JP6759557B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、過給機を備えたエンジンの制御装置に関し、特に、加速時におけるスモークの発生を抑制するエンジンの制御装置に関する。

過給機を備えたエンジンでは、加速するために運転者がアクセルを踏み込んだ際に、そのアクセルの踏込みに対して、燃焼室へ導入される吸気の圧力である吸気管圧の上昇がやや遅れる傾向にある。吸気管圧が上昇していない際に、加速要求に対応した大量の燃料を噴射すると、排気中のスモークが増大することがある。

このため、例えば、特許文献１には、アクセルが踏み込まれてエンジンが加速状態へと移行する際に、いわゆる「なまし」制御を実行することにより、排気中のスモークを抑制する技術が開示されている。

なまし制御は、運転者が急にアクセルを踏み込んだときでも、燃料噴射量を一気に増加させず、時間をかけて徐々に増加させることで、燃料過多によるスモークの発生を防止するものである。

また、加速するために運転者がアクセルを踏み込んだ際に、そのアクセルの踏み込み量に対応する目標燃料噴射量よりも低いスモークリミット噴射量を設定し、実際に噴射される燃料の量を制限することで、スモークを抑制する技術もある。

特開２００１−１５９３５６号公報

上記特許文献１の技術では、加速要求であるアクセルの踏み込み直後から、なまし制御による燃料噴射量の増加が継続される。このため、例えば、アクセルの踏み込みに対して吸気管圧の上昇が大きく遅れる運転状況では、アクセルの踏み込み直後から燃料が増量されることにより、一時的に燃料過多の状態が発生する可能性がある。したがって、上記特許文献１の技術では、運転状況によっては、スモークを抑制できない場合も想定される。

また、加速要求時に、アクセルの踏み込み量に対応する目標燃料噴射量よりも低いスモークリミット噴射量を設定する従来の技術では、実際に噴射される燃料の量が、アクセルの踏み込み直後から加速完了時まで継続して目標燃料噴射量よりも少なく設定される。このため、実際の燃料噴射量は、加速要求に対応する目標トルクに対して少ないので、加速不良の原因となる場合もある。

そこで、この発明の課題は、加速要求時に、トルクを犠牲にすることなく、スモークの発生をより確実に抑制することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、燃焼室に導入される吸気の圧力を高める過給機と、前記吸気に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁による燃料の噴射時期及び噴射量を制御する燃料噴射制御手段と、加速要求に対応する燃料の噴射量増量をその加速要求に対して遅らせるディレイ量を決定し前記ディレイ量に基づいて前記燃料噴射制御手段に燃料の噴射時期の指令を出すディレイ量決定手段と、を備え、前記ディレイ量決定手段は、加速要求の開始時期に行われる前記ディレイ量と、前記加速要求の開始時期に行われる前記ディレイ量が経過した後の前記加速要求による加速中に行われる前記ディレイ量とを決定し、前記加速要求の開始時期に行われる前記ディレイ量は、エンジンの回転数が大きいほど小さく設定されるとともに、前記加速要求に対応する要求トルクが大きいほど小さく設定され、前記加速中に行われる前記ディレイ量は、エンジンの回転数が大きいほど小さく設定されるとともに、前記加速要求に対応する目標吸気圧力と実際の吸気圧力との差が大きいほど大きく設定されるエンジンの制御装置を採用した。

この発明は、加速要求に対して、その加速要求に対応する燃料の噴射量増量を遅らせるディレイ量を決定し、そのディレイ量に基づいて燃料の噴射時期の指令を出すディレイ量決定手段を備えたので、加速要求時にトルクを犠牲にすることなく、スモークの発生をより確実に抑制することができる。

この発明の一実施形態のエンジンの構成を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、この発明の制御を示すグラフ図である。 この発明の制御を示すフローチャートである。 （ａ）（ｂ）は、この発明の制御を示すグラフ図である。

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、この発明のエンジンＥ及びエンジンＥの制御装置の構成を示す全体図である。この実施形態のエンジンＥはディーゼルエンジンであるが、ガソリンエンジンにおいてもこの発明を適用することができる。

エンジンＥの構成は、ピストン１１を収容したシリンダの燃焼室１２内に吸気を送り込む吸気通路１、燃焼室１２から引き出された排気通路２、燃焼室１２内に臨む燃料噴射弁（インジェクタ）１３等を備えている。吸気通路１の燃焼室１２への開口である吸気ポート、及び、排気通路２の燃焼室１２への開口である排気ポートは、それぞれバルブによって開閉される。

吸気通路１には、吸気ポートから上流側に向かって、燃焼室１２へ導入される吸気量を検出するエアフローセンサ１４，吸気通路１の流路面積を調節するスロットルバルブ２５、吸気通路１を流れる吸気を冷却する吸気冷却装置（インタークーラ）６、吸気通路１内の吸気の圧力を検知する吸気管圧検知手段１８、ターボチャージャのコンプレッサ１７、吸気通路１の流路面積を調節するスロットルバルブ２２、エアクリーナを収容したケース等が設けられる。エアクリーナのケース内には、大気温度検出装置１９として管内の吸気温度を検出できる温度センサが設けられている。

排気通路２には、排気ポートから下流側に向かって、ターボチャージャのタービン７、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）等を除去する触媒等を備えた排気浄化部８、排気中のスモークの量を検出するスモークセンサ１６、消音器（マフラ）９が設けられる。

過給機Ｔは、排気通路２に設けられたタービン７の回転が、吸気通路１に設けられたコンプレッサ１７に伝達されることにより、そのコンプレッサ１７の回転で燃焼室１２に導入される吸気の圧力を高めている。この過給機Ｔは、コンプレッサ１７を駆動するタービン７内に可動ベーン１５を備えることにより、そのタービン７内での排気の流速を調整する可変容量ターボチャージャである。エンジンの回転速度に応じて可動ベーン１５の向きを調整することにより、タービン７内における排気の流速を増減し、エンジンの回転速度に応じた最適なタービン容量を設定できる。

また、排気通路２のタービン７と排気ポートとの間と、吸気通路１の吸気ポートとスロットルバルブ２５の間とは、高圧排気ガス再循環装置を構成する高圧排気還流通路２３によって連通している。高圧排気還流通路２３を介して、燃焼室１２から排出される排気ガスの一部が、還流ガスとして吸気通路１に還流する。高圧排気還流通路２３に設けられた高圧排気還流弁２４の開閉とスロットルバルブ２５の開閉に伴う吸気通路１内の圧力状態に応じて、還流ガスが吸気通路１内の吸気に合流する。

また、排気通路２の排気浄化部８と消音器９との間と、吸気通路１のコンプレッサ１７とスロットルバルブ２２の間とは、低圧排気ガス再循環装置を構成する低圧排気還流通路２０によって連通している。低圧排気還流通路２０には、還流ガスを冷却する還流ガスクーラ１０が設けられている。低圧排気還流通路２０を介して、燃焼室１２から排出される排気ガスの一部が、還流ガスとして吸気通路１のインタークーラ６の上流側に還流する。低圧排気還流通路２０に設けられた低圧排気還流弁２１の開閉とスロットルバルブ２２の開閉に伴う吸気通路１内の圧力状態に応じて、還流ガスが吸気通路１内の吸気に合流する。

このエンジンＥへの燃料や空気の供給、バルブの開閉、過給機Ｔ、その他の制御は、エンジンＥを搭載する車両が備える電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０が行っている。

また、燃料噴射弁１３による燃料の噴射時期及び噴射量の制御は、電子制御ユニット３０が備える燃料噴射制御手段３１によって行われる。

電子制御ユニット３０は、運転者が行うアクセルの踏み込み、すなわち、加速要求に対して、その加速要求に対応する燃料の噴射量増量を遅らせるディレイ量を決定し、そのディレイ量に基づいて、燃料噴射制御手段３１に燃料の噴射時期の指令を出すディレイ量決定手段３２を備える。

ディレイ量決定手段３２によるディレイ量の決定、及び、ディレイ量に基づく燃料噴射制御手段３１への燃料の噴射時期の指令は、加速要求の開始時期、及び、その加速要求による加速中にそれぞれ行われる。

ディレイ量とは、加速要求に対して、その加速要求に対応する燃料の噴射量増量を遅らせる時間を意味する。運転者のアクセル操作によってアクセル開度が増した際、つまり、加速要求があった際にディレイ量が設定された場合は、そのディレイ量に対応する時間が経過するまで、燃料噴射量の増量を開始しない、あるいは、燃料噴射量の増量中であればその増量を一時停止し、ディレイ量に対応する時間が経過するまで、燃料噴射量の増量を行わない。

ディレイの実行とは、設定されたディレイ量に基いて、燃料噴射の増量の開始時期を遅らせる制御、あるいは、燃料噴射の増量を一時停止しそのディレイ量に対応する時間が経過後に増量を再開する制御である。

ディレイ量は、エンジンの回転数と加速要求に対応する要求トルクとによって決定される。例えば、エンジンの回転数と要求トルクとに対応してディレイ量が決定されるマップを用いてディレイ量を算出することができる。あるいは、エンジンの回転数と要求トルクとに対応して、その都度、ディレイ量を演算により決定してもよい。特に、加速要求の開始時期におこなうディレイ量の決定は、エンジンの回転数と要求トルクを用いた上記決定手法によるのが望ましい。

また、ディレイ量は、エンジンの回転数と加速要求に対応する目標吸気圧力と実際の吸気圧力との差によって決定されるようにしてもよい。例えば、エンジンの回転数と、目標吸気圧力と実際の吸気圧力との差に対応して、ディレイ量が決定されるマップを用いてディレイ量を算出することができる。あるいは、エンジンの回転数と目標吸気圧力と実際の吸気圧力との差に対応して、その都度、ディレイ量を演算により決定してもよい。特に、加速要求による加速中におこなうディレイ量の決定は、エンジンの回転数と、目標吸気圧力と実際の吸気圧力との差を用いた上記手法によるのが望ましい。

燃料噴射制御手段３１は、ディレイ量に対応する時間が経過した後、燃料の噴射量を加速要求に対応する目標燃料噴射量まで増量させる。ここで、従来のようなスモークリミット噴射量の設定は行わず、アクセル開度に基づいて本来要求される燃料噴射量まで、噴射量の増量が継続される。また、増量の速度、すなわち、単位時間当たりの増量の度合いも、通常の制御と同様に設定される。

このエンジンの制御装置を用いたエンジンの制御方法を、図２〜図４に基づいて説明する。

図３のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１では、エンジンの稼働状態、車両の運転状態が検出される。ここで、運転状態とは、エンジンの回転数、過給機Ｔによる吸気通路１内の圧力（以下、吸気管圧力と称する。）、アクセル開度、エンジンのトルク等である。

これらの運転状態の情報に基づいて、ステップＳ２では、加速判定が行われる。加速判定は、例えば、所定時間内におけるアクセル開度の変化量が所定量を上回った場合、すなわち、アクセルを深く踏み込んだような場合に、加速要求があったと判断するように設定できる。あるいは、アクセル開度の変化速度が所定速度を上回った場合、すなわち、アクセルを急に踏み込んだような場合に、加速要求があったと判断するように設定できる。

加速要求があったと判定された場合、ステップＳ３へ移行し、加速要求の開始時期におけるディレイの制御を開始する。加速要求がないと判定された場合は、ステップＳ１３へ移行し、通常の制御を継続する。

ステップＳ３では、加速要求の開始時期におけるディレイの制御として、加速判定時応答遅れのディレイ量算出を行う。

加速要求の開始時期におけるディレイ量は、例えば、図４（ａ）に示すように、エンジンの回転数と加速要求に対応する要求トルクとによって構成されるグラフによって算出される。

図４（ａ）では、座標の横軸のエンジンの回転数と、縦軸の要求トルクとに対応するグラフ上の領域毎に、一つのディレイ量が決定される。図中の領域ａ〜領域ｇは、領域ａが最もディレイ量が小さく、領域ｇが最もディレイ量が大きい。このため、エンジンの回転数が大きくなるほどディレイ量は小さく設定され、要求トルクが大きくなるほどディレイ量は小さく設定される傾向がある。

ディレイ量が決定された場合、ステップＳ４へ移行しディレイが実行される。ディレイが実行されると、そのディレイ量に対応する時間が経過するまで、燃料噴射量の増量は行われない。すなわち、加速要求前に燃料噴射量がゼロであればその噴射量ゼロを維持し、加速要求前に燃料噴射量が或る値であればその或る値の噴射量を維持し、それぞれディレイ量に対応する時間の経過を待つ。ディレイ量に対応する時間が経過したら、ステップＳ５において、本来行うべき燃料噴射量の増量が開始される。

つぎに、ステップＳ６では、加速要求による加速中におけるディレイの制御を行うかどうか判断するため、エンジンの回転数と過給圧の検出を行う。過給圧とは吸気管圧力である。このとき、加速要求に基づく燃料噴射量の増量は、まだ行われている最中である。

ここで、過給圧差分が閾値以下であれば（ステップＳ７）、目標とする吸気管圧力と実際の吸気管圧力との間に大きな差はないので、加速中におけるディレイの制御は行わない。このため、現在継続中の燃料噴射量の増量が終了した後、ステップＳ１３へ移行し、通常の制御を継続する。このとき、燃料の増量は、加速要求に対応する目標燃料噴射量まで行われる。

過給圧差分が閾値を超えれば（ステップＳ７）、目標とする吸気管圧力と実際の吸気管圧力との間に大きな差があるので、加速中におけるディレイの制御を行う。

まず、ステップＳ８では、燃料噴射の増量が一時停止される。つぎに、ステップＳ９では、エンジンの回転数と、加速要求に対応する目標吸気管圧力と実際の吸気管圧力との差である過給圧差分によって、加速中におけるディレイ量算出を行う。

加速中におけるディレイ量は、例えば、図４（ｂ）に示すように、エンジンの回転数と過給圧差分とによって構成されるグラフによって算出される。

図４（ｂ）では、座標の横軸のエンジンの回転数と、縦軸の過給圧差分とに対応するグラフ上の領域毎に、一つのディレイ量が決定される。図中の領域ａ’〜領域ｈ’は、領域ａ’が最もディレイ量が小さく、領域ｈ’が最もディレイ量が大きい。このため、エンジンの回転数が大きくなるほどディレイ量は小さく設定され、過給圧差分が小さくなるほどディレイ量は小さく設定される傾向がある。

加速中のディレイ量が決定された場合、ステップＳ１０において、そのディレイが実行される。ステップＳ８では、既に、燃料噴射量の増量が一時停止されているので、決定されたディレイ量に対応する時間が経過するまで、燃料噴射量の増量は再開されない。すなわち、ディレイ実行の直前の燃料噴射量が維持され、ディレイ量に対応する時間の経過を待つ。ディレイ量に対応する時間が経過したら、ステップＳ１１において、本来行うべき燃料噴射量の増量が開始される。燃料の増量は、加速要求に対応する目標燃料噴射量まで行われ、通常の制御に復帰する（ステップＳ１２、ステップＳ１３）。

すなわち、ここでは、加速中に行われるディレイ量の決定及びディレイ量に基づく燃料噴射制御手段３１への燃料の噴射時期の指令は、加速要求の開始時期に行われるディレイ量の経過に基づく燃料噴射制御手段３１への燃料の噴射が実施された後に行われている。

このエンジンの制御装置、エンジンの制御方法を採用した場合の効果を、図２（ａ）〜（ｄ）に示す。

図２（ａ）は、運転者の操作に基づくアクセル開度の変化である。グラフ左端のグラフの立ち上がり点が、加速要求の開始時期である。アクセル開度が或る数値に至った後は、一定のアクセル開度が維持されている状態を想定している。

図２（ｂ）は、吸気管圧力の変化の時間経過を示す。図２（ｃ）は、燃料噴射量の時間経過を示す。図２（ｄ）は、排気中のスモークの発生量の時間経過を示す。

各グラフ中の破線（符号１に相当）は、ディレイの制御を行うことなく、加速要求に対応する燃料噴射量の増量を通常通り行った場合の数値の推移を示している。図２（ｄ）に示すように、スモークの発生量が多い。

各グラフ中の太線の実線（符号２に相当）は、ディレイの制御を行うことなく、従来のようにスモークリミット噴射量を設定して、トータルの燃料噴射量を減量した場合の数値の推移を示している。図２（ｄ）に示すように、スモークの発生量は低減されているが、吸気管圧力の立ち上がりが遅くなっている。また、燃料噴射量が終始減量されているので、発生トルクが目標トルクに至らない場合も多いと想定される。

各グラフ中の細線の実線（符号３に相当）は、ディレイの実行を行った場合の数値の推移を示している。図２（ｄ）に示すように、スモークの発生量は低減されており、また、吸気管圧力の立ち上がりも充分に確保されている。図２（ｂ）において、ディレイ実行時の吸気管圧力は目標吸気管圧力にほぼ一致しており、過給圧の応答遅れはほぼ解消されている。

特に、この実施形態では、過給機Ｔとして可変容量ターボチャージャを用いているので、過給圧の応答遅れを解消する効果が高いといえる。可変容量ターボチャージャでは、負圧制御によって可動ベーンを動作させる際に、可動ベーンの作動応答性に遅れが生じやすいからである。

このように、加速要求に対して、その加速要求に対応する燃料の噴射量増量を遅らせるディレイ量を設定したので、加速要求時にトルクを犠牲にすることなく、スモークの発生をより確実に抑制することができる。

１ 吸気通路
２ 排気通路
２０ 低圧排気還流通路
２１，２４ 排気還流弁
２２，２５ スロットルバルブ
２３ 高圧排気還流通路
６ 吸気冷却装置（インタークーラ）
７ タービン
８ 排気浄化部
９ 消音器
１０ 還流ガスクーラ
１１ ピストン
１２ 燃焼室
１３ 燃料噴射弁（インジェクタ）
１４ エアフローセンサ
１５ 可動ベーン
１６ スモークセンサ
１７ コンプレッサ
１８ 吸気管圧検知手段
３０ 電子制御ユニット
３１ 燃料噴射制御手段
３２ ディレイ量決定手段

Claims (1)

1. 燃焼室に導入される吸気の圧力を高める過給機と、
   前記吸気に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁による燃料の噴射時期及び噴射量を制御する燃料噴射制御手段と、
   加速要求に対応する燃料の噴射量増量をその加速要求に対して遅らせるディレイ量を決定し前記ディレイ量に基づいて前記燃料噴射制御手段に燃料の噴射時期の指令を出すディレイ量決定手段と、を備え、
   前記ディレイ量決定手段は、加速要求の開始時期に行われる前記ディレイ量と、前記加速要求の開始時期に行われる前記ディレイ量が経過した後の前記加速要求による加速中に行われる前記ディレイ量とを決定し、
   前記加速要求の開始時期に行われる前記ディレイ量は、エンジンの回転数が大きいほど小さく設定されるとともに、前記加速要求に対応する要求トルクが大きいほど小さく設定され、
   前記加速中に行われる前記ディレイ量は、エンジンの回転数が大きいほど小さく設定されるとともに、前記加速要求に対応する目標吸気圧力と実際の吸気圧力との差が大きいほど大きく設定されるエンジンの制御装置。

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