JP5472083B2 - 圧縮着火内燃機関の燃焼モード制御システム - Google Patents

Description

本発明は、圧縮着火内燃機関の燃焼モード制御システムに関する。

圧縮着火内燃機関（以下、単に内燃機関と称する場合もある）においては、排気通路に設けられた排気浄化触媒やパティキュレートフィルタの機能の再生或いは昇温を効率よく行うことを目的として、その燃焼モードを低空燃比燃焼モードに切り替える技術が知られている。低空燃比燃焼モードは、通常燃焼モードよりも混合気の空燃比が低い燃焼モードである。

低空燃比燃焼モードは、内燃機関の吸入空気量を減少させることに加えて、内燃機関において副燃料噴射を実行することで実現される場合がある。このときの副燃料噴射は、主燃料噴射より後であって噴射された燃料が気筒内での燃焼に供される時期に行われる。以下、このような時期に行われる副燃料噴射をアフター噴射と称する。

特許文献１には、ディーゼルエンジンにおいて、シリンダ内に噴射される燃料噴射量と吸入空気量とさらに吸気系に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量とを用いてシリンダ内の推定空気過剰率を算出し、算出された推定空気過剰率に基づいて急加速時の燃料噴射量を制御する技術が開示されている。

特開２００９−２７０５１８号公報

内燃機関を搭載した車両のアクセル開度が減少し、内燃機関の運転状態が減速運転となると、主燃料噴射による燃料噴射量（以下、メイン噴射量と称する場合もある）及び吸入空気量が減らされる。しかしながら、吸入空気量を変化させる際には応答遅れが生じるため、実際の吸入空気量が目標値に達するまでにはタイムラグがある。このような吸入空気量の応答遅れ期間中は、気筒における空気量がメイン噴射量に対して過剰な状態となる。

内燃機関において低空燃比燃焼モードによる燃焼が行われている時に、このような空気過剰状態となると、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼（以下、メイン燃焼と称する場合もある）後の筒内温度、即ち、アフター噴射が実行される時の筒内温度が低下することとなる。その結果、アフター噴射によって噴射された燃料の燃焼（以下、アフター燃焼と称する場合もある）が不安定となり、失火が生じる虞がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、圧縮着火内燃機関において低空燃比燃焼モードによる燃焼が行われている時に、より安定した燃焼を確保することを目的とする。

本発明においては、低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、実際の吸入空気量が目標吸入空気量よりも多くなった場合、吸入空気量とメイン噴射量との比であるメイン燃焼空燃比を目標値に制御するために必要なメイン噴射量の増加量を算出する。そして、算出されたメイン噴射量の増加量が所定量以下の場合は、メイン噴射量を該増加量分増
加させ、該増加量が所定量より多い場合は、副燃料噴射時期を進角させる。

より詳しくは、本発明に係る圧縮着火内燃機関の燃焼モード制御システムは、
圧縮着火内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
圧縮着火内燃機関の吸気通路に設けられ吸入空気量を制御するスロットル弁と、
前記スロットル弁の開度を通常燃焼モードでの燃焼の実行時よりも小さくすることで吸入空気量を減少させ、且つ、前記燃料噴射弁によって、主燃料噴射よりも後の時期であって噴射された燃料が気筒内での燃焼に供される時期に副燃料噴射を実行することで、低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行する低空燃比燃焼モード実行手段と、
内燃機関の運転状態に応じた、吸入空気量と主燃料噴射による燃料噴射量との比であるメイン燃焼空燃比の目標値を算出する目標値算出手段と、
前記低空燃比燃焼モード実行手段によって低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、実際の吸入空気量が内燃機関の運転状態に応じた目標吸入空気量よりも多くなった場合に、メイン燃焼空燃比を前記目標値算出手段によって算出された目標値に制御するために必要な主燃料噴射量の増加量を算出する増加量算出手段と、を備え、
前記増加量算出手段によって算出された主燃料噴射量の増加量が所定量以下の場合は、主燃料噴射量を該増加量分増加させ、該増加量が前記所定量より多い場合は、前記副燃料噴射時期を進角させる。

低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、実際の吸入空気量が目標吸入空気量よりも多くなった場合であっても、メイン噴射量（主燃料噴射量）を増加させることでメイン燃焼空燃比を目標値に制御すれば、アフター噴射実行時の筒内温度の低下を抑制することができる。そのため、アフター燃焼が不安定となることを抑制することができる。一方、アフター噴射の実行時期を進角することによっても、アフター燃焼が不安定となることを抑制することができる。

ここで、メイン燃焼空燃比を目標値に制御するために必要なメイン噴射量の増加量が多くなると、内燃機関の出力トルクが過剰に増加する虞がある。そこで、本発明においては、増加量算出手段によって算出された該増加量が所定量以下の場合は、メイン噴射量を該増加量分増加させる。そして、該増加量が所定量より多い場合は、アフター噴射の実行時期を進角させる。ここで、所定量とは、内燃機関の出力トルクの増加量が許容範囲内となる主燃料噴射量の増加量の上限値である。

本発明によれば、内燃機関において低空燃比燃焼モードによる燃焼が行われている時に、内燃機関の運転状態が過渡運転となること等により実際の吸入空気量が目標吸入空気量よりも多くなった場合であっても、安定した燃焼を確保することができる。また、内燃機関の出力トルクの過剰な増加も抑制することができる。

本発明に係る圧縮着火内燃機関の燃焼モード制御システムは、増加量算出手段によって算出された増加量分、メイン噴射量を増加させる際に、内燃機関でのポンプ損失を増加させるポンプ損失増加手段をさらに備えてもよい。これによれば、メイン噴射量の増加に伴う内燃機関の出力トルクの増加を抑制することができる。

ここで、ポンプ損失増加手段によって内燃機関でのポンプ損失を増加させるときは、メイン噴射量の増加量に応じて、ポンプ損失の増加量を変更してもよい。これによれば、メイン噴射量の増加を増加させた場合であっても、内燃機関の出力トルクを目標値に維持することができる。

本発明によれば、圧縮着火内燃機関において低空燃比燃焼モードによる燃焼が行われて
いる時に、より安定した燃焼を確保することができる。

実施例１に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係る、内燃機関において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合における、アクセル開度Ｄａｃｃ、吸入空気量Ｑａｉｒ、メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎ、アフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙ、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎ、及び流入排気の空燃比Ｒｇｕｐの推移を示すタイムチャートである。 実施例１に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。 実施例２に係る、内燃機関において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合における、アクセル開度Ｄａｃｃ、吸入空気量Ｑａｉｒ、メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎ、アフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙ、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎ、及びアフター噴射時期ｔａｆｔｅｒの推移を示すタイムチャートである。 実施例２に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。 実施例３に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。 実施例４に係る、内燃機関において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合における、アクセル開度Ｄａｃｃ、吸入空気量Ｑａｉｒ、メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎ、アフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙ、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎ、ノズルベーンの開度Ｄｖｎ、及び内燃機関でのポンプ損失Ｗｌｏｓｓの推移を示すタイムチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
［内燃機関およびその吸排気系の概略構成]
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が設けられている。

内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド５には吸気通路４が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６が接続されている。尚、本実施例においては、インテークマニホールド５及び吸気通路４を含んで本発明に係る吸気通路が構成され、エキゾーストマニホールド７及び排気通路６を含んで本発明に係る排気通路が構成される。

インテークマニホールド５には吸気圧力センサ１６が設けられている。吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサ８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービン８ｂが設置されている。タービン８ｂにはノズルベーン１４が設けられている。

吸気通路４におけるコンプレッサ８ａよりも上流側にはエアフローメータ１７が設けられている。吸気通路４におけるコンプレッサ８ａよりも下流側にはスロットル弁９が設けられている。排気通路６におけるタービン８ｂよりも下流側には、排気浄化装置として、排気中の留意状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）１０が設けられている。該フィルタ１０には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１１が担持
されている。尚、本実施例に係る排気浄化装置はこのような構成のものに限られるものではなく、例えば、酸化触媒を用いて排気浄化装置を構成してもよい。排気通路６におけるタービン８ｂより下流側且つフィルタ１０より上流側には、還元剤たる燃料を排気中に添加する燃料添加弁１５が設けられている。

エキゾーストマニホールド７にはＥＧＲ通路１２の一端が接続されている。該ＥＧＲ通路１２の他端は、吸気通路４におけるスロットル弁９よりも下流側に接続されている。ＥＧＲ通路１２にはＥＧＲ弁１３が設けられている。ＥＧＲ通路１２を介して排気の一部がＥＧＲガスとして吸気通路４に導入され、該ＥＧＲガスが吸入空気と共に内燃機関１に供給される。ＥＧＲ弁１３によって、吸気通路４に導入されるＥＧＲガス量（ＥＧＲガスの流量）、即ち内燃機関１へのＥＧＲガスの供給量が制御される。

以上述べたように構成された内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１７、吸気圧力センサ１６、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。クランクポジションセンサ２１は、内燃機関１のクランク角を検出するセンサである。また、アクセル開度センサ２２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するセンサである。

また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁３、スロットル弁９、ノズルベーン１４、燃料添加弁１５、及びＥＧＲ弁１３が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらの装置が制御される。

[燃焼モード]
本実施例に係る内燃機関１においては、混合気の空燃比を理論空燃比よりも高い空燃比に制御して燃焼が行われる通常燃焼モードの他に、所定の条件が成立したときに低空燃比燃焼モードでの燃焼が行われる。低空燃比燃焼モードは、混合気の空燃比を通常燃焼モードの実行時よりも低く制御して燃焼が行われる燃焼モードである。

低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行することで、排気の空燃比を低下させることができる。そのため、ＮＯｘ触媒１１に吸蔵されたＮＯｘ又はＳＯｘを還元させるときに、低空燃比燃焼モードでの燃焼が実行される。また、低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行することで、排気の温度を上昇させることができる。そのため、ＮＯｘ触媒１１或いはフィルタ１０を昇温させるときにも、低空燃比燃焼モードでの燃焼が実行される。

本実施例において、低空燃比燃焼モードは、スロットル弁９の開度を通常燃焼モードの実行時よりも小さくすると共に、ＥＧＲ弁１３を閉弁し、さらに、内燃機関１においてアフター噴射を実行することで実現される。スロットル弁９の開度を小さくすることで、混合気の空燃比を低下させることができる。また、アフター噴射を実行することで、排気の空燃比をさらに低下させることができる。

さらに、ＥＧＲ弁１３を閉弁することで内燃機関１へのＥＧＲガスの供給を停止させることができる。これにより、内燃機関１から排出される排気の空燃比を高精度で制御することが可能となる。ただし、低空燃比燃焼モードの実行時においては、必ずしも内燃機関１へのＥＧＲガスの供給を停止させなくともよい。また、ＥＧＲ弁１３の開度を通常燃焼モードの実行時よりも小さくし、ＥＧＲガスの供給量を減少させることで、低空燃比燃焼モードを実現してもよい。この場合でも、ＥＧＲガスの供給量を減少させることなく、吸入空気量を減少させて混合気の空燃比を低下させた場合に比べて、内燃機関１から排出される排気の空燃比をより高い精度で制御することができる。

［過渡運転時の制御］
ここで、本実施例に係る、内燃機関において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合の燃焼制御について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施例に係る、内燃機関１において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合における、アクセル開度Ｄａｃｃ、吸入空気量Ｑａｉｒ、吸入空気量とメイン燃料噴射による燃料噴射量との比であるメイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎ、アフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙ、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎ、及びフィルタ１０に流入する排気（以下、流入排気と称する場合もある）の空燃比Ｒｇｕｐの推移を示すタイムチャートである。尚、本実施例においては、低空燃比燃焼モードでの燃焼の実行時における流入排気の目標空燃比を理論空燃比とする。ただし、該目標空燃比は理論空燃比に限られるものではない。該目標空燃比を、低空燃比燃焼モードを実行する目的に応じて変更してもよい。

内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度Ｄａｃｃが減少し、内燃機関１の運転状態が減速運転となると、吸入空気量Ｑａｉｒ及びメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎが減少される。この時、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎは、減少後のアクセル開度に対応する噴射量まで直ちに減少させることができる。しかしながら、吸入空気量Ｑａｉｒについては、減少後のアクセル開度に対応する吸入空気量まで減少させるべくスロットル弁９の開度を小さくしてから、実際の吸入空気量（以下、実吸入空気量と称する場合もある）がその目標値に達するまでにはタイムラグがある。尚、図２における吸入空気量Ｑａｉｒの推移を示すタイムチャートにおいては、実線がアクセル開度Ｄａｃｃに対応した目標吸入空気量を表しており、破線が実吸入空気量を表している。

そのため、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎを、減少後のアクセル開度に対応する噴射量まで直ちに減少させると、吸入空気量Ｑａｉｒの応答遅れ期間中において、気筒２内の空気量がメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎに対して過剰となる。その結果、メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎが目標値よりも高くなる。

メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎが目標値よりも高くなると、メイン燃焼における燃焼温度が低下する。そのため、アフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙが目標値よりも低くなる。また、メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎが目標値よりも高くなると、流入排気の空燃比Ｒｇｕｐも目標値よりも高くなる。尚、図２における、メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎ、アフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙ及び流入排気の空燃比Ｒｇｕｐの推移を示すタイムチャートにおいては、実線がアクセル開度Ｄａｃｃに対応した目標値を表しており、破線が気筒２内の空気が過剰な状態のときの値を表している。

このようにアフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙが目標値より低くなると、アフター噴射によって噴射された燃料の着火性が低下し、アフター燃焼が不安定となる。その結果、失火が生じる虞がある。

そこで、本実施例では、減速運転時における吸入空気量Ｑａｉｒの応答遅れ期間中、即ち実吸入空気量が目標吸入空気量よりも多い期間においては、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎを増量補正する。そして、この時の増量分を、実吸入空気量と目標吸入吸気量との差に応じた量とする。尚、図２におけるメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの推移を示すタイムチャートにおいては、破線がアクセル開度Ｄａｃｃに対応した噴射量（以下、基準噴射量と称する場合もある）を表しており、実線が増量補正後の噴射量を表している。図２に示すように、実吸入空気量Ｑａｉｒａの減少とともにメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量分は徐々に小さくなる。

このようにメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎを増量補正することで、吸入空気量Ｑａｉｒの応
答遅れ期間中においても、メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎを目標値に制御することができる。これにより、アフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙが低下することを抑制することができる。その結果、アフター燃焼が不安定となることを抑制することができる。そのため、減速運転時においても失火の発生を抑制することが可能となる。

また、上記のようにメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎを増量補正することで、吸入空気量Ｑａｉｒの応答遅れ期間中においても、流入排気の空燃比Ｒｇｕｐを理論空燃比に維持することができる。そのため、ＮＯｘ還元制御又はＳＯｘ還元制御においては、ＮＯｘ触媒１１に吸蔵されたＮＯｘ又はＳＯｘの還元を促進させることができる。また、流入排気の温度低下を抑制することもできるため、昇温制御においては、ＮＯｘ触媒１１又はフィルタ１０の昇温を促進させることもできる。

［燃焼制御の制御フロー]
図３は、本実施例に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。

本フローでは、先ずステップＳ１０１において、内燃機関１において低空燃比燃焼モードでの燃焼が実行されているか否かが判別される。ステップＳ１０１において、否定判定された場合、即ち内燃機関１において通常燃焼モードでの燃焼が実行されている場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０２において、実吸入空気量Ｑａｉｒａが目標吸入空気量Ｑａｉｒｔより多いか否かが判別される。尚、目標吸入空気量Ｑａｉｒｔは、アクセル開度Ｄａｃｃとの関係を示すマップ又は関数等を用いて算出される。また、実吸入空気量Ｑａｉｒａはエアフローメータ１７によって検出される。

ステップＳ１０２において、否定判定された場合、即ち実吸入空気量Ｑａｉｒａが目標吸入空気量Ｑａｉｒｔ以下の場合、本フローの実行は一旦終了される。この場合、メイン噴射量を基準噴射量に制御する。一方、ステップＳ１０２において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０３において、アクセル開度Ｄａｃｃに応じた目標吸入空気量Ｑａｉｒｔと基準噴射量とに基づいてメイン燃焼空燃比の目標値Ｒｍａｉｎｔが算出される。尚、基準噴射量は、アクセル開度Ｄａｃｃとの関係を示すマップ又は関数等を用いて算出される。

次に、ステップＳ１０４において、基準噴射量と実吸入空気量Ｑａｉｒａとに基づいて実際のメイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎａが算出される。次に、ステップＳ１０５において、メイン燃焼空燃比の目標値Ｒｍａｉｎｔと実際の値Ｒｍａｉｎａとの差ΔＲｍａｉｎが算出される。

次に、ステップＳ１０６において、目標吸入空気量Ｑａｉｒｔと実吸入空気量Ｑａｉｒａとの差ΔＱａｉｒが算出される。次に、ステップＳ１０７において、メイン燃焼空燃比の目標値Ｒｍａｉｎｔと実際の値Ｒｍａｉｎａとの差ΔＲｍａｉｎと、目標吸入空気量Ｑａｉｒｔと実吸入空気量Ｑａｉｒａとの差ΔＱａｉｒとに基づいて、メイン噴射量の増量分ΔＱｆｍａｉｎが算出される。ここで、メイン噴射量の増量分ΔＱｆｍａｉｎは、ＥＣＵ２０に予め記憶されたマップ又は関数等を用いて算出される。

次に、ステップＳ１０８において、基準噴射量に増量分ΔＱｆｍａｉｎが加算されるメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量補正が実行される。

尚、本実施例のように、減速運転中においてメイン噴射量を増量補正した場合、その増
量分が過剰となると、出力トルクの増加に伴ってドライバビリティの悪化を招く（即ち、減速時間が長くなる）虞がある。そこで、メイン噴射量の増量分が所定の上限値以下の場合にのみ、その増量補正を実行するようにしてもよい。この場合、メイン噴射量の増量分が所定の上限値を超えるときは、燃焼モードを低空燃比燃焼モードから通常燃焼モードに切り替えてもよい。これにより、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。

ただし、燃焼モードを低空燃比燃焼モードから通常燃焼モードに切り替えると、ＮＯｘ或いはＳＯｘの還元制御又はＮＯｘ触媒１１或いはフィルタ１０の昇温制御が途中で停止されることとなる。そこで、メイン噴射量の増量分が所定の上限値を超える場合であっても、低空燃比燃焼モードでの燃焼を開始してから所定の期間内であれば、メイン噴射量を増量補正して低空燃比燃焼モードの実行を継続するようにしてもよい。ここで、所定の期間は、例えば、ドライバビリティが悪化したとしても、それを許容できると判断できる期間として設定してもよい。

上記場合でも、低空燃比燃焼モードでの燃焼を開始してから所定の期間が経過した場合は、燃焼モードを通常燃焼モードに切り替える。燃焼モードをこのように制御することで、ＮＯｘ或いはＳＯｘの還元制御又はＮＯｘ触媒１１或いはフィルタ１０の昇温制御を促進させることが可能となる。

また、内燃機関の運転状態が加速運転となったときは、減速運転時とは逆に、吸入空気量の増加の応答遅れに起因してメイン燃焼空燃比が目標値よりも低くなる場合がある。このような場合においても、吸入空気量の応答遅れ期間中、即ち実吸入空気量が目標空気量より少ない期間に、メイン噴射量を減量補正することで、メイン燃焼空燃比を目標値に制御することが可能である。

しかしながら、メイン噴射量を減量補正する際に、補正誤差が生じることで、メイン噴射量が過剰に減少すると、アフター噴射実行時の筒内温度が過剰に低下することとなる。その結果、アフター燃焼が不安定となって失火が生じる虞がある。そのため、過渡運転時におけるメイン噴射量の補正を実行するのは減速運転時のみとし、加速運転時におけるメイン噴射量の補正を禁止してもよい。

＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例に係る内燃機関１においても、所定の条件が成立したときに低空燃比燃焼モードでの燃焼が行われる。

［過渡運転時の制御］
ここで、本実施例に係る、内燃機関において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合の燃焼制御について、図４に基づいて説明する。図４は、本実施例に係る、内燃機関１において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合における、アクセル開度Ｄａｃｃ、吸入空気量Ｑａｉｒ、メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎ、アフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙ、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎ、及びアフター噴射の実行時期（以下、アフター噴射時期と称する場合もある）ｔａｆｔｅｒの推移を示すタイムチャートである。尚、本実施例においても、実施例１と同様、低空燃比燃焼モードでの燃焼の実行時における流入排気の目標空燃比を理論空燃比とする。

本実施例においては、内燃機関１の減速運転時における吸入空気量Ｑａｉｒの応答遅れ期間中においても、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎを基準噴射量に制御する。つまり、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎを、減少後のアクセル開度に対応する噴射量まで直ちに減少させる。

ここで、メイン燃焼後における筒内温度はメイン燃焼の時期に近いほど高い。そこで、本実施例においては、吸入空気量Ｑａｉｒの応答遅れ期間中は、アフター噴射時期ｔａｆｔｅｒを進角補正する。この時、アフター噴射時期ｔａｆｔｅｒを、筒内温度Ｔｃｙが目標値（即ち、アフター噴射によって噴射された燃料の着火を確保可能な温度）となっている時期まで進角する。尚、図４におけるアフター噴射時期ｔａｆｔｅｒの推移を示すタイムチャートにおいては、破線がアクセル開度Ｄａｃｃに対応した噴射時期（以下、基準噴射時期と称する場合もある）を表しており、実線が進角補正後の噴射時期を表している。図４に示すように、実吸入空気量Ｑａｉｒａの減少とともにアフター噴射時期ｔａｆｔｅｒの進角量は徐々に小さくなる。

このように、アフター噴射時期ｔａｆｔｅｒを進角することで、吸入空気量Ｑａｉｒの応答遅れ期間中においても、アフター噴射によって噴射された燃料の着火性を確保することができる。その結果、アフター燃焼が不安定となることを抑制することができる。のため、減速運転時においても失火の発生を抑制することが可能となる。

尚、本実施例においては、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量補正が行われないため、吸入空気量Ｑａｉｒの応答遅れ期間中においては、内燃機関１から排出される排気の空燃比が理論空燃比よりも高くなる。そこで、この時は、燃料添加弁１５からの燃料添加を実行することで、流入排気の空燃比を理論空燃比に制御する。また、燃料添加弁１５からの燃料添加に代えて、燃料噴射弁３によって、メイン噴射の後であって、噴射された燃焼が気筒２内での燃焼に供されない時期に副燃料噴射を行うことで、流入排気の空燃比を理論空燃比に制御する。以下、このような時期に行われる副燃料噴射をポスト噴射と称する。

［燃焼制御の制御フロー］
図５は、本実施例に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理内容は、図３に示すフローにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理内容と同様である。そのため、これらのステップの処理内容についての説明は省略する。

本フローでは、ステップＳ１０６において目標吸入空気量Ｑａｉｒｔと実吸入空気量Ｑａｉｒａとの差ΔＱａｉｒが算出されると、次に、ステップＳ２０７の処理が実行される。ステップＳ２０７においては、メイン燃焼空燃比の目標値Ｒｍａｉｎｔと実際の値Ｒｍａｉｎａとの差ΔＲｍａｉｎに基づいて、アフター噴射時期の進角量Δｔａｆｔｅｒが算出される。ここで、アフター噴射時期の進角量Δｔａｆｔｅｒは、ＥＣＵ２０に予め記憶されたマップ又は関数等を用いて算出される。また、該空燃比の差ΔＲｍａｉｎに基づいて筒内温度を算出し、該筒内温度が目標温度となる時期まで進角するようにアフター噴射時期の進角量Δｔａｆｔｅｒを算出してもよい。

次に、ステップＳ２０８において、メイン燃焼空燃比の目標値Ｒｍａｉｎｔと実際の値Ｒｍａｉｎａとの差ΔＲｍａｉｎと、目標吸入空気量Ｑａｉｒｔと実吸入空気量Ｑａｉｒａとの差ΔＱａｉｒとに基づいて、燃料添加弁１５からの燃料添加量Ｑｆａｄｄが算出される。ここで、燃料添加量Ｑｆａｄｄは、ＥＣＵ２０に予め記憶されたマップ又は関数等を用いて算出される。

次に、ステップＳ２０９において、基準噴射時期から進角量Δｔａｆｔｅｒ分進角されるアフター噴射時期ｔａｆｔｅｒの進角補正が実行される。さらに、ステップＳ２１０において、燃料添加弁１５からの燃料添加が実行される。

尚、燃料添加弁１５からの燃料添加に代えて、内燃機関１においてポスト噴射を実行する場合は、ステップＳ２０８においてポスト噴射量が算出される。また、ステップ２１０においてポスト噴射が実行される。

ここで、メイン噴射時期とアフター噴射時期との間には最低限の期間を確保する必要がある。そのため、アフター噴射時期を進角補正する際の進角量には上限値が存在する。そこで、メイン燃焼空燃比の目標値と実際の値との差が大きいために、上記フローのステップＳ２０７において算出されたアフター噴射時期の進角量Δｔａｆｔｅｒが上限値を超えたときは、燃焼モードを低空燃比燃焼モードから通常燃焼モードに切り替えるようにしてもよい。

＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例に係る内燃機関１においても、所定の条件が成立したときに低空燃比燃焼モードでの燃焼が行われる。

［過渡運転時の制御］
ここで、本実施例に係る、内燃機関において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合の燃焼制御について説明する。本実施例おいては、内燃機関１において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となり、吸入空気量Ｑａｉｒの応答遅れが発生したときは、実施例１で説明したようなメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量補正、又は実施例２で説明したようなアフター噴射時期ｔａｆｔｅｒの進角補正のいずれかを選択的に実行する。

このとき、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量補正又はアフター噴射時期ｔａｆｔｅｒの進角補正のいずれを実行するかについては、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎを増量補正すると仮定した場合のその増量分ΔＱｆｍａｉｎに基づいて判断する。つまり、メイン噴射量の増量分ΔＱｆｍａｉｎが、出力トルクの増加量が許容範囲内となる上限値以下の場合は、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量補正を実行する。そして、メイン噴射量の増量分ΔＱｆｍａｉｎが該上限値より大きい場合は、アフター噴射時期ｔａｆｔｅｒの進角補正を実行する。尚、アフター噴射時期ｔａｆｔｅｒの進角補正が選択された場合、実施例２の場合と同様、流入排気の空燃比Ｒｇｕｐを理論空燃比に制御すべく燃料添加弁１５からの燃料添加（又はポスト噴射）が実行される。

本実施例によれば、内燃機関１において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となり、吸入空気量の応答遅れが生じた場合であても、アフター燃焼が不安定となることを抑制することができ、以って、安定した燃焼を確保することができる。また、内燃機関１の出力トルクの過剰な増加も抑制することができるため、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。

［燃焼制御の制御フロー］
図６は、本実施例に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。本実施例に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理内容は、図３に示すフローにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理内容と同様である。また、本フローにおけるステップＳ２０７〜Ｓ２１０の処理内容は、図５に示すフローにおけるステップＳ２０７〜Ｓ２１０の処理内容と同様である。そのため、これらのステップの処理内容についての説明は省略する。

本フローでは、ステップＳ１０７においてメイン噴射量の増量分ΔＱｆｍａｉｎが算出
されると、次に、ステップＳ３０８の処理が実行される。ステップＳ３０８においては、メイン噴射量の増量分ΔＱｆｍａｉｎが所定の上限値ΔＱｆｍａｉｎ０以下であるか否かを判別する。ここでの上限値ΔＱｆｍａｉｎ０は、メイン噴射量の増量補正を実行した場合の内燃機関１の出力トルクの増加量が許容範囲内となると判断できる閾値である。該上限値ΔＱｆｍａｉｎ０は、実験等に基づいて求めることができ、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。

ステップＳ３０８において肯定判定された場合、次にステップＳ１０８の処理が実行される。即ち、メイン噴射量の増量補正が実行される。一方、ステップＳ３０８において否定判定された場合、それに続いて、ステップＳ２０７〜Ｓ２１０の処理が実行される。即ち、アフター噴射時期の進角補正が実行されると共に、燃料添加弁１５からの燃料添加が実行される。

尚、上述したように、アフター噴射時期の進角補正を選択した場合も、その進角量には上限値が存在する。ただし、アフター噴射時期の進角補正における補正可能な幅は、内燃機関１の出力トルクの増加量を許容範囲内に抑えつつメイン噴射の増量補正を行う際の補正幅に比べて大きい。つまり、メイン燃焼空燃比を目標値とすべくメイン噴射量を増量補正すると内燃機関１の出力トルクの増加量を許容範囲を超えるような場合であっても、アフター噴射時期の進角補正を実行するによってアフター燃焼の安定化を図ることができる場合がある。

そこで、本実施例においては、上記のように設定されるメイン噴射量の増量分の上限値ΔＱｆｍａｉｎ０を第一上限値とし、該第一上限値よりも大きい第二上限値をさらに設定してもよい。この場合、該第二上限値を、アフター噴射時期の進角補正を実行することでアフター燃焼の安定化を図ろうとした場合に、その進角量が上限値となる値として設定する。

メイン噴射量の増量分が該第二上限値より大きい場合は、メイン噴射の増量補正を実行するとドライバビリティの悪化を招き、また、アフター噴射時期の進角補正によってアフター燃焼の安定化を図ることも困難である。そのため、メイン噴射量の増量分が該第二上限値を超えるときは、燃焼モードを低空燃比燃焼モードから通常燃焼モードに切り替える。

＜実施例４＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例に係る内燃機関１においても、所定の条件が成立したときに低空燃比燃焼モードでの燃焼が行われる。

［過渡運転時の制御］
ここで、本実施例に係る、内燃機関において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合の燃焼制御について、図７に基づいて説明する。図７は、本実施例に係る、内燃機関１において低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、その運転状態が減速運転となった場合における、アクセル開度Ｄａｃｃ、吸入空気量Ｑａｉｒ、メイン燃焼空燃比Ｒｍａｉｎ、アフター噴射実行時の筒内温度Ｔｃｙ、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎ、ノズルベーン１４の開度Ｄｖｎ、及び内燃機関１でのポンプ損失Ｗｌｏｓｓの推移を示すタイムチャートである。

本実施例では、内燃機関１の運転状態が減速運転となり、吸入空気量Ｑａｉｒの応答遅れ期間が生じると、実施例１と同様、該応答遅れ期間中において、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎを増量補正する。これにより、減速運転時においても失火の発生を抑制することがで
きる。

上述したように、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎを増量補正すると、内燃機関１の出力トルクが増加し、ドライバビリティの悪化を招く虞がある。そこで、本実施例においては、このような内燃機関１の出力トルクの増加を抑制すべく、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量補正を実行している間、ノズルベーン１４の開度Ｄｖｎを減少補正する。そして、この時の減少分をメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量分に応じた量とする。尚、図７におけるノズルベーン１４の開度Ｄｖｎの推移を示すタイムチャートにおいては、破線がアクセル開度Ｄａｃｃに対応した開度（以下、基準開度と称する場合もある）を表しており、実線が補正後の開度を表している。図７に示すように、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量分の減少とともにノズルベーン１４の開度Ｄｖｎを減少量は徐々に小さくなる。

ノズルベーン１４の開度Ｄｖｎを減少補正することで、内燃機関１でのポンプ損失Ｗｌｏｓｓを増加させることができる。尚、図７における内燃機関１でのポンプ損失Ｗｌｏｓｓの推移を示すタイムチャートにおいては、破線がノズルベーン１４の開度Ｄｖｎを基準開度に制御した場合を表しており、実線がノズルベーン１４の開度Ｄｖｎを減少補正した場合を表している。図７に示すように、ノズルベーン１４の開度Ｄｖｎの減少量の減少とともにポンプ損失Ｗｌｏｓｓの増加量は徐々に小さくなる。

このように内燃機関でのポンプ損失Ｗｌｏｓｓを増加させることで、メイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量補正に伴う出力トルクの増加を抑制することができる。また、ノズルベーン１４の開度Ｄｖｎを減少補正する際の減少量をメイン噴射量Ｑｆｍａｉｎの増量分に応じた量とすることで、出力トルクを目標値に維持することができる。

尚、本実施例において、排気通路６に排気絞り弁が設けられている場合は、ノズルベーン１４の開度Ｄｖｎの減少補正に代えて、若しくはこれに加えて、該排気絞り弁の開度を減少補正することで、内燃機関１のポンプ損失を増加させてもよい。また、内燃機関１に、吸気弁の開弁時期を可変に制御する可変動弁機構が設けられている場合は、吸気弁の開弁時期を遅角させることで、内燃機関１のポンプ損失を増加させてもよい。

また、上記のようなポンプ損失を増加させる制御に代えて、内燃機関１で生じる仕事量を減少させる制御を行うことで、出力トルクの増加を抑制してもよい。例えば、内燃機関１に、排気弁の開弁時期を可変に制御する可変動弁機構が設けられている場合は、排気弁の開弁時期を進角させることで、内燃機関１で生じる仕事量を減少させることができる。

本実施例に係る内燃機関の出力トルクの増加を抑制するための制御は、実施例３に係る燃焼制御においてメイン噴射量を増量補正する場合にも適用することができる。

上記各実施例は可能な限り組み合わせることができる。

１・・・内燃機関（ディーゼルエンジン）
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・吸気通路
５・・・インテークマニホールド
６・・・排気通路
７・・・エキゾーストマニホールド
９・・・スロットル弁
１０・・パティキュレートフィルタ
１１・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
１２・・ＥＧＲ通路
１３・・ＥＧＲ弁
１４・・ノズルベーン
１５・・燃料添加弁
１７・・エアフローメータ
２０・・ＥＣＵ

Claims (2)

1. 圧縮着火内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
   圧縮着火内燃機関の吸気通路に設けられ吸入空気量を制御するスロットル弁と、
   前記スロットル弁の開度を通常燃焼モードでの燃焼の実行時よりも小さくすることで吸入空気量を減少させ、且つ、前記燃料噴射弁によって、主燃料噴射よりも後の時期であって噴射された燃料が気筒内での燃焼に供される時期に副燃料噴射を実行することで、低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行する低空燃比燃焼モード実行手段と、
   内燃機関の運転状態に応じた、吸入空気量と主燃料噴射による燃料噴射量との比であるメイン燃焼空燃比の目標値を算出する目標値算出手段と、
   前記低空燃比燃焼モード実行手段によって低空燃比燃焼モードでの燃焼を実行している時に、実際の吸入空気量が内燃機関の運転状態に応じた目標吸入空気量よりも多くなった場合に、メイン燃焼空燃比を前記目標値算出手段によって算出された目標値に制御するために必要な主燃料噴射量の増加量を算出する増加量算出手段と、を備え、
   前記増加量算出手段によって算出された主燃料噴射量の増加量が所定量以下の場合は、主燃料噴射量を該増加量分増加させ、該増加量が前記所定量より多い場合は、前記副燃料噴射時期を進角させる圧縮着火内燃機関の燃焼モード制御システム。
2. 前記増加量算出手段によって算出された増加量分、主燃料噴射量を増加させる際に、内燃機関でのポンプ損失を増加させるポンプ損失増加手段をさらに備える請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の燃焼モード制御システム。

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