JP2010121490A - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの燃焼モードの切り替え等にも適切に対応した燃焼制御を行うことで、スモークの排出を抑制し、排ガス性能を向上させることのできるディーゼルエンジンの燃焼制御装置を提供すること。
【解決手段】通常燃焼モードから予混合燃焼モードへと移行する期間Ｔ４においては、フィードバック制御にフィードフォワード制御を加えて燃料噴射時期を制御することで、実ＭＦＢ角度を目標ＭＦＢ角度に進角側から近づける。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置に係り、詳しくは燃焼割合に基づき燃焼を制御する技術に関する。

近年、エンジンの燃焼室に筒内圧センサを設けて筒内圧を検出し、その筒内圧から算出される燃焼状態に基づいて、エンジンの運転状態を制御する方法が知られている。
例えば、筒内圧センサにより検出される筒内圧に基づき、クランク角度に応じた筒内の熱発生率を求め、当該熱発生率の積算から燃焼割合（ＭＦＢ：Mass Fraction of Burnt Fuel）を算出して、所定の燃焼割合となる所定のクランク角度に点火時期を設定するエンジン（内燃機関）の制御装置がある（特許文献１参照）。

そして、当該特許文献１では、エンジンの過渡運転時において、負荷及びエンジン回転数、筒内圧、筒内温度から最適な点火時期を予測している。
特開２００６−１４４６４２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術は、点火プラグによる点火により自由に燃焼開始時期を制御可能なガソリンエンジンに関するものであり、点火プラグ等を有さないディーゼルエンジンでは、このような燃焼制御は困難である。
また、上記特許文献１では、過渡運転時においてはフィードバック制御から、エンジンの運転状態に基づく点火時期予測に切り替えているが、このようにフィードバック制御を停止させると、定常運転と過渡運転との切替時に燃焼に変動が生じるおそれがある。ディーゼルエンジンにおいてこのような燃焼の変動が生じればスモークやＮＯｘが発生し排ガス性能が悪化するという問題が生じる。

一方、フィードバック制御のみとすると、運転状態が切り替わった直後、即ち運転状態の切り替わり後の最初の燃焼制御は切り替わり前の状態に基づく制御となる。つまり、運転状態の切り替わりに対して遅れた制御となり、これによってもスモーク等が発生するおそれがある。
ここで、当該フィードバック制御に、エンジンの運転状態等から噴射時期を算出するフィードフォワード制御を行うことも考えられる。

しかし、この場合、例えば比較的進角側で燃料噴射を行い且つ多量のＥＧＲガスを吸気に導入する予混合燃焼モード、及び通常のディーゼル燃焼モード（通常燃焼モード）の２つの運転モードを有するようなディーゼルエンジンであると、当該予混合燃焼モードから通常燃焼モードに移行する際には却ってスモークが発生するという問題がある。
これは、予混合燃焼モードから通常燃焼モードへと移行するとＥＧＲガスの量が減少し吸気のＯ_２濃度が高くなるが、実際の吸気条件の変化よりもフィードフォワード制御による燃料噴射時期制御が先行してしまい、燃料噴射時期が遅角側となり過ぎてスモークが発生してしまうというものである。そして、一度スモークが発生すると改善するのに時間がかかり、排ガス性能が悪化するという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エンジンの燃焼モードの切り替え等にも適切に対応した燃焼制御を行うことで、スモークの排出を抑制し、排ガス性能を向上させることのできるディーゼルエンジンの燃焼制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１のディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、ディーゼルエンジンの筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、前記筒内圧検出手段により検出される筒内圧に基づき燃焼割合を算出する燃焼割合算出手段と、前記燃焼割合算出手段により算出される所定の燃焼割合が所定のクランク角度となるよう燃料噴射時期を調整する燃焼制御手段とを備え、前記燃焼制御手段は、前記所定のクランク角度が、実際の燃焼における前記所定の燃焼割合に対するクランク角度よりも進角側であるとき、前記所定の燃焼割合に対するクランク角度を前記所定のクランク角度よりも進角側となる燃料噴射時期とした後、前記所定の燃焼割合が所定のクランク角度となるよう燃料噴射時期を調整することをとしている。

請求項２のディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、請求項１において、前記燃焼割合算出手段により算出される燃焼割合を記憶する燃焼履歴記憶手段と、前記燃焼履歴記憶手段に基づき、所定の燃焼割合が所定のクランク角度となる燃料噴射時期を算出するフィードバック制御手段と、前記エンジンの運転状態に基づき、前記所定の燃焼割合が所定のクランク角度となる燃料噴射時期を算出するフィードフォワード制御手段とを備え、前記エンジンは、運転状態として、燃料噴射中に燃焼させる通常燃焼モード及び該通常燃焼モードよりも進角側で燃料噴射を行い予め燃料と空気を混合した後に燃焼させる予混合燃焼モードを有しており、前記燃焼制御手段は、前記通常燃焼モードから前記予混合燃焼モードへ移行するとき、前記フィードバック制御手段による燃料噴射時期制御に前記フィードフォワード制御手段による燃料噴射時期制御を加えることで、前記所定の燃焼割合に対するクランク角度が前記所定のクランク角度よりも進角側となる燃料噴射時期とすることを特徴としている。

請求項３のディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、請求項２において、前記フィードバック制御手段は、比例項、積分項、微分項を有するＰＩＤ制御であり、前記燃焼制御手段は、前記通常燃焼モードから前記予混合燃焼モードへ移行するとき、前記ＰＩＤ制御の前記積分項に前記フィードフォワード制御により算出される燃料噴射時期を加えることで、前記所定の燃焼割合に対するクランク角度が前記所定のクランク角度よりも進角側となる燃料噴射時期とすることを特徴としている。

請求項４のディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、請求項２または３において、前記燃焼制御手段は、前記予混合燃焼モードから前記通常燃焼モードへ移行するとき、前記フィードバック制御手段により燃料噴射時期を制御することを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、筒内圧に基づき燃焼割合を算出し、所定の燃焼割合が所定のクランク角度（以下、目標ＭＦＢ角度という）となるよう燃料噴射時期を調整する燃焼制御手段において、目標ＭＦＢ角度が実際の燃焼における所定の燃焼割合に対するクランク角度（以下、実ＭＦＢ角度という）よりも進角側であるとき、一旦実ＭＦＢ角度が目標ＭＦＢ角度よりも進角側となる燃料噴射時期とした後、目標ＭＦＢ角度を満たす燃料噴射時期に調整する。

このように、燃料噴射時期を進角側から調整することで、燃料噴射時期が遅角しすぎることによるスモークの発生を防止することができる。
これにより、エンジンの燃焼モードの切り替え時等にも適切に対応した燃焼制御を行うことができ、スモークの排出を抑制により排ガス性能を向上させることができる。
請求項２に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、通常燃焼モードから、比較的進角側で燃料噴射を行う予混合燃焼モードに移行するとき、即ち目標ＭＦＢ角度が実ＭＦＢ角度となるとき、フィードバック制御にフィードフォワード制御を加えることで実ＭＦＢ角度が目標ＭＦＢ角度よりも進角側となる燃料噴射時期とする。

このように、通常モードから予混合燃焼モードに移行するときに、フィードバック制御にフィードフォワード制御を加えて進角側から燃料噴射時期を制御することで、燃焼モード切替時にスモークの発生を防止しつつ、円滑な燃焼制御を行うことができる。
請求項３に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、通常燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するとき、ＰＩＤ制御の積分項にフィードフォワード制御により算出される燃料噴射時期を加えることで、実ＭＦＢ角度が目標ＭＦＢ角度よりも進角側となる燃料噴射時期とする。

このように、フィードフォワード制御により算出される燃料噴射時期をＰＩＤ制御の積分項に入れ込むことで、通常燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するとき、進角側への誤差を抑えつつ実ＭＦＢ角度を目標ＭＦＢ角度よりも進角側とすることができる上、当該移行状態から脱するときの誤差も防止することができる。
請求項４に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、予混合燃焼モードから通常燃焼モードへの移行するときには、フィードバック制御のみで燃料噴射時期を制御する。

つまり、予混合燃料モードから通常燃焼モードへ移行するときのように目標ＭＦＢ角度が実ＭＦＢ角度よりも遅角側となる場合には、フィードフォワード制御は行わずフィードバック制御のみとすることで、燃料噴射時期が遅角しすぎることを防止することができる。
これにより予混合燃焼モードから通常燃焼モードへの移行時においてもスモークの発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の概略構成図が示されており、図２には本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の制御ブロック図が示されている。以下、同図に基づき説明する。
図１に示すエンジン１は、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒２内に直接噴射する４気筒コモンレール式ディーゼルエンジンである。なお、図１には４気筒のうちの１つの気筒の断面が示されている。

エンジン１は、複数の気筒２が形成されたシリンダブロック４の上部に、シリンダヘッド６が載置されて構成されている。
各気筒２には上下摺動可能にピストン８が設けられおり、当該ピストン８の頂面と気筒２の内壁、及びシリンダヘッド６下面に囲まれて燃焼室１０が形成されている。
シリンダヘッド６には、燃焼室１０内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１２、及び当該燃焼室１０内の圧力、即ち筒内圧を検出する筒内圧センサ１４（筒内圧検出手段）が、それぞれ燃焼室１０内に臨むように設けられている。

また、シリンダヘッド６には、燃焼室１０と連通しエンジン１の幅方向一側に延びた吸気ポート１６及び燃焼室１０と連通しエンジン１の幅方向他側に延びた排気ポート１８が形成されている。さらに、当該シリンダヘッド６には、吸気ポート１６及び排気ポート１８に対応して、当該各ポート１６、１８と燃焼室１０との連通及び遮断を行う吸気バルブ２０及び排気バルブ２２がそれぞれ設けられている。なお、当該吸気ポート１６及び排気ポート１８は１気筒につきそれぞれ２箇所設けられており、それに対応して吸気バルブ２０及び排気バルブ２２はそれぞれ２本設けられている。

そして、エンジン１の幅方向一側には、吸気ポート１６と連通する吸気管２４が接続されている。
当該吸気管２４には、吸気上流側に図示しないエアクリーナが設けられており、その吸気下流側にはエンジン１に吸気量を検出するエアフローセンサ２６が設けられている。また、当該吸気管２４には、エアフローセンサ２６より吸気下流側に、吸気を加圧するターボチャージャ２８のコンプレッサ２８ａ、加圧された吸気を冷却するインタークーラ３０、吸気量を調整するスロットルバルブ３２が順に設けられている。

一方、エンジン１の幅方向他側には排気ポート１８と連通する排気管３４が接続されている。
当該排気管３４には、上記ターボチャージャ２８のコンプレッサ２８ａと回転軸が連結され排気流により回転するタービン２８ｂが設けられている。
また、当該排気管３４の排気上流側部分と、吸気管２４の吸気下流側部分とは、ＥＧＲ通路３６を介して連通されており、排気を吸気系に還流可能に構成されている。当該ＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３８及び吸気系へ還流させるＥＧＲガス量を調整するＥＧＲバルブ４０が設けられている。

また、当該エンジン１を搭載した車両には、エンジン１の運転制御等をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置としてＥＣＵ４２が設けられている。当該ＥＣＵ４２は、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うとともに、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
例えば、ＥＣＵ４２の入力側には、上記筒内圧センサ１４、エアフローセンサ２６、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４４等の各種センサ類が接続されており、これらの検出値からエンジン１に作用する負荷やエンジン回転速度、吸気のＯ_２濃度等が算出可能である。また、ＥＣＵ４２の出力側には各気筒の燃料噴射弁１２、スロットルバルブ３２、ＥＧＲバルブ４０などの各種デバイス類が接続されている。

そして、ＥＣＵ４２は、上記各種センサ類から取得される情報に基づき、エンジン１の運転状態の切替制御や各気筒における燃焼制御を行う。
具体的にはＥＣＵ４２によるエンジン１の運転状態の切替制御では、ＥＣＵ４２はエンジン１に作用する負荷及びエンジン回転速度に応じて、予め設定された運転モードの切り替えを行う。

例えば、運転状態が低負荷低回転速度領域にある場合には、比較的進角側に燃料噴射時期を設定し、予め空気と燃料とを混合した後に自発着火による燃焼を生起させる予混合燃焼モードとする。なお、当該予混合燃焼モードでは、高温となる予混合燃焼に対しＥＧＲガスの還流量を増加させることで燃焼温度の低温化を図り、ＮＯｘの発生を抑制させる。
一方、上記予混合燃焼モードが成立する低負荷低回転数領域外の運転状態である場合には、比較的遅角側に燃料噴射時期を設定し、燃料噴射中に燃焼を生起させる一般的なディーゼル燃焼を行う通常燃焼モードとする。

また、ＥＣＵ４２による燃焼制御では、筒内圧センサ１４により検出される筒内圧情報から熱発生率を算出して、さらに当該熱発生率を積算した熱発生量を算出する。さらに、当該熱発生量から燃焼割合（以下、ＭＦＢともいう）を算出し、所定の燃焼割合が所定のクランク角（以下、ＭＦＢ角度ともいう）となるように燃料噴射時期を制御するものである。

詳しくは、エンジン１の燃焼サイクルでは、下記式（１）に示すポリトロープ式から、筒内圧Ｐと、筒内容積Ｖをポリトロープ指数ｎで累乗した値との積が一定となる。さらに、エンジン１の燃焼サイクルを断熱変化とみなすと、ポリトロープ指数ｎは筒内の比熱比κに置き換えられる。
ＰＶ^ｎ＝ＰＶ^κ＝一定・・・（１）
そして、燃焼室１０内で発生する熱発生量Ｑの単位クランク角当たりの発生熱量である熱発生率ｄＱ／ｄθは、下記式（２）に示すように、筒内圧Ｐ、筒内容積Ｖ、比熱比κ、から算出される。

つまり、当該熱発生率ｄＱ／ｄθを積算（積分）することで、熱発生量が算出される。
そして、燃焼終了時の熱発生量、即ち熱発生量の最大値を１００％として、クランク角に応じた熱発生量の割合が燃焼割合として求められる。
ＥＣＵ４２は、これら熱発生量や燃焼割合等の情報を熱発生履歴（燃焼履歴）として記憶し（燃焼履歴記憶手段）、次回の燃焼において目標とする所定の燃焼割合（例えばＭＦＢ５０％）が所定のクランク角（例えばＡＴＤＣ１０°）となるように、燃料噴射時期を進角または遅角させるフィードバック制御を行う。以下、この目標とする所定の燃焼割合に対応する所定のクランク角度のことを目標ＭＦＢ角度ともいう。

なお、上記式（１）や式（２）で用いる比熱比κは、燃焼に伴う気体の変化により値が変動するものであるが演算の簡略化等のため、燃焼に伴う値の変動については一定値として取り扱うこととしている。
また、ＥＣＵ４２は、上記通常燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行する際には、熱発生履歴に基づく上記フィードバック制御に加えて、エンジン１の運転状態から目標とする所定の燃焼割合が所定のクランク角となる燃料噴射時期を算出するフィードフォワード制御を行う。

以下、当該ＥＣＵ４２において実行される燃焼制御についてより詳しく説明する。
まず、図２に示すように、当該燃焼制御についてＥＣＵ４２内に、ＰＩＤ制御部５０（フィードバック制御手段）、着火遅れ算出部５２（フィードフォワード制御手段）、燃料噴射時期算出部５４（フィードフォワード制御手段）、フィードフォワード制御判定部５６（燃焼制御手段）が形成されている。

ＰＩＤ制御部５０は、目標ＭＦＢ角度と、熱発生履歴から求められる前回生起された燃焼において目標とする所定の燃焼割合に対応したクランク角度（以下、実ＭＦＢ角度という）との差から、比例動作、積分動作、微分動作からなるＰＩＤ制御により指示噴射時期を出力する機能を備えている。
着火遅れ算出部５２は、エンジン回転速度及び吸気のＯ_２濃度に応じた着火遅れ期間を算出する着火遅れ算出マップを有している。なお、エンジン回転速度は上記クランク角センサ４４から、Ｏ_２濃度は上記エアフローセンサ２６及びＥＧＲバルブ４０の開度に応じたＥＧＲ還流量等の情報からそれぞれ演算によって求められる。そして、当該着火遅れ算出マップはＯ_２濃度が高くなるほど、またはエンジン回転速度が大きいほど、着火遅れ期間が短く出力されるものである。

燃料噴射時期算出部５４は、燃料の噴射期間から着火遅れ期間を差し引いた燃料混合期間と、目標ＭＦＢ角度からフィードフォワード制御における燃料噴射時期を算出する燃料噴射時期算出マップを有している。当該燃料噴射時期算出マップは、燃料噴射開始時期から着火時期までの燃料の混合期間に応じて、目標ＭＦＢとなる燃料噴射時期を算出するものであり、混合期間が短いほど、目標ＭＦＢ角度が遅角側であるほど、遅角側の燃料噴射時期が出力されるものである。

フィードフォワード制御判定部５６は、燃料噴射時期算出部５４で算出された燃料噴射時期と、伝達関数を介して算出される前回の指示噴射時期との差から燃料噴射時期のフィードフォワード成分（ＦＦ成分という）を求める機能を有している。
また、フィードフォワード制御判定部５６は、ＦＦ成分の出力値を切り替える切替部５６ａを有している。

当該切替部５６ａは、ＥＣＵ４２における運転状態の切替制御からエンジンの運転状態を読み込み、定常運転または予混合燃焼モードから通常燃焼モードへの移行時であるときはスイッチ１に、通常燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行時である場合にはスイッチ２に切り替わる機能を有している。
そして、当該切替部５６ａは、スイッチ１のときには燃料噴射時期算出部５４で算出された燃料噴射時期と前回の指示噴射時期との差をＦＦ成分として上記ＰＩＤ制御部５０の積分項に加算するよう出力し、スイッチ２のときにはＦＦ成分を０として出力する。

つまり、ＰＩＤ制御部５０は、通常燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行時には、フィードフォワード制御により算出されたＦＦ成分を積分項に加えて指示噴射時期を算出することとなる。
以下、本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置による燃焼制御の流れについて説明する。

図３には本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置による燃焼制御ルーチンがフローチャートにより示されており、上記図２を参照しつつ当該フローチャートに沿って説明する。
図３のステップＳ１に示すように、ＥＣＵ４２は、熱発生履歴から前回の燃焼における実ＭＦＢ角度を読み込む。

ステップＳ２では、目標ＭＦＢ角度を算出する。
ステップＳ３では、ＥＣＵ４２の着火遅れ算出部５２において、着火遅れ算出マップよりエンジン回転速度及びＯ_２濃度から着火遅れ期間を算出する。
続くステップＳ４では、ＥＣＵ４２の燃料噴射時期算出部５４において、燃料噴射時期算出マップより、着火遅れ期間と燃料噴射期間との差から算出される燃料の混合期間、及び目標ＭＦＢ角度から、フィードフォワード制御における燃料噴射時期を算出する。

そして、ステップＳ５では、ＥＣＵ４２のフィードフォワード制御判定部５６において、通常燃料モードから予混合燃焼モードへの移行時であるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合には、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、フィードフォワード制御判定部５６において切替部５６ａのスイッチ１となり、上記ステップＳ４で算出したフィードフォワード制御における燃料噴射時期から前回の指示噴射時期を差し引いた値をＦＦ成分として上記ＰＩＤ制御部５０の積分項に出力し、ステップＳ８に進む。

一方、上記ステップＳ５の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちエンジンの運転状態が定常運転、または予混合燃料モードから通常燃焼モードへの移行時である場合は、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７では、切替部５６ａがスイッチ２となり、値０のＦＦ成分を上記ＰＩＤ制御部５０の積分項に出力し、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、上記ステップＳ１、Ｓ２で読み出した実ＭＦＢ角度及び目標ＭＦＢ角度の差からＰＩＤ制御により指示噴射時期を算出し、当該ルーチンを抜ける。このとき上記ステップＳ６の判別結果が真（Ｙｅｓ）であった場合には、当該ＰＩＤ制御は積分項に上記ステップＳ６で算出したＦＦ成分が付加された上で指示噴射時期が演算される。
ここで、図４には当該燃焼制御を行った場合の各種運転状態の変化を示したタイムチャートが示されており、当該タイムチャートに基づき上記燃焼制御を行ったときの作用効果について説明する。

図４に示すように、期間Ｔ１、Ｔ５の予混合燃焼モードの定常運転時及び期間Ｔ３の通常燃焼モードの定常運転時にはフィードバック制御により、実ＭＦＢ角度と目標ＭＦＢ角度とはほぼ等しく運転される。
負荷が増加し、予混合燃焼モードから通常燃焼モードへと移行する期間Ｔ２においても、フィードバック制御のみで燃料噴射時期が制御される。

詳しくは、予混合燃焼モードから通常燃焼モードへと移行するときには、ＥＧＲバルブ４０が閉弁し、ＥＧＲガスの還流量が減少する。これにより、Ｏ_２濃度が増加し、熱発生率が高くなり実ＭＦＢ角度は目標ＭＦＢ角度より進角側に移動する。これに対して燃料噴射時期は、進化側に移動した実ＭＦＢ角度を目標ＭＦＢ角度側である遅角側に移動させるためフィードバック制御により燃料噴射時期が徐々に遅角側へと移動される。

なお、当該Ｔ２期間において破線で示すように、ここでフィードバック制御にフィードフォワード制御を加えた場合には、ＥＧＲバルブ４０が閉弁されることで演算によって求められるＯ_２濃度が上昇し、フィードフォワード制御における燃料噴射時期は実際の吸気条件よりも先行して瞬時に遅角側の値となる。これにより、実ＭＦＢ角度も遅角し、スモーク発生ラインより遅角側となるためスモークが発生する。

このように、予混合燃料モードから通常燃焼モードへ移行するとき、即ち目標ＭＦＢ角度が実ＭＦＢ角度よりも遅角側となる場合には、フィードフォワード制御は行わずフィードバック制御のみとすることで、燃料噴射時期が遅角しすぎることを防止することができる。
一方、負荷が減少し、通常燃焼モードから予混合燃焼モードへと移行する期間Ｔ４においては、フィードバック制御にフィードフォワード制御を加えて燃料噴射時期が制御される。

詳しくは、通常燃焼モードから予混合燃焼モードへと移行する際には、ＥＧＲバルブ４０が開弁し、ＥＧＲガスの還流量が増加することでＯ_２濃度が減少し、実ＭＦＢ角度が目標ＭＦＢ角度よりも遅角側となる。これに対し、フィードフォワード制御において、ＥＧＲバルブ４０が開弁されることで演算によって求められるＯ_２濃度が上昇し、フィードフォワード制御における燃料噴射時期が実際の吸気条件よりも先行して瞬時に進角側の値となる。そして、当該フィードフォワード制御における燃料噴射時期がＰＩＤ制御の積分項に付加されることで、指示噴射時期も進角側に設定される。

これにより、実ＭＦＢ角度は目標ＭＦＢ角度よりも進角側となった後、目標ＭＦＢ角度に近づくこととなる。
ここで、フィードフォワード制御により算出される燃料噴射時期をＰＩＤ制御の積分項に入れ込んでいることで、通常燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するとき、誤差を抑えつつ実ＭＦＢ角度を目標ＭＦＢ角度よりも進角側とすることができる上、当該移行状態から脱してフィードバック制御のみの燃料噴射制御となるときの誤差も防止することができる。

なお、ここでフィードバック制御のみとした場合には、燃料噴射時期は徐々に進角側へと移動することとなるが、その間に実ＭＦＢ角度はスモーク発生ラインよりも遅角側となり、スモークが発生する。
このように、通常モードから予混合燃焼モードに移行するときに、フィードバック制御にフィードフォワード制御を加えて進角側から燃料噴射時期を制御することで、燃焼モード切替時にスモークの発生を防止しつつ、円滑な燃焼制御を行うことができる。

以上のことから、本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、通常燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するときのように、今回の目標ＭＦＢ角度が前回のＭＦＢ角度よりも進角側であるとき、一旦実ＭＦＢ角度が目標ＭＦＢ角度よりも進角側となる燃料噴射時期とした後、目標ＭＦＢ角度を満たす燃料噴射時期に調整することで、燃料噴射時期が遅角しすぎることによるスモークの発生を防止することができる。

これにより、エンジンの燃焼モードの切り替え時等にも適切に対応した燃焼制御を行うことができ、スモークの排出を抑制により排ガス性能を向上させることができる。
以上で本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、エンジン１は４気筒コモンレール式ディーゼルエンジンだが、当該構成のエンジンに限るものではなく、他の構成のディーゼルエンジンであっても構わない。

また、上記実施形態では、ＦＦ成分をＰＩＤ制御の積分項に付加しているが、フィードバック制御にフィードフォワード制御を加える手法はこれに限るものではない。例えば、単純にフィードバック制御により算出した燃料噴射時期とフィードフォワード制御により算出した燃料噴射時期とを加えて指示噴射時期を算出しても構わない。

本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の概略構成図である。 本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の制御ブロック図である。 本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置による燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置による燃焼制御を行った場合の各種運転状態の変化を示したタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 気筒
１２ 燃料噴射弁
１４ 筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
３６ ＥＧＲ通路
４２ ＥＣＵ
４４ クランク角センサ
５０ ＰＩＤ制御部（フィードバック制御手段）
５２ 着火遅れ算出部（フィードフォワード制御手段）
５４ 燃料噴射時期算出部（フィードフォワード制御手段）
５６ フィードフォワード制御判定部（燃焼制御手段）
５６ａ 切替部

Claims (4)

1. ディーゼルエンジンの筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
   前記筒内圧検出手段により検出される筒内圧に基づき燃焼割合を算出する燃焼割合算出手段と、
   前記燃焼割合算出手段により算出される所定の燃焼割合が所定のクランク角度となるよう燃料噴射時期を調整する燃焼制御手段とを備え、
   前記燃焼制御手段は、前記所定のクランク角度が、実際の燃焼における前記所定の燃焼割合に対するクランク角度よりも進角側であるとき、前記所定の燃焼割合に対するクランク角度を前記所定のクランク角度よりも進角側となる燃料噴射時期とした後、前記所定の燃焼割合が所定のクランク角度となるよう燃料噴射時期を調整することを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
2. 前記燃焼割合算出手段により算出される燃焼割合を記憶する燃焼履歴記憶手段と、
   前記燃焼履歴記憶手段に基づき、所定の燃焼割合が所定のクランク角度となる燃料噴射時期を算出するフィードバック制御手段と、
   前記エンジンの運転状態に基づき、前記所定の燃焼割合が所定のクランク角度となる燃料噴射時期を算出するフィードフォワード制御手段とを備え、
   前記エンジンは、運転状態として、燃料噴射中に燃焼させる通常燃焼モード及び該通常燃焼モードよりも進角側で燃料噴射を行い予め燃料と空気を混合した後に燃焼させる予混合燃焼モードを有しており、
   前記燃焼制御手段は、前記通常燃焼モードから前記予混合燃焼モードへ移行するとき、前記フィードバック制御手段による燃料噴射時期制御に前記フィードフォワード制御手段による燃料噴射時期制御を加えることで、前記所定の燃焼割合に対するクランク角度が前記所定のクランク角度よりも進角側となる燃料噴射時期とすることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
3. 前記フィードバック制御手段は、比例項、積分項、微分項を有するＰＩＤ制御であり、
   前記燃焼制御手段は、前記通常燃焼モードから前記予混合燃焼モードへ移行するとき、前記ＰＩＤ制御の前記積分項に前記フィードフォワード制御により算出される燃料噴射時期を加えることで、前記所定の燃焼割合に対するクランク角度が前記所定のクランク角度よりも進角側となる燃料噴射時期とすることを特徴とする請求項２記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
4. 前記燃焼制御手段は、前記予混合燃焼モードから前記通常燃焼モードへ移行するとき、前記フィードバック制御手段により燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項２または３記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。

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