JP2004150299A - 燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンの出力トルクを要求トルクに精度よく一致させることができる燃料噴射量制御装置を提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１の要求トルクを演算する要求トルク演算手段２３を有し、出力トルクを要求トルクに一致させるべく燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置であって、エンジン１の回転速度を検出する回転速度検出手段１６と、エンジン１への燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段２０と、エンジン１の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段１７と、少なくともエンジン回転速度と燃料噴射量とから出力トルクを求めるマップ１９が燃焼状態に応じて複数記憶された記憶手段１４と、エンジン１の燃焼状態に応じて上記マップ１９を選択しそのときのエンジン回転速度および燃料噴射量を用いて出力トルクを推定する推定手段２１と、推定された出力トルクを上記要求トルクに一致させるべく燃料噴射量を補正する補正手段２２とを備えた。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの制御をトルク値を基本制御量として行う場合に好適な燃料噴射量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの制御は、アクセル開度とエンジン回転速度とから基本燃料噴射量を演算し、各運転条件（機関温度、大気温度、大気圧等）に応じて基本燃料噴射量を補正し、最終燃料噴射量を決定していた。しかし、近年、駆動系の制御（トラクションコントロール、自動変速、オートクルーズ等）、あるいはハイブリッドにおけるモータ等の他の制御系の制御と協調させてエンジンを制御するケースが増えて来ているため、燃料噴射量を基本としたエンジンの制御では、駆動系や車両系が要求する制御量（トルク）との整合性が取れない等の問題が発生した。
【０００３】
そこで、エンジン側の制御を、駆動系や車両系の要求単位に合わせた制御量、すなわちトルク値（Ｎｍ等）を基本制御量として制御を行うことが提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、トルク値を基本制御量として制御を行うとはいっても、実際にはエンジンは燃料の噴射量で制御されるため、トルク値を燃料噴射量に変換する必要がある。すなわち、駆動系や車両系から要求されるエンジンの要求トルクにエンジンの出力トルクを一致させるには、現時点での燃料噴射量に基づいたエンジンの出力トルクを推定しなければならない。
【０００４】
エンジンのトルク特性は、燃料噴射量とエンジン回転速度とによって変化することが知られている。そこで、従来、エンジン回転速度と燃料噴射量とからトルクを求めるマップを予め実験等により作成しておき、それを用いて基本的なトルク値を推定することが行われている。しかし、エンジンのトルク値は、実際には、燃料噴射量およびエンジン回転速度のみでは正確に推定することはできず、特に、エンジンの温度が出力トルクに大きな影響を及ぼす。
【０００５】
何故なら、エンジンが冷えていると、潤滑油の粘度が大きくなり、ピストン等のフリクション（摩擦損失）が大きくなって、出力トルクが減少し、逆に、エンジンが暖まってくると、フリクションが小さくなって、出力トルクが増大するからである。そこで、従来、冷却水温度を検出し、フリクションの変動を考慮した補正トルク値を、トルクマップで求めたトルク値に対して増減する補正を行っていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１２７８０７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した補正をガソリンエンジンに対して行う場合には、大きな問題は発生しない。ガソリンエンジンは、燃料の揮発性が高く、点火プラグによって着火するので、燃料噴射量に対する燃焼が安定しているからである。従って、上述のように、トルクマップで求めたトルク値に対し、エンジンの冷却水温度から一律に求められる補正値を増減することで、トルク値を精度よく推定できる。
【０００８】
しかし、ディーゼルエンジンは、シリンダ内に噴射された燃料を圧縮着火するものであり、燃料噴射から着火までの期間（着火遅れ期間）が燃焼室の雰囲気温度によって変化するため、総燃料噴射量が同一であっても、雰囲気温度によって、着火遅れ期間の間に噴射される燃料量が異なってしまい、着火後の燃焼そのものが変化する。
【０００９】
すなわち、ディーゼルエンジンの場合には、雰囲気温度によって燃料噴射量に対する燃焼が変化するため、上述のように、エンジン回転速度と燃料噴射量とからマップに基づいて求めた出力トルク値に対し、水温に応じたフリクションの変動に基づく補正トルク値を増減する補正を行ったとしても、マップに基づいて求められる基本の出力トルク値自体が実際とは異なるため、トルク値を精度よく求めることができない。
【００１０】
このように、ディーゼルエンジンの場合には、１枚のトルクマップでは後に水温に応じて適宜トルクを増減補正しても出力トルク値を精度よく求めることができないので、出力トルクを要求トルクに一致させるように燃料噴射量を制御することが実際上困難であった。
【００１１】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、ディーゼルエンジンの出力トルクを要求トルクに精度よく一致させることができる燃料噴射量制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、ディーゼルエンジンの要求トルクを演算する要求トルク演算手段を有し、出力トルクを要求トルクに一致させるべく燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置であって、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、エンジンへの燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、エンジンの燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、少なくともエンジン回転速度と燃料噴射量とから出力トルクを求めるマップが燃焼状態に応じて複数記憶された記憶手段と、エンジンの燃焼状態に応じて上記マップを選択しそのときのエンジン回転速度および燃料噴射量を用いて出力トルクを推定する推定手段と、推定された出力トルクを上記要求トルクに一致させるべく燃料噴射量を補正する補正手段とを備えたものである。
【００１３】
本発明によれば、少なくともエンジン回転速度と燃料噴射量とから出力トルクを求めるマップをディーゼルエンジンの燃焼状態に応じて複数用意しておき、これらのマップをエンジンの燃焼状態に応じて適宜切り替えて使用するので、燃焼状態に応じて燃料噴射量に対する燃焼が変化するディーゼルエンジンに対しても、出力トルクを精度良く求めることができる。よって出力トルクを要求トルクに精度よく一致させる燃料噴射量の制御が行える。
【００１４】
また、上記燃焼状態検出手段は、少なくともディーゼルエンジンの燃焼雰囲気温度を検出するものであってもよい。また、上記ディーゼルエンジンは、排気系にＮＯｘ触媒を有し、上記記憶手段は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出するためのリッチ運転用のマップを有し、上記燃焼状態検出手段は、リッチ運転を検出するものであってもよい。また、上記要求トルク演算手段は、少なくとも運転者の要求トルクと車両の要求トルクとを考慮して要求トルクを演算するものであってもよい。また、上記噴射量演算手段は、アクセルの開度とエンジンの回転速度とに基づいて基本となる燃料噴射量を演算するものであってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１６】
図１に、本実施形態に係る燃料噴射量制御装置が備えられたディーゼルエンジンの概略を示す。
【００１７】
図示するように、このディーゼルエンジン１には、ターボチャージャ２が備えられている。すなわち、エンジン１の吸気管３にはターボチャージャ２のコンプレッサ４が介設され、排気管５にはターボチャージャ２のタービン６が介設されている。また、吸気管３にはインタークーラ７が介設されている。但し、かかるターボチャージャ２およびインタークーラ７は、省略してもよい。
【００１８】
また、排気管５には、所謂ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）８が介設されている。ＮＯｘ触媒８は、燃料が理論空燃比よりもリーンで燃料される運転状態のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、運転状態を一定期間だけリッチに切り替えて（リッチスパイク）排気ガス中の酸素濃度を低下させ、排気ガス中のＨＣやＣＯを還元剤として吸蔵したＮＯｘを還元・放出するものである。
【００１９】
エンジン１のシリンダヘッドには、シリンダ９内へ燃料を噴射する燃料噴射ノズル１０が設けられている。燃料噴射ノズル１０は、アクチュエータ１１（コモンレール式等）によって作動される。アクチュエータ１１は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２からの信号によって制御される。すなわち、ＥＣＵ１２には、エンジン１の回転速度（ｒｐｍ） 、アクセル開度、冷却水温度、ＮＯｘ触媒制御等の信号が入力される。そして、ＥＣＵ１２は、これら入力信号に基づいてアクチュエータ１１に燃料噴射ノズル１０の動作指令を送る。
【００２０】
本実施形態に係る燃料噴射量制御装置は、同一燃料噴射量であっても燃焼雰囲気温度によって燃焼状態が異なって出力トルクが異なるディーゼルエンジン１に対し、燃焼雰囲気温度（シリンダ内の温度：水温、油温、吸気温度等、図例では水温）に応じて燃料噴射ノズル１０からの燃料噴射を適宜制御して、エンジン１の出力トルクを所望の要求トルクに精度よく一致させるものである。かかる燃料噴射量制御装置は、図３に示すように、検出手段１３と、記憶手段（ＲＯＭ）１４と、演算手段（ＣＰＵ）１５とを備える。記憶手段１４および演算手段１５は、ＥＣＵ１２内に設けられている。
【００２１】
検出手段１３は、回転速度検出手段１６と、燃焼状態検出手段１７と、アクセル開度検出手段１８とを有する。回転速度検出手段１６は、エンジン１のクランク軸やカム軸の単位時間当たりの回転数を検出することでエンジン１の回転速度を検出する。燃焼状態検出手段１７は、エンジン１の燃焼雰囲気温度（シリンダ９内の温度：水温、油温、吸気温度等、図例では水温）を検出することで、燃焼状態を検出する。アクセル開度検出手段１８は、アクセルペダルの開度を検出する。
【００２２】
記憶手段１４には、図２にも示すように、少なくともエンジン回転速度と燃料噴射量とから出力トルクを求めるマップ１９が、エンジン１の燃焼雰囲気温度（シリンダ９内の温度「特に壁温に関連する温度」：水温、油温、吸気温度等、図例では水温）に応じて複数記憶されている。各マップ１９は、水温に応じて作成されているので、燃料噴射量に対する燃焼が水温に応じて変化するディーゼルエンジン１に対しても、各マップ１９を切り替えて使用することで出力トルクを精度良く求めることができる。
【００２３】
演算手段１５は、燃料噴射量演算手段２０と、推定手段２１と、補正手段２２と、要求トルク演算手段２３とを有する。燃料噴射量演算手段２０は、図５に示すように、回転速度検出手段１６で検出されたエンジン回転速度やアクセル開度検出手段１８で検出されたアクセルの開度等に基づいて、基本となる燃料噴射量を演算する。
【００２４】
推定手段２１は、図６に示すように、燃焼状態検出手段１７で検出された水温に応じて記憶手段１４のマップ１９を選択し、そのマップ１９に回転速度検出手段１６で検出したエンジン回転速度と燃料噴射量演算手段２０で求めた基本燃料噴射量とを用いて出力トルクを推定する。
【００２５】
このように、少なくともエンジン回転速度と燃料噴射量とからトルクを求めるマップ１９をディーゼルエンジン１の水温に応じて複数用意しておき、これらのマップ１９を水温に応じて適宜切り替えて使用するので、水温に応じて燃料噴射量に対する燃焼が変化するディーゼルエンジン１に対しても、出力トルクを精度良く求めることができる。
【００２６】
要求トルク演算手段２３は、図４に示すように、アクセル開度検出手段１８で検出されたアクセル開度（運転者の要求トルク）と、トラクションコントロールや自動変速機やオートクルーズ等から要求される車両側の要求トルクとに基づいて、現時点でエンジン１に要求されている要求トルクを演算する。なお、所謂ハイブリッドエンジン（ディーゼルエンジン＋モータ）の場合には、アクセル開度に加えて、モータとエンジンとが協調するようにエンジンの要求トルクが演算される。
【００２７】
補正手段２２は、図７に示すように、要求トルク演算手段２３で演算された要求トルクと、推定手段２１で推定された出力トルクとの差に基づき、出力トルクが要求トルクに一致するように、基本燃料噴射量を補正（フィードバック制御）する。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、水温に応じてトルクマップ１９を適宜切り替えて使用するので、水温に応じて燃料噴射量に対する燃焼が変化するディーゼルエンジン１に対しても、出力トルクを精度良く求めることができ、従って、出力トルクを要求トルクに精度よく一致させるようにディーゼルエンジン１の燃料噴射量を制御できる。
【００２９】
本実施形態の概要を図２を用いて説明すると、水温によって記憶手段１４のマップ１９が適宜切り替えられ、そのマップ１９に基本燃料噴射量とエンジン回転速度とが入力されて出力トルクが推定される。その後、その出力トルクにエアマス（吸入空気量）に応じたエアマス補正係数が乗じられ、更に燃料の噴射タイミングに応じたタイミング補正係数が乗じられ、更に水温に応じてフリクションマップで求めたフリクショントルクを増減し、最終的に出力トルクを推定している。
【００３０】
また、本実施形態に係る燃料噴射量制御装置では、図６に示すように、ＮＯｘ触媒制御手段２４を有し、記憶手段１４にはＮＯｘ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出するためのリッチ放出マップが備えられている。そして、ＮＯｘ触媒８にＮＯｘを吸蔵させるときには、前述したように水温に応じて設定された各マップ（リーン吸蔵マップに相当する）１９を水温に応じて適宜切り替えて用いて出力トルクを推定し、ＮＯｘ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出するときには、リッチ放出マップを用いて出力トルクを推定する。
【００３１】
このように、ＮＯｘ触媒の制御に応じて、リーン吸蔵マップ１９とリッチ放出マップとを切り替えることにより、出力トルクの推定精度が向上する。よって、ＮＯｘ触媒８を使用しても出力トルクを要求トルクに精度よく一致させる燃料噴射量制御が行える。なお、上記リッチ放出マップを水温に応じて複数設け、水温に応じて各マップを切り替えて用いるようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る燃料噴射量制御装置によれば、水温等に応じて複数のマップから最適のマップを選択してトルクを推定するので、出力トルクの推定精度が高まる。よって、ディーゼルエンジンの出力トルクを要求トルクに精度よく一致させるように、燃料噴射量を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射量制御装置が備えられたディーゼルエンジンの概略図である。
【図２】本実施形態の概要を示すシステム図である。
【図３】本実施形態の概要を示す説明図である。
【図４】要求トルク演算手段の説明図である。
【図５】燃料噴射量演算手段の説明図である。
【図６】推定手段の説明図である。
【図７】補正手段の説明図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
８ ＮＯｘ触媒
１４ 記憶手段
１６ 回転速度検出手段
１７ 燃焼状態検出手段
１８ アクセル開度検出手段
１９ マップ
２０ 燃料噴射量演算手段
２１ 推定手段
２２ 補正手段
２３ 要求トルク演算手段

Claims (5)

1. ディーゼルエンジンの要求トルクを演算する要求トルク演算手段を有し、出力トルクを要求トルクに一致させるべく燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置であって、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、エンジンへの燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、エンジンの燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、少なくともエンジン回転速度と燃料噴射量とから出力トルクを求めるマップが燃焼状態に応じて複数記憶された記憶手段と、エンジンの燃焼状態に応じて上記マップを選択しそのときのエンジン回転速度および燃料噴射量を用いて出力トルクを推定する推定手段と、推定された出力トルクを上記要求トルクに一致させるべく燃料噴射量を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする燃料噴射量制御装置。
2. 上記燃焼状態検出手段は、少なくともディーゼルエンジンの燃焼雰囲気温度を検出する請求項１記載の燃料噴射量制御装置。
3. 上記ディーゼルエンジンは、排気系にＮＯｘ触媒を有し、上記記憶手段は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出するためのリッチ運転用のマップを有し、上記燃焼状態検出手段は、リッチ運転を検出する請求項１記載の燃料噴射量制御装置。
4. 上記要求トルク演算手段は、少なくとも運転者の要求トルクと車両の要求トルクとを考慮して要求トルクを演算する請求項１乃至３記載の燃料噴射量制御装置。
5. 上記噴射量演算手段は、アクセルの開度とエンジンの回転速度とに基づいて基本となる燃料噴射量を演算する請求項１乃至４記載の燃料噴射量制御装置。

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