JP3968999B2 - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの制御装置、特にアイドル回転速度制御を行うものに関する。
【0002】
【従来の技術】
各種の目的のためメイン噴射の終了後の膨張行程や排気行程で小量の燃料を噴射する、いわゆるポスト噴射を行うものがある(特開平2000−45828号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のポスト噴射量は小量でしかなかったところが、排気浄化への要求の厳しさに対応し従来のポスト噴射量より格段に大きいポスト噴射量を設定する場合が生じてきている。たとえば触媒の暖機促進等のため排気温度を大幅に上昇させることを目的としてメイン噴射後の膨張行程でポスト噴射を行うとき、小量であればポスト噴射燃料の殆どは排気温度上昇のための熱に変化してトルクを生ずるまでに到らないのであるが、ポスト噴射量が大きくなると、一部はトルクに変化する。すなわち、メイン噴射後の膨張行程でのポスト噴射により新たにトルク(このポスト噴射により発生するトルクを以下単に「ポストトルク」という。)が発生する。
【0004】
そして、このポストトルクが特にアイドル回転速度制御中に生じる場合に問題となる。負荷が最も低くしたがって供給燃料が最も少なくエンジン回転速度が不安定になりがちであるアイドル時にはアイドル回転速度制御により予め定めた目標回転速度TNEが維持されるように、たとえば実際のエンジン回転速度Neが目標回転速度TNEより低下したときには目標値からの偏差に基づいたフィードバック量をメイン噴射量に加えて燃料増量を行い実回転速度を目標値へと戻している。これを制御系で表すと従来装置は図53に示したように
(1)実際のエンジン回転速度Neの目標回転速度TNEからの偏差DNEを演算し、
(2)この偏差DNEとフィードバックゲイン(一定)とを用いてフィードバック量QfIscMを演算し、
(3)このフィードバック量QfIscMで燃料噴射量を補正してメイン噴射量TQfMIを算出する
ものである。こうしたアイドル回転速度制御中にポスト噴射が行われてポストトルクが生じこれに起因してエンジン回転速度が目標値を超えて上昇するときにも、従来装置御ではメイン噴射量を低減してメイン噴射によるトルク(以下単に「メイントルク」という。)を低下させることでポストトルクを相殺してエンジン回転速度を目標値に保つよう作動する。
【0005】
このとき特にポストトルクが大きいと、この大きくなったポストトルクをメイントルクの減少により相殺しようとしてメイン噴射量を最小で0まで低下させなければならない。しかしながら、ポスト噴射がメイン噴射に置き換わってメイン噴射の機能のすべてを果たすことはできない。メイン噴射量ならびにメイン噴射時期はアイドル状態に最適なトルクが生じるように定められているのに対して、ポスト噴射時期はメイン噴射時期よりも遅角側に設定されているため、どうしてもポスト噴射燃料が燃焼する際の筒内温度が低くポスト噴射燃料が低温で燃焼することになり、排気微粒子を構成するすすや窒素酸化物NOxの排出量が増大してエミッションが悪化する。
【0006】
そこで本発明はアイドル時にポスト噴射を行う場合にも目標回転速度を維持するのに際してメイン噴射量だけでなくポスト噴射時期をも合わせて制御する構成とすることにより、アイドル時にポスト噴射を行う場合にもエンジン回転速度の変動をポスト噴射を行わない通常のアイドル時と同一に保つことを目的とする。
【0007】
具体的な構成としては図54に示すように、
(a1)空気過剰率に応じて制御量の分配係数KDNEを定め、
(a2)この分配係数KDNEで実回転速度のNeの目標回転速度TNEからの偏差DNEを分配することにより、DNE×KDNEをポスト噴射時期に対する制御量として、これに対してDNE×(1−KDNE)をメイン噴射量に対する制御量として決定し、
(a3)あとは各制御量とフィードバックゲイン(一定)とを用いてフィードバック量ItIscP、QfIscMを演算し、
(a4)各フィードバック量ItIscP、QfIscMで対応するポスト噴射時期、燃料噴射量を補正して目標ポスト噴射時期TItPとメイン噴射量TQfMIを算出する
構成とする。あるいは図55のように
(b1)分配係数を織り込むとともに空気過剰率に応じて変化するフィードバックゲインをメイン噴射量の制御とポスト噴射時期の制御とで別々に設定しておき、
(b2)この空気過剰率により変化するフィードバックゲインと偏差DNEとを用いてフィードバック量ItIscP、QfIscMを演算し、
(b3)各フィードバック量ItIscP、QfIscMで対応するポスト噴射時期、燃料噴射量を補正して目標ポスト噴射時期TItPとメイン噴射量TQfMIを算出する
構成とする。
【0008】
ここで、制御量の分配係数KDNEを定めるのに空気過剰率をもってするのは、以下の考えに基づくものである。
【0009】
まず、ポスト噴射燃料のうちポストトルクに変化する割合はポスト噴射量が一定であればポスト噴射時期に応じて変化しポスト噴射時期が進角するほど増加する。またポスト噴射時期が同じであればポストトルクはポスト噴射量が多いほど大きくなる。したがってポストトルクの大きさはポスト噴射時期とポスト噴射量により定まるものと考えられる。一方、メイン噴射量とポスト噴射量の合計で空気過剰率が定まるため、ポスト噴射量が変化すれば空気過剰率が変化する。そこで、ポスト噴射量を大きく設定する場合にそのポスト噴射量により定まる空気過剰率とポスト噴射時期とをパラメータにしてポストトルクの影響を調べたところ図56に示す結果が得られた。同図中段に示すように、ポストトルクは空気過剰率一定(ポスト噴射量一定)の場合ポスト噴射時期が遅角するほど低下している。よってポスト噴射時期を遅角することでポストトルクを抑制することができる。
【0010】
また、図56上段のように一般的に空気過剰率が小さくなるとポスト噴射分の燃費(燃焼率)が悪化する。すなわちメイン噴射量が小さいとき(空気過剰率が大きい)にはポスト噴射燃料が燃焼する際の雰囲気中の酸素濃度が十分であり燃料と酸素との反応が起り易い(燃焼速度が速い)ためポスト噴射燃料のほぼ全量が燃焼してポスト噴射分の燃費が良くなる。一方、メイン噴射量が大きいとき(空気過剰率が小さい)にはポスト噴射燃料が燃焼する際の雰囲気中の酸素濃度が少なく燃焼速度が遅いためポスト噴射燃料の一部が燃え残ってポスト噴射分の燃費が悪くなるとともに先に燃焼したポスト噴射燃料の発生熱がその後に燃焼に使われるためポスト噴射による総熱量が小さくなりポストトルクが小さくなる。これにより図56中段に示すように空気過剰率が小さくなるほどポスト噴射時期の変化に対するポストトルクの変化が小さくなる(ポストトルク感度が悪くなる)。
【0011】
よってポスト噴射量を大きく設定する場合に空気過剰率が大きくなるほどポストトルク感度がよくなるといった現象を示す範囲をλ1〜λ2で定義すると、図57(a)に示した概念図が得られる。ここで、小さい側の限界値であるλ1は悪いながらもポストトルク感度がある空気過剰率である。大きい側の限界値であるλ2はポストトルクを考慮する必要のある限界の空気過剰率である。
【0012】
次に、図57(a)により本発明の制御概念を説明する。同図において縦軸はポストトルク感度に相当するパラメータであり、ポスト噴射のトルク制御に対するポスト噴射の分担割合を表す。たとえば0はポスト噴射の分担割合が0、つまりメイン噴射のみでトルク制御を行うことを示す。この状態から値が大きくなるのにつれてポスト噴射の分担割合が増し、1になると今度はポスト噴射のみでトルク制御を行うことを示す。
【0013】
なお、ポスト噴射によるトルク制御はポスト噴射量でなくポスト噴射時期の制御で行う。これに対してメイン噴射によるトルク制御はメイン噴射量の制御で行う。
【0014】
これによりポスト噴射が開始してエンジントルクが増加したとき、空気過剰率がλ1〜λ2の範囲内でλ2側にあればポスト噴射時期を遅角することで効果的にポストトルクを低減できるため、メイン噴射量を低減させる量が、従来のメイン噴射量のみでエンジントルクを低下させる場合より小さくなる。
【0015】
したがって図57(a)に示すように空気過剰率がλ1〜λ2の範囲内でλ2に近いほどポスト噴射時期の制御に重みをもたせることで、すなわち空気過剰率に応じてメイン噴射量及びポスト噴射時期を制御することで排気の悪化を招くことなくトルク変動を防止できることになる。
【0016】
なお、図57(a)では直線の特性としているが、実際の制御に適用するに際しては図57(b)に示したように空気過剰率がλ1〜λ2の範囲外にあるときについても含めて対処することが必要となるためλ1〜λ2の範囲とそれ以外の範囲との領域の境で運転状態が大きく変化しないように曲線の特性として滑らかにつないでいる。
【0017】
次に空気過剰率がλ1〜λ2の範囲外にあるときについて説明する。
【0018】
まず空気過剰率がλ2より大きなλ2〜λ3の範囲内ではポスト噴射量はそれほど大きくなく一般的な量であるため本発明の課題(ポスト噴射量を大きく設定する場合の回転速度の変動)が発生しない領域である。よってこの領域では従来通りメイン噴射量によるトルク制御だけで十分に回転速度の変動を防止できるため、図57(b)に示すようにλ3に近いほどメイン噴射量の制御に重みをもたせればよい。
【0019】
また空気過剰率がλ1より小さな範囲ではポスト噴射量は大幅に大きくなっているもののポスト噴射燃料の燃焼速度が非常に遅くポストトルク感度が悪いため、メイン噴射量の制御に重みをもたせるようにすべきである(したがってメイン噴射量の制御だけでトルク制御を行う)。
【0020】
なお、ポスト噴射時期を進角するほどポスト噴射燃料のうちポストトルクに変化する割合が高くなること、一方遅角するほどポスト噴射分の燃費が悪くなり(燃焼しない燃料の割合が高くなり)、それに応じて排気が悪化する(未然HCの排出量が増大する)ことを考慮して、ポスト噴射時期は図56中のハッチングの範囲内で制御するようにしている。
【0021】
また、図57(b)でのλ2近傍でポスト噴射の制御の分担割合が最大となるが、その場合に最大値の1とせず1弱としてメイン噴射量による制御の余地を残しているのは、例えばアイドル時に補機負荷の変化により回転変動が発生したときメイン噴射量でトルク制御を行ってこの回転変動を吸収させるようにするためである。
【0022】
なお、図57(b)を用いて本発明の対象であるポスト噴射量を大きく設定する場合と、従来より行われている一般的なポスト噴射量に設定する場合とを比較してみると、図中のλ3がポスト噴射開始前のメイン噴射のみの空気過剰率である。一般的なポスト噴射量はメイン噴射量に対してそれほど大きくなく、そのときのポスト噴射開始後の空気過剰率はλ4となってλ3からそれほどずれるものでない。ところが本発明の対象であるポスト噴射量を大きく設定した場合のポスト噴射開始後の空気過剰率は例えばλ5となり、従来より行われている一般的な場合のλ4に比して相当小さくなっている。
【0023】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、メイン噴射と、このメイン噴射後の膨張行程でのポスト噴射とを行うディーゼルエンジンの制御装置において、アイドル時にポスト噴射を行う場合、目標回転速度が維持されるようにメイン噴射量とポスト噴射時期を合わせて制御するトルク制御手段を備え、図54に示すように前記トルク制御手段が、目標空気過剰率Tlambを設定する手段(図示しない)と、実際のエンジン回転速度Neの目標回転速度TNEからの偏差DNEを演算する手段31と、トルク制御に対するポスト噴射の分担割合を表す制御量分配係数KDNEを前記目標空気過剰率Tlambに応じ目標空気過剰率Tlambが大きくなるほど大きくなる値で設定する手段32と、この分配係数KDNEで前記偏差DNEを分配することによりポスト噴射時期に対する制御量とメイン噴射量に対する制御量とを決定する(たとえばDNE×KDNEをポスト噴射時期に対する制御量として、これに対してDNE×(1−KDNE)をメイン噴射量に対する制御量として決定する)手段33と、ポスト噴射時期に対する制御量とフィードバックゲインとを用いてポスト噴射時期のフィードバック量ItIscPを演算する手段34と、このフィードバック量ItIscPでポスト噴射時期を補正して目標ポスト噴射時期TItPを算出する手段35と、メイン噴射量に対する制御量とフィードバックゲインとを用いてメイン噴射量のフィードバック量QfIscMを演算する手段36と、このフィードバック量QfIscMで燃料噴射量Qfを補正してメイン噴射量TQfMIを算出する手段37とからなる。
【0025】
第2の発明は、メイン噴射と、このメイン噴射後の膨張行程でのポスト噴射とを行うディーゼルエンジンの制御装置において、アイドル時にポスト噴射を行う場合、目標回転速度が維持されるようにメイン噴射量とポスト噴射時期を合わせて制御するトルク制御手段を備え、図55に示すように前記トルク制御手段が、目標空気過剰率Tlambを設定する手段(図示しない)と、実際のエンジン回転速度Neの目標回転速度TNEからの偏差DNEを演算する手段31と、トルク制御に対するポスト噴射の分担割合を表す制御量分配係数を織り込んだフィードバックゲインを前記目標空気過剰率Tlambに応じ目標空気過剰率Tlambが大きくなるほどこの制御量分配係数が大きくなるようにメイン噴射量の制御用とポスト噴射時期の制御用とに別々に設定する手段41、42と、目標空気過剰率Tlambにより変化するこのポスト噴射時期の制御用のフィードバックゲインと前記偏差DNEとを用いてポスト噴射時期のフィードバック量ItIscPを演算する手段43と、このフィードバック量ItIscPでポスト噴射時期を補正して目標ポスト噴射時期TItPを算出する手段35と、目標空気過剰率Tlambにより変化するこのメイン噴射量の制御用のフィードバックゲインと前記偏差DNEとを用いてメイン噴射量のフィードバック量QfIscMを演算する手段44と、このフィードバック量QfIscMで燃料噴射量Qfを補正してメイン噴射量TQfMIを算出する手段37とからなる。
第3の発明では、第1または第2の発明においてポスト噴射時期の変化に対するポストトルクの変化をポストトルク感度とし、前記目標空気過剰率が大きくなるほどこのポストトルク感度がよくなるといった現象を示す範囲を、小さい側の限界値(λ1)から大きい側の限界値(λ2)までで定義したとき、この大きい側の限界値(λ2)に近いほどポスト噴射時期のトルク制御に重みを持たせるように前記制御量分配係数を設定する。
【0026】
第4の発明では、第1の発明においてポスト噴射時期のフィードバック量ItIscPを演算するのに用いるフィードバックゲインをポスト噴射時期に応じて補正する。
【0027】
第5の発明では、第1から第4までのいずれか一つの発明において空気過剰率が1を超える雰囲気でNOxを保持し空気過剰率が1以下の雰囲気でNOxを浄化するNOx触媒機能、HC・COを酸化する酸化触媒機能または排気微粒子を捕捉するフィルタ機能を単独でまたは組み合わせで持つ排気浄化装置を備える。
【0028】
第6の発明では、第5の発明おいてターボ過給機を備え、アイドル時にポスト噴射を行う場合にターボ過給機に回収される排気エネルギを抑制する。
【0029】
【発明の効果】
ポストトルクはポスト噴射量一定の場合ポスト噴射時期が遅角するほど低下するためポスト噴射時期を遅角することでポストトルクを抑制することができる。したがって、第1、第2の発明によりメイン噴射量に加えてポスト噴射時期を制御し、その際ポスト噴射量を大きく設定してあっても大きなポストトルクが生じて回転変動に影響することがないようにポスト噴射時期を遅角側に制御することで、アイドル時にポスト噴射を行う場合にもエンジン回転速度の変動をポスト噴射を行わない通常のアイドル時と同一に保つことができる。
【0030】
第1、第2の発明によればポスト噴射量が増大するのに伴い空気過剰率が小さくなってゆくので、この空気過剰率の減少に合わせてポスト噴射時期によりトルクを制御する割合を増し、所定の空気過剰率においてポスト噴射時期によりトルクを制御する割合を最大にすることができる。この状態ではメイン噴射量はほぼ所定値に固定され、ポスト噴射時期(ポスト噴射開始時期)によりトルクが制御される。すなわち、ポストトルクの生成により実回転速度が目標値より上昇したときにはポスト噴射開始時期を遅らせることによりトルクが減らされ、この逆に実回転速度が目標値より低下したときにはポスト噴射開始時期を進めることによりトルクが増やされ、これによって実回転速度が目標値へと戻される。
【0031】
この場合、ポスト噴射量が大きく設定されていても従来装置のようにメイン噴射量が減らされることはないのでメイン噴射により最低限必要なトルクは確保されており、また目標空気過剰率を運転性や排気が悪化しないように予め定めておけばポスト噴射量は基本的にこの目標空気過剰率を達成する量となるため、ポスト噴射により所望の温度にまで排気温度を高めつつ燃焼、運転性や排気の悪化を抑制することができる。
【0032】
そして、ポスト噴射量がさらに増大し目標空気過剰率が1の近傍にきたときにはポストトルクの発生量が低下するためポスト噴射時期によりトルクを制御する割合を最小に、つまりメイン噴射量によりトルクを制御する割合を最大にすることができる。この状態ではたとえば実回転速度が目標値より低下したときにはメイン噴射量を増やすことによりトルクが増やされ、この逆に実回転速度が目標値より上昇したときにはメイン噴射量を減らすことによりトルクが減らされ、これによって実回転速度が目標値へと戻される。
【0033】
第4の発明によればアイドル時にポスト噴射を行う場合の回転速度の変動をより精度良く制御することができる。
【0034】
第5の発明によれば、空気過剰率が1を超える雰囲気(リーン雰囲気)でNOxを保持し空気過剰率が1以上の雰囲気(リッチ雰囲気)でNOxを浄化するNOx触媒機能、HC・COを酸化する酸化触媒機能または排気微粒子を捕捉するフィルタ機能を単独であるいは組み合わせで持つ排気浄化装置を第1、第2、第3、第4の発明によるアイドル時のポスト噴射時期およびメイン噴射量のフィードバック制御とを組み合わせることで、アイドル時にもNOxの浄化、フィルタの再生、被毒の解除が可能になり排気後処理装置の性能信頼性と耐久性を高めることができる。
【0035】
第6の発明によれば、ターボ過給機を備える機関の場合に排気エネルギがターボ過給機に回収されることなくターボ過給機の下流に位置する排気後処理装置へと供給されるので、ポスト噴射による昇温効果を効率よく活用することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
図1はディーゼルエンジンの概略的な構成図で、1はエンジン本体、2は吸気通路、3は排気通路である。
【0037】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置4を備える。これは主として図示しない燃料タンクとサプライポンプ、コモンレール(蓄圧室)5、気筒毎に設けられる燃料噴射ノズル6からなり、高圧のサプライポンプに生成した高圧燃料をコモンレール5に蓄え、燃料噴射ノズル6内の三方弁7によってノズルニードルの開閉を行うことで、噴射の開始と終了を自由に制御することができる。コモンレール5内の燃料圧力は圧力センサとサプライポンプの吐出量制御機構により、常にエンジンの求める最適値に制御される。
【0038】
9は排気通路3と吸気通路2とを連通する通路8に設けられ、EGR(排気環流)を行うためのEGR弁(EGR装置)、11は可変ノズルを備えるターボ過給機(排気タービン11a、コンプレッサ11b、可変ノズル11cからなる)、12はインタークーラである。
【0039】
燃料噴射量、噴射時期、燃料圧力などの制御は、マイクロプロセッサで構成されるコントロールユニット15により行われる。このためコントロールユニット15にはアクセル開度センサ16、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ17、気筒判別のためのセンサ18、水温センサ19からの信号が、図示しない吸気温度センサ、大気圧センサからの信号とともに入力し、これらに基づいてコントロールユニット15は、エンジン回転速度とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量と燃料噴射時期を演算し、この目標燃料噴射量に対応してノズル内の三方弁7のON時間を制御し、また目標噴射時期に対応して三方弁7のON時期を制御する。
【0040】
排気通路3には酸化触媒機能付きのNOx触媒13を備える。このNOx触媒13は排気の空気過剰率が1を越える領域で排気中のNOxを吸着し、空気過剰率が1以下になると吸着していたNOxを脱離するともにこの脱離したNOxを空気過剰率が1以下の雰囲気下に存在するHC、COを還元剤として用いて還元浄化するものである。このNOx触媒13の吸着NOxを定期的に還元浄化してNOx触媒13を再生するため一定の条件になるとコントロールユニット15はメイン噴射後の膨張行程でポスト噴射を行う。このときのポスト噴射の目的は
(1)リッチ燃焼により排気温度を上昇させこれにより触媒の昇温を図ること、
(2)触媒によるNOxの還元を促進すること(そのためには空気過剰率が1未満であることが必要)
の2つであるため、目標空気過剰率を1.0以下に設定する。
【0041】
NOx触媒13の下流のDPF(ディーゼルパーティキュレートフィルタ)14はすすなどの排気微粒子を捕捉するためのものである。このDPF14に捕捉された排気微粒子が所定値になったときには排気温度を高めて排気微粒子を自着火させて燃焼させDPF14を再生するため一定の条件になるとコントロールユニット15がメイン噴射後の膨張行程でポスト噴射を行う。このときのポスト噴射の目的は排気微粒子を燃焼させること(つまり酸素が必要なため空気過剰率は1以上であることが必要)であるため、目標空気過剰率を例えば1.2以下に設定する。
【0042】
このようにNOx触媒13、DPF14の再生のためいずれもポスト噴射を行うが、それぞれでポスト噴射の目的とその際の目標空気過剰率が異なるので、NOx触媒13を再生するためポスト噴射を行う運転をリッチ運転、DPF14を再生するためポスト噴射を行う運転を再生運転として区別する。
【0043】
こうしたポスト噴射はアイドル時にも行うのであるが、空気過剰率が1.2以下となるときのポスト噴射量は、従来より一般に行われるポスト噴射量の数倍する量であり、従来は考慮の対象外であったポストトルクが発生する。そこで、このポストトルクの影響を受けて回転速度変動が生じないように、つまり従来より一般に行われるポスト噴射量の数倍する量のポスト噴射が行われるときにも目標回転速度TNEが維持されるようにコントロールユニット15はメイン噴射量に加えてポスト噴射時期をも制御する。具体的には、
▲1▼予め定めた目標空気過剰率Tlambに応じて制御量の分配係数KDNEを定め、
▲2▼この分配係数KDNEで目標回転速度TNEからの偏差DNEを分配することにより、DNE×KDNEをポスト噴射時期に対する制御量として、これに対してDNE×(1−KDNE)をメイン噴射量に対する制御量として決定し、
▲3▼あとは各制御量とPIDゲイン(フィードバックゲイン)とを用いてフィードバック量ItIscP、QfIscMを演算し、
▲4▼各フィードバック量ItIscP、QfIscMで対応するポスト噴射時期TPIT、燃料噴射量Qfを補正して目標ポスト噴射時期TItPとメイン噴射量QfMIを算出する。
【0044】
コントロールユニット15で行われるこのアイドル回転速度制御を含んだ制御の内容をフローチャートに基づいて説明する。
【0045】
図2は燃料噴射量Qfを演算するフローである。このフローはクランク角の基準位置信号(図ではRef.で略記)の入力毎に実行する。ステップ1でエンジン回転速度Neとアクセル開度CLを読み込み、ステップ2でこれらNeとCLから図3を内容とするマップを検索することにより基本燃料噴射量Mqdrvを演算する。ステップ3ではこの基本燃料噴射量に対してエンジン冷却水温等に基づいて各種の補正を行い、この補正後の値Qf1に対してさらにステップ4で図4を内容とするマップに基づいて燃料噴射量の最大値Qf1MAXによる制限を行い、制限後の値を燃料噴射量Qfとして演算する。
【0046】
図5はシリンダ吸入新気量Qacを演算するフローである。
【0047】
ステップ1ではエアフローメータ(AMF)の出力電圧を読み込み、ステップ2でこの出力電圧からテーブル変換により吸気量を演算する。ステップ3では吸気脈動の影響をならすためこの吸気量演算値に対して加重平均処理を行う。
【0048】
ステップ4ではエンジン回転速度Neを読み込み、ステップ5においてこの回転速度Neと前記した吸気量の加重平均値Qas0とから1シリンダ当たりの吸入空気量Qac0を
【0049】
【数1】
Qac0=(Qas0/Ne)×KCON#、
ただし、KCON#:定数、
の式により計算する。
【0050】
エアフローメータはコンプレッサ上流の吸気通路に設けており、エアフローメータからコレクタまでの輸送遅れ分のディレイ処理を行うためステップ6ではn(ただしnは整数の定数)回前のQac0の値をコレクタ入口位置における1シリンダ当たりの吸入新気量Qacnとして求めている。そしてステップ7ではこのQacnに対して
【0051】
【数2】
Qac=Qacn-1×(1−Kvol×Kin)+Qacn×Kvol×Kin、
ただし、Qacn-1:Qacの前回値、
の式(一次遅れの式)により吸気弁位置における1シリンダ当たりの吸入新気量(この吸入新気量を以下「シリンダ吸入新気量」という。)Qacを演算する。これはコレクタ入口から吸気弁までの新気のダイナミクスを補償するためのものである。
【0052】
図6は体積効率相当値Kinを演算するフローである。ステップ1ではシリンダ吸入新気量Qac、燃料噴射量Qf、エンジン回転速度Neを読み込む。ステップ2、3ではシリンダ吸入新気量Qacと回転速度Neから図7を内容とするマップを検索することにより体積効率基本値KinH1を、また燃料噴射量Qfと回転速度Neから図8を内容とするマップを検索することにより体積効率負荷補正値KinH2を演算し、ステップ4においてこれらKinH1、KinH2を乗算して体積効率相当値Kinを演算する。
【0053】
図9は運転履歴に基づいてリッチ運転フラグを設定するフローである。このフローは所定の時間毎(例えば100ms毎)に実行する。まずステップ1でリッチ運転フラグの前回値であるF RSn-1をみる。始動後すぐのときにはF RSn-1=0であるので、ステップ2で変数の前回値であるIntgNESn-1にそのときのエンジン回転速度Neを加えた値を変数の今回値であるIntgNESとし、同様にしてステップ3では変数の前回値であるIntgVSPSn-1にそのときの車速VSPを加えた値を変数の今回値であるIntgVSPSとする。これにより変数IntgNES、IntgVSPSはそれぞれエンジン回転速度、車速の各積算値を表す。
【0054】
ステップ5ではエンジン回転速度の積算値を表す変数IntgNESと所定値NERS#を比較する。変数IntgNESが所定値NERS#を超えるとリッチ運転を行わせるためステップ6でリッチ運転フラグF RS=1として処理を終了する。変数IntgNESが所定値NERS#以下の場合はステップ5よりステップ7に進み今度は車速の積算値を表す変数IntgVSPSと所定値VSPRS#を比較する。変数IntgVSPSが所定値VSPRS#を超えるときもリッチ運転を行わせるためステップ6でリッチ運転フラグF RS=1として処理を終了する。
【0055】
次回は100ms後であり、リッチ運転フラグ=1となった次のタイミングではF RSn-1=1であることよりステップ4に進み、2つの変数ともリセットする(IntgNES=0、IntgVSPS=0)。このあとはステップ5、7よりステップ8に進むことになり、リッチ運転フラグF RS=0として処理を終了する。100ms後の次回はステップ1よりステップ2、3と進み再びエンジン回転速度と車速を積算する。
【0056】
このようにして図9によればリッチ運転フラグF RSはエンジン回転速度または車速の積算値が所定値を超えたタイミングから100msの間だけ1となるフラグである。
【0057】
図10は運転履歴に基づいて再生運転フラグを設定するフローである。図10の処理は図9の処理と同様である。ステップ1で再生運転フラグの前回値であるF RGn-1をみる。始動直後であればF RGn-1=0であるのでステップ2に進み、変数の前回値であるIntgNEGn-1にそのときのエンジン回転速度Neを加えた値を変数の今回値であるIntgNEGとし、同様にしてステップ3では変数の前回値であるIntgVSPGn-1にそのときの車速VSPを加えた値を変数の今回値であるIntgVSPGとする。これによりIntgNEG、IntgVSPGはそれぞれエンジン回転速度、車速の各積算値を表す。
【0058】
ステップ5ではエンジン回転速度の積算値を表す変数IntgNEGと所定値NERG#を比較する。変数IntgNEGが所定値NERG#を超えると再生運転を行わせるためステップ6で再生運転フラグF RG=1として処理を終了する。変数IntgNEGが所定値NERG#以下の場合はステップ5よりステップ7に進み今度は車速の積算値を表す変数IntgVSPGと所定値VSPRG#を比較する。変数IntgVSPGが所定値VSPRG#を超えるときも再生運転を行わせるためステップ6で再生運転フラグF RG=1として処理を終了する。
【0059】
次回は100ms後であり、フラグ=1となった次のタイミングではF RGn-1=1であることよりステップ4に進み2つの変数ともリセットする(IntgNEG=0、IntgVSPG=0)。このあとはステップ5、7よりステップ8に進むことになり、再生運転フラグF RG=0として処理を終了する。100ms後の次回はステップ1よりステップ2、3と進み再びエンジン回転速度と車速を積算する。
【0060】
このようにして、図10によれば回転速度または車速の積算値が所定値を超えたタイミングより100msの間だけ再生運転フラグF RG=1となる。
【0061】
図11はポスト噴射フラグF POSTを設定するフローである。ポスト噴射の許可判定はステップ1〜7の内容を一つずつチェックすることにより行い、各項目の総てが満たされたときにポスト噴射を許可し、1つでも反するときはポスト噴射を禁止する。すなわち、
ステップ1)エンジン回転速度Neと燃料噴射量Qfとがポスト噴射許可領域にある。
【0062】
ステップ2)大気圧Paが所定範囲内にある。
【0063】
ステップ3)大気温度Taが所定範囲内にある。
【0064】
ステップ4)冷却水温Twが所定範囲内にある。
【0065】
ステップ5)シリンダ吸入新気量Qacが所定範囲内にある。
【0066】
ステップ6)リッチ運転フラグF RS=1であるかまたは再生運転フラグF RG=1である。
ときにステップ7でポスト噴射運転を許可するためポスト噴射フラグF POST=1とし、そうでなければポスト噴射運転を許可しないためステップ8に移行してフラグF POST=0とする。
【0067】
図12は目標メイン噴射時期TMITの演算フローである。ステップ1でエンジン回転速度Ne、燃料噴射量Qf、大気圧Pa、冷却水温Tw、吸入新気温度Ta、上記3つのフラグ(ポスト噴射フラグF POST、リッチ運転フラグF RS、再生運転フラグF RG)を読み込み、このうちステップ2では3つのフラグにしたがって図13〜図15を内容とするマップのいずれかを選択し、エンジン回転速度Neと燃料噴射量Qfからその選択したマップを検索することにより目標メイン噴射時期の基本値TMITBを演算する。
【0068】
図12のステップ3〜5では冷却水温Tw、吸入新気温度Ta、大気圧Paから図16、図17、図18を内容とするテーブルを検索することにより目標メイン噴射時期の水温補正係数KMITTw、吸気温度補正係数KMITTa、大気圧補正係数KMITPaを演算し、ステップ6において
【0069】
【数3】
KM IT=KMITTw×KMITTa×KMITPa
の式によりメイン噴射時期補正量KM ITを計算する。ステップ7ではこのメイン噴射時期補正量KM ITを用いて
【0070】
【数4】
TMIT1=KM IT×TMITB
の式により目標メイン噴射時期基本値TMITBを補正し、補正後の値を目標メイン噴射時期TMIT1とする。
【0071】
目標メイン噴射時期基本値TMITBは、所定のクランク角位置から進角側に測った値(進角量)である。したがって、補正係数KMITTw、KMITTa、KMITPaが1.0より大きな値のときメイン噴射時期が進角される。図16に示したように低水温時に補正係数KMITTwの値を1.0より大きな値としているのは、低水温時に燃料温度が低くて燃焼が遅れがちになるので、燃焼の中心を進角側にもってくるためである。図17のように吸入新気温度Taが低い場合に補正係数KMITTaを1.0より大きな値とし、図18のように大気圧Paが低い場合に補正係数KMITPaを1.0より大きな値としているのも、同様の理由からである。
【0072】
図12のステップ8ではエンジン回転速度Neと燃料噴射量Qfとから図19、図20を内容とするマップを検索することにより最大メイン噴射時期MITMAX、最小メイン噴射時期MITMINを演算し、TMIT1が最大値と最小値の間にあればTMIT1の値を、またTMIT1が最大値を超える場合はMITMAXを、TMIT1が最小値を下回る場合はMITMINを目標メイン噴射時期TMITとして演算する。これはリミッタ処理である。
【0073】
図21はポスト噴射時期TPITの演算フローである。演算方法そのものは目標メイン噴射時期と同様である。ステップ1でエンジン回転速度Ne、燃料噴射量Qf、大気圧Pa、冷却水温Tw、吸入新気温度Ta、リッチ運転フラグF RS、再生運転フラグF RGを読み込む。ステップ2ではこれら2つのフラグの値にしたがって図22、図23を内容とするマップのいずれかを選択し、エンジン回転速度Neと燃料噴射量Qfからその選択したマップを検索することによりポスト噴射時期の基本値TPITBを演算する。なお、図示しないが、ポスト噴射フラグF POST=0であるときにはポスト噴射を行う必要がないので、ポスト噴射時期を演算しない。
【0074】
図21のステップ3〜5では冷却水温Tw、吸入新気温度Ta、大気圧Paから図24、図25、図26を内容とするテーブルを検索することによりポスト噴射時期の水温補正係数KPITTw、吸気温度補正係数KPITTa、大気圧補正係数KPITPaを演算し、ステップ6において
【0075】
【数5】
KP IT=KPITTw×KPITTa×KPITPa
の式によりポスト噴射時期補正量KP ITを計算する。ステップ7ではこのポスト噴射時期補正量KP ITを用いて
【0076】
【数6】
TPIT1=KP IT×TPITB
の式によりポスト噴射時期基本値TPITBを補正し、補正後の値をポスト噴射時期TPIT1とする。
【0077】
ポスト噴射時期基本値TPITBも、前述の目標主噴射時期基本値TMITBと同様、所定のクランク角位置から進角側に測った値(進角量)である。また補正係数KPITTw、KPITTa、KPITPaが1.0より大きな値のときポスト噴射時期が進角される。ポスト噴射について図24、図25、図26の各特性とした理由は主噴射について図16、図17、図18の各特性としたのと同様である。
【0078】
図21のステップ8ではエンジン回転速度Neと燃料噴射量Qfとから図27、図28を内容とするマップを検索することにより最大ポスト噴射時期ITPMAX、最小ポスト噴射時期ITPMINを演算し、TPIT1が最大値と最小値の間にあればTPIT1の値を、またTPIT1が最大値を超える場合はITPMAXを、TPIT1が最小値を下回る場合はITPMINを目標ポスト噴射時期TPITとして演算する(リミッタ処理)。
【0079】
図29は目標空気過剰率を演算するフローである。ここでは運転時が再生運転時、リッチ運転時、それ以外の通常運転時の3つに分かれるので、図30〜図32に示したように各運転時に最適な空気過剰率を定めている(回転速度と燃料噴射量Qfが同じでも図32の通常運転時、図30の再生運転時、図31のリッチ運転時の順に値が小さくなっている)。このため、いずれの運転時であるのかをみてそのときの運転時に適した目標空気過剰率を演算する。すなわちステップ1、2では再生運転フラグF RGまたはリッチ運転フラグF RSをみる。F RG=1のとき(再生運転時)にはステップ3で図30を内容とするマップを検索することにより再生運転時の目標空気過剰率TlambRGを演算し、これをステップ6で目標空気過剰率基本値Tlamb0に入れる。同様にして、F RS=1のとき(リッチ運転時)にはステップ4で図31を内容とするマップを検索することによりリッチ運転時の目標空気過剰率TlambRSを、また2つのフラグとも0であるときにはステップ5で図32を内容とするマップを検索することにより通常運転時の目標空気過剰率TlambNMを演算し、これをステップ7、8で目標空気過剰率基本値Tlamb0に入れる。
【0080】
図29のステップ9では冷却水温Tw、大気圧Paから図33、図34を内容とするテーブルを検索することにより水温補正係数KlambTW、大気圧補正係数KlambPAを演算し、これらを乗算して空気過剰率補正量Klambを算出する。ステップ10ではこの空気過剰率補正量Klambを用いて
【0081】
【数7】
Tlamb=Tlamb0×Klamb
の式により目標空気過剰率Tlambを算出する。
【0082】
上記の補正係数KlambTW、KlambPAはまだどのようにすればよいか実験の最中で、図33、図34の特性は現在までの実験結果を盛り込んだものである。すなわち、低水温時に空気過剰率がやや高めとなるように設定しているのは、低水温時は燃料の蒸発が遅いためHCに起因する白煙が出やすいためである。また、低大気圧時に空気過剰率が低めとなるように設定しているのは、低大気圧時に空気が減った分燃料が減ってトルクが低下するので、これを補うためである。いずれにしても図33、図34の特性は絶対的なものでない。
【0083】
図35はアイドル回転速度の制御フローである。ステップ1ではアクセル開度、エンジン回転速度等からアイドル回転速度のフィードバック制御域であるかどうかを判断する。アイドル回転速度のフィードバック制御域であればステップ2〜4で実回転速度数Neの目標回転速度TNEからの差分DNEを算出する。
【0084】
目標回転速度TNEの演算については図36のフローにより説明する。図36においてステップ1、2で冷却水温Twを読み込みこの値から図37を内容とするテーブルを検索することにより目標アイドル回転速度基本値TNE0を演算する。基本値TNE0は低温になるほど高くなる値である。ステップ3ではバッテリ電圧などからアイドル回転速度補正量を演算する。たとえばバッテリ電圧Batに応じた補正量は図38のようになる。ステップ4では補正量と基本値を足し合わせた値を目標回転速度TNEとして算出する。
【0085】
図35のステップ5では目標空気過剰率Tlamb(図29で得ている)から図39を内容とするテーブルを検索することにより制御量分配係数KDNEを演算し、ステップ6、7で
【0086】
【数8】
DNEMI=(1−KDNE)×DNE、
DNEPI=KDNE×DNE、
の各式によりメイン噴射量制御、ポスト噴射時期制御に割り当てる各制御量DNEMI、DNEPIを算出し、これら各制御量DNEMI、DNEPIに基づきステップ8、9においてメイン噴射補正量QfIscM、ポスト噴射時期補正量ItIscPを演算する。
【0087】
ここで、図39の制御量分配係数KDNEの特性は図57(b)に対応させたものである。すなわち空気過剰率がλ3以上ではKDNEの値は0であり、空気過剰率がλ3より小さくなるにつれて大きくなり、空気過剰率がλ2で1弱のピークをとる。さらに空気過剰率が小さくなるにつれて小さくなりλ1以下ではほぼ0に戻る。このため、KDNEの値が1に近づくほどポスト噴射時期によりトルクを制御する割合が増えるのに対応してメイン噴射量によりトルクを制御する割合が減り、この逆にKDNEの値が0に近づくほどポスト噴射時期によりトルクを制御する割合が減るのに対応してメイン噴射量によりトルクを制御する割合が増える。なお図57(b)で示したλ1、λ2、λ3をここでも書き入れている。また、図39のλ2近傍で最大値の1とせず1弱としてメイン噴射量による制御の余地を残しているのは、アイドル時に補機負荷の変化により回転変動が発生したときメイン噴射量でトルク制御を行ってこの回転変動を吸収させるようにするためであることはいうまでもない。
【0088】
上記のメイン噴射補正量QfIscMの演算については図40のフローにより、ポスト噴射時期補正量ItIscPの演算については図45のフローにより説明する。なお、これらの演算は比例・積分・微分補償器の次式のアルゴリズムに従うものである(他の制御機構でもよい)。
【0089】
【数9】
ただし、u(t)は操作量、KPは比例ゲイン、KIは積分時定数、KDは微分時定数、e(t)は偏差、u(t0)はuの初期値である。
【0090】
まず図40から説明すると、図40においてステップ1では比例、積分、微分の各ゲインKPM、KIM、KDMを演算した後ステップ2で積分ゲインKIMと割り当て制御量DNEMIを用いて
【0091】
【数10】
IscMI=IscMIn-1+(dT/KIM)×DNEMI、
ただし、dT:演算周期、
IscMIn-1:IscMIの前回値、
の式で積分補正値IscMIを演算し、ステップ3でこの値を上下制限値以内に制限した値を改めて積分補正値IscMIとする。
【0092】
ステップ4では割り当て制御量DNEMIの変化量と微分ゲインKDMを用いて
【0093】
【数11】
IscMD=(DNEMI−DNEMIn-1)×KDM/dT
ただし、DNEMIn-1:DNEMIの前回値、
の式で微分補正値IscMDを演算し、ステップ5で比例ゲインKPM、割り当て制御量DNEMI、積分補正値IscMI、微分補正値IscMDを用いて
【0094】
【数12】
QfIscM=KPM×(DNEMI+IscMI+IscMD)+QfMini、
ただし、QfMini:初期値、
の式によりメイン噴射補正量QfIscMを算出する。
【0095】
ここで、積分補正値の初期値であるQfMiniにはアイドル時の燃料噴射量の1/4〜1/2程度の値を与える。これは積分制御の収束を早くするためである。
【0096】
上記3つのゲインKPM、KIM、KDMの演算については図41により説明する。図41においてステップ1では比例ゲイン基本値KPMB、空気過剰率補正係数KPMLおよびポスト噴射時期補正係数KPMPITの積で比例ゲインKPMを算出する。同様にしてステップ2、3では積分ゲイン、微分ゲインの基本値KIMB、KDMB、空気過剰率補正係数KIML、KDMLおよびポスト噴射時期補正係数KIMPIT、KDMPITの積で積分ゲインKIM、微分ゲインKDMを算出する。
【0097】
ただし、基本値、空気過剰率補正係数、ポスト噴射時期補正係数は一定値でなく、基本値KPMB、KIMB、KDMBは図42のように冷却水温Twに応じて、空気過剰率補正係数KPML、KIML、KDMLは図43のように目標空気過剰率に応じて、ポスト噴射時期補正係数KPMPIT、KIMPIT、KDMPITは図44のようにポスト噴射時期TPITに応じて設定している。
【0098】
ここで、図42では暖機完了後に対して低水温時はゲインが小さくなるように設定している(しないとハンチングの恐れあり)。これは後述する図47においても同様である。
【0099】
次に、ポスト噴射時期補正量ItIscPの演算について図45のフローにより説明する。ステップ1で比例、積分、微分の各ゲインKPT、KIT、KDTを演算した後ステップ2で
【0100】
【数13】
IscTI=IscTIn-1+(dT/KIT)×DNEPI、
ただし、dT:演算周期、
IscTIn-1:IscMIの前回値、
の式により積分補正値IscTIを演算し、ステップ3でこの値を上下制限値以内に制限し、その結果を改めて積分補正値IscTIとする。ステップ4で
【0101】
【数14】
IscTD=(DNEPI−DNEPIn-1)×KDT/dT、
ただし、DNEPIn-1:DNEPIの前回値、
の式により微分補正値IscTDを演算し、ステップ5で
【0102】
【数15】
ItIscP=KPT×(DNEPI+IscTI+IscTD)+ITPini、
ただし、ITPini:初期値、
の式によりポスト噴射時期補正量ItIscPを算出する。
【0103】
ITPiniは数12式のQfMiniと同様積分補正値の初期値である。
【0104】
比例、積分、微分の各ゲインKPT、KIT、KDTの演算については図46はフローにより説明する。この処理は図41と同様である。すなわち、図46においてステップ1、2、3では比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインの基本値KPTB、KITB、KDTB、空気過剰率補正係数KPTL、KITL、KDTLおよびポスト噴射時期補正係数KPTPIT、KITPIT、KDTPITの積で比例ゲインKPT、積分ゲインKIT、微分ゲインKDTを算出する。基本値KPTB、KITB、KDTBは図47のように冷却水温Twに応じて、空気過剰率補正係数KPTL、KITL、KDTLは図48のように空気過剰率に応じて、ポスト噴射時期補正係数KPTPIT、KITPIT、KDTPITは図49のようにポスト噴射時期TPITに応じて設定している。
【0105】
このようにしてメイン噴射補正量QfIscMおよびポスト噴射時期補正量ItIscPを演算したら図35に戻りステップ10、11でこれら補正量を用いて
【0106】
【数16】
TQfMI=Qf+QfIscM、
TItP=TPIT+ItIscP、
の各式によりメイン噴射量TQfMI、目標ポスト噴射時期TItPを算出する。なお、目標ポスト噴射時期TItPの演算式右辺の「+」は進角を意味する。
【0107】
一方、アイドル回転速度のフィードバック制御域でないときにはステップ1よりステップ12、13に進み燃料噴射量Qfをそのままメイン噴射量TQfMI、ポスト噴射時期TPITをそのまま目標ポスト噴射時期TItPとする。
【0108】
なお、ポスト噴射量は目標空気過剰率から算出される噴射量からメイン噴射量を差し引いた値である。例えば図58に示したように
【0109】
【数17】
TQfP=Qac/Tlamb−TQfMI
の式によりポスト噴射量TQfPを算出すればよい。
【0110】
そして、メイン噴射量TQfMI、目標メイン噴射時期TMITを用いてメイン噴射を、またポスト噴射量TQfP、目標ポスト噴射時期TItPを用いてポスト噴射を行う。
【0111】
次に、本実施形態のアイドル時の作用を図50を参照しながら説明する。図50はポスト噴射量に対応して空気過剰率が変化したとき、三方弁に与える噴射パルスがどのように変化するのかをおおよそ3つの場合で示している。同図では左側の段付きパルス(ノズルニードルの開弁動作を早くするため開弁初めにソレノイドに大きな電流を流し、その後は電流を落としてノズルニードルを開弁位置に保持する)によりメイン噴射が、右側のパルス(矩形パルス)によりポスト噴射が行われる。右側のパルスがないのはポスト噴射が行われないことを表す。
【0112】
なお、同図では簡単のため3つの場合でメイン噴射開始時期を同じにしており、したがってメイン噴射終了時期を遅らせるとメイン噴射量が増え、この逆にメイン噴射終了時期を進めるとメイン噴射量が減ることになる。
【0113】
まず図50(a)はポスト噴射を行わない通常運転時(図39でλ3以上のとき)の波形である。このときにはメイン噴射量によりトルクが制御される。すなわち、実回転速度Neが目標値より低下したときにはメイン噴射終了時期を遅らせることによりトルクが増やされ、この逆に実回転速度Neが目標値より上昇したときにはメイン噴射終了時期を進めることによりトルクが減らされこれによって実回転速度が目標値へと戻される(一点鎖線参照)。これは従来装置と同様である。
【0114】
この状態からポスト噴射量が増大するのに伴い空気過剰率が小さくなってゆくので、ポスト噴射時期でトルクを制御する割合が増し、図39で空気過剰率がλ2の状態となったときが図50(b)の波形である。この状態ではメイン噴射量はほぼ所定値に固定され、ポスト噴射時期(ポスト噴射開始時期)によりトルクが制御される(一点鎖線参照)。すなわち、ポストトルクの生成により実回転速度Neが目標値より上昇したときにはポスト噴射開始時期を遅らせることによりトルクが減らされ、この逆に実回転速度Neが目標値より低下したときにはポスト噴射開始時期を進めることによりトルクが増やされ、これによって実回転速度が目標値へと戻される。
【0115】
この場合、ポスト噴射量が大きく設定されていても従来装置のようにメイン噴射量が減らされることはないのでメイン噴射により最低限必要なトルクは確保されており、また目標空気過剰率Tlambは運転性や排気が悪化しないように予め定めてありポスト噴射量は基本的にこの目標空気過剰率Tlambを達成する量であるため(数17式参照)、ポスト噴射により所望の温度にまで排気温度を高めつつ燃焼、運転性や排気の悪化を抑制することができる。
【0116】
そして、ポスト噴射量がさらに増大するとポスト噴射時期でトルクを制御する割合が減ってゆき、図39で空気過剰率が1(=λ1)の近傍にきたときにはポストルクの発生量が低下するため主にメイン噴射量によりトルクが制御される。このときの波形が図50(c)の波形である。すなわち、図50(a)と同様に実回転速度Neが目標値より低下したときにはメイン噴射終了時期を遅らせることによりトルクが増やされ、この逆に実回転速度Neが目標値より上昇したときにはメイン噴射終了時期を進めることによりトルクが減らされこれによって実回転速度が目標値へと戻される(一点鎖線参照)。
【0117】
次に、第2実施形態では第1実施形態に対して、図51に示す演算フローを追加して構成する。
【0118】
可変ノズルを有するターボ過給機を備えるエンジンでは可変ノズル11cを開くことにより過給機の排気タービン11aにより回収される熱エネルギが少なくなり、排気タービン11a下流の排気温度を高く保つことができる。そこで、第2実施形態ではアイドル時を含めてポスト噴射を行う場合に可変ノズル11cを開くことにより排気タービン11aで回収される熱エネルギを抑制することで、ポスト噴射による排気温度の上昇効果を高めるようにしたものである。
【0119】
図51を具体的に説明すると、ステップ1では従来と同様にして可変ノズルを駆動するアクチュエータに与えるデューディ比TDTYVNTを演算する。この演算方法は問わないので、詳細は省略する。
【0120】
ステップ2ではポスト噴射フラグF POSTをみる。フラグF POST=1のとき(ポスト噴射を行う場合)にはステップ3に進み、図52を内容とするマップを検索することによりポスト噴射時の目標デューティ比TDTYVNTPを演算し、これをステップ4で最終目標デューティ比TDTYVNTFとする。一方フラグF POST=0のときにはステップ2よりステップ5に進みデューディ比TDTYVNTをそのまま最終目標デューティ比TDTYVNTFとする。
【0121】
ここで、図52の特性をポスト噴射が行われる領域で可変ノズルが開かれる側に設定しておけば、排気タービン11aにより回収される熱エネルギが抑制され、その分ポスト噴射による排気温度の上昇効果が高まるので、NOx触媒13やDPF14の機能を高めることができる。
【0122】
なお図52の特性はポスト噴射を行わないときの基本値とポスト噴射を行う場合の可変ノズルの開き側への補正量とを加算したものとなっているので、これを分けて構成することもできる。すなわちポスト噴射を行う場合の可変ノズルの開き側への補正量だけのマップを作成しておきこのマップを検索することにより求めた補正量と基本値としてのデューディ比TDTYVNTとから最終目標デューティ比を算出するようにしてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の制御システム図。
【図2】燃料噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図3】基本燃料噴射量の特性図。
【図4】最大噴射量の特性図。
【図5】シリンダ吸入EGR量の演算を説明するためのフローチャート。
【図6】体積効率相当値の演算を説明するためのフローチャート。
【図7】体積効率基本値の特性図。
【図8】体積効率負荷補正値の特性図。
【図9】リッチ運転フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図10】再生運転フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図11】ポスト噴射フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図12】目標主噴射時期の演算を説明するためのフローチャート。
【図13】目標主噴射時期基本値の特性図(F POST=0)。
【図14】目標主噴射時期基本値の特性図(F RS=1)。
【図15】目標主噴射時期基本値の特性図(F RG=1)。
【図16】水温補正係数の特性図。
【図17】吸気温度補正係数の特性図。
【図18】大気圧補正係数の特性図。
【図19】最大主噴射時期の特性図。
【図20】最小主噴射時期の特性図。
【図21】ポスト噴射時期の演算を説明するためのフローチャート。
【図22】ポスト噴射時期基本値の特性図(F RS=1)。
【図23】ポスト主噴射時期基本値の特性図(F RG=1)。
【図24】水温補正係数の特性図。
【図25】吸気温度補正係数の特性図。
【図26】大気圧補正係数の特性図。
【図27】最大ポスト噴射時期の特性図。
【図28】最小ポスト噴射時期の特性図。
【図29】目標空気過剰率の演算を説明するためのフローチャート。
【図30】再生運転時目標空気過剰率の特性図。
【図31】リッチ運転時目標空気過剰率の特性図。
【図32】通常運転時目標空気過剰率の特性図。
【図33】水温補正係数の特性図。
【図34】大気圧補正係数の特性図。
【図35】アイドル回転速度制御を説明するためのフローチャート。
【図36】目標回転速度の演算を説明するためのフローチャート。
【図37】目標回転速度基本値の特性図。
【図38】バッテリ電圧補正量の特性図。
【図39】制御量分配係数の特性図。
【図40】主噴射補正量の演算を説明するためのフローチャート。
【図41】フィードバックゲインの演算を説明するためのフローチャート。
【図42】ゲイン基本値の特性図。
【図43】空気過剰率補正係数の特性図。
【図44】ポスト噴射時期補正係数の特性図。
【図45】ポスト噴射時期補正量の演算を説明するためのフローチャート。
【図46】フィードバックゲインの演算を説明するためのフローチャート。
【図47】ゲイン基本値の特性図。
【図48】空気過剰率補正係数の特性図。
【図49】ポスト噴射時期補正係数の特性図。
【図50】第1実施形態の作用を説明するための波形図。
【図51】第2実施形態の最終目標デューティ比の演算を説明するためのフローチャート。
【図52】第2実施形態のポスト噴射時目標デューティ比の特性図。
【図53】従来装置を制御系で示した図。
【図54】第1の発明のクレーム対応図。
【図55】第2の発明のクレーム対応図。
【図56】ポスト噴射量を大きく設定した場合にポスト噴射の燃費、ポストトルク及び排気(HC)のそれぞれとポスト噴射時期との関係を示した特性図。
【図57】制御量分配係数KDNEを定めるのに空気過剰率をもってした本発明の制御原理を説明するための特性図。
【図58】第1実施形態のポスト噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
6 燃料噴射弁
15 コントロールユニット
Claims (6)
- メイン噴射と、このメイン噴射後の膨張行程でのポスト噴射とを行うディーゼルエンジンの制御装置において、
アイドル時にポスト噴射を行う場合、目標回転速度が維持されるようにメイン噴射量とポスト噴射時期を合わせて制御するトルク制御手段
を備え、
前記トルク制御手段は、
目標空気過剰率を設定する手段と、
実際のエンジン回転速度の目標回転速度からの偏差を演算する手段と、
トルク制御に対するポスト噴射の分担割合を表す制御量分配係数を前記目標空気過剰率に応じ目標空気過剰率が大きくなるほど大きくなる値で設定する手段と、
この制御量分配係数で前記偏差を分配することによりポスト噴射時期に対する制御量とメイン噴射量に対する制御量とを決定する手段と、
ポスト噴射時期に対する制御量とフィードバックゲインとを用いてポスト噴射時期のフィードバック量を演算する手段と、
このフィードバック量でポスト噴射時期を補正して目標ポスト噴射時期を算出する手段と、
メイン噴射量に対する制御量とフィードバックゲインとを用いてメイン噴射量のフィードバック量を演算する手段と、
このフィードバック量で燃料噴射量を補正してメイン噴射量を算出する手段と
からなることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - メイン噴射と、このメイン噴射後の膨張行程でのポスト噴射とを行うディーゼルエンジンの制御装置において、
アイドル時にポスト噴射を行う場合、目標回転速度が維持されるようにメイン噴射量とポスト噴射時期を合わせて制御するトルク制御手段
を備え、
前記トルク制御手段は、
目標空気過剰率を設定する手段と、
実際のエンジン回転速度の目標回転速度からの偏差を演算する手段と、
トルク制御に対するポスト噴射の分担割合を表す制御量分配係数を織り込んだフィードバックゲインを前記目標空気過剰率に応じ目標空気過剰率が大きくなるほどこの制御量分配係数が大きくなるようにメイン噴射量の制御用とポスト噴射時期の制御用とに別々に設定する手段と、
目標空気過剰率により変化するこのポスト噴射時期の制御用のフィードバックゲインと前記偏差とを用いてポスト噴射時期のフィードバック量を演算する手段と、
このフィードバック量でポスト噴射時期を補正して目標ポスト噴射時期を算出する手段と、
目標空気過剰率により変化するこのメイン噴射量の制御用のフィードバックゲインと前記偏差とを用いてメイン噴射量のフィードバック量を演算する手段と、
このフィードバック量で燃料噴射量を補正してメイン噴射量を算出する手段と
からなることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - ポスト噴射時期の変化に対するポストトルクの変化をポストトルク感度とし、前記目標空気過剰率が大きくなるほどこのポストトルク感度がよくなるといった現象を示す範囲を、小さい側の限界値から大きい側の限界値までで定義したとき、この大きい側の限界値に近いほどポスト噴射時期のトルク制御に重みを持たせるように前記制御量分配係数を設定することを特徴とする請求項1または2に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- ポスト噴射時期のフィードバック量を演算するのに用いるフィードバックゲインをポスト噴射時期に応じて補正することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 空気過剰率が1を超える雰囲気でNOxを保持し空気過剰率が1以下の雰囲気でNOxを浄化するNOx触媒機能、HC・COを酸化する酸化触媒機能または排気微粒子を捕捉するフィルタ機能を単独でまたは組み合わせで持つ排気浄化装置を備えることを特徴とする請求項1から4までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- ターボ過給機を備え、アイドル時にポスト噴射を行う場合にターボ過給機に回収される排気エネルギを抑制することを特徴とする請求項5に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
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