JP2007332858A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機関運転状態を検出するためのセンサの使用を最小限に抑制しつつ、機関加速時の燃焼騒音を低減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。
【解決手段】 機関運転状態に応じて燃料噴射量ＱＩＮＪ、並びに基本パイロット噴射量ＱＩＰＢ及び基本パイロット噴射時期ＣＡＩＰＢを算出する（Ｓ１１，Ｓ１３）。燃料噴射量ＱＩＮＪの変化量ＤＱが判定閾値ＤＱＴＨより大きいとき、変化量ＤＱに応じた補正係数ＫＡＣＣ、機関運転状態に応じたパイロット噴射量補正値ＤＱＩＰ及びパイロット噴射時期補正値ＤＣＡＩＰを用いて、基本パイロット噴射量ＱＩＰＢ及び基本パイロット噴射時期ＣＡＩＰＢを補正し、パイロット噴射量ＱＩＰ及びパイロット噴射時期ＣＡＩＰを決定する（Ｓ１４〜Ｓ１８）。
【選択図】 図２

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、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が示されている。この装置によれば、吸入空気量が検出され、検出された吸入空気量、エンジン回転数、アクセル開度などに応じて、基本燃料噴射量、基本噴射時期、基本パイロット噴射量、基本パイロット噴射時期、及び目標吸入空気量が算出される。そして、検出される吸入空気量が目標吸入空気量より少ないときは、基本パイロット噴射量が増量補正されるとともに、基本パイロット噴射時期が進角補正される。

特開平９−２２８８８０号公報

特許文献１に示された制御手法では、目標吸入空気量と、実吸入空気量との偏差に応じたパイロット噴射量及びパイロット噴射時期の補正が行われるため、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ（または吸気圧センサ）を必要とする。したがって、そのセンサの故障時や特性劣化時においては、正確な制御を行うことができない。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関運転状態を検出するためのセンサの使用を最小限に抑制しつつ、機関加速時の燃焼騒音を低減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（１）の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁（１６）を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）及び負荷（ＡＰ）に応じて燃料噴射量（ＱＩＮＪ）を算出する燃料噴射量算出手段と、前記燃料噴射量（ＱＩＮＪ）に応じて主噴射を行う主噴射手段と、前記燃料噴射量（ＱＩＮＪ）に応じて前記主噴射より前にパイロット噴射を行うパイロット噴射手段と、前記燃料噴射量の変化量（ＤＱ）に応じてパイロット噴射燃料量（ＱＩＰ）及びパイロット噴射時期（ＣＡＩＰ）の少なくとも一方を制御する過渡制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記過渡制御手段は、前記燃料噴射量の変化量（ＤＱ）が増加するほど、前記パイロット噴射燃料量（ＱＩＰ）を増量することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記過渡制御手段は、前記燃料噴射量の変化量（ＤＱ）が増加するほど、前記パイロット噴射時期（ＣＡＩＰ）を進角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、燃料噴射量の変化量に応じてパイロット噴射燃料量及びパイロット噴射時期の少なくとも一方が制御される。すなわち、燃料噴射量の変化量により、機関の加速状態が検出され、パイロット噴射燃料量及び／またはパイロット噴射時期が制御されるので、吸入空気量センサなどを用いることなく、加速時の燃焼騒音を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、燃料噴射量の変化量が増加するほど、パイロット噴射燃料量が増量されて主噴射量が減少し、燃焼騒音が抑制される。
請求項３に記載の発明によれば、燃料噴射量の変化量が増加するほど、パイロット噴射時期が進角され、より早期に燃焼が開始されて、燃焼騒音が抑制される。

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（以下単に「エンジン」という）１は、シリンダ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（燃料噴射時間及び燃料噴射時期）は、ＥＣＵ２０により制御される。

エンジン１は、吸気管２、排気管４、及び過給機８を備えている。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。

吸気管２内の、コンプレッサ９の下流には加圧された空気を冷却するためのインタークーラ５及び吸入空気量を制御するインテークシャッタ（スロットル弁）３が設けられている。インテークシャッタ３は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ２０により、開閉制御される。

排気管４のタービン１０の上流側と、吸気管２のインテークシャッタ５の下流側との間には、排気を吸気管２に還流する排気還流通路６が設けられている。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は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ２０により制御される。

排気管４の、タービン１０の下流側には、排気を浄化する触媒コンバータ１１と、ＤＰＦ１２とが上流側からこの順序で設けられている。
触媒コンバータ１１は、排気中に含まれる炭化水素及び一酸化炭素の酸化を促進するための酸化触媒を内蔵する。なお、触媒コンバータ１１は、ＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着剤及びＮＯｘの還元作用が付加されたものであってもよい。

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。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミックスや金属多孔体が使用される。

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２１、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（踏み込み量）ＡＰを検出するアクセルセンサ２２、エンジン１の冷却水温を検出する冷却水温センサ（図示せず）などが設けられており、これらのセンサの検出信号が、ＥＣＵ２０に供給される。

クランク角度位置センサ２１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ２０に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期の制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

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などに制御信号を供給する出力回路から構成される。

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、図３（ａ）に示すＱＩＰＢマップを検索し、基本パイロット噴射量ＱＩＰＢを算出するとともに、図３（ｂ）に示すＣＡＩＰＢマップを検索し、基本パイロット噴射時期ＣＡＩＰＢ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、また燃料噴射量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。ＣＡＩＰＢマップは、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、基本パイロット噴射時期ＣＡＩＰＢが進角するように設定されている。

ステップＳ１４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、パイロット噴射時期ＣＡＩＰを基本パイロット噴射時期ＣＡＩＰＢに設定する（ステップＳ１５）。その後ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１４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Ｓ１６〜Ｓ１８により、基本パイロット噴射量ＱＩＰＢ及び基本パイロット噴射時期ＣＡＩＰＢを補正して、パイロット噴射量ＱＩＰ及びパイロット噴射時期ＣＡＩＰを算出する。

ステップＳ１６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（例えば２度）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。

ステップＳ１７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、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、補正係数ＫＡＣＣが増加する要に設定されている。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Ｓ１８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、基本パイロット噴射時期ＣＡＩＰＢ、パイロット噴射時期補正値ＤＣＡＩＰ、及び補正係数ＫＡＣＣを下記式（３）に適用し、パイロット噴射時期ＣＡＩＰを算出する
ＱＩＰ＝ＱＩＰＢ＋ＤＱＩＰ×ＫＡＣＣ （２）
ＣＡＩＰ＝ＣＡＩＰＢ＋ＤＣＡＩＰ×ＫＡＣＣ （３）

ステップＳ１９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、主噴射量ＱＩＭを算出する。
ＱＩＭ＝ＱＩＮＪ−ＱＩＰ （４）

ステップＳ２０では、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて主噴射時期ＣＡＩＭを算出する。
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Ｓ１６〜Ｓ１８が実行され、パイロット噴射量ＱＩＰの増量補正（主噴射量ＱＩＭの減量補正）及びパイロット噴射時期ＣＡＩＰの進角補正が行われる。より具体的には、変化量ＤＱが大きくなるほど補正係数ＫＡＣＣがより大きな値に設定され、噴射量の増量分及び噴射時期の進角量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。

以上のように本実施形態では、燃料噴射量ＱＩＮＪの変化量ＤＱにより、燃焼騒音を低減するための制御を実行すべき、エンジン１の所定加速運転状態を判定し、所定加速運転状態（ＤＱ＞ＤＱＴＨ）において、パイロット噴射量の増量補正及びパイロット噴射時期の進角補正を行うようにしたので、吸入空気量センサなどを用いることなく、加速時の燃焼騒音を抑制することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ２０が、燃料噴射量算出手段、主噴射手段、パイロット噴射手段、及び過渡制御手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１１が燃料噴射量算出手段に相当し、ステップＳ１９及びＳ２０が主噴射手段の一部に相当し、ステップＳ１３がパイロット噴射手段の一部に相当し、ステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ１８が過渡制御手段に相当する。

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進角補正とをともに実行するようにしたが、いずれか一方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。同様に、図３（ｄ）にハッチングを付して示す領域内で、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ＤＣＡＩＰをより大きな値（より進角側の値）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（主噴射手段、パイロット噴射手段）
２０ 電子制御ユニット（燃料噴射量算出手段、主噴射手段、パイロット噴射手段、過渡制御手段）

Claims (3)

1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記機関の回転数及び負荷に応じて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
   前記燃料噴射量に応じて主噴射を行う主噴射手段と、
   前記燃料噴射量に応じて前記主噴射より前にパイロット噴射を行うパイロット噴射手段と、
   前記燃料噴射量の変化量に応じてパイロット噴射燃料量及びパイロット噴射時期の少なくとも一方を制御する過渡制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記過渡制御手段は、前記燃料噴射量の変化量が増加するほど、前記パイロット噴射燃料量を増量することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記過渡制御手段は、前記燃料噴射量の変化量が増加するほど、前記パイロット噴射時期を進角させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

Images