JP2010185419A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】キャビテーションを活性化させることで、インジェクタに堆積したデポジットの付着を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、筒内噴射用インジェクタと、制御手段とを備える。筒内噴射用インジェクタは、エンジンの気筒内に燃料噴射する。制御手段は、筒内噴射用インジェクタの燃圧と、蒸気圧と、筒内圧とに基づきキャビテーション数を推定し、当該キャビテーション数がデポジット付着を抑制する数となるように筒内圧を制御する。
【選択図】図6
【解決手段】内燃機関の制御装置は、筒内噴射用インジェクタと、制御手段とを備える。筒内噴射用インジェクタは、エンジンの気筒内に燃料噴射する。制御手段は、筒内噴射用インジェクタの燃圧と、蒸気圧と、筒内圧とに基づきキャビテーション数を推定し、当該キャビテーション数がデポジット付着を抑制する数となるように筒内圧を制御する。
【選択図】図6
Description
本発明は、筒内噴射用インジェクタを備える内燃機関の制御装置に関する。
従来から、筒内噴射用インジェクタの先端部分に堆積する付着物(デポジット)を剥離し、またはその生成を抑制する技術が知られている。例えば、特許文献1には、インジェクタに備えられる超音波振動子を振動させて燃料中にキャビテーションを発生させ、そのキャビテーションが破裂するときのエネルギーによって噴霧微粒子化を向上させると共に、高周波振動状態で超音波振動子を駆動させてインジェクタ先端部のデポジット付着を抑制する技術が記載されている。また、特許文献2には、始動時に、高燃圧とすることでインジェクタのデポジット除去を行う技術が記載されている。
一般に、デポジット付着抑制に最適なキャビテーション数領域が存在する。例えば、燃圧を上昇させることにより、キャビテーション数を変化させ、キャビテーションを活性化させることができる。しかし、アイドリング状態のようなNV(Noise、Vibration)要求が厳しい条件下では、燃圧を上昇させるとインジェクタの駆動音が大きくなるため適切ではない。また、特許文献1に記載の技術では、キャビテーション発生を制御することはできるが、その数を許容範囲内に抑えることはできない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、キャビテーションを活性化させることで、インジェクタに堆積したデポジットの付着を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明の1つの観点では、エンジンの気筒内に燃料噴射する筒内噴射用インジェクタと、前記筒内噴射用インジェクタの燃圧と、蒸気圧と、前記気筒内の筒内圧とに基づきキャビテーション数を推定し、当該キャビテーション数が前記筒内噴射用インジェクタでのデポジット付着を抑制する数となるように前記筒内圧を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
上記の内燃機関の制御装置は、例えばディーゼル車両に搭載され、筒内噴射用インジェクタと、制御手段とを備える。筒内噴射用インジェクタは、エンジンの気筒内に燃料噴射する。制御手段は、例えばECU(Electronic Control Unit)であり、筒内噴射用インジェクタの燃圧と、蒸気圧と、筒内圧とに基づきキャビテーション数を推定し、当該キャビテーション数がデポジット付着を抑制する数となるように筒内圧を制御する。このようにすることで、アイドリング時のようなNV要求が厳しい場合であっても、適切にキャビテーションを活性化させ、デポジットを剥離すると共にデポジット付着を抑制することができる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
[装置構成]
図1は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置100の概略構成図の一例を示す。図中の実線矢印はガスの流れの一例を示している。
図1は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置100の概略構成図の一例を示す。図中の実線矢印はガスの流れの一例を示している。
エンジン1は、吸気通路11より供給される吸気と燃料との混合気を燃焼室3内で燃焼することによって、動力を発生する装置である。エンジン1は、例えばディーゼルエンジンなどであり、気筒2と、ピストン4と、コンロッド5と、を有する。そして、エンジン1内の燃焼により発生した排気ガスは、排気通路13に排出される。なお、図1においては、説明の便宜上、1つの気筒2のみを示しているが、実際にはエンジン1は複数の気筒2を有する。
吸気通路11には外部から導入された吸気(空気)が通過し、スロットルバルブ12は吸気通路11を通過する吸気の流量を調整する。スロットルバルブ12は、ECU22から供給される制御信号によって開度が制御される。吸気通路11を通過した吸気は、燃焼室3に供給される。
燃焼室3には、筒内噴射用インジェクタ8によって噴射された燃料が供給される。筒内噴射用インジェクタ8は、ECU22から供給される制御信号S8によって、燃料噴射圧力(燃圧)や燃料噴射のタイミング(即ち、燃料噴射時期)が制御される。なお、筒内噴射用インジェクタ8の構成の一例については後述する。
更に、燃焼室3には、吸気弁6と排気弁7とが設けられている。吸気弁6は、開閉することによって、吸気通路11と燃焼室3との連通/遮断を制御する。吸気弁6は、可変バルブタイミング機構16によってバルブタイミング(開弁時期や閉弁時期)などが制御される。可変バルブタイミング機構16は、ECU22から供給される制御信号S16によって制御される。
同様に、排気弁7は、開閉することによって、排気通路13と燃焼室3との連通/遮断を制御する。排気弁7は、可変バルブタイミング機構17によってバルブタイミングなどが制御される。可変バルブタイミング機構17は、ECU22から供給される制御信号S17によって制御される。
アクセル開度センサ20は、図示しないアクセルペダルの踏込み量、即ちアクセル開度を検出する。アクセル開度センサ20は、検出値を検出信号S20によりECU22へ供給する。
回転数センサ21は、エンジン回転数を示す出力パルスを発生する。回転数センサ21は、出力パルスを検出信号S21によりECU22へ供給する。
ECU22は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、及びA/D変換器などを含んで構成される。ECU22は、ROMに記憶したマップを参照することで、アクセル開度センサ20及び回転数センサ21により得られるエンジン1の負荷及びエンジン1の回転数に基づき、燃料噴射量などを決定する。また、ECU22は、図示しない燃料圧力センサの検出信号に基づきフィードバック制御することにより、図示しない燃料分配管内の燃料圧力(燃圧)及び燃料分配管へ供給する燃料量を制御する。さらに、後述するように、ECU22は、筒内噴射用インジェクタ8のデポジット付着を抑制するため、吸気弁6及び排気弁7のバルブタイミングを制御すると共に、筒内噴射用インジェクタ8の噴射開始時期を制御する。このように、ECU22は、本発明における制御手段の一例である。
[筒内噴射用インジェクタの構成の例]
次に、筒内噴射用インジェクタ8の構成例について図2を用いて説明する。図2は、筒内噴射用インジェクタ8の縦方向の断面図である。図2に示すように、筒内噴射用インジェクタ8は、その本体74の下端にノズルボディ76がスペーサを介してノズルホルダによって固定される。ノズルボディ76は、その下端に噴孔50を形成しており、ノズルボディ76内にニードル52が上下可動に配置される。ニードル52の上端は本体74内をスライドすることが可能なコア54に接している。スプリング56はコア54を介してニードル52に対して下向きに圧力を加えている。ニードル52は、ノズルボディ76の内周シート面53に配置され、その結果、常態では噴孔50を閉鎖している。
次に、筒内噴射用インジェクタ8の構成例について図2を用いて説明する。図2は、筒内噴射用インジェクタ8の縦方向の断面図である。図2に示すように、筒内噴射用インジェクタ8は、その本体74の下端にノズルボディ76がスペーサを介してノズルホルダによって固定される。ノズルボディ76は、その下端に噴孔50を形成しており、ノズルボディ76内にニードル52が上下可動に配置される。ニードル52の上端は本体74内をスライドすることが可能なコア54に接している。スプリング56はコア54を介してニードル52に対して下向きに圧力を加えている。ニードル52は、ノズルボディ76の内周シート面53に配置され、その結果、常態では噴孔50を閉鎖している。
本体74の上端には、スリーブ57が挿入固定され、スリーブ57内には燃料通路58が形成される。燃料通路58の下端側は、本体74内の通路を介してノズルボディ76の内部まで連通される。そして、ニードル52のリフト時に、燃料は、噴孔50から噴射される。燃料通路58の上端側は、フィルタ60を介して燃料導入口62に接続される。
電磁ソレノイド64は、本体74内においてスリーブ57の下端部を包囲するように配置される。ソレノイド64の通電時においては、コア54はスプリング56に抗して上昇し、燃料圧はニードル52を押し上げ、噴孔50が開放されるので燃料噴射が実行される。ソレノイド64は、絶縁ハウジング65内のワイヤ66に取り出され、開弁のための信号S8を、ECU22から受信する。
[制御方法]
次に、本実施形態におけるECU22の制御について具体的に説明する。ECU22は、機関暖機後のアイドル(ホットアイドル)時に、気筒2内の筒内圧が所定の規定値以下になるように、吸気弁6及び排気弁7のバルブタイミングと燃料噴射のタイミングとを制御することで、噴孔50内のキャビテーションを適切な数に調整する。このようにすることで、ECU22は、キャビテーションを活性化させて噴孔50内に堆積したデポジットを剥離すると共に、アイドル時でのデポジット付着を抑制する。
次に、本実施形態におけるECU22の制御について具体的に説明する。ECU22は、機関暖機後のアイドル(ホットアイドル)時に、気筒2内の筒内圧が所定の規定値以下になるように、吸気弁6及び排気弁7のバルブタイミングと燃料噴射のタイミングとを制御することで、噴孔50内のキャビテーションを適切な数に調整する。このようにすることで、ECU22は、キャビテーションを活性化させて噴孔50内に堆積したデポジットを剥離すると共に、アイドル時でのデポジット付着を抑制する。
これについて具体的に説明する。まず、ECU22は、各種センサからエンジン回転数、負荷、燃圧、エンジン1の油温及びエンジン1の冷却水の水温を検出する。そして、ECU22は、これらの検出値に基づき、車両がホットアイドル条件を満たすか否か判定する。また、ホットアイドル条件を満たす場合、ECU22は、上述した検出値等に基づき、燃圧を噴射可能な最小燃圧(以後、「最小燃圧Pinjmin」と呼ぶ。)に設定する。
次に、ECU22は、噴孔50内のキャビテーションの気泡の数(以後、「キャビテーション数σ」と呼ぶ。)が所定個数(以後、「許容個数σx」と呼ぶ。)以下になる筒内の背圧値(以後、「許容背圧値Pa0」と呼ぶ。)を算出する。許容個数σxは、デポジットを剥離可能かつ生成抑制可能なキャビテーション数σに実験等により設定される。より具体的には、許容個数σxは、噴孔50でのデポジットの付着許容量に基づき算出される。また、許容背圧値Pa0は、キャビテーション数σが許容個数σxとなる背圧値に設定される。
これについて図3を用いて補足説明する。図3は、背圧とキャビテーション数σとの関係を表すグラフの一例である。
図3に示すように、キャビテーション数σが大きくなるに従い、背圧も上昇する。即ち、キャビテーション数σと背圧とは正の相関を有する。また、一般的に、キャビテーション数σが小さくなることと、キャビテーションの活性化(活性度)とは比例関係にある。言い換えると、キャビテーション数σとキャビテーション活性化とは反比例の関係にある。
従って、図3に示すように、ECU22は、背圧を許容背圧値Pa0未満に抑えることで、キャビテーション数σを許容個数σx未満にすることができる(破線枠70参照)。そして、ECU22は、背圧を許容背圧値Pa0以下にすることで、キャビテーションを活性化させ、キャビテーションの発生及び崩壊時に生じるエネルギーを利用して、噴孔50内に堆積したデポジットを剥離すると共に、デポジットの付着を抑制することができる。
また、背圧を「Ppa」、蒸気圧を「Pv」、燃圧を「Ppinj」とすると、以下の式(1)の関係が成立する。
σ=(Ppa−Pv)/(Ppinj−Ppa) 式(1)
式(1)に示すように、キャビテーション数σと背圧とは図3に示すような正の相関を有することがわかる。また、ECU22は、例えば、実験または理論的に定められた許容個数σxと、燃圧Pv(ここでは、最小燃圧Pinjmin)と、センサ等により取得した筒内または噴孔50内の蒸気圧Pvとを用いて式(1)より適切な許容背圧値Pa0を算出することができる。
σ=(Ppa−Pv)/(Ppinj−Ppa) 式(1)
式(1)に示すように、キャビテーション数σと背圧とは図3に示すような正の相関を有することがわかる。また、ECU22は、例えば、実験または理論的に定められた許容個数σxと、燃圧Pv(ここでは、最小燃圧Pinjmin)と、センサ等により取得した筒内または噴孔50内の蒸気圧Pvとを用いて式(1)より適切な許容背圧値Pa0を算出することができる。
次に、背圧を抑制する制御方法について説明する。ECU22は、噴射開始時での筒内の背圧値(以後、「噴射開始時背圧値Pa」と呼ぶ)が許容背圧値Pa0より小さくなるように、即ち、以下の式(2)が成立するように噴射開始時背圧値Paを制御する。
Pa<Pa0 式(2)
具体的には、ECU22は、吸気弁6及び排気弁7のバルブタイミングと燃料噴射のタイミングを適切に制御することで、噴射開始時背圧値Paを許容背圧値Pa0より小さくする。これについて図4を用いて説明する。
Pa<Pa0 式(2)
具体的には、ECU22は、吸気弁6及び排気弁7のバルブタイミングと燃料噴射のタイミングを適切に制御することで、噴射開始時背圧値Paを許容背圧値Pa0より小さくする。これについて図4を用いて説明する。
図4は、ECU22が制御するバルブタイミングダイヤグラムの一例である。即ち、図示しないクランクシャフトの回転角度に応じた吸気弁6、排気弁7の開いている時期を表す。矢印80は、吸気弁6が開弁してから閉弁するまでの時期に相当し、矢印81は、排気弁7が開弁してから閉弁するまでの時期に相当する。また、矢印84は、燃料噴射時期に相当する。
図4に示すように、ECU22は、上死点付近から吸気弁6及び排気弁7の両方を閉弁した状態を形成する(矢印83参照)。即ち、ECU22は、矢印83に相当する期間、負のオーバーラップ状態を形成する。また、ECU22は、燃料噴射のタイミングを通常よりも遅らせる(矢印84参照)。即ち、ECU22は、排気弁7を閉じた後、吸気弁6を開く直前に燃料噴射を行う。そして、ECU22は、燃料噴射終了まで吸気弁6を開弁しない。即ち、ECU22は、燃料噴射終了後、吸気弁6を開弁する。
このようにすることで、ECU22は、負のオーバーラップ中に背圧を大幅に低下させることができ、背圧が下がった状態で燃料噴射を実行することができる。即ち、ECU22は、筒内噴射用インジェクタ8の開弁時での噴射開始時背圧値Paの負圧量を大幅に拡大し、噴孔50内のキャビテーション数σを許容個数σx未満に抑制することができる。従って、ECU22は、NV要求が厳しいアイドリング状態であっても、NVを悪化させることなく、キャビテーションを活性化させ、デポジット付着を抑制することができる。また、この制御はアイドル状態に実施されることから、噴射時期が遅くなることにより、例えば燃料を噴射し切れないなどの事態は生じない。また、アイドル時は要求空気量が小さいため、吸気弁6の開弁のタイミングを遅くしても、空気量が不足する事態も生じない。
さらに上述の制御による効果について、図5を用いて補足説明する。図5(a)は、上述の制御を実施した場合のPV線図の一例を示す。即ち、図5(a)の縦軸は筒内圧を示し、横軸は筒内の空気の体積を示す。図5(b)は、本発明を適用しない場合(以後、「比較例」と呼ぶ。)でのPV線図の一例である。
図5(a)の破線枠内で示されるように、本実施形態では、ECU22は、上死点に達した後、負のオーバーラップの期間を設けることで、ピストン4を押し下げる過程で噴射開始時背圧値Paを下げている。一方、比較例では、負のオーバーラップの期間がないまたは短い。従って、図5(b)の破線枠内で示されるように、比較例では、吸気弁6が上死点付近で開くため、ECU22は、図5(a)と比較して噴射開始時背圧値Paを下げることができない。このように、本実施形態では、比較例よりも、ECU22は、噴射開始時背圧値Paを下げることができるため、キャビテーションをより活性化させることができ、デポジットの剥離を促進すると共に、デポジット生成を抑制することができる。
(処理フロー)
次に、本実施形態における処理の手順について説明する。図6は、本実施形態での処理手順を表すフローチャートの一例である。ECU22は、このフローチャートの処理を、例えば所定周期に従い繰り返し実行する。
次に、本実施形態における処理の手順について説明する。図6は、本実施形態での処理手順を表すフローチャートの一例である。ECU22は、このフローチャートの処理を、例えば所定周期に従い繰り返し実行する。
まず、ECU22は、エンジン回転数、負荷、燃圧、エンジン油温、及びエンジン水温を算出する(ステップS101)。ECU22は、例えば各種センサから送信される検出信号に基づき、これらを算出する。
次に、ホットアイドル条件が満たされるか否かについて判定する(ステップS102)。ECU22は、ステップS101で算出したデータに基づき、ホットアイドル条件がみたされているか否か推定する。そして、ホットアイドル条件が満たされる場合(ステップS102;Yes)、ECU22は、ステップS103へ処理を進める。一方、ホットアイドル条件が満たされていない場合(ステップS102;No)、ECU22は、フローチャートの処理を終了する。
次に、ECU22は、燃圧を噴射可能な最小燃圧Pinjminに設定する(ステップS103)。ECU22は、ステップS101で算出したデータ等に基づき噴射可能な最小燃圧Pinjminを決定する。
そして、ECU22は、キャビテーション数σが許容個数σx未満となる許容背圧値Pa0を算出する(ステップS104)。例えば、ECU22は、実験等により予め適切な値に設定された許容個数σxと、ステップS103で設定した噴射可能な最小燃圧Pinjminと、センサ等から取得した蒸気圧とに基づき、式(1)から許容背圧値Pa0を算出する。
次に、ECU22は、噴射開始時背圧値Paが許容背圧値Pa0未満になるように、吸気弁6及び排気弁7のタイミング、及び噴射開始時期を設定する(ステップS105)。このようにすることで、ECU22は、NVを悪化させることなく、噴孔50内のキャビテーション数σを許容個数σx未満にし、キャビテーションを活性化させることができる。従って、ECU22は、キャビテーションの発生及び崩壊時のエネルギーを利用して、噴孔50内のデポジットの剥離を促進させると共に、デポジット生成を抑制することができる。
[変形例]
ECU22は、上述の制御に加え、デポジット付着を抑制する他の手段を同時に実行してもよい。たとえば、ECU22は、筒内噴射用インジェクタ8の先端温度低減によってデポジットを抑制する方法(例えば、特開2002−130087参照)、噴孔50の形状改良によるデポジット抑制方法(例えば、特開2000−080970参照)等の手段と本発明とを組み合わせて実行してもよい。これにより、ECU22は、相乗効果によりデポジット付着をさらに抑制することができ、燃焼を安定させることができる。また、ECU22は、変形例によっても、NV要求を満たすことができる。
ECU22は、上述の制御に加え、デポジット付着を抑制する他の手段を同時に実行してもよい。たとえば、ECU22は、筒内噴射用インジェクタ8の先端温度低減によってデポジットを抑制する方法(例えば、特開2002−130087参照)、噴孔50の形状改良によるデポジット抑制方法(例えば、特開2000−080970参照)等の手段と本発明とを組み合わせて実行してもよい。これにより、ECU22は、相乗効果によりデポジット付着をさらに抑制することができ、燃焼を安定させることができる。また、ECU22は、変形例によっても、NV要求を満たすことができる。
1 エンジン(内燃機関)
2 気筒
3 燃焼室
4 ピストン
5 コンロッド
6 吸気弁
7 排気弁
8 筒内噴射用インジェクタ
11 吸気通路
12 スロットルバルブ
13 排気通路
16、17 可変バルブタイミング機構
20 アクセル開度センサ
21 回転数センサ
22 ECU
50 噴孔
100 内燃機関の制御装置
2 気筒
3 燃焼室
4 ピストン
5 コンロッド
6 吸気弁
7 排気弁
8 筒内噴射用インジェクタ
11 吸気通路
12 スロットルバルブ
13 排気通路
16、17 可変バルブタイミング機構
20 アクセル開度センサ
21 回転数センサ
22 ECU
50 噴孔
100 内燃機関の制御装置
Claims (1)
- エンジンの気筒内に燃料噴射する筒内噴射用インジェクタと、
前記筒内噴射用インジェクタの燃圧と、蒸気圧と、前記気筒内の筒内圧とに基づきキャビテーション数を推定し、当該キャビテーション数が前記筒内噴射用インジェクタでのデポジット付着を抑制する数となるように前記筒内圧を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009031217A JP2010185419A (ja) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | 内燃機関の制御装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012107523A (ja) * | 2010-11-15 | 2012-06-07 | Toyota Motor Corp | 排気浄化制御装置 |
WO2016051623A1 (ja) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | マツダ株式会社 | ディーゼルエンジン |
-
2009
- 2009-02-13 JP JP2009031217A patent/JP2010185419A/ja active Pending
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WO2016051623A1 (ja) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | マツダ株式会社 | ディーゼルエンジン |
JP2016070200A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | マツダ株式会社 | ディーゼルエンジン |
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