JP4483794B2 - 圧縮着火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮着火式内燃機関の制御装置に関する。

例えばディーゼルエンジンなどの圧縮着火式内燃機関では、各気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁が設けられており、燃料噴射弁により噴射供給された燃料は吸入空気と共に燃焼に供される。このような内燃機関においては、エンジン出力特性や排ガス特性などの観点から燃料噴射時期等が各々異なる複数の燃焼形態が設けられ、内燃機関の回転速度や負荷に応じてその燃焼形態が切り替えられるようになっている。そして、燃焼形態毎に、燃料の噴射時期や量、吸入空気量や排ガス再循環装置による排ガスの再循環量などがそれぞれ制御される。例えば着火遅れ期間に燃料と空気との混合が行われた後に予混合燃焼が起こる予混合燃焼期間と、噴射された燃料が噴かれるそばから燃焼する拡散燃焼期間が共存する「従来燃焼」に対して、最近開発が行われている「予混合燃焼」では一般にＥＧＲガスを大量に投入するため酸素濃度を低く設定して、着火時期が燃料噴射期間に起こらないような制御をする。また、ここではこの広く知られる予混合燃焼を「完全予混合燃焼」と定義するのに対して「完全予混合燃焼」と「従来燃焼」との中間的な燃焼として図２に示すようにエンジン領域での概略中間位置に「準予混合燃焼」（酸素濃度、噴射時期、噴射量の設定は「完全予混合燃焼」と「従来燃焼」の間の値に設定）を設けると切り替えがスムーズに行えることがわかっている。

ところで、内燃機関の運転時において噴射系の変化と空気系の変化とでは、目標の変化に対する追従性が異なる。噴射系については燃料噴射弁における燃料噴射態様を変更することにより燃料の噴射時期や噴射量を瞬時に調整することができるのに対して、空気系についてはアクチュエータの作動遅れや輸送遅れなどが生じるためである。これにより、燃焼形態が変化した場合に噴射系と空気系とのバランスがくずれ、排ガス特性が悪化したり、軸トルクの変動が生じる。ひいてはドライバビリティが悪化する。

この問題に対して例えば特許文献１では、空気系のパラメータとして空気過剰率の目標値が大きく変化した場合に、空気過剰率の目標値の変化量と、目標値に対する実値の偏差との比率を求め、その比率に応じて燃料の噴射時期を補正する制御方法が提案されている。図６（ａ）は、タイミングｔａにおいて空気過剰率の目標値が変化する場合の、同制御方法による噴射時期の補正の様子を示すものである。ここで、タイミングｔａの前後における空気過剰率及び噴射時期の目標値の変化量をそれぞれＡ１，Ｂ１とする。そして、任意のタイミングｔｂにおける空気過剰率及び噴射時期の目標値に対する実値の偏差をそれぞれＡ２，Ｂ２とすると、Ａ１：Ａ２＝Ｂ１：Ｂ２の関係を満たすように噴射時期の補正が行われる。
特開２００５−４８７２４号公報

さて、本願発明者らは、空気過剰率（酸素情報相当）と噴射時期（着火時期相当）とについて、等軸トルクとなる関係が存在することを確認した。図６（ｂ）は、その等軸トルクとなる空気過剰率と噴射時期との関係を示す図であり、特許文献１に開示される制御方法を適用した様子を示している。

図６（ｂ）には、燃焼形態を、例えば従来燃焼から完全予混合燃焼に切り替えた場合の切り替え前後において等軸トルクとなる空気過剰率と噴射時期との関係がそれぞれ特性曲線Ｌ３，Ｌ４として示されている。先述したように、従来燃焼に比べて完全予混合燃焼ではＥＧＲ量が多いことから燃焼の形態が異なり、着火時期で見た特性曲線は異なったものになる。この図６（ｂ）において空気過剰率及び噴射時期の目標値は、燃焼形態が切り替えられるタイミングｔａ以前には特性曲線Ｌ３上の点Ｄにあり、燃焼形態が切り替えられたタイミングｔａ後には特性曲線Ｌ４上の点Ｅに変化する。ここで、燃焼形態の遷移過程に注目すると、上記の通り噴射系の変化に対して空気系の変化が遅れるため、それぞれの目標値の変化量Ａ１，Ｂ１と偏差Ａ２，Ｂ２とがＡ１：Ａ２＝Ｂ１：Ｂ２の関係を満たすべく、噴射時期の補正が行われる。このため、任意のタイミングｔｂにおいて空気過剰率と噴射時期とは、切り替え後の燃焼形態における特性曲線Ｌ４から外れた点Ｆの関係になる。これにより軸トルクの異なる燃焼が行われ、ドライバビリティが悪化する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、空気系の変化の遅れによる燃焼状態の悪化を回避し、ひいてはドライバビリティを良好に保つことのできる圧縮着火式の内燃機関の制御装置を提供することである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

請求項１に記載の発明では、燃焼ガスの酸素情報を取得する手段を備え、等トルクとなる排ガスの酸素情報と着火時期との関係を等トルク特性として予め規定しておき、同等トルク特性に基づき、取得した燃焼ガスの酸素情報に応じて着火時期の目標時期を補正する。

本発明の内燃機関には、気筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁が備えられている。そして、内燃機関の運転情報に基づいて着火時期の目標時期が決定され、同目標時期に応じて燃料噴射弁における燃料噴射態様が調整されるようになっている。燃料噴射弁により噴射供給された燃料は吸入空気と共に燃焼に供される。

ここで、燃料噴射弁により調整される着火時期などの噴射系と吸入空気などの空気系とでは、その目標値が変化した際の追従性が異なる。噴射系については燃料噴射弁による噴射態様を変更することにより瞬時に調整することができるのに対し、空気系については輸送遅れなどにより瞬時に調整できないためである。このため従来の制御システムでは、噴射系と空気系とのバランスがくずれて燃焼状態が悪化する問題が生じていた。この問題に対して、発明者らは、都度の燃焼状態において空燃比や排ガス酸素濃度などの酸素情報に応じた最適な着火時期が存在することを確認した。そこで、排ガスの酸素情報に応じて着火時期の目標時期の補正を行う。

本発明によれば、等トルクとなる排ガスの酸素情報と着火時期との関係が等トルク特性として予め規定され、その等トルク特性に基づき、排ガスの酸素情報に応じて着火時期の目標時期の補正が行われる。すなわち、吸入空気などの目標値が変化した際の空気系の変化の遅れが着火時期の目標時期に反映されるため、意図しない燃焼状態となることを回避できる。これにより軸トルクの変動が抑制され、ひいてはドライバビリティを良好に保つことができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサを備え、排ガスの酸素情報としての排ガス酸素濃度に応じて着火時期の目標時期を補正する。

前述したように等トルクとなる燃焼状態として、排ガスの酸素濃度に応じた最適な着火時期が存在している。このため、酸素濃度センサを用いて排ガス酸素濃度を検出し、その排ガス酸素濃度に応じて着火時期の目標時期を補正すると良い。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、内燃機関の運転状態に応じて異なる燃焼形態を設定するとともに、その燃焼形態ごとに等トルク特性を予め規定しておき、燃焼形態を切り替えた場合に、切り替え後の燃焼形態における等トルク特性に基づき、着火時期の目標時期を補正する。

内燃機関では、エンジン出力特性や排ガス特性などの観点から複数の燃焼形態が設けられ、内燃機関の回転速度や負荷に応じてその燃焼形態が切り替えられるようになっている。そして、燃焼形態ごとに燃料の噴射開始時期や噴射量、吸入空気量などの目標値が設定されている。

本発明によれば、燃焼形態ごとに等トルク特性が規定される。そして、燃焼形態が切り替えられた場合に、切り替え後の等トルク特性に基づき、排ガスの酸素情報に応じて着火時期の目標時期の補正が行われる。これにより、空気系の変化が生じ易い燃焼形態の切り替えに際して、意図しない燃焼状態になることを回避できる。

特に、燃焼形態の切り替え前後において出力トルクの目標値が同一であればトルク変動を生じることなく、燃焼形態を切り替えることが可能である。

また、燃焼形態の切り替え時の過渡変化に適応するために、過渡変化の態様ごとに燃料の噴射時期や量、吸入空気量などのパラメータを予め定義しておき、都度の過渡変化の態様に応じて各種パラメータを調整する制御方法に比べ、各種パラメータを求めるための適合にかかる工数を削減することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、燃焼形態として予混合燃焼と通常燃焼とが含まれることを特徴とする。

燃料の噴射態様や排ガス再循環装置により再循環される排ガス量の調整により燃料噴射の終了後に着火が生じる予混合燃焼と、燃料の噴射中に着火が生じる通常燃焼とでは、噴射系及び空気系の目標値が大きく異なる。このため、予混合燃焼と通常燃焼とで燃焼形態が切り替えられる場合に、排ガスの酸素情報に応じて着火時期の補正を行うと良い。これにより、意図しない燃焼状態になることを回避できる。

請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、吸気圧又は排気圧を検出する圧力センサを備え、排ガスの酸素情報に加え、検出した吸気圧又は排気圧に応じて着火時期の目標時期を補正する。

等トルクとなる着火時期は排ガスの酸素情報のほかに、吸気圧や排気圧などの圧力情報の影響も受ける。このため吸気圧や排気圧を検出し、その検出値に応じて着火時期の目標時期を補正すると良い。

請求項６に記載の発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、着火時期を検出する検出器を備え、同検出器により検出される着火時期が目標時期に一致するように、燃料噴射弁における燃料噴射態様を調整する。

上記構成によれば、実際の着火時期が検出され、目標時期とのずれが零になるように調整される。すなわち、燃焼状態が目標とする良好な状態に保たれる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、車両エンジンとして４気筒ディーゼルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、この制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１にはスロットルバルブ１２が設けられ、ＤＣモータ等からなるスロットルアクチュエータ１３によって開度調節されるようになっている。吸気管１１はスロットルバルブ１２の下流にて分岐され、エンジン１０の各気筒の吸気ポートに接続されている。

エンジン１０には、気筒ごとにインジェクタ１５が配設されている。インジェクタ１５は各気筒共通のコモンレール１６に接続され、コモンレール１６には高圧ポンプ１７が接続されている。高圧ポンプ１７が駆動されると図示しない燃料タンクから燃料が汲み上げられ、高圧の燃料がコモンレール１６の連続的に蓄圧される。また、コモンレール１６にはコモンレール圧の燃料圧を検出するコモンレール圧センサ１８が設けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。吸気バルブ２１の開動作により吸入空気が燃焼室２３内に導入され、インジェクタ１５より噴射供給された燃料と共に燃焼に供される。燃焼後の排ガスは排気バルブ２２の開動作により排気管３１に排出される。排気管３１の下流には、排ガスの排気酸素濃度を検出する酸素濃度センサとしての空燃比センサ３２、及び排ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）３３が設けられている。

エンジン１０には、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に再循環させるための排ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）が設けられている。すなわち、吸気管１１のスロットルバルブ１２の下流部と排気管３１との間にＥＧＲ配管３５が設けられている。ＥＧＲ配管３５には環流されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３６が設けられ、ＥＧＲ配管３５と吸気管１１の連結部にはＥＧＲガスの環流量を調節するＥＧＲ弁３７が設けられ、ＥＧＲ弁３７はＥＧＲアクチュエータ３８により開閉されるようになっている。ＥＧＲガスを吸気系に環流することにより燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生が抑制される。

また、吸気管１１と排気管３１との間には、ターボチャージャ４０が配設されている。ターボチャージャ４０は、吸気管１１に設けられたコンプレッサインペラ４１と、排気管３１に設けられたタービンホイール４２とを有し、これらが回転軸４３にて連結されている。ターボチャージャ４０では、排気管３１を流れる排気によってタービンホイール４２が回転し、その回転力が回転軸４３を介してコンプレッサインペラ４１に伝達される。コンプレッサインペラ４１は伝達された回転力により回転し、吸気管１１内を流れる吸入空気を圧縮して過給する。ターボチャージャ４０にて過給された空気は、インタークーラ４５によって冷却された後、その下流側に給送される。ターボチャージャ４０によって吸入空気が圧縮されることで、吸入空気の充填効率が高められる。

エンジン１０には、筒内圧力を検出する燃焼圧センサ５１が設置されている。また、この他、エンジン制御システムには、エンジン１０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ５２や、運転者によるアクセル操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５３などが備えられている。

ＥＣＵ６０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されるものであり、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することにより都度のエンジン運転状態に応じて燃料噴射制御等のエンジン１０の各種制御を実施する。ＥＣＵ６０には、都度のエンジン運転状態を表す情報として前述したコモンレール圧センサ１８、燃焼圧センサ５１、クランク角度センサ５２、アクセル開度センサ５３などから各々検出信号が入力される。

ＥＣＵ６０は、燃焼圧センサ５１からの検出信号に基づいて着火時期を取得する。詳しくは、クランク角度センサ５２からの検出信号に基づいてピストンの上下動に伴い刻々変化する筒内容積を求め、その筒内容積と燃焼圧センサ５１より得られる筒内圧力とに基づいて熱発生率を算出する。そして、熱発生率が予め定めた基準値を上回ったタイミングを着火時期として取得する。

本制御システムのエンジン１０では、先述した「従来燃焼」「完全予混合燃焼」「準予混合燃焼」の３通りの燃焼モードが設定されている。ここで各燃焼は先述したＥＧＲ量による着火時期制御の他に、第１の燃焼モードである従来燃焼では、高圧縮の状態の気筒内にインジェクタ１５により燃料噴射が行われ、その際高圧縮状態であるために燃料が順次着火して燃焼に供される。また、第２の燃焼モードである完全予混合燃焼では、従来燃焼時よりも早い時期に、すなわち吸気行程又は圧縮行程の初期にインジェクタ１５により燃料噴射が行われる。この場合、筒内圧力が比較的低いため、インジェクタ１５による噴射燃料はすぐには着火せず、高圧縮状態になるまでに筒内の吸入空気と十分に混合される。そして、高圧縮の状態となった後に圧縮着火され、燃焼に供される。第３の燃焼モードである準予混合燃焼では、第１の燃焼モードである従来燃焼よりは早い時期で、且つ第２の燃焼モードである完全予混合燃焼よりは遅い時期にインジェクタ１５により燃料噴射が行われる。この場合、筒内圧力が比較的低いため、インジェクタ１５による噴射燃料はすぐには着火せず、高圧縮状態になるまでに筒内の吸入空気とある程度混合される。そして、高圧縮の状態となった後に圧縮着火され、燃焼に供される。

「予混合燃焼」は、このような形態に限らず、先述したように、例えば上死点付近でインジェクタ１５による燃料噴射を行う一方、ＥＧＲ弁３７の開閉により大量のＥＧＲガスを加えることで燃料及び空気の混合を促すべく着火時期を遅らせる場合も含む。特に、完全予混合燃焼では、燃料噴射中に着火が生じないようにＥＧＲガスの量が制御される。一方で準予混合燃焼では、完全予混合燃焼と通常予混合燃焼の中間の燃焼となるように、すなわち燃料噴射の後期において着火が生じるようにＥＧＲガスの量が制御される。

図２はエンジンの運転領域と燃焼モードとの関係を表す図である。ＥＣＵ６０では、エンジン回転速度及びエンジン負荷によって定義されるエンジン運転領域に応じてエンジン１０の燃焼モードを切り替えるようにしている。エンジン１０の低回転速度領域又は低負荷領域においては第２の燃焼モードである完全予混合燃焼を行い、高回転速度領域又は高負荷領域においては第１の燃焼モードである従来燃焼を行う。そして、その中間に位置するエンジン運転領域において第３の燃焼モードである準予混合燃焼を行う。

ところで、燃焼モードの切り替えに際しては、着火時期、吸入空気量、ＥＧＲガス量などの目標値が変化する。着火時期はインジェクタ１５による燃料の噴射開始時期や噴射量などの噴射パラメータを変更することによって瞬時に調整することができるが、吸入空気量やＥＧＲガス量はスロットルアクチュエータ１３やＥＧＲアクチュエータ３８の作動遅れや輸送遅れなどによって瞬時に調整することができない。このため、着火時期と、吸入空気及びＥＧＲガス量とのバランスがくずれて燃焼状態が悪化し、軸トルクが変動するなどの問題が生じる。

この問題に対して発明者らによれば、軸トルクが等しい燃焼状態として、排ガス酸素濃度に応じた最適な着火時期が存在することが確認されている。詳しくは、排ガス酸素濃度が低いときには着火時期が比較的進角側になり、排ガス酸素濃度が高くなるにつれて着火時期が遅角側になる傾向にある。もちろん排ガスの酸素濃度が直接燃焼に効くわけではないが吸入ガスの酸素濃度と排ガス酸素濃度とが相関があるため、排ガス酸素で代用できることもわかっている。また、その排ガス酸素濃度と着火時期の関係は、燃焼モードやエンジン運転状態ごとに異なる。そこで、本実施の形態では、燃焼モードの切り替えに際して、空燃比センサ３２により検出した排ガス酸素濃度に応じて目標着火時期の補正を行う。

図３は、等軸トルクとなる排ガス酸素濃度と着火時期との関係を示す図である。図３には、同一のエンジン運転状態において等軸トルクとなる排ガス酸素濃度と着火時期との関係が特性曲線Ｌ１，Ｌ２として示されている。この特性曲線Ｌ１，Ｌ２が等トルク特性に相当する。ここで、燃焼モードの切り替え前における特性曲線がＬ１、燃焼モードの切り替え後における特性曲線がＬ２である。前述したように特性曲線Ｌ１，Ｌ２は、排ガス酸素濃度が高くなると燃焼が活発になるため、トルクを同等にするためには着火時期を遅角する必要がある。

ここで、燃焼モードの切り替えに際して燃焼状態を点Ａから点Ｂに移行させる場合の目標着火時期の補正方法を説明する。先ず燃焼モードの切り替え直後には、空気系の変化の遅れにより排ガス酸素濃度がほとんど変化しないため、Ａ→Ｃのように着火時期を変更することによって燃焼状態を特性曲線Ｌ２上の点Ｃに移行する。その後、空気系の変化に伴い排ガス酸素濃度が変化するにつれ、Ｃ→Ｂのように特性曲線Ｌ２上で目標着火時期の補正を行い、燃焼状態を点Ｂに移行する。

図４は、噴射系及び空気系の制御処理の手順を示す。図４（ａ）は噴射系の制御処理として燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャートであり、図４（ｂ）はスロットルバルブ１２及びＥＧＲ弁３７の開閉制御を行う空気系制御の処理手順を示すフローチャートである。なお、燃料噴射制御処理及び空気系制御処理は、ＥＣＵ６０によって所定周期毎に実行される。

先ず、図４（ａ）の本燃料噴射制御処理では、エンジン運転情報に基づく燃料噴射態様の調整を行う。また、燃焼モードを切り替える際に、排ガス酸素濃度に応じた目標着火時期の補正を行う。

ステップＳ１０１では、エンジン運転情報としてエンジン回転速度やアクセル操作量などを取得する。ステップＳ１０２では、そのエンジン運転情報に基づいて目標排ガス酸素濃度及び目標着火時期を算出する。ステップＳ１０３では、噴射開始時期などの噴射パラメータを算出する。具体的には、本燃料噴射制御では、燃焼時の目標着火時期に対する実際の着火時期の偏差を反映して噴射開始時期を算出することとしており、ここでは着火時期の偏差の前回値に基づいて噴射開始時期を算出する。また、ステップＳ１０３では噴射パラメータとして燃料の噴射量や噴射期間なども算出する。

ステップＳ１０４では、補正条件として燃焼モードが切り替えられているかを判定している。補正条件が成立していればステップＳ１０５に移行して目標着火時期の補正を行い、補正条件が成立していなければステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１０４において補正条件が成立している場合には、ステップＳ１０５において空燃比センサ（酸素濃度センサ）３２により排ガス酸素濃度を検出する。ステップＳ１０６では、検出した排ガス酸素濃度の目標排ガス濃度に対する偏差を算出する。ステップＳ１０７では排ガス酸素濃度と着火時期との等軸トルク特性に基づき、排ガス酸素濃度の偏差に応じた目標着火時期の補正量を算出する。そして、ステップＳ１０８においてその補正量に基づく目標着火時期の補正を行う。ステップＳ１０９では、補正した目標着火時期に基づいて噴射開始時期の補正を行う。その後、ステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０４において補正条件が成立されていないと判定された場合に、エンジン運転情報より算出した噴射パラメータに基づく噴射指令をインジェクタ１５に対して出力する。または、ステップＳ１０４において補正条件が成立していると判定された場合に、排ガス酸素濃度に応じて補正した噴射パラメータに基づく噴射指令をインジェクタ１５に対して出力する。その後、本燃料噴射制御処理を終了する。

次に図４（ｂ）の空気系制御では、エンジン運転情報に基づくスロットルバルブ１２及びＥＧＲ弁３７の開閉を行う。

先ず、ステップＳ２０１では、エンジン運転情報としてエンジン回転速度やアクセル操作量などを取得する。ステップＳ２０２では、そのエンジン運転情報に基づいて目標吸入空気量及び目標ＥＧＲ率を算出する。ステップＳ２０３では、目標吸入空気量及び目標ＥＧＲ率に基づき、目標スロットル開度及び目標ＥＧＲ弁開度を算出する。そして、ステップＳ２０４において、その目標スロットル開度及び目標ＥＧＲ弁開度に応じた開閉指令をスロットルアクチュエータ１３及びＥＧＲアクチュエータ３８に出力し、その後、本空気系制御処理を終了する。

さて、図５は、燃焼モードを切り替えた際の着火時期や排気酸素濃度等の変化の様子を示す図である。図５（ａ）には図４の燃料噴射制御を適用しない場合の変化の様子を示し、図５（ｂ）には図４の燃料噴射制御を適用した場合の変化の様子を示す。なお、図５（ａ），（ｂ）では、タイミングｔ１，ｔ２において、通常燃焼から準予混合燃焼に燃焼モードを切り替えた例を示す。

図４の燃料噴射制御を適用しない図５（ａ）では、タイミングｔ１において燃焼モードが切り替わると、噴射開始時期が目標着火時期の変化に応じて瞬時に変更され、排ガス酸素濃度は目標値の変化に対して徐々に収束している。着火時期はタイミングｔ１直後に急変するため、軸トルクは大きく変動している。

一方で、図４の燃料噴射制御を適用した図５（ｂ）では、タイミングｔ２において燃焼モードが切り替わると、排ガス酸素濃度の実値に応じて目標着火時期が補正されるとともに、その補正された目標着火時期に応じて噴射開始時期が調整されている。この結果、軸トルクの変動を小さく抑えることができる。

以上、詳述した実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

等軸トルクとなる排ガス酸素濃度と着火時期との関係を特性曲線（図３のＬ１，Ｌ２等）として予め規定しておき、その特性曲線に基づき、検出した排ガス酸素濃度に応じて目標着火時期を補正したことにより、吸入空気やＥＧＲガスなどの空気系の変化の遅れが噴射系に反映される。その結果、空気系と噴射系とのバランスがくずれることなく、意図しない燃焼状態になることが回避される。これにより軸トルクの変動が抑制され、ひいてはドライバビリティを良好なものに保つことができる。

また、特性曲線を燃焼モード毎に定め、燃焼モードの切り替えに際して切り替え後の燃焼モードにおける特性曲線に基づいて目標着火時期を補正したことにより、空気系及び空気系の調整パラメータの目標値が変化し易い燃焼形態の切り替えに際して、意図しない燃焼状態になることを回避できる。

さらに、エンジン１０に燃焼圧センサ５１を備え、検出される着火時期が目標着火時期に一致するように噴射パラメータが調整されることにより、実際の着火時期が目標着火時期に保たれ、燃焼状態が悪化することを回避できる。

なお、本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、以下のように実施しても良い。

上記実施の形態では、空燃比センサ３２により検出された排ガス酸素濃度に応じて目標着火時期を補正する構成としたが、これに限らない。吸気管１１又は排気管３１に圧力センサを設け、その圧力の検出値と空燃比センサ３２により検出された排ガス酸素濃度とに基づき目標着火時期を補正する構成とする。等トルクとなる着火時期は排ガスの酸素情報のほかに、吸気圧や排気圧などの圧力情報にも影響を受ける。このため排ガス酸素濃度に加えて吸気圧又は排気圧に基づき目標着火時期を補正することにより、燃焼状態の悪化がより確実に回避され、ひいてはドライバビリティをより良好に保つことができる。

上記実施の形態では、燃焼モードを切り替えた際に排ガス酸素濃度に応じて着火時期の補正を行ったが、これに限らない。同一の燃焼モードにおいてもエンジン運転状態が変化して吸入空気量やＥＧＲガスの循環量などの目標値が変化した際に、排ガス酸素濃度に応じて目標着火時期の補正を行うと良い。これにより、空気系の変化の遅れに起因して意図しない燃焼状態になることを回避することができる。
また、燃焼モードとして準予混合燃焼、予混合燃焼としたが、これにとらわれることなく、例えばＮＯｘ触媒の還元時のリッチ燃焼との切り替え時等、図３に示す特性曲線が切替前後で変化する場合であれば本発明が適用できることは言うまでもない。

上記実施の形態では、空燃比センサ（酸素濃度センサ）３２により排ガス酸素濃度を直接検出したが、これに限らない。吸気管１１に吸入空気量を検出するエアフローメータ又は吸気圧を検出する吸気圧センサの少なくともいずれかを設け、吸入空気の量又は吸気圧の検出値から筒内充填空気量を算出するとともに、その筒内充填空気量とインジェクタ１５により噴射供給した燃料量とから排ガスの酸素濃度を推定するようにしても良い。そして、推定した排ガス酸素濃度に応じて目標着火時期の補正を行うことにより、意図しない燃焼状態になることを回避できる。

上記実施の形態では、着火時期を調整するために噴射開始時期の補正行ったが、この他に噴射パラメータとして噴射期間や噴射率等を補正する構成としても良い。これらパラメータを補正することによっても着火時期を調整することができる。

エンジン制御システムの概略を示す全体構成図である。 エンジン運転領域と燃焼モードとの関係を示す図である。 等軸トルクとなる排ガス酸素濃度と着火時期との関係を示す特性図である。 燃料噴射制御及び空気系制御の処理手順を示すフローチャートである。 燃焼モードの切り替え前後における着火時期等の変化の様子を示す図である。 従来技術における噴射時期の補正の様子を示す図である。

符号の説明

１０…エンジン、１５…燃料噴射弁としてのインジェクタ、３２…酸素濃度センサとしての空燃比センサ、５１…着火時期の検出器としての燃焼圧センサ、６０…ＥＣＵ。

Claims (6)

1. 気筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた圧縮着火式内燃機関に適用され、
   前記内燃機関の運転情報に基づいて着火時期の目標時期を決定し、該目標時期に応じて前記燃料噴射弁による燃料噴射態様を調整する制御装置において、
   排ガスの酸素情報を取得する取得手段と、
   等トルクとなる前記酸素情報と着火時期との関係を等トルク特性として予め規定しておき、該等トルク特性に基づき、前記取得手段により取得した酸素情報に応じて前記着火時期の目標時期を補正する補正手段と、
   を備えたことを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御装置。
2. 前記取得手段として排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサを備え、前記補正手段は、前記酸素濃度センサにより検出した前記酸素情報としての排ガス酸素濃度に応じて前記着火時期の目標時期を補正することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関の運転状態に応じて異なる燃焼形態を設定するとともに、該燃焼形態ごとに前記等トルク特性を予め規定しておき、前記補正手段は、前記燃焼形態を切り替えた場合に、該切り替え後の燃焼形態における等トルク特性に基づき、前記着火時期の目標時期を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
4. 前記燃焼形態として予混合燃焼と従来燃焼とが含まれることを特徴とする請求項３に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
5. 吸気圧力又は排気圧を検出する圧力センサを備え、前記補正手段は、前記酸素情報に加え、前記圧力センサにより検出した吸気圧又は排気圧に応じて前記着火時期の目標時期を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
6. 着火時期を検出する検出器を備え、該検出器により検出される着火時期が前記目標時期に一致するように、前記燃料噴射弁における燃料噴射態様を調整することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。

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