JP7415868B2 - 圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
以下に本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。まず図1を用いて、内燃機関システム1の概略構成の例について説明する。本実施の形態の説明では、圧縮自己着火式の内燃機関の例として、車両に搭載された内燃機関10(例えばディーゼルエンジン)を用いて説明する。以降、内燃機関10は、圧縮自己着火式の内燃機関を指す。また以降の説明において「推定予混合燃料量」は「推定予混合メイン燃料量」に相当し、「推定予混合燃料算出部」は「推定予混合メイン燃料量算出部」に相当し、「目標予混合燃料量」は「目標予混合メイン燃料量」に相当し、「目標予混合燃料量設定部」は「目標予混合メイン燃料量設定部」に相当し、「予混合燃料量可変機器」は「予混合メイン燃料量可変機器」に相当し、「予混合燃料量調整部」は「予混合メイン燃料量調整部」に相当している。
次に図2に示す概略図を用いて、燃焼騒音の発生原因について説明する。図2はメイン噴射に対する各状態を示しており、横軸が時間を示している。そして図2は、上から順に、インジェクタの通電状態、燃料圧力、燃料噴射率、熱発生率(筒内熱1階微分)、筒内熱2階微分、を示している。各図において点線は燃料圧力が高い状態(燃料圧力Pa)の場合を示し、実践は燃料圧力が低い状態(燃料圧力Pb)の場合を示している。
次に図3~図8に示すフローチャート等を用いて、第1の実施の形態における、制御装置50の処理手順の例について説明する。第1の実施の形態では、燃料ポンプ72による燃料圧力を調整することで、燃料噴射率を調整する。制御装置50(CPU51)は、例えば所定クランク角度毎(燃料噴射量を計算するべきタイミング)にて、図3に示す[全体処理]を起動し、ステップS110に処理を進める。なお制御装置50は、別の処理にて、次回の燃焼行程に対する噴射量を算出して記憶している。
τ=1/{A[Fuel]B[O2]Cexp(-D/T)} (式1)
A、B、C、D:定数
[Fuel]:燃料分圧
[O2]:酸素分圧
T:噴射時筒内温度
次に図4を用いて、第1の実施の形態において図3に示すフローチャートのステップS160の[推定予混合燃料量を算出]する処理の詳細を説明する。図3に示すフローチャートのステップS160の処理を実行する際、制御装置50は図4に示すステップSA120へ処理を進める。
次に図5を用いて、第1の実施の形態において図3に示すフローチャートのステップS170の[推定予混合燃料量を調整]する処理の詳細を説明する。図3に示すフローチャートのステップS170の処理を実行する際、制御装置50は図5に示すステップSB120へ処理を進める。
次に図6を用いて、第1の実施の形態において図3に示すフローチャートの[パイロット噴射の段数、噴射量、噴射時期、メイン噴射の噴射量、噴射時期、を設定]する処理の詳細を説明する。図3に示すフローチャートのステップS180の処理を実行する際、制御装置50は図6に示すステップSC120へ処理を進める。
次に図7を用いて、第1の実施の形態の[燃料ポンプ制御]を説明する。図7に示す[燃料ポンプ制御]は、既存の[燃料ポンプ制御]の処理に対してステップSP130が追加されている。
次に図8を用いて、本実施の形態の効果について説明する。図8は、横軸が周波数、縦軸が燃焼騒音の音圧レベルを示している。そして点線にて示す燃焼騒音特性G1は、燃焼騒音を抑制する処置を施さなかった場合の例を示している。なお、特定周波数帯W1は、人に聞こえやすい周波数帯であり、燃焼騒音の音圧レベルを低減させるべき周波数帯である。この場合、人に聞こえやすい特定周波数帯W1内に燃焼騒音の共鳴周波数(音圧の高い部分)が入っているので、ユーザには気になる燃焼騒音が聞こえている。
次に図9~図12に示すフローチャート等を用いて、第2の実施の形態における、制御装置50の処理手順の例について説明する。第2の実施の形態では、燃料噴射率可変機構を有するインジェクタを用いることで、燃料噴射率を調整する。なお図3に示す[全体処理]は、第1及び第2の実施で共通である。
次に図9、図10を用いて、第2の実施の形態において図3に示すフローチャートのステップS160の[推定予混合燃料量を算出]する処理の詳細を説明する。図3に示すフローチャートのステップS160の処理を実行する際、制御装置50は図9に示すステップSA220へ処理を進める。
次に図11を用いて、第2の実施の形態において図3に示すフローチャートのステップS170の[推定予混合燃料量を調整]する処理の詳細を説明する。図3に示すフローチャートのステップS170の処理を実行する際、制御装置50は図11に示すステップSB220へ処理を進める。
次に図12を用いて、第2の実施の形態の[燃料ポンプ制御]を説明する。図12に示す[燃料ポンプ制御]は、図7に示す第1の実施の形態の[燃料ポンプ制御]の処理に対してステップSP130が省略されている。
次に図13~図19に示すフローチャート等を用いて、第3の実施の形態における、制御装置50の処理手順の例について説明する。第3の実施の形態では、燃料ポンプで燃料噴射率を調整し、かつ、クーラントポンプ16BやEGR弁14や可変ノズル33やインジェクタ(パイロット噴射)にてメイン着火遅れ時間を調整する。
次に図14を用いて、第3の実施の形態において図13に示すフローチャートのステップS370の[推定予混合燃料量を調整]する処理の詳細を説明する。図13に示すフローチャートのステップS370の処理を実行する際、制御装置50は図14に示すステップSB320へ処理を進める。
次に図15を用いて、第3の実施の形態において図13に示すフローチャートの[パイロット噴射の段数、噴射量、噴射時期、メイン噴射の噴射量、噴射時期、を設定]する処理の詳細を説明する。図13に示すフローチャートのステップS380の処理を実行する際、制御装置50は図15に示すステップSC320へ処理を進める。
次に図16を用いて、第3の実施の形態の[燃料ポンプ制御]を説明する。図16に示す[燃料ポンプ制御]は、既存の[燃料ポンプ制御]の処理に対してステップSP330が追加されている。
次に図17を用いて、第3の実施の形態の[クーラントポンプ制御]を説明する。図17に示す[クーラントポンプ制御]は、既存の[クーラントポンプ制御]の処理に対してステップSF330が追加されている。
次に図18を用いて、第3の実施の形態の[過給圧制御]を説明する。図18に示す[過給圧制御]は、既存の[過給圧制御]の処理に対してステップST330が追加されている。
次に図19を用いて、第3の実施の形態の[EGR弁制御]を説明する。図19に示す[EGR弁制御]は、既存の[EGR弁制御]の処理に対してステップSG330が追加されている。
10 内燃機関
11A、11B 吸気管
11C 吸気マニホルド
12A 排気マニホルド
12B、12C 排気管
13 EGR配管
14 EGR弁(メイン着火遅れ時間可変機器)
15 EGRクーラ
16 インタークーラ
16A インタークーラ用ラジエータ
16B クーラントポンプ(メイン着火遅れ時間可変機器)
21 吸気流量検出手段
22A クランク角度検出手段
22B カム角度検出手段
23 大気圧検出手段
24A コンプレッサ上流圧力検出手段
24B コンプレッサ下流圧力検出手段
24C 吸気マニホルド圧力検出手段
25 アクセルペダル踏込量検出手段
26A タービン上流圧力検出手段
26B タービン下流圧力検出手段
27 車速検出手段
28A、28B 吸気温度検出手段
28C クーラント温度検出手段
29 排気温度検出手段
30 ターボ過給機
31 ノズル駆動手段
32 ノズル開度検出手段
33 可変ノズル(メイン着火遅れ時間可変機器)
35 コンプレッサ
36 タービン
41 コモンレール
43A~43D インジェクタ(燃料噴射率可変機器とメイン着火遅れ時間可変機器を兼用)
45A~45D シリンダ
47 スロットル装置
47S スロットル開度検出手段
47V スロットルバルブ
50 制御装置
51 CPU
51A メイン着火遅れ時間推定部
51B 推定予混合燃料量算出部
51C 目標予混合燃料量設定部
51D 予混合燃料量調整部
53 記憶装置
61 排気浄化装置
72 燃料ポンプ(燃料噴射率可変機器)
73 燃料圧力検出手段
τ メイン着火遅れ時間
Claims (6)
- 気筒ごとに設けられたインジェクタを用いて、1回の燃焼行程に対して、主となる燃料噴射であるメイン噴射と、前記メイン噴射の前段噴射となる単数または複数の燃料噴射であるパイロット噴射と、を実行する、圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関を含む内燃機関システムには、前記内燃機関の回転数、吸気流量、過給圧、吸気温度を含むそれぞれの状態を検出するそれぞれの検出手段が設けられており、
前記制御装置は、それぞれの前記検出手段を用いて前記状態を検出し、前記状態と、前記状態に基づいて求めたEGR率と燃料噴射量を含む運転状態を取得し、
前記制御装置には、
前記インジェクタの開弁時間に対応する燃料噴射率を示す燃料噴射率特性が記憶されており、
前記制御装置は、
前記内燃機関の前記運転状態と、前記運転状態に基づいた筒内温度、酸素分圧、燃料分圧を含む筒内状態量に基づいて、前記メイン噴射の開始時点から前記メイン噴射に対応する燃焼であるメイン燃焼の開始時点までの時間であるメイン着火遅れ時間を推定する、メイン着火遅れ時間推定部と、
前記燃料噴射率特性と、前記メイン着火遅れ時間とに基づいて、前記メイン着火遅れ時間の期間に噴射される前記メイン噴射の燃料量である推定予混合メイン燃料量を算出する、推定予混合メイン燃料量算出部と、
前記内燃機関の回転数と、前記燃料噴射量または前記内燃機関の負荷とに応じて目標予混合メイン燃料量が設定されたマップを用いて、前記メイン噴射の目標予混合メイン燃料量を設定する、目標予混合メイン燃料量設定部と、
前記推定予混合メイン燃料量が前記目標予混合メイン燃料量を超えている場合、前記推定予混合メイン燃料量が前記目標予混合メイン燃料量以下となるように前記推定予混合メイン燃料量の変更を可能とする予混合メイン燃料量可変機器を制御する、予混合メイン燃料量調整部と、
を有する、
圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置であって、
前記予混合メイン燃料量可変機器は、前記燃料噴射率を変更可能な燃料噴射率可変機器であり、
前記制御装置は、
前記予混合メイン燃料量調整部にて、前記推定予混合メイン燃料量が前記目標予混合メイン燃料量を超えている場合に前記推定予混合メイン燃料量が前記目標予混合メイン燃料量以下となるように前記予混合メイン燃料量可変機器を制御する際、前記燃料噴射率を低減するように前記燃料噴射率可変機器を制御する、
圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置。 - 請求項2に記載の圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置であって、
前記インジェクタに供給される燃料の圧力である燃料圧力は、前記燃料噴射率可変機器の1つである燃料圧力調整装置によって変更可能であり、
前記制御装置は、
前記予混合メイン燃料量調整部にて、前記燃料噴射率を低減するように前記予混合メイン燃料量可変機器を制御する際、前記燃料圧力調整装置を用いて前記インジェクタに供給される燃料の圧力を低減する、
圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置。 - 請求項2または3に記載の圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置であって、
前記インジェクタは、前記燃料噴射率可変機器の1つであり、前記燃料噴射率を可変とする燃料噴射率可変機構を有しており、
前記制御装置は、
前記予混合メイン燃料量調整部にて、前記燃料噴射率を低減するように前記予混合メイン燃料量可変機器を制御する際、前記燃料噴射率可変機構を用いて前記インジェクタの前記燃料噴射率を低減する、
圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置。 - 請求項2~4のいずれか一項に記載の圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置であって、
前記予混合メイン燃料量可変機器には、さらに、前記メイン着火遅れ時間を変更可能なメイン着火遅れ時間可変機器があり、
前記制御装置は、
前記予混合メイン燃料量調整部にて、前記推定予混合メイン燃料量が前記目標予混合メイン燃料量を超えている場合に前記推定予混合メイン燃料量が前記目標予混合メイン燃料量以下となるように前記予混合メイン燃料量可変機器を制御する際、さらに、前記メイン着火遅れ時間が短くなるように前記メイン着火遅れ時間可変機器を制御する、
圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置。 - 請求項5に記載の圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関を有する内燃機関システムは、
過給機によって過給された吸気を冷却するインタークーラへの冷却用流体を調整するインタークーラ温度調整装置と、
前記過給機による過給圧を調整する過給圧調整装置と、
前記内燃機関の排気ガスの一部を吸気に戻すEGR配管の開度を調整するEGR弁と、
前記インジェクタと、
の少なくとも1つを有しており、
前記インタークーラ温度調整装置と、前記過給圧調整装置と、前記EGR弁のそれぞれは、前記メイン着火遅れ時間可変機器であり、
前記インジェクタは、前記燃料噴射率可変機器と前記メイン着火遅れ時間可変機器とを兼用可能であり、
前記制御装置は、
前記予混合メイン燃料量調整部にて、前記メイン着火遅れ時間が短くなるように前記メイン着火遅れ時間可変機器を制御する際、
前記インタークーラ温度調整装置による前記冷却用流体の流量の低減、
前記過給圧調整装置による過給圧の増加、
前記EGR弁によるEGRガス流量の低減、
前記インジェクタを用いた前記パイロット噴射の噴射量の増加、
の少なくとも1つを実行する、
圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置。
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