JP2007303302A - 圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードの切換時の燃焼騒音やトルク変動の発生を好適に抑制することを課題とする。
【解決手段】本発明は、上記した課題を解決するために、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードの切換時に、気筒内の酸素濃度を推定又は測定し、その酸素濃度に応じてパイロット噴射量および／またはメイン噴射時期を最適化することにより、燃料の過早着火及び失火による燃焼騒音の発生やトルク変動の発生を抑制するようにした。
【選択図】図７

Description

本発明は、気筒内へ吸入される空気量及びＥＧＲガス量が大きく異なる２つの運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関の燃焼制御技術に関する。

車両などに搭載される内燃機関として、予混合燃焼運転モードと拡散燃焼運転モードを切り換え可能な圧縮着火式内燃機関が知られている。内燃機関が予混合燃焼運転される場合は、気筒内の燃料が所望の着火時期（例えば、圧縮上死点近傍）よりも早く着火（過早着火）し易いため、拡散燃焼運転時に比して多量のＥＧＲガスを気筒内へ導入する必要がある。

但し、拡散燃焼運転と予混合燃焼運転との切り換え時には、運転モードの切換動作に対してＥＧＲガス量の変化が追従できないため、燃焼騒音やトルク変動の発生し易いという問題があった。

これに対し、従来では、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードの切換時に気筒内へ実際に吸入される空気量と目標空気量との偏差に応じて燃料噴射時期や燃料噴射量を調整する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００４−１２４７３２号公報 特開２００５−２３３１０７号公報 特開２００３−２７９９７号公報

ところで、気筒内に吸入される空気量及びＥＧＲガス量を急速に変化させる場合に発生する燃焼騒音やトルク変動は、気筒内の空気量より寧ろ気筒内の酸素濃度に因ることが解った。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードの切換時のように気筒内へ吸入される空気量及びＥＧＲガス量を急速に変化させる必要がある時の燃焼騒音やトルク変動の発生を好適に抑制することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、気筒内に吸入される空気量及びＥＧＲガス量が異なる２つの運転モードを燃料噴射パラメータの変更により切り換える圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムにおいて、運転モードの切換時に気筒内の酸素濃度を取得する取得手段と、取得手段により取得された酸素濃度に基づいて燃料噴射パラメータを変更する制御手段と、を備えるようにした。

内燃機関の運転モードが切り換えられる時には、燃料噴射パラメータの変更に加えて気筒内へ吸入される空気量及びＥＧＲガス量を変更する必要がある。但し、気筒内へ吸入される空気量及びＥＧＲガス量の変化は、燃料噴射パラメータの変化に追従することができない。

このため、気筒内へ実際に吸入される空気量及びＥＧＲガス量に対して燃料噴射パラメータが不適当になる場合がある。このような場合には、燃料の着火時期や燃焼速度が急速
に変化して燃焼騒音やトルク変動を誘発する可能性がある。

これに対し、運転モード切換時に気筒内へ実際に吸入される空気量および／またはＥＧＲガス量に基づいて燃料噴射パラメータの変更を行う方法が考えられる。しかしながら、本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、運転モード切換時における燃焼騒音やトルク変動の発生は、気筒内へ吸入される空気量及びＥＧＲガス量よりも気筒内の酸素濃度との相関が高いことが解った。

そこで、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムは、運転モード切換時に気筒内の酸素濃度（以下、「筒内酸素濃度」と称する）を取得し、取得された筒内酸素濃度に応じて燃料噴射パラメータの変更を行うようにした。

このような圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムによれば、燃焼騒音やトルク変動との相関が高い筒内酸素濃度に基づいて燃料噴射パラメータが最適化されるため、燃焼騒音やトルク変動の発生を抑制することが可能となる。

本発明は、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードを切換可能な圧縮着火式内燃機関に好適である。

拡散燃焼運転モードにおいて気筒内へ吸入される空気量及びＥＧＲガス量と予混合燃焼運転モードにおいて気筒内へ吸入される空気量及びＥＧＲガス量とは大きく相違する。従って、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードの切換時には、筒内酸素濃度が一方の運転モードに適した濃度から他方の運転モードに適した濃度へ変化するまでに応答遅れが生じる。

そこで、上記した応答遅れ期間における燃料噴射パラメータが筒内酸素濃度に応じて決定されると、燃料の着火時期や燃焼速度の急速な変化が抑制されるため、燃焼騒音やトルク変動が発生し難くなる。

尚、拡散燃焼運転モードの燃料噴射パターンとしては、圧縮上死点近傍におけるメイン噴射とメイン噴射より早期のパイロット噴射とを組み合わせたパターンが一般的である。一方、予混合燃焼運転時の燃料噴射パターンとしては、圧縮上死点より早期にメイン噴射を行うパターンが一般的である。

上記したような拡散燃焼運転モードの燃料噴射パターンと予混合燃焼運転モードの燃料噴射パターンとでは、燃料噴射回数（パイロット噴射の有無）とメイン噴射の噴射時期（メイン噴射時期）が異なる。そこで、上記応答遅れ期間において筒内酸素濃度に基づいて変更される燃料噴射パラメータとしては、パイロット噴射量とメイン噴射時期が好適である。

パイロット噴射量とメイン噴射時期の変更方法としては、上記した応答遅れ期間において筒内酸素濃度が所定濃度以下である時はパイロット噴射量を零にするとともにメイン噴射時期を筒内酸素濃度に応じて変更し、筒内酸素濃度が所定濃度より高い時はメイン噴射時期を固定するとともにパイロット噴射量を筒内酸素濃度に応じて増減させる方法を例示することができる。

前記した所定濃度は、パイロット噴射された燃料（以下、「パイロット燃料」と称する）が失火しない最低の筒内酸素濃度に相当する。すなわち、筒内酸素濃度がパイロット燃料の着火可能な範囲にある時はメイン噴射時期を固定しつつパイロット噴射量を筒内酸素濃度に比例して増減させ、筒内酸素濃度がパイロット燃料の着火不可能な範囲にある時は
パイロット噴射量を零（パイロット噴射を停止）に固定しつつメイン噴射時期を筒内酸素濃度に比例して進角又は遅角させる。

このような方法によれば、上記した応答遅れ期間においてパイロット噴射量とメイン噴射時期が筒内酸素濃度の変化に応じて徐変されるため、燃料の着火時期や燃焼速度が急速に変化し難くなる。その結果、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードの切換時における燃焼騒音やトルク変動の発生を抑制することが可能になる。

尚、筒内酸素濃度がパイロット燃料の着火可能な範囲にある時に、パイロット噴射量とメイン噴射時期の双方を筒内酸素濃度に応じて同時に変更する方法も考えられるが、その際にパイロット噴射終了時期とメイン噴射開始時期の間隔（所謂「パイロットインターバル」）が変化してしまうと、噴射圧力の変動或いは脈動によりパイロット噴射量やメイン噴射量のばらつき等が発生する可能性があるため望ましいとは言えない。

また、パイロット噴射量のみが増減されると総燃料噴射量（メイン噴射量とパイロット噴射量の総和）が変化して内燃機関のトルクが目標値から逸脱する可能性があるため、パイロット噴射量の増減分がメイン噴射量に加算されるようにしてもよい。

本発明によれば、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードの切り換え時のように気筒内へ吸入される空気量及びＥＧＲガス量を急速に変化させる必要がある時に、燃焼騒音やトルク変動の発生を好適に抑制することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図１〜図８に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、予混合燃焼運転モードと拡散燃焼運転モードを適宜切り換え可能な圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。

内燃機関１は、各気筒２内へ直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁３と、各気筒２内へ空気を導く吸気通路４とを備えている。吸気通路４の途中には、ターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５０とインタークーラ６が配置されている。

コンプレッサハウジング５０により過給された吸気は、インタークーラ６で冷却された後に各気筒２内へ導かれるようになっている。各気筒２内へ導かれた吸気は、燃料噴射弁３から噴射された燃料とともに気筒２内で着火及び燃焼される。

各気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気通路７へ排出される。排気通路７へ排出された排気は、排気通路７の途中に配置されたタービンハウジング５１及び排気浄化装置８を経由して大気中へ放出される。

前記の排気浄化装置８としては、酸化能とＮＯｘ吸蔵能を有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、酸化能とＰＭ捕集能を有するパティキュレートフィルタ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタ、或いは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とパティキュレートフィルタが直列に配置されたもの等を例示することができる。

前記した吸気通路４のインタークーラ６より下流の部位と排気通路７のタービンハウジング５１より上流の部位は、ＥＧＲ通路９により相互に接続されている。ＥＧＲ通路９の途中には、該ＥＧＲ通路９を流れる排気（以下、「ＥＧＲガス」と称する）の流量を調節
するＥＧＲ弁１０と、該ＥＧＲ通路９を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１１が配置されている。

また、吸気通路４においてインタークーラ６より下流且つＥＧＲ通路９の接続部より上流の部位には吸気絞り弁１２が配置されている。

上記した燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、及び、吸気絞り弁１２は、ＥＣＵ１３によって電気的に制御される。ＥＣＵ１３は、吸気通路４に配置されたエアフローメータ１４の測定値、排気浄化装置８より下流の排気通路７に配置された空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）１５の測定値、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサ１６の測定値、及びアクセルポジションセンサ１７の測定値などに基づいて、燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、及び吸気絞り弁１２を制御する。

例えば、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の負荷（アクセルポジションセンサ１７の出力信号（アクセル開度））Ａｃｃｐ及び機関回転数Ｎｅから定まる機関運転状態に応じて内燃機関１の運転モードを切り換える。

図２は、機関運転状態と運転モードとの関係を規定したマップである。ＥＣＵ１３は、機関運転状態が図２の予混合燃焼運転領域にある時は、内燃機関１を予混合燃焼運転モードで運転させる。一方、機関運転状態が図２の拡散燃焼運転領域にある時は、ＥＣＵ１３は内燃機関１を拡散燃焼運転モードで運転させる。

予混合燃焼運転モードと拡散燃焼運転モードとの切り換えは、燃料噴射パラメータを変更することによって行われる。その際の燃料噴射パラメータとしては、パイロット噴射量とメイン噴射時期とを例示することができる。

内燃機関１が予混合燃焼運転モードで運転させられる場合には、ＥＣＵ１３は、図３に示すように、パイロット噴射量を零に設定（パイロット噴射を停止）するとともにメイン噴射時期を圧縮上死点より早い時期（圧縮行程の初期又は中期）に設定する。

一方、内燃機関１が拡散燃焼運転モードで運転させられる場合には、ＥＣＵ１３は、図４に示すように、パイロット噴射量を零より多い量に設定（パイロット噴射を実行）するとともにメイン噴射時期を圧縮上死点近傍に設定する。

ところで、内燃機関１が予混合燃焼運転モードで運転される場合は、燃料噴射弁３からメイン噴射された燃料が予混合気を形成する前に過早着火する可能性があった。これに対し、従来では予混合燃焼運転モード時に気筒２内へ吸入されるＥＧＲガス量を拡散燃焼運転モード時に比して十分に多くすることにより、燃料の過早着火を抑制している。

しかしながら、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードが切り換えられる場合は、上記の燃料噴射パラメータ（パイロット噴射量及びメイン噴射時期）を即座に変更することは可能であるが、気筒２内へ吸入されるＥＧＲガス量や空気量を即座に変更することはできない。

このため、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードの切換時には、気筒２内に吸入される空気量やＥＧＲガス量に対して燃料噴射パラメータが不適当になる場合がある。このような場合には、燃料の着火時期や燃焼速度が急変して燃焼騒音やトルク変動を誘発する可能性がある。

これに対し、本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、拡散燃焼運転モードと予
混合燃焼運転モードの切換時における燃料の着火時期及び燃焼速度は、気筒２内の酸素濃度（筒内酸素濃度）が大きく影響することが解った。そこで、本実施例では、拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードとの切換が行われる過渡時に筒内酸素濃度を取得し、取得された筒内酸素濃度に応じて燃料噴射パラメータを変更するようにした。

以下、本実施例における燃焼制御方法について具体的に述べる。

（拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへの切換）
先ず、内燃機関１の運転モードが拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへ切り換えられる場合の燃料噴射パラメータの変更方法について述べる。

内燃機関１の運転モードが拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへ切り換えられる場合は、パイロット噴射量を零（パイロット噴射を停止）にするとともにメイン噴射時期を大幅に進角させる必要がある。

しかしながら、筒内酸素濃度が十分に低下していない時にパイロット噴射量が零とされ（パイロット噴射停止）且つメイン噴射時期が予混合燃焼運転モード用の目標噴射時期に進角させられると、燃料の着火時期が早まるとともに着火後の燃焼速度が上昇するため、燃焼騒音やトルク変動が発生し易くなる。

このため、内燃機関１の運転モードが拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへ切り換えられる場合には、筒内酸素濃度の変化に応じて燃料噴射パラメータが変更されることが好ましい。

筒内酸素濃度を求める方法としては、吸入空気量、過給圧、吸気温度、ＥＧＲガスの輸送遅れ等から推定演算する方法、インテークマニフォルド又は吸気ポートに取り付けられた酸素濃度センサにより直接測定する方法を例示することができる。

燃料噴射パラメータの変更方法としては、（１）パイロット噴射を直ちに停止するとともにメイン噴射時期を筒内酸素濃度が低下するほど進角させる方法、（２）筒内酸素濃度が低下するほどパイロット噴射量を減少させると同時にメイン噴射時期を進角させる方法等が考えられる。

上記した（１）の方法では、パイロット噴射量が急変することにより、メイン噴射された燃料の着火時期や燃焼速度も急変する可能性がある。上記した（２）の方法では、筒内酸素濃度が十分に低下していない時にメイン噴射時期が進角することにより、メイン噴射された燃料が過早着火する可能性がある。更に、上記した（２）の方法では、パイロットインターバルが変化する場合があり、そのような場合にはパイロット噴射及びメイン噴射の噴射圧や噴射量が不安定になる可能性もある。

従って、パイロット噴射量の大幅な変更、筒内酸素濃度が高い時のメイン噴射時期の変更、パイロット噴射量とメイン噴射時期の同時変更は、好ましいとは言えない。

そこで、ＥＣＵ１３は、筒内酸素濃度がある程度低下するまではメイン噴射時期を変更せずにパイロット噴射量のみを変更し、筒内酸素濃度がある程度低下した後はパイロット噴射を停止させてメイン噴射時期のみを変更するようにした。

以下、拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへの切換時における燃焼噴射パラメータの変更手順について図５に沿って説明する。図５は、拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへの切換時における燃料噴射パラメータの変更手順を示すタイミングチ
ャートである。

内燃機関１の運転状態（アクセル開度Ａｃｃｐ及び機関回転数Ｎｅ）が前述した図２の拡散燃焼運転領域から予混合燃焼運転へ移行すると、ＥＣＵ１３は、気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量を所望量まで増加させるべくＥＧＲ弁１０の開度を増加させる。すなわち、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲ弁１０の開度を拡散燃焼運転モード用の目標開度Ｏｅｇｒｄから予混合燃焼運転モード用の目標開度Ｏｅｇｒｈへ変更する。

ＥＧＲ弁１０の開度が拡散燃焼運転モード用の目標開度Ｏｅｇｒｄから予混合燃焼運転モード用の目標開度Ｏｅｇｒｈへ切り換えられた時（図５中のｔ１）から筒内酸素濃度が変化し始めるまで（図５中のｔ２）には応答遅れが生じる。

筒内酸素濃度が拡散燃焼運転モード用の目標濃度ｒｏｘｃｄから低下し始めると（図５中のｔ２）、ＥＣＵ１３は、メイン噴射時期を拡散燃焼運転モード用の目標噴射時期Ｍｄに固定しつつパイロット噴射量の減量補正を開始する。

その際の補正量は、筒内酸素濃度が低くなるほどパイロット噴射量が少なくなるように定められる。詳細には、ＥＣＵ１３は、現時点の筒内酸素濃度と予混合燃焼運転モード用の目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｈとの差△Ｏ２を演算し、前記差△Ｏ２が小さくなるほど補正量を多くする（言い換えれば、前記差△Ｏ２が大きくなるほど補正量を少なくする）。

また、パイロット噴射量の減量補正により総燃料噴射量（パイロット噴射量とメイン噴射量との和）が減少すると、内燃機関１の発生トルクが減少するため、パイロット噴射量の減量分をメイン噴射量に加算する。

その後、筒内酸素濃度が所定濃度Ａｒｏｘｃ以下に低下すると（図５中のｔ３）、ＥＣＵ１３は、パイロット噴射を停止（パイロット噴射量＝０）するとともに、メイン噴射時期を拡散燃焼運転時の目標噴射時期Ｍｄから予混合燃焼運転時の目標噴射時期Ｍｈへ徐々に進角させる。

その際の進角量は、筒内酸素濃度が低くなるほど多くされる。詳細には、ＥＣＵ１３は、現時点の筒内酸素濃度と予混合燃焼運転モード用の目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｈとの差Ｏ２が小さくなるほど進角量を多くする（言い換えれば、前記差Ｏ２が大きくなるほど進角量を少なくする）。

上記した所定濃度Ａｒｏｘｃは、パイロット噴射された燃料が失火しない最低の筒内酸素濃度であり、予め実験的に求められている。

筒内酸素濃度が予混合燃焼運転モード用の目標濃度ｒｏｘｃｈまで低下すると（図５中のｔ４）、ＥＣＵ１３は、メイン噴射時期の進角を停止させるとともに、メイン噴射時期を予混合燃焼運転モード用の目標噴射時期Ｍｈに制御する。

以上述べた手順により拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへの切り換えが行われると、筒内酸素濃度の変化に応じて燃料噴射パラメータが変更されるため、燃料の着火時期や燃焼速度の急速な変動が抑制される。その結果、内燃機関１の燃焼騒音やトルク変動が発生し難くなる。

尚、上記した図５の例では、筒内酸素濃度が所定濃度Ａｒｏｘｃ以下となった時点（図５中のｔ３）においてパイロット噴射が停止されるとともにメイン噴射時期の進角処理が開始されているが、筒内酸素濃度が所定濃度Ａｒｏｘｃ以下となる前にパイロット噴射量
が一定量Ｑｐｌｍａｘ以下へ減少した時は、その時点でパイロット噴射が停止されるようにしてもよい。

その際の一定量Ｑｐｌｍａｘは、内燃機関１が拡散燃焼運転モードで運転されている時のパイロット噴射量に比して十分に少ない量であって、該一定量Ｑｐｌｍａｘ以下のパイロット噴射が一時に停止されてもトルク変動が発生し得ない量である。

（予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへの切換）
次に、内燃機関１の運転モードが予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ切り換えられる場合の燃料噴射パラメータの変更方法について述べる。

内燃機関１の運転モードが予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ切り換えられる場合は、パイロット噴射量を増加（パイロット噴射を開始）させるとともにメイン噴射時期を大幅に遅角させる必要がある。

しかしながら、筒内酸素濃度が十分に上昇していない時にパイロット噴射が開始され且つメイン噴射時期が拡散燃焼運転モード用の目標噴射時期へ遅角させられると、パイロット噴射された燃料及びメイン噴射された燃料が失火することにより、内燃機関１のトルクが急激に低下する可能性がある。

このため、内燃機関１の運転モードが予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへ切り換えられる場合も、筒内酸素濃度の変化に応じて燃料噴射パラメータが変更されることが好ましい。

ところで、筒内酸素濃度が低い時にパイロット噴射が開始されても、パイロット噴射された燃料が失火し易いため、内燃機関１のトルク低下を回避することは難しい。

そこで、ＥＣＵ１３は、筒内酸素濃度がある程度上昇するまではパイロット噴射を開始せずにメイン噴射時期のみを変更し、筒内酸素濃度がある程度上昇した後はメイン噴射時期を拡散燃焼運転モード用の目標噴射時期に固定してパイロット噴射量のみを変更するようにした。すなわち、ＥＣＵ１３は、拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへの切換時と逆の手順により燃料噴射パラメータを変更する。

以下、予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへの切換時における燃焼噴射パラメータの変更手順について図６に沿って説明する。図６は、予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへの切換時における燃料噴射パラメータの変更手順を示すタイミングチャートである。

内燃機関１の運転状態（アクセル開度Ａｃｃｐ及び機関回転数Ｎｅ）が前述した図２の予混合燃焼運転から拡散燃焼運転へ移行すると、ＥＣＵ１３は、気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量を所望量まで減少させるべくＥＧＲ弁１０の開度を増加させる。すなわち、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲ弁１０の開度を予混合燃焼運転モード用の開度Ｏｅｇｒｈから拡散燃焼運転モード用の開度Ｏｅｇｒｄへ変更する。

ＥＧＲ弁１０の開度が予混合燃焼運転モード用の開度Ｏｅｇｒｈから拡散燃焼運転モード用の開度Ｏｅｇｒｄへ切り換えられた時点（図６中のｔ５）から筒内酸素濃度が変化し始めるまで（図６中のｔ６）には応答遅れが生じる。

筒内酸素濃度が予混合燃焼運転ｒｏｘｃｈから上昇し始めると（図６中のｔ６）、ＥＣＵ１３は、パイロット噴射量を零（パイロット噴射を停止）に維持しつつメイン噴射時期
を予混合燃焼運転モード用の目標噴射時期Ｍｈから徐々に遅角させる。

その際の遅角量は、筒内酸素濃度が低くなるほどメイン噴射時期が早くなるように定められる。詳細には、ＥＣＵ１３は、現時点の筒内酸素濃度と拡散燃焼運転モード用の目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｄとの差Ｏ２が小さくなるほど遅角量を多くする（言い換えれば、前記差Ｏ２が大きくなるほど遅角量を小さくする）。

その後、筒内酸素濃度が所定濃度Ａｒｏｘｃより高くなると（図６中のｔ７）、ＥＣＵ１３は、メイン噴射時期を拡散燃焼運転モード用の目標噴射時期Ｍｄに変更するとともに、パイロット噴射を開始する。パイロット噴射開始時のパイロット噴射量は前述した一定量Ｑｐｌｍａｘと同量に設定されることが好ましい。

続いて、ＥＣＵ１３は、メイン噴射時期を拡散燃焼運転モード用の目標噴射時期Ｍｄに固定しつつパイロット噴射量を増量補正する。その際の補正量は、筒内酸素濃度が高くなるほどパイロット噴射量が多くなるように定められる。詳細には、ＥＣＵ１３は、現時点の筒内酸素濃度と拡散燃焼運転モード用の目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｄとの差Ｏ２が小さくなるほど補正量を多くする（言い換えれば、前記差△Ｏ２が大きくなるほど補正量を少なくする）。

尚、パイロット噴射量の増量補正により総燃料噴射量（パイロット噴射量とメイン噴射量との和）が増加すると、内燃機関１の発生トルクが増加するため、パイロット噴射量の増量分をメイン噴射量から減算する。

筒内酸素濃度が拡散燃焼運転モード用の目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｄまで上昇すると（図６中のｔ８）、ＥＣＵ１３は、パイロット噴射量の増量補正を停止させる。

以上述べた手順により予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへの切り換えが行われると、筒内酸素濃度の変化に応じて燃料噴射パラメータが変更されるため、燃料の失火が抑制される。その結果、内燃機関１のトルク変動（トルクの低下）が発生し難くなる。

次に、本実施例における燃料噴射パラメータの変更方法について図７、図８に沿って説明する。図７及び図８は、内燃機関１の燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。この燃焼制御ルーチンは、予めＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１３によって所定期間毎に繰り返し実行される。

先ず、図７において、ＥＣＵ１３は先ずＳ１０１で内燃機関１の運転モードが拡散燃焼運転モードであるか否かを判別する。

前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０２へ進み、運転モード切換条件が成立している否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ１３は、アクセル開度Ａｃｃｐ及び機関回転数Ｎｅが前述した図２の拡散燃焼運転領域から予混合燃焼運転領域へ移行したか否かを判別する。

前記Ｓ１０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０３へ進む。

前記Ｓ１０３では、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲ弁１０の開度を予混合燃焼運転モード用の目標開度Ｏｅｇｒｈへ変更する。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１３は、現状の筒内酸素濃度ｒｏｘｃを推定演算又は検出する。続いて、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０５において予混合燃焼運転モード時の目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｈを演算する。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０４で算出又は検出された筒内酸素濃度ｒｏｘｃと前記Ｓ１０５で算出された目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｈとが等しいか否かを判別する。

前記Ｓ１０６において否定判定された場合（ｒｏｘｃ≠ｒｏｘｃｈ）は、ＥＣＵ１３は、筒内酸素濃度ｒｏｘｃが目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｈより高いとみなして、Ｓ１０９へ進む。

Ｓ１０９では、ＥＣＵ１３は、前記筒内酸素濃度ｒｏｘｃと前記目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｈの差△Ｏ２（＝ｒｏｘｃ−ｒｏｘｃｈ）を演算する。

Ｓ１１０では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０９で算出された差Ｏ２に基づいて補正値ｆ（△Ｏ２）を演算する。ＥＣＵ１３は、拡散燃焼運転モード時の目標パイロット噴射量Ｑｐｌｄから前記補正値ｆ（Ｏ２）を減算することにより、パイロット噴射量Ｑｐｌを求める。

尚、前記した補正値ｆ（△Ｏ２）は、前記差Ｏ２が小さくなるほど（筒内酸素濃度ｒｏｘｃが低くなるほど）、パイロット噴射量Ｑｐｌが少なくなるように定められる。言い換えれば、前記補正値ｆ（Ｏ２）は、前記差△Ｏ２が小さくなるほど大きな値になるように定められる。

Ｓ１１１では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１１０で算出されたパイロット噴射量Ｑｐｌが所定量Ｑｐｌｍａｘより多いか否かを判別する。Ｓ１１１において肯定判定された場合（Ｑｐｌ＞Ｑｐｌｍａｘ）は、ＥＣＵ１３はＳ１１２へ進む。

Ｓ１１２では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０４で算出又は検出された筒内酸素濃度ｒｏｘｃが所定濃度Ａｒｏｘｃより高いか否かを判別する。Ｓ１１２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１１３へ進む。

Ｓ１１３では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１１０で算出されたパイロット噴射量Ｑｐｌに従ってパイロット噴射を実行する。

Ｓ１１４では、ＥＣＵ１３は、拡散燃焼運転モード時の目標噴射時期Ｍｄを現時点のメイン噴射時期Ｍｉｎｊに設定してメイン噴射を行う。ＥＣＵ１３は、Ｓ１１４の処理を実行し終えると、前述したＳ１０４以降の処理を繰り返し実行する。

Ｓ１０４以降の処理が繰り返し実行されると、筒内酸素濃度ｒｏｘｃが徐々に低下するとともにパイロット噴射量Ｑｐｌが徐々に減少し、前述したＳ１１１とＳ１１２の何れかにおいて否定判定されることになる。

前記Ｓ１１１又は前記Ｓ１１２において否定判定された場合（Ｑｐｌ≦Ｑｐｌｍａｘ又はｒｏｘｃ≦Ａｒｏｘｃ）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１１５へ進み、パイロット噴射量を零（パイロット噴射停止）に設定する。

続いて、ＥＣＵ１３は、Ｓ１１６においてメイン噴射時期の進角補正を行う。具体的に
は、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０９において算出された差△Ｏ２に基づいて補正値ｇ（Ｏ２）を演算する。ＥＣＵ１３は、拡散燃焼運転モード時の目標噴射時期Ｍｄ（単位はＡＴＤＣ）から前記補正値ｇ（Ｏ２）を減算してメイン噴射時期Ｍｉｎｊを算出し、算出されたメイン噴射時期Ｍｉｎｊに従ってメイン噴射を行う。

尚、前記した補正値ｇ（Ｏ２）は、前記差Ｏ２が小さくなるほど（筒内酸素濃度ｒｏｘｃが低くなるほど）、メイン噴射時期Ｍｉｎｊが進角するように定められる。言い換えれば、前記補正値ｇ（Ｏ２）は、前記差△Ｏ２が小さくなるほど大きな値になるように定められる。

その後、筒内酸素濃度ｒｏｘｃが更に低下して予混合燃焼運転モード時の目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｈに到達すると、ＥＣＵ１３は前記Ｓ１０６において肯定判定（ｒｏｘｃ＝ｒｏｘｃｈ）する。

前記Ｓ１０６において肯定判定されると、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０７へ進み、パイロット噴射量Ｑｐｌを零（パイロット噴射停止）に設定する。次いで、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０８において予混合燃焼運転モード時の目標噴射時期Ｍｈをメイン噴射時期Ｍｉｎｊに設定してメイン噴射を行う。

また、前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、図８のＳ２０１へ進む。Ｓ２０１では、ＥＣＵ１３は、運転モード切換条件が成立している否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ１３は、アクセル開度Ａｃｃｐ及び機関回転数Ｎｅが前述した図２の予混合燃焼運転領域から拡散燃焼運転領域へ移行したか否かを判別する。

前記Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ２０２へ進む。

前記Ｓ２０２では、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲ弁１０の開度を拡散燃焼運転モード用の目標開度Ｏｅｇｒｄへ変更する。

Ｓ２０３では、ＥＣＵ１３は、現状の筒内酸素濃度ｒｏｘｃを推定演算又は検出する。続いて、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０４において拡散燃焼運転モード時の目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｄを演算する。

Ｓ２０５では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２０３で算出又は検出された筒内酸素濃度ｒｏｘｃと前記Ｓ２０４で算出された目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｄとが等しいか否かを判別する。

前記Ｓ２０５において否定判定された場合（ｒｏｘｃ≠ｒｏｘｃｄ）は、ＥＣＵ１３は、筒内酸素濃度ｒｏｘｃが目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｄより低いとみなして、Ｓ２０８へ進む。

Ｓ２０８では、ＥＣＵ１３は、前記筒内酸素濃度ｒｏｘｃと前記目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｄの差△Ｏ２（＝ｒｏｘｃｄ−ｒｏｘｃ）を演算する。

Ｓ２０９では、前記Ｓ２０３で算出又は検出された筒内酸素濃度ｒｏｘｃが所定濃度Ａｒｏｘｃ以下であるか否かを判別する。

前記Ｓ２０９において肯定判定された場合（ｒｏｘｃ≦Ａｒｏｘｃ）は、ＥＣＵ１３は
、Ｓ２１０へ進み、パイロット噴射量を零（パイロット噴射停止）に設定する。

続いて、ＥＣＵ１３は、Ｓ２１１においてメイン噴射時期の遅角補正を行う。具体的には、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２０８で算出された差△Ｏ２に基づいて補正値ｇ（Ｏ２）を演算する。ＥＣＵ１３は、予混合燃焼運転モード時の目標噴射時期Ｍｈ（単位はＡＴＤＣ）に前記補正値ｇ（Ｏ２）を加算してメイン噴射時期Ｍｉｎｊを算出し、算出されたメイン噴射時期Ｍｉｎｊに従ってメイン噴射を行う。

尚、前記した補正値ｇ（Ｏ２）は、前述したように、前記差△Ｏ２が小さくなるほど大きな値になるように設定されている。

ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２１１の処理を実行し終えると、前述したＳ２０３以降の処理を繰り返し実行する。Ｓ２０３以降の処理が繰り返し実行されると、筒内酸素濃度ｒｏｘｃが徐々に上昇するとともにメイン噴射時期Ｍｉｎｊが徐々に遅くなり、前述したＳ２０９において否定判定されることになる。

前記Ｓ２０９で否定判定された場合（ｒｏｘｃ＞Ａｒｏｘｃ）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ２１２へ進み、パイロット噴射を開始する。具体的には、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２０８で算出された差△Ｏ２に基づいて補正値ｈ（Ｏ２）を演算する。ＥＣＵ１３は、拡散燃焼運転モード時の目標パイロット噴射量Ｑｐｌから前記補正値ｈ（Ｏ２）を減算することにより、パイロット噴射量Ｑｐｌを求める。

前記した補正値ｈ（△Ｏ２）は、前記差Ｏ２が小さくなるほど（筒内酸素濃度ｒｏｘｃが高くなるほど）、パイロット噴射量Ｑｐｌが多くなるように定められる。言い換えれば、前記補正値ｈ（Ｏ２）は、前記差△Ｏ２が小さくなるほど小さな値になるように定められる。

尚、パイロット噴射が開始される時のパイロット噴射量の初期値は、所定量Ｑｐｌｍａｘと同量に設定されることが好ましい。これは、パイロット噴射が開始されることによる内燃機関１のトルク変動を抑制するためである。

Ｓ２１３では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２１２で算出されたパイロット噴射量Ｑｐｌに従ってパイロット噴射を実行する。

Ｓ２１４では、ＥＣＵ１３は、拡散燃焼運転モード時の目標噴射時期Ｍｄを現時点のメイン噴射時期Ｍｉｎｊに設定してメイン噴射を行う。

その後、筒内酸素濃度ｒｏｘｃが更に上昇して拡散燃焼運転モード時の目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｄに到達すると、ＥＣＵ１３は前記Ｓ２０５において肯定判定（ｒｏｘｃ＝
ｒｏｘｃｄ）する。

前記Ｓ２０５において肯定判定されると、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０６へ進み、拡散燃焼運転モード時の目標パイロット噴射量Ｑｐｌｄをパイロット噴射量Ｑｐｌに設定してパイロット噴射を行う。

Ｓ２０７では、ＥＣＵ１３は、拡散燃焼運転モード時の目標噴射時期Ｍｄをメイン噴射時期Ｍｉｎｊに設定してメイン噴射を行う。

以上述べたようにＥＣＵ１３が図７及び図８の燃焼制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る取得手段及び制御手段が実現される。その結果、内燃機関１の運転モード
が切り換えられる時は、筒内酸素濃度に応じて燃料噴射パラメータが最適化される。

従って、本実施例の圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムによれば、予混合燃焼運転モードと拡散燃焼運転モードの切換時に燃焼騒音やトルク変動の発生が抑制される。

尚、本実施例では、拡散燃焼運転モード時にパイロット噴射が１回のみ行われる例について述べたが、パイロット噴射が複数回行われる場合であっても各回のパイロット噴射量を筒内酸素濃度に応じて増減させることにより、本実施例と同様の効果を得ることができる。

また、拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへの切換時は、筒内酸素濃度ｒｏｘｃに応じた燃料噴射パラメータの変更とともに、筒内酸素濃度ｒｏｘｃの低下に比例してコモンレールの圧力を下げる、筒内酸素濃度ｒｏｘｃの低下に比例してターボチャージャ５の過給圧を上昇させる（例えば、可変容量型ターボチャージャのノズル開度を絞る）、或いは筒内酸素濃度ｒｏｘｃの低下に比例して冷却水温度を低下させる（例えば、サーモスタットバルブの開度を大きくする）等の処理が行われるようにしてもよい。

このような方法によれば、拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへの切換時における燃焼騒音の発生やトルク変動の発生を一層抑制し易くなる。

一方、予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへの切換時には、筒内酸素濃度ｒｏｘｃに応じた燃料噴射パラメータの変更とともに、筒内酸素濃度ｒｏｘｃの上昇に比例してコモンレールの圧力を上昇させる等の処理が行われるようにしてもよい。

このような方法によれば、予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへの切換時における燃料の失火を一層抑制し易くなり、以て内燃機関１のトルク低下を抑制することも一層容易となる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 内燃機関の予混合燃焼運転領域と拡散燃焼運転領域を示す図である。 予混合燃焼運転時の燃料噴射方法を示すタイミングチャートである。 拡散燃焼運転時の燃料噴射方法を示すタイミングチャートである。 拡散燃焼運転モードから予混合燃焼運転モードへの切換時における燃料噴射パラメータの変更手順を示すタイミングチャートである。 予混合燃焼運転モードから拡散燃焼運転モードへの切換時における燃料噴射パラメータの変更手順を示すタイミングチャートである。 運転モード切換時の燃焼制御ルーチンを示す第１のフローチャートである。 運転モード切換時の燃焼制御ルーチンを示す第２のフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・燃料噴射弁
９・・・・・ＥＧＲ通路
１０・・・・ＥＧＲ弁
１３・・・・ＥＣＵ
１６・・・・クランクポジションセンサ
１７・・・・アクセルポジションセンサ

Claims (3)

1. 気筒内に吸入される空気量及びＥＧＲガス量が異なる２つの運転モードを燃料噴射パラメータの変更により切り換える圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システムにおいて、
   前記運転モードの切換時に気筒内の酸素濃度を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された酸素濃度に基づいて燃料噴射パラメータを変更する制御手段と、
   を備えることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システム。
2. 請求項１において、前記２つの運転モードは拡散燃焼運転モードと予混合燃焼運転モードであり、
   前記燃料噴射パラメータは、パイロット噴射量及びメイン噴射時期であることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システム。
3. 請求項２において、前記制御手段は、前記２つの運転モードの切換時に、前記取得手段により取得された酸素濃度が所定濃度以下となる期間ではパイロット噴射量を零にするとともにメイン噴射時期を前記酸素濃度に応じて変更し、前記取得手段により取得された酸素濃度が前記所定濃度より高くなる期間ではメイン噴射時期を固定するとともにパイロット噴射量を前記酸素濃度に応じて増減させることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御システム。

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