JP4506474B2

JP4506474B2 - 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム

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Publication number: JP4506474B2
Application number: JP2005008102A
Authority: JP
Inventors: 清藤原; 久大木; 崇志松本; 雄介伯耆; 嗣史藍川; 崇小山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2025-01-14
Also published as: JP2006194194A

Description

本発明は、いわゆる予混合燃焼と拡散燃焼である通常燃焼とを行う圧縮着火内燃機関において、燃焼切替を制御する圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムに関する。

圧縮着火内燃機関において、ＮＯｘの抑制とスモークの抑制を目的として予混合燃焼を行う場合、該圧縮着火内燃機関の運転状態が高負荷運転状態となって機関負荷および機関回転速度が上昇するに従い、過早着火が生じる可能性が高くなる。そこで、該圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、低・中負荷時は予混合燃焼を行い、高負荷時は通常燃焼を行う技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。この技術においては、予混合燃焼から通常燃焼への切替は、一サイクル中に予混合燃焼と通常燃焼の双方を行う多段噴射を経由して行われる。これにより、燃焼切替の円滑化を図ろうとするものである。

また、圧縮着火内燃機関で予混合燃焼を行う場合と通常燃焼を行う場合とにおいて、再循環排気（いわゆるＥＧＲガスであって、既燃焼ガスを含む。）の気筒内への供給量が大きく異なる。即ち、予混合燃焼においては、過早着火を抑制するために通常燃焼時と比べて多量のＥＧＲガスが必要とされる。そこで、圧縮着火内燃機関において予混合燃焼と通常燃焼とを切り替える場合において、ＥＧＲガス量が燃焼の切替に適した量となったときに予混合燃焼と通常燃焼との切替を行う技術が公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。
特開平１１−３２４７６４号公報特開２００３−２８６８７６号公報特開平１１−３２４７６２号公報特開２００２−３２７６３８号公報特開２００３−２８６８８０号公報特開２０００−６４９１１号公報

運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関において、燃焼の切替時には燃焼が不安定となったりエミッションが悪化したりするのを回避して燃焼切替を円滑に行うために、予混合燃焼時および通常燃焼時に行われている燃料噴射制御とは異なる燃料噴射制御が行われる。

この燃焼切替は、圧縮着火内燃機関に対して加速指令が出され、内燃機関の負荷領域が予混合燃焼を行う負荷領域から通常燃焼を行う負荷領域に移行したときに行われる。しかし、その際、加速の程度は常に一定ではなく、そのため気筒内に残留するＥＧＲガス量は加速の程度に応じて変化する。そのため、燃焼切替時に常に同じ燃焼切替のための燃料噴射を行うと、燃焼状態が悪化する虞がある。

本発明では、上記した問題に鑑み、圧縮着火内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関において、燃焼切替時の燃焼状態の悪化を抑制することを目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、予混合燃焼から通常燃焼への切替を行う燃焼切替制御システムにおいて、燃焼切替時に行う燃焼遷移状態での燃料噴射（以下、「遷
移時燃料噴射」という。）が行われる遷移時間に着目した。この遷移時間を常時一定とすると、予混合燃焼から通常燃焼へと切り替わる際の圧縮着火内燃機関の運転状態の変動の様子、即ち加速の程度は一定ではないため、場合によっては気筒内に残留するＥＧＲガス量が過剰に多すぎたりまたは少なすぎたりする。そこで、この遷移時間を可変とした。

詳細には、本発明は、圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、を備え、前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、予混合燃焼から通常燃焼への燃焼切替状態である燃焼遷移状態では、予混合燃焼時および通常燃焼時とは異なる燃料噴射である遷移時燃料噴射が行われ、且つ該遷移時燃料噴射が行われる遷移時間は、前記圧縮着火内燃機関の所定運転状態に基づいて決定される。

上述の圧縮着火内燃機関においては、圧縮着火内燃機関の機関回転速度や機関負荷等によって決定される運転状態がどの燃焼領域に属するか、即ち燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域が、予混合燃焼が行われる予混合燃焼領域と通常燃焼が行われる通常燃焼領域との何れであるかによって、該内燃機関で行われる燃焼が決定される。この予混合燃焼領域および通常燃焼領域は、予混合燃焼時の過早着火の生じやすさ等に基づいて実験等で決定される。

ここで、圧縮着火内燃機関において予混合燃焼を行う場合は、燃料噴射を圧縮行程上死点近傍の時期、即ち通常燃焼時の燃料噴射時期より早い時期に行うことで、吸気と燃料がより混合された予混合気を形成する。これによって、ＮＯｘやスモークの抑制を図る。尚、本発明における予混合燃焼においては、予混合燃料を一回の燃料噴射で噴射する場合に限られず、気筒の内壁面に燃料が付着するのを回避する等の理由で複数回の燃料噴射によって予混合燃料を噴射する場合も含まれる。また、通常燃焼時は、圧縮行程上死点近傍の時期に燃料を噴射していわゆる拡散燃焼が行われる。

圧縮着火内燃機関で予混合燃焼が行われているときに圧縮着火内燃機関の運転状態が変動し燃焼領域判定手段によって判定された燃焼領域が予混合燃焼領域から通常燃焼領域へ移行することで、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる。この燃焼の切替時には予混合燃焼時の燃料噴射と通常燃焼時の燃料噴射とは異なる態様の遷移時燃料噴射が行われる。

予混合燃焼時の燃料噴射状態から通常燃焼時の燃料噴射状態に急激に切り替えると、気筒内のＥＧＲガス量が通常燃焼に適した量に変化し終えていないため、エミッションが悪化する虞があり、該エミッション悪化を回避するためにこの遷移時燃料噴射が行われる。即ち、遷移時燃料噴射は、気筒内で予混合燃焼が行われた状態から通常燃焼が行われる状態に至るまでの燃焼遷移状態にのみ適用される燃料噴射の態様である。

ここで、圧縮着火内燃機関の運転状態は常に一定ではなく、然るに予混合燃焼から通常燃焼へ燃焼状態が切り替わる際の圧縮着火内燃機関の運転状態の変動、即ち加速の程度も常に一定ではない。例えば、機関負荷が徐々に増加していく段階で燃焼状態が予混合燃焼から通常燃焼へ切り替わる場合もあれば、機関負荷が急激に増加することで予混合燃焼から通常燃焼へ切り替わる場合もある。その結果、予混合燃焼から通常燃焼への切替を行う場合、その際の圧縮着火内燃機関の運転状態の変動によっては、気筒内の残留ＥＧＲガス量が変動するため、遷移時燃料噴射が行われる遷移時間を一定とすると遷移時燃料噴射と
残留ＥＧＲガス量との均衡が保てず、燃焼状態が悪化する虞がある。

そこで上記の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいては、圧縮着火内燃機関の所定運転状態に基づいて可変とする。即ち、圧縮着火内燃機関の運転状態の変動を顕著に反映する所定運転状態に基づいて遷移時燃料噴射が行われる遷移時間を調整することで、遷移時燃料噴射と残留ＥＧＲガス量との均衡を保ち、予混合燃焼から通常燃焼への切替を、より円滑に、且つ燃焼状態を悪化させることなく実行することが可能となる。ここで、該所定運転状態として、例えば、圧縮着火内燃機関におけるアクセル開度および機関回転速度が挙げられる。

上記の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいては、前記アクセル開度が開くに従いおよび／または前記機関回転速度が高くなるに従い、前記遷移時間は短くなるようにしてもよい。アクセル開度が開けば開くほど、または機関回転速度が高くなればなるほど、圧縮着火内燃機関の運転状態の変動は急であることを意味し、そのような場合は予混合燃焼が行われる時間が短く、気筒内に残留するＥＧＲガス量は比較的少ない。そこで、そのような場合は、遷移時間をより短くして通常燃焼への切替をより早く行う。このようにすることで、気筒内に残留するＥＧＲガスに適した切替時の燃焼を行うことが可能となり、以て燃焼状態の悪化を抑制し得る。

また、上述までの圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、前記遷移時燃料噴射には、予混合燃焼時の予混合燃料噴射を、該予混合燃料噴射の燃料噴射時期近くのプレ噴射と該プレ噴射後のメイン噴射とに変更するとともに該プレ噴射の噴射量を該メイン噴射の噴射量以上とする第一燃料噴射モードと、該メイン噴射の噴射時期を通常燃焼における圧縮行程上死点近傍の燃料噴射時期に向けて移行させ、且つ該プレ噴射の噴射量を減量するとともに該メイン噴射の噴射量を増量し該メイン噴射の噴射量を該プレ噴射の噴射量より多くする第二燃料噴射モードと、が採用され、燃料噴射時期を除く燃料噴射に関する制御パラメータは、予混合燃焼時および前記第一燃料噴射モード採用時には予混合燃焼に対応した予混合燃焼制御マップより算出され、通常燃焼時には通常燃焼に対応した通常燃焼制御マップより算出されるとともに、前記第二燃料噴射モード採用時には該予混合燃焼制御マップと該通常燃焼制御マップのそれぞれによって算出される値に時間なましが適用された中間値とされてもよい。

遷移時燃料噴射の特徴点は、上記の第一燃料噴射モードと第二燃料噴射モードの二つの形態を採用している点である。先ず、第一燃料噴射モードでは、燃焼切替前の予混合燃焼時の燃料噴射をプレ噴射とメイン噴射の二段噴射とする。ここで、この二段噴射は、その二段噴射開始直後は、プレ噴射の燃料噴射時期を予混合燃焼時の燃料噴射時期の近くとすることで、圧縮着火内燃機関における燃焼状態を予混合燃焼から急激に変更することを回避する。そして、プレ噴射後にメイン噴射を行うことで、燃焼切替後の通常燃焼における燃料噴射の基礎を形成する。このとき、第一燃料噴射モードでは、予混合燃焼時の燃料噴射形態が反映されるため、プレ噴射の噴射量をメイン噴射の噴射量以上とする。

次に、第二燃料噴射モードでは、上記のメイン噴射の燃料噴射時期を通常燃焼における燃料噴射時期に向けて移行させることで、予混合燃焼から通常燃焼への切替を進めていく。そして、メイン噴射の燃料噴射時期を通常燃焼における燃料噴射時期に向けて移行させるとき、プレ噴射の燃料噴射量を減量するとともにメイン噴射の燃料噴射量を増量する。即ち、第一燃料噴射モードでは、燃焼状態が予混合燃焼から急激に変化するのを回避するためにプレ噴射の燃料噴射量を多くするとともにメイン噴射の燃料噴射量を少なくし、第二燃料噴射モードでは、最終的には切替後の通常燃焼に近づけるべくプレ噴射の燃料噴射量を少なくしメイン噴射の燃料噴射量を多くするものである。

尚、この燃料噴射時期や燃料噴射量を変化させる制御は、燃焼状態の急変を回避するために徐々に行うのが好ましいと思われるが、燃焼状態が不安定となったりエミッションが悪化したりしない範囲で段階的に行ってもよく、また、急変させてもよい。

以上より、遷移時燃料噴射が行われることで、圧縮着火内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼から通常燃焼への切り替えをより円滑に行うことが可能となる。

ここで、燃料噴射時期は上述したようにそれぞれの燃料噴射形態によって決定されるが、それ以外の燃料噴射に関する制御パラメータの決定においては、それぞれの燃料噴射形態が反映している燃焼状態が考慮される。即ち、遷移時燃料噴射実行時に第一燃料噴射モードが採用されている場合は、上述したように該形態が予混合燃焼時の燃料噴射を反映しているため、予混合燃焼実行時と同様に、燃料噴射時期以外の燃料噴射に関する制御パラメータは予混合燃焼制御マップより算出される。この予混合燃焼制御マップは、予混合燃焼時の燃焼状態が良好なものとなるために決定された制御マップである。

次に遷移時燃料噴射実行時に第二燃料噴射モードが採用されている場合であるが、該形態では通常燃焼時の燃料噴射が反映されているが、気筒内に比較的多くのＥＧＲガスが残留する状態でメイン噴射の噴射量が増量されるため、その燃焼状態は比較的不安定な状態である。そこで、本発明では、第二燃料噴射モードが採用されている場合には、通常燃焼制御マップより燃料噴射時期以外の燃料噴射に関する制御パラメータを算出するのではなく、予混合燃焼制御マップと通常燃焼制御マップから算出される値の中間値を該制御パラメータに採用する。その際、三次曲線補間等の時間なましを適用し、該制御パラメータに時間的な連続性を与えることで、その急激な変化を抑制する。尚、通常燃焼制御マップは、通常燃焼時の燃焼状態が良好なものとなるために決定された制御マップである。このように、第二燃料噴射モードが採用されている場合に、前記時間なましが適用された中間値を採用することで、燃焼切替時の燃焼状態の悪化を回避することが可能となる。

ここで、上述した圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃料噴射時期を除く燃料噴射に関する制御パラメータは、前記燃焼遷移状態においては前記圧縮着火内燃機関のアクセル開度に基づいて決定され、該燃焼遷移状態を除く予混合燃焼時または通常燃焼時においては前記燃料噴射弁からの燃料噴射量に基づいて決定されるようにしてもよい。

即ち、予混合燃焼から通常燃焼への切替時には、遷移時間と同様にアクセル開度に基づくことで、圧縮着火内燃機関の運転状態の変動を直ちに検出し燃料噴射時期を除く燃料噴射に関する制御パラメータの決定を行い、燃焼状態の悪化を抑制しながらより円滑な燃焼の切替を行うものである。

また、上記の燃料噴射時期以外の燃料噴射に関する制御パラメータとしては、例えば、前記制御パラメータは、吸入空気量、燃料噴射圧、前記圧縮着火内燃機関に過給機が備えられる場合は過給圧、該過給機が可変ノズルを有する可変容量型遠心過給機である場合は該可変ノズルの開度のうち少なくとも何れかを挙げることができる。

圧縮着火内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関において、燃焼切替時の燃焼状態の悪化を抑制することが可能となる。

ここで、本発明に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という。）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、所定圧に加圧された燃料を貯留する蓄圧室４と接続されている。内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管は排気ポートを介して燃焼室に接続される。ここで、吸気ポートおよび排気ポートには、各々吸気弁および排気弁が設けられている。

また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。更に、吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が、更に吸気絞り弁１０の上流側には、吸気管８を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ９が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。一方、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられたＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量調整用のＥＧＲ弁２４と、から構成される。

エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。ここで、過給機１６は、図２に示すように、低圧側過給機１６ｂと高圧側過給機１６ａが直列に構成される二段過給機である。先ず、排気によって低圧側過給機１６ｂによって一段階目の過給圧に加圧された後に下流の吸気管に設けられた吸気冷却用のインタークーラ１６ｃによって冷却され、更に高圧側過給機１６ａによって目的の過給圧へと加圧される。ここで、過給機１６における高圧側過給機１６ａは、いわゆる可変容量型遠心過給機であって、高圧側過給機１６ａの可変ノズルの開度が調整されることで、最終的に到達する過給圧を細かく調整することが可能となる。

また、過給機１６の高圧側過給機１６ａのタービン側に排気が流入するのを回避するためのバイパス路１７が、高圧側過給機１６ａの上流側の排気枝管１２の部位から、高圧側過給機１６ａのタービン側と低圧側過給機１６ｂのタービン側の間の排気通路の部位へと繋がっている。そして、後者の部位にはバイパス通路１７における排気の流れを制御する流路切替弁１８が設けられている。従って、流路切替弁１８が閉弁しているときは、排気は、高圧側過給機１６ａ、低圧側過給機１６ｂのタービン側に順次流れ込むことで、内燃機関１において比較的高い過給圧を発生させる。一方で、流路切替弁１８が開弁しているときは、排気は高圧側過給機１６ａのタービン側には流れ込まずに低圧側過給機１６ｂのタービン側にのみ流れ込む。従って、過給機１６によって行われる過給が一段過給となり、流路切替弁１８は閉弁されて二段過給される場合と比べて最終的な過給圧が低下する。流路切替弁１８による排気の流れの切替は、内燃機関１での燃焼に応じて行われ、その制御については後述する。

図１に戻って、過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６における高圧側過給機１６ａによって加圧されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、内燃機関１からの排気を浄化する排気浄化触媒１４が設けられている。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ここで、燃料噴射弁３は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期および燃料噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に応じて、噴射弁毎に制御され、以て内燃機関１において予混合燃焼や、通常燃焼が行われる。内燃機関１で行われる燃焼制御につては、後述する。また、ＥＧＲ弁２４、アクチュエータ１１、高圧側過給機１６ａの可変ノズルの開度、流路切替弁１８の開閉等も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。

更に、アクセル開度センサ２６がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。

更に、エアフローメータ９がＥＣＵ２０と電気的に接続され、吸気管８を流れる吸入空気量をＥＣＵ２０が取得する。また、蓄圧室４内の圧力を検出する圧力センサ２８が設けられており、ＥＣＵ２０と電気的に接続されることで、ＥＣＵ２０は蓄圧室内の圧力を取得する。また、吸気枝管７内の吸気圧（過給圧）を検出する過給圧センサ２９が設けられており、ＥＣＵ２０と電気的に接続されることで、ＥＣＵ２０は過給圧を取得する。

ここで、上記の内燃機関１においては、機関回転速度および機関負荷で表される内燃機関１の運転状態に基づいて、予混合燃焼と通常燃焼との切替が行われる。図３に、内燃機関１の運転状態の属する燃焼領域と内燃機関１で行われる燃焼との関係を示す。尚、図３に示すグラフの横軸は内燃機関１の機関回転速度で、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表す。ここで、内燃機関１の運転状態は機関回転速度と機関負荷とで表され、低負荷側の予混合燃焼領域Ｒ１、高負荷側の通常燃焼領域Ｒ２の何れかの燃焼領域に属する。

内燃機関１の機関負荷が大きくなり燃焼室に供給される燃料量が増大すると、又は機関回転速度が高くなり燃焼室内に予混合気を形成する実質的な時間が短くなると、燃焼室に形成される予混合気が均一とならず、過早着火が生じやすくなる。そこで、内燃機関１の運転状態が、過早着火を回避し得る予混合燃焼領域Ｒ１に属するときは予混合燃焼を行うことで、エミッションの改善や燃焼騒音の低減を図る。また、内燃機関１が、過早着火の回避が困難となる通常燃焼領域Ｒ２に属するときは予混合燃焼ではなく、いわゆる拡散燃焼である通常燃焼を行うことで、高機関出力の発揮を図る。

上述したように、内燃機関１の運転状態が属する燃焼領域に応じて、予混合燃焼又は通常燃焼が行われるが、予混合燃焼時には、燃料噴射時期が圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期において燃料噴射弁３から燃料が噴射されることで、気筒２内に予混合気が形成される。そして、予混合燃焼時の過早着火を抑制するために、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属すると、ＥＣＵ２０によってＥＧＲ弁２４の開度が、内燃機関１の運転状態が通常燃焼領域Ｒ２に属する場合よりも開き側に制御され、より多くのＥＧＲガスが吸気枝管７を経て気筒２内に供給される。即ち、予混合燃焼と通常燃焼が行われるときとでは、ＥＧＲ弁２４の開度は、それぞれの燃焼に適した開度に制御される。

また、内燃機関１において予混合燃焼が行われるときは、気筒２内に吸気を導入すべく比較的高い過給圧が要求される。そこで、予混合燃焼時には、流路切替弁１８を閉弁状態として内燃機関１における過給圧を上昇させる。一方で、通常燃焼時は、機関負荷が比較的大きいことによって排気枝管１２内の排気圧の過度の上昇に伴い燃焼状態が悪化するのを回避するために、流路切替弁１８を開弁状態とする。

このように構成される内燃機関１において、内燃機関１の機関負荷が上昇して、内燃機関１の運転状態が属する燃焼領域が予混合燃焼領域Ｒ１から通常燃焼領域Ｒ２へ変化したとき、予混合燃焼から通常燃焼への切替を行う必要がある。しかし、このような場合であっても、ＥＣＵ２０からの指令によってＥＧＲ弁２４の開度が予混合燃焼から通常燃焼に適した閉じ側の開度に制御されても、吸気枝管７やＥＧＲ通路２２の容積等によって気筒２内に供給されるＥＧＲガス量は通常燃焼に適したＥＧＲガス量に直ちに変化しない。その結果、燃焼状態が不安定になったりエミッションが悪化したりする虞がある。

そこで、予混合燃焼から通常燃焼への切替時には、その遷移状態に応じた燃焼が内燃機関１で行われることで、燃焼状態が不安定になったりエミッションが悪化したりしないように、燃料噴射弁３からの燃料噴射が制御される。その燃焼切替時の燃料噴射制御について、図４および図５に基づいて説明する。

図４は、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる際の、燃料噴射の様子を示す。予混合燃焼時の燃料噴射の様子は図４（ａ）に示され、内燃機関１の機関負荷が上昇するに従い、図４（ｂ）、（ｃ）の順に燃焼の遷移状態における燃料噴射が実行され、最終的に図４（ｄ）に示すような通常燃焼時の燃料噴射が行われる。

先ず、予混合燃焼時は、図４（ａ）に示すように、圧縮行程上死点ＴＤＣより早い時期の予混合燃焼時噴射開始時期ＨＣＣＩ＿ａｉｎｊに、燃料噴射弁３から燃料噴射が行われる。尚、図中Ｑとあるのは、燃料噴射量を意味する。従って、本実施例においては、予混合燃焼時噴射開始時期ＨＣＣＩ＿ａｉｎｊに燃料噴射量２５の燃料噴射が行われている予混合燃焼から、通常燃焼への切替が行われる。尚、図４中の燃料噴射量は一例示であり、本発明の実施例はこの燃料噴射量に限定されない。

ここで、通常燃焼への第一段階として、図４（ｂ）に示される燃料噴射が行われる。図４（ｂ）に示す燃料噴射の態様を、第一燃料噴射モードという。第一燃料噴射モードでは、早い時期に行われるプレ噴射と該プレ噴射の後に行われるメイン噴射の二段噴射が行われる。これは、予混合燃焼から通常燃焼への切替時において燃焼状態が急激に変化しないように、切替前の予混合燃焼における燃料噴射と切替後の通常燃焼における燃料噴射とを複合させた燃焼の遷移状態における燃料噴射の態様である。

このときプレ噴射の燃料噴射開始時期Ｐｒｅ＿ａｉｎｊは予混合燃焼時噴射開始時期ＨＣＣＩ＿ａｉｎｊと同時期であり、プレ噴射の燃料噴射量（Ｑ＝２３）とメイン噴射の燃料噴射量（Ｑ＝２）との和は、切替直前の予混合燃焼時の燃料噴射量（Ｑ＝２５）と同量である。即ち、予混合燃焼からの燃焼切替が開始された段階の第一燃料噴射モードでは、予混合燃焼時の燃料噴射態様に近づけることで、燃焼状態が急激に変化するのが抑制される。

ここで、燃料噴射弁３からは蓄圧室４内に貯留された加圧燃料が噴射されるが、一度燃料噴射弁３が開弁すると蓄圧室４内の圧力が局所的に低下し、その圧力の変動波が蓄圧室４の内壁に反射されて圧力脈動が生じる。この圧力脈動は時間の経過とともに減衰するが、まだ圧力脈動が顕著なときに再び燃料噴射弁３から燃料噴射を行うべく開弁しても、燃
料噴射弁３の噴射圧がばらつくため開弁時間と燃料噴射量との関係がばらつき、正確な燃料噴射量の制御が困難となる。これは、図４（ｂ）に示すようなプレ噴射とメイン噴射の二段噴射を行う場合、メイン噴射の燃料噴射量のばらつきの要因になる。

更に、プレ噴射の燃料噴射量が多いほど蓄圧室４内の圧力変動が大きくなるため、メイン噴射の燃料噴射量のばらつきも大きくなる傾向がある。メイン噴射量のばらつきが大きくなると、燃焼切替時に対応した燃料噴射が困難となり、燃焼状態が不安定となったりエミッションが悪化したりする虞がある。

そこで、第一燃料噴射モードにおいては、プレ噴射とメイン噴射との燃料噴射間隔が所定間隔Ｐｉｎｔ２に維持される。この所定間隔Ｐｉｎｔ２は、燃料噴射弁３と蓄圧室４との相関によって決定される時間である。図５に、燃料噴射弁３からプレ噴射を行いその後メイン噴射を行ったときの、該メイン噴射の燃料噴射量のばらつきを実験によって計測した結果である。図５のグラフの横軸は、プレ噴射とメイン噴射との燃料噴射間隔であり、縦軸はメイン噴射の燃料噴射のばらつきΔＱである。このばらつきは、目標とする燃料噴射量を達成する開弁時間において、燃料噴射弁３から実際に噴射された燃料噴射量と目標とする燃料噴射量との差である。

図５中には、プレ噴射とメイン噴射の合計燃料噴射量は同量であって、プレ噴射の燃料噴射量とメイン噴射の燃料噴射量との比率が異なる三通りの燃料噴射態様において、燃料噴射間隔に対するメイン噴射の燃料噴射量のばらつきが示されている。このように、プレ噴射とメイン噴射との関係によって、メイン噴射の燃料噴射量のばらつきは変動するが、その中でも、プレ噴射の燃料噴射量とメイン噴射の燃料噴射との比率にかかわらず、該メイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定となる燃料噴射間隔が存在する。本実施例においては、燃料噴射間隔が２．５ｍｓｅｃ近傍のときに、メイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定となると認められる。

これは、プレ噴射において燃料噴射弁３が開弁することで蓄圧室４内に生じる圧力脈動が、蓄圧室４の形状や燃料噴射弁３と蓄圧室４との接続状態によって、略一定となることが原因の一つと考えられ得る。従って、このメイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定となる燃料噴射間隔は、実際の燃料噴射弁３や蓄圧室４の状況に応じて決定される。

ここで、第一燃料噴射モードにおける所定間隔Ｐｉｎｔ２を２．５ｍｓｅｃ近傍の時間に設定すると、プレ噴射とメイン噴射の相関にかかわらずメイン噴射の燃料噴射量のばらつきが略一定とすることが可能となる。そこで、そのばらつきを解消すべくメイン噴射における燃料噴射弁３の開弁時間を調整することで、メイン噴射の燃料噴射量をより正確に制御することが可能となる。

第一燃料噴射モードにおいては、プレ噴射の燃料噴射開始時期Ｐｒｅ＿ａｉｎｊは、予混合燃焼時噴射開始時期ＨＣＣＩ＿ａｉｎｊと同時期とし、該プレ噴射における燃料噴射弁３の開弁時間τ１は目標の燃料噴射量（Ｑ＝２３）を噴射し得る時間である。そして、プレ噴射の終了後、所定間隔Ｐｉｎｔ２をもってメイン噴射が開始される。従って、メイン噴射の燃料噴射開始時期Ｍａｉｎ＿ａｉｎｊは、プレ噴射の燃料噴射開始時期Ｐｒｅ＿ａｉｎｊから、プレ噴射の開弁時間τ１と所定間隔Ｐｉｎｔ２が経過した時期となる。そのため、プレ噴射の開弁時間τ１と所定間隔Ｐｉｎｔ２次第で、メイン噴射の燃料噴射開始時期Ｍａｉｎ＿ａｉｎｊが圧縮行程上死点ＴＤＣの前後の何れになるかが決定される。

次に、第一燃料噴射モードによる燃料噴射が開始されてから時間の経過とともに、プレ噴射とメイン噴射の各燃料噴射時期を進角側に移行する。このときプレ噴射とメイン噴射との燃料噴射間隔は、所定間隔Ｐｉｎｔ２に維持される。そして、この燃料噴射時期の進
角側への移行にともない、プレ噴射の燃料噴射量を減少させ且つメイン噴射の燃料噴射量を増加させる。

燃料噴射時期の進角側への移行は、メイン噴射の燃料噴射開始時期Ｍａｉｎ＿ａｉｎｊが、燃焼切替後に行われる通常燃焼での圧縮行程ＴＤＣ近傍での燃料噴射時期と同時期となるまで行われる。これにより、燃焼切替時の燃料噴射態様が、第一燃料噴射モードから第二燃料噴射モードへと移行する。この第二燃料噴射モードによる燃料噴射の様子が、図４（ｃ）に示されている。

第二燃料噴射モードにおいては、上述したように、プレ噴射の燃料噴射量（Ｑ＝２）は、第一燃料噴射モードにおけるプレ噴射の燃料噴射量より減量され、且つメイン噴射の燃料噴射量（Ｑ＝２３）は、第一燃料噴射モードにおけるメイン噴射の燃料噴射量より増量される。そして、メイン噴射の燃料噴射開始時期Ｍａｉｎ＿ａｉｎｊは、燃焼切替後の通常燃焼での圧縮行程ＴＤＣ近傍での燃料噴射時期と同時期であって、プレ噴射とメイン噴射との燃料噴射間隔は所定間隔Ｐｉｎｔ２である。従って、プレ噴射の燃料噴射開始時期Ｐｒｅ＿ａｉｎｊは、メイン噴射の燃料噴射開始時期Ｍａｉｎ＿ａｉｎｊより、プレ噴射の開弁時間τ２と所定間隔Ｐｉｎｔ２前の時期となる。

以上より、第二燃料噴射モードは、予混合燃焼時の燃料噴射態様に近い第一燃料噴射モードから、通常燃焼時の燃料噴射態様により近づいた燃料噴射態様と言い得る。この第二燃料噴射モードを経ることで、予混合燃焼から通常燃焼への燃焼切替をより円滑に行うことが可能となる。

次に、図４（ｃ）に示す第二燃料噴射モードが行われた後、図４（ｄ）に示す通常燃焼時の燃料噴射態様へと切り替えられ、予混合燃焼から通常燃焼への燃焼切替が終了する。尚、本実施例においては、メイン噴射に加えて、該メイン噴射より早い時期のパイロット噴射が行われる。このパイロット噴射は、燃焼切替時のプレ噴射とは異なり、図５に示すメイン噴射の燃料噴射量のばらつきを可及的に抑制し得る燃料噴射間隔をメイン噴射に対して有する燃料噴射ではなく、メイン噴射による燃焼騒音を可及的に抑制し得るパイロット用燃料噴射間隔Ｐｉｎｔ０をメイン噴射に対して有する燃料噴射である。

従って、通常燃焼時は、パイロット噴射によって生じるメイン噴射の燃料噴射量のばらつき抑制より、メイン噴射の燃焼騒音の抑制を優先して、パイロット噴射とメイン噴射の燃料噴射間隔が設定される。そこで、パイロット噴射の燃料噴射開始時期Ｐｉｌｏｔ＿ａｉｎｊは、メイン噴射の燃料噴射開始時期Ｍａｉｎ＿ａｉｎｊより、パイロット噴射の開弁時間τ３とパイロット用燃料噴射間隔Ｐｉｎｔ０前の時期となる。

尚、本実施例においては、通常燃焼切替直後の燃料噴射量は、パイロット噴射でＱ＝２、メイン噴射でＱ＝２５となり、合計でＱ＝２７となる。これは、予混合燃焼から通常燃焼への移行の過程で、内燃機関１の機関負荷が増加していることに対応して、燃料噴射量の合計が増加したものである。

図４に示すように、予混合燃焼から通常燃焼への切替時に、第一燃料噴射モードと第二燃料噴射モードによる燃料噴射態様を経ることで、メイン噴射の燃料噴射量のばらつきを可及的に抑制してより正確な燃料噴射を行い、以てより円滑な燃焼切替が可能となる。ここで、内燃機関１において予混合燃焼から通常燃焼への燃焼切り替えを行う際に、より円滑な燃焼切替を行うべく、図６に示す燃焼切替制御が行われる。以下に、燃焼切替制御について説明する。尚、本実施例における燃焼切替制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。

Ｓ１０１では、内燃機関１の機関回転速度と機関負荷で表される運転状態が、予混合燃焼領域Ｒ１に属しているか否かが判定される。該運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属していると判定されるとＳ１０２へ進み、該運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属していないと判定されると本制御を終了する。

Ｓ１０２では、Ｓ１０１で予混合燃焼領域Ｒ１に属していると判定された内燃機関１の運転状態が、通常燃焼領域Ｒ２に移行したか否かが判定される。即ち、内燃機関１での燃焼を予混合燃焼から通常燃焼へと切り替える条件である燃焼領域の変更が生じたかを判定する。該運転状態が通常燃焼領域Ｒ２に移行したと判定されると、Ｓ１０３へ進む。該運転状態が通常燃焼領域Ｒ２に移行していないと判定されると、本制御を終了する。

Ｓ１０３では、内燃機関１での燃焼を予混合燃焼から通常燃焼に切り替える際の遷移時間Ｔｓを算出する。この遷移時間Ｔｓは、予混合燃焼から通常燃焼へと切り替わる際の燃焼の遷移状態における、上述した第一燃料噴射モードと第二燃料噴射モードとが行われる時間である。本制御においては、遷移時間Ｔｓは、図７に示すようにアクセル開度センサ２６から得られるアクセル開度と、クランクポジションセンサ２５の検出値から算出される機関回転速度に基づいて算出される。即ち、本制御においては、遷移時間Ｔｓは固定値ではなく可変制御される。

具体的には、アクセル開度および／または機関回転速度が大きくなるに従い、内燃機関１に対してより急激な加速が要求されていると判断され、アクセル開度および／または機関回転速度が大きくなるに従い、遷移時間Ｔｓが短くなるように設定される。即ち、第一燃料噴射モードおよび第二燃料噴射モードの燃料噴射が行われる時間が、内燃機関１に対して要求される加速に応じて直ちに制御されることになる。その結果、急加速時は遷移時間Ｔｓをより短くすることでより短時間で通常燃焼に移行する。急加速時は予混合燃焼時間が短いため、気筒２内に残留するＥＧＲガス量が比較的少ない。従って、前述のように遷移時間Ｔｓをより短く設定することが可能である。また、急加速時に遷移時間Ｔｓに比較的長い時間を設定すると、ＥＧＲガスが比較的少ない状態においてプレ噴射を伴う第一燃料噴射モードおよび第二燃料噴射モードの燃料噴射が行われるため、燃焼状態が悪化しスモークの発生が顕著となる。そこで、Ｓ１０３における遷移時間Ｔｓの可変制御が有用である。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、図４（ｂ）に示した第一燃料噴射モードによる燃料噴射が開始される。即ち、燃料噴射がプレ噴射とメイン噴射の二段で構成され、且つその燃料噴射間隔が所定間隔Ｐｉｎｔ２に維持される。ここで、所定間隔Ｐｉｎｔ２は、Ｐｉｎｔ２算出用の制御マップから算出される。該制御マップは、内燃機関１の機関回転速度をパラメータとして、各機関回転速度に対応する所定間隔Ｐｉｎｔ２が格納される制御マップである。

そして、第一燃料噴射モードによる燃料噴射が開始されてから時間の経過とともに、上述したようにプレ噴射とメイン噴射は燃料噴射間隔を所定間隔Ｐｉｎｔ２に維持しながら、進角側に移行される。このとき、プレ噴射の燃料噴射量は減量されながら、メイン噴射の燃料噴射量は増量されていく。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、第一燃料噴射モードの燃料噴射における、噴射時期を除いた燃料噴射に関する制御パラメータの調整が行われる。本制御においては、該パラメータとして過給圧センサ２９によって検出される過給圧の調整が行われる。具体的には、図８（ａ）に示す予混合燃焼制御マップにしたがって、過給圧の調整が行われる。予混合燃焼制御マップは、内燃機関１において予混合燃焼が行われているときの、機関回転速度をパラメータとして過給圧を算出するための制御マップである。

そして、第一燃料噴射モードの燃料噴射は、上述したように予混合燃焼時の燃料噴射に類似した噴射態様を有していることを鑑み、Ｓ１０５では予混合燃焼制御マップに従って、過給圧の調整が行われる。尚、過給圧の他に、エアフローメータ９によって検出される吸入空気量や、高圧側過給機１６ａの可変ノズルの開度、圧力センサ２８によって検出される蓄圧室４内の圧力等も、該パラメータとして予混合燃焼制御マップに従って調整される。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、第一燃料噴射モードの燃料噴射が開始されてから第一所定時間ｔ１が経過したか否かが判定される。第一所定時間ｔ１とは、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる際に第一燃料噴射モードによる燃料噴射が継続される、予め決められた時間である。第一所定時間ｔ１が経過したと判定されるとＳ１０７へ進み、第一所定時間ｔ１が経過していないと判定されるとＳ１０５以降の処理が再び行われる。

Ｓ１０７では、図４（ｃ）に示した第二燃料噴射モードによる燃料噴射が開始される。即ち、第一燃料噴射モードによるプレ噴射とメイン噴射の燃料噴射時期を進角させてメイン噴射の燃料噴射時期を圧縮行程上死点近傍の時期とし、且つその燃料噴射間隔が所定間隔Ｐｉｎｔ２に維持される。このとき、上述したように、メイン噴射の燃料噴射量はプレ噴射の燃料噴射量より多い、通常燃焼時の燃料噴射態様に近い燃料噴射態様となっている。Ｓ１０７の処理が終了すると、Ｓ１０８へ進む。

Ｓ１０８では、第二燃料噴射モードの燃料噴射における、噴射時期を除いた燃料噴射に関する制御パラメータの調整が行われる。本制御においては、該パラメータとして過給圧センサ２９によって検出される過給圧の調整が行われる。具体的には、図８（ａ）に示す予混合燃焼制御マップと図８（ｂ）に示す通常燃焼制御マップに従って、過給圧の調整が行われる。通常燃焼制御マップは、内燃機関１において通常燃焼が行われているときの、機関回転速度をパラメータとして過給圧を算出するための制御マップである。

ここで、第二燃料噴射モードの燃料噴射が行われるときは、第一燃料噴射モードの燃料噴射が最後に行われたときの過給圧であって予混合燃焼制御マップから算出された過給圧ＰＩＭ＿Ｈ（図９に示されている）と、移行後通常燃焼の燃料噴射が初めて行われるときに通常燃焼制御マップから予想される過給圧ＰＩＭ＿Ｎ（図９に示されている）とから、第二燃料噴射モードの燃料噴射が行われるときの過給圧が算出される。ここで、過給圧ＰＩＭ＿Ｎの予想は、例えば、内燃機関１の運転状態の変化から通常燃焼に移行するときの機関回転速度を推定し、その推定値に基づいて通常燃焼制御マップから過給圧ＰＩＭ＿Ｎが予想される。また、図９に示すように、第二燃料噴射モードの燃料噴射が行われるときの過給圧は、過給圧ＰＩＭ＿Ｈと過給圧ＰＩＭ＿Ｎとの間で三次曲線で表される時間なまし曲線に沿う値とする。

第二燃料噴射モードの燃料噴射が行われるときは、気筒２内に比較的多くのＥＧＲガスが残留する状態でメイン噴射の噴射量が増量されるため、その燃焼状態は比較的不安定な状態である。そこで、上述のように時間なましが適用された過給圧ＰＩＭ＿Ｈと過給圧ＰＩＭ＿Ｎとの中間値を採用することで、過給圧を燃料噴射に適した圧力とし、以て燃焼切替時の燃焼状態の悪化を回避することが可能となる。Ｓ１０８の処理が終了すると、Ｓ１０９へ進む。

Ｓ１０９では、第二燃料噴射モードの燃料噴射が開始されてから第二所定時間Ｔｓ−ｔ１が経過したか否かが判定される。即ち、第二燃料噴射モードの燃料噴射は、遷移時間がＳ１０３で算出されたＴｓを超えない範囲で続けられる。第二所定時間Ｔｓ−ｔ１が経過したと判定されるとＳ１１０へ進み、第二所定時間Ｔｓ−ｔ１が経過していないと判定されるとＳ１０８以降の処理が再び行われる。

Ｓ１１０では、図４（ｄ）に示した通常燃焼時の燃料噴射が行われる。尚、通常燃焼時は、圧縮行程上死点近傍の時期のメイン噴射に加えて、上述したパイロット噴射が行われる。ここで、パイロット噴射とメイン噴射との燃料噴射間隔であるパイロット用燃料噴射間隔Ｐｉｎｔ０は、Ｐｉｎｔ２算出用の制御マップとは独立した制御マップである、Ｐｉｎｔ０算出用の制御マップから算出される。該制御マップは、内燃機関１の機関回転速度をパラメータとして、各機関回転速度に対応するパイロット用燃料噴射間隔Ｐｉｎｔ０が格納される制御マップである。

このように、所定間隔Ｐｉｎｔ２とパイロット用燃料噴射間隔Ｐｉｎｔ０との算出用の制御マップを独立させたのは、前者はプレ噴射によるメイン噴射のばらつきを抑制するための燃料噴射間隔であり、後者はメイン噴射による燃焼騒音を抑制するための燃料噴射間隔であり、それぞれの設定目的が異なるからである。これにより、第二燃料噴射モードによる燃料噴射態様から通常燃焼時の燃料噴射態様に直ちに切り替えることが可能となり、以て通常燃焼時の燃焼騒音をより確実に抑制することが可能となる。

本制御によると、第一燃料噴射モードおよび第二燃料噴射モードによる燃料噴射を行うことで、燃料噴射量のばらつきを可及的に抑制し、より円滑な燃焼切替を行うことが可能となる。更に、予混合燃焼から通常燃焼への遷移時間Ｔｓをアクセル開度と機関回転速度とに基づいて可変制御することで、遷移時の燃焼状態の悪化を回避することが可能となる。

また、上述した噴射時期を除いた燃料噴射に関する制御パラメータの調整に代えて、図１０に示す制御マップに基づいた該制御パラメータの調整を行ってもよい。図１０（ａ）は、第一燃料噴射モードおよび第二燃料噴射モードが行われるとき、即ち燃焼が遷移状態にあるときの過給圧に関する制御マップであり、アクセル開度をパラメータとして燃料噴射に適した過給圧を算出するための制御マップである。図１０（ｂ）は、予混合燃焼または通常燃焼が行われるとき、即ち燃焼が遷移状態にないときの過給圧に関する制御マップであり、燃料噴射弁３からの燃料噴射量をパラメータとして燃料噴射に適した過給圧を算出するための制御マップである。

このように、燃焼が遷移状態にあるときはアクセル開度に基づいて過給圧を算出することで、内燃機関の運転状態の変動を直ちに反映させることが可能となり、以て燃焼状態の悪化を抑制しながらより円滑な燃焼の切替を行い得る。また、燃焼が遷移状態にないときは燃料噴射量に基づいて過給圧を算出することで、内燃機関の燃焼状態を反映させ該燃焼状態に応じた過給圧を形成することが可能となる。

本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムが適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムに用いられる二段過給機の概略構成を表す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、圧縮着火内燃機関の運転状態が属する燃焼領域を示す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、予混合燃焼から通常燃焼への切替時に行われる燃料噴射態様の変遷を示す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃料噴射弁から二段噴射を行う際の、後側の燃料噴射における燃料噴射量のばらつきと、二段噴射の燃料噴射間隔との相関を示す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、予混合燃焼から通常燃焼への切替時に行われる燃焼切替制御に関するフローチャートである。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われるときの遷移時間を算出するための制御マップを示す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、予混合燃焼時の過給圧を算出するための制御マップと、通常燃焼時の過給圧を算出するための制御マップと、を示す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、第二燃料噴射モードの燃料噴射が行われるときの過給圧を算出する概略を示す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムにおいて、燃焼が遷移状態にある場合の過給圧を算出するための制御マップと、燃焼が遷移状態にない場合の過給圧を算出するための制御マップと、を示す図である。

符号の説明

１・・・・圧縮着火内燃機関（内燃機関）
３・・・・燃料噴射弁
７・・・・吸気枝管
８・・・・吸気管
１２・・・・排気枝管
１６・・・・過給機
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・ＥＧＲ装置
２５・・・・クランクポジションセンサ
２６・・・・アクセル開度センサ
２８・・・・圧力センサ
２９・・・・過給圧センサ
Ｒ１・・・・予混合燃焼領域
Ｒ２・・・・通常燃焼領域
Ｐｉｎｔ２・・・・所定間隔
Ｐｉｎｔ０・・・・パイロット用燃料噴射間隔

Claims

圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、を備え、
前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によって行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、
予混合燃焼から通常燃焼への燃焼切替状態である燃焼遷移状態では、予混合燃焼時および通常燃焼時とは異なる燃料噴射である遷移時燃料噴射が行われ、且つ該遷移時燃料噴射が行われる遷移時間は、前記圧縮着火内燃機関の所定運転状態に基づいて決定され、
前記遷移時燃料噴射には、予混合燃焼時の予混合燃料噴射を、該予混合燃料噴射の燃料噴射時期近くのプレ噴射と該プレ噴射後のメイン噴射とに変更するとともに該プレ噴射の噴射量を該メイン噴射の噴射量以上とする第一燃料噴射モードと、該メイン噴射の噴射時期を通常燃焼における圧縮行程上死点近傍の燃料噴射時期に向けて移行させ、且つ該プレ噴射の噴射量を減量するとともに該メイン噴射の噴射量を増量し該メイン噴射の噴射量を該プレ噴射の噴射量より多くする第二燃料噴射モードと、が採用され、
燃料噴射時期を除く燃料噴射に関する制御パラメータは、予混合燃焼時および前記第一燃料噴射モード採用時には予混合燃焼に対応した予混合燃焼制御マップより算出され、通常燃焼時には通常燃焼に対応した通常燃焼制御マップより算出されるとともに、前記第二燃料噴射モード採用時には該予混合燃焼制御マップと該通常燃焼制御マップのそれぞれによって算出される値に時間なましが適用された中間値とされることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、を備え、
前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を制御することで、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射によ
って行われる通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システムであって、
予混合燃焼から通常燃焼への燃焼切替状態である燃焼遷移状態では、予混合燃焼時および通常燃焼時とは異なる燃料噴射である遷移時燃料噴射が行われ、且つ該遷移時燃料噴射が行われる遷移時間は、前記圧縮着火内燃機関の所定運転状態に基づいて決定され、
燃料噴射時期を除く燃料噴射に関する制御パラメータは、前記燃焼遷移状態においては前記圧縮着火内燃機関のアクセル開度に基づいて決定され、該燃焼遷移状態を除く予混合燃焼時または通常燃焼時においては前記燃料噴射弁からの燃料噴射量に基づいて決定されることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
前記制御パラメータは、吸入空気量、燃料噴射圧、前記圧縮着火内燃機関に過給機が備えられる場合は過給圧、該過給機が可変ノズルを有する可変容量型遠心過給機である場合は該可変ノズルの開度のうち少なくとも何れかであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
前記所定運転状態は、前記圧縮着火内燃機関におけるアクセル開度および機関回転速度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。
前記アクセル開度が開くに従いおよび／または前記機関回転速度が高くなるに従い、前記遷移時間は短くなることを特徴とする請求項４に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム。