JP4296585B2

JP4296585B2 - ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP4296585B2
Application number: JP2000365666A
Authority: JP
Inventors: 光徳近藤; 智明齊藤
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002168141A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関連し、詳細には、主噴射による燃料噴射後に追加の燃料が噴射される後噴射を制御する後噴射制御手段を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＮＯｘを効率的に浄化する等の目的で、燃焼室内への通常の燃料噴射（主噴射）に引き続いて、所定のタイミングで追加の燃料を燃焼室内に噴射する後噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が知られている（特開２０００−１７０５８５号公報等）。
【０００３】
また、従来技術には該当しない本件出願人の先願（特願２０００−３２１６９９号）には、主噴射による拡散燃焼が終了時点を基準に後噴射の噴射時期を設定することにより、煤の排出を効果的に低減させることができる旨の記載がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本件の発明は、このような後噴射に関連するものであり、燃費の悪化を抑制しつつ排気ガス中の煤を量を低減させることができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程上死点の近傍の所定時期に前記燃料噴射弁から燃料が噴射される主噴射を制御する主噴射制御手段と、前記主噴射の後に、前記燃料噴射弁から追加の燃料が噴射される後噴射を制御する後噴射制御手段とを備え、前記後噴射制御手段は、前記主噴射による熱発生率が所定値以下となったときを基準にして後噴射の噴射時期を設定すると共に、前記主噴射による燃焼によって発生する煤が所定量以上となる運転領域には、前記煤の量が所定量未満の運転領域よりも前記後噴射による燃料噴射を増大させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が提供される。
【０００６】
ここで「燃料噴射を増大させる」とは、後噴射の燃料噴射の絶対量を増大させること、または、主噴射量に対する後噴射量の比率を増大させることを指す。
【０００７】
このような構成によれば、煤の発生が所定量以上となる運転状態のときには後噴射が増大することにより煤の発生を抑制できるので、煤の発生・排出が抑制される。また、煤の発生が所定量未満の運転状態のときには、後噴射が増大されないので燃費が向上する。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記後噴射制御手段が、エンジンが高回転または高負荷のとき、前記後噴射による燃料噴射を増大させる。
【０００９】
このような構成によれば、煤の発生が多くなる高回転または高負荷領域で、後噴射の燃料噴射が増大され、効果的に煤の発生が抑制される。
【００１０】
また、本発明の他の好ましい態様は、排ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、ＥＧＲ量を制御して空燃比（Ａ／Ｆ）を所定値以下にするＥＧＲ制御手段を更に備えている。
【００１１】
排ガス中のＮＯｘ低減のためには、ＥＧＲ率（全吸入空気量に対するＥＧＲ量の割合）を増大することが望ましい。しかし、このようにＥＧＲ率を増大させると、空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチになり、煤の発生量が増加することになるため、特に煤の発生が多くなる運転領域では、ＥＧＲ量を大きく増大するような制御は行うことができなかった。しかしながら、上述したような構成では、後噴射制御手段による燃料噴射増大中は、煤の発生が抑制されるので、ＥＧＲを増量制御でき、煤発生の抑制とＮＯｘ低減とが両立される。
【００１２】
本発明の他の好ましい形態は、排ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、高回転または高負荷側へのエンジンの運転状態の変化に対する空燃比の減少度合いが、前記後噴射による燃料噴射増大が行われていない領域での空燃比の減少度合いより小さくなるようにＥＧＲ制御を行うＥＧＲ制御手段を更に備えている。
【００１３】
煤の発生を抑制するために、煤が発生し易い高回転または高負荷側への運転状態の変化に応じてＥＧＲ率を減少制御することが、通常、行われている。この制御では、高回転または高負荷側に運転状態が移行しても、煤の発生が増加することを抑制できるが、ＥＧＲ率が減少されるため、ＮＯｘは増加していくことになる。しかしながら、上述したような構成では、後噴射制御手段による燃料噴射増大中は、後噴射の増大により煤の発生が抑制されるので、後噴射による燃料噴射が増大が行われていない状態でのＥＧＲ率減少度合いより小さい度合いでＥＧＲ率を減少でき、つまり、ＥＧＲ量を比較的増大できるため、ＮＯｘの低減を実現できる。尚、この場合、高回転または高負荷側に運転場外が変化するほど、燃料噴射量が増加するため、この運転状態の変化に伴ってＡ／Ｆは減少することになる。従って、Ａ／Ｆの点からみれば、このような運転状態の変化に伴って、後噴射による燃料増大中のＡ／Ｆの減少度合いが、このような増大が行われていない領域でのＡ／Ｆ減少度合いより小さくなるようにＥＧＲの制御を行えばよいことになる。これにより、煤発生の抑制とＮＯｘ低減とが両立される。
【００１４】
本発明のもう一つの好ましい態様は、前記主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、前記間隔を後噴射が行われていないときに比べて小さくするように制御するパイロット噴射制御手段をさらに備えている。
【００１５】
このような構成によれば、後噴射制御手段による燃料噴射増大中は煤発生が抑制されるので、主噴射とパイロット噴射との間隔を短くして騒音（ノック音）を低減させることができ、煤発生の抑制と騒音低減とが両立される。
【００１６】
本発明のもう一つの好ましい態様は、前記主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、高回転または高負荷側へのエンジンの運転状態の変化に対する前記間隔の増加度合いを、前記後噴射による燃料噴射が増大が行われていない状態での増加度合いより小さくなるように制御するパイロット噴射制御手段を更に備えている。
【００１７】
騒音の発生を抑制するためのパイロット噴射の主噴射との間隔は、煤の増加を抑制するため、煤が発生し易い高回転または高負荷側への運転状態の変化に応じて減少させられていく。このような制御では、高回転または高負荷側に運転状態が変化するにつれて、煤の発生は抑制できるが、騒音は増加することになる。しかしながら、上述したような構成では、後噴射制御手段による燃料噴射増大中は、後噴射の増大により煤の発生が抑制されるので、高回転または高負荷側へのエンジンの運転状態の変化に対する前記間隔の増加度合いを、前記後噴射による燃料噴射が増大が行われていない状態での増加度合いより小さくなるように制御して、煤発生の抑制と騒音の低減とが両立される。
【００１８】
本発明の好ましい態様は、前記後噴射制御手段が、排気ガス温度が所定温度以上の領域では、前記後噴射による燃料噴射を抑制する。
【００１９】
排気ガス温度が所定温度以上の領域、例えば、略全負荷、全負荷領域では、高温の排気ガスにより排気系部品が熱劣化しやすいので、後噴射を抑制して、排気ガス温度の更なる上昇を防止して、排気系部品の熱損傷を回避する。
【００２０】
本出願のもう一つの発明によれば、ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程上死点の近傍の所定時期に前記燃料噴射弁から燃料が噴射される主噴射を制御する主噴射制御手段と、前記主噴射の後に、前記燃料噴射弁から追加の燃料が噴射される後噴射を制御する後噴射制御手段とを備え、前記後噴射制御手段は、前記主噴射による熱発生率が所定値以下となったときを基準にして後噴射の噴射時期を設定すると共に、高回転または高負荷方向へのエンジンの運転状態の変化に応じて、後噴射を増大させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が提供される。
【００２１】
このような構成によれば、煤の発生が増加する高回転または高負荷側へのエンジンの運転状態の移行に応じて、後噴射を増大させていき、煤の発生を抑制するので、煤の発生・排出が効果的に抑制される。また、煤の発生が少ない領域ほど、後噴射が少ないので燃費が向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の構成を示す概略図である。
【００２３】
図１に示されているように、燃料噴射制御装置は、車両に搭載されるディーゼルエンジン１を備えている。ディーゼルエンジン１は、４本の気筒２、２…（１本のみを図示する。）を有し、各気筒２内を構成するシリンダ内には、ピストン３が往復動可能に配置され、ピストン３とシリンダの内周壁などによって、燃焼室４が形成されている。燃焼室４の上面のほぼ中央には、燃料噴射弁（インジェクタ）５が、その先端部の噴孔が燃焼室４に臨むように配置されている。燃料噴射弁５は、所定のタイミングで、気筒内すなわち燃焼室４に直接燃料を噴射するように構成されている。さらに、図示しないエンジン１のウォータージャケットに臨むように、冷却水の温度（エンジン水温）を測定する水温センサ１８が設けられている。
【００２４】
各燃料噴射弁５は、高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されている。コモンレール６には、エンジンやモータによりエンジン始動後に駆動される噴射ポンプにより高圧燃料が供給され、内部の燃料圧（コモンレール圧）を検出する圧力センサ６ａが配置されるとともに、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ６ａにより検出されるコモンレール６内の燃圧を、例えばアイドル運転時に約２０ＭＰａ以上に保持し、それ以外の運転時には５０ＭＰａ以上に保持するように構成されている。
【００２５】
また、クランク軸７には、その回転角度を検出するクランク角センサ９が設けられている。クランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けられた被検出プレートと、その外周に相対応するように配置された電磁ピックアップとを含み、電磁ピックアップが被検出プレートの外周部全周に所定角度おきに形成された突起部の通過に応答してパルス信号を生成するように構成されている。
【００２６】
また、エンジン１は、図示しないエアークリーナで濾過された吸入空気を燃焼室４に導入する吸気通路１０を備えている。吸気通路１０の下流端部は、図示しないサージタンクを経て分岐し、それぞれが吸気ポートにより、各気筒２の燃焼室４に接続されている。また、サージタンク内で各気筒２に供給される加給圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けられている。
【００２７】
この吸気通路１０には、上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するエアーフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮された空気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁１４とが設けられている。
【００２８】
この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように、切欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム式アクチュエータ１５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１６により調整されることで、弁の開度が制御されるように構成されている。また、前記吸気絞り弁１４の開度を検出するセンサ（図示せず）も設けられている。
【００２９】
エンジン１には、各気筒２の燃焼室４から排気を排出するための排気通路２０が接続されている。この排気通路２０の上流側端は、分岐して、図示しない排気ポートにより、それぞれ各気筒２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０は、上流側から下流側に向かって順に、排気の空燃比が略理論空燃比の時を境に出力が急変するＯ２センサ（図示せず）と、排気流により回転されるタービン２１と、排気中の少なくともＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ還元触媒２２と、ＮＯｘ還元触媒２２を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１９とが配置されている。
ＮＯｘ還元触媒２２であるＮＯｘ浄化触媒は、排気の流れ方向に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造に形成されたコージェライト製担体を備え、その各貫通孔壁面に触媒層を２層に形成したものである。具体的には、白金（Ｐｔ）と、ロジウム（Ｒｈ）とが、多孔質材であるＭＦＩ型ゼオライト（ＺＳＭ５）等をサポート材として担持されることにより、上記触媒層が形成されている。
【００３０】
そして上記ＮＯｘ浄化触媒２２は、燃焼質４内の混合気がリーン状態となって排気ガス中の酸素濃度が高い場合、例えば酸素濃度が４％以上である場合に、ＮＯｘを還元剤と反応させて還元することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化するように構成されている。なお、上記ＮＯｘ浄化触媒２２は、酸素濃度が低い場合には、三元触媒として機能する。
【００３１】
排気通路２０は、タービン２１より上流側の位置で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）２３の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は、吸気絞り弁１４より下流側位置で吸気通路１０に接続されている。また、ＥＧＲ通路２３の下流側寄りの位置には、開度調整可能な負圧作動式の排気還流量調整弁（ＥＧＲ弁）２４が設けられている。この実施形態では、排気通路２０の排気の一部が、ＥＧＲ弁２４により流量調整されながら、排気通路１０に還流されるように構成され、このＥＧＲ弁２４と、ＥＧＲ通路２３とにより排ガス還流（ＥＧＲ）手段３３が構成されている。
【００３２】
ＥＧＲ弁２４は、図示しない弁本体がスプリングによって閉方向に付勢されている一方、ダイヤフラム２４ａにより開方向に作動されて、ＥＧＲ通路２３の開度をリニアに調整するものである。すなわち、ダイヤフラム２４ａには、負圧通路２７が接続され、この負圧通路２７が負圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されていて、その電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号によって負圧通路２７を連通または遮断することにより、ＥＧＲ弁駆動負圧が調整され、ＥＧＲ弁２４が開閉作動されるように構成されている。また、ＥＧＲ弁２４の弁本体の位置を検出するリフトセンサ２６が設けられている。
【００３３】
各燃料噴射弁５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、およびターボ過給機２５などは、コントロールユニット（Engine Control Unit：ＥＣＵ）３５からの制御信号によって作動するように構成されている。
【００３４】
一方、ＥＣＵ３５は、圧力センサ６ａの出力信号、クランク角センサ９の出力信号、エアーフローセンサ１１の出力信号、水温センサ１８の出力信号、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６の出力信号、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号などが入力されるように構成されている。
【００３５】
この実施形態では、ＥＣＵ３５は、エンジンの運転を制御するものであり、圧縮行程上死点の近傍の所定時期に燃料噴射弁５から燃料が噴射される主噴射を制御する主噴射制御と、主噴射による熱発生率が所定値以下となったときを基準にして設定されたタイミング、即ち、主噴射による熱発生率が略０以下となったときに、燃料噴射弁５から噴射された追加の燃料が燃焼を開始するタイミングで後噴射を制御する後噴射制御と、主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために燃料噴射弁５から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御等を行う噴射制御手段３６と、ＥＧＲ弁２４を制御して排気還流量を制御するＥＧＲ制御手段３７とを備えている。即ち、本実施形態の噴射制御手段３６は、主噴射制御手段と後噴射制御手段とパイロット噴射制御手段との機能を有する。
【００３６】
次に、ＥＣＵ３５において実行される燃料噴射制御について、図２のフローチャートに沿って説明する。
【００３７】
まず、スタート後のステップＳ１で、クランク角センサ９からクランク角信号、アクセル開度センサ３２からのアクセル開度、エアフローセンサ１１からの吸入空気量などのデータが入力される。次に、ステップＳ２で、アクセル開度から求められた目標トルクＴｒとクランク角信号から求められたエンジン回転数Ｎｅとに基づいて設定されている基本噴射量マップから、基本燃料噴射量Ｑ_bを読み込むとともに、その噴射時期Ｉ_bを予め設定されているマップから読み込む。
【００３８】
次に、ステップＳ３で、後噴射の噴射量Ｑ_fuおよび噴射時期Ｉ_fuが設定される。後噴射の噴射量Ｑ_fuおよび噴射時期Ｉ_fuは、目標トルクＴｒとエンジン回転数Ｎｅに応じた量が予め設定されているマップから読み出して設定される。
【００３９】
このマップにおいて、後噴射の噴射量Ｑ_fuは、主噴射による燃焼によって発生する煤が所定量以上となる運転状態のときには、煤の量が所定量未満のときよりも後噴射による燃料噴射（量又は率）を増大させ、煤の発生を抑制するように設定されている。ここで、後噴射による燃料噴射量とは後噴射によって噴射される燃料の絶対量を指し、後噴射による燃料噴射率とは後噴射の噴射量の主噴射の噴射量に対する比率を指す。
【００４０】
本実施形態では、後噴射の量Ｑ_fuは、図３のマップに示されているように、低回転・低負荷領域、全負荷領域等の周辺領域から、斜線で示された高回転（例えば２５００ｒｐｍ）高負荷領域（Ｚ領域）に向かって徐々に増大していくように設定されている。従って、エンジンの運転状態が高回転・高負荷のときには、後噴射による燃料噴射量Ｑ_fuが他の運転状態に比して増大させられる。
【００４１】
本実施形態では、主噴射の噴射量に対する後噴射の噴射量の割合が、低回転低負荷時には１０〜２０％とされており、高回転高負荷時には２０〜５０％以上に増加させられる。
【００４２】
また、変型例として、高回転高負荷時以外の煤が多くなる領域、例えば、Ａ／Ｆリッチ時、パイロット噴射実行時、主噴射リタード時等にも、後噴射による燃料噴射量Ｑ_fuを他の運転状態に比して増大させてもよい。
【００４３】
さらに、アイドリング等の低回転・低負荷時には後噴射を実行せず、低回転・低負荷時以外の領域で後噴射を実行するような構成でもよい。
【００４４】
後噴射の噴射時期Ｉ_fuは、主噴射による熱発生率が所定値（略０）以下と鉈とき即ち主噴射による拡散燃焼が終了した時点を基準に設定され、主噴射による熱発生率が略０以下となったときに後噴射による燃料の燃焼が開始されるように、後噴射の着火遅れ（０．４〜０．７ｍｓ）と、無効噴射時間とを考慮して、マップ上に設定されている。
【００４５】
このように設定することにより、熱発生率が略０以下となったとき、即ち、燃焼室内に主噴射された燃料が予混合燃焼した後に生じる拡散燃焼が終了したときに、後噴射による燃料の燃焼が開始されることになる。このため、燃焼室４内に存在する煤と酸素との混合が促進された状態で、後噴射による燃焼が開始することになり、煤の発生が低減すると考えられる。
【００４６】
また、主噴射による熱発生率が略０以下となった時点付近（クランク角にして、好ましくは±１０°、より好ましくは±５°の範囲内）で後噴射による燃焼が開始するように、後噴射の噴射時期を設定してもよい。
【００４７】
ここで、熱発生率ｄＱ／ｄθは、「内燃機関講義」（長尾不二夫著、株式会社養賢堂）によれば、下記の式（１）のように表わされる。
【００４８】
ｄＱ／ｄθ＝Ａ／（Ｋ₍θ₎−１）×［Ｖ₍θ₎・（ｄＰ₍θ₎／ｄθ）＋Ｋ₍θ₎・Ｐ₍θ₎・（ｄＶ₍θ₎／ｄθ）］…（１）
ここで、Ａは熱の仕事当量、Ｋ₍θ₎は比熱比、Ｖ₍θ₎は行程容積、Ｐ₍θ₎は筒内圧力、θはクランク角である。
【００４９】
小野測器株式会社製の燃焼解析装置ＣＢ５６６のマニュアルによれば、上記比熱比Ｋ₍θ₎は、下記式（２）〜（５）に基づいて表される。
【００５０】
Ｋ₍θ₎＝Ｃｐ／Ｃｖ…（２）
Ｃｐ＝ａｐ＋ｂ（Ｔ₍θ₎／１００）＋ｃ（Ｔ₍θ₎／１００）²＋ｄ（１００／Ｔ₍θ₎…（３）
Ｃｖ＝Ｃｐ−（Ａ・Ｒｏ）／Ｍ…（４）
Ｔ₍θ₎＝（Ｐ₍θ₎・Ｖ₍θ₎）／２９．２７・Ｇ…（５）
ここで、Ｃｐは定圧比熱、Ｃｖは定容比熱、Ｒｏはガス定数、Ｍは空気の分子量、Ｔ₍θ₎はガス温度、Ｇはガス重量、ａｐ、ｂ、ｃ、ｄはその他の定数である。
【００５１】
上記式（２）〜（５）より、式（１）で示す熱発生率ｄＱ／ｄθは、筒内圧力Ｐ₍θ₎と行程容積Ｖ₍θ₎との関数ｆ（Ｐ₍θ₎、Ｖ₍θ₎）になる。また、上記行程容積Ｖ₍θ₎を、ボア径ＢおよびストロークＳに基づいて表すと、下記式（６）に示すようになるため、上記熱発生率ｄＱ／ｄθは、下記式（７）に示すようになる。
【００５２】
Ｖ₍θ₎＝（π・Ｂ²Ｓ／８）・（１−ｃｏｓθ）…（６）
ｄＱ／ｄθ＝［ｆ（Ｐ₍θ₊Δθ₎、Ｖ₍θ₊Δθ₎）−ｆ（Ｐ₍θ₎、Ｖ₍θ₎）］／Δθ…（７）
従って、クランク角度毎の筒内圧力データがあれば、これに基づいて、上記熱発生率を計算することができる。本実施形態では、このようにして求めた熱発生率から、拡散燃焼の終了時点（即ち熱発生率が略０以下になる時点）を算出し、この終了時点から後噴射の着火遅れ時間等の遅れ分だけ前の時点を後噴射の噴射時期Ｉ_fuとしたマップを用いている。
【００５３】
拡散燃焼の終了時期は、エンジンの運転状態に応じて変化し、エンジン負荷および回転数が上昇するほど、拡散燃焼の終了時期が遅れる傾向がある。例えば、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅが０．５７Ｍｐａである中回転中負荷時には、上述したよう手法で算出した結果のグラフである図４（ｂ）に示されるように、ピストンの圧縮上死点近傍で主噴射された燃料が予混合燃焼することによる熱発生Ｙと、ほぼ同程度の拡散燃焼による熱発生Ｋが生じ、圧縮上死点後の約３５°（ＣＡ）より着火遅れτ_f2（約０．５ｍｓ）だけ遅れた時点ｔ２で拡散燃焼が終了する。
【００５４】
また、エンジン回転数が２５００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅが０．９Ｍｐａである高回転高負荷時には、図４（ｃ）に示されるように、予混合燃焼による熱発生Ｙに比べ、かなり長期にわたり拡散燃焼による熱発生Ｋが生じ、圧縮上死点後の約４８°（ＣＡ）より着火遅れτ_f3（約０．７ｍｓ）遅れたかなり遅い時点ｔ３で拡散燃焼が終了することがわかる。
【００５５】
また、エンジン回転数が１５００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅが０．３Ｍｐａである低回転低負荷時には、図４（ａ）に示されるように、燃料の予混合燃焼と拡散燃焼を熱発生によって区別することは困難であるが、圧縮上死点後の約３０°（ＣＡ）より着火遅れτ_f1（約０．６ｍｓ）遅れたの比較的早い時点ｔ１で拡散燃焼が終了することがわかる。
【００５６】
したがって、この拡散燃焼の終了時点の近傍、即ち、低回転低負荷時には圧縮上死点後の２５乃至３５°（ＣＡ）で、中回転中負荷時には圧縮上死点後の３３乃至４０°（ＣＡ）で、高回転高負荷時には圧縮上死点後の４５乃至４８°（ＣＡ）で、後噴射を実行するように噴射時期を設定することが好ましい。
【００５７】
このことは、低回転低負荷、中回転中負荷および高回転高負荷のそれぞれにおける、後噴射時期と煤発生量との関係を実験したグラフである、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）からも明らかである。
【００５８】
本実施形態では、図４のニードルリフト量で示すように、低回転低負荷時には圧縮上死点後の３０°（ＣＡ）で、中回転中負荷時には圧縮上死点後の３５°（ＣＡ）で、高回転高負荷時には圧縮上死点後の４８°（ＣＡ）で、後噴射が実行されるように後噴射時期を設定し、それぞれの運転状態で拡散燃焼が終了するｔ１、ｔ２、およびｔ３で後噴射による燃焼を開始させ、図４に点線で示される熱発生が生じるようにしている。
【００５９】
これら以外の運転状態においても、拡散燃焼が終了した時点で、後噴射による燃焼が開始するように、後噴射の噴射時期がマップ上に設定されている。
【００６０】
図６は、後噴射量（主噴射に対する割合）と煤発生量の関係を示すグラフである。エンジン回転数１５００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅ０．３ＭＰａの低回転低負荷状態で、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点ｔ１で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後３０°（ＣＡ）で後噴射を行い、後噴射量の主噴射量に対する比率（Ｐ／Ｔ）を１０〜４５％に範囲で変化させて煤の発生量を測定する実験を行ったところ、図６（ａ）に実線で示されるように、後噴射の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が減少した。これに対して、拡散燃焼終了前の時点で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後８°で後噴射を行った場合には、図６（ｂ）に点線で示されるように、後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が増加した。
【００６１】
また、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅ０．５７ＭＰａの中回転中負荷状態で、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点ｔ２で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後３５°（ＣＡ）で後噴射を行う同様の実験を行ったところ、図６（ｂ）に実線で示されるように、後噴射の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が減少し、拡散燃焼終了前の時点で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後２０°で後噴射を行った場合には、図６（ｂ）に点線で示されるように、後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）が増大しても煤発生量の大きな変化が見られなかった。
【００６２】
さらに、エンジン回転数２５００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅ０．９ＭＰａの高回転高負荷状態で、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点ｔ３で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後４８°（ＣＡ）で後噴射を行う同様の実験を行ったところ、図６（ｃ）の実線で示されるように、後噴射の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が減少し、拡散燃焼終了前の時点で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後２０°で後噴射を行った場合には、図６（ｃ）に点線で示されるように、後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）が増大しても煤発生量の大きな変化が見られなかった。
【００６３】
このことから、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点に後噴射による燃焼が開始するように後噴射を行うと、後噴射による燃料噴射量Ｑ_fuを増加させることにより、煤の発生量が減少することがわかる。
【００６４】
図７は、後噴射量の主噴射量に対する比率（Ｐ／Ｔ）と燃費率との関係を示すグラフである。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様の低回転低負荷、中回転中負荷、および、高回転高負荷で、後噴射量の主噴射量に対する比率（Ｐ／Ｔ）を１０〜４５％に範囲で変化させて測定した燃費率のグラフであり、図６と同様に、実線は、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点ｔ１に後噴射による燃焼が開始するように、それぞれ、圧縮上死点後３０°、３５°、４８°（ＣＡ）で後噴射を行った結果を示し、点線は、拡散燃焼終了前の時点で後噴射による燃焼が開始するように、それぞれ、圧縮上死点後８°、２０°、２０°で後噴射を行った結果を示す。
【００６５】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の実線に示されているように、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点に後噴射による燃焼が開始するように後噴射を行う場合には、後噴射の主噴射に対する比率の増加に伴って燃費が悪化する。しかし、上記実施形態では、低回転低負荷および中回転中負荷時には、後噴射量の主噴射量に対する比率（Ｐ／Ｔ）を約２０％以下としているので、この領域での燃費の悪化は抑制されている。
【００６６】
次に、ステップＳ４に進み、パイロット噴射の噴射量Ｑ_pと、噴射時期Ｉ_pとが、設定される。本実施形態では、パイロット噴射の噴射量Ｑ_pは、例えば、低負荷時の主噴射量Ｑ_bの３０乃至５０％に範囲内で決定された固定値である。一方、噴射時期Ｉ_pは、目標トルクＴｒおよびエンジン回転数Ｎｅに基づいて、所定のマップから引き出される。
【００６７】
図８は、本実施形態のパイロット噴射の噴射時期Ｉ_p設定用マップ（ｂ）と、後噴射の噴射量設定マップ（ａ）との関係を示す図面である。この図面では、パイロット噴射の噴射時期Ｉ_pを、パイロット噴射と主噴射との差（進角：クランクアングル）で示している。本実施形態のパイロット噴射の噴射時期Ｉ_pは、図８（ｂ）に実線で示されているように、後噴射を行わない場合のパイロット噴射の噴射時期（点線）比べて、主噴射との間隔が短くなるように設定されている。
【００６８】
パイロット噴射は、主噴射に先立って一定量の燃料を噴射し燃焼室内で予混合燃焼を生じさせ、主噴射による燃焼時の騒音（爆発音）の低下を図らんとするものであり、その噴射時期が主噴射の噴射時期に近いほうが騒音低下の効果が大きいことが知られている。しかしながら、パイロット噴射を主噴射に近づけると、煤の発生が増加する傾向があるので、特に、煤の発生が顕著な領域、例えば高回転高負荷領域では、煤の発生を抑制を優先するためパイロット噴射の噴射時期を主噴射の噴射時期から離さざるを得なかった。
【００６９】
これに対し、本実施形態では、後噴射によって煤の発生を抑制しているので、略全ての運転領域で、後噴射を行わない場合よりパイロット噴射の時期を主噴射の近く設定して、騒音の低下を図り、煤発生と騒音との両者を抑制できる。
【００７０】
また、高回転高負荷の運転領域（Ｚ領域）では、図８（ｂ）に一点鎖線および二点鎖線で示す変型例のように、パイロット噴射の噴射時期をより遅くするような設定をおこなってもよい。これにより、後噴射の噴射増大中（Ｚ領域）には、高回転または高負荷側への運転状態変化に応じたパイロット噴射の噴射時期の遅らせ度合いを、比較的類似している運転状態であるＺ領域周辺で後噴射による燃料噴射が増大が行われていない状態での遅らせ度合いより小さくなるように制御する。高回転高負荷の運転領域（Ｚ領域）への過渡領域でて、噴射時期の変動が階段状ではなく連続的に変化しているのは、音質の急激な変化を回避するためである。
【００７１】
この領域では、後噴射の噴射量（率）が最大とされ煤の発生が最も抑制されるので、煤の発生が多くなる領域（Ｚ領域）であっても、従来では煤の発生抑制を優先するため主噴射から離さざるを得なかったパイロット噴射の噴射時期を、主噴射から離す度合いを減少させ、積極的な騒音低減を可能としている。
【００７２】
ステップＳ５で、排気ガス温度Ｔ_exを入力する。本実施形態では、水温センサ１８からの信号に基づいて、排気ガス温度を推定してその値を入力している。しかし、排気ガス温度を直接測定する等の他の方法で排気ガス温度を求め、入力しても良い。
【００７３】
次いで、ステップＳ６で、入力された排気ガス温度Ｔ_exが、所定の基準温度Ｔ_ex0より高い状態が所定時間継続したか否かを判定する。ステップＳ６でＹＥＳ即ち排気ガス温度Ｔ_exが、所定の基準温度Ｔ_ex0より高い状態が所定時間継続したと判定されたときには、ステップＳ７に進み、後噴射の噴射Ｑ_fuを０に設定して、ステップＳ８に進む。これは、排気ガス温度が所定値以上に高い状態が所定時間継続すると、触媒等の排気系部品が熱損傷するため、排気ガス温度が高い状態が所定時間継続する高負荷領域等では、後噴射を行わず、更なる排気ガス温度の上昇を防止するためである。一方、ステップＳ６でＮＯ即ち排気ガス温度Ｔ_exが、所定の基準温度Ｔ_ex0以下である又は排気ガス温度が所定値以上に高い状態が所定時間継続していないと判定されたときには、そのまま、ステップＳ８に進む。
【００７４】
ステップＳ８では、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ７で設定された量および時期に従って、燃料噴射弁５を作動させ、燃焼室へのパイロット噴射、主噴射、および後噴射が実行される。
【００７５】
次に、ＥＣＵ３５の排気還流制御手段３７において実行されるＥＧＲ制御を、図９のフローチャートに沿って説明する。
【００７６】
まず、ステップＳ１０で、エンジン回転数、アクセル開度等のデータが入力され、ステップＳ１１に進み、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、例えば図１０に示されているような予め設定されたマップから、エンジンの運転状態に対応した基本目標新気量Ａｉｒ_bを設定する。これにより、高回転高負荷側になるほど、ＥＧＲ量（弁開度）が小さくなるように設定されることになる。尚、図１０の例では、斜線で示されたアイドル領域では、エンジンの中負荷時よりも基本目標新気量Ａｉｒ_bが多くなるように設定されている。次いで、ステップ１２で、新気量補正値Ａｉｒ_cが設定される。
【００７７】
図１１は、新気補正量Ａｉｒ_c設定用マップ（ｂ）と、エンジンの運転状態のマップ（ａ）との関係を示している。図１１（ｂ）に実線で示されている本実施形態の新気補正量Ａｉｒ_cは、高回転高負荷の運転状態であるＺ領域で、ＥＧＲ制御を行った結果のＡ／Ｆが、図１２（ｂ）に実線で示すように、所定値以下になるように設定されている。また、図１０（ｂ）に一点鎖線で示されている本実施形態の変型例の新気補正量Ａｉｒ_cも、高回転高負荷の運転状態であるＺ領域で、ＥＧＲ制御を行った結果のＡ／Ｆ値が、図１２（ｂ）に一点鎖線で示すように、所定値以下になるように設定されている。
【００７８】
尚、図１０では、高回転高負荷になるほどＥＧＲ量が減少されるように設定されているにもかかわらず、図１２で高回転高負荷になるほどＡ／Ｆが減少しているのは、高回転高負荷になるほど、全燃料噴射量（パイロット噴射、主噴射および後噴射）が増大するためである。
【００７９】
さらに、図１０（ｂ）に二点鎖線で示されている本実施形態のもう一つの変型例の新気補正量Ａｉｒ_cは、高回転高負荷の運転状態であるＺ領域での、高回転または高負荷側へのエンジンの運転状態の変化に対するＡ／Ｆの減少度合いが、Ｚ領域の周辺で後噴射による燃料噴射が増大が行われていない状態でのＡ／Ｆの減少度合いより小さくなるように設定されている。また、減少度合いを０、即ち、高回転または高負荷側にエンジンの運転状態が変化しても、Ａ／Ｆを変更しないように新気補正量Ａｉｒ_cを設定してもよい。
【００８０】
次に、ステップＳ１３で、基本目標新気量Ａｉｒ_bに新気量補正値Ａｉｒ_cを足して、基準新気量Ａｉｒ_refを算出する。上述したように新気量補正値Ａｉｒ_cは負の値であるので、基本目標新気量Ａｉｒ_bから新気量補正値Ａｉｒ_cが減算されることなあるが、基本目標新気量Ａｉｒ_bの値は、常に、新気量補正値Ａｉｒ_cより大きいので、基準新気量Ａｉｒ_refの値は正の値である。
【００８１】
さらに、ステップＳ１４で、この基準新気量Ａｉｒ_refから、エアフローセンサ１１での検出した値に基づいた実新気量Ａｉｒ_実を減算して、ΔＡｉｒを得る。なお、新気量は、エアフローセンサと吸気圧センサ１０ａとにより算出される。この実施形態では、逆流を検出できるエアフローセンサ１１を使用している。このようなエアフローセンサによれば、低吸入空気量時にＥＧＲによる脈動が検出でき、この脈動に基づいて、新気量を正確に算出することができる。
【００８２】
次いで、ステップＳ１５に進み、ΔＡｉｒにＰＩＤ制御を行って、ＥＧＲ量を決定し、ステップＳ１６で、このＥＧＲ量に基づいて、ＥＧＲ弁を駆動させ、ＥＧＲを実行する。
【００８３】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術事項の範囲内で種々の変更又は変形が可能である。
【００８４】
例えば、上記実施形態は、ＥＧＲ制御、パイロット噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置であったが、本発明は、これらを実行しない燃料噴射制御装置又あってもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、パイロット噴射、主噴射、後噴射は、それぞれ、一回だけ実行されるものとしていたが、本発明は、これらが、多段噴射であるものにも適用できる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本件発明によれば、燃費の悪化を抑制しつつ排気ガス中の煤を量を低減させることができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の構成を示す概略図である。
【図２】ＥＣＵにおいて実行される燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【図３】後噴射の量を設定するためのマップを示すグラフである。
【図４】燃焼室内における熱発生率を示すタイムチャートである。
【図５】後噴射時期と煤発生量との関係と示すグラフである。
【図６】後噴射の噴射量と燃費との関係を示すグラフである。
【図７】後噴射の噴射量と煤発生量の関係を示すグラフである。
【図８】後噴射の噴射量設定マップとパイロット噴射の噴射時期Ｉ_p設定用マップとの関係を示す図面である。
【図９】排気還流制御手段において実行されるＥＧＲ制御を示すフローチャートである。
【図１０】基本目標新気量Ａｉｒ_bを設定するマップの具体例を示すグラフである。
【図１１】新気補正量Ａｉｒ_c設定用マップと、エンジンの運転状態のマップとの関係を示すグラフである。
【図１２】ＥＧＲによって変化するＡ／Ｆとエンジンの運転状態のマップとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：ディーゼルエンジン
２：気筒
５：燃料噴射弁
３５：ＥＣＵ
３６：噴射制御手段
３７：ＥＧＲ制御手段

Claims

ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
圧縮行程上死点の近傍の所定時期に前記燃料噴射弁から燃料が噴射される主噴射を制御する主噴射制御手段と、
前記主噴射の後に、前記燃料噴射弁から追加の燃料が噴射される後噴射を制御する後噴射制御手段とを備え、
前記後噴射制御手段は、前記主噴射による熱発生率が所定値以下となったときを基準にして後噴射の噴射時期を設定すると共に、前記主噴射による燃焼によって発生する煤が所定量以上となる運転領域には、前記煤の量が所定量未満の運転領域よりも前記後噴射による燃料噴射を増大させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
前記後噴射制御手段が、エンジンが高回転または高負荷のとき前記後噴射による燃料噴射を増大させる、請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
排ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、ＥＧＲ量を制御して空燃比を所定値以下にするＥＧＲ制御手段を更に備えている、請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
排ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、高回転または高負荷側へのエンジンの運転状態の変化に対する空燃比の減少度合いが、前記後噴射による燃料噴射増大が行われていない領域での空燃比の減少度合いより小さくなるようにＥＧＲ制御を行うＥＧＲ制御手段を更に備えている、請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
前記主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、前記間隔を、後噴射が行われていないときに比べて小さくするように制御するパイロット噴射制御手段をさらに備えている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
前記主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、高回転または高負荷側へのエンジンの運転状態の変化に対する前記間隔の増加度合いを、前記後噴射による燃料噴射が増大が行われていない領域での増加度合いより小さくするように制御するパイロット噴射制御手段を更に備えている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
前記後噴射制御手段が、排気ガス温度が所定温度以上の領域では、前記後噴射による燃料噴射を抑制する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
圧縮行程上死点の近傍の所定時期に前記燃料噴射弁から燃料が噴射される主噴射を制御する主噴射制御手段と、
前記主噴射の後に、前記燃料噴射弁から追加の燃料が噴射される後噴射を制御する後噴射制御手段とを備え、
前記後噴射制御手段は、前記主噴射による熱発生率が所定値以下となったときを基準にして後噴射の噴射時期を設定すると共に、高回転または高負荷方向へのエンジンの運転状態の変化に応じて、後噴射を増大させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。