JP5854204B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、例えばエンジンの冷間始動直後のように排気系に存在する熱エネルギが少ないような場合には、酸化触媒やNOxトラップ触媒の触媒上或いは周辺部で未燃燃料を十分に燃焼させることができず、触媒を活性温度以上に昇温させることができないことがある。
しかしながら、メイン噴射での噴射量は、エンジンの出力トルクに大きく影響を及ぼすため、このようにメイン噴射での燃料噴射量を増量すると、エンジンのトルクが増大し、ドライバビリティが悪化することとなる。
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、ポスト噴射での持ち越し燃料量を把握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。
また、請求項4の内燃機関の燃料噴射制御装置では、請求項2或いは3において、前記トルク補正手段は、前記トルク増加量に基づき次行程の前記プレ噴射量と前記メイン噴射量とを補正可能であって、前記ポスト噴射量より算出される前記トルク増加量に基づいて、前記持ち越し燃料の全てが前記プレ噴射により噴射された燃料の燃焼時に燃焼不可能である場合には前記プレ噴射量に加え前記メイン噴射量の補正を行うことを特徴とする。
また、算出された持ち越し燃料量に基づき、持ち越し燃料による排気空燃比の変動を抑制するように次行程のポスト噴射量を補正しているので、次行程の筒内空燃比のリッチ化を防止でき、排気を所望の排気空燃比とし排気性状を良好にすることができる。
このように、持ち越し燃料の全てがプレ噴射の燃焼期間中に燃焼可能である場合にトルク変化への寄与度が大きいプレ噴射を補正することで、例えば持ち越し燃料によるトルク増加に対して少ない噴射量の補正量で対応することができる。
図1は、内燃機関の燃料噴射制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
図1に示すように、エンジン(内燃機関)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(燃料噴射手段)2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2から各気筒の燃焼室3内に噴射可能な構成を成している。
燃焼室3には、インテークポート8とエキゾーストポート9とが連通されている。
インテークポート8の上流には、最上流から吸入された新気中のゴミを取り除くエアークリーナ12、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13の図示しないコンプレッサハウジングと、圧縮され高温となった新気を冷却するインタークーラ14と、新気の流量を調整する電子制御スロットルバルブ15と、吸入した空気を各気筒に分配するインテークマニフォールド16とがそれぞれ連通するように設けられている。また、電子制御スロットルバルブ15には、スロットルバルブの開き度合を検出するスロットルポジションセンサ17が備えられている。
排気管22には、上流から順番に排気中の炭化水素(THC)或いは一酸化炭素(CO)等の被酸化成分を酸化する酸化触媒(排気浄化手段)23と、排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵還元するNOxトラップ触媒(排気浄化手段)24と、排気中の黒鉛を主成分とする微粒子状物資(PM)を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ(排気浄化手段)25とが連通するように設けられている。
排気管22のNOxトラップ触媒24の下流でありディーゼルパティキュレートフィルタ25の上流には、排気中の酸素比率である酸素濃度を検出するA/Fセンサ27が通路内に突出するように設けられている。
そして、燃料噴射ノズル2、クランク角センサ7、スロットルポジションセンサ17、エアーフローセンサ18、ブーストセンサ19、吸気温度センサ20、排気温度センサ26、A/Fセンサ27及びEGRバルブ29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って入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、タイマ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(ECU)(トルク増加量算出手段、プレ噴射増加量算出手段)40と電気的に接続されており、当該ECU40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。
一方、ECU40の出力側には、燃料噴射ノズル2及びEGRバルブ29が電気的に接続されている。
[第1実施例]
次に本発明の第1実施例に係るECU40でのポスト噴射量に基づき次行程のポスト噴射量の補正を行う燃料噴射制御について説明する。
図2に示すように、ステップS10では、トルク増加量ΔTを算出する。詳しくは、予め試験などでポスト噴射量とトルク増加量ΔTとの関係を確認してECU40に記憶しておき、本ステップにおいて、このECU40に記憶されているポスト噴射量とトルク増加量ΔTとの関係と、現行程のポスト噴射量とに基づいて、ポスト噴射量の次行程への持ち越し燃料によるトルク増加量ΔTを算出する。ポスト噴射量とトルク増加量ΔTとの関係は、例えば図3に示すように、ポスト噴射量が増加するに従ってトルク増加量ΔTが増加する比例関係となっている。そして、ステップS12に進む。
ステップS16では、ポスト噴射量を補正する。詳しくは、補正前の次行程のポスト噴射量よりステップS14にて算出された持ち越し燃料量を減算して次行程のポスト噴射量とする。そして、本ルーチンをリターンする。
[第2実施例]
以下、本発明の第2実施例に係るECU40でのポスト噴射量に基づきプレ噴射量或いは、メイン噴射量の補正を行う燃料噴射制御について説明する。
図5は、本発明の第2実施例に係るECU40が実行する燃料噴射制御のフローチャートである。図6は、トルク増加量とプレ補正量との関係を示す図であり、横軸はトルク増加量ΔTを、縦軸はプレ補正量、詳しくは次行程のプレ噴射での噴射量の補正量を示す。図7は、トルク増加量とメイン補正量との関係を示す図であり、横軸はトルク増加量ΔTを、縦軸はメイン補正量、詳しくは次行程のメイン噴射での噴射量の補正量を示す。また、図6及び7は、それぞれ予め試験等で確認されるものである。図8は、補正後のプレ噴射量での各噴射への配分割合を示す図であり、横軸は補正後プレ噴射量Qpmodを、縦軸は上段がプレ噴射への配分割合ratioを、下段がメイン噴射への配分割合(1-ratio)を示す。図中のプレ噴射量下限Qpminは安定したプレ燃焼を行うことのできる下限のプレ噴射量を、プレ単独補正下限Qpsminはポスト噴射の持ち越し燃料をプレ噴射の期間中に燃えきることのできる下限のプレ噴射量を示す。また、図8は、予め試験にて図9のようなプレ噴射量変化によるプレ噴射及びメイン噴射での熱発生量より設定されるものである。
図5に示すように、ステップS10〜ステップS14まででは、ポスト噴射量より次行程への燃料の持ち越しによるトルク増加量ΔTを算出し、当該トルク増加量ΔTを発生に必要なプレ噴射の増加分であるプレ噴射増加量を算出して持ち越し燃料量の算出を行う。
Qpmod=Qp−ΔT×ratio/ΔTqp・・・・・・・・・・(1)
Qpmod:補正後プレ噴射量
Qp:補正前プレ噴射量
ΔT:ポスト噴射の持ち越し燃料によるトルク増加量(ポスト噴射量に基づいて図3を用いて求められる。)
ΔTqp:プレ補正量単位当たりのトルク増加量(図6中の傾きの逆数に相当し、あらかじめ算出される。)
ステップS20では、ステップS18で算出された補正後プレ噴射量Qpmodがプレ単独補正下限Qpsminより大きいか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で補正後プレ噴射量Qpmodがプレ単独補正下限Qpsminより大きければ、補正後プレ噴射量Qpmodでポスト噴射の持ち越し燃料をプレ噴射の期間中に燃えきることができる図8(I)の範囲であるとして、ステップS22に進む。判別結果が否(No)で補正後プレ噴射量Qpmodがプレ単独補正下限Qpsmin以下であれば、補正後プレ噴射量Qpmodでポスト噴射の持ち越し燃料をプレ噴射の期間中に燃えきることのできない、即ちポスト噴射の持ち越し燃料をメイン噴射の期間まで持ち越してしまう図8(II)或いは(III)の範囲であるとして、ステップS26に進む。
ステップS24では、ポスト噴射の持ち越し燃料をプレ噴射の期間中で燃えきることができるとして、補正後メイン噴射量Qmmodを補正前メイン噴射量Qmとする。即ち、メイン噴射量Qmは補正しない。そして、本ルーチンをリターンする。
ratio=Qpmod×α+β・・・・・・・・・・(2)
α:図8の範囲(II)の傾き(定数)
β:図8の範囲(II)の切片(定数)
ステップS28では、ステップS26で算出された補正後プレ噴射量Qpmodがプレ噴射量下限Qpminより大きいか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で補正後プレ噴射量Qpmodがプレ噴射量下限Qpminより大きければ、図8(II)の範囲であるとして、ステップS30に進む。判別結果が否(No)で補正後プレ噴射量Qpmodがプレ噴射量下限Qpmin以下であれば、図8(III)の範囲であるとして、ステップS36に進む。
Qmmod=Qm−ΔT×(1-ratio)/ΔTqm・・・・・・・・・・(3)
Qmmod:補正後メイン噴射量
Qm:補正前メイン噴射量
ΔTqm:メイン補正量単位当たりのトルク増加量(図7中の傾きの逆数に相当し、あらかじめ算出される。)
ステップS32では、持ち越し燃料量とプレ噴射量の補正量及びメイン噴射量の補正量との差分を算出する。詳しくは、持ち越し燃料量から補正後プレ噴射量Qpmodと補正前プレ噴射量Qpとの差分及び補正後メイン噴射量Qmmodと補正前メイン噴射量Qmとの差分を減算する。そして、ステップS34に進む。
ステップS36では、補正後プレ噴射量Qpmodをプレ噴射量下限Qpminとする。そして、ステップS38に進む。
ratio=(Qp−Qpmod)×ΔTqm/ΔT・・・・・・・・・・(4)
ステップS40では、ステップ32と同様に、持ち越し燃料量とプレ噴射量の補正量及びメイン噴射量の補正量との差分を算出する。詳しくは、持ち越し燃料量から補正後プレ噴射量Qpmodと補正前プレ噴射量Qpとの差分及び補正後メイン噴射量Qmmodと補正前メイン噴射量Qmとの差分を減算する。そして、ステップS42に進む。
このように本発明の内燃機関の燃料噴射制御では、予め試験等で確認されたポスト噴射量とトルク増加量ΔTとの関係より、ポスト噴射の次行程への燃料の持ち越しによるトルク増加量ΔTを算出する。そして式(1)にプレ噴射への配分割合ratio=1.0としてエンジン1より出力されるトルクを一定に保つための補正後プレ噴射量Qpmodを算出する。補正後プレ噴射量Qpmodがプレ単独補正下限Qpsminより大きければ、ポスト噴射の持ち越し燃料が補正後プレ噴射量Qpmodでプレ噴射の期間中に燃えきることができるとして、補正後プレ噴射量Qpmodを次行程でのプレ噴射量とする。また、補正後プレ噴射量Qpmodがプレ単独補正下限Qpsmin以下でポスト噴射の持ち越し燃料を補正後プレ噴射量Qpmodでプレ噴射の期間中に燃えきることができないとして、式(1)と式(2)より再度補正後プレ噴射量Qpmodを算出する。再度補正後プレ噴射量Qpmodがプレ噴射量下限Qpminより大ければ、式(3)より補正後メイン噴射量Qmmodを算出し、再度算出した補正後プレ噴射量Qpmodと算出した補正後メイン噴射量Qmmodを次行程のプレ噴射量とメイン噴射量とする。また、再度補正後プレ噴射量Qpmodがプレ噴射量下限Qpmin以下であれば、式(4)よりプレ噴射への配分割合ratioを算出して、補正後メイン噴射量Qmmodを算出し、プレ噴射量下限Qpminと算出した補正後メイン噴射量Qmmodを次行程のメイン噴射量とする。また、次行程のプレ噴射量は、安定したプレ燃焼を行うことのできるプレ噴射量下限Qpminとしている。そして、持ち越し燃料量とプレ噴射量の補正量及びメイン噴射量の補正量との差分を算出し、補正前の次行程のポスト噴射量より当該差分を減算して次行程のポスト噴射量としている。
例えば、図3、4、6及び7では、噴射量或いは増加量とトルク増加量を比例関係で表しているが、これに限定されるものではなく、例えば他の関数あるいはマップ等により噴射量或いは増加量とトルク増加量の関係を定義してもよい。
2 燃料噴射ノズル(燃料噴射手段)
23 酸化触媒(排気浄化手段)
24 NOxトラップ触媒(排気浄化手段)
25 ディーゼルパティキュレートフィルタ
40 ECU(トルク増加量算出手段、プレ噴射増加量算出手段)
Claims (6)
- 排気浄化手段を有する圧縮自己着火式内燃機関の1サイクル中に、燃料噴射手段からプレ噴射、前記プレ噴射よりも噴射量の多いメイン噴射及び排気系に未燃燃料を供給するポスト噴射を含む複数回の燃料噴射を順に実施可能な内燃機関の燃料噴射制御装置において、
あらかじめ記憶したポスト噴射量とトルク増加量との関係に基づき、前記ポスト噴射におけるポスト噴射量から前記ポスト噴射の次行程のトルク増加量を算出するトルク増加量算出手段と、
あらかじめ記憶したプレ噴射増加量とトルク増加量との関係に基づき、前記トルク増加量算出手段により算出された前記トルク増加量からプレ噴射増加量を算出するプレ噴射増加量算出手段と、を備え、
前記プレ噴射増加量算出手段により算出された前記プレ噴射増加量を、前記ポスト噴射量による前記ポスト噴射の次行程への持ち越し燃料量として算出し、算出された当該持ち越し燃料量に基づき、持ち越し燃料による排気空燃比の変動を抑制するように次行程の前記ポスト噴射量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。 - 更に前記ポスト噴射量の補正に加え、持ち越し燃料によるトルクの増加を抑制するように前記トルク増加量に基づき、少なくとも次行程の前記プレ噴射量を補正するトルク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。
- 前記トルク補正手段は、前記ポスト噴射量より算出される前記トルク増加量に基づいて、前記持ち越し燃料の全てが前記プレ噴射により噴射された燃料の燃焼時に燃焼可能である場合には、前記トルク増加量に応じて前記プレ噴射量を補正することを特徴とする、請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記トルク補正手段は、前記トルク増加量に基づき次行程の前記プレ噴射量と前記メイン噴射量とを補正可能であって、前記ポスト噴射量より算出される前記トルク増加量に基づいて、前記持ち越し燃料の全てが前記プレ噴射により噴射された燃料の燃焼時に燃焼不可能である場合には前記プレ噴射量に加え前記メイン噴射量の補正を行うことを特徴とする、請求項2或いは3に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記トルク補正手段は、前記トルク増加量に基づき次行程の前記プレ噴射量と前記メイン噴射量とを補正可能であって、噴射量補正後の前記プレ噴射により噴射された燃料が燃焼可能である場合には前記プレ噴射量の補正によるトルク補正量をメイン噴射量の補正によるトルク補正量以上とすることを特徴とする、請求項2乃至4のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 次行程の前記ポスト噴射の補正量を、前記持ち越し燃料量から少なくとも前記トルク増加量に基づく次行程の前記プレ噴射量の補正量を減じた値に基づいて算出することを特徴とする、請求項2乃至5のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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