JP5590243B2 - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

この発明はディーゼルエンジンの燃焼制御に関する。

日本国特許庁が２００３年に発行した特開２００３-２９３８３６号はディーゼルエンジンの燃焼装置を開示している。同装置は燃料噴射タイミング及び燃料噴射量とともにエンジンのシリンダ内のガス流を制御する。例えば、シリンダ内のガス流の規模が大きくなると、噴射燃料のペネトレーションを確保するために燃料噴射量も増量される。ペネトレーション距離が増大すると、噴射燃料の空気との混合が促進され、それによりスモークの原因となる燃料化状領域がシリンダ内に形成されるのを阻止できる。

この従来技において、燃料噴射量、コモンレール圧、及びシリンダ内のスワール比はディーゼルエンジンの運転状態に応じて可変的に制御される。

例えば、エンジンの運転状態が高負荷状態から、予混合燃焼が主流となる低負荷状態へと変化した場合に、燃料噴射量が減量され、コモンレール圧が下げられ、スワール比の増大が行なわれる。スワール比が増大すると、シリンダ内のガス流が強化される。

これらのパラメータに関して、同一タイミングで変化指令が発せられた場合に、コモンレール圧の変化には、燃料噴射量の変化や、スワール比の変化と比べてより多くの時間がかかる。言い換えれば、コモンレール圧の場合は、燃料噴射量やスワール比に比べて実際の値が目標値に到達するまでにより多くの時間がかかる。その理由は、コモンレール圧は燃料インジェクタがコモンレール内の燃料を噴射することによってのみ低下するからである。

その結果、エンジンの運転状態が高負荷状態から低負荷状態に変化し、これらのパラメータに変化指令が一斉に発せられた場合に、コモンレール圧が目標圧に到達するまでの期間は、コモンレール圧が目標圧より高い状態で燃料噴射が実行されることになる。コモンレール圧が高いと噴射燃料のペネトレーションは大きく、燃料噴射による噴霧の粒径が小さくなる。

高圧のコモンレール圧がスワールの強化と組み合わされると、噴射燃料の空気との混合が想定以上に促進される。その結果、噴射燃料の一部が燃焼室内のピストンキャビティの内側とその周囲に形成される燃焼領域の外側に拡散し、燃焼領域内の空燃比が局部的にリーンになりかねない。こうした局部的なリーンによる失火は、炭化水素（ＨＣ）の排出量を増大させる。

同様に、エンジンの運転状態が低負荷状態から高負荷状態に変化する際も、コモンレール圧の増大には、燃料噴射量の増加やシリンダ内のガス流を減らす方向へのスワール比の減少と比べて、より多くの時間がかかる。コモンレール圧が十分に増大しないと、噴射燃料をペネトレーションが小さく、噴射燃料の拡散が十分に行われない。結果として、スモークの排出量が増大する。

この発明の目的はしたがって、コモンレール圧と他のパラメータとの制御応答の違いによらずに、最適な空燃比を維持することである。

以上の目的を達成するために、この発明はコモンレール式燃料噴射装置と、コモンレール式燃料噴射装置から供給される燃料を燃焼させるシリンダと、シリンダ内にスワールを形成するスワール制御弁と、を備えたディーゼルエンジンの燃焼制御装置を提供する。燃焼制御装置は、エンジン負荷を検出するセンサと、コモンレール圧を検出するセンサと、プログラマブルコントローラと、を備えている。

プログラマブルコントローラはコモンレール圧を、エンジン負荷が増大するにつれて増大するようにエンジン負荷に基づき設定した目標コモンレール圧へと制御し、スワール制御弁がもたらすスワールの強さを表すスワール比をエンジン負荷に基づき決定した目標値へと制御する。

プログラマブルコントローラはさらに、エンジン負荷が変化するディーゼルエンジンの過渡状態においてコモンレール圧が目標コモンレール圧に一致しない場合に、スワール比を補正するよう、さらにプログラムされる。

この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。

ＦＩＧ．１はこの発明によるではーゼルエンジンとその燃焼制御装置の概略構成図である。 ＦＩＧＳ．２Ａ-２Ｆはエンジンパラメータの制御応答を示すタイミングチャートである。 ＦＩＧ．３はこの発明によるコントローラが実行するスワール比制御ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．４はコントローラが格納するスワール比補正マップの特性を示すダイアグラムである。 ＦＩＧ．５はこの発明の第２の実施形態によるコントローラが実行するスワール比制御ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．６はこの発明の第２の実施形態によるコントローラが格納するスワール比補正マップの特性を示すダイアグラムである。 ＦＩＧＳ．７Ａ-７Ｆはこの発明の第２の実施形態によるコントローラがスワール比補正ルーチンを実行した結果生じる、エンジンパラメータの変化を示すタイミングチャートである。 ＦＩＧ．８はこの発明の第３の実施形態によるコントローラが実行する燃料噴射制御ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．９はこの発明の第３の実施形態によるコントローラが格納するパイロット噴射量ＰｉｌｏｔＱのマップの特性を示すダイアグラムである。 ＦＩＧＳ．１０Ａ-１０Ｅはこの発明の第３の実施形態によるコントローラが燃料噴射制御ルーチンを実行した結果生じる、エンジンパラメータの変化を示すタイミングチャートである。

図面のＦＩＧ．１を参照すると、車両用の多気筒ディーゼルエンジン１００はシリンダヘッド２とシリンダブロック３を備える。シリンダブロック３にはシリンダ３Ａが形成され、ピストン４がシリンダ３Ａに収装される。燃焼室１がシリンダ３Ａ内のピストン４の上方に形成される。ピストン４は燃焼室１に臨むキャビティ４Ａを備える。

シリンダヘッド２には吸気バルブ７を介して燃焼室１に空気を吸入する吸気ポート４が形成される。吸気バルブ７はディーゼルエンジン１００の回転に同期して回転する吸気カム９の回転変位に応じて開閉する。

シリンダヘッド２には排気バルブ８を介して燃焼室１から燃焼ガスを排出する排気ポート６が形成される。排気バルブ８はディーゼルエンジン１００の回転に同期して回転する排気カム１０の回転変位に応じて開閉する。

燃焼室１内にスワールを形成するために、吸気ポート５にはスワール制御弁１３が設けられる。シリンダヘッド２には、燃料を燃焼室１に噴射する燃料インジェクタ１１が設けられる。燃料インジェクタ１１には燃料を加圧して一時的に貯留するコモンレール１２から燃料が供給される。

ディーゼルエンジン１００は以上のように構成された複数の燃焼ユニットからなる。

燃料インジェクタ１１の燃料噴射量と噴射タイミング、及びスワール制御弁１３の開閉はプログラマブルコントローラ１４によって制御される。

コントローラ１４は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ 及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ インタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１４を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

コントローラ１４はディーゼルエンジン１００の運転状態に基づき、スワール制御弁１３の開閉を介して燃焼室１内のスワール比を制御し、燃料インジェクタ１１の燃料噴射量と噴射タイミングを制御し、コモンレール１２内の燃料圧力を制御する。コモンレール１２内の燃料圧力を以下の説明ではコモンレール圧と称する。運転状態にはエンジン負荷、エンジン回転速度、筒内圧力、筒内温度、及び燃料温度が含まれる。

さらに、コントローラ１４は、ディーゼルエンジン１００の過渡状態において、コモンレール圧がエンジン運転状態に応じて定めた目標コモンレール圧に対して偏差を生じた場合に、スワール比のフィードバック補正を行なう。

ＦＩＧＳ．２Ａ-２Ｆを参照すると、ディーゼルエンジン１００が時刻ｔ０からｔ１にかけて高負荷で運転されている場合は、燃料噴射量は多くなくコモンレール圧も高い。この期間においては、実線に示される実際値が破線に示されるそれぞれの目標値に一致している。コモンレール圧が高いので、噴射燃料のペネトレーションは大きく、シリンダ３Ａ内の燃料噴霧の平均粒径（以下の説明ではＳａｕｔｅｒ Ｍｅａｎ Ｄｉａｍｅｔｅｒ（ＳＭＤ）と称する）は小さい。

この状況では、スワール比は低負荷状態より小さく設定される。燃焼室１内に大きなペネトレーションかつ小粒径のもとで大量の燃料噴霧が存在する状態でスワールが強化されると、拡散燃焼が起こり、混合気の燃焼速度が過度に高くなることで、大きな燃焼騒音が発生する。ディーゼルエンジン１００の高負荷状態では、したがって、スワール比は小さく抑えられる。

一方、時刻ｔ３以降は、ディーゼルエンジン１００は安定した低負荷状態で運転され、コモンレール圧は低い目標値で安定する。その結果、噴射燃料のペネトレーションは小さな値に維持され、対応してＳＭＤは大きな値を維持する。

この状態で、スワール比は燃焼室１内のガス流を強化すべくより大きな値へと制御され、これにより小さなペネトレーションと大きなＳＭＤを補償して、予混合燃焼が促進されるように燃料噴霧の拡散を強化する。ここで、燃焼室１内におけるガス流の強化は騒音を増大させる可能性がある。しかしながら、低負荷状態では燃料噴射量が小さく、燃焼騒音は本質的に小さい。そのため、燃焼騒音の増大も許容範囲に留まる。

ＦＩＧ．２Ｆの破線は高負荷定常状態と低負荷定常状態でのＨＣの発生量を示す。ここで定常状態とはエンジンが安定的に運転されている状態を意味する。低負荷定常状態では、燃料噴射量は小さく燃焼熱も小さい。低負荷定常状態では高負荷定常状態と比べて燃焼に寄与しない燃料量が多いので、ＨＣ発生量は高負荷定常状態より低負荷定常状態の方が多い。

ＦＩＧＳ．２Ａ-２Ｃに示すように、燃料噴射量と、コモンレール圧と、スワール比はエンジン運転状態が高負荷定常状態から低負荷定常状態へと切り換わることで変化する。時刻ｔ１直後の過度状態でのこれらのパラメータの変化は次に説明されるとおりである。

すなわち、燃料噴射量、コモンレール圧、スワール比は時刻ｔ１に直ちにシフトされる。燃料噴射量の目標燃料噴射量の変化に対する応答遅れは小さい。スワール比は燃料噴射量に比べて応答遅れが大きい。これはスワール制御弁１３の開度変化に要する時間とシリンダ３Ａ内のガス流の変化に要する時間がスワール比の変化に応答遅れをもたらすからである。コモンレール圧は燃料インジェクタ１１が燃料噴射を行なうことによってのみ低下するので、燃料噴射量が低負荷のために小さいと、目標コモンレール圧に対するコモンレール圧の応答遅れは、燃料噴射量やスワール比の応答遅れと比べて著しく大きくなる。

その結果、ＦＩＧＳ．２Ａ-２Ｃの時刻ｔ１から時刻ｔ２に見られるように、燃料噴射量とスワール比が目標値に対して小さな遅れで追随するのに対して、コモンレール圧は時刻ｔ１からｔ２に至る期間中を通じて破線に示す目標コモンレール圧を常に上回り続ける。

高負荷定常状態から低負荷定常状態へと切り換わる過渡状態においては、コモンレール圧のみが目標値より高い期間が存在し、そのために、低負荷定常状態よりペネトレーションが大きくＳＭＤが小さくなる。ペネトレーションが大きいと燃料噴霧がより遠くへ達し、ＳＭＤが小さいと、噴射燃料の拡散がより高レベルへと促進される。その結果、燃料噴射によって形成される混合気は低負荷定常状態と比べてシリンダ３Ａ内のより広いエリアへと拡散する。

この状態では、燃焼室１内の燃焼領域の混合気の空燃比がリーンになりがちであり、ＨＣの発生量も低負荷定常状態と比べて増加する。

以上説明したコモンレール圧の応答遅れによる混合気のリーン化を防止するために、コントローラ１４はＦＩＧ．３に示すスワール比制御ルーチンを実行することでスワール比の目標値を補正する。このルーチンはディーゼルエンジン１００の運転中に繰り返し実行される。すなわち、コントローラは現在のルーチン実行を終了すると次回のルーチン実行を直ちに開始する。

このために、コントローラ１４には、車両が備えるアクセラレータペダルの踏み込み量を検出するアクセラレータペダル踏み込み量センサ１７、ディーゼルエンジン１００のエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度センサ１６、及びコモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ１５から検出信号がそれぞれ入力される。

ＦＩＧ．３を参照すると、ステップＳ１０でコントローラ１４は、エンジン回転速度、コモンレール圧、及びエンジン負荷を代表する値としてのアクセラレータペダル踏み込み量を含むディーゼルエンジン１００の運転状態を示すパラメータを読み込む。

ステップＳ２０でコントローラ１４はアクセラレータペダル踏み込み量からエンジン負荷が減少したかどうかを判定する。

ステップＳ２０の判定は、ＦＩＧＳ．２Ａ-２Ｆの時刻ｔ１における過渡状態開始の判定に相当する。この判定をエンジン回転速度センサ１６が検出するエンジン回転速度に基づき行なっても良い。

エンジン負荷が減少していない場合には、コントローラ１４は他のステップの処理を行なうことなくルーチンを終了する。

エンジン負荷が減少している場合には、コントローラ１４はステップＳ３０において、コモンレール圧の低負荷定常状態における目標コモンレール圧からの偏差を計算する。ここで、コモンレール圧はＦＩＧ．２Ｂの実線に相当し、目標コモンレール圧は同図の破線に相当する。

ステップＳ４０でコントローラ１４は、ＦＩＧ．４に示す特性のスワール比補正マップを参照する。このマップはあらかじめコントローラ１４のＲＯＭに格納される。

ＦＩＧ．４の横軸はスワール比を、縦軸はコモンレール圧を示す。破線の曲線の各々は燃焼室１内の燃焼領域に形成された混合気の空燃比を示す。実線の曲線の各々はＨＣの発生量を示す。この図から分かるように、混合気の空燃比がリーンになるにつれて、ＨＣの発生量が増加する。

燃焼室１内の燃焼領域の混合気の実空燃比が図の「目標空燃比」としてプロットされた値に相当すると仮定すると、実コモンレール圧が図の「実際値」に示されるように目標コモンレール圧より高ければ、結果的に混合気の実空燃比は目標空燃比よりリーンになり、ＨＣの発生量か増大する。

ＨＣの発生量を抑制するには、空燃比を目標空燃比に一致させなければならない。言い換えれば、「実際値」が図の「目標空燃比」の点と同じＨＣ発生量に関する同じ実線の曲線上に位置するように、スワール比を減少補正する必要がある。図の左向き矢印の長さがスワール比の減少分を表す。スワール比補正マップを参照して、スワール比の減少分を求めた後に、コントローラ１４は減少分に対応するスワール制御弁１３の補正目標開度を決定する。

ステップＳ５０で、コントローラ１４はスワール制御弁１３の開度をステップＳ４０で決定した補正目標開度へと制御する。

ステップＳ６０で、コントローラ１４はスワール制御弁１３の実開度が補正目標開度へと到達したがどうかを判定する。

スワール制御弁１３の実開度が補正目標開度へ到達した場合には、コントローラ１４はルーチンを終了する。

スワール制御弁１３の実開度が補正目標開度へ達していない場合は、コントローラ１４はスワール制御弁１３の実開度が補正目標開度に到達するまで、スワール制御弁１３の開度制御を継続して行なう。

以上説明したスワール比制御ルーチンの実行により、実コモンレール圧の目標コモンレール圧からの偏差が、スワール比の補正によって補償される。これにより、燃焼室１の燃焼領域の混合気の実空燃比がリーン化するのを防止できる。その結果、燃焼領域の混合気のリーン化によるＨＣの発生量の増加を抑制することができる。

言い換えれば、エンジン負荷が減少した場合に、コモンレール圧と他のパラメータとの制御応答の違いによらず、燃焼室１の燃焼領域の空燃比は最適に維持される。

次にこの発明の第２の実施形態を説明する。

この実施形態はＦＩＧ．３のスワール比制御ルーチンをＦＩＧ．５のスワール比制御ルーチンに置き換えたものに相当する。

ＦＩＧ．５のルーチンを実行するために、シリンダ３Ａの筒内温度を検出する筒内温度センサ１８，シリンダ３Ａの筒内圧力を検出する筒内圧力センサ１９，大気温度を検出する大気温度センサ２０、大気圧を検出する大気圧センサ２１、燃料温度を検出する燃料温度センサ２２が、信号回路を介してさらにコントローラ１４に接続され、これらのセンサ１８-２２の検出信号がコントローラ１４にそれぞれ入力される。

ＦＩＧ．５を参照すると、ステップＳ１１０で、コントローラ１４はディーゼルエンジン１００の運転状態を表すパラメータを読み込む。パラメータはコモンレール圧とアクセラレータペダル踏み込み量に加えて筒内温度、筒内圧力、大気温度、大気圧、及び燃料温度を含む。

ステップＳ１２０で、コントローラ１４はディーゼルエンジン１００の現在の運転状態が低レール圧／予混合燃焼条件に該当するかどうかを判定する。コモンレール圧はコモンレール圧センサ１５により検出される。コモンレール圧がしきい値より低い場合には低レール圧条件が成立する。予混合燃焼条件は筒内温度または筒内圧力またはその両者に基づき判定される。これらのパラメータの一歩おがしきい値より低い場合、またはこれらのパラメータの双方がそれぞれのしきい値より低い場合に、予混合燃焼条件が成立する。低レール圧条件と予混合燃焼条件が成立する場合に、低レール圧／予混合燃焼条件が成立したと判定される。

なお、予混合燃焼条件はエンジン負荷を代表するアクセラレータペダル踏み込み量に基づいて判定することも可能である。この場合には、アクセラレータペダル踏み込み量がしきい値より小さい場合に、予混合燃焼条件が成立すると判定する。

ステップＳ１３０で、コントローラ１４はＳＭＤとペネトレーションを計算する。

ＳＭＤは燃料インジェクタ１１の噴射孔の径と、コモンレール圧と、大気圧と、燃料の動粘性率と、燃料密度と、燃料の絶対粘度と、燃料温度と、大気の粘性と、燃料の表面張力とから求められる。噴射孔の径や燃料の動粘性率は固定値であり、前もって決定される。コモンレール圧、大気圧、大気温度、燃料温度のような可変値はセンサ１５，２０-２２を用いて検出される。

ペネトレーションは、燃料インジェクタ１１の噴射孔の径と、コモンレール圧と、大気圧と、燃料密度と、燃料噴射期間とから求められる。ＳＭＤの計算と同様に、固定値は前もって決定され、コモンレール圧、大気圧、大気温度、及び燃料温度のような可変値に応じてペネトレーションが計算される。

ペネトレーションは燃料噴霧の貫徹力を表すが、ここでは燃料噴霧のペネトレーション距離を表す用語としても用いている。強力なペネトレーションは、したがって、燃料のペネトレーション距離が大きいことを意味する。この場合には、燃料噴霧の拡散が促進され、結果として燃焼室１内の燃焼領域の空燃比がリーン傾向となる。

ステップＳ１４０で、コントローラ１４はＳＭＤとペネトレーションからＦＩＧ．６に示す特性のマップを参照してスワール比補正量を計算する。このマップはあらかじめコントローラ１４のＲＯＭに格納される。

ＦＩＧ．６を参照すると、横軸はＳＭＤを表し、縦軸はペネトレーションを表す。スワール比補正量は図の複数の実線の曲線で表される。マップにおいてペネトレーションが大きく、ＳＭＤが小さいほど、スワール比補正量は大きくなる。ここで、スワール比補正量は減少値として与えられる。つまり、スワール比補正量が大きいことはスワールを弱めるないしはシリンダ３内のガス流を弱めることを意味する。

ステップＳ１５０で、コントローラ１４はスワール制御弁１３の開度をスワール比補正量に基づき制御する。具体的には、コントローラ１４はスワール比補正量に基づきスワール制御弁１３の補正目標開度を計算し、補正目標開度が実現するようにスワール制御弁１３を制御する。

ステップＳ１６０で、コントローラ１４はスワール制御弁１３の実開度が補正目標開度に達したかどうかを判定する。スワール制御弁１３の実開度が補正目標開度に達している場合には、コントローラ１４はルーチンを終了する。達していない場合には、コントローラ１４は補正目標開度に達するまでスワール制御弁１３の開度制御を続行する。

この発明の第２の実施形態によるスワール比制御ルーチンを実行することで、スワール比はＳＭＤとペネトレーションに応じてシリンダ３Ａ内のガス流を抑制する方向へ補正される。そのため、コモンレール圧が応答遅れのため一時的に過大となった場合でも、燃焼室１内の燃焼領域の混合気の空燃比がリーン化するのを阻止できる。

ＦＩＧＳ．７Ａ-７Ｆを参照すると、時刻ｔ１にエンジン負荷が高負荷領域から低負荷領域へと減少すると、目標スワール比はＦＩＧ．２Ｃのケースと同様に増大する。しかしながら、コモンレール圧が目標値を上回る限り、スワール比はステップＳ１５０でスワール比補正量を用いて減量補正される。この補正の結果、実スワール比の増大はコモンレール圧の緩やかな減少を補償すべくＦＩＧ．７Ｃの実線に示すように緩やかになる。

この発明の第２の実施形態によるスワール比制御ルーチンの実行の結果、第１の実施形態と同様に燃焼室１内の燃焼領域の混合気の空燃比のリーン化が阻止され、ＨＣの発生量は低レベルに抑制される。

さらに、このスワール比制御ルーチンによれば、ＳＭＤとペネトレーションを、大気圧を含むパラメータに基づき計算している。車両が走行する土地の硬度が高くなると、大気圧は低下する。大気圧が低下すると、ペネトレーションは強まり、ＳＭＤは小さくなる。このスワール比制御ルーチンによれば、高度が高くなるにつれてスワール比が減少補正され、シリンダ３Ａ内のガス流を弱めるので、高度変化に伴うペネトレーションとＳＭＤの変化が補償される。

ＦＩＧＳ．８と９及びＦＩＧＳ．１０Ａ-１０Ｅを参照して、この発明の第３の実施形態を説明する。

この実施形態も第１及び第２の実施形態と同様に、コモンレール圧の応答性と他のパラメータの応答性の相違に起因する問題に対処する。しかしながら、この実施形態はコモンレール圧の制御の応答遅れの影響を燃料噴射制御によって解消する。

ディーゼルエンジンにおいては、燃焼騒音を抑制するために、低負荷定常状態で主噴射に先立ちプレ噴射を行なうことが良く知られている。この実施例は低負荷定常状態でプレ噴射を行なうディーゼルエンジン１００に特化した実施形態である。

この実施形態では、高負荷定常状態から低負荷定常状態への切り換えにともなう過渡状態において、プレ噴射に先立ってパイロット噴射を実行する。一回の燃焼サイクルにおける総噴射量は、パイロット噴射を行わない場合と同量である。ここでは、さらにパイロット噴射とプレ噴射の合計噴射量をパイロット噴射を行わない場合と同量とする。つまり、パイロット噴射を実行することで、その分プレ噴射の噴射量は減少する。

燃料噴射期間は噴射燃料のペネトレーションを決定するパラメータの一つである。燃料噴射期間が短いほど、ペネトレーションは弱くなる。同一コモンレール圧のもとでは燃料噴射期間は燃料噴射量と等価であり、プレ噴射の噴射量の減少は、噴射燃料のペネトレーションを弱める働きをする。

既に述べたように、噴射燃料のペネトレーションが大きいほど、燃料噴霧の拡散が促進され、燃焼室１内の燃焼領域の空燃比はリーン化の傾向を示す。したがって、噴射燃料のペネトレーションの減少により、燃料噴霧の拡散を抑制し、この領域の空燃比のリーン化を阻止することができる。

この実施形態によるコントローラ１４は、エンジン負荷が減少した場合のコモンレール圧制御の応答遅れの影響を、プレ噴射に先立つパイロット噴射の実行により解消する。具体的には、コントローラ１４は第２の実施形態のＦＩＧ．５のスワール比制御ルーチンに代えて、ＦＩＧ．８に示す燃料噴射制御ルーチンを実行する。

ＦＩＧ．８を参照すると、ステップＳ２１０、Ｓ２２０、及びＳ２３０はＦＩＧ．５のステップＳ１１０、Ｓ１２０、及びＳ１３０とそれぞれ同一であるので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２４０で、コントローラ１４は、バイロット噴射量ＰｉｌｏｔＱを、先立つステップＳ２３０の処理において計算されたスワール比及びＳＭＤから計算する。計算はＦＩＧ．９に示すマップを参照することで行なわれる。このマップはあらかじめコントローラ１４のＲＯＭに格納される。パイロット噴射量ＰｉｌｏｔＱはシリンダボア径や燃焼室１の容積などに依存するため、マップはあらかじめ適合により作成される。

ＦＩＧ．９を参照すると、横軸はＳＭＤを表し、縦軸はペネトレーションを表す。パイロット噴射量ＰｉｌｏｔＱは図の実線による曲線に示される。このマップにおいてはペネトレーションが強く、ＳＭＤが小さいほど、パイロット噴射量ＰｉｌｏｔＱは大きくなる。

既に説明したように、プレ噴射の噴射量ＰｒｅＱとパイロット噴射の噴射量ＰｉｌｏｔＱの合計量は、パイロット噴射を実行しない場合と同量に保たれる。ステップＳ２４０で、コントローラ１４はさらに所定のプレ噴射量からパイロット噴射量ｐｉｌｏｔｑを差し引くことでプレ噴射量ＰｒｅＱを計算する。主噴射量はパイロット噴射を実行しない場合と同量である。

プレ噴射量ＰｒｅＱとパイロット噴射量ＰｉｌｏｔＱを計算した後、コントローラ１４はステップＳ２５０でパイロット噴射と、プレ噴射と、主噴射とを計算した各噴射量に基づき実行する。

ステップＳ２６０で、コントローラ１４は実コモンレール圧が目標コモンレール圧まで低下したかどうかを判定する。実コモンレール圧が目標コモンレール圧まで低下している場合は、コントローラ１４はルーチンを終了する。低下していない場合は、コントローラ１４は目標コモンレール圧が達成されるまで燃料噴射制御を続行する。

ＦＩＧ．１０Ａ-１０Ｅを参照すると、時刻ｔ１にエンジン負荷が高負荷領域から低負荷領域へと減少すると、目標コモンレール圧はＦＩＧ．１０Ｂの破線に示すように低下するが、実コモンレール圧は直ちには低下しない。その結果、スワール比が目標スワール比を上回りがちになる。

一方、時刻ｔ１にパイロット噴射量ＰｉｌｏｔＱのパイロット噴射が開始され、プレ噴射量ＰｒｅＱがパイロット噴射量ＰｉｌｏｔＱ相当分減量される。プレ噴射によるペネトレーションも対応して減少する。さらに、プレ噴射はパイロット噴射によって形成された燃料噴霧に向けて行なわれることになる。結果として、燃焼室１内の燃焼領域の混合気の空燃比が目標空燃比に対してリーン化する現象が阻止される。

パイロット噴射の噴射タイミングとプレ噴射の噴射タイミングは好ましくは、すべての噴射燃料がキャビティ４Ａに留まるように設定する。これにより、燃料噴霧の拡散を防止することができる。パイロット噴射とプレ噴射の間隔は例えばクランク角で約５度に設定される。この間隔は燃料インジェクタ１１の構造に応じて短縮可能である。

発明者らはパイロット噴射を実行しないケースを比較例として観察を行った。すなわち、パイロット噴射とプレ噴射の合計量をプレ噴射で噴射するケースである。主噴射の噴射量はこの実施形態と同量である。この比較例においては、噴射量の総量は不変であるにもかかわらず、ＨＣの発生量をこの第３の実施形態ほど低下させることはできなかった。

発明者らはその理由を次のように推測する。すなわち、この比較例ではプレ噴射の噴射量がこの実施形態に対して比較的多く、プレ噴射の噴射燃料のペネトレーションがこの実施形態より強い。燃焼領域に噴射された燃料の一部がこれにより外側へと追い出され、燃焼領域の空燃比が目標空燃比よりリーンになる。

この実施形態のようにパイロット噴射を実行すると、プレ噴射量ＰｒｅＱが不可避的に減少する。プレ噴射量ＰｒｅＱの減少は、プレ噴射によるスワール形成を弱めるため、第１及び第２の実施例と同様に燃焼領域の空燃比のリーン化が阻止され、ＨＣの発生量を低レベルに抑えられる。

また、過大なコモンレール圧を燃料噴射制御により補償するので、補償をスワール制御弁１３あるいは可変動弁機構の制御で行なう場合と比べて、高い制御応答を得ることができる。

以上の説明に関して２０１１年１月７日を出願日とする日本国における特願２０１１-００１９９６号、の内容をここに引用により合体する。

以上、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。

以上説明したように、この発明による燃焼制御はエンジン負荷が高負荷から低負荷へと切り換わる際のＨＣの発生量を低減するのに役に立つ。したがって、この発明はエンジン負荷が頻繁に変化する車両駆動用のディーゼルエンジンに適用することで好ましい効果をもたらす。

この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims (8)

1. コモンレール式燃料噴射装置と前記コモンレール式燃料噴射装置から供給される燃料を燃焼させるシリンダ（３Ａ）と、前記シリンダ（３Ａ）内にスワールを形成するスワール制御弁（１３）と、を備たディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御装置において、
   前記ディーゼルエンジン（１００）のエンジン負荷を検出するセンサ（１７）と、
   コモンレール圧を検出するセンサ（１５）と、
   次のようにプログラムされたプログラマブルコントローラ（１４）：
   前記コモンレール圧を、前記エンジン負荷が増大するにつれて増大するように前記エンジン負荷に基づき設定した目標コモンレール圧へと制御し；
   前記スワール制御弁（１３）がもたらすスワールの強さを表すスワール比を前記エンジン負荷に基づき決定した目標値へと制御し；
   前記エンジン負荷が変化する前記ディーゼルエンジン（１００）の過渡状態において前記コモンレール圧が前記目標コモンレール圧に一致しない場合に、前記スワール比を補正する、と
   を備える、ディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御装置。
2. 前記コントローラ（１４）は、前記コモンレール圧の前記目標コモンレール圧からの偏差に基づき、前記スワール比を変化させるように前記スワール制御弁（１３）を制御するよう、さらにプログラムされた、請求項１に記載のディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御装置。
3. 前記コントローラ（１４）は、前記コモンレール圧が前記目標コモンレール圧より高い場合に、前記スワール比を減少させるように前記スワール制御弁（１３）を制御するよう、さらにプログラムされた、請求項２に記載のディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御装置。
4. 前記燃焼制御装置は前記ディーゼルエンジン（１００）の回転速度を検出するセンサをさらに備え、前記コントローラ（１４）は前記過渡状態を前記回転速度に基づき判定し、前記過渡状態において、前記スワール制御弁（１３）のスワール比を変化させることで前記コモンレール圧以外のエンジン制御パラメータを補正するよう、さらにプログラムされた、請求項１から３のいずれかに記載のディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御装置。
5. 燃料を燃焼させるシリンダ（３Ａ）と、前記シリンダ（３Ａ）内に燃料を噴射する燃料インジェクタ（１１）を備えるコモンレール式燃料噴射装置と、を備えたディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御装置において、
   前記ディーゼルエンジン（１００）のエンジン負荷を検出するセンサ（１７）と、
   コモンレール圧を検出するセンサ（１５）と、
   次のようにプログラムされたプログラマブルコントローラ（１４）：
   前記コモンレール圧を、前記エンジン負荷が増大するにつれて増大するように前記エンジン負荷に基づき設定した目標コモンレール圧へと制御し；
   前記シリンダ（３Ａ）内の燃料の１燃焼サイクルの間に前記燃料インジェクタ（１１）が実行する燃料噴射の回数を前記エンジン負荷に基づき決定した目標値へと制御し；
   前記エンジン負荷が変化する前記ディーゼルエンジン（１００）の過渡状態において前記コモンレール圧が前記目標コモンレール圧に一致しない場合に、前記燃料噴射の回数を補正する、と
   を備える、ディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御装置。
6. 前記コントローラ（１４）は、前記ディーゼルエンジン（１００）の前記過渡状態において、前記コモンレール圧が前記目標コモンレール圧より高い場合には、前記シリンダ（３Ａ）内の燃料の燃焼サイクルの間に、パイロット噴射と、プレ噴射と、主噴射とを実行するとともに、前記シリンダ（３Ａ）内の燃料の１燃焼サイクルの間の総燃料噴射量を一定に保つように燃料インジェクタ（１１）を制御するよう、さらにプログラムされた、請求項５に記載のディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御装置。
7. コモンレール式燃料噴射装置と前記コモンレール式燃料噴射装置から供給される燃料を燃焼させるシリンダ（３Ａ）と、前記シリンダ（３Ａ）内にスワールを形成するスワール制御弁（１３）と、を備えたディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御方法において、
   前記ディーゼルエンジン（１００）のエンジン負荷を検出し、
   コモンレール圧を検出し、
   前記コモンレール圧を、前記エンジン負荷が増大するにつれて増大するように前記エンジン負荷に基づき設定した目標コモンレール圧へと制御し、
   前記スワール制御弁（１３）がもたらすスワールの強さを表すスワール比を前記エンジン負荷に基づき決定した目標値へと制御し、
   前記エンジン負荷が変化する前記ディーゼルエンジン（１００）の過渡状態において前記コモンレール圧が前記目標コモンレール圧に一致しない場合に、前記スワール比を補正する、
   ディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御方法。
8. 燃料を燃焼させるシリンダ（３Ａ）と、前記シリンダ（３Ａ）内に燃料を噴射する燃料インジェクタ（１１）を備えるコモンレール式燃料噴射装置と、を備えたディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御方法において、
   前記ディーゼルエンジン（１００）のエンジン負荷を検出し、
   コモンレール圧を検出し、
   前記コモンレール圧を、前記エンジン負荷が増大するにつれて増大するように前記エンジン負荷に基づき設定した目標コモンレール圧へと制御し；
   前記シリンダ（３Ａ）内の燃料の１燃焼サイクルの間に前記燃料インジェクタ（１１）が実行する燃料噴射の回数を前記エンジン負荷に基づき決定した目標値へと制御し；
   前記エンジン負荷が変化する前記ディーゼルエンジン（１００）の過渡状態において前記コモンレール圧が前記目標コモンレール圧に一致しない場合に、前記燃料噴射の回数を補正する、
   ディーゼルエンジン（１００）の燃焼制御方法。

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