JP4244751B2 - 内燃機関の燃焼制御方法及び燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の燃焼制御方法及び燃焼制御装置に関し、特に、内燃機関の運転状態に応じて排気再循環量の大きい低温燃焼を実行する内燃機関の燃焼制御方法及び燃焼制御装置に関する。

ディーゼルエンジンにおいて排気再循環量を通常燃焼状態よりも増大することでＰＭ（粒子状物質）の排出がほとんどなくなる低温燃焼を実行するシステムが存在する（例えば特許文献１参照）。
特許第３０９２５６９号公報（第１３−１５頁、図２５−３０）

このような低温燃焼は通常、内燃機関の運転状態として負荷（例えば燃料噴射量）と内燃機関回転数との関係から実行するか否かが設定されている。しかし、内燃機関の運転温度、例えば冷却水温や吸気温が低い場合には、通常燃焼に比較して低温燃焼の燃焼性が低下しやすいことが判明した。そしてこのことにより例えばＨＣ等の排出増加などの問題により排気系、例えばＥＧＲ系のデポジット詰まりや、エンジン回転変動あるいはトルク変動によるドライバビリティの悪化などの問題を生じるおそれがあることが判明した。

本発明は、低温燃焼を実行する内燃機関において運転温度が低下した場合に燃焼性の低下を防止することを目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御方法は、内燃機関の運転状態に応じて排気再循環量の大きい低温燃焼を選択的に実行する内燃機関において、内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方である運転温度が低いことに起因して低温燃焼の燃焼性が悪化する低温燃焼禁止温度領域を設定し、実際の内燃機関の運転温度が、前記低温燃焼禁止温度領域に属する場合には、低温燃焼を禁止することを特徴とする。

このように冷却水温と吸気温との一方又は両方である運転温度に対して低温燃焼禁止温度領域を設定することにより、実際の内燃機関の運転温度が低温燃焼禁止温度領域に属する時には低温燃焼を禁止している。このことにより内燃機関の運転温度が低下して運転温度が低温燃焼禁止温度領域に入った場合においては低温燃焼は実行されないので燃焼性の低下を防止することができる。
また、このように内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方により、高精度に内燃機関の運転温度を表すことができ、高精度な判断にて低温燃焼を禁止できるので、燃焼性の低下を効果的に防止することができる。

請求項２に記載の内燃機関の燃焼制御方法は、内燃機関の運転状態に応じて排気再循環量の大きい低温燃焼を選択的に実行する内燃機関において、低温燃焼が実行されている場合に、内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方が低くなるほど空燃比を高くすることを特徴とする。

このように低温燃焼時においては内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方が低くなるほど空燃比を高くするので、内燃機関の燃焼室内における酸素量が噴射燃料量に対して相対的に増大する。このことにより低温燃焼を実行していても、燃焼性の低下を防止することができる。

また、このように内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方による高精度な判断にて空燃比を高くすることができるので、燃焼性の低下を効果的に防止することができる。

請求項３に記載の内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて通常燃焼と該通常燃焼よりも排気再循環量の大きい低温燃焼とを含む燃焼モードから選択した燃焼モードを実行する燃焼モード制御手段を有する内燃機関の燃焼制御装置であって、内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、内燃機関の吸気温を検出する吸気温検出手段と、前記冷却水温検出手段に検出された冷却水温と前記吸気温検出手段に検出された吸気温とで示される内燃機関の運転温度が、冷却水温と吸気温との２次元温度空間内に予め設定した前記運転温度が低いことに起因して低温燃焼の燃焼性が悪化する低温燃焼禁止温度領域に属する場合には、低温燃焼を禁止する低温燃焼禁止手段とを備えたことを特徴とする。

このように低温燃焼禁止手段が、冷却水温と吸気温とで表される内燃機関の運転温度が、内燃機関の冷却水温と吸気温との２次元温度空間内に予め設定されている前記低温燃焼禁止温度領域に属するか否かを判定し、属する場合には低温燃焼を禁止している。このように運転温度として内燃機関の冷却水温と吸気温との両者を考慮することで、低温燃焼時に燃焼性が悪化するか否かの運転温度条件を、より高精度に判断できる。そして、この判断により低温燃焼を禁止して通常燃焼を実行することにより燃焼性の低下を効果的に防止することができる。

請求項４に記載の内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて通常燃焼と該通常燃焼よりも排気再循環量の大きい低温燃焼とを含む燃焼モードから選択した燃焼モードを実行する燃焼モード制御手段を有する内燃機関の燃焼制御装置であって、内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、内燃機関の吸気温を検出する吸気温検出手段と、前記冷却水温検出手段に検出された冷却水温が冷却水判定温度より低い場合に前記燃焼モード制御手段による低温燃焼実行を禁止する低温燃焼禁止手段と、前記吸気温検出手段にて検出された吸気温が低くなるほど、前記低温燃焼禁止手段における冷却水判定温度を高く設定する判定温度設定手段とを備えたことを特徴とする。

ここで低温燃焼禁止手段が行う低温燃焼実行の禁止は、冷却水温が冷却水判定温度より低い場合である。しかしこの冷却水判定温度は判定温度設定手段により吸気温が低くなるほど高く設定される。このため内燃機関の冷却水温と吸気温との両者を考慮することができるので、低温燃焼において燃焼性が悪化するか否かの運転温度条件を高精度に判断できる。したがって低温燃焼禁止手段は冷却水温が冷却水判定温度より低い場合を判断するのみで高精度な判断ができるので、燃焼モード制御手段は、この判断に従って低温燃焼を禁止して通常燃焼を実行することで、燃焼性の低下を効果的に防止することができる。

請求項５に記載の内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて通常燃焼と該通常燃焼よりも排気再循環量の大きい低温燃焼とを含む燃焼モードから選択した燃焼モードを実行する燃焼モード制御手段を有する内燃機関の燃焼制御装置であって、内燃機関の吸気温を検出する吸気温検出手段と、内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、前記吸気温検出手段に検出された吸気温が吸気判定温度より低い場合に前記燃焼モード制御手段による低温燃焼実行を禁止する低温燃焼禁止手段と、前記冷却水温検出手段にて検出された冷却水温が低くなるほど、前記低温燃焼禁止手段における吸気判定温度を高く設定する判定温度設定手段とを備えたことを特徴とする。

ここで低温燃焼禁止手段が行う低温燃焼実行の禁止は、吸気温が吸気判定温度より低い場合である。しかしこの吸気判定温度は判定温度設定手段により冷却水温が低くなるほど高く設定される。このため内燃機関の冷却水温と吸気温との両者を考慮することができるので、低温燃焼において燃焼性が悪化するか否かの運転温度条件を高精度に判断できる。したがって低温燃焼禁止手段は吸気温が吸気判定温度より低い場合を判断するのみで高精度な判断ができるので、燃焼モード制御手段は、この判断に従って低温燃焼を禁止して通常燃焼を実行することで、燃焼性の低下を効果的に防止することができる。

請求項６に記載の内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて通常燃焼と該通常燃焼よりも排気再循環量の大きい低温燃焼とを含む燃焼モードから選択した燃焼モードを実行する燃焼モード制御手段を有する内燃機関の燃焼制御装置であって、内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方を検出する運転温度検出手段と、前記燃焼モード制御手段にて低温燃焼が実行されている場合に、前記運転温度検出手段に検出された内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方が低くなるほど空燃比を高くする空燃比補正手段とを備えたことを特徴とする。

このように空燃比補正手段が、低温燃焼時において内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方が低くなるほど空燃比を高くするので、内燃機関の燃焼室内における酸素量が噴射燃料量に対して相対的に増大する。このことにより低温燃焼を実行していても、燃焼性の低下を防止することができる。

［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された車両用ディーゼルエンジン及び制御装置の概略構成図である。尚、本発明は希薄燃焼式ガソリンエンジンなどのＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いるエンジンにおいても適用できる。

ディーゼルエンジン２は複数気筒、ここでは４気筒＃１，＃２，＃３，＃４からなる。各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は吸気弁６にて開閉される吸気ポート８及び吸気マニホールド１０を介してサージタンク１２に連結されている。そしてサージタンク１２は、吸気経路１３を介して、インタークーラ１４及び過給機、ここでは排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａの出口側に連結されている。コンプレッサ１６ａの入口側はエアクリーナ１８に連結されている。サージタンク１２には、排気再循環（以下、「ＥＧＲ」と称する）経路２０のＥＧＲガス供給口２０ａが開口している。そしてサージタンク１２とインタークーラ１４との間の吸気経路１３には、スロットル弁２２が配置され、コンプレッサ１６ａとエアクリーナ１８との間には吸入空気量センサ２４が配置されている。スロットル弁２２とサージタンク１２との間には吸気温センサ２６が配置されている。

各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は排気弁２８にて開閉される排気ポート３０及び排気マニホールド３２を介して排気ターボチャージャ１６の排気タービン１６ｂの入口側に連結され、排気タービン１６ｂの出口側は排気経路３４に接続されている。尚、排気タービン１６ｂは排気マニホールド３２において第４気筒＃４側から排気を導入している。

この排気経路３４には、排気浄化触媒が収納されている３つの触媒コンバータ３６，３８，４０が配置されている。最上流の第１触媒コンバータ３６にはＮＯｘ吸蔵還元触媒が収納されている。このＮＯｘ吸蔵還元触媒により、ディーゼルエンジンの通常の運転時において排気が酸化雰囲気（リーン）にある時には、ＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。そして還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）ではＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘがＮＯとして離脱しＨＣやＣＯにより還元される。このことによりＮＯｘの浄化を行っている。

そして中間に配置された第２触媒コンバータ３８にはモノリス構造に形成された壁部を有するフィルタが収納され、この壁部の微小孔を排気が通過するように構成されている。このフィルタ表面にＮＯｘ吸蔵還元触媒がコーティングされているので、前述したごとくにＮＯｘの浄化が行われる。更にフィルタ表面には排気中のＰＭが捕捉されるので、酸化雰囲気ではＮＯｘ吸蔵時に発生する活性酸素によりＰＭの酸化が開始され、更に周囲の過剰酸素によりＰＭ全体が酸化される。還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）ではＮＯｘ吸蔵還元触媒から発生する大量の活性酸素によりＰＭの酸化が促進される。このことによりＮＯｘの浄化と共にＰＭの浄化を実行している。尚、ここでは第１触媒コンバータ３６と第２触媒コンバータ３８とは一体に形成されている。

最下流の第３触媒コンバータ４０は、酸化触媒が収納され、ここではＨＣやＣＯが酸化されて浄化される。
尚、第１触媒コンバータ３６の上流には第１空燃比センサ４２が、第１触媒コンバータ３６と第２触媒コンバータ３８との間には第１排気温センサ４４が配置されている。又、第２触媒コンバータ３８と第３触媒コンバータ４０との間において、第２触媒コンバータ３８の近くには第２排気温センサ４６が、第３触媒コンバータ４０の近くには第２空燃比センサ４８が配置されている。

上記第１空燃比センサ４２と第２空燃比センサ４８とは、それぞれの位置で排気成分に基づいて排気の空燃比を検出し、空燃比に比例した電圧信号をリニアに出力するセンサである。又、第１排気温センサ４４と第２排気温センサ４６とはそれぞれの位置で排気温を検出するものである。

第２触媒コンバータ３８の上流側と下流側には差圧センサ５０の配管がそれぞれ設けられ、第２触媒コンバータ３８内部の目詰まりを検出するために、差圧センサ５０が第２触媒コンバータ３８の上下流での差圧を検出している。

尚、排気マニホールド３２には、ＥＧＲ経路２０のＥＧＲガス吸入口２０ｂが開口している。このＥＧＲガス吸入口２０ｂは第１気筒＃１側で開口しており、排気タービン１６ｂが排気を導入している第４気筒＃４側とは反対側である。

ＥＧＲ経路２０の途中にはＥＧＲ経路２０のＥＧＲガス吸入口２０ｂ側から、ＥＧＲガスを改質するための鉄系ＥＧＲ触媒５２が配置され、更にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。尚、ＥＧＲ触媒５２はＥＧＲクーラ５４の詰まりを防止する機能も有している。そしてＥＧＲガス供給口２０ａ側にはＥＧＲ弁５６が配置されている。このＥＧＲ弁５６の開度調節によりＥＧＲガス供給口２０ａから吸気側へのＥＧＲガス供給量の調節が可能となる。

各気筒＃１〜＃４に配置されて、各燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５８は、燃料供給管５８ａを介してコモンレール６０に連結されている。このコモンレール６０内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ６２から燃料が供給され、燃料ポンプ６２からコモンレール６０内に供給された高圧燃料は各燃料供給管５８ａを介して各燃料噴射弁５８に分配供給される。尚、コモンレール６０には燃料圧力を検出するための燃料圧センサ６４が取り付けられている。

更に、燃料ポンプ６２からは別途、低圧燃料が燃料供給管６６を介して添加弁６８に供給されている。この添加弁６８は第４気筒＃４の排気ポート３０に設けられて、排気タービン１６ｂ側に向けて燃料を噴射することにより排気中に燃料を添加するものである。この燃料の添加により排気を一時的に還元雰囲気として第１触媒コンバータ３６及び第２触媒コンバータ３８に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化している。更に第２触媒コンバータ３８内のＰＭの堆積程度に伴う前述したＰＭの浄化も実行している。又、触媒コンバータ３６，３８内のＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒（以下「Ｓ被毒」と称する）の程度に基づいて、添加弁６８から燃料を添加することでＮＯｘ吸蔵還元触媒を高温化し及び空燃比を低下させてＮＯｘ吸蔵還元触媒をＳ被毒から回復させる処理も実行している。

電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称する）７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたデジタルコンピュータと、各装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そしてＥＣＵ７０は前述した吸入空気量センサ２４、吸気温センサ２６、第１空燃比センサ４２、第１排気温センサ４４、第２排気温センサ４６、第２空燃比センサ４８、差圧センサ５０、ＥＧＲ弁５６内のＥＧＲ開度センサ、燃料圧センサ６４及びスロットル開度センサ２２ａの信号を読み込んでいる。更にアクセルペダル７２の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７４、及びディーゼルエンジン２の冷却水温度を検出する冷却水温センサ７６から信号を読み込んでいる。更に、クランク軸７８の回転数を検出するエンジン回転数センサ８０、クランク軸７８の回転位相あるいは吸気カムの回転位相を検出して気筒判別を行う気筒判別センサ８２から信号を読み込んでいる。

そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態や操作状態に基づいて、ＥＣＵ７０は燃料噴射弁５８による燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御を実行する。更にＥＧＲ弁５６の開度制御、モータ２２ｂによるスロットル開度制御、燃料ポンプ６２の吐出量制御、エアコン駆動制御、及び後述する燃焼モード関連の各処理を実行する。例えば、ＥＧＲ率が負荷（ここでは燃料噴射量）とエンジン回転数ＮＥとに基づいて設定される目標ＥＧＲ率となるようにスロットル開度センサ２２ａの信号から検出されるスロットル開度ＴＡとＥＧＲ開度（ＥＧＲ弁５６の開度）とが調節されるＥＧＲ制御が行われる。更に負荷（ここでは燃料噴射量）とエンジン回転数ＮＥとに基づいて設定される目標吸入空気量（エンジン１回転当たりの目標値）となるようにＥＧＲ開度が調節される吸入空気量フィードバック制御が行われる。尚、ＥＣＵ７０が実行する燃焼モード制御としては、通常燃焼モード、低温燃焼モードとの２種類から選択した燃焼モードを運転状態に応じて実行する。ここで低温燃焼モードとは、大量の排気再循環量により燃焼温度の上昇を緩慢にしてＮＯｘとスモークとを同時低減させる燃焼モードである。本実施の形態では主として低負荷低中回転領域にて実行している。これ以外の燃焼モードが通常のＥＧＲ制御（ＥＧＲしない場合も含める）を実行する通常燃焼モードである。

そして触媒に対する制御処理を実行する触媒制御モードとしては、ＰＭ再生制御モード、Ｓ被毒回復制御モード、ＮＯｘ還元制御モード、及び通常制御モードの４種類のモードが存在する。ＰＭ再生制御モードとは、特に第２触媒コンバータ３８内に堆積しているＰＭを前述のごとく燃焼させてＣＯ2とＨ2Ｏにして排出するモードである。このモードでは、添加弁６８からの燃料添加や燃料噴射弁５８によるアフター噴射を繰り返して触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）する。Ｓ被毒回復制御モードとは、第１触媒コンバータ３６及び第２触媒コンバータ３８内のＮＯｘ吸蔵還元触媒が硫黄被毒してＮＯｘの吸蔵能力が低下した場合に前述したごとく硫黄を放出させるモードである。このモードでは、添加弁６８からの燃料添加や燃料噴射弁５８によるアフター噴射を繰り返して触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）し、空燃比をストイキよりも少し低下させる処理を行う。ＮＯｘ還元制御モードとは、第１触媒コンバータ３６及び第２触媒コンバータ３８内のＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ2、ＣＯ2及びＨ2Ｏに還元して放出するモードである。このモードでは、添加弁６８からの比較的時間をおいた間欠的な燃料添加や燃料噴射弁５８によるアフター噴射により触媒床温は比較的低温（例えば２５０〜５００℃）として、空燃比をストイキよりも低下させる処理を行う。これ以外の状態が通常制御モードとなり、この通常制御モードでは添加弁６８からの燃料添加や燃料噴射弁５８によるアフター噴射はなされない。

図２は、ＥＣＵにより実行される低温燃焼実行判定処理を示すフローチャートである。この処理は一定時間毎の割り込みで実行される。なお個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

本処理が開始されると、まず吸気温センサ２６にて検出されている吸気温に基づいて冷却水温マップｆ（吸気温）から冷却水判定温度が算出される（Ｓ１０２）。ここで冷却水温マップｆ（吸気温）は予め実験により吸気温をパラメータとして排気成分等から燃焼性の程度を測定したり、あるいは圧縮行程時の燃焼室内温度を測定したりして設定した冷却水温マップであり、図３に示すごとくである。図３では、吸気温≧０℃では冷却水判定温度＝６０℃で一定であるが、吸気温＜０℃では吸気温の低下と共に冷却水判定温度は上昇する。例えば吸気温＝−１２℃では冷却水判定温度＝７０℃、吸気温＝−２０℃では冷却水判定温度＝８０℃に設定している。このように冷却水温マップｆ（吸気温）は吸気温が低くなるほど冷却水判定温度が高くなるように設定されている。

次に冷却水温センサ７６にて検出されている冷却水温が冷却水判定温度以上か否かが判定される（Ｓ１０４）。ここで冷却水温≧冷却水判定温度であれば（Ｓ１０４で「ＹＥＳ」）、低温燃焼実行が許可される（Ｓ１０６）。これは燃料噴射時における燃焼室４内の温度が低温燃焼の良好な燃焼性を維持できるレベルであると推定できることから、低温燃焼実行許可とされる。こうして一旦本処理を終了する。

又、冷却水温＜冷却水判定温度であれば（Ｓ１０４で「ＮＯ」）、低温燃焼の燃焼性の悪化を招くおそれがあるので低温燃焼実行が禁止される（Ｓ１０８）。これは燃料噴射時における燃焼室４内の温度が低温燃焼の燃焼性を悪化させるおそれのあるレベルにあると推定できることから、低温燃焼実行禁止とされる。こうして一旦本処理を終了する。

ここで通常燃焼と低温燃焼との燃焼制御処理の一例を図４のフローチャートに示す。本処理は一定時間毎の割り込みで実行される。
本処理が開始されると、まず触媒制御モード毎に設けられた燃焼モードマップｇ（負荷，ＮＥ）から、負荷とエンジン回転数ＮＥとに基づいて燃焼モードが選択される（Ｓ２０２）。例えば触媒制御モードがＮＯｘ還元制御モードや通常制御モードであった場合には、燃焼モードマップｇ（負荷，ＮＥ）として図５に示すごとくのマップが用いられる。負荷としてはアクセル開度センサ７４に検出されるアクセル開度でも良いが、ここでは負荷として１噴射当たりの燃料噴射量（ｍｍ3）を用いている。

ここで負荷とエンジン回転数ＮＥとの関係が、燃焼モードマップｇ（負荷，ＮＥ）上で通常燃焼領域にあれば通常燃焼モードが選択され、低温燃焼領域にあれば低温燃焼モードが選択される。

そして次に前述した低温燃焼実行判定処理（図２）にて低温燃焼実行許可がなされているか否かが判定される（Ｓ２０４）。低温燃焼実行許可がなされていれば（Ｓ２０４で「ＹＥＳ」）、前記ステップＳ２０２にて燃焼モードマップｇ（負荷，ＮＥ）から選択された燃焼モードが実行される（Ｓ２０６）。

低温燃焼実行禁止であれば（Ｓ２０４で「ＮＯ」）、通常燃焼が実行される（Ｓ２０８）。したがって燃焼モードマップｇ（負荷，ＮＥ）では低温燃焼モードが選択されていても、低温燃焼が実行されることはなく通常燃焼が実行されることになる。

上述した構成において、冷却水温センサ７６が冷却水温検出手段に、吸気温センサ２６が吸気温検出手段に相当する。燃焼制御処理（図４）のステップＳ２０２，Ｓ２０６が燃焼モード制御手段としての処理に、低温燃焼実行判定処理（図２）のステップＳ１０２が判定温度設定手段としての処理に、ステップＳ１０４，Ｓ１０８及び燃焼制御処理（図４）のステップＳ２０４，Ｓ２０８が低温燃焼禁止手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．低温燃焼実行禁止（Ｓ１０８）は、冷却水温が冷却水判定温度より低い場合（Ｓ１０４で「ＮＯ」）である。しかもこの冷却水判定温度は吸気温が低くなるほど高く設定される。このため冷却水温と吸気温との両者を考慮することができるので、低温燃焼において燃焼性が悪化するか否かの運転温度条件を、冷却水温と冷却水判定温度との比較のみで高精度に判断できる。このことによりエンジン２の燃焼性低下を効果的に防止することができる。こうしてＥＧＲ系のデポジット詰まりなどの排気系での問題や、エンジン回転変動あるいはトルク変動によるドライバビリティの悪化などを防止できる。

［実施の形態２］
本実施の形態では、エンジン２の運転温度低下に応じて低温燃焼時の空燃比を高くする、すなわちリーン化する例を示す。このために本実施の形態では、図６の燃焼モード設定処理、図７の目標空燃比補正係数算出処理及び図９の空燃比制御処理が実行される。

図６の燃焼モード設定処理は一定時間周期で実行され、触媒制御モード毎に設けられた燃焼モードマップｇ（負荷，ＮＥ）から、負荷とエンジン回転数ＮＥとに基づいて燃焼モードを設定する処理（Ｓ３０２）が実行される。例えば、触媒制御モードがＮＯｘ還元制御モードや通常制御モードであった場合には、前記実施の形態１の図５に示した燃焼モードマップにより燃焼モードが設定される。

図７の目標空燃比補正係数算出処理は一定時間周期で実行され、冷却水温と吸気温とに基づいて補正係数マップｆａ（冷却水温，吸気温）から目標空燃比補正係数Ｋａｆを算出する処理（Ｓ３５２）が実行される。この補正係数マップｆａ（冷却水温，吸気温）を図８に示す。図８では吸気温が低くなるほど、更に冷却水温が低くなるほど目標空燃比補正係数Ｋａｆが大きくなる。ただし高吸気温でかつ高冷却水温側である場合には、目標空燃比補正係数Ｋａｆ＝「１．０」で一定である。すなわち、冷却水温と吸気温との両方に応じて、内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方が低くなるほど、低温燃焼における目標空燃比を高くするために、目標空燃比補正係数Ｋａｆを「１．０」よりも大きく設定している。

図９の空燃比制御処理は一定時間周期で実行され、第１空燃比センサ４２にて検出される空燃比を各燃焼モードに対して設定された目標空燃比にフィードバック制御する処理である。

本処理が開始されると、まず燃焼モードが低温燃焼モードか否かが判定される（Ｓ４０２）。低温燃焼モードであれば（Ｓ４０２で「ＹＥＳ」）、次に低温燃焼を実行するための処理がなされる。すなわち低温燃焼モード用スロットル開度マップから負荷とエンジン回転数ＮＥとに基づいて目標スロットル開度ＴＡｔを設定する（Ｓ４０４）。この低温燃焼モード用スロットル開度マップは後述する低温燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップにより設定される目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲｔとともに、図１０に示す低温燃焼時目標空燃比を実現するために極めて大きなＥＧＲ率となるように予め実験により設定されているマップである。

次に低温燃焼時目標空燃比の設定がなされる（Ｓ４０６）。低温燃焼時目標空燃比は図１０に示したごとくであり、負荷とエンジン回転数ＮＥとから設定される。次に目標空燃比補正係数算出処理（図７）にて算出されている目標空燃比補正係数ＫａｆによりステップＳ４０６にて算出された目標空燃比を式１のごとく補正して補正後目標空燃比として設定する（Ｓ４０８）。

補正後目標空燃比 ← 目標空燃比 × Ｋａｆ … ［式１］
そして低温燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップから目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲｔを設定するとともに、この目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲｔを空燃比フィードバック制御により補正する（Ｓ４１０）。

ここで低温燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップは、前述したごとく低温燃焼モード用スロットル開度マップとともに図１０に示す低温燃焼時目標空燃比を実現するために極めて大きなＥＧＲ率となるように予め実験により設定されているマップである。

空燃比フィードバック制御は、前述したアフター噴射や燃料添加による空燃比に対する影響が存在していない期間に実行される処理であり、第１空燃比センサ４２の検出値が、前記式１で求められた補正後目標空燃比となるように目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲｔをフィードバック補正する処理である。

こうして一旦本処理を終了する。このように低温燃焼時には、低吸気温側、低冷却水温側、あるいは低吸気温でかつ低冷却水温側であれば、Ｋｆａ＞「１．０」となって目標空燃比は大きくなる。この結果、特にＥＧＲ弁５６の開度調節によりＥＧＲ率が低下して吸入空気量の割合が増加する。

通常燃焼モードであれば（Ｓ４０２で「ＮＯ」）、次に通常燃焼を実行するための処理がなされる。すなわち、通常燃焼モード用スロットル開度マップから負荷とエンジン回転数ＮＥとに基づいて目標スロットル開度ＴＡｔを設定する（Ｓ４１２）。この通常燃焼モード用スロットル開度マップは後述する通常燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップにより設定される目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲｔとともに、図１１に示す通常燃焼時目標空燃比を実現するために低温燃焼時に比較して小さいＥＧＲ率となるように予め実験により設定されているマップである。

次に通常燃焼時目標空燃比の設定がなされる（Ｓ４１４）。通常燃焼時目標空燃比は図１１に示したごとくであり、負荷とエンジン回転数ＮＥとから設定される。
そして通常燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップから目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲｔを設定するとともに、この目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲｔを空燃比フィードバック制御により補正する（Ｓ４１６）。

ここで通常燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップは、前述したごとく通常燃焼モード用スロットル開度マップとともに図１１に示す通常燃焼時目標空燃比を実現するために比較的小さいＥＧＲ率となるように予め実験により設定されているマップである。

ここでは空燃比フィードバック制御は、第１空燃比センサ４２の検出値が図１１に示す通常燃焼時目標空燃比となるように目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲｔをフィードバック補正する処理である。

こうして一旦本処理を終了する。このように通常燃焼時には、吸気温及び冷却水温に基づく目標空燃比の補正はなされない。
上述した構成において、吸気温センサ２６及び冷却水温センサ７６が運転温度検出手段に相当する。燃焼モード設定処理（図６）及び空燃比制御処理（図９）のステップＳ４０２〜Ｓ４０６，Ｓ４１０〜Ｓ４１６が燃焼モード制御手段としての処理に相当し、目標空燃比補正係数算出処理（図７）及び図９のステップＳ４０８が空燃比補正手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．エンジン２の冷却水温と吸気温との一方が低くなるほど、あるいは両方が低くなるほど目標空燃比を高くしている（Ｓ３５２，Ｓ４０８）。この結果、エンジン２の燃焼室４内における酸素量が燃料噴射弁５８からの噴射燃料量に対して相対的に増大する。このことにより低温燃焼時の燃焼性の低下を防止することができる。

［実施の形態３］
本実施の形態では、前記実施の形態１における図２の低温燃焼実行判定処理及び図３の冷却水温マップｆ（吸気温）による処理の代わりに、図１２に示す低温燃焼実行判定処理及び図１３に示す２次元マップｈ（冷却水温，吸気温）により、低温燃焼実行許可・禁止を設定している。燃焼制御処理（図４）及び燃焼モードマップｇ（負荷，ＮＥ）については前記実施の形態１と同じである。

低温燃焼実行判定処理（図１２）について説明する。本処理が開始されると、まず冷却水温と吸気温とで表されるエンジンの運転温度が、図１３に示した冷却水温と吸気温との２次元温度空間内に予め設定した低温燃焼禁止温度領域に属するか否かを判定する（Ｓ５０２）。ここで低温燃焼禁止温度領域とは、低温燃焼の燃焼性が悪化する運転温度領域であり、実験にて予め設定されている。

吸気温センサ２６に検出された吸気温と冷却水温センサ７６に検出された冷却水温とで表されるエンジンの運転温度が、低温燃焼禁止温度領域に属する場合には（Ｓ５０２で「ＹＥＳ」）、低温燃焼実行が禁止される（Ｓ５０４）。又、低温燃焼禁止温度領域以外の領域である低温燃焼許可温度領域に属する場合には（Ｓ５０２で「ＮＯ」）、低温燃焼実行が許可される（Ｓ５０６）。

そして、低温燃焼実行判定処理（図１２）での判定結果に基づいて、前記実施の形態１にて述べたごとく燃焼制御処理（図４）が実行される。
上述した構成において、吸気温センサ２６及び冷却水温センサ７６が運転温度検出手段に相当する。燃焼制御処理（図４）のステップＳ２０２，Ｓ２０６が燃焼モード制御手段としての処理に、低温燃焼実行判定処理（図１２）のステップＳ５０２，Ｓ５０４及び燃焼制御処理（図４）のステップＳ２０４，Ｓ２０８が低温燃焼禁止手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態３によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．冷却水温と吸気温との両者を考慮した図１３に示す２次元マップｈ（冷却水温，吸気温）を用いているので、低温燃焼において燃焼性が悪化するか否かの運転温度条件を高精度に判断できる。このため冷却水温と吸気温とで表されるエンジンの運転温度が低温燃焼禁止温度領域に属する場合（Ｓ５０２で「ＹＥＳ」）には低温燃焼を禁止すること（Ｓ５０４）により通常燃焼が実行される（図４：Ｓ２０８）。このことによりエンジン２の燃焼性の低下を効果的に防止することができ、ＥＧＲ系のデポジット詰まりなどの排気系での問題や、エンジン回転変動あるいはトルク変動によるドライバビリティの悪化などを防止できる。

［実施の形態４］
本実施の形態では、前記実施の形態１における図２の低温燃焼実行判定処理及び図３の冷却水温マップｆ（吸気温）による処理の代わりに、図１４に示す低温燃焼実行判定処理及び図１５に示す吸気温マップｉ（冷却水温）により、低温燃焼実行許可・禁止を設定している。燃焼制御処理（図４）及び燃焼モードマップｇ（負荷，ＮＥ）については前記実施の形態１と同じである。

低温燃焼実行判定処理（図１４）について説明する。本処理が開始されると、まず冷却水温センサ７６にて検出されている冷却水温が低温燃焼禁止判定水温（ここでは６０℃）以上か否かが判定される（Ｓ６０２）。冷却水温＜６０℃であれば（Ｓ６０２で「ＮＯ」）、低温燃焼の燃焼性の悪化を招くおそれがあるので低温燃焼実行が禁止される（Ｓ６１０）。

冷却水温≧６０℃であれば（Ｓ６０２で「ＹＥＳ」）、冷却水温に基づいて吸気温マップｉ（冷却水温）から吸気判定温度が算出される（Ｓ６０４）。ここで吸気温マップｉ（冷却水温）は予め実験により冷却水温（６０〜８０℃）をパラメータとして排気の成分等から燃焼性の程度、あるいは圧縮行程時の燃焼室内温度を測定して設定した吸気温マップであり、図１５に示すごとくである。図１５では冷却水温が低くなるほど吸気判定温度を高く設定している。尚、冷却水温＞８０℃では吸気判定温度＝−２０℃で一定とする。あるいは冷却水温＞８０℃では低温燃焼実行許可としても良い。

次に吸気温センサ２６にて検出されている吸気温が吸気判定温度以上か否かが判定される（Ｓ６０６）。ここで吸気温≧吸気判定温度であれば（Ｓ６０６で「ＹＥＳ」）、低温燃焼実行が許可される（Ｓ６０８）。これは燃焼室４内の圧縮行程時の温度が低温燃焼の良好な燃焼性を維持できるレベルであると推定できることから、低温燃焼実行許可とされる。こうして一旦本処理を終了する。

又、吸気温＜吸気判定温度であれば（Ｓ６０６で「ＮＯ」）、低温燃焼の燃焼性の悪化を招くおそれがあるので低温燃焼実行が禁止される（Ｓ６１０）。これは燃焼室４内の圧縮行程時の温度が低温燃焼の燃焼性を悪化させるおそれのあるレベルにあると推定できることから、低温燃焼実行禁止とされる。こうして一旦本処理を終了する。

そして、低温燃焼実行判定処理（図１４）での判定結果により、前記実施の形態１にて述べたごとく燃焼制御処理（図４）が実行される。
上述した構成において、低温燃焼実行判定処理（図１４）のステップＳ６０４が判定温度設定手段としての処理に、低温燃焼実行判定処理（図１４）のステップＳ６０６，Ｓ６１０及び燃焼制御処理（図４）のステップＳ２０４，Ｓ２０８が低温燃焼禁止手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態４によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．低温燃焼実行の禁止（Ｓ６１０）は、吸気温が吸気判定温度より低い場合である（Ｓ６０６で「ＮＯ」）。しかもこの吸気判定温度は冷却水温が低くなるほど高く設定される。このため吸気温と冷却水温との両者を考慮することができるので、低温燃焼において燃焼性が悪化するか否かの運転温度条件を、吸気温と吸気判定温度との比較のみで高精度に判断できる。このことによりエンジン２の燃焼性低下を効果的に防止することができる。こうしてＥＧＲ系のデポジット詰まりなどの排気系での問題や、エンジン回転変動あるいはトルク変動によるドライバビリティの悪化などを防止できる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記各実施の形態では、エンジンの負荷として、燃料噴射量を用いたが、これ以外にアクセル開度を用いても良い。

（ｂ）．図１に示したごとく吸気温を得るための吸気温センサ２６の位置はスロットル弁２２とサージタンク１２との間であったが、排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａより上流でも良い。又、吸気温の代わりに、エンジンルーム内などの外気温を運転温度として検出しても良い。

実施の形態１の車両用ディーゼルエンジン及び制御装置の概略構成図。 実施の形態１のＥＣＵが実行する低温燃焼実行判定処理のフローチャート。 上記低温燃焼実行判定処理で用いられる冷却水温マップｆ（吸気温）の構成説明図。 実施の形態１のＥＣＵが実行する燃焼制御処理のフローチャート。 上記燃焼制御処理で用いられる燃焼モードマップｇ（負荷，ＮＥ）の構成説明図。 実施の形態２のＥＣＵが実行する燃焼モード設定処理のフローチャート。 同じく目標空燃比補正係数算出処理のフローチャート。 上記目標空燃比補正係数算出処理で用いられる補正係数マップｆａ（冷却水温，吸気温）の構成説明図。 実施の形態２のＥＣＵが実行する空燃比制御処理のフローチャート。 上記空燃比制御処理にて用いられる低温燃焼時の目標空燃比マップの構成説明図。 上記空燃比制御処理にて用いられる通常燃焼時の目標空燃比マップの構成説明図。 実施の形態３のＥＣＵが実行する低温燃焼実行判定処理のフローチャート。 上記低温燃焼実行判定処理にて用いられる２次元マップｈ（冷却水温，吸気温）の構成説明図。 実施の形態４のＥＣＵが実行する低温燃焼実行判定処理のフローチャート。 上記低温燃焼実行判定処理で用いられる吸気温マップｉ（冷却水温）の構成説明図。

符号の説明

２…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、６…吸気弁、８…吸気ポート、１０…吸気マニホールド、１２…サージタンク、１３…吸気経路、１４…インタークーラ、１６…排気ターボチャージャ、１６ａ…コンプレッサ、１６ｂ…排気タービン、１８…エアクリーナ、２０…ＥＧＲ経路、２０ａ…ＥＧＲガス供給口、２０ｂ…ＥＧＲガス吸入口、２２…スロットル弁、２２ａ…スロットル開度センサ、２２ｂ…モータ、２４…吸入空気量センサ、２６…吸気温センサ、２８…排気弁、３０…排気ポート、３２…排気マニホールド、３４…排気経路、３６…第１触媒コンバータ、３８…第２触媒コンバータ、４０…第３触媒コンバータ、４２…第１空燃比センサ、４４…第１排気温センサ、４６…第２排気温センサ、４８…第２空燃比センサ、５０…差圧センサ、５２…ＥＧＲ触媒、５４…ＥＧＲクーラ、５６…ＥＧＲ弁、５８…燃料噴射弁、５８ａ…燃料供給管、６０…コモンレール、６２…燃料ポンプ、６４…燃料圧センサ、６６…燃料供給管、６８…添加弁、７０…ＥＣＵ、７２…アクセルペダル、７４…アクセル開度センサ、７６…冷却水温センサ、７８…クランク軸、８０…エンジン回転数センサ、８２…気筒判別センサ。

Claims (6)

1. 内燃機関の運転状態に応じて排気再循環量の大きい低温燃焼を選択的に実行する内燃機関において、内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方である運転温度が低いことに起因して低温燃焼の燃焼性が悪化する低温燃焼禁止温度領域を設定し、実際の内燃機関の運転温度が、前記低温燃焼禁止温度領域に属する場合には、低温燃焼を禁止することを特徴とする内燃機関の燃焼制御方法。
2. 内燃機関の運転状態に応じて排気再循環量の大きい低温燃焼を選択的に実行する内燃機関において、低温燃焼が実行されている場合に、内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方が低くなるほど空燃比を高くすることを特徴とする内燃機関の燃焼制御方法。
3. 内燃機関の運転状態に応じて通常燃焼と該通常燃焼よりも排気再循環量の大きい低温燃焼とを含む燃焼モードから選択した燃焼モードを実行する燃焼モード制御手段を有する内燃機関の燃焼制御装置であって、
   内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
   内燃機関の吸気温を検出する吸気温検出手段と、
   前記冷却水温検出手段に検出された冷却水温と前記吸気温検出手段に検出された吸気温とで示される内燃機関の運転温度が、冷却水温と吸気温との２次元温度空間内に予め設定した前記運転温度が低いことに起因して低温燃焼の燃焼性が悪化する低温燃焼禁止温度領域に属する場合には、低温燃焼を禁止する低温燃焼禁止手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
4. 内燃機関の運転状態に応じて通常燃焼と該通常燃焼よりも排気再循環量の大きい低温燃焼とを含む燃焼モードから選択した燃焼モードを実行する燃焼モード制御手段を有する内燃機関の燃焼制御装置であって、
   内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
   内燃機関の吸気温を検出する吸気温検出手段と、
   前記冷却水温検出手段に検出された冷却水温が冷却水判定温度より低い場合に前記燃焼モード制御手段による低温燃焼実行を禁止する低温燃焼禁止手段と、
   前記吸気温検出手段にて検出された吸気温が低くなるほど、前記低温燃焼禁止手段における冷却水判定温度を高く設定する判定温度設定手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
5. 内燃機関の運転状態に応じて通常燃焼と該通常燃焼よりも排気再循環量の大きい低温燃焼とを含む燃焼モードから選択した燃焼モードを実行する燃焼モード制御手段を有する内燃機関の燃焼制御装置であって、
   内燃機関の吸気温を検出する吸気温検出手段と、
   内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
   前記吸気温検出手段に検出された吸気温が吸気判定温度より低い場合に前記燃焼モード制御手段による低温燃焼実行を禁止する低温燃焼禁止手段と、
   前記冷却水温検出手段にて検出された冷却水温が低くなるほど、前記低温燃焼禁止手段における吸気判定温度を高く設定する判定温度設定手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
6. 内燃機関の運転状態に応じて通常燃焼と該通常燃焼よりも排気再循環量の大きい低温燃焼とを含む燃焼モードから選択した燃焼モードを実行する燃焼モード制御手段を有する内燃機関の燃焼制御装置であって、
   内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方を検出する運転温度検出手段と、
   前記燃焼モード制御手段にて低温燃焼が実行されている場合に、前記運転温度検出手段に検出された内燃機関の冷却水温と吸気温との一方又は両方が低くなるほど空燃比を高くする空燃比補正手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。

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