JP6414492B2

JP6414492B2 - ディーゼル機関の制御装置

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Publication number: JP6414492B2
Application number: JP2015047532A
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Inventors: 鈴木　雅幸; 雅幸鈴木
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Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2018-10-31
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Description

本発明は、ディーゼル機関の制御装置に関するものである。

ディーゼル機関に用いられる燃料（主に軽油）は性状のばらつきが大きく、性状のばらつきに起因して燃焼室内での燃焼特性に影響が及ぶ。そこで従来、ディーゼル機関に用いる燃料の燃焼特性、特に着火性の指標として燃料のセタン価を検出し、そのセタン価に基づいて目標着火時期を可変に設定する技術が提案されている（特許文献１参照）。かかる技術では、燃料のセタン価が高いほど目標着火時期を進角させることで、燃料状態を良好に保つことができる旨記載されている。

特開２００７−２７８１１９号公報

ところで、ディーゼル機関の燃焼室内に燃料噴射弁から燃料が噴射される場合、その燃料は燃焼室周囲の壁面に向けて進行するが、その燃料の壁面到達量が増えて、燃焼領域が壁面に近づき過ぎの状態になると、冷却損失の増大や、すす、ＨＣといった排気エミッションの増加が生じることが懸念される。この点に関し、既存の技術では、燃料の燃焼領域が壁面に近づき過ぎていることについて考慮がなされておらず、検討の余地があると考えられる。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ディーゼル機関において燃料噴霧の燃焼状態の適正化を図ることができるディーゼル機関の制御装置を提供することにある。

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。

本発明におけるディーゼル機関の制御装置は、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の燃焼室の壁面への到達時期を算出する第１算出手段と、前記燃料噴霧の燃焼開始から燃焼終了までの間においてあらかじめ定めた特定燃焼時期を算出する第２算出手段と、前記第１算出手段により算出した前記到達時期と、前記第２算出手段により算出した前記特定燃焼時期との時間差に基づいて、燃料噴射弁による噴射形態を制御する燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。

ディーゼル機関での燃料噴霧の燃焼状態を考える上では、燃焼室内における燃料噴霧の位置と燃焼位置との関係を考慮する必要があり、とりわけ燃焼室の壁面に対する位置関係が重要になると考えられる。この点、上記構成では、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の燃焼室の壁面への到達時期と、燃料噴霧の燃焼開始から燃焼終了までの間においてあらかじめ定めた特定燃焼時期とを算出することで、燃焼室内における燃料噴霧の燃焼に関して時間的特性と空間的特性との把握が可能となる。そして、それら到達時期と特定燃焼時期との時間差に基づいて、燃料噴射弁による噴射形態を制御することで、燃焼室の壁面に対する燃焼位置の関係性を考慮しつつ適正な燃料噴射制御を実施することが可能となる。以上により、ディーゼル機関において燃焼状態の適正化を図ることができる。

ディーゼル機関の制御システムの概要を示す構成図。燃料噴霧の状態を示す図。燃料の噴射率、噴霧先端位置、熱発生率の推移を示すタイムチャート。燃焼開始時期及び燃焼ピーク時期がずれた状態を示すタイムチャート。燃焼重心時期及び燃焼終了時期がずれた状態を示すタイムチャート。燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、車両用のディーゼル機関を制御する制御装置を具現化した各実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、ディーゼル機関であるエンジン１０の概要について説明する。エンジン１０は、例えば直列４気筒ディーゼル機関であり、同図では１つの気筒（シリンダ）のみを示している。同図に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック１１、ピストン１２、シリンダヘッド１３、吸気通路１４、排気通路１５、吸気弁１６、インジェクタ１７、排気弁１８、ＶＶＴ２１、ＥＧＲ装置２６、ターボチャージャ２９等を備えている。

シリンダブロック１１には、４つのシリンダ１１ａが形成されている。各シリンダ１１ａには、それぞれピストン１２が往復動可能に収容されている。シリンダブロック１１には、シリンダヘッド１３が組み付けられている。ピストン１２の上面にはキャビティ（凹部）が形成されており、そのキャビティにより燃焼室１１ｂが形成されている。

吸気通路１４は、吸気マニホールド及びシリンダヘッド１３内の通路として形成されており、各シリンダ１１ａに接続されている。エンジン１０のクランクシャフト（図示略）の回転により、カムシャフト１９Ａ，１９Ｂが回転する。カムシャフト１９Ａの回転に基づいて各吸気弁１６が駆動され、各吸気弁１６の駆動に応じて燃焼室１１ｂ内に吸気が流入する。ＶＶＴ２１（可変バルブタイミング装置）は、クランクシャフトとカムシャフト１９Ａとの回転位相を調整することで、吸気弁１６の開閉タイミングを可変とする。

排気通路１５は、排気マニホールド及びシリンダヘッド１３内の通路として形成されており、各シリンダ１１ａに接続されている。カムシャフト１９Ｂの回転に基づいて各排気弁１８が駆動され、各排気弁１８の駆動に応じて燃焼室１１ｂから排気が排出される。

コモンレール２０（蓄圧容器）は燃料を蓄圧状態で保持する。燃料は、図示しない燃料ポンプにより高圧状態に加圧されてコモンレール２０に圧送される。インジェクタ１７（燃料噴射弁）は、コモンレール２０内に蓄圧状態で保持された燃料を、燃焼室１１ｂ内に噴射する。インジェクタ１７は、ノズルニードルに閉弁方向に圧力を加える制御室の燃料圧力を制御することにより、開弁期間を制御する公知の電磁駆動式又はピエゾ駆動式の弁である。電磁駆動式又はピエゾ駆動式のアクチュエータへの通電時間により開弁期間が制御され、インジェクタ１７の開弁期間が長くなるほど、噴射される噴射量は多くなる。

ＥＧＲ装置２６（排気再循環装置）は、ＥＧＲ通路２７及びＥＧＲバルブ２８を備えている。ＥＧＲ通路２７は、排気通路１５と吸気通路１４とを接続している。ＥＧＲ通路２７には、ＥＧＲ通路２７を開閉するＥＧＲバルブ２８が設けられている。ＥＧＲ装置２６は、ＥＧＲバルブ２８の開度に応じて、排気通路１５内の排気の一部を吸気通路１４内に導入する。

エンジン１０の吸気行程において吸気通路１４を通じてシリンダ１１ａ内に空気が吸入され、圧縮行程においてピストン１２により空気が圧縮される。圧縮上死点付近でインジェクタ１７によりシリンダ１１ａ内（燃焼室１１ｂ内）に燃料が噴射され、燃焼行程において噴射された燃料が自着火して燃焼される。排気行程においてシリンダ１１ａ内の排気が、排気通路１５を通じて排出される。排気通路１５内の排気の一部は、ＥＧＲ装置２６により吸気通路１４内の吸気に導入される。

ターボチャージャ２９は、例えば可変容量式のターボチャージャ（過給手段）であり、可変ノズルを動作させることにより排気タービンの出力を調整し、ひいてはエンジン１０における吸気密度を調整することが可能となっている。

エンジン１０には、筒内圧センサ３１が設けられている。筒内圧センサ３１は、シリンダ１１ａ内の圧力（筒内圧）を検出する。筒内圧センサ３１は、全てのシリンダ１１ａに設置されている必要はなく、少なくとも１つのシリンダ１１ａに設定されていればよい。エンジン１０の燃料タンク（図示略）には、燃料密度センサ３２、動粘度センサ３３及び燃料量センサ３４が設けられている。燃料密度センサ３２は、インジェクタ１７に供給される燃料の密度を検出する。燃料密度センサ３２は、例えば固有振動周期測定法に基づいて燃料の密度を検出する。動粘度センサ３３は、例えば細管粘度計や、細線加熱法に基づく動粘度計であり、燃料タンク内の燃料の動粘度を検出する。燃料量センサ３４は、燃料タンク内の燃料の量を検出する。なお、燃料密度センサ３２及び動粘度センサ３３は、ヒータを備えており、ヒータにより所定温度に燃料を加熱した状態で燃料の密度及び動粘度をそれぞれ検出する。

ＥＣＵ（Electric Control Unit）４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備える周知のマイクロコンピュータであり、エンジン１０を制御する制御装置に相当する。ＥＣＵ４０は、クランク角センサ、冷却水温センサ、アクセル開度センサ、筒内圧センサ３１、燃料密度センサ３２、動粘度センサ３３、燃料量センサ３４等の各種センサの検出値に基づいて、インジェクタ１７、ＶＶＴ２１、ＥＧＲ装置２６等を制御する。詳しくは、予め標準的な性状の燃料を想定して燃料の燃焼状態が最適となるように、エンジン１０の運転状態に応じてインジェクタ１７、ＶＶＴ２１、及びＥＧＲ装置２６の制御状態が適合されている。ＥＣＵ４０は、各種センサの検出値に基づいて、適合された制御状態（通常燃焼制御）となるように各装置を制御する。ＥＣＵ４０は、インジェクタ１７により、少なくともパイロット噴射及びメイン噴射を含む多段噴射を実施する。

また、ＥＣＵ４０は、ＲＯＭに記憶されている各種プログラムをＣＰＵが実行することにより、第１算出手段、第２算出手段、燃料噴射制御手段の各機能を実現する。

ところで、インジェクタ１７はその先端部に複数の噴孔を有しており、噴孔から噴射された燃料噴霧は、燃焼室１１ｂを囲む壁面に向けて進行する。具体的には、図２に示すように、インジェクタ１７はシリンダ中心部において燃料を噴射し、噴射された燃料噴霧Ｆが燃焼室１１ｂの最大径となる周縁部に向けて進行する。この場合、ピストン１２が上死点付近にある場合において噴射位置から燃焼室周縁部の壁面までの距離はＬであり、噴射位置（インジェクタ先端部）から噴霧先端位置までの離間距離がＬに達した時点で、燃料噴霧Ｆが燃焼室１１ｂの壁面に到達する。また、燃料噴霧Ｆは、燃焼室１１ｂ内を進行する過程において圧縮に伴う自着火により燃焼に供される。

本実施形態では、インジェクタ１７から噴射された燃料噴霧の燃焼室１１ｂの壁面への到達時期と、燃料噴霧の燃焼開始から燃焼終了までの間においてあらかじめ定めた特定燃焼時期とを算出し、それら到達時期と特定燃焼時期との時間差に基づいて、インジェクタ１７による噴射形態を制御することとしており、以下その詳細を説明する。

まずは燃料噴霧の燃焼時における基本作用について説明する。図３は、インジェクタ１７による噴射開始後の噴射率、噴霧先端位置、熱発生率の推移を示すタイムチャートである。なお図３では、噴射率の推移を、噴孔から燃料が噴出する際の速度の変化、すなわち燃料噴射速度の変化として示している。

図３において、タイミングｔ１では、図示しない噴射パルスに応じてインジェクタ１７の燃料噴射が開始され、それに伴い噴射率（燃料噴射速度）が上昇する。また、噴霧先端位置が次第に噴射位置（インジェクタ先端部）から離れる。そして、タイミングｔ２では燃料噴霧に着火が生じ、タイミングｔ２以降、熱発生率が図示のごとく上昇する。この場合、熱発生率は、着火のタイミングから一気にピーク値まで上昇し、その後、下降に転じる。タイミングｔ１が燃焼開始のタイミングであり、タイミングｔ４が燃焼終了のタイミングである。なお、熱発生率の変化は、筒内圧センサ３１に検出される筒内圧の変化として認識される。

噴霧先端位置は、例えばタイミングｔ３で距離Ｌの位置に達する。つまり、タイミングｔ３が、燃料噴霧が燃焼室１１ｂの壁面に到達する到達時期に相当する。

熱発生率の時間変化を表す波形は、燃料噴霧の燃焼状態を示す燃焼波形であり、この燃焼波形によれば、燃料噴霧の燃焼開始から燃焼終了までの間（ｔ１〜ｔ４）においてあらかじめ定めた特定燃焼時期を求めることが可能となっている。波形内の面積は発生熱量に相当する。

特定燃焼時期には、以下の（１）〜（４）の時期の少なくともいずれかが含まれる。
（１）燃焼開始時期
（２）燃焼ピーク時期
（３）燃焼重心時期
（４）燃焼終了時期
このうち、燃焼重心時期は、燃料噴霧の燃焼による発生熱量の重心を表す時期である。図３においては、ｔａが燃焼開始時期（着火時期）、ｔｂが燃焼ピーク時期、ｔｃが燃焼重心時期、ｔｄが燃焼終了時期である。

上記（１）〜（４）のうち、燃焼開始時期ｔａと燃焼ピーク時期ｔｂは、燃焼開始から熱発生率が最大となる燃焼ピークまでの期間に属し、これが「第１特定時期」に相当する。また、燃焼重心時期ｔｃと燃焼終了時期ｔｄは燃焼終了に関わる時期であり、これが「第２特定時期」に相当する。

上記（１）〜（４）の各時期ｔａ〜ｔｄは、燃料の性状ばらつきに起因して進角側又は遅角側にシフトすることが考えられる。こうして各時期ｔａ〜ｔｄがシフトすると、これら各時期ｔａ〜ｔｄと、燃料噴霧が燃焼室１１ｂの壁面に到達する壁面到達時期ｔ３との時間差にずれが生じる。そこで本実施形態では、上記（１）〜（４）のいずれかの時期と、燃料噴霧が燃焼室１１ｂの壁面に到達する到達時期とを対比し、その結果に基づいて、インジェクタ１７による噴射形態を適宜制御することとしている。

ちなみに、燃料には、比較的燃え易い成分と比較的燃えにくい成分とが混在している。燃えにくい成分には、燃焼済みの既燃ガスも含まれる。この場合、燃焼開始から燃焼ピークまでの期間においては、比較的燃え易い成分のばらつきの影響を受けることで、燃焼開始時期ｔａや燃焼ピーク時期ｔｂのばらつきが生じると考えられる。つまり、比較的燃え易い成分について性状ばらつきが生じている場合には、図４に示すように、燃焼初期の熱発生状況にばらつきが生じ、一点鎖線で示す標準波形に対して、燃焼開始時期ｔａや燃焼ピーク時期ｔｂのずれが生じる。なお、燃焼開始時期ｔａが略同じでも燃焼ピーク時期ｔｂが大きく遅れることも考えられる。

また、燃焼終了時期は、比較的燃えにくい成分のばらつきの影響を受け易いため、比較的燃えにくい成分のばらつきの影響により、燃焼重心時期ｔｃ及び燃焼終了時期ｔｄのばらつきが生じると考えられる。つまり、比較的燃えにくい成分について性状ばらつきが生じている場合には、図５に示すように、燃焼後期の熱発生状況にばらつきが生じ、一点鎖線で示す標準波形に対して、燃焼重心時期ｔｃや燃焼終了時期ｔｄのずれが生じる。

図６は、燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実施される。

図６において、ステップＳ１１では、燃料噴霧に関するパラメータとして、噴孔部分の燃料噴射速度ｕ０と空気密度ρａと噴霧角α（図２参照）とを算出する。例えば、式（１）により燃料噴射速度ｕ０を算出し、式（２）により空気密度ρａを算出し、式（３）により噴霧角αを算出する。

式（１）において、ρｆは燃料密度であり、Ｐｃはコモンレール２０内の燃料圧力（レール圧）であり、Ｐcyl（θinj）は燃料噴射期間におけるクランク角θinjに対する筒内圧であり、ｃは流量係数である。なお、燃料密度ρｆ、燃料噴射圧Ｐｃ、筒内圧Ｐcyl（θinj）は、それぞれ燃料密度センサ３２、コモンレール２０に設けられたレール圧センサ、筒内圧センサ３１による検出値として取得可能である。また、燃料噴射圧Ｐｃは、インジェクタ１７に内蔵された圧力センサの検出情報から取得することも可能である。

また、式（２）において、Ｐimはインマニ圧力であり、Ｒは気体定数であり、Ｔimはインマニガス温度であり、Ｍairは吸気平均分子量であり、Ｖ（θclose）は吸気閉弁タイミングでのシリンダ容積であり、Ｖ（θinj）はクランク角θinjに対するシリンダ容積である。なお、インマニ圧力Ｐim、インマニガス温度Ｔimは、それぞれインマニ圧力センサ、インマニガス温度センサによる検出値として取得可能である。吸気平均分子量Ｍairは、エアフロメータの検出値及びＥＧＲ開度に基づいて算出可能である。シリンダ容積Ｖはクランク角位置に基づいて算出可能である。

式（３）において、ｄ０は噴孔径であり、μａは吸気粘性係数であり、μｆは燃料粘性係数である。燃料粘性係数μｆは、燃料密度センサ３２により検出された燃料密度ρｆと動粘度センサ３３により検出された動粘度νとの乗算により算出可能である。

その後、ステップＳ１２では、式（４）を用い、ステップＳ１１で算出した燃料噴射速度ｕ０と空気密度ρａと噴霧角αとに基づいて、燃料噴射の開始時期を基準として時間ｔに対する噴霧先端位置ｘ（ｔ）を算出する。

ただし、噴霧先端位置ｘ（ｔ）の算出手法は上記に限られない。

その後、ステップＳ１３では、噴霧先端位置ｘ（ｔ）と、噴射位置から燃焼室１１ｂの壁面までの距離Ｌとに基づいて、燃料噴霧が燃焼室１１ｂの壁面に到達するタイミングである壁面到達時期を算出する。

また、ステップＳ１４では、熱発生率の変化波形、すなわち筒内圧の変化波形に基づいて、特定燃焼時期を算出する。特定燃焼時期は、上述のとおり燃焼開始時期ｔａ、燃焼ピーク時期ｔｂ、燃焼重心時期ｔｃ、燃焼終了時期ｔｄの少なくとも１つである。このうち、燃焼開始時期ｔａ、燃焼ピーク時期ｔｂ、燃焼終了時期ｔｄは、熱発生率の変化、すなわち筒内圧の変化を逐次監視することにより求められる。また、燃焼重心時期ｔｃは、例えば次の式（５）を用いて、燃焼開始から燃焼終了までの燃焼期間内における熱発生率から求められる。

式（５）において、ｘ（ｔ）は時間ｔにおける熱発生率、Δｔは熱発生率のサンプリング時間を示す。

なお、ステップＳ１１〜Ｓ１４における壁面到達時期の算出、特定燃焼時期の算出は、車両が定常走行している状態下で、アイドル状態の１点又は複数点において実施されるとよい。また、走行距離が所定距離（例えば１０ｋｍ）になる都度、又は所定時間が経過する都度、実施されるとよい。

ステップＳ１５では、燃料噴霧の壁面到達時期と特定燃焼時期との時間差ΔＴを算出し、続くステップＳ１６では、その時間差ΔＴに基づいて、燃料噴霧の燃焼位置が燃焼室１１ｂの壁面に近づき過ぎているか否かを判定する。この処理は、噴霧先端が燃焼室壁面に到達した後の燃焼割合が所定以上であることを判定する処理でもある。

このとき、時間差ΔＴが、標準性状の燃焼波形に基づき定められた所定範囲に入っていれば、燃料噴霧の燃焼位置が燃焼室１１ｂの壁面に近づき過ぎていない旨を判定し、そのまま本処理を終了する。また、時間差ΔＴが所定範囲に入っていなければ、燃料噴霧の燃焼位置が燃焼室１１ｂの壁面に近づき過ぎている旨を判定し、ステップＳ１７に進む。所定範囲は、特定燃焼時期がいずれの時期であるかに応じて個別に定められている。また、所定範囲は、エンジン１０の回転速度や負荷に基づいて可変に設定されるとよい。

より具体的には、ステップＳ１６では、壁面到達時期と燃焼開始時期ｔａとの時間差が所定範囲に入っているか否か、壁面到達時期と燃焼ピーク時期ｔｂとの時間差が所定範囲に入っているか否か、壁面到達時期と燃焼重心時期ｔｃとの時間差が所定範囲に入っているか否か、壁面到達時期と燃焼終了時期ｔｄとの時間差が所定範囲に入っているか否か少なくともいずれかを判定する。複数の条件判定が実施される場合には、２以上の条件が成立することをもって、ステップＳ１６が肯定判定されるとよい。

例えば、図４に実線で示すように燃焼開始時期ｔａ及び燃焼ピーク時期ｔｂが遅角側にずれている状態では、時間差ΔＴが所定範囲外となることにより、ステップＳ１６が肯定される。また、図５に実線で示すように燃焼重心時期ｔｃ及び燃焼終了時期ｔｄが遅角側にずれている状態では、時間差ΔＴが所定範囲外となることにより、ステップＳ１６が肯定される。

ステップＳ１７では、多段噴射においてパイロット噴射の細分化が可能な状況であるか否かを判定する。このとき、パイロット噴射段数とインターバル時間とに基づいて、インターバル時間を狭めた上での噴射段数の増加が可能であるか否かを判定する。そして、パイロット噴射の細分化が可能であれば、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、燃料噴霧の燃焼位置を壁面から遠ざけるべくパイロット噴射の細分化を実施する。このとき、パイロット噴射段数を１増加するとともに、それに合わせてインターバル時間を調整する。詳しくは、パイロット噴射の総噴射量を固定した上で、噴射段数を１増加する。また、１段目のパイロット噴射からメイン噴射開始までの期間を不変とすべくインターバル時間を短縮する。

こうしてパイロット噴射の細分化を実施することで、各噴射段での燃料噴霧が燃焼室１１ｂの壁面に近づかないようになる。つまり、燃料噴霧がインジェクタ先端部付近に滞留されるようになる。これにより、メイン噴射の燃焼の着火源を燃焼室１１ｂの中央寄りの位置にシフトさせることができる。

その後、ステップＳ１９では、燃焼補正制御を実施する。例えば、燃焼補正制御として、噴霧先端が燃焼室壁面に到達した後の燃焼割合を減らすべく、メイン噴射の噴射時期、噴射圧、吸気密度、Ｏ2濃度に関する補正制御を実施する。より具体的には、噴射パルスを進角側にシフトさせることで、メイン噴射の噴射時期を早める。また、燃料ポンプの吐出量制御により噴射圧を下げ、同一時間での噴霧先端の到達距離を短くする。ターボチャージャ２９の可変ノズルによる絞りを調節することで、吸気密度を高め、同一の時間及び噴射量での噴霧先端の到達距離を短くする。ＥＧＲ開度を小さくしＯ2濃度を高くすることで、燃焼時間の短縮を図る。これらの各処理は少なくともいずれか１つが実施されればよい。

なお、ステップＳ１９の燃焼補正制御は、ステップＳ１８のパイロット噴射の細分化制御が実施されるか実施されないかに応じて、制御内容を変更することも可能である。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ディーゼル機関であるエンジン１０での燃料噴霧の燃焼状態を考える上では、燃焼室１１ｂ内における燃料噴霧の位置と燃焼位置との関係を考慮する必要があり、とりわけ燃焼室１１ｂの壁面に対する位置関係が重要になると考えられる。この点、上記構成では、インジェクタ１７から噴射された燃料噴霧の燃焼室１１ｂの壁面への到達時期と、燃焼開始から燃焼終了までの間の特定燃焼時期とを算出することで、燃焼室１１ｂ内における燃料噴霧の燃焼に関して時間的特性と空間的特性との把握が可能となる。そして、それら壁面到達時期と特定燃焼時期との時間差に基づいて、インジェクタ１７による噴射形態を制御することで、燃焼室１１ｂの壁面に対する燃焼位置の関係性を考慮しつつ適正な燃料噴射制御を実施することが可能となる。以上により、ディーゼル機関において燃焼状態の適正化を図ることができる。

壁面到達時期と特定燃焼時期との時間差によれば、燃焼室１１ｂ内における燃焼位置が燃焼室１１ｂの壁面に近づき過ぎていることの判定が可能となる。そして、燃焼位置が燃焼室１１ｂの壁面に近づき過ぎていると判定された場合に、その燃焼位置を燃焼室１１ｂの壁面から遠ざけるべくインジェクタ１７による噴射形態を制御することで、燃焼状態の適正化が実現できる。

燃焼位置を燃焼室１１ｂの壁面から遠ざけるべく実施される噴射形態の制御として、パイロット噴射の細分化制御を実施する構成とした。この場合、パイロット噴射による燃料噴霧が燃焼室中央寄りの位置に滞留し、メイン燃焼の着火源を燃焼室１１ｂの中央付近に集中配置することが可能となる。これにより、着火遅れを抑制でき、意図せず性状ばらつきが生じている場合（例えば低セタン価燃料を用いるような場合）にも、通常燃料と同等の燃焼状態を実現することが可能となる。

燃焼開始から熱発生率が最大となる燃焼ピークまでの期間における第１特定時期（燃焼開始時期、燃焼ピーク時期）を特定燃焼時期として算出し、燃料噴霧の壁面到達時期と第１特定時期との時間差に基づいて、インジェクタ１７による噴射形態を制御するようにした。そのため、比較的燃え易い成分のばらつき分を考慮して、適正な燃料噴射制御を実施することが可能となる。

また、燃焼終了に関わる第２特定時期（燃焼重心時期、燃焼終了時期）を特定燃焼時期として算出し、燃料噴霧の壁面到達時期と第２特定時期との時間差に基づいて、インジェクタ１７による噴射形態を制御するようにした。そのため、比較的燃えにくい成分のばらつき分を考慮して、適正な燃料噴射制御を実施することが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・燃料噴射制御を図７のように実施してもよい。図７は、図６の処理に置き換えてＥＣＵ４０により実施されるものであるが、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理は共通であるため、図示を割愛している。

図７において、ステップＳ２１では、今現在のエンジン運転状態が所定の低負荷域にあるか否かを判定する。この処理は、エンジン運転状態が所定の低負荷域とそれよりも高負荷側の高負荷域とのいずれにあるかを判定するものである。このとき、例えば、アイドル運転状態又はアイドル付近の運転状態である場合に低負荷域にあると判定する。アイドル付近の低負荷状態に加えて中負荷状態である場合に低負荷域にあると判定してもよい。また、エンジン回転速度を加味して負荷判定を実施することも可能である。ステップＳ２１がＹＥＳであればステップＳ２２に進み、ＮＯであればステップＳ２３に進む。ステップＳ２２では、第１特定時期である燃焼開始時期ｔａ又は燃焼ピーク時期ｔｂについて燃料噴霧の壁面到達時期との時間差ΔＴを算出する。また、ステップＳ２３では、第２特定時期である燃焼重心時期ｔｃ又は燃焼終了時期ｔｄについて燃料噴霧の壁面到達時期との時間差ΔＴを算出する。

時間差ΔＴの算出後における後続処理（Ｓ１６〜Ｓ１９）は図６と同じであり、燃料噴霧の燃焼位置の判定や、その判定結果に基づくパイロット噴射の細分化制御及び燃焼補正制御が上述のとおり実施される。

上記構成によれば以下の効果を奏する。要するに、エンジン１０の低負荷状態と高負荷状態とを比べると、高負荷状態である方が概して燃焼室１１ｂ内での燃焼環境が良好になると考えられる。高負荷状態ではＥＧＲガス量が減じられること、過給等により新気の充填率が高められること等が、燃焼環境が良好になることの理由である。ゆえに、高負荷状態では、仮に比較的燃え易い成分のばらつきが生じていても、その影響が出にくくなると考えられる。この点、エンジン１０の負荷が低負荷域にある場合に、燃料噴霧の壁面到達時期と第１特定時期（燃焼開始時期、燃焼ピーク時期）との時間差に基づいて、燃料噴霧の燃焼位置の判定と噴射形態の制御とを実施し、エンジン１０の負荷が高負荷域にある場合に、燃料噴霧の壁面到達時期と第２特定時期（燃焼重心時期、燃焼終了時期）との時間差に基づいて、燃料噴霧の燃焼位置の判定と噴射形態の制御とを実施する構成にした。そのため、性状ばらつきの発生状況を加味しつつ、適正な燃料噴射制御を実施することが可能となる。

なお、図７において、エンジン運転状態が所定の低負荷域にある場合にのみ、燃料噴霧の燃焼位置の判定と噴射形態の制御とを実施する構成でもよい。この場合、高負荷域では燃料噴霧の燃焼位置の判定と噴射形態の制御とを実施しない。

・燃料噴霧の燃焼位置が燃焼室１１ｂの壁面に近づき過ぎていることを知る指標としては、上述の燃焼開始時期（着火時期）、燃焼ピーク時期、燃焼重心時期、燃焼終了時期以外に、燃焼開始から燃焼終了までの燃焼期間の長さＴｘを考慮したものを用いることが可能である。つまり、図３に示すように、燃焼期間の長さをＴｘ、特定燃焼時期としての燃焼開始時期ｔａ（ｔ２）と壁面到達時期ｔ３との時間差をＴｙとした場合に、燃焼期間の長さＴｘに対する時間差Ｔｙの比（Ｔｙ／Ｔｘ）を算出する。そして、そのＴｙ／Ｔｘに基づいて、燃料噴霧の燃焼位置が燃焼室１１ｂの壁面に近づき過ぎているか否かを判定し、その判定結果に基づいて、インジェクタ１７による噴射形態を制御することが可能である。

また、特定燃焼時期としての燃焼終了時期ｔｄ（ｔ４）と壁面到達時期ｔ３との時間差をＴｚとした場合に、燃焼期間の長さＴｘに対する時間差Ｔｚの比（Ｔｚ／Ｔｘ）を算出する。そして、そのＴｚ／Ｔｘに基づいて、燃料噴霧の燃焼位置が燃焼室１１ｂの壁面に近づき過ぎているか否かを判定し、その判定結果に基づいて、インジェクタ１７による噴射形態を制御することも可能である。

・上記実施形態では、多段噴射の際の燃料噴射を細分化する場合に、パイロット噴射の細分化を実施したが、これを変更し、メイン噴射を含めて燃料噴射の細分化を実施する構成でもよい。

・インジェクタ１７による噴射形態の制御として、多段噴射時の燃料噴射の細分化を実施せず、噴射圧の低減及び噴射時期の進角の少なくともいずれかを実施するようにしてもよい。

１０…エンジン（ディーゼル機関）、１１ｂ…燃焼室、１７…インジェクタ（燃料噴射弁）、４０…ＥＣＵ（第１算出手段、第２算出手段、燃料噴射制御手段）。

Claims

ディーゼル機関（１０）において燃料噴射弁（１７）による燃焼室（１１ｂ）内への燃料の噴射を制御する制御装置（４０）であって、
前記ディーゼル機関においてピストン（１２）の冠面に前記燃焼室が形成され、前記燃料噴射弁は、噴孔から所定方向に向けて燃料噴霧を噴射するものとなっており、
前記燃料噴射弁の噴射位置から前記所定方向における燃料噴霧の先端位置までの距離が、前記ピストンが上死点付近にある場合における前記所定方向での前記燃焼室の壁面までの距離となる時期を、前記燃料噴霧が前記燃焼室の壁面に到達する到達時期として算出する第１算出手段と、
前記燃料噴霧の燃焼開始から燃焼終了までの間においてあらかじめ定めた特定燃焼時期を算出する第２算出手段と、
前記第１算出手段により算出した前記到達時期と、前記第２算出手段により算出した前記特定燃焼時期との時間差に基づいて、前記燃料噴射弁による噴射形態を制御する燃料噴射制御手段と、
を備え、
前記第２算出手段は、燃焼開始から熱発生率が最大となる燃焼ピークまでの期間における第１特定時期と、燃焼終了時期に関わる第２特定時期とを前記特定燃焼時期として算出し、
前記燃料噴射制御手段は、前記ディーゼル機関の負荷が所定の低負荷域にある場合に、前記到達時期と前記第１特定時期との時間差に基づいて、前記燃料噴射弁による噴射形態を制御し、前記ディーゼル機関の負荷が前記低負荷域よりも高負荷側の高負荷域にある場合に、前記到達時期と前記第２特定時期との時間差に基づいて、前記燃料噴射弁による噴射形態を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
ディーゼル機関（１０）において燃料噴射弁（１７）による燃焼室（１１ｂ）内への燃料の噴射を制御する制御装置（４０）であって、
前記ディーゼル機関においてピストン（１２）の冠面に前記燃焼室が形成され、前記燃料噴射弁は、噴孔から所定方向に向けて燃料噴霧を噴射するものとなっており、
前記燃料噴射弁の噴射位置から前記所定方向における燃料噴霧の先端位置までの距離が、前記ピストンが上死点付近にある場合における前記所定方向での前記燃焼室の壁面までの距離となる時期を、前記燃料噴霧が前記燃焼室の壁面に到達する到達時期として算出する第１算出手段と、
前記燃料噴霧の燃焼開始から燃焼終了までの間においてあらかじめ定めた特定燃焼時期を算出する第２算出手段と、
前記第１算出手段により算出した前記到達時期と、前記第２算出手段により算出した前記特定燃焼時期との時間差に基づいて、前記燃料噴射弁による噴射形態を制御する燃料噴射制御手段と、
を備え、
前記第２算出手段は、前記特定燃焼時期として燃焼開始時期又は燃焼終了時期を算出し、
前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴霧の燃焼開始から燃焼終了までの燃焼期間の長さに対する前記到達時期と前記特定燃焼時期との時間差の比に基づいて、前記燃料噴射弁による噴射形態を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
前記到達時期と前記特定燃焼時期との時間差に基づいて、前記燃料噴霧の燃焼位置が前記燃焼室の壁面に近づき過ぎていることを判定する判定手段を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記判定手段により前記燃焼位置が前記燃焼室の壁面に近づきすぎていると判定された場合に、前記燃焼位置を前記壁面から遠ざけるべく前記燃料噴射弁による噴射形態を制御する請求項１又は２に記載のディーゼル機関の制御装置。
前記燃料噴射制御手段は、前記判定手段により前記燃焼位置が前記燃焼室の壁面に近づきすぎていると判定された場合に、前記燃焼位置を前記壁面から遠ざけるべく前記燃料噴射弁による多段噴射の分割段数を増加させて燃料噴射を細分化する請求項３に記載のディーゼル機関の制御装置。