JP2005140109A - 燃料噴射時期の制御方法及び制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ターボディーゼルエンジンのターボラグ現象による加速遅延、燃料消費の増加、スモークの発生などの問題を改善することができる、燃料噴射時期の制御方法及び制御システムを提供する。
【解決手段】本発明の実施例による燃料噴射時期の制御方法およびシステムは、基本燃料噴射時期を決定する段階;
現在のエンジン作動条件に基づいて基準ブースト圧力を算出する段階;
前記算出された基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差に基づいて燃料噴射時期の補正値を算出する段階;
及び前記燃料噴射時期の補正値を利用して前記基本燃料噴射時期を補正して最終燃料噴射時期を算出する段階;を含むことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明はディーゼルエンジンの燃料噴射制御に関し、より詳しくは、ブースト圧力を利用して燃料噴射時期を制御する方法及びシステムに関する。
最近、開発されているディーゼルエンジンは、排ガスを低減するために、ターボインタークーラー方式の吸気システムを備えている。このようなディーゼルエンジンを、一般にターボディーゼルエンジンという。
周知のように、ターボディーゼルエンジンは、排ガスのエネルギーを利用して吸入空気を圧縮するターボチャージャと、ターボチャージャによって圧縮された吸入空気を冷却するためのインタークーラーとを含む。
このようなターボディーゼルエンジンは、圧縮された空気を燃焼室に供給するため、より多くの酸素が燃焼室に供給される。したがって、燃焼特性が改善され、シリンダへの空気吸入時に発生するポンピング損失が低減されて、燃費も改善される。
このようなターボディーゼルエンジンでは、ブースト圧力によって燃料噴射を制御する。ブースト圧力は、ターボチャージャの下流側にある空気吸入パイプ内の吸入空気圧力を意味する。
運転者がエンジン作動中に加速ペダルを踏めば、エンジン制御ユニットによって算出される要求燃料量は、加速ペダルの踏まれた程度(加速ペダル値)に応じて増加する。
この時、増加した要求燃料量が吸入空気圧力によって予め設定されたスモーク限界燃料量より小さい場合には、算出された要求燃料量によって燃料噴射が制御される。また、増加した要求燃料量が予め設定されたスモーク限界燃料量より大きい場合には、吸入空気圧力によって予め設定されたスモーク限界燃料量によって燃料噴射が制御される。ここで、スモーク限界燃料量とは、吸入空気量の供給不足によって発生する不完全燃焼を防止するために、吸入空気圧力によって設定された最大燃料量を意味する。
このような燃料噴射制御によれば、加速ペダル値の増加に応じて要求燃料量が増加する場合にも、現在形成されている吸入空気圧力が十分に高くない場合には、スモーク限界燃料量によって燃料が噴射される。
この時、燃料噴射時期は吸入空気圧力に関係なく、エンジン回転数によって設定された値に維持される。
車両の加速のために加速ペダルを急激に踏む場合には、要求燃料量がスモーク限界燃料量より大きくなる場合が頻繁に発生する。この時、実際の燃料量がスモーク限界燃料量に限定されるため、燃料量の増加による排ガスのエネルギーの増加が遅延される。その結果、ターボチャージャの回転数の増加も遅延し、吸入空気圧力が要求燃料量に該当する値に上昇するまで一定の時間遅延が発生する。吸入空気圧力の増加の遅延は、結局、エンジントルクの増加の遅延に結びつく。一般に、このような現象は、ターボラグと呼ばれる。
一般的なTCI(Transistor Controlled Ignition)ディーゼルエンジンの場合、ターボラグが動力性能に及ぼす影響は非常に大きく、ターボラグが大きいエンジンであるほど加速性能が低下し、加速時の燃料消費量が増加する問題がある。
また、加速性能を向上するために、スモーク限界燃料量を高く設定する場合には、不完全燃焼によってスモーク量が急激に増加する問題もある。
特開2002−021613号公報
本発明は前記のような問題を解決するために創出されたものであって、本発明の目的は、ターボディーゼルエンジンのターボラグ現象による加速遅延、燃料消費の増加、スモークの発生などの問題を改善することができる、燃料噴射時期の制御システム及び制御方法を提供することにある。
前記目的を達成するための本発明の実施例による燃料噴射時期の制御方法は、基本燃料噴射時期を決定する段階;
現在のエンジン作動条件に基づいて基準ブースト圧力を算出する段階;
前記算出された基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差に基づいて燃料噴射時期の補正値を算出する段階;
及び前記燃料噴射時期の補正値を利用して前記基本燃料噴射時期を補正して最終燃料噴射時期を算出する段階;
を含むのが好ましい。
前記基準ブースト圧力を算出する段階は、前記現在のエンジン作動条件に基づいて基本基準ブースト圧力を算出する段階;
及び、一つ以上の補正パラメターに基づいて前記基本基準ブースト圧力を補正して前記基準ブースト圧力を算出する段階;
を含むのが好ましい。
前記基本基準ブースト圧力を補正して前記基準ブースト圧力を算出する段階は、前記一つ以上の補正パラメターに基づいて基本基準ブースト圧力の補正ファクターを算出する段階;
及び、前記基本基準ブースト圧力の補正ファクターを利用して前記基本基準ブースト圧力を補正して前記基準ブースト圧力を算出する段階;
を含むのが好ましい。
前記基本基準ブースト圧力は、前記現在のエンジン作動条件及び設定されたエンジン作動条件に対して設定された基本基準ブースト圧力値を有する基本基準ブースト圧力テーブルに基づいて算出するのが好ましい。
前記現在のエンジン作動条件は、現在のエンジン回転数及び現在の燃料噴射量を含むのが好ましい。
前記基本基準ブースト圧力の補正ファクターは、前記一つ以上の補正パラメター及び設定されたパラメターに対して設定された基本基準ブースト圧力の補正ファクター値を有する基本基準ブースト圧力の補正ファクターテーブルに基づいて算出するのが好ましい。
前記補正パラメターは、大気圧力及び吸入空気温度を含むのが好ましい。
前記基準ブースト圧力は、前記基本基準ブースト圧力と前記基本基準ブースト圧力の補正ファクターとの積によって算出するのが好ましい。
前記燃料噴射時期の補正値は、前記基準ブースト圧力と前記現在のブースト圧力との差が大きいほど、燃料噴射時期をさらに進角させる値に設定するのが好ましい。
前記基本燃料噴射時期は、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて設定するのが好ましい。
本発明の実施例によるディーゼルエンジンの燃料噴射時期の制御システムは、エンジン作動条件を検出する少なくとも一つのエンジン作動条件センサ;
ブースト圧力を検出するブースト圧力センサ;
燃焼室に燃料を噴射する燃料インジェクタ;
及び前記エンジン作動条件及び前記ブースト圧力に基づいて前記燃料インジェクタの燃料噴射時期を制御する制御ユニット;を含み、
前記制御ユニットは、前記燃料噴射時期の制御方法のうちのいずれか一つを行うようにプログラムするのが好ましい。
本発明によれば、基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差に基づいて燃料噴射時期を制御することにより、ディーゼルエンジンでのターボラグによる加速性能の低下、燃料消費量の増加などの問題を解決することができる。
以下、本発明の好ましい実施例を、添付した図面を参照して説明する。
図1に示されているように、本発明の実施例による燃料噴射時期の制御システム10は、燃料インジェクタ11と、燃料インジェクタ11の燃料噴射時期を制御する制御ユニット13とを含む。
燃料インジェクタ11は、燃焼室15に燃料を噴射する装置であり、制御ユニット13の制御信号によって、その燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する。
燃焼室15は、シリンダブロック17及びピストン19によって形成される空間で、燃焼室15で燃料の燃焼が行われる。
吸気マニホールド21を通じて燃焼室15に吸気が流入し、排気マニホールド23を通じて燃焼室15で発生した排ガスが排出される。
そして、排ガスのエネルギーを利用して吸気を圧縮するためのターボチャージャ25が備えられる。
ターボチャージャ25は、排気マニホールド23に連結されるタービン27と、吸気マニホールド21に連結されるコンプレッサー29と、タービン27とコンプレッサー29とを連結する連結軸31とを含む。タービン27は、排気マニホールド23を通過する排ガスのエネルギーによって駆動され、コンプレッサー29は、タービン27と一体になって回転する。そして、コンプレッサー29の回転によって、吸入空気が圧縮される。
また、ターボチャージャ25の下流側の吸気マニホールド21には、ターボチャージャ25によって圧縮された空気を冷却するためのインタークーラー33が備えられる。
インタークーラー33の下流側の吸気マニホールド21には、ブースト圧力センサ35が備えられる。ブースト圧力センサ35は、燃焼室15に流入する吸入空気圧力(つまりブースト圧力)を検出し、検出されたブースト圧力に該当するブースト圧力信号を制御ユニット13に出力する。
また、本発明の実施例による燃料噴射時期の制御システム10は、エンジン回転数(回転速度)を検出して該当するエンジン回転数信号を制御ユニット13に出力するエンジン回転数センサ37と、大気圧力を検出して該当する大気圧力信号を制御ユニット13に出力する大気圧力センサ39と、吸入空気温度を検出して該当する吸入空気温度信号を制御ユニット13に出力する吸入空気温度センサ41とを含む。
制御ユニット13は、マイクロプロセッサー、メモリ、及び関連ハードウェアとソフトウェアを含み、以下で説明する本発明の実施例による燃料噴射時期の制御方法を行うようにプログラムされる。
制御ユニット13は、一つ以上のエンジン作動条件に基づいて基本燃料噴射時期を決定し、現在のブースト圧力及び基準ブースト圧力に基づいて基本燃料噴射時期を補正して最終燃料噴射時期を決定する。
制御ユニット13は、エンジン作動条件及び設定されたパラメターに基づいて基準ブースト圧力を決定し、基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差を算出し、算出された差に基づいて基本燃料噴射時期を補正する。
以下、図2を参照して、本発明の実施例による燃料噴射時期の制御方法について説明する。
本発明の実施例による燃料噴射時期の制御方法は、基本燃料噴射時期を決定する段階(S210)と、現在のエンジン作動条件に基づいて基準ブースト圧力を算出する段階(S220)と、基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差に基づいて燃料噴射時期の補正値を算出する段階(S230)と、燃料噴射時期の補正値を利用して基本燃料噴射時期を補正して最終燃料噴射時期を算出する段階(S240)とを含む。
まず、制御ユニット13は、燃料噴射量及びエンジン回転数に基づいて基本燃料噴射時期を決定する(S210)。
例えば、制御ユニット13は、燃料噴射量及びエンジン回転数によってマッピングされた基本燃料噴射時期値を有する基本燃料噴射時期テーブルから特定の燃料噴射量及び特定のエンジン回転数での基本燃料噴射時期を決定することができる。即ち、基本燃料噴射時期は、エンジン回転数(rpm)及び燃料噴射量(mg)によって下記のように設定することができる。ここで、燃料噴射時期とは、TDC(Top Dead Center)からの進角の大きさである。表1はエンジン回転数が500rpm、800rpm、1200rpm、1600rpm、1800rpm、2200rpm、2500rpmであり、燃料噴射量が50mg、100mg、150mg、200mg、250mgである場合に対する基本燃料噴射時期が設定されたテーブルである。基本燃料噴射時期は特定のエンジン回転数及び特定の燃料噴射量での最適な燃焼のための燃料噴射時期であり、このような基本燃料噴射時期テーブルは実験を通じて得ることができる。
Figure 2005140109
一方、表1に示されていないエンジン回転数及び燃料噴射量に対する基本燃料噴射時期は、補間法を通じて算出することができる。
その後、制御ユニット13は、基準ブースト圧力を算出する(S220)。基準ブースト圧力とは、特定のエンジンが特定のエンジン回転数及び特定の燃料噴射量によって駆動される場合の正常な状態(ブースト圧力が変動する過度状態が終了した状態)でのブースト圧力を意味する。
制御ユニット13は、現在のエンジン作動条件(例えば、燃料噴射量及びエンジン回転数)に基づいて基本基準ブースト圧力を決定する(S221)。
基本基準ブースト圧力は、現在の燃料噴射量及び現在のエンジン回転数に基づいて予め設定された基本基準ブースト圧力テーブルから算出するのが好ましい。
予め設定された基本基準ブースト圧力テーブルは、エンジン回転数及び燃料噴射量によってマッピングされた基本基準ブースト圧力値を含む。
基本基準ブースト圧力値は、特定の条件(大気圧力及び吸入空気温度)において実験を通じて決定することができる。つまり、特定のエンジンが特定の燃料噴射量及び特定のエンジン回転数で駆動される場合の正常な状態で測定されたブースト圧力を利用して基本基準ブースト圧力テーブルを得ることができる。
下記の表2には、実験を通じて得られた基本基準ブースト圧力テーブルの一例が示されている。エンジン回転数が500rpm、800rpm、120rpm、160rpm、1800rpm、2200rpm、及び2500rpmであり、燃料噴射量が50mg、100mg、150mg、200mg、及び250mgである場合に該当する基本基準ブースト圧力(kPa)が示されている。
Figure 2005140109
制御ユニット13は、 基本基準ブースト圧力テーブルのデータを利用して現在のエンジン回転数及び現在の燃料噴射量での基本基準ブースト圧力を算出することができる。
表2に示されていないエンジン回転数及び燃料噴射量に対する基本基準ブースト圧力は、補間法を通じて算出することができる。
その後、制御ユニット13は、一つ以上の補正パラメターに基づいて基本基準ブースト圧力を補正する(S223)。
基本基準ブースト圧力を補正する段階(S223)は、基本基準ブースト圧力の補正ファクターを算出する段階(S225)と、基準ブースト圧力を算出する段階(S227)とを含む。
段階(S221)で算出された基本基準ブースト圧力は、特定の大気圧力及び特定の吸入空気温度で算出されたものであるため、現在の大気圧力及び現在の吸入空気温度によって算出された補正ファクターにより基本基準ブースト圧力を補正して基準ブースト圧力を算出するのである。
制御ユニット13は、一つ以上の補正パラメターに基づいて基本基準ブースト圧力の補正ファクターを算出する(S225)。
補正パラメターは、大気圧力及び吸入空気温度を含むのが好ましい。
例えば、制御ユニット13は、大気圧力及び吸入空気圧力によってマッピングされた補正ファクター値を有するテーブルから基本基準ブースト圧力の補正ファクターを算出することができる。下記の表3には、吸入空気温度が263K、273K、283K、293K、303K、313K、及び323Kであり、大気圧力が75kPa、80kPa、90kPa、100kPa、及び105kPaである場合に対する基本基準ブースト圧力の補正ファクターが示されている。
Figure 2005140109
表3に示されていない吸入空気温度及び大気圧力に対する補正ファクターは、補間法を通じて算出することができる。
その後、制御ユニット13は、基本基準ブースト圧力の補正ファクターを利用して前記基本基準ブースト圧力を補正して基準ブースト圧力を算出する(S227)。
例えば、基準ブースト圧力は、基本基準ブースト圧力と基本基準ブースト圧力の補正ファクターとの積による値から算出することができる。
その後、制御ユニット13は、基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差に基づいて燃料噴射時期の補正値を算出する(S230)。
例えば、燃料噴射時期の補正値は、基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差によって設定された燃料噴射時期の補正値を有するテーブルから算出することができる。下記の表4には、基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差が−30kPa、−20kPa、0kPa、20kPa、50kPa、100kPa、130kPa、及び150kPaである場合に対する燃料噴射時期の補正値(点火進角;advance angle)が示されている。
Figure 2005140109
表4に示されていない基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差に対する燃料噴射時期の補正値は、補間法を通じて算出することができる。
表4に示されているように、燃料噴射時期の補正値は、基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差が大きいほど、燃料噴射時期をさらに進角させる値に設定するのが好ましい。
その後、制御ユニット13は、燃料噴射時期の補正値を利用して基本燃料噴射機器を補正して最終燃料噴射時期を算出する(S240)。
例えば、最終燃料噴射時期は、基本燃料噴射時期と燃料噴射時期の補正値との合計から算出することができる。
上記に、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の技術的思想の範囲で様々な形態の実施例を実現することができることはいうまでもない。
本発明の実施例による燃料噴射時期の制御システムを簡略に示すブロックダイアグラムである。 本発明の実施例による燃料噴射時期の制御方法を簡略に示すフローチャートである。
符号の説明
10 燃料噴射時期の制御システム
11 燃料インジェクタ
13 制御ユニット
15 燃焼室
17 シリンダブロック
19 ピストン
21 吸気マニホールド
23 排気マニホールド
25 ターボチャージャ
27 タービン
29 コンプレッサー
31 連結軸
33 インタークーラー
35 ブースト圧力センサ
37 エンジン回転数センサ
39 大気圧力センサ
41 吸入空気温度センサ

Claims (20)

  1. 基本燃料噴射時期を決定する段階;
    現在のエンジン作動条件に基づいて基準ブースト圧力を算出する段階;
    前記算出された基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差に基づいて燃料噴射時期の補正値を算出する段階;
    及び、前記燃料噴射時期の補正値を利用して前記基本燃料噴射時期を補正して最終燃料噴射時期を算出する段階;
    を含むことを特徴とする燃料噴射時期の制御方法。
  2. 前記基準ブースト圧力を算出する段階は、
    前記現在のエンジン作動条件に基づいて基本基準ブースト圧力を算出する段階;
    及び、一つ以上の補正パラメターに基づいて前記基本基準ブースト圧力を補正して前記基準ブースト圧力を算出する段階;
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射時期の制御方法。
  3. 前記基本基準ブースト圧力を補正して前記基準ブースト圧力を算出する段階は、
    前記一つ以上の補正パラメターに基づいて基本基準ブースト圧力の補正ファクターを算出する段階;
    及び、前記基本基準ブースト圧力の補正ファクターを利用して前記基本基準ブースト圧力を補正して前記基準ブースト圧力を算出する段階;
    を含むことを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射時期の制御方法。
  4. 前記基本基準ブースト圧力は、前記現在のエンジン作動条件及び設定されたエンジン作動条件に対して設定された基本基準ブースト圧力値を有する基本基準ブースト圧力テーブルに基づいて算出されることを特徴とする、請求項3に記載の燃料噴射時期の制御方法。
  5. 前記現在のエンジン作動条件は、現在のエンジン回転数及び現在の燃料噴射量を含むことを特徴とする、請求項4に記載の燃料噴射時期の制御方法。
  6. 前記基本基準ブースト圧力の補正ファクターは、前記一つ以上の補正パラメター及び設定されたパラメターに対して設定された基本基準ブースト圧力の補正ファクター値を有する基本基準ブースト圧力の補正ファクターテーブルに基づいて算出されることを特徴とする、請求項3に記載の燃料噴射時期の制御方法。
  7. 前記補正パラメターは、大気圧力及び吸入空気温度を含むことを特徴とする、請求項6に記載の燃料噴射時期の制御方法。
  8. 前記基準ブースト圧力は、前記基本基準ブースト圧力と前記基本基準ブースト圧力の補正ファクターとの積によって算出されることを特徴とする、請求項3に記載の燃料噴射時期の制御方法。
  9. 前記燃料噴射時期の補正値は、前記基準ブースト圧力と前記現在のブースト圧力との差が大きいほど、燃料噴射時期をさらに進角させる値に設定されることを特徴とする、請求項1に記載の燃料噴射時期の制御方法。
  10. 前記基本燃料噴射時期は、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて設定されることを特徴とする、請求項1に記載の燃料噴射時期の制御方法。
  11. エンジン作動条件を検出する少なくとも一つのエンジン作動条件センサ;
    ブースト圧力を検出するブースト圧力センサ;
    燃焼室に燃料を噴射する燃料インジェクタ;
    前記エンジン作動条件及び前記ブースト圧力に基づいて前記燃料インジェクタの燃料噴射時期を制御する制御ユニット;を含み、
    前記制御ユニットは、
    基本燃料噴射時期を決定する段階;
    現在のエンジン作動条件に基づいて基準ブースト圧力を算出する段階;
    前記算出された基準ブースト圧力と現在のブースト圧力との差に基づいて燃料噴射時期の補正値を算出する段階;
    及び、前記燃料噴射時期の補正値を利用して前記基本燃料噴射時期を補正して最終燃料噴射時期を算出する段階;
    を行うようにプログラムされることを特徴とする、燃料噴射時期の制御システム。
  12. 前記基準ブースト圧力を算出する段階は、
    前記現在のエンジン作動条件に基づいて基本基準ブースト圧力を算出する段階;
    及び、一つ以上の補正パラメターに基づいて前記基本基準ブースト圧力を補正して前記基準ブースト圧力を算出する段階;
    を含むことを特徴とする請求項11に記載の燃料噴射時期の制御システム。
  13. 前記基本基準ブースト圧力を補正して前記基準ブースト圧力を算出する段階は、
    前記一つ以上の補正パラメターに基づいて基本基準ブースト圧力の補正ファクターを算出する段階;
    及び、前記基本基準ブースト圧力の補正ファクターを利用して前記基本基準ブースト圧力を補正して前記基準ブースト圧力を算出する段階;
    を含むことを特徴とする請求項12に記載の燃料噴射時期の制御システム。
  14. 前記基本基準ブースト圧力は、前記現在のエンジン作動条件及び設定されたエンジン作動条件に対して設定された基本基準ブースト圧力値を有する基本基準ブースト圧力テーブルに基づいて算出されることを特徴とする、請求項13に記載の燃料噴射時期の制御システム。
  15. 前記エンジン作動条件センサは、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサを含み、
    前記現在のエンジン作動条件は、現在のエンジン回転数及び現在の燃料噴射量を含むことを特徴とする、請求項14に記載の燃料噴射時期の制御システム。
  16. 前記基本基準ブースト圧力の補正ファクターは、前記一つ以上の補正パラメター及び設定されたパラメターに対して設定された基本基準ブースト圧力の補正ファクター値を有する基本基準ブースト圧力の補正ファクターテーブルに基づいて算出されることを特徴とする、請求項13に記載の燃料噴射時期の制御システム。
  17. 前記エンジン作動条件センサは、大気圧力を検出する大気圧力センサ及び吸入空気温度を検出する吸入空気温度センサを含み、
    前記補正パラメターは、大気圧力及び吸入空気温度を含むことを特徴とする、請求項16に記載の燃料噴射時期の制御システム。
  18. 前記基準ブースト圧力は、前記基本基準ブースト圧力と前記基本基準ブースト圧力の補正ファクターとの積によって算出されることを特徴とする、請求項13に記載の燃料噴射時期の制御システム。
  19. 前記燃料噴射時期の補正値は、前記基準ブースト圧力と前記現在のブースト圧力との差が大きいほど、燃料噴射時期をさらに進角させる値に設定されることを特徴とする、請求項11に記載の燃料噴射時期の制御システム。
  20. 前記基本燃料噴射時期は、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて設定されることを特徴とする、請求項11に記載の燃料噴射時期の制御システム。
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