JP5182527B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
主噴射とパイロット噴射のそれぞれの噴射時期は、エンジンの標準運転状態(冷却水温、過給圧、吸気温度等が一定の定常運転)における実験結果より、主噴射燃料の最も良好な燃焼状態が得られる噴射時期となる基本主噴射時期マップと白煙や排気性状の悪化を生じることなく燃焼音を最も良好に低減することのできる噴射時期となる基本パイロット噴射時期マップが決定している。
この様なことから、例えば、過渡運転に移行したタイミングから定常運転に戻るまでの加速運転区間を2つに分け、酸素濃度或いは酸素量の計測値と定常運転時の目標値との偏差に基づいてそれぞれの区間を判断し、偏差が大きい場合には少ないパイロット噴射量を比較的進角側で噴射するとともに、パイロット噴射と主噴射の噴射間隔を短くして圧縮上死点以前に主噴射を完了させ、また偏差が小さい場合はパイロット噴射量を比較的多くするとともに、パイロット噴射と主噴射の噴射間隔を長くしてパイロット噴射燃料の燃焼を完全に終了させてから主噴射を行うことにより、大幅に加速運転時の燃焼音の悪化を抑制しつつ、排気及び燃費を改善することのできるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が開発されている(特許文献1)。
ディーゼルエンジンのような理論空燃比よりはるかに酸素量の多い状態で燃焼する内燃機関では、酸素量の多少の変動より、酸素濃度の濃淡の方が主燃焼の着火へ与える影響が大きいことを発見した。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、EGRガスを含む吸入空気の酸素濃度の濃い状態においても燃料噴射を最適な噴射時期とすることにより、酸素濃度の濃淡に係わらず燃焼音、ドライバビリティの悪化を防止し、排気性状を良好にすることのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
従って、過渡時のシリンダ圧力の急峻による燃焼音を低減し、着火を確実できるので未燃ガスの発生を抑制し排気性状を良好にすることができ、且つ、着火不良による振動の発生を抑制することによりドライバビリティの悪化を防止することができる。
[第1参考例]
図1は、本発明の第1参考例に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図を示し、図2は、本発明の第1参考例に係る内燃機関の燃料噴射制御装置におけるECUの内部構成を示すブロック図を示している。
図1に示すように、エンジン1は多気筒の筒内直接噴射式内燃機関(例えばコモンレール式ディーゼルエンジン)であり、詳しくは、コモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル16に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射ノズル16から各気筒の燃焼室11内に噴射可能な構成を成している。
吸気通路9には、燃焼室11と吸気通路9の連通と遮断を行う吸気弁10が設けられており、排気通路13には、燃焼室11と排気通路13との連通と遮断を行う排気弁12が設けられている。
また、吸気通路9の上流には、新気を吸入する吸気ダクト5、吸入された新気中のゴミを取り除くエアークリーナ6、排気のエネルギを利用し吸入された新気を圧縮するターボチャージャ7の図示しないコンプレッサハウジング、圧縮された新気を冷却するインタークーラ8がそれぞれ連通するように設けられている。
また、排気通路13の下流には、上記ターボチャージャ7の排気を導入する図示しないタービンハウジング、通路内に触媒を備えた排気管14が連通するように設けられている。
そして、上記EGRバルブ15、燃料噴射ノズル16、クランク角センサ18、エアーフローセンサ19、ブーストセンサ20及び吸気温度センサ21等の各種装置や各種センサ類は、エンジン1の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)及び中央演算処理装置(CPU)等を含んで構成される電子コントロールユニット(以下、ECUという)2と電気的に接続されており、当該ECU2は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。
ECU2の入力側には、燃料噴射ノズル16及びエアーフローセンサ19、ブーストセンサ20と吸気温度センサ21等のセンサ類が電気的に接続されており、これら各種装置及び各種センサ類からの検出情報が入力される。
これより、ECU2は、クランク角センサ18、エアーフローセンサ19での検出値を基に、目標酸素濃度設定部(目標酸素濃度設定手段)42、主噴射量・噴射時期設定部43及びパイロット噴射時期・噴射量設定部47にて予め実験にてエンジンが定常運転で最適な運転状態となるよう作成された目標となる吸気酸素濃度マップ、主噴射時期マップ、パイロット噴射量マップ及びパイロット噴射時期マップより現在のエンジン1の運転状況(エンジン回転数、負荷等)から目標酸素濃度、主噴射時期、パイロット噴射量及びパイロット噴射時期を設定する。
以下、このように構成された本発明の第1参考例に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の作用及び効果について詳細に説明する。
ステップS12では、主噴射量・噴射時期設定部43にて予め実験にてエンジン1が最適な運転状態となるよう作成された目標となる主噴射時期マップよりエンジン1の運転状況から主噴射時期を設定する。
ステップS16では、エアーフローセンサ19にて吸気ダクト5より吸入される新気の吸入量である新気吸入量Qaを検出する。
ステップS20では、吸気温度センサ21にて吸気通路9内の燃焼室11に吸入される吸入空気の温度である吸入空気温度Tiを検出する。
ステップS22では、燃料噴射量検出部41にて燃料噴射ノズル16により燃焼室11内に噴射される燃料の量である燃料噴射量Qfを検出する。
ステップS26では、酸素濃度算出部40にて燃料噴射量QfよりEGR量Qe中に含まれる酸素の濃度である酸素濃度Deを算出する。
ステップS28では、酸素濃度算出部40にて新気吸入量Qa、EGR量Qe及び酸素濃度Deより吸気通路9内の燃焼室11へ吸入される空気中の酸素濃度である吸気通路9内酸素濃度Diを算出する。
酸素濃度偏差ΔD=吸気通路内酸素濃度Di−目標酸素濃度Dt・・・・(1)
ステップS32では、主噴射時期補正部45にて酸素濃度偏差ΔDが第1の所定酸素濃度偏差より小さいか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で第1の所定酸素濃度偏差より小さければ、ステップS36に進み、図3に示す主噴射時期補正量と酸素濃度偏差のグラフに基づき、主噴射の噴射時期を進角側に補正し、当該ルーチンを抜ける。判別結果が偽(No)で第1の所定酸素濃度偏差以上であれば、ステップS34に進む。
これにより、図5に示す通り、燃焼室11へ吸入される空気の酸素濃度が濃い場合には、従来例(細線)と比較し本参考例(実線)では、シリンダ圧力の急峻な圧力上昇を抑制することができる。また、図6に示す通り、燃焼室11へ吸入される空気の酸素濃度が薄い場合には、従来例と比較し本参考例では着火不良及び燃焼が緩慢になることを抑制することができる。
(1)過渡時のシリンダ圧力の急峻による燃焼音を低減することができる。
(2)着火を確実できるので未燃ガスの発生を抑制し排気性状を良好にすることができる。
(3)着火不良による振動の発生を抑制することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
[第2参考例]
次に、第2参考例について説明する。
図7に示すように第2参考例では、上記第1参考例に対して、プレ噴射量決定部46を追加しており、以下に上記第1参考例と異なる点に付いて説明する。なお、本参考例の説明においては酸素濃度不足側のプレ噴射判定偏差を第3の所定酸素濃度偏差、酸素濃度過剰側のプレ噴射判定偏差を第4の所定酸素濃度偏差と表す。
図8は、本発明の第2参考例に係る酸素濃度偏差における追加プレ噴射量の特性図であり、横軸は酸素濃度偏差、縦軸は追加プレ噴射量を示す。なお、該特性図は、エンジン回転数等のエンジン1の運転状況によりそれぞれ設定されている。図9及び図10は、ECU102の実行する燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートを示し、図11は、目標酸素濃度に対し酸素濃度が濃い状態でのクランク角における噴射信号、熱発生率及びシリンダ圧力の変化を示し、図12は、目標酸素濃度に対し酸素濃度が薄い状態でのクランク角における噴射信号、熱発生率及びシリンダ圧力の変化を示す。なお、図11及び図12の横軸はクランク角、縦軸は噴射信号、熱発生率及びシリンダ圧力をそれぞれ示し、太線或いはハッチングありは第2参考例を、細線或いはハッチングなしは従来例を示す。
図10に示すように、ステップS40では、プレ噴射量決定部46にて酸素濃度偏差ΔDが第3の所定酸素濃度偏差より小さいか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で第3の所定酸素濃度偏差より小さければ、ステップS44に進み、図7に示す追加プレ噴射量と酸素濃度偏差のグラフに基づき、プレ噴射を追加し、当該ルーチンを抜ける。判別結果が偽(No)で第3の所定酸素濃度偏差以上であれば、ステップS42に進む。
これにより、図11に示す通り、燃焼室11へ吸入される空気の酸素濃度が濃い場合には、従来例(細線)と比較し本参考例(実線)では、プレ噴射を追加することにより、主燃焼の着火遅れを強制的に低減し、更に安定してシリンダ圧力の急峻な圧力上昇を抑制することができる。また、図12に示す通り、燃焼室11へ吸入される空気の酸素濃度が薄い場合には、従来例と比較し本参考例では、プレ噴射を追加することにより更に着火不良及び燃焼が緩慢になることを抑制することができるので、更により燃焼を安定させることができる。
(1)更に過渡時のシリンダ圧力の急峻による燃焼音を低減することができる。
(2)更に着火不良による振動の発生を抑制することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
[実施例]
次に、本発明の実施例について説明する。
ECU202は、酸素濃度偏差算出部44にて目標酸素濃度と燃焼室11へ吸入される空気の酸素濃度より酸素濃度偏差を算出し、主噴射時期補正部45にて該酸素濃度偏差に基づいて主噴射時期を補正し、パイロット噴射量補正部48及びパイロット噴射時期補正部49にて上記酸素濃度偏差に基づき、パイロット噴射の噴射量及び噴射時期を補正し、燃料噴射ノズル16へ噴射信号を供給する。
図14は、本発明の実施例に係る酸素濃度偏差におけるパイロット噴射量補正量の特性図であり、横軸は酸素濃度偏差、縦軸はパイロット噴射量補正量を示し、図15は、酸素濃度偏差におけるパイロット噴射時期補正量の特性図であり、横軸は酸素濃度偏差、縦軸はパイロット噴射時期補正量を示す。なお、該特性図は、エンジン回転数等のエンジン1の運転状況によりそれぞれ設定されている。図16、図17及び図18は、ECU202の実行する燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートを示す。図19は、目標酸素濃度に対し酸素濃度が濃い状態でのクランク角における噴射信号、熱発生率及びシリンダ圧力の変化を示し、図20は、目標酸素濃度に対し酸素濃度が薄い状態でのクランク角における噴射信号、熱発生率及びシリンダ圧力の変化を示す。なお、図19及び図20の横軸はクランク角、縦軸は噴射信号、熱発生率及びシリンダ圧力をそれぞれ示し、太線或いはハッチングありは本実施例を、細線或いはハッチングなしは従来例を示す。
図17に示すように、ステップS50では、パイロット噴射量補正部48にて酸素濃度偏差ΔDが第5の所定酸素濃度偏差より小さいか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で第5の所定酸素濃度偏差より小さければ、ステップS54に進み、図14に示すパイロット噴射量補正量と酸素濃度偏差のグラフに基づき、パイロット噴射の噴射量を増量側に補正し、ステップS60に進む。判別結果が偽(No)で第5の所定酸素濃度偏差以上であれば、ステップS52に進む。
これにより、図19に示す通り、燃焼室11へ吸入される空気の酸素濃度が濃い場合には、従来例(細線)と比較し本実施例(実線)では、主噴射時期を遅角に、パイロット噴射量を減量し、噴射時期を進角することによりシリンダ圧力の急峻な圧力上昇を抑制することができる。また、図20に示す通り、燃焼室11へ吸入される空気の酸素濃度が薄い場合には、従来例と比較し本実施例では、主噴射時期を進角にパイロット噴射量を増量し、噴射時期を遅角することにより着火不良及び燃焼が緩慢になることを抑制することができ、着火および燃焼を安定させることができる。
(1)更に過渡時のシリンダ圧力の急峻による燃焼音を低減することができる。
(2)更に着火不良による振動の発生を抑制することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
例えば、上記実施形態では、エンジン1をコモンレール式ディーゼルエンジンとしているが、これに限定されるものではなく、燃料噴射量及び燃料噴射時期を適宜コントロールできればよい。
また、同様にターボチャージャ7及びインタークーラ8を必ずしも備える必要はない。
また、同様に酸素濃度算出部11にて燃焼室11へ吸入される吸入空気の酸素濃度を算出しているが、これに限定されるものではなく、吸気通路9内へ突出するようにリニアO2センサを設け、吸気通路9内の酸素濃度を検出するようにしてもよい。
また、同様に酸素濃度過剰側の各酸素濃度偏差をそれぞれ第2、第4、第6、第8の所定酸素濃度偏差と区別したが、これらの一部または全部が同じ値でもよい。
2,102,202 電子コントロールユニット
9 吸気通路
11 燃焼室
13 排気通路
16 燃料噴射ノズル
19 エアーフローセンサ
20 ブーストセンサ
21 吸気温度センサ
40 酸素濃度算出部
41 燃料噴射量検出部
42 目標酸素濃度設定部(目標酸素濃度設定手段)
43 主噴射量・噴射時期設定部
44 酸素濃度偏差算出部(ズレ側判定手段及び酸素濃度偏差算出手段)
45 主噴射時期補正部(主噴射時期補正手段)
46 プレ噴射量決定部(プレ噴射量決定手段)
47 パイロット噴射量・噴射時期設定部
48 パイロット噴射量補正部(パイロット噴射量補正手段)
49 パイロット噴射時期補正部(パイロット噴射時期補正手段)
Claims (3)
- 燃料を噴射する主噴射と該主噴射に先立つパイロット噴射とを行い、標準運転状態の主噴射時期とパイロット噴射量とパイロット噴射時期が設定された内燃機関の燃料噴射制御装置において、
運転時に吸気通路より燃焼室へ吸入される吸入空気の目標となる酸素濃度を設定する目標酸素濃度設定手段と、
前記燃焼室へ吸入される前記吸入空気の実際の酸素濃度から前記目標となる酸素濃度の減算により酸素濃度偏差を算出する酸素濃度偏差算出手段と、
前記酸素濃度偏差算出手段の算出結果に基づき、前記標準運転状態の主噴射の噴射時期を前記酸素濃度偏差に応じて補正する主噴射時期補正手段と、
前記酸素濃度偏差算出手段の算出結果に基づき、前記標準運転状態のパイロット噴射の噴射時期を前記酸素濃度偏差に応じて補正するパイロット噴射時期補正手段と、を備え、
前記主噴射時期補正手段は、前記酸素濃度偏差が酸素濃度不足側の閾値である主噴射時期補正判定偏差より小さければ、標準運転状態の主噴射の噴射時期に対して、噴射時期を早く噴射するように主噴射時期を補正し、前記酸素濃度偏差が酸素濃度過剰側の閾値である主噴射時期補正判定偏差より大きければ、該標準運転状態の主噴射の噴射時期に対して、噴射時期を遅く噴射するように主噴射時期を補正し、
前記パイロット噴射時期補正手段は、前記酸素濃度偏差が酸素濃度不足側の閾値であるパイロット噴射時期補正判定偏差より小さければ、標準運転状態のパイロット噴射時期に対して、噴射時期を遅く噴射するようにパイロット噴射時期を補正し、前記酸素濃度偏差が酸素濃度過剰側の閾値であるパイロット噴射時期補正判定偏差より大きければ、該標準運転状態のパイロット噴射時期に対して、噴射時期を早く噴射するようにパイロット噴射時期を補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記酸素濃度偏差が酸素濃度不足側の閾値であるパイロット噴射量補正判定偏差より小さければ、標準運転状態のパイロット噴射量に対して、多く燃料を噴射するようにパイロット噴射量を補正し、前記酸素濃度偏差が酸素濃度過剰側の閾値であるパイロット噴射量補正判定偏差より大きければ、該標準運転状態のパイロット噴射量に対して、少なく燃料を噴射するようにパイロット噴射量を補正するパイロット噴射量補正手段を備えることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記酸素濃度偏差が酸素濃度不足側の閾値であるプレ噴射判定偏差より小さい、或いは、該酸素濃度偏差が酸素濃度過剰側の閾値であるプレ噴射判定偏差より大きければ、前記パイロット噴射後であり前記主噴射前に燃料を噴射するプレ噴射を追加し、該プレ噴射の噴射量を決定するプレ噴射量決定手段を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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