よりも低いと判断されたときは、前記アフター燃料噴射による燃料噴射量を増加させ、前記エンジンの冷却水温が前記第２の所定温度よりも高いと判断されたときは、前記アフター燃料噴射による燃料噴射量を減少させる手段とを有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項記載の燃焼制御装置。
【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２０１３−６８１３４（Ｐ２０１３−６８１３４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６４５５（Ｐ２０１１−２０６４５５）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【特許番号】特許第５１５８２４５号（Ｐ５１５８２４５）
【特許公報発行日】平成２５年３月６日（２０１３．３．６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【特許番号】特許第５１５８２４５号（Ｐ５１５８２４５）
【特許公報発行日】平成２５年３月６日（２０１３．３．６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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