JP2005127224A - 多気筒内燃機関の燃料噴射時期制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときに、全ての気筒において燃料噴射時期を最適に維持する。
【解決手段】 第１の燃焼と第２の燃焼とを選択的に切り替える。第２の燃焼が行われるときにはｉ番気筒の燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）を第２の時期に設定し、第１の燃焼が行われるときには第２の時期よりも進角側に設定された第１の時期に設定する。第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときには、燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）を第２の時期から第１の時期まで徐々に進角する。燃焼による筒内圧の上昇幅ΔＰ（ｉ）が目標値ΔＰＴよりも大きいときには燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）の進角量を小さくし、筒内圧上昇幅ΔＰ（ｉ）が目標値ΔＰＴよりも小さいときには燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）の進角量を大きくする。
【選択図】 図１１

Description

本発明は多気筒内燃機関の燃料噴射時期制御方法に関する。

燃焼室内に供給される排気再循環ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される排気再循環ガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる多気筒内燃機関において、煤の発生量がピークとなる排気再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される排気再循環ガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される排気再循環ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り替え、第１の燃焼が行われるときには機関運転状態に応じて定まる第１の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定し、第２の燃焼が行われるときには機関運転状態に応じて定まる第２の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定し、第１の時期は第２の時期よりも進角側に定められており、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときには、燃料噴射時期を第２の時期から第１の時期まで徐々に進角するようにした内燃機関が公知である（特許文献１の請求項８等参照）。

詳しくは後述するが、第１の燃焼が行われるときには、スロットル開度が小さくされＥＧＲ弁開度が大きくされ、多量のＥＧＲガスと少量の新気のもとで燃焼が行われる。これに対し、第２の燃焼が行われるときには、スロットル開度が大きくされＥＧＲ弁開度が小さくされ、少量のＥＧＲガスと多量の新気のもとで燃焼が行われる。

このように、第１の燃焼と第２の燃焼とは燃焼形態が全く異なっており、第１の燃焼における最適な燃料噴射時期と第２の燃焼における最適な燃料噴射時期とは全く異なっている。即ち、第１の燃焼では燃焼が緩慢なものとなるので、第１の燃焼が行われるときの燃料噴射時期即ち第１の時期は第２燃焼が行われるときの燃料噴射時期即ち第２の時期よりも進角側に定められる。

ところで、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えるためにスロットル開度を大幅に減少しＥＧＲ弁開度を大幅に増大したとしても、実際に燃焼室内に供給される新気の量は急激に減少せず即ち徐々に減少し、燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量は急激に増大せず即ち徐々に増大する。このため、スロットル開度が大幅に減少されＥＧＲ弁開度が大幅に増大されたということでこのとき燃料噴射時期を第１の時期に設定すると即ち第２の時期よりも進角すると、このとき燃焼室内には未だ多量の新気が残存しているので、好ましくない燃焼騒音が発生するおそれがある。

そこで、上述した特許文献１に記載の内燃機関では、燃料噴射時期を第２の時期から第１の時期まで徐々に進角するようにしている。このようにすると、燃焼室内に供給される新気の量が徐々に減少しＥＧＲガス量が徐々に増大するのにつれて燃料噴射時期が徐々に進角され、従って第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときにも燃料噴射時期が最適時期に維持される。

特許第３０９４９９２号公報 特許第３０９２５９７号公報 特開２０００−５４８８９号公報

第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときに燃料噴射時期をどの程度進角させるべきかは例えば燃焼室内に実際に供給される新気の量がどれだけ減少しているかに依存する。しかしながら、この新気の量は気筒毎に異なっているおそれがある。そうすると、特許文献１に記載の内燃機関において、全ての気筒に対し共通の燃料噴射時期でもって燃料噴射するようにした場合には、各気筒において燃料噴射時期が最適に維持されているとは限らないということになる。

そこで本発明は、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときに、全ての気筒において燃料噴射時期を最適に維持することができる多気筒内燃機関の燃料噴射時期制御方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために１番目の発明によれば、燃焼室内に供給される排気再循環ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される排気再循環ガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる多気筒内燃機関において、煤の発生量がピークとなる排気再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される排気再循環ガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される排気再循環ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り替え、第１の燃焼が行われるときには機関運転状態に応じて定まる第１の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定し、第２の燃焼が行われるときには機関運転状態に応じて定まる第２の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定し、第１の時期は第２の時期よりも進角側に定められており、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときには、第２の時期から第１の時期まで徐々に進角する第３の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定すると共に各気筒の筒内圧を検出して該検出された筒内圧に基づき対応する気筒の燃料噴射時期を補正する、各段階を具備する燃料噴射時期制御方法が提供される。

また、２番目の発明によれば１番目の発明において、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときに燃焼による筒内圧の上昇幅が目標値よりも大きい気筒では燃料噴射時期の進角量を小さくし、燃焼による筒内圧の上昇幅が目標値よりも小さい気筒では燃料噴射時期の進角量を大きくしている。

第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときに、全ての気筒において燃料噴射時期を最適に維持することができる。

図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、吸気通路内又は筒内に直接燃料を噴射する火花点火式内燃機関に本発明を適用することもできる。

図１を参照すると、機関本体１は例えば４つの気筒１ａを有する。各気筒１ａはそれぞれ対応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に連結され、サージタンク３は吸気ダクト４を介して排気ターボチャージャ５のコンプレッサ６に連結される。吸気ダクト４内にはステップモータ７により駆動されるスロットル弁８が配置され、更に吸気ダクト４周りには吸気ダクト４内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置９が配置される。また、各気筒１ａは排気マニホルド１０及び排気管１１を介して排気ターボチャージャ５の排気タービン１２に連結され、排気タービン１２の出口は排気管１３を介して触媒コンバータ１４に連結される。

各気筒１ａの筒内には燃料噴射弁１５が配置され、これら燃料噴射弁１５は共通のコモンレール１６を介して吐出量可変の電気制御式燃料ポンプ１７に連結される。コモンレール１６にはコモンレール１６内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ（図示しない）が取付けられており、燃料圧センサの出力信号に基づいてコモンレール１６内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ１７の吐出量が制御される。

更に、各気筒１ａの筒内には、各気筒の筒内圧を検出するための筒内圧センサ１８が配置される。これら筒内圧センサ１８は例えばグロープラグと一体的に設けることができる。

排気マニホルド１０とサージタンク３とは再循環排気ガス（以下、ＥＧＲと称す）通路１９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１９内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２０が配置される。また、ＥＧＲ通路１９周りにはＥＧＲ通路１９内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２１が配置される。なお、図１に示される内燃機関では、＃１−＃３−＃４−＃２の順に燃焼が行われる。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、バックアップＲＡＭ（Ｂ−ＲＡＭ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。各筒内圧センサ１８の出力信号は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ６の入口に接続された吸気管４ａには吸入空気量を検出するためのエアフローメータ４０が取り付けられ、アクセルペダル（図示しない）にはアクセルペダルの踏み込み量を検出するための踏み込み量センサ４１が接続される。アクセルペダルの踏み込み量は要求負荷を表している。これらセンサ４０，４１の出力電圧も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。更に、入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば１０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４２の出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介してステップモータ７、燃料噴射弁１５、燃料ポンプ１７、及びＥＧＲ制御弁２０にそれぞれ接続される。

図１に示される内燃機関では、互いに異なる二つの燃焼即ち第１の燃焼と第２の燃焼とが選択的に切り替えられるようになっている。まずこのことについて説明する。

図２は燃料噴射時期をほぼ一定に維持したときのＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））とスモークの排出量との関係を示す実験結果の一例を表している。図２に示される例では、ＥＧＲ率を例えば３０パーセントから増大していくとスモークの排出量が増大を開始する。次いで、更にＥＧＲ率を高めるとスモークの発生量が急激に増大してピークに達する。更にＥＧＲ率を高めると今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセント以上とするとスモークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくなる。なお、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下限はＥＧＲガスの冷却度合や機関負荷に応じて変化する。

このようにＥＧＲ率をかなり高くすると、燃料は多量のＥＧＲガス即ち不活性ガス中に拡散した少量の酸素と反応し、燃焼することになる。この場合、燃焼熱は周りのＥＧＲガスに吸収されるために燃焼温度はさほど上昇しなくなり、燃料即ち炭化水素は煤まで成長しなくなる。言い換えると、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなるのである。また、燃焼温度が抑制されるのでこのときのＮＯ_Ｘの発生量もほぼゼロになっている。

そこで本発明による実施例では、煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率よりもＥＧＲ率が高くかつ煤及びＮＯ_Ｘがほとんど生成しないＥＧＲ率でもって燃焼を行うようにしている。これが第１の燃焼である。これに対し、第２の燃焼は従来より普通に行われている燃焼であり、煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率よりもＥＧＲ率が低くなっている。

従って、一般的に言うと、第１の燃焼とは煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことであり、第２の燃焼とは煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が少ない燃焼のことであるということになる。この場合、図１に示される内燃機関を、燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関から構成していると見ることができる。

機関負荷が低いときには発熱量が小さいので燃焼温度を低く維持できるけれども、機関負荷が高くなって発熱量が大きくなると燃焼温度を抑制することができなくなる。そこで本発明による実施例では、機関低負荷運転時には第１の燃焼を行い、機関高負荷運転時には第２の燃焼を行うようにしている。

図３は第１の燃焼が行われる第１の運転領域Ｉと、第２の燃焼が行われる第２の燃焼領域ＩＩとを示している。図３においてＬＸ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第１の境界を示しており、ＬＹ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第２の境界を示している。第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩへの運転領域の変化判断は第１の境界ＬＸ（Ｎ）に基づいて行われ、第２の運転領域ＩＩから第１の運転領域Ｉへの運転領域の変化判断は第２の境界ＬＹ（Ｎ）に基づいて行われる。即ち、機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにあって第１の燃焼が行われているときに要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第１の境界ＬＸ（Ｎ）を越えると運転領域が第２の運転領域ＩＩに移ったと判断され、第２の燃焼に切り替えられる。次いで要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第２の境界ＬＹ（Ｎ）よりも低くなると運転領域が第１の運転領域Ｉに移ったと判断され、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられる。

次に、図４を参照しつつ第１の運転領域Ｉ及び第２の運転領域ＩＩにおける運転制御について概略的に説明する。図４は要求負荷Ｌに対するスロットル弁８の開度、ＥＧＲ制御弁２０の開度、ＥＧＲ率、空燃比、燃料噴射時期及び燃料噴射量を示している。

第１の燃焼が行われる第１の運転領域Ｉでは、図４に示されるようにスロットル弁８の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから２／３開度程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ制御弁２０の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。図４に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントとされており、空燃比はわずかばかりリーンな空燃比とされている。

この場合、空燃比が目標となるリーン空燃比に一致するようにスロットル弁８及びＥＧＲ制御弁２０が制御される。空燃比を目標となるリーン空燃比に一致させるのに必要なスロットル弁８の開度ＳＴ及びＥＧＲ制御弁２０の開度ＳＥは要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として予め求められており、図５（Ａ），（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

また、第１の運転領域Ｉでは要求負荷Ｌが高くなるにつれて燃料噴射量が増大される。更に、第１の運転領域Ｉでは圧縮上死点ＴＤＣ前に燃料噴射が行われ、燃料噴射開始時期θＳ及び燃料噴射完了時期θＥは要求負荷Ｌが高くなるにつれて遅角される。この場合の燃料噴射量ＱＦ及び燃料噴射開始時期θＳは要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として予め求められており、図５（Ｃ），（Ｄ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

要求負荷Ｌが高くなって機関の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩに変わると第１の燃焼から第２の燃焼に切り替えられ、このときスロットル弁８の開度が２／３開度程度から全開方向へステップ状に増大せしめられる。この場合図４に示す例では、ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ率範囲（図２）を飛び越えるようにＥＧＲ率がほぼ７０パーセントから４０パーセント以下までステップ状に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされる。

第２の運転領域ＩＩでは上述したように第２の燃焼、即ち従来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では煤及びＮＯ_ｘが若干発生するが第１の燃焼に比べて熱効率は高く、従って機関の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩに変わると図４に示されるように燃料噴射量がステップ状に低減せしめられる。また、第２の運転領域ＩＩではスロットル弁８は一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁２０の開度は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さくされる。更に、この運転領域ＩＩではＥＧＲ率は要求負荷Ｌが高くなるほど低くなり、空燃比は要求負荷Ｌが高くなるほど小さくなる。ただし、空燃比は要求負荷Ｌが高くなってもリーン空燃比とされる。

第２の運転領域ＩＩでも、空燃比が目標となるリーン空燃比に一致するようにスロットル弁８及びＥＧＲ制御弁２０が制御される。空燃比を目標となるリーン空燃比に一致させるのに必要なスロットル弁８の開度ＳＴ及びＥＧＲ制御弁２０の開度ＳＥは要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として予め求められており、図６（Ａ），（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

また、第２の運転領域ＩＩでも要求負荷Ｌが高くなるにつれて燃料噴射量ＱＦが増大される。更に、第２の運転領域ＩＩでは圧縮上死点ＴＤＣ付近で燃料噴射が行われる。第２の運転領域ＩＩにおける燃料噴射量ＱＦ及び燃料噴射開始時期θＳは要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として予め求められており、図５（Ｃ），（Ｄ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

従って一般的に言うと、第１の燃焼が行われるときには機関運転状態に応じて定まる第１の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定し、第２の燃焼が行われるときには機関運転状態に応じて定まる第２の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定しているということになる。この場合、第１の時期は第２の時期よりも進角側に定められている。

要求負荷Ｌが低くなって機関の運転領域が第２の運転領域ＩＩから第１の運転領域Ｉに変わると第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられ、スロットル弁８の開度が全閉方向へステップ状に減少せしめられ、ＥＧＲ率がステップ状に増大せしめられ、空燃比がステップ状に小さくされる。

この場合、冒頭で述べたように、燃料噴射時期例えば燃料噴射開始時期θＳをステップ状に進角させるのは好ましくない。また、燃料噴射量ＱＦをステップ状に減少させるのも好ましくない。燃焼室内に供給される新気の量は徐々に減少するので燃料噴射量ＱＦを急激に少なくすると失火するおそれがあるからである。

そこで本発明による実施例では、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えるときには燃料噴射開始時期θＳを徐々に進角させ、燃料噴射量ＱＦを徐々に減少させるようにしている。このことを図７から図１０を参照しながら説明する。

図７は矢印Ｘで示される時期に要求負荷Ｌが第２の境界ＬＹ（Ｎ）を越えて低下したときの、吸入空気量Ｇａ並びにｉ番気筒（ｉ＝１，２，３，４）の燃料噴射量ＱＦ（ｉ）及び燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）の変化を概略的に示している。なお、本発明による実施例では、気筒毎に燃料噴射量及び燃料噴射開始時期が算出される。

図７に示されるように、要求負荷Ｌが第２の境界ＬＹ（Ｎ）よりも低くなると（矢印Ｘ）上述したようにスロットル弁８の開度ＳＴがステップ状に減少され、しかしながら吸入空気量Ｇａはただちに減少しない。この場合、本発明による実施例では各気筒の燃料噴射量ＱＦ（ｉ）及び燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）は図６（Ｃ），（Ｄ）に示されるマップからそれぞれ算出される。従って、第２の燃焼が継続して行われることになる。

次いで、図７に矢印Ｙで示されるように吸入空気量Ｇａが予め定められたしきい値ＧａＩを越えて減少すると、燃料噴射量ＱＦ（ｉ）が徐々に減少され始め、燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）も徐々に進角され始める。次いで、矢印Ｚで示される時期になると第２の燃焼から第１の燃焼への切り替えが完了し、この場合には燃料噴射量ＱＦ（ｉ）及び燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）は図５（Ｃ），（Ｄ）に示されるマップからそれぞれ算出される。

燃料噴射量ＱＦ（ｉ）及び燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）を徐々に変化させるには様々な方法がある。本発明による実施例では、次のようにして燃料噴射量ＱＦ（ｉ）が徐々に減少される。即ち、減少分ΔＱＦが機関運転状態例えば要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎに基づいて算出され、燃料噴射量ＱＦ（ｉ）はこの減少分ΔＱＦずつ減少される（ＱＦ（ｉ）＝ＱＦ（ｉ）−ΔＱＦ）。この減少分ΔＱＦは要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として求められており、図８（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

一方、燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）は本発明による実施例では次のようにして徐々に進角される。即ち、この場合の燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）は例えば次式により算出される。

θＳ（ｉ）＝θＳＢ（ｉ）・ｋ（ｉ）
ここで、θＳＢ（ｉ）はｉ番気筒の基本燃料噴射開始時期を、ｋ（ｉ）はｉ番気筒の補正係数を、それぞれ表している。

補正係数ｋ（ｉ）はｉ番気筒の燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）を最適にするためのものであり、補正する必要がないときには１．０とされる。

一方、基本燃料噴射開始時期θＳＢ（ｉ）は燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）が徐々に進角される直前の値から進角分ΔθＳずつ進角される（θＳＢ＝θＳＢ（ｉ）＋ΔθＳ）。燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）の最適な単位時間当たりの進角量は例えば燃焼室内に供給される新気の単位時間当たりの減少量又はＥＧＲガスの単位時間当たりの増大量に依存し、新気の単位時間当たりの減少量及びＥＧＲガスの単位時間当たりの増大量は機関運転状態に依存する。そこで本発明による実施例では、進角分ΔθＳを機関運転状態に基づいて求めるようにしている。この進角分ΔθＳは機関運転状態例えば要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として求められており、図８（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

ところが、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときに新気がどのように減少していきＥＧＲガスがどのように増大していくかはサージタンク３における吸気ダクト４の流出端の位置やＥＧＲ通路１９の流出端の位置などに応じて気筒毎に異なるおそれがある。このため、燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）を例えば進角分ΔθＳずつ進角すると進角量が最適量よりも大きかったり小さかったりするおそれがある。

図９（Ａ）は進角量が最適量よりも大きい場合の筒内圧Ｐを示しており、この場合燃焼による筒内圧Ｐの上昇幅ΔＰないし発熱量が目標値よりも大きくなる。その結果、好ましくない燃焼騒音が発生するおそれがある。これに対し、図９（Ｂ）は進角量が最適量よりも小さい場合の筒内圧Ｐを示しており、この場合には燃焼による筒内圧Ｐの上昇幅ΔＰが目標値よりも小さくなり、失火するおそれがある。なお、図９（Ａ），（Ｂ）に破線で示されるのは進角量が最適量に一致し燃焼による筒内圧Ｐの上昇幅が目標値に一致している場合の筒内圧Ｐである。

そこで本発明による実施例では、各気筒の筒内圧の上昇幅ΔＰ（ｉ）（ｉ＝１，２，３，４）を検出し、各気筒において燃焼による筒内圧上昇幅ΔＰ（ｉ）が目標値に一致するのに必要な補正係数ｋ（ｉ）をこの上昇幅ΔＰ（ｉ）に基づき求め、この補正係数ｋ（ｉ）でもって基本燃料噴射開始時期θＳＢ（ｉ）を補正するようにしている。

具体的には、補正係数ｋ（ｉ）は例えば筒内圧上昇幅ΔＰ（ｉ）と筒内圧上昇幅の目標値ΔＰＴとの比の形で求められる（ｋ（ｉ）＝ΔＰＴ／ΔＰ（ｉ））。この筒内圧上昇幅の目標値ΔＰＴは機関運転状態例えば要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として求められており、図１０に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

図１１（Ａ）に示されるように筒内圧上昇幅ΔＰ（ｉ）が目標値ΔＰＴよりも大きくなると、補正係数ｋ（ｉ）が１．０よりも小さくなるので燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）の進角量が小さくされる。これに対し、図１１（Ｂ）に示されるように筒内圧上昇幅ΔＰ（ｉ）が目標値ΔＰＴよりも小さくなると、補正係数ｋ（ｉ）が１．０よりも大きくなるので燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）の進角量が大きくされる。このようにして筒内圧上昇幅ΔＰ（ｉ）が目標値ΔＰＴに一致せしめられる。なお、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは図７と同様であるので説明を省略する。

従って、基本燃料噴射開始時期θＳＢ（ｉ）を第３の時期と考えれば、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときには、第２の時期から第１の時期まで徐々に進角する第３の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定すると共に各気筒の筒内圧を検出してこの検出された筒内圧に基づき対応する気筒の燃料噴射時期を補正しているということになる。

図１２は本発明による運転制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。

図１２を参照すると、まず初めにステップ１００において機関の運転領域が第１の運転領域Ｉであることを示すフラグＩがセットされているか否かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運転領域が第１の運転領域Ｉにあるときにはステップ１０１に進んで要求負荷Ｌが図３に示す第１の境界ＬＸ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。

Ｌ≦ＬＸ（Ｎ）のときにはステップ１０２に進んで第１の燃焼を行うためにスロットル弁８が制御される。即ち、図５（Ａ）のマップから第１の燃焼のためのスロットル弁８の開度ＳＴが算出され、開度がこの開度ＳＴになるようにスロットル弁８が駆動される。続くステップ１０３では第１の燃焼を行うためにＥＧＲ制御弁２０が制御される。即ち、図５（Ｂ）のマップから第１の燃焼のためのＥＧＲ制御弁２０の開度ＳＥが算出され、開度がこの開度ＳＥになるようにＥＧＲ制御弁２０が駆動される。

ステップ１０１においてＬ＞ＬＸ（Ｎ）になったと判断されるとステップ１０４に進んでフラグＩがリセットされる。次いでステップ１０７に進んで第２の燃焼を行うためにスロットル弁８が制御される。即ち、図６（Ａ）のマップから第２の燃焼のためのスロットル弁８の開度ＳＴが算出され、開度がこの開度ＳＴになるようにスロットル弁８が駆動される。続くステップ１０８では第２の燃焼を行うためにＥＧＲ制御弁２０が制御される。即ち、図６（Ｂ）のマップから第２の燃焼のためのＥＧＲ制御弁２０の開度ＳＥが算出され、開度がこの開度ＳＥになるようにＥＧＲ制御弁２０が駆動される。

一方、ステップ１００においてフラグＩがリセットされていると判断されたとき、即ち機関の運転領域が第２の運転領域ＩＩにあるときにはステップ１０５に進んで要求負荷Ｌが図３に示す第２の境界ＬＹ（Ｎ）よりも小さくなったか否かが判別される。Ｌ≧ＬＹ（Ｎ）のときにはステップ１０７に進む。これに対してＬ＜ＬＹ（Ｎ）になるとステップ１０６に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ１０２に進む。

図１３及び図１４は本発明による実施例の燃料噴射制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割り込みによって実行される。

図１３及び図１４を参照すると、まずステップ１２０ではｉ番気筒（ｉ＝１，２，３，４）の算出時期になったか否かが判別される。本発明による実施例では、各気筒において例えば圧縮上死点前６０度程度に予め定められている算出時期になると、燃料噴射パラメータ即ち燃料噴射時期及び燃料噴射量が算出されるようになっている。ｉ番気筒の算出時期でないときには処理サイクルを終了し、ｉ番気筒の算出時期になると次いでステップ１２１に進み、上述したフラグＩがセットされているか否かが判別される。フラグＩがリセットされているとき即ち第２の燃焼を行うべきときには次いでステップ１２２に進み、図６（Ｃ）のマップから第２の燃焼のための燃料噴射量ＱＦが算出され、このＱＦがｉ番気筒の燃料噴射量ＱＦ（ｉ）とされる。続くステップ１２３では図６（Ｄ）のマップから第２の燃焼のための燃料噴射開始時期θＳが算出され、このθＳがｉ番気筒の燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）とされる。続くステップ１２４ではステップ１２３で算出された燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）がθＳＢ（ｉ）として記憶される。続くステップ１２５ではｉ番気筒で燃料噴射が行われる。即ち、ｉ番気筒において燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）になると燃料がＱＦ（ｉ）だけ噴射される。

これに対し、フラグＩがセットされているとき即ち第１の燃焼を行うべきときにはステップ１２１からステップ１２６に進み、吸入空気量Ｇａがしきい値ＧａＩよりも少ないか否かが判別される。Ｇａ≧ＧａＩのときにはステップ１２２からステップ１２５に進む。

一方、Ｇａ＜ＧａＩになると次いでステップ１２７に進み、第２の燃焼から第１の燃焼への切替が完了したか否かが判別される。例えば、燃焼噴射開始時期θＳ（ｉ）が予め定められたしきい値よりも進角されると第２の燃焼から第１の燃焼への切替が完了したと判断することができる。第２の燃焼から第１の燃焼への切替が完了していないと判断されたときには次いでステップ１２８に進み、減少分ΔＱＦが図８（Ａ）のマップから算出される。続くステップ１２９ではｉ番気筒の燃料噴射量ＱＦ（ｉ）が減少分ΔＱＦだけ減少せしめられる（ＱＦ（ｉ）＝ＱＦ（ｉ）−ΔＱＦ）。続くステップ１３０では進角分ΔθＳが図８（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１３１ではｉ番気筒の基本燃料噴射開始時期θＳＢ（ｉ）がΔθＳだけ進角せしめられる（θＳＢ（ｉ）＝θＳＢ（ｉ）＋ΔθＳ）。

続くステップ１３２では、ｉ番気筒の先の燃焼における筒内圧上昇幅ΔＰ（ｉ）が筒内圧センサ１８の出力に基づいて算出される。続くステップ１３３では図１０のマップから筒内圧上昇幅の目標値ΔＰＴが算出される。続くステップ１３４ではｉ番気筒の補正係数ｋ（ｉ）が算出される（ｋ（ｉ）＝ΔＰＴ／ΔＰ（ｉ））。続くステップ１３５ではｉ番気筒の燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）が算出される（θＳ（ｉ）＝θＳＢ（ｉ）・ｋ（ｉ））。次いでステップ１２５に進み、ｉ番気筒において燃料噴射が行われる。

第２の燃焼から第１の燃焼への切替が完了したと判断されるとステップ１２７からステップ１３６に進み、図５（Ｃ）のマップから第１の燃焼のための燃料噴射量ＱＦが算出され、このＱＦがｉ番気筒の燃料噴射量ＱＦ（ｉ）とされる。続くステップ１３７では図５（Ｄ）のマップから第１の燃焼のための燃料噴射開始時期θＳが算出され、このθＳがｉ番気筒の燃料噴射開始時期θＳ（ｉ）とされる。次いでステップ１２５に進んでｉ番気筒において燃料噴射が行われる。

内燃機関の全体図である。 ＥＧＲ率とスモークの排出量との関係を示す線図である。 第１の運転領域及び第２の運転領域を示す線図である。 第１の燃焼及び第２の燃焼を説明するための図である。 第１の燃焼のためのパラメータを示す線図である。 第２の燃焼のためのパラメータを示す線図である。 本発明による実施例を説明するための図である。 燃料噴射量の減少分及び燃料噴射開始時期の進角分を示す線図である。 筒内圧を示す図である。 筒内圧上昇幅の目標値を示す線図である。 本発明による実施例を説明するための図である。 本発明による実施例の運転制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明による実施例の燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明による実施例の燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１…機関本体
１５…燃料噴射弁
１８…筒内圧センサ

Claims (2)

1. 燃焼室内に供給される排気再循環ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される排気再循環ガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる多気筒内燃機関において、煤の発生量がピークとなる排気再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される排気再循環ガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される排気再循環ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り替え、第１の燃焼が行われるときには機関運転状態に応じて定まる第１の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定し、第２の燃焼が行われるときには機関運転状態に応じて定まる第２の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定し、第１の時期は第２の時期よりも進角側に定められており、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときには、第２の時期から第１の時期まで徐々に進角する第３の時期に各気筒の燃料噴射時期を設定すると共に各気筒の筒内圧を検出して該検出された筒内圧に基づき対応する気筒の燃料噴射時期を補正する、各段階を具備する燃料噴射時期制御方法。
2. 第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられるときに燃焼による筒内圧の上昇幅が目標値よりも大きい気筒では燃料噴射時期の進角量を小さくし、燃焼による筒内圧の上昇幅が目標値よりも小さい気筒では燃料噴射時期の進角量を大きくする請求項１に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射時期制御方法。

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