JP2005240710A - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料中の芳香族成分のばらつきによる排気微粒子やスモークの悪化を防止する。
【解決手段】ディーゼルエンジンから排出される排気微粒子を捕集する微粒子捕集フィルタを備えるとともに、その前後圧力差ΔＰを検出する差圧センサを備える。所定の高負荷域（ステップ１）において、前後圧力差ΔＰの時間変化率Ｄを基準の変化率Ｄ０と比較し（ステップ２）、Ｄ＞Ｄ０であれば、芳香族成分が多く含まれた燃料であると判定し（ステップ３）、排気微粒子の発生を抑制するために、パイロット噴射量の減少補正を行う（ステップ４）。燃料のセタン価が同一であっても、芳香族成分の割合によって排気微粒子発生量が異なるので、本制御により、排気微粒子やスモークの悪化が抑制される。
【選択図】図５

Description

この発明は、微粒子捕集フィルタを排気系に備えたディーゼルエンジンの燃焼制御装置に関する。

ディーゼルエンジンにおいては、燃料のセタン価が変わると、スモークの悪化を招来する場合があることが、特許文献１に開示されている。この特許文献１の技術では、噴射された燃料の実際の着火時期を検出し、燃料の着火遅れ期間と噴射期間との関係が常に所定の関係を満たすように制御することで、スモークの悪化を抑制している。
特開平１１−１０７８２０号公報

市場においては、ディーゼル燃料である軽油は、一般に、セタン価をある一定の範囲に調製した上で市販されているが、セタン価が同一であっても、燃料中に含まれる芳香族成分の割合には、かなりのばらつきが見られる。ここで、図１は、燃料のセタン価（ＣＮ）および芳香族成分（Aromatics）と排気微粒子（ＰＭ）との相関を示したものであり、図示するように、セタン価が高くなると、これに応じて排気微粒子排出量は増加するが、同じセタン価であっても、芳香族成分が多くなると、排気微粒子発生量は増加する。

従って、燃料中の芳香族成分の割合を何らかの手段で検出し、これに応じた制御を行うことが求められている。

この発明は、排気微粒子を捕集する微粒子捕集フィルタを排気通路に備えてなるディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、上記微粒子捕集フィルタにおける排気微粒子堆積量の増加率を推定する手段と、この増加率を、基準となる燃料成分の下での基準増加率と対比して、使用中の燃料の成分を推定する手段と、この燃料成分の推定に基づいてディーゼルエンジンの制御状態を補正する補正手段と、を備えたことを特徴としている。

例えば、上記微粒子捕集フィルタの前後圧力差を検出する手段を有し、この前後圧力差の変化から上記の増加率を推定することができる。この前後圧力差に基づく増加率の推定は、基本的に排気微粒子が多く発生する高負荷側の所定の運転条件で運転している間に行うことが望ましい。

すなわち、発生した排気微粒子は微粒子捕集フィルタに徐々に堆積していくので、微粒子捕集フィルタの通気抵抗は徐々に増加する。この通気抵抗の変化から、堆積量の増加率を推定できる。前述したように、燃料のセタン価や芳香族成分の割合によって排気微粒子発生量が変化するので、基準となる燃料成分の下での基準増加率と対比すれば、排気微粒子発生に関与する燃料の状態を推定でき、特に、セタン価が一定の燃料を用いることを前提とすれば、芳香族成分の推定を行うことが可能である。

そして、本発明では、この燃料成分の推定に基づき、例えば、燃料噴射量、燃料噴射時期、パイロット噴射量、空気過剰率、排気還流率、等のエンジンの制御状態を補正することができる。

また、本発明の第２の態様では、排気微粒子を捕集する微粒子捕集フィルタを排気通路に備えてなるディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、上記微粒子捕集フィルタにおける排気微粒子堆積量の増加率を推定する手段と、この増加率を、基準となる増加率と対比して、排気微粒子発生量の多少を判定する手段と、排気微粒子発生量が多いときに、排気微粒子発生量を抑制するための制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴としている。

上記制御手段は、例えば、排気微粒子発生量を抑制するための制御としてパイロット噴射量を減少補正する。

従って、燃料のセタン価や芳香族成分の割合等により、排気微粒子発生量が多くなった場合に、これを抑制するようにパイロット噴射量の減少補正等が実行され、燃料の影響が抑制される。

この発明によれば、ディーゼルエンジンの燃料の成分、例えば芳香族成分によるエンジン燃焼状態への影響を抑制することができ、給油した燃料の成分のばらつきによる排気微粒子やスモークの悪化を防止することができる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図２は、この発明が適用されるディーゼルエンジン１の全体的構成を示している。このディーゼルエンジン１は、コモンレール式の燃料噴射装置１０を備えている。上記コモンレール式燃料噴射装置１０は、サプライポンプ１１により加圧された燃料が高圧燃料供給通路１２を介して蓄圧室（コモンレール）１３に蓄えられるとともに、この蓄圧室１３から各気筒の燃料噴射ノズル１４に分配され、コントロールユニット５からの制御信号により開閉制御される各燃料噴射ノズル１４の開閉に応じて、各気筒の燃焼室１５内にそれぞれ高圧燃料が噴射される構成となっている。上記蓄圧室１３内の燃料圧力は、図示せぬ燃料圧力センサによって検出され、運転条件に応じた目標圧力となるように図示せぬプレッシャレギュレータによって可変的に調整されている。なお、燃焼室１５には、公知のグロープラグ１６が配置されている。

また、排気還流装置として、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを連通した排気還流通路４が設けられているとともに、この排気還流通路４の途中に、例えばステッピングモータにて開度が連続的に可変制御可能な排気還流制御弁６を備えている。この排気還流制御弁６の開度は、コントロールユニット５によって制御され、運転条件に応じた所定の排気還流率を得るようになっている。

また、このディーゼルエンジン１は、排気タービン２２とコンプレッサ２３とを同軸上に備えたターボ過給機２１を有している。上記排気タービン２２は、排気通路２の排気還流通路４の分岐点より下流側に位置し、かつこの排気タービン２２の下流側に、排気微粒子を捕集除去する微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）２４が配置されている。この微粒子捕集フィルタ２４としては、例えば、セラミックス製の柱状ブロックにハニカム状の多数の微細な通路を形成するとともに、その端部を交互に閉塞してなる目封じ型フィルタが用いられている。そして、この微粒子捕集フィルタ２４は、排気微粒子の堆積に伴って、その圧力損失が変化するので、微粒子捕集フィルタ２４の入口側と出口側との間の圧力差を検出する差圧センサ２５が設けられている。

また、吸気通路３に介装された上記コンプレッサ２３の上流側には、吸入空気量つまり新気量を検出するエアフロメータ２６が配設され、さらにその上流に、エアクリーナ２７が位置している。上記コンプレッサ２３とコレクタ部３ａとの間には、過給された高温の空気を冷却するインタークーラ２８が設けられている。

上記燃料噴射装置１０の噴射量や噴射時期、排気還流制御弁６の開度、などを制御するコントロールユニット５には、上述のセンサ類のほかに、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ、エンジン回転数を検出する回転数センサ、冷却水温度を検出する水温センサ、などのセンサ類（いずれも図示せず）の検出信号が入力されている。

この実施例のディーゼルエンジン１にあっては、基本的に、高速高負荷側の一部領域を除く大部分の運転条件において、燃料噴射形態ないしは燃焼形態として、主トルクを発生させるためのメイン噴射に先だって予備燃焼を開始させるためのパイロット噴射を行う。図３は、このパイロット噴射を伴う燃焼形態の一例を示したもので、圧縮上死点前の圧縮行程中に符号ａで示すパイロット噴射が行われ、膨張行程において符号ｂで示すメイン噴射が行われる。上記のパイロット噴射によって圧縮上死点付近で予備燃焼が生じ、筒内温度が上昇する。これによって、予備燃焼の終了後に、メイン噴射による主燃焼が開始する。なお、主燃焼の燃焼開始時期が、予備燃焼の燃焼開始時期から２０°ＣＡ以上遅れていることが望ましく、また主燃焼の終了時期が、圧縮上死点から５０°ＣＡ以上離れていることが望ましい。このように、予備燃焼と主燃焼とを連続させずに、予備燃焼により筒内温度を高め、予備燃焼が終了した後に主燃焼が開始するようにすることで、スモークの改善が図れる。

上記のパイロット噴射の際の燃料噴射量つまりパイロット噴射量は、図４に示すように、エンジンの運転条件に応じて可変的に設定され、基本的に、低速低負荷側ではパイロット噴射量は大となり、高速高負荷側ではパイロット噴射量は小となる。

次に、上記コントロールユニット５によって実行される燃焼制御、特に、そのときに使用されている燃料成分に対するパイロット噴射量の減少補正について説明する。

図５のフローチャートは、その制御の内容を示すものであって、まずステップ１で、エンジンの運転条件が所定の閾値以上の高負荷側の領域にあるか否かを判定する。これは、排気微粒子が多く発生し易い条件に対応する。運転条件が閾値よりも低い低負荷側にあれば、ステップ６へ進み、パイロット噴射量の減少補正は行わない。閾値以上の高負荷条件であれば、ステップ２へ進み、上記の差圧センサ２５が検出する前後圧力差ΔＰの時間変化率Ｄを求めるとともに、これを、基準となる燃料成分の下での基準変化率Ｄ０と大小比較する。排気微粒子が堆積するに従って前後圧力差ΔＰが大きくなるので、その変化率Ｄ，Ｄ０は、堆積量の増加率に相当する。なお、同じ堆積量であっても運転条件が異なると圧力差が異なる値となるので、上記の基準変化率Ｄ０は、運転条件毎に値を割り付けた所定のマップから、そのときの運転条件に対応した値が検索される。

前述したように、燃料のセタン価が同一であるという前提の下では、芳香族成分の割合が多いほど排気微粒子発生量が大となる。そのため、図６に示すように、前後圧力差ΔＰの時間変化率Ｄは、芳香族成分の割合が多いほど高い値となる。

従って、ステップ２において、「Ｄ＞Ｄ０」であった場合には、ステップ３へ進んで、そのときの使用燃料が、芳香族成分を多く含む燃料であると判定し、さらに、ステップ４において、パイロット噴射量（Pilot Q）の減少補正を実行する。このパイロット噴射量の減少補正によって、芳香族成分を多く含む燃料の使用による排気微粒子の増加が抑制される。

また、ステップ２において、「Ｄ≦Ｄ０」であれば、ステップ５へ進み、そのときの使用燃料が、芳香族成分の少ない燃料であると判定した上で、ステップ６へ進む。

なお、上記のパイロット噴射量の減少補正と併せて、あるいはこれに代えて、燃料成分に応じた他の制御、例えば噴射時期の補正や排気還流率の補正等を実行することも可能である。例えば、芳香族成分が多いと燃焼騒音が増加する傾向となるので、メイン噴射の噴射時期を遅角補正することで、その騒音悪化を抑制することができる。あるいは、パイロット噴射を伴う燃焼形態とパイロット噴射を行わずにメイン噴射のみとする燃焼形態とを切り換えるようなことも可能である。

次に、図７のフローチャートは、上記のステップ１部分を変更した第２の実施例を示している。この実施例では、ステップ１において、微粒子捕集フィルタ２４における微粒子堆積量ＳＰＭを推定するとともに、これを基準堆積量ＳＰＭ０と対比し、両者の乖離が大きい場合に、ステップ２へ進む。換言すれば、それまでの微粒子堆積量ＳＰＭが基準堆積量ＳＰＭ０とほぼ一致する場合には、ステップ６へ進み、パイロット噴射量の減少補正は行わない。なお、微粒子堆積量ＳＰＭの推定は、例えば、所定の運転条件下での前後圧力差ΔＰの値から推定する方法、あるいは単位時間当たりの微粒子排出量を求め、これを積算していく方法、など公知の種々の方法によって行うことができる。また、基準堆積量ＳＰＭ０は、基準の燃料成分の下で運転を継続したとした場合の標準的な堆積量に相当し、例えば、エンジン１の運転履歴などから求めることができる。ステップ２以降は、前述した実施例と同様である。

燃料のセタン価および芳香族成分と排気微粒子との相関を示す特性図。 この発明に係るディーゼルエンジンのシステム構成を示す構成説明図。 パイロット噴射を伴う燃焼形態の一例を示す特性図。 パイロット噴射量の特性を示す特性図。 実施例の制御の要部を示すフローチャート。 芳香族成分の多少による前後圧力差ΔＰの時間変化率を示す特性図。 第２の実施例を示すフローチャート。

符号の説明

１…ディーゼルエンジン
５…コントロールユニット
１０…燃料噴射装置
２４…微粒子捕集フィルタ
２５…差圧センサ

Claims (7)

1. 排気微粒子を捕集する微粒子捕集フィルタを排気通路に備えてなるディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、上記微粒子捕集フィルタにおける排気微粒子堆積量の増加率を推定する手段と、この増加率を、基準となる燃料成分の下での基準増加率と対比して、使用中の燃料の成分を推定する手段と、この燃料成分の推定に基づいてディーゼルエンジンの制御状態を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
2. 上記微粒子捕集フィルタの前後圧力差を検出する手段を有し、この前後圧力差の変化から上記の増加率を推定することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
3. 高負荷側の所定の運転条件で運転している間に、上記の前後圧力差に基づく増加率の推定を行うことを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
4. セタン価が一定の燃料を用いることを前提として、上記燃料成分として、芳香族成分の推定を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
5. 上記補正手段は、燃料噴射量、燃料噴射時期、パイロット噴射量、空気過剰率、排気還流率、の少なくとも一つを補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
6. 排気微粒子を捕集する微粒子捕集フィルタを排気通路に備えてなるディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、上記微粒子捕集フィルタにおける排気微粒子堆積量の増加率を推定する手段と、この増加率を、基準となる増加率と対比して、排気微粒子発生量の多少を判定する手段と、排気微粒子発生量が多いときに、排気微粒子発生量を抑制するための制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
7. 上記制御手段は、排気微粒子発生量を抑制するための制御としてパイロット噴射量を減少補正することを特徴とする請求項６に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
   

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