JPH06299893A

JPH06299893A - ディーゼル機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JPH06299893A
Application number: JP5089858A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Aoki; 茂青木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-04-16
Filing date: 1993-04-16
Publication date: 1994-10-25
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JP3244333B2

Abstract

(57)【要約】【目的】蓄圧型燃料噴射ポンプと排気浄化のためのＤ
ＰＦの制御とを最適な状態において組合せ、それらを効
果的に併用することのできるディーゼル機関の燃料噴射
制御装置を提供する。【構成】燃料噴射圧力が制御可能な蓄圧型燃料噴射ポ
ンプ(110) を用いたディーゼル機関(100) の燃料噴射制
御装置(200) であって、排気抵抗を検出する手段(220)
と、その検出された排気抵抗に応じて燃料噴射圧力を補
正する燃料噴射圧力補正手段(230) とを有するように構
成され、ディーゼル機関の排気抵抗に合わせて燃料噴射
圧力を補正することにより、燃焼室内の実際の空気量に
応じた適切な燃料噴射圧力に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料噴射制
御装置、具体的には、特に蓄圧型燃料噴射ポンプを用い
たディーゼル機関の燃料噴射制御装置、より具体的に
は、蓄圧型燃料噴射ポンプを用いたディーゼル機関にお
ける燃料噴射制御とＤＰＦ等の排気浄化装置との関連制
御のための制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、機関回転数、負荷等の機関運転条
件に関わらず、燃料噴射圧力を自在に設定、制御するこ
とができる蓄圧型燃料噴射ポンプ（以後、単に「蓄圧型
ポンプ」ともいう）が開発されている（例えば、特開昭
６２ー７５０２５号公報、特開平２ー１９１８６５号公
報参照）。このような蓄圧型燃料噴射ポンプのディーゼ
ル機関への適用に当り、種々の有益な利用法が考えられ
ている。

【０００３】このような蓄圧型燃料噴射ポンプのディー
ゼル機関への適用に当り、種々の有益な利用法が考えら
れているが、この蓄圧型ポンプの利点を最大限に活用す
るという観点における有効な利用法については、殆ど未
解明の状態であるということができる。一方、ディーゼ
ル機関の排気浄化においては、その高い空気過剰率のた
め、ＮＯｘ低減策としてはガソリン機関におけるように
３元触媒を使用することができず、ＥＧＲが採用されて
おり、また、排気中に含まれるカーボン等の微粒子（パ
ーティキュレート）を大気中に放出させないよう排気通
路に配設したフィルタにより補集するＤＰＦ（排気微粒
子補集装置、Diezel Particulate Filter)を用いるもの
がある。

【０００４】特に、ＤＰＦは、セラミックあるいはメタ
ルの網からなるフィルタで構成されており、排気中のパ
ーティキュレートが補集されて通気孔に堆積されると通
気抵抗したがってディーゼル機関の排気抵抗が増大する
ので、ヒータ、バーナあるいは高温排気による自然発火
等の方法により、堆積されたパティキュレートを定期的
に、例えば、連続走行で一日に一回、燃焼して除去し、
フィルタ機能を再生することが行われる。。このＤＰＦ
のフィルタ機能再生に関しては、その自動化や効率化の
ために各種の技術が実施あるいは提案されており、例え
ば、ＤＰＦをバイパスするバイパス通路とを設け、フィ
ルタ前後差圧により再生時期を判断し、再生時に排気ガ
スがバイパス通路を通るように制御されたＤＰＦシステ
ム（例えば、特開平４ー１０１０１３号公報参照）等が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＤ
ＰＦシステムには、再生時期になるまでは、パティキュ
レートの補集量の増加にともなってＤＰＦ上流側排気管
内圧力すなわち背圧が上昇していくため、排気抵抗の増
大による燃焼室内残留ガスが増加し、そして、吸入空気
量が減少し、その結果、燃焼悪化によりエンジン出力の
低下、燃費悪化や黒煙の増加、ＣＯの増加等の問題が生
じていた。また、このような背圧上昇による燃焼悪化の
ため、ＥＧＲ装着機関の場合は、ＥＧＲ量も増加し、燃
焼悪化が助長されるという問題があった。

【０００６】加えて、このＤＰＦ等の排気浄化技術に伴
う問題点に対して、上記した蓄圧型燃料噴射ポンプの利
点を組み合わせ利用する点については殆ど未解明の状態
である。そこで、本発明は、上記した蓄圧型燃料噴射ポ
ンプを用いて、最適な状態において運転することができ
るディーゼル機関の燃料噴射制御装置を提供することを
目的とし、具体的には、上記した蓄圧型燃料噴射ポンプ
と排気浄化のためのＤＰＦの制御とを最適な状態におい
て組合せ、それらを効果的に併用することのできるディ
ーゼル機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によるディーゼル
機関の燃料噴射制御装置は、図１にその概念的な全体構
成が示されているように、燃料噴射圧力が制御可能な蓄
圧型燃料噴射ポンプ(110) を用いたディーゼル機関(10
0) の燃料噴射制御装置(200) であって、排気抵抗を検
出する手段(220) と、その検出された排気抵抗に応じて
燃料噴射圧力を補正する燃料噴射圧力補正手段(230) と
を有するように構成される。

【０００８】

【作用】上記の構成によれば、ディーゼル機関の排気抵
抗に合わせて燃料噴射圧力を補正することにより、燃焼
室内の実際の空気量に応じた適切な燃料噴射圧力に制御
することができる。特に、排気抵抗の増大に合わせて燃
料噴射圧力を増加することにより、燃焼室内での燃料噴
霧の到達距離が増大し、また、燃料噴霧への空気の取り
込み量が増大するので、その結果、酸素の利用率が向上
し、燃焼を改善することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明によるディーゼル機関の燃料噴
射制御装置を、その一実施例について、図面を参照しつ
つ、説明する。図２は、蓄圧型燃料噴射ポンプを用いた
ディーゼル機関の燃料噴射制御装置の概略構成図であ
り、図３はディーゼル機関の一部を示す断面図である。
ディーゼル機関１は、シリンダブロック２、シリンダヘ
ッド３、ピストン４、燃焼室５、吸気弁６、排気弁７、
燃焼室５内に配置された燃料噴射弁８、吸気マニホール
ド９を備え、吸気マニホールド９の入口部は過給機Ｔに
接続されている。燃料噴射弁８は燃料供給管１０を介し
て各気筒に共通の燃料蓄圧管すなわちコモンレール１１
に連結されている。コモンレール１１はその内部に容積
一定の蓄圧室１２を有しており、この蓄圧室１２内の燃
料が燃料供給管１０を介して燃料噴射弁８に供給され
る。

【００１０】一方、蓄圧室１２は燃料供給管１３を介し
て燃料供給ポンプ１４の吐出口に連結されており、燃料
供給ポンプ１４の吸込口は流量調整弁１５を介して補助
燃料ポンプ１６の吐出口に連結され、この補助燃料ポン
プ１６の吸込口は燃料リザーバタンク１７に連結され
る。また、燃料噴射弁８は燃料返送管１８を介して燃料
リザーバタンク１７に連結されている。燃料供給ポンプ
１４は高圧の燃料を吐出するために設けられており、そ
の高圧の燃料は蓄圧室１２内に蓄積される。なお、補助
燃料ポンプ１６は必要がなければ省略することができ
る。

【００１１】燃料供給ポンプ１４によって加圧され、蓄
圧室１２に蓄えられた燃料は、電子制御回路７０によっ
て開弁制御される燃料噴射弁８から気筒（シリンダ）内
に直接噴射される。電子制御回路７０には、燃料噴射弁
８を機関の運転状態に応じた噴射時期および噴射時間に
従って開弁制御する制御信号を形成するために、機関の
運転状態等を検出する各種のセンサ出力が入力されてい
る。例えば、コモンレール１１の端部に設けられた蓄圧
室１２内の燃料圧を検出する燃料圧センサ７５、吸気マ
ニホールド９内の吸気圧力を検出する吸気圧センサ７
６、機関冷却水温を検出する水温センサ７７、アクセル
ペダル７８の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する
負荷センサ７９、機関クランクシャフト８０に取り付け
られたディスク８１、８２に対向し、例えば＃１気筒が
吸気上死点にあることを示すパルスおよびクランクシャ
フト８０が一定回転する毎に出力されるパルスを検出す
るクランク角センサ８３、８４が示されている。

【００１２】電子制御回路７０は、図に示すように、演
算制御部を構成するＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９
３と、外部との入出力のための入出力部を構成するポン
プ用モータを駆動制御するモータ駆動出力回路９４、燃
料噴射弁８を駆動制御する弁駆動出力回路９５、センサ
からのパルス信号をディジタル信号に変換するパルス入
力回路９６、センサからのアナログ信号をディジタル信
号に変換するアナログ入力回路９７等と、それらを相互
に接続するコモンバス９８とを有している。ＣＰＵ９１
は、ディーゼル機関１を最適な運転状態に制御するため
の制御主ループを定期的あるいは機関回転に同期して実
行する。この制御主ループにおいては、例えば、以下の
ことが実行される。すなわち、ＲＯＭ９２には、予め、
所定の負荷における燃料噴射量、所定の機関回転数およ
び負荷における噴射開始時期および基準燃料圧等の制御
データが記憶されており、各種センサからの信号がＲＡ
Ｍ９３に所定のタイミングで取り込まれて、これらの信
号およびデータに基づいてＣＰＵ９１は必要な演算処理
を行い、モータ駆動出力回路９４を経て燃料供給ポンプ
１４、流量調整弁１５、補助燃料ポンプ１６に駆動信号
を出力して所望の燃料圧制御を実行し、弁駆動出力回路
９５を経て各燃料噴射弁８に駆動信号を出力して所望の
燃料噴射制御を実行する。

【００１３】図４は、このような蓄圧型燃料噴射ポンプ
を用いた本発明による燃料噴射制御装置を適用したディ
ーゼル機関の全体構成を概念的に示す概念構成図であ
る。図中、１は図２中のディーゼル機関１と同様のディ
ーゼルエンジン、２０は図１に示した蓄圧型燃料噴射ポ
ンプ、３０は背圧センサ、４０はＤＰＦ（排気微粒子補
集装置）、５０は排気管、７０は図２中の電子制御回路
７０と同様の燃料噴射を含む機関制御のための電子制御
ユニットＥＣＵである。ここで、ディーゼルエンジン１
からのエンジン排気は、排気管５０を経てＤＰＦ４０に
導かれる。ＤＰＦ４０の上流側の排気管部分に設置され
ている背圧センサ３０により検出された背圧値がＥＣＵ
７０に取り込まれ、ＥＣＵ７０はその背圧値から噴射圧
力補正量を算出し、それに基づいて蓄圧型ポンプ２０を
制御して所望の噴射圧力でディーゼルエンジン１に燃料
を噴射させる。

【００１４】図５は、実際に噴射圧力が制御される態様
を示すタイムチャートであり、同図（２）に示されてい
るように、運転時間の経過につれて、ＤＰＦ補集量が増
して背圧が順次上昇する。背圧の上昇に伴って、同図
（１）に示されているように、噴射圧力も増加される。
例えば前述したＤＰＦの再生自動化技術により、ＤＰＦ
が再生されて背圧が低下すると、燃料噴射圧力も減少さ
せる。図示されているように、この制御が繰り返され
る。なお、このように燃料の噴射圧力を増加させると、
燃料噴霧の到達距離の増大、燃料噴霧への空気の取り込
み量の増大、燃料噴霧粒径の微細化が得られ、これによ
り酸素の利用状況が改善されて燃焼が良好となり、結果
として、燃費改善、出力増加、スモーク低減、ＣＯ低減
が得られるが、一方では、ＮＯｘの排出量は増加するこ
ととなる。

【００１５】図６は、本発明によるディーゼル機関の燃
料噴射制御装置における制御を実現するためのソフトウ
ェアの一例を示すフローチャートであり、図２に関して
前述したＥＣＵ７０において実行されている制御主ルー
プ（エンジン制御メインループ）に定期的に割り込ん
で、噴射圧力補正量αを算出し、得られた補正量αを制
御主ループにおける噴射圧力Ｐｄの算出に加算して、所
望の噴射圧力を決定する。

【００１６】すなわち、割り込みルーチンにおけるステ
ップａにおいて、背圧センサ３０からの背圧値データを
読み込み、ステップｂにおいて、読み込んだ背圧値から
ＤＰＦ補集量を算出する。ここでは、例えば、エンジン
の運転条件に従って背圧値を修正し、ＤＰＦ補集量を正
しく認識することが行われる。次いで、ステップｃにお
いて、この補集量に応じた噴射圧力補正量αを算出した
後、エンジン制御メインループに戻る。この場合、背圧
の変化は時間(hour)単位のオーダーであり、ＤＰＦ再生
のサイクルも例えば連続走行において一日単位のオーダ
ーであることから、α算出ルーチンの割り込みは頻繁に
行う必要はない。

【００１７】次に、エンジン制御メインループにおいて
は、ステップｄにおいてエンジン運転条件を読み込み、
ステップｅにおいて対応する基準噴射圧力Ｐｄを選定し
た後、ステップｆにおいて、α算出ルーチンにより算出
された噴射圧力補正量αを基準噴射圧力Ｐｄに加算し
て、所望の実噴射圧力＝Ｐｄ＋αを決定する。図７は、
本発明によるディーゼル機関の燃料噴射制御装置の制御
動作および作用を説明するための特性図である。同図
（Ａ）には、背圧の影響が(1) ＮＯｘ、(2) スモーク、
(3) 燃費について示されており、背圧の上昇に伴って、
燃費悪化、スモーク増加、ＮＯｘ減少、更に、ＣＯ増
加、出力低下等が生じる。同図（Ａ）において、実線は
ＤＰＦ再生直後の低背圧状態に対応する基準噴射圧力の
場合の特性を示すものであり、この時の背圧をの値と
する。いま、背圧がの値に上昇した場合、初期のスモ
ーク（黒煙）濃度を維持するために噴射圧力Ｐｄを増加
させると、点線図示の特性となる。図から明らかなよう
に、噴射圧力Ｐｄ増によりスモーク減少、燃費向上、更
に、ＣＯ減少、出力向上となるが、ＮＯｘ排出量が増加
する。また、この点線の特性から、高噴射圧力のまま、
背圧が例えばの値に戻ると、燃費およびスモークは良
好となるが、ＮＯｘ排出量が増加することとなる。

【００１８】図７（Ｂ）は、噴射圧力Ｐｄに対する(1)
ＮＯｘ、(2) スモーク、(3) 燃費の変化特性を示すもの
で、ＤＰＦ再生直後の低背圧状態に対応する基準背圧状
態における実線の特性（基準噴射圧力はの値）から、
背圧が上昇した状態に対応する点線の特性に変化した場
合、噴射圧力Ｐｄをの値からの値に増加させればＮ
Ｏｘ、スモークの排出量および燃費をほぼ基準状態のも
のに維持しうることが明示されている。また、背圧が復
元したときに、噴射圧力Ｐｄをそのままに維持すると、
ＮＯｘが多量に排出されることも明らかである。

【００１９】上述した実施例においては、背圧センサ３
０を用いて検出した排気管の背圧データにより排気抵抗
を検出しているが、他に、機関の運転状態や運転時間に
より推測したり、または、ＤＰＦ補集量を直接検出する
ことにより、排気抵抗を検出することもできる。また、
上述した実施例においては、図２に示した過給機付きデ
ィーゼル機関すなわち過給エンジンを用いているが、本
発明は無過給エンジンにも適用可能であることはいうま
でもない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蓄圧型燃料噴射ポンプを用いてディーゼル機関の排気抵
抗に合わせて燃料噴射圧力を補正することにより、燃焼
室内の実際の空気量に応じた適切な燃料噴射圧力に制御
することができ、特に、排気浄化のためのＤＰＦ補集量
増加による排気抵抗の増大に合わせて燃料噴射圧力を増
加することにより、燃焼室内での燃焼を改善することが
できることから、排気浄化を含み最適な運転状態にディ
ーゼル機関を制御することのできる有用な燃料噴射制御
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるディーゼル機関の燃料噴射制御装
置の概念的な全体構成を示すブロック図である。

【図２】蓄圧型燃料噴射ポンプを用いたディーゼル機関
の燃料噴射制御装置の概略構成図である。

【図３】ディーゼル機関の一部を示す断面図である。

【図４】本発明による燃料噴射制御装置を適用した蓄圧
型燃料噴射ポンプを用いたディーゼル機関の全体構成を
示す概念構成図である。

【図５】本発明によるディーゼル機関の燃料噴射制御装
置の実施例において実際に噴射圧力が制御される態様を
示すタイムチャートである。

【図６】本発明によるディーゼル機関の燃料噴射制御装
置における制御を実現するためのソフトウェアの一例を
示すフローチャートである。

【図７】本発明によるディーゼル機関の燃料噴射制御装
置の制御動作および作用を説明するための特性図であ
る。

【符号の説明】

１…ディーゼル機関２…シリンダブロック３…シリンダヘッド４…ピストン５…燃焼室６…吸気弁７…排気弁８…燃料噴射弁９…吸気マニホールド１０、１３…燃料供給管１１…コモンレール１２…蓄圧室１４…燃料供給ポンプ１５…流量調整弁１６…補助燃料ポンプ１７…燃料リザーバタンク７０…電子制御回路７５…燃料圧センサ７６…吸気圧センサ７７…水温センサ７８…アクセルペダル７９…負荷センサ８３、８４…クランク角センサ９１…ＣＰＵ９２…ＲＯＭ９３…ＲＡＭ９４…モータ駆動出力回路９５…弁駆動出力回路９６…パルス入力回路９７…アナログ入力回路９８…コモンバス１００…ディーゼル機関１１０…蓄圧型燃料噴射ポンプ１２０…ＤＰＦ２００…燃料噴射制御装置２１０…燃料噴射圧力制御機能２２０…排気抵抗検出手段２３０…燃料噴射圧力補正手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射圧力が制御可能な蓄圧型燃料噴
射ポンプを用いたディーゼル機関の燃料噴射制御装置で
あって、排気抵抗を検出する手段と、上記検出された排気抵抗に応じて燃料噴射圧力を補正す
る燃料噴射圧力補正手段とを有することを特徴とするデ
ィーゼル機関の燃料噴射制御装置。