WO2013027494A1 - 燃焼制御装置 - Google Patents

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temperature
combustion
fuel ratio
combustion chamber
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裕史 葛山
謹 河合
田中　剛
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株式会社豊田自動織機
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Definitions

  • the present invention relates to an engine combustion control apparatus that performs premixed compression ignition (PCCI) combustion.
  • PCCI premixed compression ignition
  • a combustion control device for an engine that performs premix compression ignition combustion for example, a combustion control device described in Patent Document 1 is known.
  • fuel is injected from the injector in a plurality of times from the middle stage to the latter stage of the compression stroke of the cylinder.
  • An object of the present invention is to provide a combustion control device capable of realizing appropriate premixed compression ignition combustion even when the outside air temperature or the intake air temperature decreases.
  • the present invention relates to a combustion control apparatus for an engine that performs premixed compression ignition combustion, and controls a fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber of the engine and a fuel injection valve so that the fuel is injected in multiple times.
  • An injection control means that performs intake, an intake passage that sucks air into the combustion chamber, an exhaust passage that discharges exhaust gas after combustion from the combustion chamber, a temperature detection means that detects the outside air temperature or the intake air temperature into the combustion chamber, and a temperature
  • An air-fuel ratio control means for controlling the amount of air taken into the combustion chamber so as to correct the air-fuel ratio in the combustion chamber to the lean side when the outside air temperature or the intake air temperature detected by the detection means is lower than a predetermined temperature; Is provided.
  • the temperature detection means detects the outside air temperature or the intake air temperature into the combustion chamber, and the air-fuel ratio control means reduces the air-fuel ratio in the combustion chamber to the lean side when the outside air temperature or the intake air temperature is lower than a predetermined temperature. The amount of air taken into the combustion chamber is controlled so as to compensate for this.
  • Load detecting means for detecting engine load is further provided, and the air-fuel ratio control means controls the air amount so that the correction amount to the lean side of the air-fuel ratio increases as the engine load detected by the load detecting means decreases. May be.
  • the air-fuel ratio control means increases the correction amount of the air-fuel ratio to the lean side as the engine load is lower, the amount of air sucked into the combustion chamber is sufficiently increased and the oxidation reaction is prevented. Fully promoted. As a result, it is possible to further suppress an increase in unburned HC and CO.
  • the air-fuel ratio control means may control the air amount so that the correction amount to the lean side of the air-fuel ratio becomes larger as the outside air temperature or the intake air temperature becomes lower than a predetermined temperature.
  • a target heat generation rate waveform corresponding to the outside air temperature or the intake air temperature is obtained.
  • An exhaust gas recirculation gas that is disposed so as to connect the exhaust gas passage and the intake air passage, and that is disposed in the exhaust gas recirculation gas passage that recirculates a part of the exhaust gas after combustion into the combustion chamber as an exhaust gas recirculation gas.
  • a valve means for adjusting the recirculation amount of the exhaust gas, and the air-fuel ratio control means controls the valve means so as to decrease the recirculation amount of the exhaust gas recirculation gas so as to correct the air-fuel ratio to the lean side.
  • the amount of air may be controlled.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a diesel engine equipped with a combustion control device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the combustion control device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of an air-fuel ratio correction map used in the EGR control unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure executed by the EGR control unit shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing a heat release rate waveform.
  • FIG. 6 is a graph showing the level of combustion noise and the generation ratio of HC and CO.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a diesel engine equipped with a combustion control device according to the present embodiment.
  • a diesel engine 1 is a premixed compression ignition (PCCI) type four-cylinder in-line diesel engine equipped with a common rail type fuel injection device.
  • the diesel engine 1 includes an engine body 2, and four cylinders 3 are arranged in the engine body 2.
  • Each cylinder 3 is provided with an injector (fuel injection valve) 5 for injecting fuel into the combustion chamber 4.
  • the injector 5 injects fuel radially from the injection nozzle 5a.
  • Each injector 5 is connected to a common rail 6, and high-pressure fuel stored in the common rail 6 is constantly supplied to each injector 5.
  • the engine body 2 is connected to an intake passage 7 for taking air into the combustion chamber 4 via an intake manifold 8.
  • An exhaust passage 9 for exhausting exhaust gas after combustion is connected to the engine body 2 via an exhaust manifold 10.
  • an air cleaner 11, a compressor 13 of the turbocharger 12, an intercooler 14, and a throttle valve 15 are arranged from the upstream side toward the downstream side.
  • the throttle valve 15 restricts the passage area of the intake passage 7.
  • the passage area of the intake passage 7 is throttled by the throttle valve 15, the amount of air passing through the intake passage 7 decreases and a negative pressure is generated downstream of the throttle valve 15.
  • a turbine 16 of the turbocharger 12 and a DPF 17 with a catalyst are disposed in the exhaust passage 9.
  • the diesel engine 1 includes an exhaust gas recirculation (EGR) device 18 that recirculates a part of the exhaust gas after combustion into the combustion chamber 4 as exhaust gas recirculation gas (EGR gas).
  • the EGR device 18 is disposed so as to connect the intake passage 7 and the exhaust manifold 10.
  • the EGR device 18 includes an EGR passage 19, an EGR valve (valve means) 20, an EGR cooler 21, a bypass passage 22, and a switching valve 23.
  • the EGR passage 19 recirculates EGR gas.
  • the EGR valve 20 adjusts the recirculation amount of EGR gas from the exhaust manifold 10 to the intake passage 7.
  • the EGR cooler 21 cools the EGR gas passing through the EGR passage 19.
  • the bypass passage 22 is connected to the EGR passage 19 so as to bypass the EGR cooler 21.
  • the switching valve 23 switches the EGR gas flow path to the EGR cooler 21 side or the bypass passage 22 side.
  • Each injector 5, throttle valve 15, EGR valve 20, and switching valve 23 are controlled by an electronic control unit (ECU) (controller) 24.
  • ECU electronice control unit
  • a crank angle sensor 25, an accelerator opening sensor 26, and an outside air temperature sensor 27 are connected to the ECU 24.
  • the crank angle sensor 25 detects a rotation angle (crank angle) of a crankshaft to which a piston (not shown) is coupled. Based on the output from the crank angle sensor 25, the rotational speed of the engine body 2 (engine rotational speed) can be calculated.
  • the accelerator opening sensor 26 detects an accelerator pedal depression angle (accelerator opening) as a substitute value for the load of the engine body 2 (engine load).
  • the accelerator opening sensor 26 functions as load detection means (load sensor). In a diesel engine equipped with a common rail fuel injection device, the fuel injection amount is electronically controlled, and the fuel injection amount can be used as an alternative value of the engine load.
  • the outside air temperature sensor 27 detects the outside air temperature.
  • the outside air temperature sensor 27 functions as temperature detection means (temperature sensor), and is attached to the air cleaner 11, for example.
  • the ECU 24 receives detection signals from the crank angle sensor 25, the accelerator opening sensor 26, and the outside air temperature sensor 27.
  • the ECU 24 performs predetermined processing and controls the injector 5, the throttle valve 15, the EGR valve 20, and the switching valve 23.
  • the injector 5, the throttle valve 15, the EGR valve 20, the switching valve 23, the ECU 24, and the sensors 25 to 27 constitute the combustion control device 28 of the present embodiment.
  • the combustion control device 28 performs control so as to perform premixed compression ignition combustion of divided injection in which fuel is injected from each injector 5 in a plurality of times in one cycle of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. .
  • Premixed compression ignition combustion involves a low temperature oxidation reaction (cold flame reaction) and a high temperature oxidation reaction (hot flame reaction) in the combustion process.
  • low-temperature oxidation reaction heat is slowly generated by the fuel injected into the combustion chamber 4.
  • high temperature oxidation reaction heat generation increases rapidly after the low temperature oxidation reaction.
  • a combustion state in which a high-temperature oxidation reaction occurs after completion of fuel injection in other words, a combustion state in which a premixing time exists before the high-temperature oxidation reaction is premixed compression ignition combustion.
  • the ECU24 has the injector control part 29 and the EGR control part 30, as shown in FIG.
  • the injector control unit 29 determines the number of fuel injections, the amount of fuel injection, and the fuel injection timing based on the engine speed detected by the crank angle sensor 25 and the engine load detected by the accelerator opening sensor 26.
  • the injector 5 is controlled. That is, the ECU 24 operates each injector 5 based on the determined number of times of fuel injection, fuel injection amount, and fuel injection timing.
  • the engine load detected by the accelerator opening sensor 26 and the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 27 are input to the EGR control unit 30.
  • the EGR control unit 30 performs a predetermined process and controls the EGR valve 20. That is, the ECU 24 operates the EGR valve 20.
  • the air-fuel ratio correction map is a map that represents the relationship between the outside air temperature and the air-fuel ratio (A / F).
  • the air-fuel ratio correction map shows that the air-fuel ratio is constant when the outside air temperature is equal to or higher than a reference temperature (for example, 25 ° C.), and the air-fuel ratio is the air temperature at the reference temperature when the outside air temperature is lower than the reference temperature. It is set to be corrected (increased) to the lean side with respect to the fuel ratio.
  • the air-fuel ratio correction map is set so that the correction amount of the air-fuel ratio to the lean side gradually increases as the outside air temperature decreases from the reference temperature.
  • the air-fuel ratio correction map is set so that the amount of correction of the air-fuel ratio to the lean side gradually increases as the engine load decreases. For this reason, when the engine load is low, the air-fuel ratio is higher than when the engine load is high.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure executed by the EGR control unit 30.
  • the EGR control unit 30 acquires the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 27 and the engine load detected by the accelerator opening sensor 26 (S101).
  • the EGR control unit 30 determines whether or not the outside air temperature is lower than the reference temperature (S102). If the EGR control unit 30 determines that the outside air temperature is not lower than the reference temperature, the EGR control unit 30 controls the EGR valve 20 using the air-fuel ratio correction map shown in FIG. 3 so that the air-fuel ratio becomes a value corresponding to the engine load. (S103).
  • the EGR control unit 30 determines that the outside air temperature is lower than the reference temperature, the air-fuel ratio is changed from the air-fuel ratio at the reference temperature to the outside air temperature and the engine load using the air-fuel ratio correction map shown in FIG. Then, the EGR valve 20 is controlled so as to be corrected to the lean side (S104). Specifically, the EGR control unit 30 corrects (increases) the air-fuel ratio to the lean side, thereby reducing the amount of EGR gas recirculated to the intake passage 7 to reduce the intake air into the combustion chamber 4. The EGR valve 20 is controlled so as to increase the amount. At this time, the fuel injection amount into the combustion chamber 4 does not change, and the intake air amount into the combustion chamber 4 increases.
  • the injector control unit 29 of the ECU 24 constitutes an injection control means for controlling the fuel injection valve 5 so that the fuel is injected in a plurality of times.
  • the EGR control unit 30 enters the combustion chamber 4 so as to correct the air-fuel ratio in the combustion chamber 4 to the lean side when the outside air temperature or the intake air temperature (described later) detected by the temperature detecting means is lower than a predetermined temperature.
  • Air-fuel ratio control means for controlling the amount of air sucked is configured.
  • the EGR control unit 30 corrects the air-fuel ratio to the lean side in order to increase the amount of air sucked into the combustion chamber 4.
  • the EGR valve 20 is controlled.
  • the amount of oxygen around the fuel increases, the oxidation reaction between the fuel and air is promoted, and the ignition delay of the premixed mixture of fuel and air is prevented.
  • a heat generation rate waveform substantially similar to that when the outside air temperature is the reference temperature is obtained.
  • a heat generation rate waveform when the outside air temperature is the reference temperature a heat generation rate waveform when the air-fuel ratio is corrected to the lean side when the outside air temperature is lowered by 35 ° C. from the reference temperature
  • a broken line P represents a heat generation rate waveform when the outside air temperature is the reference temperature
  • a solid line Q represents a heat generation rate waveform when the air-fuel ratio is corrected to the lean side when the outside air temperature is lowered by 35 ° C. from the reference temperature.
  • the heat generation rate waveform when the outside air temperature falls below the reference temperature is almost maintained as the heat generation rate waveform when the outside air temperature is the reference temperature. Even if the outside air temperature decreases, premixed compression ignition combustion similar to that when the outside air temperature is the reference temperature can be realized. Thereby, increase of combustion noise and generation
  • FIG. 6 when the outside air temperature is the reference temperature, and when the air-fuel ratio is corrected to the lean side when the outside air temperature is lowered by 35 ° C. from the reference temperature, the combustion noise level, HC and CO Is shown in comparison.
  • FIG. 6A shows the comparison result of the combustion noise level.
  • FIG. 6B shows a comparison result of the HC generation ratio.
  • FIG. 6C shows a comparison result of the CO generation ratio.
  • the EGR control unit 30 controls the air amount so as to increase the correction amount of the air-fuel ratio to the lean side as the engine load decreases, so that the air amount sucked into the combustion chamber 4 becomes sufficiently large.
  • the oxidation reaction between the fuel and air is sufficiently accelerated, and the temperature in the combustion chamber 4 (in-cylinder temperature) increases. As a result, generation of unburned HC and CO can be further suppressed.
  • the present embodiment is an engine combustion control apparatus that performs premixed compression ignition combustion by injecting fuel in a plurality of times, and detects an outside air temperature or an intake air temperature into the combustion chamber of the engine.
  • a temperature sensor, and a controller that controls the amount of air taken into the combustion chamber so that the air-fuel ratio in the combustion chamber is corrected to the lean side when the outside air temperature or the intake air temperature detected by the temperature sensor is lower than a predetermined temperature; .
  • the combustion control device further includes a load sensor that detects an engine load, and the controller reduces the air amount so that the correction amount to the lean side of the air-fuel ratio increases as the engine load detected by the load sensor decreases. You may control.
  • the controller may control the air amount so that the correction amount to the lean side of the air-fuel ratio becomes larger as the outside air temperature or the intake air temperature becomes lower than a predetermined temperature.
  • the combustion control device is disposed so as to connect the intake passage for sucking air into the combustion chamber, the exhaust passage for discharging exhaust gas after combustion from the combustion chamber, and the exhaust passage and the intake passage.
  • the controller further includes an exhaust gas recirculation passage that recirculates a portion of the exhaust gas as exhaust gas recirculation gas into the combustion chamber, and a valve that is disposed in the exhaust gas recirculation passage and adjusts the recirculation amount of the exhaust gas recirculation gas.
  • the amount of air may be controlled so as to correct the air-fuel ratio to the lean side by operating the valve so as to reduce the gas recirculation amount.
  • the combustion control device may further include a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber of the engine, and the controller may operate the fuel injection valve so that the fuel is injected in a plurality of times.
  • the controller sucks the air-fuel ratio in the combustion chamber into the combustion chamber so as to correct the air-fuel ratio in the combustion chamber to the lean side.
  • the amount of air that is generated may be controlled.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the outside air temperature sensor 27 that detects the outside air temperature is used, and the EGR control unit 30 causes the EGR valve 20 to correct the air-fuel ratio to the lean side when the outside air temperature falls below the reference temperature.
  • the outside air temperature sensor 27 an intake air temperature sensor (temperature detection means) that detects the temperature of the gas containing air sucked into the combustion chamber 4 (intake air temperature into the combustion chamber 4) may be used.
  • the EGR control unit 30 may control the EGR valve 20 so as to correct the air-fuel ratio to the lean side when the intake air temperature falls below the reference temperature.
  • the intake air temperature sensor is disposed, for example, on the downstream side of the connection portion with the EGR passage 19 in the intake passage 7.
  • an air-fuel ratio correction map that is set so that the correction amount to the lean side of the air-fuel ratio continuously increases as the outside air temperature decreases from the reference temperature is used.
  • the air-fuel ratio correction map to be used is not particularly limited thereto.
  • An air-fuel ratio correction map that is set such that the correction amount of the air-fuel ratio to the lean side increases stepwise as the outside air temperature decreases from the reference temperature may be used.
  • the air-fuel ratio in the combustion chamber 4 is controlled by adjusting the flow rate of the EGR gas by the EGR valve 20, but the air-fuel ratio control method is not particularly limited thereto.
  • the air-fuel ratio in the combustion chamber 4 may be controlled by increasing the supercharging pressure of the turbocharger 12.
  • the ECU 24 includes the injector control unit 29 and the EGR control unit 30, but the present invention is not limited to this.
  • the electronic control unit having the injector control unit 29 and the electronic control unit having the EGR control unit 30 may be different from each other.
  • the present invention can be used for a fuel injection device of an engine that performs premixed compression ignition combustion.

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Abstract

燃焼制御装置（２８）は、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁（５）と、燃料を複数回に分けて噴射させるように燃料噴射弁を操作する電子制御ユニット（２４）と、燃焼室内に空気を吸入するための吸気通路と、燃焼室内から燃焼後の排気ガスを排出するための排気通路と、外気温度または燃焼室内への吸気温度を検出する温度センサ（２７）と、を備える。電子制御ユニット（２４）は、温度センサ（２７）により検出された外気温度または吸気温度が所定温度よりも低いときに、燃焼室内の空燃比をリーン側に補正するように燃焼室内に吸入される空気量を制御する。

Description

燃焼制御装置
　本発明は、予混合圧縮着火（ＰＣＣＩ：Premixed Charge Compression Ignition）燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置に関する。
　予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置として、例えば特許文献１に記載されている燃焼制御装置が知られている。特許文献１に記載されている燃焼制御装置では、気筒の圧縮行程中期から後期にかけて、燃料が複数回に分けてインジェクタから噴射される。
特開２００４－３４３９号公報
　しかしながら、上記従来技術のように、燃料を複数回に分けて噴射する予混合圧縮着火燃焼が行われる場合に、以下のような問題点が生じる懼れがある。外気温度またはエンジンの燃焼室内に吸入される空気の温度（吸気温度）が低下すると、狙いとする熱発生率波形が得られない。このため、適切な予混合圧縮着火燃焼を実現することが困難であり、燃焼騒音の増大及びエミッションの悪化が生じる。
　本発明の目的は、外気温度または吸気温度が低下しても、適切な予混合圧縮着火燃焼を実現することができる燃焼制御装置を提供することである。
　本発明は、予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置であって、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料を複数回に分けて噴射させるように燃料噴射弁を制御する噴射制御手段と、燃焼室内に空気を吸入する吸気通路と、燃焼室内から燃焼後の排気ガスを排出する排気通路と、外気温度または燃焼室内への吸気温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された外気温度または吸気温度が所定温度よりも低いときに、燃焼室内の空燃比をリーン側に補正するように燃焼室内に吸入される空気量を制御する空燃比制御手段と、を備える。
　外気温度または燃焼室内への吸気温度（燃焼室内に吸入されるガスの温度）が低下すると、燃料噴射弁により燃焼室内に燃料を噴射したときに、燃料と空気との予混合気の着火までに時間がかかる。このため、狙いとする熱発生率波形が得られない。本発明では、温度検出手段が、外気温度または燃焼室内への吸気温度を検出し、空燃比制御手段が、外気温度または吸気温度が所定温度よりも低い場合に、燃焼室内の空燃比をリーン側に補正するように燃焼室内に吸入される空気量を制御する。これにより、燃焼室内に吸入される空気量が増加し、予混合時における燃料と空気との酸化反応が促進される。この結果、外気温度または吸気温度が所定温度よりも高い場合とほぼ同様の熱発生率波形が得られる。したがって、適切な予混合圧縮着火燃焼が実現され、燃焼騒音の増大を抑制することができると共に、燃焼悪化による未燃分のＨＣ及びＣＯの増加を抑制することができる。
　エンジンの負荷を検出する負荷検出手段を更に備え、空燃比制御手段は、負荷検出手段により検出されたエンジンの負荷が低いほど空燃比のリーン側への補正量を大きくするように空気量を制御してもよい。エンジンの負荷が低くなると、燃焼室内への燃料噴射量が少なくなり、酸化反応が弱くなる。このため、未燃分のＨＣ及びＣＯが発生しやすい。空燃比制御手段が、エンジンの負荷が低いほど空燃比のリーン側への補正量を大きくするように空気量を制御することにより、燃焼室内に吸入される空気量が十分増加し、酸化反応が十分促進される。この結果、未燃分のＨＣ及びＣＯの増加を更に抑制することができる。
　空燃比制御手段は、外気温度または吸気温度が所定温度から低くなるほど空燃比のリーン側への補正量を大きくするように空気量を制御してもよい。この場合には、外気温度または吸気温度が所定温度よりも低い場合には、外気温度または吸気温度に応じた狙いとする熱発生率波形が得られる。これにより、適切な予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。
　排気通路と吸気通路とを繋ぐように配置され、燃焼後の排気ガスの一部を排気再循環ガスとして燃焼室内に還流する排気再循環通路と、排気再循環通路に配置され、排気再循環ガスの還流量を調整するバルブ手段と、を更に備え、空燃比制御手段は、排気再循環ガスの還流量を減少させるようにバルブ手段を制御することで、空燃比をリーン側に補正するように空気量を制御してもよい。排気再循環ガスの還流量を調整するバルブ手段が用いられることにより、簡単な構成で且つ確実に空燃比をリーン側に補正することができる。
　本発明によれば、外気温度または吸気温度が低下しても、適切な予混合圧縮着火燃焼を実現することができる燃焼制御装置を提供することができる。
図１は、本実施形態に係る燃焼制御装置を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。 図２は、図１に示された燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。 図３は、図２に示されたＥＧＲ制御部において使用される空燃比補正マップの一例を示すグラフである。 図４は、図２に示されたＥＧＲ制御部により実行される処理手順を示すフローチャートである。 図５は、熱発生率波形を示すグラフである。 図６は、燃焼騒音のレベルと、ＨＣ及びＣＯの発生割合と、を示すグラフである。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本実施形態に係る燃焼制御装置を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。同図において、ディーゼルエンジン１は、コモンレール式の燃料噴射装置を備えた予混合圧縮着火（ＰＣＣＩ）式の４気筒直列ディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジン１はエンジン本体２を備え、エンジン本体２には４つのシリンダ３が配置されている。
　各シリンダ３には、燃焼室４内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）５がそれぞれ配置されている。インジェクタ５は、噴射ノズル５ａから放射状に燃料を噴射する。各インジェクタ５はコモンレール６に接続されており、コモンレール６に貯留された高圧燃料が各インジェクタ５に常時供給されている。
　エンジン本体２には、燃焼室４内に空気を吸入するための吸気通路７がインテークマニホールド８を介して接続されている。エンジン本体２には、燃焼後の排気ガスを排出するための排気通路９がエキゾーストマニホールド１０を介して接続されている。
　吸気通路７には、上流側から下流側に向けてエアクリーナー１１、ターボ過給機１２のコンプレッサ１３、インタークーラー１４、及びスロットルバルブ１５が配置されている。スロットルバルブ１５は、吸気通路７の通路面積を絞る。吸気通路７の通路面積がスロットルバルブ１５により絞られると、吸気通路７を通過する空気量が減少すると共にスロットルバルブ１５の下流側に負圧が発生する。排気通路９には、ターボ過給機１２のタービン１６及び触媒付きＤＰＦ１７が配置されている。
　ディーゼルエンジン１は、燃焼後の排気ガスの一部を排気再循環ガス（ＥＧＲガス）として燃焼室４内に還流する排気再循環（ＥＧＲ）装置１８を備えている。ＥＧＲ装置１８は、吸気通路７とエキゾーストマニホールド１０とを繋ぐように配置されている。ＥＧＲ装置１８は、ＥＧＲ通路１９と、ＥＧＲバルブ（バルブ手段）２０と、ＥＧＲクーラ２１と、バイパス通路２２と、切替弁２３と、を有している。ＥＧＲ通路１９は、ＥＧＲガスを還流する。ＥＧＲバルブ２０は、エキゾーストマニホールド１０から吸気通路７へのＥＧＲガスの還流量を調整する。ＥＧＲクーラ２１は、ＥＧＲ通路１９を通るＥＧＲガスを冷却する。バイパス通路２２は、ＥＧＲクーラ２１をバイパスするようにＥＧＲ通路１９に接続されている。切替弁２３は、ＥＧＲガスの流路をＥＧＲクーラ２１側またはバイパス通路２２側に切り替える。
　各インジェクタ５、スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０、及び切替弁２３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）（コントローラ）２４によって制御される。ＥＣＵ２４には、クランク角センサ２５、アクセル開度センサ２６、及び外気温度センサ２７が接続されている。
　クランク角センサ２５は、図示しないピストンが連結されるクランク軸の回転角度（クランク角）を検出する。クランク角センサ２５からの出力に基づいて、エンジン本体２の回転数（エンジン回転数）を算出することができる。アクセル開度センサ２６は、エンジン本体２の負荷（エンジン負荷）の代替値として、アクセルペダルの踏込み角（アクセル開度）を検出する。アクセル開度センサ２６は、負荷検出手段（負荷センサ）として機能する。コモンレール式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンでは、燃料噴射量が電子制御されており、エンジン負荷の代替値として燃料噴射量を用いることも可能である。外気温度センサ２７は、外気温度を検出する。外気温度センサ２７は、温度検出手段（温度センサ）として機能し、例えばエアクリーナー１１に取り付けられている。
　ＥＣＵ２４には、クランク角センサ２５、アクセル開度センサ２６、及び外気温度センサ２７の検出信号が入力される。ＥＣＵ２４は、所定の処理を行い、インジェクタ５、スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０、及び切替弁２３を制御する。
　インジェクタ５、スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２０、切替弁２３、ＥＣＵ２４、及びセンサ２５～２７は、本実施形態の燃焼制御装置２８を構成している。燃焼制御装置２８は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程という１サイクルにおいて、各インジェクタ５から燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射の予混合圧縮着火燃焼を行うように制御する。
　予混合圧縮着火燃焼の分割噴射について、補足して説明する。予混合圧縮着火燃焼は、燃焼過程において、低温酸化反応（冷炎反応）と高温酸化反応（熱炎反応）とを伴う。低温酸化反応では、燃焼室４内に噴射された燃料により、熱発生が緩やかに生じる。高温酸化反応では、低温酸化反応後に熱発生が急激に高まる。燃料噴射完了後に高温酸化反応が生じる燃焼状態、言い替えると、高温酸化反応前に予混合時間が存在する燃焼状態が、予混合圧縮着火燃焼である。予混合圧縮着火燃焼の２分割噴射では、２回目の燃料噴射完了後に、２回目の燃料噴射に基づく高温酸化反応が生じる。予混合圧縮着火燃焼の２分割噴射について、熱発生率をグラフ化すると、熱発生率が緩やかな一つの山形状となる場合と、熱発生率が二山形状となる場合と、が存在する。前者の一例は、例えば前述の特開２００４－３４３９号に開示されている。予混合圧縮着火燃焼の分割噴射自体は公知であるため、これ以上の説明は省略する。
　ＥＣＵ２４は、図２に示すように、インジェクタ制御部２９とＥＧＲ制御部３０とを有している。インジェクタ制御部２９は、クランク角センサ２５により検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ２６により検出されたエンジン負荷とに基づいて燃料噴射回数、燃料噴射量、及び燃料噴射時期を決定し、各インジェクタ５を制御する。すなわち、ＥＣＵ２４は、決定した燃料噴射回数、燃料噴射量、及び燃料噴射時期に基づいて、各インジェクタ５を操作する。
　ＥＧＲ制御部３０には、アクセル開度センサ２６により検出されたエンジン負荷と外気温度センサ２７により検出された外気温度とが入力される。ＥＧＲ制御部３０は、所定の処理を行い、ＥＧＲバルブ２０を制御する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＥＧＲバルブ２０を操作する。
　ＥＧＲ制御部３０のメモリ（図示せず）には、図３に示されるような空燃比補正マップが予め記憶されている。空燃比補正マップは、外気温度と空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を表すマップである。空燃比補正マップは、外気温度が基準温度（例えば２５℃）以上である場合には、空燃比が一定であり、外気温度が基準温度よりも低い場合には、空燃比が基準温度での空燃比に対してリーン側に補正される（大きくなる）ように設定されている。空燃比補正マップは、外気温度が基準温度から低下するほど、空燃比のリーン側への補正量が徐々に大きくなるように設定されている。空燃比補正マップは、エンジン負荷が低くなるほど、空燃比のリーン側への補正量が徐々に大きくなるように設定されている。このため、エンジン負荷が低いときには、エンジン負荷が高いときに比べて空燃比が高い。
　図４は、ＥＧＲ制御部３０により実行される処理手順を示すフローチャートである。同図において、まず、ＥＧＲ制御部３０は、外気温度センサ２７により検出された外気温度とアクセル開度センサ２６により検出されたエンジン負荷とを取得する（Ｓ１０１）。
　続いて、ＥＧＲ制御部３０は、外気温度が基準温度よりも低いかどうかを判断する（Ｓ１０２）。ＥＧＲ制御部３０は、外気温度が基準温度よりも低くないと判断すると、図３に示される空燃比補正マップを用いて、空燃比がエンジン負荷に応じた値となるようにＥＧＲバルブ２０を制御する（Ｓ１０３）。
　一方、ＥＧＲ制御部３０は、外気温度が基準温度よりも低いと判断すると、図３に示される空燃比補正マップを用いて、空燃比が基準温度での空燃比から外気温度及びエンジン負荷に応じてリーン側に補正されるようにＥＧＲバルブ２０を制御する（Ｓ１０４）。具体的には、ＥＧＲ制御部３０は、空燃比をリーン側に補正する（大きくする）場合には、吸気通路７へのＥＧＲガスの還流量を減少させることで燃焼室４内への吸入空気量を増加させるように、ＥＧＲバルブ２０を制御する。このとき、燃焼室４内への燃料噴射量は変わらず、燃焼室４内への吸入空気量が増える。
　以上において、ＥＣＵ２４のインジェクタ制御部２９は、燃料を複数回に分けて噴射させるように燃料噴射弁５を制御する噴射制御手段を構成する。ＥＧＲ制御部３０は、温度検出手段により検出された外気温度または吸気温度（後述）が所定温度よりも低い場合に、燃焼室４内の空燃比をリーン側に補正するように燃焼室４内に吸入される空気量を制御する空燃比制御手段を構成する。
　外気温度が基準温度よりも低い場合、インジェクタ５が燃焼室４内に燃料を噴射したときに、燃料と空気との予混合気の酸化反応が緩やかになる。このため、高温酸化反応に至るまでに、より長い期間が必要とされる。外気温度が基準温度よりも低い場合には、熱発生率波形が、外気温度が基準温度である場合の熱発生率波形からずれる。このため、外気温度が基準温度である場合と同様の予混合圧縮着火燃焼を実現することが困難となる。したがって、燃焼騒音が大きくなりやすく、また、燃焼悪化による未燃分のＨＣ及びＣＯが発生しやすい。
　これに対し本実施形態では、外気温度が基準温度よりも低下した場合には、燃焼室４内に吸入される空気量を増加させるために、ＥＧＲ制御部３０が、空燃比をリーン側に補正するようにＥＧＲバルブ２０を制御する。これにより、燃料の周囲の酸素量が増加し、燃料と空気との酸化反応が促進され、燃料と空気との予混合気の着火遅れが防止される。この結果、外気温度が基準温度よりも低下した場合においても、外気温度が基準温度である場合とほぼ同様の熱発生率波形が得られる。
　図５では、外気温度が基準温度である場合の熱発生率波形と、外気温度が基準温度よりも３５℃だけ低下したときに空燃比がリーン側に補正された場合の熱発生率波形と、が比較されて示されている。破線Ｐは、外気温度が基準温度である場合の熱発生率波形を表している。実線Ｑは、外気温度が基準温度よりも３５℃だけ低下したときに空燃比がリーン側に補正された場合の熱発生率波形を表している。図５から明らかなように、両者の熱発生率波形はほぼ一致している。
　外気温度が基準温度よりも低下した場合の熱発生率波形が、外気温度が基準温度である場合の熱発生率波形にほぼ維持される。外気温度が低下しても、外気温度が基準温度である場合とほぼ同様の予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。これにより、燃焼騒音の増大と、燃焼悪化による未燃分のＨＣ及びＣＯの発生と、を抑制することができる。
　図６では、外気温度が基準温度である場合と、外気温度が基準温度よりも３５℃だけ低下したときに空燃比がリーン側に補正された場合とで、燃焼騒音のレベルと、ＨＣ及びＣＯの発生割合と、が比較されて示されている。図６（ａ）は、燃焼騒音のレベルの比較結果を示している。図６（ｂ）は、ＨＣの発生割合の比較結果を示している。図６（ｃ）は、ＣＯの発生割合の比較結果を示している。図６から明らかなように、外気温度が低下しても、燃焼騒音のレベル、ＨＣ及びＣＯの発生割合はあまり変わっていない。
　ＥＧＲ制御部３０は、エンジン負荷が低くなるほど、空燃比のリーン側への補正量を大きくするように空気量を制御するので、燃焼室４内に吸入される空気量が十分多くなる。燃料と空気との酸化反応が十分促進され、燃焼室４内の温度（筒内温度）が高くなる。この結果、未燃分のＨＣ及びＣＯの発生を更に抑制することができる。
　別の観点では、本実施形態は、燃料を複数回に分けて噴射させて予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置であって、外気温度またはエンジンの燃焼室内への吸気温度を検出する温度センサと、温度センサにより検出された外気温度または吸気温度が所定温度よりも低いときに、燃焼室内の空燃比をリーン側に補正するように燃焼室内に吸入される空気量を制御するコントローラと、を備える。燃焼制御装置は、エンジンの負荷を検出する負荷センサを更に備え、コントローラが、負荷センサにより検出されたエンジンの負荷が低いほど、空燃比のリーン側への補正量を大きくするように空気量を制御してもよい。燃焼制御装置では、コントローラが、外気温度または吸気温度が所定温度から低くなるほど、空燃比のリーン側への補正量を大きくするように空気量を制御してもよい。燃焼制御装置は、燃焼室内に空気を吸入する吸気通路と、燃焼室内から燃焼後の排気ガスを排出する排気通路と、排気通路と吸気通路とを繋ぐように配置され、燃焼後の排気ガスの一部を排気再循環ガスとして燃焼室内に還流する排気再循環通路と、排気再循環通路に配置され、排気再循環ガスの還流量を調整するバルブと、を更に備え、コントローラは、排気再循環ガスの還流量を減少させるようにバルブを操作することで、空燃比をリーン側に補正するように空気量を制御してもよい。燃焼制御装置は、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を更に備え、コントローラは、燃料を複数回に分けて噴射させるように燃料噴射弁を操作してもよい。コントローラは、温度センサにより検出された外気温度または吸気温度が所定温度よりも低い場合には、燃焼室内の空燃比を所定温度での空燃比に対してリーン側に補正するように燃焼室内に吸入される空気量を制御してもよい。
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、外気温度を検出する外気温度センサ２７が用いられ、ＥＧＲ制御部３０が、外気温度が基準温度よりも低下した場合に、空燃比がリーン側に補正されるようにＥＧＲバルブ２０を制御しているが、これに限られない。外気温度センサ２７の代わりに、燃焼室４内に吸入される空気を含むガスの温度（燃焼室４内への吸気温度）を検出する吸気温度センサ（温度検出手段）が用いられてもよい。ＥＧＲ制御部３０は、吸気温度が基準温度よりも低下した場合に、空燃比をリーン側に補正するようにＥＧＲバルブ２０を制御してもよい。この場合、吸気温度センサは、例えば吸気通路７におけるＥＧＲ通路１９との接続部分よりも下流側に配置される。
　上記実施形態では、図３に示されるように、外気温度が基準温度から低下するほど、空燃比のリーン側への補正量が連続的に大きくなるように設定された空燃比補正マップが用いられているが、使用する空燃比補正マップとしては特にそれには限られない。外気温度が基準温度から低下するほど、空燃比のリーン側への補正量が段階的に大きくなるように設定された空燃比補正マップが用いられてもよい。
　上記実施形態では、ＥＧＲバルブ２０によりＥＧＲガスの流量が調整されることにより、燃焼室４内の空燃比が制御されているが、空燃比の制御手法としては特にそれには限られない。例えばターボ過給機１２の過給圧が高められることにより、燃焼室４内の空燃比が制御されていてもよい。
　上記実施形態では、ＥＣＵ２４が、インジェクタ制御部２９とＥＧＲ制御部３０とを有しているが、これに限られない。インジェクタ制御部２９を有する電子制御ユニットと、ＥＧＲ制御部３０を有する電子制御ユニットと、がそれぞれ異なっていてもよい。
　本発明は、予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃料噴射装置に利用できる。
　１…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、５…インジェクタ（燃料噴射弁）、７…吸気通路、９…排気通路、１９…ＥＧＲ通路（排気再循環通路）、２０…ＥＧＲバルブ（バルブ手段）、２４…ＥＣＵ、２６…アクセル開度センサ（負荷検出手段）、２７…外気温度センサ（温度検出手段）、２８…燃焼制御装置、２９…インジェクタ制御部（噴射制御手段）、３０…ＥＧＲ制御部（空燃比制御手段）。

Claims (5)

  1. 　予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンの燃焼制御装置であって、
    　前記エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
    　前記燃料を複数回に分けて噴射させるように前記燃料噴射弁を制御する噴射制御手段と、
    　前記燃焼室内に空気を吸入する吸気通路と、
    　前記燃焼室内から燃焼後の排気ガスを排出する排気通路と、
    　外気温度または前記燃焼室内への吸気温度を検出する温度検出手段と、
    　前記温度検出手段により検出された前記外気温度または前記吸気温度が所定温度よりも低いときに、前記燃焼室内の空燃比をリーン側に補正するように前記燃焼室内に吸入される空気量を制御する空燃比制御手段と、を備える。
  2. 　請求項１に記載の燃焼制御装置であって、
    　前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段を更に備え、
    　前記空燃比制御手段は、前記負荷検出手段により検出された前記エンジンの負荷が低いほど、前記空燃比のリーン側への補正量を大きくするように前記空気量を制御する。
  3. 　請求項１又は２に記載の燃焼制御装置であって、
    　前記空燃比制御手段は、前記外気温度または前記吸気温度が前記所定温度から低くなるほど、前記空燃比のリーン側への補正量を大きくするように前記空気量を制御する。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の燃焼制御装置であって、
    　前記排気通路と前記吸気通路とを繋ぐように配置され、前記燃焼後の排気ガスの一部を排気再循環ガスとして前記燃焼室内に還流する排気再循環通路と、
    　前記排気再循環通路に配置され、前記排気再循環ガスの還流量を調整するバルブ手段と、を更に備え、
    　前記空燃比制御手段は、前記排気再循環ガスの還流量を減少させるように前記バルブ手段を制御することで、前記空燃比をリーン側に補正するように前記空気量を制御する。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の燃焼制御装置であって、
    　前記空燃比制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記外気温度または前記吸気温度が前記所定温度よりも低い場合には、前記燃焼室内の前記空燃比を前記所定温度での空燃比に対してリーン側に補正するように前記燃焼室内に吸入される空気量を制御する。
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