JP5950041B2 - 機関制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関における燃料の燃焼状態を制御する機関制御装置に関する。より具体的には、本発明は、内燃機関における燃料の燃焼状態を制御しつつ、当該制御に伴って発生する騒音及び振動を低減し得る機関制御装置に関する。
一般に、ディーゼル機関等の内燃機関(以下、単に「機関」とも称呼する)の運転時において燃料の燃焼によって生じるエネルギーの一部はクランクシャフトを回転させる仕事に変換されるが、残りは損失となる。この損失には、機関本体から発生する熱として失われる冷却損失、排ガスによって大気中に放出される排気損失、吸気及び排気に伴って発生するポンプ損失、並びに、機械抵抗損失等が含まれる。このうち、冷却損失及び排気損失は、損失全体に対して大きな割合を占める。従って、内燃機関の燃費を改善させるためには冷却損失及び排気損失を減少させることが有効である。
しかしながら、一般に、冷却損失と排気損失とはトレードオフの関係にある。即ち、冷却損失を減少させると排気損失が増加し、排気損失を減少させると冷却損失が増加する。従って、冷却損失と排気損失との和が小さくなる燃焼状態を実現することができれば、機関の燃費は改善される。
ところで、機関における燃料(混合気)の燃焼状態は、燃料噴射時期及び過給圧等の「燃焼状態に影響を及ぼす多くのパラメータ」に応じて変化する。以下、燃焼状態に影響を及ぼすパラメータは、単に「燃焼パラメータ」とも称呼される。ところが、複数の燃焼パラメータについて、様々な運転状態に対して適切な値(組み合わせ)を実験及びシミュレーション等によって予め求めることは容易ではなく、且つ、莫大な適合時間を必要とする。そのため、燃焼パラメータを体系的に決定する手法が開発されてきている。
例えば、従来の制御装置の一つ(以下、「従来装置」とも称呼する)は、「1回の燃焼行程中に発生する総熱量のうち、その半分の熱量が発生した時点のクランク角度(以下、「燃焼重心角度」と称呼する)」を算出する。更に、従来装置は、その燃焼重心角度と所定の基準値とが乖離している場合、燃料噴射時期を補正することによって、或いは、EGR率を調整して燃焼室(気筒)内の酸素濃度を調節することによって、燃焼重心角度を基準値と一致させている(例えば、特許文献1を参照)。
例えばディーゼル機関においては、1つのサイクルの燃焼に対して燃料を複数回噴射する多段噴射が行われる場合がある。より具体的に述べると、ディーゼル機関においては、主噴射(メイン噴射)に先立ちパイロット噴射が行われ、次いで、主噴射が行われる場合がある。更に、主噴射の後にアフター噴射が行われる場合がある。
パイロット噴射と主噴射が行われる場合のクランク角度と熱発生率との関係は、例えば、図7の(A)の曲線C1により示された波形によって表される。熱発生率とは、単位クランク角度(クランクシャフトの回転位置の単位変化量)当たりに混合気の燃焼により発生する熱の量、即ち、単位クランク角度当たりの熱発生量である。この波形は、以下「燃焼波形」とも称呼される。図7の(A)に示された波形は、クランク角度θ1にて開始されるパイロット噴射により極大値Lpをとり、クランク角度θ2にて開始される主噴射により極大値Lmをとっている。
更に、図7の(B)は、クランク角度と、「曲線C1により示される燃焼によって発生した熱量の積算値の、総発生熱量に対する比率(発熱量比率)」と、の関係を示している。図7の(B)に示した例において、前述した燃焼重心角度(発熱量比率が50%となるクランク角度)はクランク角度θ3である。
これに対し、図8の(A)に実線C2により示したように、パイロット噴射の開始時期のみがクランク角度θ1からクランク角度θ0へとΔθ(=θ1−θ0)だけ進角側に移動された場合、パイロット噴射の燃料の燃焼によって発熱が始まるクランク角度はクランク角度Δθだけ進角側に移動する。しかし、図7の(A)及び図8の(A)に示した燃焼においては、燃焼重心角度は主噴射の燃料の燃焼が開始された後(クランク角度θ2以後)である。従って、曲線C2により示される燃焼についての発熱量比率を示した図8の(B)から理解されるように、燃焼重心角度はクランク角度θ3のままであって変化しない。即ち、パイロット噴射時期が進角側に移動することによって燃焼波形が変化しても、燃焼重心角度が変化しない場合がある。換言すると、燃焼重心角度は必ずしも各サイクルの燃焼状態を正確に反映する指標値ではない。
実際に、発明者は、「燃焼重心角度と燃費悪化率との関係」を種々の「機関の負荷(要求トルク)及び機関回転速度」の組み合わせについて測定した。その結果を図9に示す。図9の曲線Hb1乃至曲線Hb3は、それぞれ、低回転速度且つ低負荷、中回転速度且つ中負荷、及び、高回転速度且つ高負荷の場合の測定結果である。図9から理解されるように、発明者は、機関の負荷及び/又は機関回転速度が相違すると、燃費悪化率が最小となる燃焼重心角度(燃費が最良となる燃焼重心角度)も相違するとの知見を得た。換言すると、燃焼重心角度が一定の基準値に一致するように燃焼状態が制御されたとしても、機関の負荷及び/又は機関回転速度が相違すれば燃費悪化率が必ずしも小さくならないことが判明した。
そこで、発明者は、燃焼状態を表す指標値として、従来の燃焼重心角度の代わりに「熱発生率重心位置」に着目した。この熱発生率重心位置は、燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度当たりの量である熱発生率により定まり、クランクシャフト回転位置(即ち、クランク角度)により表される。熱発生率重心位置の定義については後に詳述するが、熱発生率重心位置は、従来の燃焼状態の指標値である燃焼重心角度に比較して、燃焼状態をより正確に反映する指標値であると言うことができる。即ち、発明者は、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持することにより機関の燃焼状態を特定の状態に維持することができ且つ燃費を改善することができるとの知見を得た。そこで、発明者は、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を一定のクランク角度に維持する機関制御装置を検討している。
ところで、前述したように、機関における燃料(混合気)の燃焼状態は、燃料噴射時期及び過給圧等の多くの燃焼パラメータに応じて変化する。従って、上述した熱発生率重心位置もまた、例えば、燃料噴射時期、燃料噴射圧、パイロット噴射によって噴射される燃料の量、及び過給圧等の燃焼パラメータに応じて変化する。換言すれば、上述したように機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持することにより機関の燃焼状態を特定の状態に維持して燃費を改善しようとする場合、例えば、燃料噴射時期、燃料噴射圧、パイロット噴射によって噴射される燃料の量、及び過給圧等の燃焼パラメータを、熱発生率重心位置を制御するパラメータとして用いることができる。これらの燃焼パラメータの中で、燃料噴射時期及び燃料噴射圧等の燃料噴射に関するパラメータ(噴射系パラメータ)は、補正時のレスポンスが良好であり、補正に伴う熱発生率重心位置の偏差(補正偏差)の算出も容易である。かかる観点からは、熱発生率重心位置を制御するパラメータとして噴射系パラメータを用いることが望ましい。
しかしながら、上記のように噴射系パラメータを用いて熱発生率重心位置を制御する場合、単位クランク角度当たりの燃焼室内の圧力(筒内圧)の変化量が大きくなり、例えば燃焼騒音等、燃焼に伴う騒音及び振動に与える影響が大きくなるため、結果として、例えば、当該機関が動力源として搭載される車両のユーザ(例えば運転者等)に不快感を与える虞がある。従って、機関の燃焼状態を特定の状態に維持して燃費を改善する際には、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持することのみならず、ユーザに不快感を与える騒音及び振動を抑制することにも留意することが望ましい。
従って、当該技術分野においては、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、熱発生率重心位置を一定のクランク角度に維持することにより燃費を向上させることが可能な機関制御装置に対する要求が存在する。即ち、本発明の1つの目的は、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、熱発生率重心位置を一定のクランク角度に維持することにより燃費を向上させることが可能な機関制御装置を提供することにある。
本発明の上記目的は、
過給機を備える内燃機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御する燃焼パラメータを設定する燃焼制御部を備える機関制御装置であって、
少なくとも第1閾値から同第1閾値よりも大きい第2閾値までの特定負荷範囲内に前記機関の負荷があるとき、前記燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度当たりの量である熱発生率により定まる熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように前記燃焼パラメータを前記燃焼制御部が設定する、
機関制御装置において、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する、
機関制御装置によって達成される。
過給機を備える内燃機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御する燃焼パラメータを設定する燃焼制御部を備える機関制御装置であって、
少なくとも第1閾値から同第1閾値よりも大きい第2閾値までの特定負荷範囲内に前記機関の負荷があるとき、前記燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度当たりの量である熱発生率により定まる熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように前記燃焼パラメータを前記燃焼制御部が設定する、
機関制御装置において、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する、
機関制御装置によって達成される。
本発明に依れば、熱発生率重心位置を制御するために用いるパラメータを機関及び当該機関が搭載される車両等の運転状況に応じて使い分けることにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができる。
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
前述したように、本発明は、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、熱発生率重心位置を一定のクランク角度(第1クランク角度)に維持することにより燃費を向上させることが可能な機関制御装置を提供することを1つの目的としている。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、熱発生率重心位置を制御するために用いるパラメータを機関及び当該機関が搭載される車両の運転状況に応じて使い分けることにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができることを見出し、本発明を想到するに至ったものである。
即ち、本発明の第1の実施態様は、
過給機を備える内燃機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御する燃焼パラメータを設定する燃焼制御部を備える機関制御装置であって、
少なくとも第1閾値から同第1閾値よりも大きい第2閾値までの特定負荷範囲内に前記機関の負荷があるとき、前記燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度当たりの量である熱発生率により定まる熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように前記燃焼パラメータを前記燃焼制御部が設定する、
機関制御装置において、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する、
機関制御装置である。
過給機を備える内燃機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御する燃焼パラメータを設定する燃焼制御部を備える機関制御装置であって、
少なくとも第1閾値から同第1閾値よりも大きい第2閾値までの特定負荷範囲内に前記機関の負荷があるとき、前記燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度当たりの量である熱発生率により定まる熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように前記燃焼パラメータを前記燃焼制御部が設定する、
機関制御装置において、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する、
機関制御装置である。
上記のように、本実施態様に係る機関制御装置は、過給機を備える内燃機関に適用される。更に、本実施態様に係る機関制御装置は、前記内燃機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御する燃焼制御部を備える。
前記燃焼制御部は、少なくとも第1閾値から同第1閾値よりも大きい第2閾値までの特定負荷範囲内に前記機関の負荷があるとき、前記燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度当たりの量である熱発生率により定まる熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように前記燃焼パラメータを設定する。
尚、上記第1閾値は、機関がとり得る負荷のうちの最小値であってもよく、その最小値よりも大きい値であってもよい。また、上記第2閾値は、機関がとり得る負荷のうちの最大値であってもよく、その最大値よりも小さい値であってもよい。即ち、本実施態様に係る機関制御装置は、機関がとり得る全負荷範囲において熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように燃焼パラメータを設定してもよく、あるいは特定の負荷範囲においてのみ熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように燃焼パラメータを設定してもよい。更に、燃焼状態を制御することは、燃焼パラメータを設定すること(即ち、燃焼パラメータをフィードフォワード制御及び/又はフィードバック制御により機関の運転状態に応じた適値に設定・変更すること)と実質的に同義である。尚、燃焼パラメータについては後に詳述する。
本実施態様に係る機関制御装置に依れば、少なくとも機関の負荷が前記特定負荷範囲内であるときには、熱発生率重心位置が第1クランク角度に維持される。よって、その第1クランク角度を、例えば、燃費が最良となるクランク角度に設定することにより、当該機関のランニングコストを効果的に改善することができる。また、例えば、燃費以外のランニングコストも含めたトータル・ランニングコスト(当該機関が搭載される車両の走行に要する実質的費用)が最低となるようなクランク角度等の所定クランク角度に第1クランク角度を設定することにより、当該機関のトータル・ランニングコストを効果的に改善するようにしてもよい。
尚、機関の燃費、トータル・ランニングコスト等を効果的に改善し得る熱発生率重心位置の制御目標値としての目標重心位置(第1クランク角度)は、例えば、事前の実験等によって予め求めることができる。また、斯くして求められた目標重心位置(第1クランク角度)を達成し得る各種燃焼パラメータの組み合わせにもまた、例えば、事前の実験等によって予め求めることができる。斯くして求められた目標重心位置(第1クランク角度)及び当該目標重心位置(第1クランク角度)に対応する燃焼パラメータの組み合わせは、例えば、後述するエンジンECU(電子制御ユニット)が備えるデータ記憶手段(例えばROM等)に格納しておき、実際の機関の運転状態に応じて読み出し、熱発生率重心位置を目標重心位置(第1クランク角度)と一致させる制御に使用することができる。
ところで、熱発生率重心位置は、以下に述べるように種々の手法により定義され得る。
《定義1》
熱発生率重心位置Gcは、図1(A)に示したように、「1つの燃焼行程におけるクランク角度を横軸(一方の軸)に設定し且つ熱発生率(単位クランク角度当たりの熱の発生量)を縦軸(前記一方の軸に直交する他方の軸)に設定した座標系(グラフ)」に描かれる熱発生率の波形と前記横軸(前記一方の軸)とにより囲まれる領域の幾何学的重心Gに対応するクランク角度(図1(A)においてはθ3)である。
《定義1》
熱発生率重心位置Gcは、図1(A)に示したように、「1つの燃焼行程におけるクランク角度を横軸(一方の軸)に設定し且つ熱発生率(単位クランク角度当たりの熱の発生量)を縦軸(前記一方の軸に直交する他方の軸)に設定した座標系(グラフ)」に描かれる熱発生率の波形と前記横軸(前記一方の軸)とにより囲まれる領域の幾何学的重心Gに対応するクランク角度(図1(A)においてはθ3)である。
《定義2》
熱発生率重心位置Gcは、「1つの燃焼行程におけるクランク角度を横軸(一方の軸)に設定し且つ熱発生率(単位クランク角度当たりの熱の発生量)を縦軸(前記一方の軸に直交する他方の軸)に設定した座標系(グラフ)」に描かれる熱発生率の波形と前記横軸(前記一方の軸)とにより囲まれる領域を特定クランク角度で分けたときに当該特定クランク角度によって分けられた2つの領域の面積が等しくなるような特定クランク角度である。
熱発生率重心位置Gcは、「1つの燃焼行程におけるクランク角度を横軸(一方の軸)に設定し且つ熱発生率(単位クランク角度当たりの熱の発生量)を縦軸(前記一方の軸に直交する他方の軸)に設定した座標系(グラフ)」に描かれる熱発生率の波形と前記横軸(前記一方の軸)とにより囲まれる領域を特定クランク角度で分けたときに当該特定クランク角度によって分けられた2つの領域の面積が等しくなるような特定クランク角度である。
《定義3》
あるいは、熱発生率重心位置Gcは、下記の(1)式を満たすクランク角度Gcである。この(1)式において、CAsは燃料の燃焼が始まるクランク角度であり、CAeは前記燃焼が終わるクランク角度であり、θは任意のクランク角度であり、dQ(θ)はクランク角度θにおける熱発生率である。即ち、熱発生率重心位置Gcは、1つの燃焼行程における燃焼開始から燃焼終了までの間の特定クランク角度であって、「燃焼開始から特定クランク角度まで間の任意の第1クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第1クランク角度における熱発生率」との積を燃焼開始から特定クランク角度までクランク角度について積分(積算)して得られる値と、「特定クランク角度から燃焼終了までの間の任意の第2クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第2クランク角度における熱発生率」との積を特定クランク角度から燃焼終了までクランク角度について積分(積算)して得られる値と、が等しくなるような特定クランク角度である。
あるいは、熱発生率重心位置Gcは、下記の(1)式を満たすクランク角度Gcである。この(1)式において、CAsは燃料の燃焼が始まるクランク角度であり、CAeは前記燃焼が終わるクランク角度であり、θは任意のクランク角度であり、dQ(θ)はクランク角度θにおける熱発生率である。即ち、熱発生率重心位置Gcは、1つの燃焼行程における燃焼開始から燃焼終了までの間の特定クランク角度であって、「燃焼開始から特定クランク角度まで間の任意の第1クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第1クランク角度における熱発生率」との積を燃焼開始から特定クランク角度までクランク角度について積分(積算)して得られる値と、「特定クランク角度から燃焼終了までの間の任意の第2クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第2クランク角度における熱発生率」との積を特定クランク角度から燃焼終了までクランク角度について積分(積算)して得られる値と、が等しくなるような特定クランク角度である。
《定義3’》
上記(1)式を変形すると下記(2)式が得られる。
上記(1)式を変形すると下記(2)式が得られる。
従って、定義3について別の言い方をすると、熱発生率重心位置Gcは、1つの燃焼行程についての燃焼開始から燃焼終了までの特定クランク角度であって、任意のクランク角度から特定クランク角度を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積に対応した値を、燃焼開始から燃焼終了までクランク角度について積分(積算)して得られる値が「0」となるような特定クランク角度である。
《定義4》
定義1乃至定義3’に基づけば、熱発生率重心位置Gcは、1つの燃焼行程において、任意のクランク角度から燃焼開始クランク角度(CAs)を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積の積分値を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積で割って得られる値に燃焼開始クランク角度(CAs)を加えた値であると定義される。
定義1乃至定義3’に基づけば、熱発生率重心位置Gcは、1つの燃焼行程において、任意のクランク角度から燃焼開始クランク角度(CAs)を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積の積分値を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積で割って得られる値に燃焼開始クランク角度(CAs)を加えた値であると定義される。
《定義5》
換言すれば、熱発生率重心位置Gcは、下記(3)式に則った演算により求められるクランク角度であると定義される。
換言すれば、熱発生率重心位置Gcは、下記(3)式に則った演算により求められるクランク角度であると定義される。
以上のように種々に定義される熱発生率重心位置Gcは、例えば、図1の(A)に示した例においてはクランク角度θ3である。加えて、図1(B)に示したように、パイロット噴射の開始時期がクランク角度θ1からΔθpだけ進角側へ移動されてクランク角度θ0に設定されると、熱発生率重心位置Gcはクランク角度Δθgだけ進角側へと移動してクランク角度θ3’となる。これらから理解されるように、熱発生率重心位置は、従来の燃焼状態の指標値である燃焼重心角度に比較して、燃焼状態をより正確に反映する指標値であると言うことができる。尚、実際の熱発生率重心位置は、例えば、燃焼圧センサ(CPS:Combustion Pressure Sensor)等、筒内の圧力を検出する検出手段によって検出される筒内圧に基づいて推定することができる。
更に、発明者は、「熱発生率重心位置と燃費悪化率との関係」を種々の「機関の負荷(要求トルク)及び機関回転速度」の組合せについて測定した。その結果を図2に示す。図2の曲線Gc1乃至曲線Gc3は、それぞれ低回転速度且つ低負荷、中回転速度且つ中負荷、及び、高回転速度且つ高負荷の場合の測定結果である。図2から理解されるように、機関回転速度及び機関の負荷が相違した場合であっても、燃費悪化率が最小となる熱発生率重心位置は特定(一定)のクランク角度θa(図2の例においては圧縮上死点後7°)であった。更に、図9に示した燃焼重心角度に比較して、熱発生率重心位置がクランク角度θaの近傍にある限り、機関の負荷及び/又は機関回転速度が変化しても燃費悪化率は最小値に近い略一定の値となることが判明した。
これらから、発明者は、熱発生率重心位置は燃焼状態を良好に示す指標値であり、従って、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値(例えば、上記クランク角度θa近傍の値)に維持することにより機関の燃焼状態を特定の状態に維持することができ且つ燃費を改善することができるとの知見を得た。そこで、発明者は、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を一定のクランク角度(第1クランク角度)に維持する機関制御装置を検討している。
ところで、前述したように、機関における燃料(混合気)の燃焼状態は、燃料噴射時期及び過給圧等の多くの燃焼パラメータに応じて変化する。従って、上述した熱発生率重心位置もまた、例えば、燃料噴射時期、燃料噴射圧、パイロット噴射によって噴射される燃料の量、及び過給圧等の燃焼パラメータに応じて変化する。換言すれば、上述したように機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持することにより機関の燃焼状態を特定の状態に維持して燃費を改善しようとする場合、例えば、燃料噴射時期、燃料噴射圧、パイロット噴射によって噴射される燃料の量、及び過給圧等の燃焼パラメータを、熱発生率重心位置を制御するパラメータとして用いることができる。かかる燃焼パラメータとしては、以下に述べる値の1つ以上を採用することができる。
(1)主噴射の時期
(2)燃料噴射弁が燃料を噴射するときの圧力である燃料噴射圧
(3)主噴射よりも進角側にて行われる燃料噴射であるパイロット噴射の噴射量
(4)パイロット噴射の回数
(5)パイロット噴射の時期
(6)パイロット噴射の燃料噴射量
(7)主噴射よりも遅角側にて行われる燃料噴射であるアフター噴射の噴射量
(8)過給機による過給圧
(9)インタークーラーの冷却効率(冷却能力)
(10)吸入空気に対するEGRガスの比率であるEGR率(又は、EGRガスの量)
(11)低圧EGR装置により還流させられる低圧EGRガスの量に対する、高圧EGR装置により還流させられる高圧EGRガスの量の比(高低圧EGR率)
(12)EGRクーラーの冷却効率(冷却能力)
(13)気筒内のスワール流の強度(例えば、スワールコントロールバルブの開度)
(2)燃料噴射弁が燃料を噴射するときの圧力である燃料噴射圧
(3)主噴射よりも進角側にて行われる燃料噴射であるパイロット噴射の噴射量
(4)パイロット噴射の回数
(5)パイロット噴射の時期
(6)パイロット噴射の燃料噴射量
(7)主噴射よりも遅角側にて行われる燃料噴射であるアフター噴射の噴射量
(8)過給機による過給圧
(9)インタークーラーの冷却効率(冷却能力)
(10)吸入空気に対するEGRガスの比率であるEGR率(又は、EGRガスの量)
(11)低圧EGR装置により還流させられる低圧EGRガスの量に対する、高圧EGR装置により還流させられる高圧EGRガスの量の比(高低圧EGR率)
(12)EGRクーラーの冷却効率(冷却能力)
(13)気筒内のスワール流の強度(例えば、スワールコントロールバルブの開度)
尚、インタークーラーの冷却効率及びEGRクーラーの冷却効率は、結局のところ機関の吸気温度を制御するものであることから、機関の吸気温度は燃焼パラメータの1つであると言うこともできる。また、これらのクーラーの冷却効率を低下させる(吸気温度を上昇させる)ための具体的な手段としては、例えば、これらのクーラーに流入する冷媒の量を減少させたり、これらのクーラーに搭載されているバイパス通路を通るガスの流量を調整するバイパスバルブの開度を増加させて当該バイパス通路を通るガスの量の当該クーラーを通るガスの量に対する比率を上昇させたりすることができる。逆に、これらのクーラーの冷却効率を上昇させる(吸気温度を低下させる)ための具体的な手段としては、例えば、これらのクーラーに流入する冷媒の量を増加させたり、これらのクーラーに搭載されているバイパス通路を通るガスの流量を調整するバイパスバルブの開度を減少させて当該バイパス通路を通るガスの量の当該クーラーを通るガスの量に対する比率を低下させたりすることができる。
加えて、上記EGR率は、より具体的には、機関に備えられ且つ機関の排気通路に配設された過給機のタービンよりも下流側の排ガスを機関の吸気通路へと還流させる低圧EGR装置を使用する場合は、当該低圧EGR装置により還流させられる低圧EGRガスの量の吸入空気の量に対する比率を指す。また、上記EGR率は、機関に備えられ且つ過給機のタービンよりも上流側の排ガスを吸気通路へと還流させる高圧EGR装置を使用する場合は、当該高圧EGR装置により還流させられる高圧EGRガスの量の吸入空気の量に対する比率を指す。更に、上記EGR率は、低圧EGR装置及び高圧EGR装置の両方を使用する場合は、これらのEGR装置により還流させられる低圧EGRガス及び高圧EGRガスの合計量の吸入空気の量に対する比率を指す。
このような燃焼パラメータを用いて熱発生率重心位置Gcを進角させる場合には、機関制御装置は以下の動作を行えばよい。
(1a)機関制御装置は、主噴射の時期を進角側に移動させる。
(2a)機関制御装置は、燃料噴射圧を増加させる。
(3a)機関制御装置は、パイロット噴射の噴射量を増加させる。
(4a)機関制御装置は、パイロット噴射のみに関して決まるパイロット噴射の熱発生率重心位置(以下、「パイロット熱発生率重心位置」と称呼する)が進角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
(5a)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
(6a)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
(7a)機関制御装置は、アフター噴射の噴射量を減少する、若しくは、アフター噴射を行わない。
(8a)機関制御装置は、過給圧を増加させる。
(9a)機関制御装置は、インタークーラーの冷却効率を低下させる(吸気温度を上昇させる)。
(10a)機関制御装置は、EGR率を低下させる(EGR量を減少させる)。
(11a)機関制御装置は、高低圧EGR率を低下させる。
(12a)機関制御装置は、EGRクーラーの冷却効率を低下させる(吸気温度を上昇させる)。
(13a)機関制御装置は、スワール流の強度を増大させる。
(1a)機関制御装置は、主噴射の時期を進角側に移動させる。
(2a)機関制御装置は、燃料噴射圧を増加させる。
(3a)機関制御装置は、パイロット噴射の噴射量を増加させる。
(4a)機関制御装置は、パイロット噴射のみに関して決まるパイロット噴射の熱発生率重心位置(以下、「パイロット熱発生率重心位置」と称呼する)が進角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
(5a)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
(6a)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
(7a)機関制御装置は、アフター噴射の噴射量を減少する、若しくは、アフター噴射を行わない。
(8a)機関制御装置は、過給圧を増加させる。
(9a)機関制御装置は、インタークーラーの冷却効率を低下させる(吸気温度を上昇させる)。
(10a)機関制御装置は、EGR率を低下させる(EGR量を減少させる)。
(11a)機関制御装置は、高低圧EGR率を低下させる。
(12a)機関制御装置は、EGRクーラーの冷却効率を低下させる(吸気温度を上昇させる)。
(13a)機関制御装置は、スワール流の強度を増大させる。
逆に、上記燃焼パラメータを用いて熱発生率重心位置Gcを遅角させる場合には、機関制御装置は以下の動作を行えばよい。
(1b)機関制御装置は、主噴射の時期を遅角側に移動させる。
(2b)機関制御装置は、燃料噴射圧を減少させる。
(3b)機関制御装置は、パイロット噴射の噴射量を減少させる。
(4b)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
(5b)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
(6b)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
(7b)機関制御装置は、アフター噴射の噴射量を増大する。
(8b)機関制御装置は、過給圧を減少させる。
(9b)機関制御装置は、インタークーラーの冷却効率を上昇させる(吸気温度を低下させる)。
(10b)機関制御装置は、EGR率を上昇させる(EGR量を増大させる)。
(11b)機関制御装置は、高低圧EGR率を上昇させる。
(12b)機関制御装置は、EGRクーラーの冷却効率を上昇させる(吸気温度を低下させる)。
(13b)機関制御装置は、スワール流の強度を低下させる。
(1b)機関制御装置は、主噴射の時期を遅角側に移動させる。
(2b)機関制御装置は、燃料噴射圧を減少させる。
(3b)機関制御装置は、パイロット噴射の噴射量を減少させる。
(4b)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
(5b)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
(6b)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
(7b)機関制御装置は、アフター噴射の噴射量を増大する。
(8b)機関制御装置は、過給圧を減少させる。
(9b)機関制御装置は、インタークーラーの冷却効率を上昇させる(吸気温度を低下させる)。
(10b)機関制御装置は、EGR率を上昇させる(EGR量を増大させる)。
(11b)機関制御装置は、高低圧EGR率を上昇させる。
(12b)機関制御装置は、EGRクーラーの冷却効率を上昇させる(吸気温度を低下させる)。
(13b)機関制御装置は、スワール流の強度を低下させる。
これらの燃焼パラメータの中で、燃料噴射時期及び燃料噴射圧等の燃料噴射に関するパラメータ(噴射系パラメータ)は、前述したように、補正時のレスポンスが良好であり、補正に伴う熱発生率重心位置の偏差(補正偏差)の算出も容易である。かかる観点からは、熱発生率重心位置を制御するパラメータとして噴射系パラメータを用いることが望ましい。
しかしながら、前述したように、噴射系パラメータを用いて熱発生率重心位置を制御する場合、単位クランク角度当たりの燃焼室内の圧力(筒内圧)の変化量が大きくなり、例えば燃焼騒音等、燃焼に伴う騒音及び振動に与える影響が大きくなるため、結果として、例えば、当該機関が動力源として搭載される車両のユーザ(例えば運転者等)に不快感を与える虞がある。特に、機関の回転速度及び当該機関が搭載される車両の速度が低い場合においては、当該機関及び車両の作動に伴って発生する騒音及び振動が小さいため、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され易い傾向がある。
従って、機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ当該機関が動力源として搭載される車両の速度が第1速度未満である場合に熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して燃費を改善しようとする際には、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大の懸念が少ない燃焼パラメータを使用して熱発生率重心を制御することが望ましい。かかる燃焼パラメータの具体例としては、過給機による過給圧を挙げることができる。
一方、機関の回転速度又は当該機関が搭載される車両の速度が高い場合においては、当該機関及び車両の作動に伴って発生する騒音及び/又は振動が大きいため、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され難い傾向がある。従って、かかる場合においては、前述したように、補正時のレスポンスが良好であり、補正に伴う熱発生率重心位置の偏差(補正偏差)の算出も容易な燃焼パラメータを使用して熱発生率重心を制御することが望ましい。かかる燃焼パラメータの具体例としては、燃料噴射時期及び燃料噴射圧等の燃料噴射に関するパラメータ(噴射系パラメータ)を挙げることができる。
従って、本実施態様に係る機関制御装置においては、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。
上記において、機関の回転速度(機関回転速度)は、例えば、クランクシャフトの回転位置(即ち、クランク角度)に応じた信号を出力するクランク角度センサ及びカムポジションセンサからの信号に基づいて、後述するエンジンECU(電子制御ユニット)により取得され得る。また、機関が搭載される車両の速度(走行速度、車速)は、車速センサによって検出され得る。
上記において、第1回転速度と第1速度との組み合わせは、例えば、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方によって熱発生率重心位置を進角させる際にユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を実質的に生じない機関回転速度と車速との最小値の組み合わせとして定義することができる。逆の言い方をすれば、機関回転速度が第1回転速度未満であり且つ車速が第1速度未満であるときに燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方によって熱発生率重心位置を進角させると、ユーザに不快感を与える騒音及び振動が実質的に増大するので望ましくない。尚、かかる第1回転速度と第1速度との組み合わせは、例えば、事前の実験等によって種々の機関回転速度及び車速の組み合わせにおける機関及び車両の作動に伴って発生する騒音及び振動を予め求めることによって特定することができる。また、第1回転速度と第1速度との組み合わせの特定に当たっては、機関及び車両の作動に伴って発生する騒音及び振動に加えて、例えば、風切り音、ロードノイズ等を考慮に入れてもよい。
本実施態様に係る機関制御装置が適用される機関は、過給機による過給圧を調整し得る機構を備えることが必要である。かかる機構の具体例としては、例えば、ノズルベーン、バイパスバルブ(排圧調整ウェイストゲートバルブ)、排気絞り弁等を挙げることができる。また、本実施態様に係る機関制御装置が適用される機関は、燃料噴射圧及び/又は燃料噴射時期を調整し得る機構を備えることが必要である。例えば、燃料加圧ポンプ(サプライポンプ)、燃料送出管、コモンレール(蓄圧室)、及び燃料噴射弁(インジェクタ)を含む燃料供給系統を機関が備える場合、例えば、後述するエンジンECU(電子制御ユニット)の指示により、燃料加圧ポンプを制御して燃料噴射圧を調整したり、燃料噴射弁(インジェクタ)の開弁動作を制御して燃料噴射時期を調整したりすることができる。
これに依れば、機関の回転速度及び当該機関が搭載される車両の速度が低い場合においては燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され易いものの、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大の懸念が少ない燃焼パラメータである過給圧によって熱発生率重心が制御される。これにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制すると共に、加速性能を確保することもできる。一方、機関の回転速度又は当該機関が搭載される車両の速度が高い場合においては、補正時のレスポンスが良好であり、補正偏差の算出も容易な燃焼パラメータである、噴射系パラメータによって熱発生率重心が制御される。このように、本実施態様に係る機関制御装置に依れば、熱発生率重心位置を制御するために用いるパラメータを機関及び当該機関が搭載される車両の運転状況に応じて使い分けることにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができる。
ところで、本実施態様に係る機関制御装置においては、上述したように、熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にある場合に、機関の回転速度が第1回転速度以上であるか又は機関が搭載される車両の速度が第1速度以上であるときには、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を燃焼制御部が実行する。即ち、本実施態様に係る機関制御装置においては、熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にある場合に、機関の回転速度が第1回転速度以上であるときには、燃料噴射圧の増大又は燃料噴射時期の進角のどちらを実行してもよく、あるいは両方を実行してもよい。同様に、機関が搭載される車両の速度が第1速度以上であるときにも、燃料噴射圧の増大又は燃料噴射時期の進角のどちらを実行してもよく、あるいは両方を実行してもよい。
ところで、上記のように熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にあるときに燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を燃焼制御部が実行する場合としては、(a)機関回転速度が第1回転速度以上であり且つ機関が搭載される車両の速度(車速)が第1速度以上である場合、(b)機関回転速度が第1回転速度以上であり且つ車速が第1速度未満である場合、及び(c)機関回転速度が第1回転速度未満であり且つ車速が第1速度以上である場合、の3つの場合が想定される。
上記3つの場合の中で、(c)においては、車速は第1速度以上であるものの、機関の回転速度は第1回転速度未満である。かかる場合、当該機関から発生する騒音及び振動が小さいため、例えば、風切り音、ロードノイズ等が小さい場合等においては、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され易い状況も想定される。従って、機関が搭載される車両の速度が高く且つ機関の回転速度が低い場合に噴射系パラメータを用いて熱発生率重心の制御を行う際には、燃焼騒音に与える影響ができるだけ小さいパラメータを選択することが望ましい。
本実施態様に係る機関制御装置において、熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にある場合に、機関の回転速度が第1回転速度以上であるか又は機関が搭載される車両の速度が第1速度以上であるときに、熱発生率重心位置を進角させるために用いられる噴射系パラメータには、燃料噴射圧及び燃料噴射時期が含まれる。これらの中で、燃焼騒音に与える影響は、燃料噴射時期よりも燃料噴射圧の方が大きい。従って、機関が搭載される車両の速度が高く且つ機関の回転速度が低い場合に噴射系パラメータを用いて熱発生率重心の制御を行う際には、燃焼騒音に与える影響が相対的に大きい燃料噴射圧ではなく、燃焼騒音に与える影響が相対的に小さい燃料噴射時期を変更することにより熱発生率重心の制御を行うことが望ましい。
一方、上記(b)及び(a)においては、機関の回転速度は第1回転速度以上である。かかる場合、当該機関から発生する騒音及び振動が大きいため、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され難い傾向がある。かかる場合には、熱発生率重心の制御を行う際に燃焼騒音に与える影響が相対的に大きい燃料噴射圧を選択しても、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の実質的な増大を招く虞は低い。従って、機関の回転速度が高い場合に噴射系パラメータを用いて熱発生率重心の制御を行う際には、燃焼騒音に与える影響が相対的に大きい燃料噴射圧を変更することにより熱発生率重心の制御を行ってもよい。
即ち、本発明の第2の実施態様は、
本発明の前記第1の実施態様に係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記車両の速度が前記第1速度以上であっても、前記機関の回転速度が前記第1回転速度未満であるときには、前記燃焼制御部が燃料噴射時期の進角のみを実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるときには、前記燃焼制御部が燃料噴射圧の増大を実行する、
機関制御装置である。
本発明の前記第1の実施態様に係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記車両の速度が前記第1速度以上であっても、前記機関の回転速度が前記第1回転速度未満であるときには、前記燃焼制御部が燃料噴射時期の進角のみを実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるときには、前記燃焼制御部が燃料噴射圧の増大を実行する、
機関制御装置である。
上記のように、本実施態様に係る機関制御装置においても、熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にある場合において機関の回転速度が第1回転速度以上であるか又は機関が搭載される車両の速度(車速)が第1速度以上であるときに燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。この際、本実施態様に係る機関制御装置においては、燃焼制御部が、上述したように、熱発生率重心の制御に用いるパラメータとしての燃料噴射時期及び燃料噴射圧を、機関の回転速度及び車速の状況に応じて、きめ細かく使い分ける。
より具体的には、本実施態様に係る機関制御装置においては、前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、前記車両の速度が前記第1速度以上であっても、前記機関の回転速度が前記第1回転速度未満であるときには、前記燃焼制御部が燃料噴射時期の進角を実行する。上述したように、車速が高くても、機関回転速度が低い場合は、機関から発生する騒音及び振動が小さいため、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され易い傾向がある。そこで、本実施態様に係る機関制御装置においては、かかる状況において噴射系パラメータを用いて熱発生率重心の制御を行うに当たり、燃焼騒音に与える影響が相対的に大きい燃料噴射圧ではなく、燃焼騒音に与える影響が相対的に小さい燃料噴射時期を変更することにより熱発生率重心の制御を行う。これにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大をより有効に抑制しつつ、熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができる。
一方、本実施態様に係る機関制御装置においては、前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるときには、前記燃焼制御部が燃料噴射圧の増大を実行する。上述したように、機関回転速度が高い場合は、機関から発生する騒音及び振動が大きいため、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され難い傾向がある。そこで、本実施態様に係る機関制御装置においては、かかる状況において噴射系パラメータを用いて熱発生率重心の制御を行うに当たり、先ずは、燃焼騒音に与える影響が相対的に大きい燃料噴射圧を変更することにより熱発生率重心の制御を行う。これにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができる。
しかしながら、機関の回転速度が高い運転領域においては燃料噴射圧が高く設定されている場合があり、かかる状況においては燃料噴射圧の上げしろは多くは残っていない虞がある。その結果、燃料噴射圧の増大のみによっては熱発生率重心を十分に進角させることが困難である虞がある。かかる場合においては、燃料噴射時期を変更することによる熱発生率重心の制御を追加的に行ってもよい。即ち、上述したように熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にある場合において機関の回転速度が第1回転速度以上であるときに燃焼制御部が燃料噴射圧の増大を実行することにより進角された熱発生率重心位置が未だに第1クランク角度よりも遅角側にある場合は、燃料噴射時期の進角により熱発生率重心位置を更に進角させてもよい。
また、上述した(a)の場合においては、機関回転速度が第1回転速度以上であり且つ機関が搭載される車両の速度(車速)が第1速度以上である。かかる場合、当該機関から発生する騒音及び振動が大きく、例えば、風切り音、ロードノイズ等も大きい状況が想定される。即ち、かかる場合においては、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され難い傾向がより強い。従って、機関が搭載される車両の速度が高く且つ機関の回転速度が高い場合には、熱発生率重心の制御を行うための噴射系パラメータとして燃料噴射圧及び燃料噴射時期の何れを選択してもよく、燃料噴射圧及び燃料噴射時期の両方を選択してもよい。
しかしながら、補正時のレスポンスが良好であり且つ補正に伴う熱発生率重心位置の偏差(補正偏差)の算出も容易であるという観点からは、機関が搭載される車両の速度が高く且つ機関の回転速度が高い場合において熱発生率重心位置を制御する噴射系パラメータとして燃料噴射時期を選択することがより望ましい。このように、本発明の変形例に係る機関制御装置においては、燃焼制御部が、熱発生率重心の制御に用いるパラメータとしての燃料噴射時期及び燃料噴射圧を、例えば、機関の回転速度及び車速の状況等に応じて、更にきめ細かく使い分けるようにしてもよい。
ところで、車両の速度を今後高める(即ち加速する)ことが想定される状況において良好なドライバビリティを維持するためには、加速性能の確保が重要である。しかしながら、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により熱発生率重心位置を進角させようとすると、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により排気損が低減し、過給圧の低下を招く虞がある。かかる場合、例えば可変容量型過給機のタービンが備えるノズルベーン及び/又はバイパスバルブの開度を小さくする等して過給圧を補填しようとするとポンプ損失が悪化(増大)し、結果として燃費及び加速性能の両方を悪化させてしまう虞がある。
従って、例えば車両の加速が求められる局面等において加速性能を確保しつつ燃費を改善するためには、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角に伴う過給圧の低下を補填する際に生ずるポンプ損失の増大に起因するトルクの低下幅が、熱発生率重心位置の進角化に伴うトルクの上昇幅を超えないように制御することが重要である。
従って、本発明の第3の実施態様は、
本発明の前記第1又は前記第2の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときであっても、
前記機関のアクセル開度が第1開度より大きく、且つ、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度に近付くことに起因するトルクの上昇幅の絶対値が、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角による過給圧の低下を補填することに伴う前記機関のポンプ損失の増大に起因するトルクの低下幅の絶対値よりも小さいと判定されるときは、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れも実行しない、
機関制御装置である。
本発明の前記第1又は前記第2の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときであっても、
前記機関のアクセル開度が第1開度より大きく、且つ、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度に近付くことに起因するトルクの上昇幅の絶対値が、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角による過給圧の低下を補填することに伴う前記機関のポンプ損失の増大に起因するトルクの低下幅の絶対値よりも小さいと判定されるときは、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れも実行しない、
機関制御装置である。
上記のように熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にある場合において機関の回転速度が第1回転速度以上であるか又は機関が搭載される車両の速度が第1速度以上であるとき、本発明の前述した各種実施態様に係る機関制御装置においては、燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行することにより、熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように制御する。しかしながら、上述したように、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により熱発生率重心位置を進角させようとすると、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により排気損が低減し、過給圧の低下を招く虞がある。かかる場合、例えば可変容量型過給機のタービンが備えるノズルベーン及び/又はバイパスバルブの開度を小さくする等して過給圧を補填しようとするとポンプ損失が悪化(増大)し、結果として燃費及び加速性能の両方を悪化させてしまう虞がある。
そこで、本実施態様に係る機関制御装置においては、上記のように、前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときであっても、前記機関のアクセル開度が第1開度より大きく、且つ、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度に近付くことに起因するトルクの上昇幅の絶対値が、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角による過給圧の低下を補填することに伴う前記機関のポンプ損失の増大に起因するトルクの低下幅の絶対値よりも小さいと判定されるときは、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れも実行しない。
これにより、本実施態様に係る機関制御装置に依れば、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角に伴う過給圧の低下を補填する際に生ずるポンプ損失の増大に起因するトルクの低下幅の方が熱発生率重心位置の進角化に伴うトルクの上昇幅よりも大きいと判定される場合には燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れも実行されないので、結果として、加速性能を確保しつつ燃費を改善することができる。
尚、上記において、機関のアクセル開度は、例えば、スロットル弁開度を検出するスロットル弁開度センサからの信号に基づいて検出することができる。また、第1開度は、例えば車両の加速が求められる局面等において想定されるアクセル開度の最低値等に設定することができる。
更に、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角に伴うトルクの低下幅については、例えば、以下のようにして算出することができる。例えば、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角に伴う過給圧の低下量(ΔPim)を算出する。次いで、斯くして算出されたΔPimを例えば可変容量型過給機のタービンが備えるノズルベーン及び/又はバイパスバルブの開度を小さくする等して補填する際に生ずる過給効率の低下量を、例えば、過給圧、タービン入圧、ノズルベーン及び/又はバイパスバルブの開度、並びに吸気量等に基づいて算出する。そして、斯くして算出された過給効率に基づいてトルクの低下幅を算出することができる。また、熱発生率重心位置の進角化に伴うトルクの上昇幅については、例えば、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角の結果として達成される新たな熱発生率重心位置における各種燃焼パラメータの値、並びに機関及び当該機関が搭載される車両の運転状況(例えば、機関回転数、車速等)等に基づいて算出することができる。
ところで、本発明の前述した各種実施態様に係る機関制御装置においては、熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、過給圧の増大、燃料噴射圧の増大、及び燃料噴射時期の進角の何れか1つ以上を燃焼制御部が実行して、熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように制御する。即ち、第1クランク角度は、許容可能な熱発生率重心位置の上限値として設定することができる。
一方、図2を参照しながら前述したように、機関回転速度及び機関の負荷が相違した場合であっても、燃費悪化率が最小となる熱発生率重心位置は特定(一定)のクランク角度θa(図2の例においては圧縮上死点後7°)であり、熱発生率重心位置がクランク角度θaの近傍にある限り、機関の負荷及び/又は機関回転速度が変化しても燃費悪化率は最小値に近い略一定の値となることが判明した。即ち、目標熱発生率重心位置(目標重心位置)を、特定の1点ではなく、上限値及び下限値を有する許容可能な範囲として規定し、実際の熱発生率重心位置がかかる許容範囲に入るように、燃焼パラメータを燃焼制御部が設定してもよい。
上記において、実際の熱発生重心位置が上限値よりも大きいクランク角度である場合(熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にある場合)は、これまで説明してきたように、各種燃焼パラメータの何れか1つ以上の設定を燃焼制御部が変更して、熱発生率重心位置が第1クランク角度以下となるように制御することが望ましい。また、実際の熱発生重心位置が上限値と下限値との間の許容可能な範囲に入る場合は、例えば燃費の最小化等、所望の制御結果が達成されているので、実際の熱発生重心位置を敢えて変更する必要は無い。更に、実際の熱発生重心位置が下限値よりも小さいクランク角度である場合(熱発生率重心位置が下限値として設定されるクランク角度(後述する第2クランク角度に相当)よりも進角側にある場合)は、各種燃焼パラメータの何れか1つ以上の設定を燃焼制御部が変更して、熱発生率重心位置が下限値以上のクランク角度となるように制御することが望ましい。
即ち、本発明の第4の実施態様は、
本発明の前記第1乃至前記第3の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも進角側に設定された第2クランク角度よりも進角側にある場合においては、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の減少及び燃料噴射時期の遅角の何れか一方又は両方を実行し、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度以下であり且つ前記第2クランク角度以上である場合においては、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧、燃料噴射圧、及び燃料噴射時期の何れをも変更しない、
機関制御装置である。
本発明の前記第1乃至前記第3の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも進角側に設定された第2クランク角度よりも進角側にある場合においては、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の減少及び燃料噴射時期の遅角の何れか一方又は両方を実行し、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度以下であり且つ前記第2クランク角度以上である場合においては、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧、燃料噴射圧、及び燃料噴射時期の何れをも変更しない、
機関制御装置である。
上述したように、上記において、第1クランク角度は、許容可能な熱発生率重心位置の上限値として設定することができる。一方、第2クランク角度は、許容可能な熱発生率重心位置の下限値として設定することができる。即ち、熱発生率重心位置が第1クランク角度以下であり且つ第2クランク角度以上である場合(つまり、熱発生率重心位置が許容範囲内にある場合)、例えば燃費の最小化等、所望の制御結果が達成されている。従って、本実施態様に係る機関制御装置においては、実際の熱発生重心位置が許容範囲内にある場合、燃焼制御部は、過給機の過給圧、燃料噴射圧、及び燃料噴射時期の何れも変更しない。その結果、熱発生重心位置は変更されず、所望の制御結果が達成された状態が維持される。また、目標熱発生率重心位置(目標重心位置)として特定の1点の値を設定する場合は、例えば、特定の1点の値の上限において、熱発生重心位置のハンチングが生ずる虞が高いが、目標熱発生率重心位置(目標重心位置)にかかる許容範囲を設けることにより、かかるハンチングの発生等を低減して、制御を安定させる効果も得られる。
一方、熱発生率重心位置が過度に進角側にある場合は、前述したように、排気損が低減し、過給圧の低下を招く虞がある。かかる場合、例えば可変容量型過給機のタービンが備えるノズルベーン及び/又はバイパスバルブの開度を小さくする等して過給圧を補填しようとするとポンプ損失が悪化(増大)し、結果として燃費及び加速性能の両方を悪化させてしまう虞がある。従って、本実施態様に係る機関制御装置においては、熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも進角側に設定された第2クランク角度よりも進角側にある場合は、燃焼制御部が熱発生率重心位置を遅角させる。この際、燃焼制御部は燃料噴射圧の減少及び燃料噴射時期の遅角の何れか一方又は両方を実行する。前述したように、燃料噴射時期及び燃料噴射圧等の噴射系パラメータは、補正時のレスポンスが良好であり、補正偏差の算出も容易である。従って、過度に進角側にある熱発生率重心位置を迅速に遅角させて許容範囲内に収める観点からは、熱発生率重心位置を制御するパラメータとして噴射系パラメータを用いることが望ましい。
上記により、本実施態様に係る機関制御装置に依れば、ハンチングの発生等を低減しつつ、熱発生率重心位置を迅速に遅角させて許容範囲内に収め、例えば燃費の最小化等、所望の制御結果を達成することができる。
ところで、前述したように、熱発生率重心位置は種々の手法により定義され得る。具体的には、熱発生率重心位置は、前述した定義1、2、3、3’、4、及び5等の何れかによって規定することができる。当然のことながら、これら種々の定義によって規定される熱発生率重心位置に基づく熱発生率重心位置の制御を行う機関制御装置もまた、本発明の実施態様に含まれる。そこで、前述した定義1、2、3、3’、4、及び5によって規定される熱発生率重心位置を用いる本発明の各種実施態様を以下に列挙する。但し、熱発生率重心位置の定義の各々については既に詳しく述べたので、ここでの説明は割愛する。
先ず、本発明の第5の実施態様は、
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程におけるクランク角度を一方の軸に設定し且つ熱発生率を前記一方の軸に直交する他方の軸に設定したグラフに描かれる熱発生率の波形と前記一方の軸とにより囲まれる領域の幾何学的重心に対応するクランク角度である、
機関制御装置である。
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程におけるクランク角度を一方の軸に設定し且つ熱発生率を前記一方の軸に直交する他方の軸に設定したグラフに描かれる熱発生率の波形と前記一方の軸とにより囲まれる領域の幾何学的重心に対応するクランク角度である、
機関制御装置である。
次に、本発明の第6の実施態様は、
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程におけるクランク角度を一方の軸に設定し且つ熱発生率を前記一方の軸に直交する他方の軸に設定したグラフに描かれる熱発生率の波形と前記一方の軸とにより囲まれる領域を特定クランク角度で分けたときに当該特定クランク角度によって分けられた2つの領域の面積が等しくなるような特定クランク角度である、
機関制御装置である。
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程におけるクランク角度を一方の軸に設定し且つ熱発生率を前記一方の軸に直交する他方の軸に設定したグラフに描かれる熱発生率の波形と前記一方の軸とにより囲まれる領域を特定クランク角度で分けたときに当該特定クランク角度によって分けられた2つの領域の面積が等しくなるような特定クランク角度である、
機関制御装置である。
また、本発明の第7の実施態様は、
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程における燃焼開始から燃焼終了までの間の特定クランク角度であって、「燃焼開始から特定クランク角度まで間の任意の第1クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第1クランク角度における熱発生率」との積を燃焼開始から特定クランク角度までクランク角度について積分して得られる値と、「特定クランク角度から燃焼終了までの間の任意の第2クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第2クランク角度における熱発生率」との積を特定クランク角度から燃焼終了までクランク角度について積分して得られる値と、が等しくなるような特定クランク角度である、
機関制御装置である。
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程における燃焼開始から燃焼終了までの間の特定クランク角度であって、「燃焼開始から特定クランク角度まで間の任意の第1クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第1クランク角度における熱発生率」との積を燃焼開始から特定クランク角度までクランク角度について積分して得られる値と、「特定クランク角度から燃焼終了までの間の任意の第2クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第2クランク角度における熱発生率」との積を特定クランク角度から燃焼終了までクランク角度について積分して得られる値と、が等しくなるような特定クランク角度である、
機関制御装置である。
更に、本発明の第8の実施態様は、
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程についての燃焼開始から燃焼終了までの特定クランク角度であって、任意のクランク角度から特定クランク角度を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積に対応した値を、燃焼開始から燃焼終了までクランク角度について積分して得られる値が「0」となるような特定クランク角度である、
機関制御装置である。
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程についての燃焼開始から燃焼終了までの特定クランク角度であって、任意のクランク角度から特定クランク角度を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積に対応した値を、燃焼開始から燃焼終了までクランク角度について積分して得られる値が「0」となるような特定クランク角度である、
機関制御装置である。
また更に、本発明の第9の実施態様は、
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程において、任意のクランク角度から燃焼開始クランク角度を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積の積分値を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積で割って得られる値に燃焼開始クランク角度を加えた値である、
機関制御装置である。
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程において、任意のクランク角度から燃焼開始クランク角度を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積の積分値を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積で割って得られる値に燃焼開始クランク角度を加えた値である、
機関制御装置である。
加えて、本発明の第10の実施態様は、
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置は、下記(3)式に則った演算により求められるクランク角度であり、
本発明の前記第1乃至前記第4の実施態様の何れか1つに係る機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置は、下記(3)式に則った演算により求められるクランク角度であり、
上式中、Gcは熱発生率重心位置を表し、CAsは燃料の燃焼が始まるクランク角度である燃焼開始クランク角度であり、CAeは前記燃焼が終わるクランク角度である燃焼終了クランク角度であり、θは任意のクランク角度であり、dQ(θ)はクランク角度θにおける熱発生率である、
機関制御装置である。
機関制御装置である。
これらの何れの実施態様に係る機関制御装置においても、熱発生率重心位置を制御するために用いるパラメータを機関及び当該機関が搭載される車両の運転状況に応じて使い分けることにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができる。
以下、本発明の幾つかの実施態様に係る機関制御装置につき更に詳しく説明する。但し、以下に述べる説明はあくまでも例示を目的とするものであり、本発明の範囲が以下の説明に限定されるものと解釈されるべきではない。
<第1実施形態>
以下、図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る機関制御装置(以下、「第1装置」とも称呼する)について説明する。
以下、図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る機関制御装置(以下、「第1装置」とも称呼する)について説明する。
(構成)
第1装置は、図3に示した内燃機関(機関)10に適用される。機関10は、多気筒(本例では直列4気筒)・4サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関10は、機関本体部20、燃料供給系統30、吸気系統40、排気系統50、高圧EGRシステム60、及び低圧EGRシステム90を含んでいる。
第1装置は、図3に示した内燃機関(機関)10に適用される。機関10は、多気筒(本例では直列4気筒)・4サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関10は、機関本体部20、燃料供給系統30、吸気系統40、排気系統50、高圧EGRシステム60、及び低圧EGRシステム90を含んでいる。
機関本体部20は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケース等を含む本体21を備える。本体21には、4つの気筒(燃焼室)22が形成されている。各気筒22の上部には燃料噴射弁(インジェクタ)23が配設されている。燃料噴射弁23は、後述するエンジンECU(電子制御ユニット)70の指示に応答して開弁し、気筒内に燃料を直接噴射するようになっている。
燃料供給系統30は、燃料加圧ポンプ(サプライポンプ)31と、燃料送出管32と、コモンレール(蓄圧室)33と、を含む。燃料加圧ポンプ31の吐出口は燃料送出管32に接続されている。燃料送出管32はコモンレール33に接続されている。コモンレール33は燃料噴射弁23に接続されている。
燃料加圧ポンプ31は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料を汲み上げた後に加圧し、その加圧された高圧燃料を、燃料送出管32を通してコモンレール33へ供給するようになっている。燃料加圧ポンプ31は、機関10のクランクシャフトに連動する駆動軸により作動する。燃料加圧ポンプ31は、電子制御ユニット70の指示に応答し、コモンレール33内の燃料の圧力(即ち、燃料噴射圧、コモンレール圧)を調整することができるようになっている。
吸気系統40は、インテークマニホールド41、吸気管42、エアクリーナ43、過給機44のコンプレッサ44a、インタークーラー45、スロットル弁46、スロットル弁アクチュエータ47を含んでいる。
インテークマニホールド41は各気筒に接続された枝部と、枝部が集合した集合部と、を含む。吸気管42はインテークマニホールド41の集合部に接続されている。インテークマニホールド41及び吸気管42は吸気通路を構成している。吸気管42には、吸入空気の流れの上流から下流に向け、エアクリーナ43、過給機44のコンプレッサ44a、インタークーラー45、及びスロットル弁46が順に配設されている。スロットル弁アクチュエータ47は、電子制御ユニット70の指示に応じてスロットル弁46の開度を変更するようになっている。
排気系統50は、エキゾーストマニホールド51、排気管52、過給機44のタービン44b、ディーゼル酸化触媒(DOC)53、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)54、及び排気絞り弁55を含んでいる。
エキゾーストマニホールド51は各気筒に接続された枝部と、枝部が集合した集合部と、を含む。排気管52はエキゾーストマニホールド51の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド51及び排気管52は排気通路を構成している。排気管52には、排ガスの流れの上流から下流に向け、過給機44のタービン44b、DOC53、DPF54、及び排気絞り弁55が配設されている。
過給機44は周知の可変容量型過給機であり、そのタービン44bには図示しない複数のノズルベーン(可変ノズル)が設けられている。更に、タービン44bは、図示しない「タービン44bのバイパス通路、及び、そのバイパス通路に設けられたバイパスバルブ」を備えている。ノズルベーン及びバイパスバルブは、電子制御ユニット70の指示に応じて開度が変更され、その結果、過給圧が変更(制御)されるようになっている。即ち、本明細書において「過給機44を制御する」とは、ノズルベーンの角度及び/又はバイパスバルブの開度を変更することによって過給圧を変更することを意味する。
DOC53は、排ガス中の未燃ガス(HC、CO)を酸化する。即ち、DOC53により、HCは水とCO2に酸化され、COはCO2に酸化される。更に、DOC53により、NOxのうちのNOがNO2に酸化される。
DPF54は、炭素からなる煤及びこれに付着した有機物を含むPM(パティキュレートマター)を捕集する。捕集された炭素はDPF54に流入するNO2によって酸化されてCO2とNOとに変化する。
排気絞り弁55は、電子制御ユニット70の指示に応じて開度が変更され、その結果、排気圧力が変更(調整)されることにより、例えば、過給機44による過給圧が変更(制御)されるようになっている。
高圧EGRシステム60は、高圧排気還流管61、高圧EGR制御弁62、及び高圧EGRクーラー63を含んでいる。高圧排気還流管61は、排気通路(エキゾーストマニホールド51)であってタービン44bよりも上流の位置と、吸気通路(インテークマニホールド41)であってスロットル弁46よりも下流の位置と、を連通している。高圧排気還流管61は高圧EGRガス通路を構成している。高圧EGR制御弁62は高圧排気還流管61に配設されている。高圧EGR制御弁62は、電子制御ユニット70からの指示に応答して高圧EGRガス通路の通路断面積を変更することにより、排気通路から吸気通路へと再循環される排ガス量(高圧EGRガス量)を変更し得るようになっている。
一方、低圧EGRシステム90は、低圧排気還流管91、低圧EGR制御弁92、及び低圧EGRクーラー93を含んでいる。低圧排気還流管91は、排気通路(排気管52)であってDPF54よりも下流の位置と、吸気通路(吸気管42)であって過給機44のコンプレッサ44aよりも上流の位置と、を連通している。低圧排気還流管91は低圧EGRガス通路を構成している。低圧EGR制御弁92は低圧排気還流管91に配設されている。低圧EGR制御弁92は、電子制御ユニット70からの指示に応答して低圧EGRガス通路の通路断面積を変更することにより、排気通路から吸気通路へと再循環される排ガス量(低圧EGRガス量)を変更し得るようになっている。
電子制御ユニット70は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM、及びインターフェース等を含む。電子制御ユニット70は、以下に述べるセンサ類と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信(入力)するようになっている。更に、電子制御ユニット70は、CPUからの指示に応じて、各種アクチュエータに指示(駆動)信号を送出するようになっている。
電子制御ユニット70は、エアフローメータ71、スロットル弁開度センサ72、吸気管圧力センサ73、燃料圧力センサ74、筒内圧センサ75、クランク角度センサ76、高圧EGR制御弁開度センサ77、水温センサ78、低圧EGR制御弁開度センサ79、及び排気絞り弁開度センサ80と接続されている。
エアフローメータ71は吸気通路内を通過する吸入空気(EGRガスを含まない新気)の質量流量を測定し、質量流量(以下、「吸入空気量Ga」と称呼する)を表す信号を出力する。更に、エアフローメータ71は吸入空気の温度を検出し、その吸気温THAを表す信号を出力する。
スロットル弁開度センサ72はスロットル弁開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力する。
吸気管圧力センサ73は、吸気通路内であってスロットル弁46よりも下流の吸気管内のガスの圧力(吸気管圧力)Pimを表す信号を出力する。吸気管圧力Pimは過給圧であると言うこともできる。
スロットル弁開度センサ72はスロットル弁開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力する。
吸気管圧力センサ73は、吸気通路内であってスロットル弁46よりも下流の吸気管内のガスの圧力(吸気管圧力)Pimを表す信号を出力する。吸気管圧力Pimは過給圧であると言うこともできる。
燃料圧力センサ74は、コモンレール33内の燃料の圧力(燃料圧力、燃料噴射圧、コモンレール圧)を検出し、燃料噴射圧Pcrを表す信号を出力する。
筒内圧センサ75は、各気筒(燃焼室)に対応するように配設されている。筒内圧センサ75は、対応する気筒内の圧力(即ち、筒内圧)を検出し、筒内圧Pcyを表す信号を出力する。
クランク角度センサ76は、機関10の図示しないクランクシャフトの回転位置(即ち、クランク角度)に応じた信号を出力する。電子制御ユニット70は、このクランク角度センサ76及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関10のクランク角度(絶対クランク角度)θを取得する。更に、電子制御ユニット70は、クランク角度センサ76からの信号に基づいて、機関回転速度Neを取得する。
筒内圧センサ75は、各気筒(燃焼室)に対応するように配設されている。筒内圧センサ75は、対応する気筒内の圧力(即ち、筒内圧)を検出し、筒内圧Pcyを表す信号を出力する。
クランク角度センサ76は、機関10の図示しないクランクシャフトの回転位置(即ち、クランク角度)に応じた信号を出力する。電子制御ユニット70は、このクランク角度センサ76及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関10のクランク角度(絶対クランク角度)θを取得する。更に、電子制御ユニット70は、クランク角度センサ76からの信号に基づいて、機関回転速度Neを取得する。
高圧EGR制御弁開度センサ77は、高圧EGR制御弁62の開度を検出し、その開度を表す信号Vegrhを出力する。
低圧EGR制御弁開度センサ79は、低圧EGR制御弁92の開度を検出し、その開度を表す信号Vegrlを出力する。
水温センサ78は、機関10の冷却水の温度(冷却水温)を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力する。
低圧EGR制御弁開度センサ79は、低圧EGR制御弁92の開度を検出し、その開度を表す信号Vegrlを出力する。
水温センサ78は、機関10の冷却水の温度(冷却水温)を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力する。
加えて、電子制御ユニット70は、アクセル開度センサ83、車速センサ84、及び燃料残量センサ85と接続されている。
アクセル開度センサ83は、図示しないアクセルペダルの開度(アクセルペダル操作量)を検出し、アクセルペダル開度Accpを表す信号を出力する。
車速センサ84は、機関10が搭載された車両の走行速度を検出し、その走行速度(車速)Spdを表す信号を出力する。
燃料残量センサ85は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料の量(即ち、燃料残量)を検出し、その残量を表す信号Frを出力する。
車速センサ84は、機関10が搭載された車両の走行速度を検出し、その走行速度(車速)Spdを表す信号を出力する。
燃料残量センサ85は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料の量(即ち、燃料残量)を検出し、その残量を表す信号Frを出力する。
(制御の概要)
次に、第1装置の作動の概要について説明する。第1装置は、前述した定義1、2、3、3’、4、及び5等の何れかによって規定される熱発生率重心位置が所定の目標熱発生率重心位置(以下、単に、「目標重心位置」とも称呼する)となるように燃焼制御を行う(即ち、燃焼パラメータを設定する)。目標熱発生率重心位置は、目標熱発生率重心角度又は目標クランク角度とも称呼される。尚、熱発生率重心位置は、燃焼波形が同じであれば、前述した定義1、2、3、3’、4、及び5の何れによっても同じクランク角度になる。
次に、第1装置の作動の概要について説明する。第1装置は、前述した定義1、2、3、3’、4、及び5等の何れかによって規定される熱発生率重心位置が所定の目標熱発生率重心位置(以下、単に、「目標重心位置」とも称呼する)となるように燃焼制御を行う(即ち、燃焼パラメータを設定する)。目標熱発生率重心位置は、目標熱発生率重心角度又は目標クランク角度とも称呼される。尚、熱発生率重心位置は、燃焼波形が同じであれば、前述した定義1、2、3、3’、4、及び5の何れによっても同じクランク角度になる。
第1装置においては、熱発生率重心位置が目標重心位置と一致するように機関の運転状態(機関の負荷及び機関回転速度等)に対して燃焼パラメータが予め定められ且つROMに記憶されている。第1装置は、実際の機関の運転状態に応じてROMから燃焼パラメータを読み出し、その燃焼パラメータを使用する制御(即ち、フィードフォワード制御)によって熱発生率重心位置を目標重心位置に一致させる。更に、第1装置は、実際の熱発生率重心位置を筒内圧センサ75が検出する筒内圧Pcyに基づいて推定し、その推定した熱発生率重心位置が目標重心位置と一致するように燃焼パラメータをフィードバック制御する。但し、係るフィードバック制御は必ずしも必須ではない。更に、フィードフォワード制御は実行せず、フィードバック制御のみにより熱発生率重心位置を目標重心位置と一致させてもよい。
上記制御においては、前述したように、例えば、燃料噴射時期、燃料噴射圧、パイロット噴射によって噴射される燃料の量、及び過給圧等の燃焼パラメータを、熱発生率重心位置を制御するパラメータとして用いることにより、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値(目標重心位置)に維持することにより機関の燃焼状態を特定の状態に維持して燃費を改善することができる。かかる燃焼パラメータとしては、例えば、前述した(1)乃至(13)の1つ以上を採用することができる。また、熱発生率重心位置Gcを進角又は遅角させる場合における、これらの燃焼パラメータの設定についても前述した通りである。
これらの燃焼パラメータの中で、燃料噴射時期及び燃料噴射圧等の燃料噴射に関するパラメータ(噴射系パラメータ)は、前述したように、補正時のレスポンスが良好であり、補正に伴う熱発生率重心位置の偏差(補正偏差)の算出も容易である。かかる観点からは、熱発生率重心位置を制御するパラメータとして噴射系パラメータを用いることが望ましい。
しかしながら、前述したように、噴射系パラメータを用いて熱発生率重心位置を制御する場合、単位クランク角度当たりの燃焼室内の圧力(筒内圧)の変化量が大きくなり、例えば燃焼騒音等、燃焼に伴う騒音及び振動に与える影響が大きくなるため、結果として、例えば、当該機関が動力源として搭載される車両のユーザ(例えば運転者等)に不快感を与える虞がある。特に、機関の回転速度及び当該機関が搭載される車両の速度が低い場合においては、当該機関及び車両の作動に伴って発生する騒音及び振動が小さいため、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され易い傾向がある。
また、前述したように、例えば、機関の回転速度及び当該機関が搭載される車両の速度が低い場合等、車両の速度を今後高める(即ち加速する)ことが想定される状況において良好なドライバビリティを維持するためには、加速性能の確保が重要である。しかしながら、例えば、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により熱発生率重心位置を進角させようとする場合、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により排気損が低減し、過給圧の低下を招く虞がある。かかる場合、例えば可変容量型過給機44のタービン44bが備えるノズルベーン及び/又はバイパスバルブの開度を小さくする等して過給圧を補填しようとするとポンプ損失が悪化(増大)し、結果として燃費及び加速性能の両方を悪化させてしまう虞がある。
従って、機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満である場合に熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して燃費を改善しようとする際には、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大及び加速性能の悪化の懸念が少ない燃焼パラメータを使用して熱発生率重心を制御することが望ましい。かかる燃焼パラメータの具体例としては、過給機による過給圧を挙げることができる。
一方、機関の回転速度又は当該機関が搭載される車両の速度が高い場合においては、当該機関及び車両の作動に伴って発生する騒音及び/又は振動が大きいため、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され難い傾向がある。従って、かかる場合においては、前述したように、補正時のレスポンスが良好であり、補正に伴う熱発生率重心位置の偏差(補正偏差)の算出も容易な燃焼パラメータを使用して熱発生率重心を制御することが望ましい。かかる燃焼パラメータの具体例としては、燃料噴射時期及び燃料噴射圧等の燃料噴射に関するパラメータ(噴射系パラメータ)を挙げることができる。
そこで、第1装置においては、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。
これに依れば、機関の回転速度及び当該機関が搭載される車両の速度が低い場合においては、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され易いものの、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大の懸念が少ない燃焼パラメータである過給圧によって熱発生率重心が制御される。これにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制すると共に、加速性能を確保することもできる。一方、機関の回転速度又は当該機関が搭載される車両の速度が高い場合においては、補正時のレスポンスが良好であり、補正偏差の算出も容易な燃焼パラメータである、噴射系パラメータによって熱発生率重心が制御される。このように、第1装置に依れば、熱発生率重心位置を制御するために用いるパラメータを機関及び当該機関が搭載される車両の運転状況に応じて使い分けることにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができる。
(実際の作動)
次に、電子制御ユニット70のCPU(以下、単に「CPU」と表記する)が実際に行う処理について説明する。尚、ここでは、熱発生率重心位置のフィードバック制御について説明する。CPUは、所定時間が経過する毎に図4にフローチャートにより示したルーチンを実行するようになっている。このルーチンにより、実際の熱発生率重心位置Gcが目標重心位置Gctgtと等しくなるように、燃焼パラメータがフィードバック制御により調整される。この際、熱発生率重心位置を制御するために用いるパラメータが、機関及び当該機関が搭載される車両の運転状況に応じて使い分けられる。また、本ルーチンは機関10の気筒毎に実行される。
次に、電子制御ユニット70のCPU(以下、単に「CPU」と表記する)が実際に行う処理について説明する。尚、ここでは、熱発生率重心位置のフィードバック制御について説明する。CPUは、所定時間が経過する毎に図4にフローチャートにより示したルーチンを実行するようになっている。このルーチンにより、実際の熱発生率重心位置Gcが目標重心位置Gctgtと等しくなるように、燃焼パラメータがフィードバック制御により調整される。この際、熱発生率重心位置を制御するために用いるパラメータが、機関及び当該機関が搭載される車両の運転状況に応じて使い分けられる。また、本ルーチンは機関10の気筒毎に実行される。
適当なタイミングになると、CPUは図4のステップ400から処理を開始し、ステップ410に進んで種々の運転状態パラメータを上述したセンサ等から取得する。CPUは図4のステップ420に進み、燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度当たりの量である熱発生率に基づいて、実際の熱発生率重心位置Gcを算出する。
具体的には、CPUは、筒内圧Pcyに基づいてクランク角度θ[degATDC]に対する単位クランク角度当たりの発熱量である熱発生率dQ(θ)[J/degATDC]を周知の手法に基づいて算出する(例えば、特開2005−54753号公報、特開2007−285194号公報等を参照)。
次いで、CPUは、前述した定義1、2、3、3’、4、及び5の何れかに基づいて、熱発生率重心位置Gcを取得・推定する。ここでは、CPUは、熱発生率dQ(θ)を下記(3)式に適用することにより、熱発生率重心位置Gcを取得・推定する。尚、実際には、熱発生率重心位置Gcは、(3)式をデジタル演算式に変換した式に基づいて計算される。(3)式において、CAsは燃焼が開始するクランク角度であり、CAeは燃焼が終了するクランク角度である。
次に、CPUはステップ430に進み、算出された実際の熱発生率重心位置Gcが予め定められた目標熱発生率重心位置Gctgt(第1クランク角度)よりも大きい(GcがGctgtよりも遅角側にある)か否かを判定する。
上記ステップ430において実際の熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置Gctgt(第1クランク角度)以下である(GcがGctgtと等しいか又はGctgtよりも進角側にある)と判定される場合(ステップ430:No)、CPUはステップ480に進み、燃料噴射圧の減少及び燃料噴射時期の遅角の何れか一方又は両方を実行することにより、実際の熱発生率重心位置Gcを遅角させる。その後、CPUはステップ490に進み、本ルーチンを一旦終了する。尚、ステップ480における熱発生率重心位置Gcの遅角化は必須の要件ではない。一方、上記ステップ430において実際の熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置Gctgt(第1クランク角度)よりも大きい(GcがGctgtよりも遅角側にある)と判定される場合(ステップ430:Yes)、CPUはステップ440に進み、機関回転速度Neが予め定められた第1回転速度Ne1未満であるか否かを判定する。
上記ステップ440において機関回転速度Neが第1回転速度Ne1以上であると判定された場合(ステップ440:No)、CPUはステップ470に進み、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行することにより、実際の熱発生率重心位置Gcを進角させる。この際、機関回転速度Neが高く、当該機関の作動に伴って発生する騒音及び/又は振動が大きい。従って、前述したように、このように噴射系パラメータを用いて熱発生率重心位置Gcを制御しても燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され難く、ユーザに不快感を与える虞が低減される。その後、CPUはステップ490に進み、本ルーチンを一旦終了する。一方、上記ステップ440において機関回転速度Neが第1回転速度Ne1未満であると判定された場合(ステップ440:Yes)、CPUはステップ450に進み、当該機関が搭載された車両の走行速度(車速)Spdが予め定められた第1速度Spd1未満であるか否かを判定する。
上記ステップ450において車速Spdが第1速度Spd1以上であると判定された場合(ステップ450:No)、CPUはステップ470に進み、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。一方、上記ステップ450において車速Spdが第1速度Spd1未満であると判定された場合(ステップ450:Yes)、CPUはステップ460に進み、過給機による過給圧を増大させる。この場合、機関回転速度Ne及び車速Spdが共に低く、当該機関の作動に伴って発生する騒音及び振動が小さい。従って、前述したように、かかる場合に噴射系パラメータを用いて熱発生率重心位置Gcを制御すると燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され易く、ユーザに不快感を与える虞が高まる。しかしながら、ステップ460においては、過給機による過給圧を増大させることにより、実際の熱発生率重心位置Gcを進角させる。その結果、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制すると共に加速性能を確保しつつ、実際の熱発生率重心位置Gcを目標熱発生率重心位置Gctgt(第1クランク角度)に近付けるように制御することができる。その後、CPUはステップ490に進み、本ルーチンを一旦終了する。
以上、説明したように、第1装置は、過給機を備える機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態パラメータである燃焼パラメータを設定する燃焼制御部を備える。当該機関制御装置は、少なくとも第1閾値から同第1閾値よりも大きい第2閾値までの特定負荷範囲内に前記機関の負荷があるとき、前記燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度当たりの量である熱発生率により定まる熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように前記燃焼パラメータを前記燃焼制御部が設定する。
更に、前記燃焼制御部は、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。
これに依れば、機関の回転速度及び当該機関が搭載される車両の速度が低い場合においては、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され易いものの、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大の懸念が少ない燃焼パラメータである過給圧によって熱発生率重心が制御されるので、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制すると共に、加速性能を確保することもできる。一方、機関の回転速度又は当該機関が搭載される車両の速度が高い場合においては、補正時のレスポンスが良好であり、補正偏差の算出も容易な燃焼パラメータである、噴射系パラメータによって熱発生率重心が制御される。このように、第1装置に依れば、熱発生率重心位置を制御するために用いるパラメータを機関及び当該機関が搭載される車両の運転状況に応じて使い分けることにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、機関の負荷及び/又は機関回転速度に依らず熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る機関制御装置(以下、「第2装置」とも称呼する)について説明する。第2装置は、電子制御ユニット70のCPUが「図4に示したルーチン」に代えて「図5に示したルーチン」を実行する点のみにおいて第1装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
次に、本発明の第2実施形態に係る機関制御装置(以下、「第2装置」とも称呼する)について説明する。第2装置は、電子制御ユニット70のCPUが「図4に示したルーチン」に代えて「図5に示したルーチン」を実行する点のみにおいて第1装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
先ず、図5に示したルーチンにおいては、熱発生率重心位置Gcと目標熱発生率重心位置(の上限値Gc1)とを対比するステップ520(図4におけるステップ430に該当)の前に、ステップ510において、その時点における機関及び車両の運転状況並びに各種燃焼パラメータの設定値等に基づいて筒内最高圧(Pmax)が算出される。その後、ステップ512において、斯くして算出されたPmaxが機関の筒内圧の設計上の上限値である最大筒内圧(上限圧)未満に収まっているか否かが判定される。Pmaxが上限圧未満に収まっていない(Pmax≧上限圧)場合は、CPUはステップ480に進み、図4に示したルーチンと同様に、燃料噴射圧の減少及び燃料噴射時期の遅角の何れか一方又は両方を実行することにより、実際の熱発生率重心位置Gcを遅角させる。その後、CPUはステップ490に進み、本ルーチンを一旦終了する。これにより、第2装置においては、筒内圧が機関の設計上の上限値を超えないように制御することができる。
また、図4に示したルーチンにおいては、熱発生率重心位置Gcを目標熱発生率重心位置Gctgtに近付けるように燃焼パラメータが設定されたが、図5に示したルーチンにおいては、熱発生率重心位置Gcを目標熱発生率重心位置の許容範囲内に収めるように燃焼パラメータが設定される。より具体的には、図5に示したルーチンを実行する第2装置においては、図4に示したルーチンと同様に、ステップ420において熱発生率重心位置Gcが算出される。しかしながら、次のステップ520においては、図4に示したルーチンとは異なり、熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の許容範囲の上限値Gc1よりも大きいか否かが判定される。
上記ステップ520において熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の上限値Gc1(第1クランク角度)よりも大きい(GcがGc1よりも遅角側にある)と判定される場合(ステップ520:Yes)は、図4に示したルーチンと同様に、CPUはステップ440に進み、機関回転速度Neが予め定められた第1回転速度Ne1未満であるか否かを判定する。
上記ステップ440において機関回転速度Neが第1回転速度Ne1未満であると判定された場合(ステップ440:Yes)、CPUはステップ450に進み、当該機関が搭載された車両の走行速度(車速)Spdが予め定められた第1速度Spd1未満であるか否かを判定する。
上記ステップ450において車速Spdが第1速度Spd1未満であると判定された場合(ステップ450:Yes)、図4に示したルーチンと同様に、CPUはステップ460に進み、過給機による過給圧を増大させる。これにより、図5に示したルーチンを実行する第2装置においても、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制すると共に加速性能を確保しつつ、実際の熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の上限値Gc1(第1クランク角度)未満となるように制御することができる。その後、CPUはステップ490に進み、本ルーチンを一旦終了する。
一方、上記ステップ440において機関回転速度Neが第1回転速度Ne1以上であると判定された場合(ステップ440:No)及び上記ステップ450において車速Spdが第1速度Spd1以上であると判定された場合(ステップ450:No)は、図4に示したルーチンと同様に噴射系パラメータを用いて、目標熱発生率重心位置の許容範囲内に収まるように熱発生率重心Gcが制御される。しかしながら、図5に示したルーチンにおいては、機関の回転速度及び車速の状況に応じて、燃料噴射時期及び燃料噴射圧をよりきめ細かく使い分ける点において、図4に示したルーチンと異なる。この点については後に詳述する。
ところで、図5に示したルーチンにおいては、上記ステップ520において熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の上限値Gc1(第1クランク角度)以下である(GcがGc1と等しいか又はGc1よりも進角側にある)と判定される場合(ステップ520:No)は、図4に示したルーチンとは異なり、CPUはステップ522に進み、熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の許容範囲の上限値Gc1よりも小さく且つ下限値Gc2よりも大きいか否か(熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の許容範囲内に収まっているか否か)が判定される。
上記ステップ522において熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の許容範囲内に収まっていると判定された場合(ステップ522:Yes)は、前述したように、例えば燃費の最小化等、所望の制御結果が達成されている。従って、かかる場合、第2装置においては、燃焼パラメータの設定を変更せずに、ステップ490に進み、本ルーチンを一旦終了する。その結果、熱発生重心位置Gcは変更されず、所望の制御結果が達成された状態が維持される。また、熱発生重心位置Gcのハンチングの発生等を低減して、制御を安定させる効果も期待される。
一方、上記ステップ522において熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の許容範囲内に収まっていない(即ち、熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の下限値Gc2と等しいか又はGc2よりも進角側にある)と判定された場合(ステップ522:No)は、熱発生率重心位置が過度に進角側にあることを意味する。この場合、CPUはステップ480に進み、図4に示したルーチンと同様に、燃料噴射圧の減少及び燃料噴射時期の遅角の何れか一方又は両方を実行することにより、実際の熱発生率重心位置Gcを遅角させる。その後、CPUはステップ490に進み、本ルーチンを一旦終了する。これにより、熱発生率重心位置が過度に進角側にあるために排気損が低減して過給圧の低下を招く虞を低減することができる。
ところで、上述したように、図5に示したルーチンにおいては、上述したステップ440において機関回転速度Neが第1回転速度Ne1以上であると判定された場合(ステップ440:No)及び上述したステップ450において車速Spdが第1速度Spd1以上であると判定された場合(ステップ450:No)、機関の回転速度及び車速の状況に応じて、燃料噴射時期と燃料噴射圧とがよりきめ細かく使い分けられる。具体的には、上述したステップ440において機関回転速度Neが第1回転速度Ne1以上であると判定された場合(ステップ440:No)、CPUはステップ530に進み、燃料噴射圧の増大を実行することにより、熱発生率重心位置Gcを進角させる。その後、CPUはステップ490に進み、本ルーチンを一旦終了する。一方、上述したステップ450において車速Spdが第1速度Spd1以上であると判定された場合(ステップ450:No)は、CPUはステップ536に進み、燃料噴射時期の進角を実行する。その後、CPUはステップ490に進み、本ルーチンを一旦終了する。
以上説明してきたように、図5に示したルーチンを実行する第2装置においては、熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の上限値Gc1(第1クランク角度)より遅角側にある場合(ステップ520:Yes)において、機関が搭載される車両の速度Spdが第1速度Spd1以上であっても機関の回転速度Neが第1回転速度Ne1未満であるとき(ステップ440:Yes且つステップ450:No)には、燃焼騒音に与える影響が相対的に大きい燃料噴射圧ではなく、燃焼騒音に与える影響が相対的に小さい燃料噴射時期を変更することにより熱発生率重心の制御を行う(ステップ536)。これにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大をより有効に抑制しつつ、熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができる。
一方、第2装置においては、熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の上限値Gc1(第1クランク角度)より遅角側にある場合(ステップ520:Yes)において、機関の回転速度Neが第1回転速度Ne1以上であるとき(ステップ440:No)には、燃焼騒音に与える影響が相対的に大きい燃料噴射圧を変更することにより熱発生率重心の制御を行う(ステップ530)。これにより、ユーザに不快感を与える騒音及び振動の増大を抑制しつつ、熱発生率重心位置を所定の一定値に維持して、燃費を改善することができる。
但し、本発明に係る機関制御装置において、熱発生率重心位置が目標熱発生率重心位置の上限値(第1クランク角度)より遅角側にある場合において、熱発生率重心の制御に用いるパラメータとしての燃料噴射時期及び燃料噴射圧を使い分けるパターンは、上記に限定されるものではない。
例えば、前述したように、機関の回転速度が高い運転領域においては燃料噴射圧が高く設定されている場合があり、かかる状況においては燃料噴射圧の上げしろは多くは残っていない虞がある。その結果、燃料噴射圧の増大のみによっては熱発生率重心を十分に進角させることが困難である虞がある。かかる場合においては、燃料噴射時期を変更することによる熱発生率重心の制御を追加的に行ってもよい。即ち、上述したように熱発生率重心位置が第1クランク角度よりも遅角側にある場合において機関の回転速度が第1回転速度以上であるときに燃焼制御部が燃料噴射圧の増大を実行することにより進角された熱発生率重心位置が未だに第1クランク角度よりも遅角側にある場合は、燃料噴射時期の進角により熱発生率重心位置を更に進角させてもよい。
また、前述した(a)の場合においては、機関回転速度が第1回転速度以上であり且つ機関が搭載される車両の速度(車速)が第1速度以上である。かかる場合、当該機関から発生する騒音及び振動が大きく、例えば、風切り音、ロードノイズ等も大きい状況が想定される。即ち、かかる場合においては、燃料の燃焼に伴う騒音及び振動の変化がユーザに検知され難い傾向がより強い。従って、機関が搭載される車両の速度が高く且つ機関の回転速度が高い場合には、熱発生率重心の制御を行うための噴射系パラメータとして燃料噴射圧及び燃料噴射時期の何れを選択してもよく、燃料噴射圧及び燃料噴射時期の両方を選択してもよい。
更に、補正時のレスポンスが良好であり且つ補正に伴う熱発生率重心位置の偏差(補正偏差)の算出も容易であるという観点からは、機関が搭載される車両の速度が高く且つ機関の回転速度が高い場合において熱発生率重心位置を制御する噴射系パラメータとして燃料噴射時期を選択することがより望ましい。このように、本発明の種々の実施態様に係る機関制御装置においては、燃焼制御部が、熱発生率重心の制御に用いるパラメータとしての燃料噴射時期及び燃料噴射圧を、例えば、機関の回転速度及び車速の状況等に応じて、様々にきめ細かく使い分けることができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る機関制御装置(以下、「第3装置」とも称呼する)について説明する。第3装置は、電子制御ユニット70のCPUが、「図4に示したルーチンに含まれるステップ470」に代えて「図6に示したルーチン」を実行する点のみにおいて第1装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
次に、本発明の第3実施形態に係る機関制御装置(以下、「第3装置」とも称呼する)について説明する。第3装置は、電子制御ユニット70のCPUが、「図4に示したルーチンに含まれるステップ470」に代えて「図6に示したルーチン」を実行する点のみにおいて第1装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
前述したように、図4に示したルーチンにおいては、ステップ440において機関回転速度Neが第1回転速度Ne1以上であると判定された場合(ステップ440:No)、及びステップ450において車速Spdが第1速度Spd1以上であると判定された場合(ステップ450:No)、の何れの場合においても、CPUはステップ470に進み、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行することにより、実際の熱発生率重心位置Gcを進角させる。
しかしながら、前述したように、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により熱発生率重心位置を進角させようとすると、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により排気損が低減し、過給圧の低下を招く虞がある。かかる場合、例えば可変容量型過給機のタービンが備えるノズルベーン及び/又はバイパスバルブの開度を小さくする等して過給圧を補填しようとするとポンプ損失が悪化(増大)し、結果として燃費及び加速性能の両方を悪化させてしまう虞がある。
そこで、第3装置においては、熱発生率重心位置Gcが目標熱発生率重心位置の上限値Gc1(第1クランク角度)よりも遅角側にある場合において、機関の回転速度Neが第1回転速度Ne1以上であるか又は機関が搭載される車両の速度Spdが第1速度Spd1以上であるときであっても、機関のアクセル開度(Accp)が第1開度Accp1より大きく、且つ、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により熱発生率重心位置Gcが第1クランク角度Gc1に近付くことに起因するトルクの上昇幅(ΔTQ2)の絶対値が、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角による過給圧の低下を補填することに伴う機関のポンプ損失の増大に起因するトルクの低下幅(ΔTQ1)の絶対値よりも小さいと判定されるときは、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れも実行しない。
具体的には、第3装置においては、図4に示したルーチンに含まれるステップ470にCPUが進む局面においても、「図4に示したルーチンに含まれるステップ470」に代えて「図6に示したルーチン」を実行する。詳しくは、ステップ600において、当該車両において加速要求があるか否かを判断するための指標として、アクセル開度Accpを検出する。その後、CPUはステップ610に進み、アクセル開度Accpが第1開度Accp1よりも大きいか否か(加速要求があるか否か)が判定される。
上記ステップ610においてアクセル開度Accpが第1開度Accp1よりも大きくない(Accp≦Accp1)と判定された場合(ステップ610:No)は、上述したような加速性能の悪化を考慮する必要は無いので、CPUはステップ660に進み、図4に示したルーチンに含まれるステップ470と同様に、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。一方、上記ステップ610においてアクセル開度Accpが第1開度Accp1よりも大きい(Accp>Accp1)と判定された場合(ステップ610:Yes)は、上述したような加速性能の悪化を招くことは回避すべきであるので、CPUはステップ620に進み、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角に伴う過給圧の低下量(ΔPim)を算出し、斯くして算出されたΔPimを例えば可変容量型過給機のタービンが備えるノズルベーン及び/又はバイパスバルブの開度を小さくする等して補填する際に生ずる過給効率の低下量を、例えば、過給圧、タービン入圧、ノズルベーン及び/又はバイパスバルブの開度、並びに吸気量等に基づいて算出する。
その後、CPUはステップ630に進み、算出された過給効率に基づいてトルクの低下幅(ΔTQ1)を算出する。また、熱発生率重心位置Gcの進角化に伴うトルクの上昇幅(ΔTQ2)については、例えば、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角の結果として達成される新たな熱発生率重心位置Gcにおける各種燃焼パラメータの値、並びに機関及び当該機関が搭載される車両の運転状況(例えば、機関回転数Ne、車速Spd等)等に基づいて算出する。
更に、CPUはステップ640に進み、上記のようにして算出されたトルクの低下幅(ΔTQ1)及び上昇幅(ΔTQ2)の絶対値の大小関係を判定する。具体的には、ステップ640において、トルクの低下幅(ΔTQ1)の絶対値(|ΔTQ1|)がトルクの上昇幅(ΔTQ2)の絶対値(|ΔTQ2|)よりも大きいか否かが判定される。ステップ640においてトルクの上昇幅の絶対値がトルクの低下幅の絶対値以上である(|ΔTQ1|≦|ΔTQ2|)と判定された場合(ステップ640:No)は、上述したような加速性能の悪化を招く虞が低い。従って、CPUはステップ660に進み、図4に示したルーチンに含まれるステップ470と同様に、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する。一方、ステップ640においてトルクの上昇幅の絶対値がトルクの低下幅の絶対値未満である(|ΔTQ1|>|ΔTQ2|)と判定された場合(ステップ640:Yes)は、上述したような加速性能の悪化を招く虞が高い。従って、CPUは燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角を禁止する(ステップ650)。このように、第3装置に依れば、加速要求がある場合には加速性能を確保しつつ燃費を改善することができる。
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施態様につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施態様に限定されるものと解釈されるべきではなく、請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
10…機関、20…機関本体部、21…本体、22…気筒、23…燃料噴射弁、30…燃料供給系統、31…燃料加圧ポンプ、32…燃料送出管、33…コモンレール、40…吸気系統、41…インテークマニホールド、42…吸気管、43…エアクリーナ、44…過給機、44a…コンプレッサ、44b…タービン、45…インタークーラー、46…スロットル弁、47…スロットル弁アクチュエータ、50…排気系統、51…エキゾーストマニホールド、52…排気管、53…ディーゼル酸化触媒(DOC)、54…ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)、55…排気絞り弁、60…高圧EGRシステム、61…高圧排気還流管、62…高圧EGR制御弁、63…高圧EGRクーラー、70…ECU(電子制御ユニット)、71…エアフローメータ、72…スロットル弁開度センサ、73…吸気管圧力センサ、74…燃料圧力センサ、75…筒内圧センサ、76…クランク角度センサ、77…高圧EGR制御弁開度センサ、78…水温センサ、79…低圧EGR制御弁開度センサ、80…排気絞り弁開度センサ、90…低圧EGRシステム、91…低圧排気還流管、92…低圧EGR制御弁、及び93…低圧EGRクーラー。
Claims (10)
- 過給機を備える内燃機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御する燃焼パラメータを設定する燃焼制御部を備える機関制御装置であって、
少なくとも第1閾値から同第1閾値よりも大きい第2閾値までの特定負荷範囲内に前記機関の負荷があるとき、前記燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度当たりの量である熱発生率により定まる熱発生率重心位置が第1クランク角度に等しくなるように前記燃焼パラメータを前記燃焼制御部が設定する、
機関制御装置において、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記機関の回転速度が第1回転速度未満であり且つ前記機関が搭載される車両の速度が第1速度未満であるときには、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧の増大を実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときには、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れか一方又は両方を実行する、
機関制御装置。 - 請求項1に記載の機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、
前記車両の速度が前記第1速度以上であっても、前記機関の回転速度が前記第1回転速度未満であるときには、前記燃焼制御部が燃料噴射時期の進角のみを実行し、
前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるときには、前記燃焼制御部が燃料噴射圧の増大を実行する、
機関制御装置。 - 請求項1又は2の何れか1項に記載の機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側にある場合において、前記機関の回転速度が前記第1回転速度以上であるか又は前記車両の速度が前記第1速度以上であるときであっても、
前記機関のアクセル開度が第1開度より大きく、且つ、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角により前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度に近付くことに起因するトルクの上昇幅の絶対値が、燃料噴射圧の増大及び/又は燃料噴射時期の進角による過給圧の低下を補填することに伴う前記機関のポンプ損失の増大に起因するトルクの低下幅の絶対値よりも小さいと判定されるときは、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の増大及び燃料噴射時期の進角の何れも実行しない、
機関制御装置。 - 請求項1乃至3の何れか1項に記載の機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも進角側に設定された第2クランク角度よりも進角側にある場合においては、前記燃焼制御部が、燃料噴射圧の減少及び燃料噴射時期の遅角の何れか一方又は両方を実行し、
前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度に一致するか、前記第1クランク角度よりも進角側であり且つ前記第2クランク角度よりも遅角側である範囲にあるか、又は前記第2クランク角度に一致する場合においては、前記燃焼制御部が、前記過給機の過給圧、燃料噴射圧、及び燃料噴射時期の何れをも変更しない、
機関制御装置。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載の機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程におけるクランク角度を一方の軸に設定し且つ熱発生率を前記一方の軸に直交する他方の軸に設定したグラフに描かれる熱発生率の波形と前記一方の軸とにより囲まれる領域の幾何学的重心に対応するクランク角度である、
機関制御装置。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載の機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程におけるクランク角度を一方の軸に設定し且つ熱発生率を前記一方の軸に直交する他方の軸に設定したグラフに描かれる熱発生率の波形と前記一方の軸とにより囲まれる領域を特定クランク角度で分けたときに当該特定クランク角度によって分けられた2つの領域の面積が等しくなるような特定クランク角度である、
機関制御装置。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載の機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程における燃焼開始から燃焼終了までの間の特定クランク角度であって、「燃焼開始から特定クランク角度まで間の任意の第1クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第1クランク角度における熱発生率」との積を燃焼開始から特定クランク角度までクランク角度について積分して得られる値と、「特定クランク角度から燃焼終了までの間の任意の第2クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ」と「その任意の第2クランク角度における熱発生率」との積を特定クランク角度から燃焼終了までクランク角度について積分して得られる値と、が等しくなるような特定クランク角度である、
機関制御装置。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載の機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程についての燃焼開始から燃焼終了までの特定クランク角度であって、任意のクランク角度から特定クランク角度を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積に対応した値を、燃焼開始から燃焼終了までクランク角度について積分して得られる値が「0」となるような特定クランク角度である、
機関制御装置。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載の機関制御装置であって、
前記熱発生率重心位置が、1つの燃焼行程において、任意のクランク角度から燃焼開始クランク角度を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積の積分値を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積で割って得られる値に燃焼開始クランク角度を加えた値である、
機関制御装置。
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