JP5000592B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に主燃料噴射の前にパイロット燃料噴射を行うものに関する。

特許文献１には、機関運転状態に応じて算出される燃料噴射量の変化量に応じてパイロット噴射における燃料噴射量（パイロット噴射量）及びパイロット噴射の実行時期（パイロット噴射時期）を制御する燃料噴射制御装置が示されている。この装置によれば、燃料噴射量変化量に応じて機関の加速状態が判定され、加速状態においては、パイロット噴射量が増量されるとともに、パイロット噴射時期が進角され、加速状態での燃焼騒音が抑制される。

特開２００７−３３２８５８号公報

上記従来の装置では、機関により駆動される車両の変速機の変速位置が異なっていても同一の補正量が適用されるため、特に高速側の変速位置（４速あるいは５速）で補正量が過大となり、排気特性や燃費が悪化することがあった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関の過渡運転状態において変速機の変速位置に拘わらず適切なパイロット噴射時期の補正を行い、燃焼騒音を抑制するとともに排気特性や燃費の悪化を抑制することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段による主噴射、及び該主噴射の前にパイロット噴射を実行する噴射制御手段とを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記機関の運転状態に応じて前記パイロット噴射の実行時期（ＣＡＩＰ）と前記主噴射の実行時期（ＣＡＩＭ）の基本時間間隔（ＣＡＩＮＴＢ）を算出する基本時間間隔算出手段と、前記機関の過渡運転状態を判定する過渡運転状態判定手段と、前記機関の過渡運転状態が検出されたときに、前記パイロット噴射の実行時期（ＣＡＩＰ）と前記主噴射の実行時期（ＣＡＩＭ）の間隔（ＣＡＩＮＴ）を、前記基本時間間隔（ＣＡＩＮＴＢ）に補正量（ＤＣＡＩＰ×ＫＡＣＣ×ＫＮＧＲ）を加算することにより補正する補正手段とを備え、前記補正手段は、前記機関により駆動される車両の変速機の変速位置が高速側となるほど前記補正量（ＤＣＡＩＰ×ＫＡＣＣ×ＫＮＧＲ）を減少させることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、パイロット噴射の実行時期と主噴射の実行時期の基本時間間隔が機関運転状態に応じて算出され、機関の過渡運転状態が検出されたときに、パイロット噴射の実行時期と主噴射の実行時期の間隔が、基本時間間隔に補正量を加算することにより補正され、機関により駆動される車両の変速機の変速位置が高速側となるほど補正量を減少させるように制御されるので、変速位置に適した補正を行うことができ、燃焼騒音を抑制するとともに排気特性や燃費の悪化を抑制することができる。すなわち、変速位置が高速側にあるほど燃焼騒音は減少する傾向があるので、補正量を減少させることにより排気特性や燃費の悪化を抑制することが可能となる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１６が設けられている。燃料噴射弁１６は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１６の開弁時間及び開弁時期は、ＥＣＵ２０により制御される。

エンジン１は、吸気管２、排気管４、排気還流通路６、及び過給機８を備えている。排気還流通路６は、吸気管２と排気管４の間に設けられており、排気還流通路６には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）７が設けられている。ＥＧＲ弁７の弁開度はＥＣＵ２０により制御される。

過給機８は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン１０と、タービン１０により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ９とを備えている。
タービン１０は、複数の可変ベーン（図示せず）を備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービン１０のベーン開度は、ＥＣＵ２０により電磁的に制御される。

排気管４には、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸着触媒１１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）１２が設けられている。ＮＯｘ吸着触媒１１は、排気中の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気にあるときＮＯｘを吸着し、排気中の還元成分濃度が比較的高い還元雰囲気にあるとき吸着したＮＯｘを脱離及び還元して放出する。ＤＰＦ１２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素（Ｃ）を主成分とするパティキュレート（粒子状物質）であるスート（ｓｏｏｔ）を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。

吸気管２にはエンジン１に吸入される新気の流量（以下「吸入空気流量」という）ＭＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２１が設けられている。また排気管４のＮＯｘ吸着触媒１１の上流側には、排気中の酸素濃度Ｏ２Ｃを検出する酸素濃度センサ２２が設けられている。さらにエンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２４、及びエンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２５が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。エンジン１の回転数ＮＥは、クランク角度位置センサ２４の出力から算出される。またエンジンの要求トルクＴＲＱは、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように設定される。

ＥＣＵ２０には、エンジン１により駆動される車両の変速機の変速位置を検出する変速位置センサ２６が接続されており、変速位置を示す変速位置パラメータＮＧＲ（例えば１速から５速に対応して「１」から「５」間の整数値に設定される）がＥＣＵ２０に供給される。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１６、ＥＧＲ弁７に制御信号を供給する出力回路から構成される。

ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１６による燃料噴射量をエンジン１の運転状態（エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱ）に応じて算出し、主噴射及び主噴射に先行するパイロット噴射によって、実際の燃料噴射を実行する。すなわち、ＥＣＵ２０は、図２に示す処理により、主噴射における燃料噴射量（以下「主噴射量」という）ＱＩＭ及びパイロット噴射における燃料噴射量（以下「パイロット噴射量」という）ＱＩＰ、並びに主噴射の実行時期（以下「主噴射時期」という）ＣＡＩＭ及びパイロット噴射の実行時期（以下「パイロット噴射時期」という）ＣＡＩＰを算出し、算出した燃料噴射パラメータＱＩＭ，ＱＩＰ，ＣＡＩＭ，ＣＡＩＰに応じて、主噴射及びパイロット噴射を実行する。なお、パイロット噴射時期ＣＡＩＰは、進角量として定義される噴射時期間隔ＣＡＩＮＴを主噴射時期ＣＡＩＭに加算することにより算出される。

図２は、燃料噴射弁１６による燃焼噴射の制御を行う処理のフローチャートである。この処理は、所定時間毎にＥＣＵ２０のＣＰＵで実行される。
ステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル操作量ＡＰに応じて、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。燃料噴射量ＱＩＮＪは、アクセルペダル操作量ＡＰにほぼ比例するように設定される。

ステップＳ１２では、下記式（１）により、燃料噴射量ＱＩＮＪの変化量ＤＱを算出する。ここで、ｋは本処理の実行周期で離散化した制御時刻である。
ＤＱ＝ＱＩＮＪ(k)−ＱＩＮＪ(k-1) （１）
ステップＳ１３では、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＱＩＮＪに応じてＣＡＩＭマップ（図示せず）を検索し、主噴射時期ＣＡＩＭを算出する。ステップＳ１４では、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて図３（ａ）に示すＱＩＰＢマップ及び図３（ｂ）に示すＣＡＩＮＴＢマップを検索し、基本パイロット噴射量ＱＩＰＢ及び基本噴射時期間隔ＣＡＩＮＴＢを算出する。ＱＩＰＢマップは、エンジン回転数ＮＥが増加するほど基本パイロット噴射量ＱＩＰＢが増加し、かつ燃料噴射量ＱＩＮＪが増加するほど基本パイロット噴射量ＱＩＰＢが増加するように設定されている。ＣＡＩＮＴＢマップは、エンジン回転数ＮＥが増加するほど基本噴射時期間隔ＣＡＩＮＴＢが増加し、かつ燃料噴射量ＱＩＮＪが増加するほど基本噴射時期間隔ＣＡＩＮＴＢが増加するように設定されている。

ステップＳ１５では、変化量ＤＱが判定閾値ＤＱＴＨより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、パイロット噴射量ＱＩＰを基本パイロット噴射量ＱＩＰＢに設定するとともに、噴射時期間隔ＣＡＩＮＴを基本噴射時期間隔ＣＡＩＮＴＢに設定する（ステップＳ１６）。その後ステップＳ２１に進む。

ステップＳ１５で、ＤＱ＞ＤＱＴＨであってエンジン１の所定加速状態であるときは、ステップＳ１７〜Ｓ２０により、基本パイロット噴射量ＱＩＰＢ及び基本噴射時期間隔ＣＡＩＮＴＢを補正して、パイロット噴射量ＱＩＰ及び噴射時期間隔ＣＡＩＮＴを算出する。

ステップＳ１７では、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて図３（ｃ）に示すＤＱＩＰマップを検索し、パイロット噴射量補正値ＤＱＩＰを算出するとともに、図３（ｄ）に示すＤＣＡＩＰマップを検索し、パイロット噴射時期補正値ＤＣＡＩＰを算出する。ＤＱＩＰマップは、図３（ｃ）にハッチングを付して示す運転領域に対応して、補正値ＤＱＩＰ（例えば基本パイロット噴射量ＱＩＰＢの３０〜４０％程度に相当する値）が設定されており、ハッチングを付していない運転領域では「０」が設定されている。ＤＣＡＩＰマップは、図３（ｄ）にハッチングを付して示す運転領域に対応して補正値ＤＣＡＩＰが設定されており、ハッチングを付していない運転領域では「０」が設定されている。補正値ＤＣＡＩＰは、噴射時期間隔ＣＡＩＮＴを小さくする方向に補正するときは負の値に設定される。補正値ＤＣＡＩＰのマップ値は、実験的に最適な値に設定される。

ステップＳ１８では、変化量ＤＱに応じて図３（ｅ）に示すＫＡＣＣテーブルを検索し、加速補正係数ＫＡＣＣを算出する。ＫＡＣＣテーブルは、変化量ＤＱが判定閾値ＤＱＴＨに相当する第１の値ＤＱ１から第２の値ＤＱ２の間に範囲では、変化量ＤＱが増加するほど、加速補正係数ＫＡＣＣが増加するように設定されている。また、変化量ＤＱが第１の値ＤＱ１より小さい範囲では加速補正係数ＫＡＣＣが「０」に設定され、変化量ＤＱが第２の値ＤＱ２より大きい範囲では補正係数ＫＡＣＣが「１．０」に設定されている。

ステップＳ１９では、変速位置パラメータＮＧＲに応じて図４に示すＫＮＧＲテーブルを検索し、変速位置補正係数ＫＮＧＲを算出する。ＫＮＧＲテーブルは、変速位置パラメータＮＧＲが増加するほど、変速位置補正係数ＫＮＧＲが減少するように設定されている。

ステップＳ２０では、基本パイロット噴射量ＱＩＰＢ、パイロット噴射量補正値ＤＱＩＰ、及び加速補正係数ＫＡＣＣを下記式（２）に適用し、パイロット噴射量ＱＩＰを算出するとともに、基本噴射時期間隔ＣＡＩＮＴＢ、パイロット噴射時期補正値ＤＣＡＩＰ、加速補正係数ＫＡＣＣ、及び変速位置補正係数ＫＮＧＲを下記式（３）に適用し、噴射時期間隔ＣＡＩＮＴを算出する
ＱＩＰ＝ＱＩＰＢ＋ＤＱＩＰ×ＫＡＣＣ （２）
ＣＡＩＮＴ＝ＣＡＩＮＴＢ＋ＤＣＡＩＰ×ＫＡＣＣ×ＫＮＧＲ （３）

ステップＳ２１では、燃料噴射量ＱＩＮＪ及びパイロット噴射量ＱＩＰを下記式（４）に適用して主噴射量ＱＩＭを算出するとともに、主噴射時期ＣＡＩＭ及び噴射時期間隔ＣＡＩＮＴを下記式（５）に適用してパイロット噴射時期ＣＡＩＰを算出する。。
ＱＩＭ＝ＱＩＮＪ−ＱＩＰ （４）
ＣＡＩＰ＝ＣＡＩＭ＋ＣＡＩＮＴ （５）

ＥＣＵ２０は、算出されたパイロット噴射量ＱＩＰ、パイロット噴射時期ＣＡＩＰ、主噴射量ＱＩＭ、及び主噴射時期ＣＡＩＭに応じた駆動信号を燃料噴射弁１６に供給し、燃料噴射を実行する。

図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、アクセルペダルが踏み込まれると、アクセルペダル操作量ＡＰにほぼ比例して燃料噴射量ＱＩＮＪが増加し、同図（ａ）に示すように、変化量ＤＱが第１の値ＤＱ１（判定閾値ＤＱＴＨ）を超えるので、図２のステップＳ１７〜Ｓ２０が実行され、パイロット噴射量ＱＩＰの増量補正及びパイロット噴射時期ＣＡＩＰの補正が行われる。より具体的には、変化量ＤＱが大きくなるほど加速補正係数ＫＡＣＣがより大きな値に設定され、パイロット噴射量の増量分及びパイロット噴射時期の補正量（絶対値）が増加するように制御される。これにより加速時の燃焼騒音を２０％程度低減することができる。

また噴射時期間隔ＣＡＩＮＴは、変速位置パラメータＮＧＲに応じて補正されるので、変速機の変速位置に適した補正が行われ、燃焼騒音を抑制するとともに排気特性や燃費の悪化を抑制することができる。変速位置パラメータＮＧＲが増加するほど、すなわち変速位置が高速側にあるほど燃焼騒音は減少する傾向があるので、補正量（絶対値）を減少させることにより、特に高速側の変速位置（例えば４速、５速）において排気特性や燃費の悪化を抑制することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ２０が、噴射制御手段、基本時間間隔算出手段、過渡運転状態判定手段、及び補正手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１１，Ｓ１２，及びＳ１３が過渡運転状態判定手段に相当し、ステップＳ１４が基本時間間隔算出手段に相当し、ステップＳ１９及びＳ２０が補正手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、燃料噴射量ＱＩＮＪの変化量ＤＱが判定閾値ＤＱＴＨを超えたときに、パイロット噴射量の増量補正と、パイロット噴射時期の補正とをともに実行するようにしたが、パイロット噴射時期の補正のみを実行するようにしてもよい。その場合でも、加速時の燃焼騒音を１０％程度低減することができる。

また上述した実施形態では、図３（ｃ）にハッチングを付して示す領域内で補正値ＤＱＩＰを一定値としたが、この領域内でエンジン回転数ＮＥが増加するほど、また燃料噴射量ＱＩＮＪが増加するほど、補正値ＤＱＩＰをより大きな値に設定するようにしてもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 燃料噴射制御を行う処理のフローチャートである。 図２の処理で参照するマップ及びテーブルを示す図である。 図２の処理で参照するテーブルを示す図である。 図２の処理を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１６ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
２０ 電子制御ユニット（噴射制御手段、基本時間間隔算出手段、過渡運転状態判定手段、補正手段）

Claims (1)

1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段による主噴射、及び該主噴射の前にパイロット噴射を実行する噴射制御手段とを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記機関の運転状態に応じて前記パイロット噴射の実行時期と前記主噴射の実行時期の基本時間間隔を算出する基本時間間隔算出手段と、
   前記機関の過渡運転状態を判定する過渡運転状態判定手段と、
   前記機関の過渡運転状態が検出されたときに、前記パイロット噴射の実行時期と前記主噴射の実行時期の間隔を、前記基本時間間隔に補正量を加算することにより補正する補正手段とを備え、
   前記補正手段は、前記機関により駆動される車両の変速機の変速位置が高速側となるほど前記補正量を減少させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

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