JP2008175101A - エンジンの燃料噴射制御装置及び燃焼装置 - Google Patents

エンジンの燃料噴射制御装置及び燃焼装置 Download PDF

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Abstract

【課題】適合マップや筒内圧力の検出によらず、燃焼状態をより簡便に所望の状態に高い精度で制御することのできるエンジンの燃料噴射制御装置、及び、そうした燃焼状態の監視や制御に用いて有益なエンジン燃焼装置を提供する。
【解決手段】対象エンジン(エンジン10)の燃料噴射制御に際して、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、該メイン噴射よりも少量の噴射量によるパイロット噴射(事前サブ噴射)を実行する。こうしたエンジンの燃料噴射制御装置(エンジン制御用ECU80)として、エンジン10での燃焼後に排出される排気の温度に応じてパイロット噴射の噴射量を可変設定するプログラムを備える構成とする。詳しくは、排気温度が高いほどパイロット噴射量がより増量側の目標値に制御されるように補正する。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えばディーゼルエンジンを対象として、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、該メイン噴射よりも少量の噴射量による事前サブ噴射(例えばパイロット噴射)を実行するエンジンの燃料噴射制御装置、及び、エンジン(内燃機関)の燃焼状態についてその監視や制御等を行うエンジン燃焼装置に関する。
周知のように、例えば自動車等の動力源として用いられるエンジン(内燃機関)では、適宜の燃料噴射弁(例えばインジェクタ)により噴射供給された燃料を、着火、燃焼して出力トルクを生成している。そして近年、自動車用のディーゼルエンジン等では、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、該メイン噴射よりも少量の噴射量による事前サブ噴射を実行する噴射方式、いわゆる多段噴射方式が採用されるようになってきている。例えばディーゼルエンジンでは、アイドリング運転のような低速・低負荷の運転状態において、着火遅れ等に起因して燃焼騒音が生じ易くなる。そこで近年、総噴射量のうち一部(微小量)をメイン噴射に先行して噴射(パイロット噴射)するようなエンジンも開発されている。こうしたエンジンでは、そのメイン噴射前のパイロット噴射により熱を発生させ、燃焼室の壁面を十分に温めた状態でメイン噴射を行うことによって、メイン噴射の着火遅れ、ひいてはその着火遅れに起因した上記燃焼騒音が抑制されることになる。しかも、この噴射方式では、燃料の噴射がパイロット噴射とメイン噴射とに分割されることで、予混合量が低減するとともに、燃焼初期にある程度の混合気が燃焼される。したがって、燃焼ガス温度が低く抑えられるようになり、ひいてはメイン噴射による初期燃焼(初期燃焼量)が抑制されるようになる。そしてこれにより、NOxの低減が図られるようになる。
ところがパイロット噴射は、微小量で行われることから、環境条件による影響を受け易い。そこで従来、こうしたパイロット噴射を行うエンジンの燃料噴射制御装置として、予め実験等を行ってエンジン運転状態ごとの最適な噴射パターン(適合値)が書き込まれたマップ(数式でも可)を用意(例えばROMに記憶保持)し、このマップを参照しつつ都度のエンジン運転状態に応じて噴射パターンを設定するものが広く採用されている。しかしながら、こうした装置に用いられるマップ(適合マップ)を作成するためには、膨大な手間(工程)がかかってしまい、作業時間(ひいては納期)の長期化やコストの増大を招いていた。また、このマップによる方法であると、初期の段階において高い精度で適値が得られたとしても、その後の特性変化の影響については知ることができない。このため、時間の経過と共に適値からのずれ、具体的にはパイロット噴射やメイン噴射による燃焼での燃焼量(燃焼温度も含む)や燃焼時期のずれ、ひいてはエミッションの悪化や燃焼状態の不安定化が懸念されるようになる。
そこで従来、例えば特許文献1に記載されるように、CPS(筒内圧センサ)を用いてエンジン運転中の筒内圧力を検出することで、燃焼開始時期等の燃焼に係るパラメータ(燃焼パラメータ)を算出する装置なども提案されている。この装置では、その算出した燃焼パラメータに基づいてパイロット噴射の噴射量及び噴射時期を調整する。こうすることで、所望の燃焼状態にして、そのエンジンでの燃焼状態の安定化を図っている。
特開2004−100559号公報
しかしながら、この特許文献1に記載の装置でも、パイロット噴射が微小の噴射量であることから、燃焼による筒内圧力の変化が小さく、筒内圧力の変化により燃焼状態を検出することは困難となっている。しかも、現状においてCPS(筒内圧センサ)はまだ高価であり、こうした高価なセンサを必須とする上記装置はコスト面でも不利になる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、適合マップや筒内圧力の検出によらず、燃焼状態をより簡便に所望の状態に高い精度で制御することのできるエンジンの燃料噴射制御装置、及び、そうした燃焼状態の監視や制御に用いて有益なエンジン燃焼装置を提供することを主たる目的とするものである。
以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明では、対象エンジンの燃料噴射制御に際して、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、該メイン噴射よりも少量の噴射量による一乃至複数回の事前サブ噴射を実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、前記エンジンでの燃焼により生じる排気の状態及び成分情報(例えば成分種や、成分量、成分比等)の少なくとも一方を示す排気パラメータの内容に応じて前記一乃至複数回の事前サブ噴射の噴射態様を可変設定する噴射態様可変手段を備えることを特徴とする。
前述のように、ディーゼルエンジン等では、微小量の事前サブ噴射がメイン噴射の実行に先立って行われる。発明者は、このような噴射方式を採用するシステムについて、事前サブ噴射によってメイン噴射へ付与される影響の大小が、排気パラメータの相違として現れることを見出し、上記構成を発明した。すなわち、こうした噴射方式では一般に、メイン噴射における燃焼パラメータ(例えば燃焼量や燃焼時期等)が、事前サブ噴射の噴射態様(例えば各噴射の噴射時間や噴射時期、あるいは特定噴射間の噴射インターバル等を含めた噴射パターン)に応じて変化する。そして、このことに加え、今回発明者の実験等により、その際の燃焼パラメータの変化態様についてもこれが、排気パラメータ(例えば排気温度や排気圧力、あるいは排気中のO2、HC、NOxといった排気成分種又はその量又は他の成分との比等)の変化態様として現れること、ひいては燃焼パラメータの変化態様を排気パラメータから高精度に推定可能であることが分かった。このため、上記請求項1に記載の構成によれば、適合マップや筒内圧力の検出によらず、燃焼状態をより簡便に所望の状態に高い精度で制御することができるようになる。なお、燃焼状態のばらつきを軽減する上では、前記排気パラメータを所定の基準燃焼状態からの誤差に変換(例えばマップや数式等で変換)するとともにその変換された誤差を、前記噴射態様可変手段による事前サブ噴射の噴射態様の可変設定により補償する構成が特に有効である。また、制御の精度をさらに高める等の目的で、こうした排気パラメータによる噴射制御を、上述の適合マップや筒内圧力の検出による噴射制御と組み合わせて行うことも可能である。
請求項2に記載の発明では、上記請求項1に記載の装置において、前記排気パラメータの基準値(例えば固定値又は可変値等)からのずれ度合である排気パラメータずれを監視してその時の排気パラメータずれが所定の許容範囲内にあるか否かを判断する排気判断手段を備え、前記噴射態様可変手段が、前記排気判断手段により前記排気パラメータずれが許容範囲内にない旨判断された場合において、同排気パラメータずれが許容範囲内に収まるように前記事前サブ噴射の噴射態様を補正するものであることを特徴とする。このような構成であれば、排気パラメータずれの監視を通じて、より容易且つ確実に適正な燃焼状態を維持することが可能になる。
またこの場合、前記噴射態様可変手段を、請求項3に記載の発明のように、前記事前サブ噴射の噴射態様に係る特定パラメータを基準値(例えば固定値、あるいはその時のエンジン条件に応じて可変設定される基準値)から正側又は負側へ所定変化量ずつ累積的に変化させつつ前記排気判断手段による許容判断を逐次行うとともに、同排気判断手段により前記排気パラメータずれが許容範囲内にある旨判断された時の変化量の積算値をその事前サブ噴射の噴射態様に係るパラメータの補正値とするものとした構成とすることが有効である。このような構成であれば、前記事前サブ噴射の噴射態様に係るパラメータの補正値を容易且つ的確に得ることができる。
さらに、この請求項3に記載の装置ついては、請求項4に記載の発明のように、異なる大きさの複数の値を保持するとともに前記排気パラメータずれの度合に応じてそれら値の中から前記所定変化量として使用する1つを選択する変化量選択手段を備える構成とすることが有効である。このような構成であれば、前記所定変化量(例えば大小2種類の変化量)の選択を通じてより緻密な制御が可能になり、ひいてはより多くの用途に対応可能な装置を容易且つ的確に実現することができるようになる。
また、上記請求項3又は4に記載の装置については、請求項5に記載の発明のように、前記噴射態様可変手段により累積される変化量の積算値が許容上限を超えたか否かを判断する累積判断手段と、前記累積判断手段により変化量の積算値が許容上限を超えた旨判断された場合に、前記エンジンでの燃焼に供される吸気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す吸気パラメータの基準値(例えば固定値又は可変値等)からのずれ度合である吸気パラメータずれが所定の許容範囲内にあるか否かを判断する吸気判断手段と、前記吸気判断手段により前記吸気パラメータずれが許容範囲内にない旨判断された場合において、同吸気パラメータずれが許容範囲内に収まるように前記吸気パラメータを可変制御する吸気パラメータ可変手段と、を備えることを特徴とする。
発明者は、上記請求項3又は4に記載の装置に関し、事前サブ噴射の噴射態様(厳密にはその特定パラメータ)の基準値からの累積的なずれ量(積算値)から吸気パラメータが正常に制御されているか否かを推定することができることを見出し、上記構成を発明した。すなわち、上記積算値の許容上限を適切な値に設定すれば、吸気パラメータの制御に異常が生じている場合には概ねきまって、上記排気パラメータずれが可変制御(補正)されて許容範囲内に収められるよりも前に、すなわちその排気パラメータずれの補正が完了する前に、同制御の補正量に相関する上記積算値が許容上限を超えるようになる。そこで、上記構成では、上記累積判断手段、吸気判断手段、及び吸気パラメータ可変手段を備える構成とする。こうすることで、上記積算値が許容上限を超えた場合に限定して、吸気パラメータの異常判断(許容範囲外か否かの判断)、ひいては異常時における吸気パラメータの可変制御を行うことが可能になる。そしてこれにより、上述の制御を円滑に行うことが可能になる。
ところで、上記請求項5に記載の装置における前記吸気パラメータ可変手段としては、吸気パラメータを可変制御するものであれば任意のものを採用することが可能である。しかしながら現状、車載エンジン等に適用する場合に特に実用的な構成としては、請求項6に記載の発明のように、前記エンジンの吸排気系が、吸気通路又は排気通路又は吸排気通路の連結路における所定部位にて複数本に分岐して下流側で再び合流して吸気通路に接続されるものであって且つ、前記複数本の分岐通路のうち、少なくともその2つは分岐部分から合流部分までの気体流通による放熱量が互いに相違するものである配管を含んで構成されており、前記吸気パラメータ可変手段が、前記分岐部分から合流部分までの気体流通について、前記放熱量の異なる複数の分岐通路の少なくとも1つの通路の流通面積(閉鎖度合)を可変とするものである構成とすることが有効である。こうした構成であれば、前記吸気パラメータ可変手段により通路の流通面積(閉鎖度合)を可変とする(例えば閉鎖及び開放の切替えを2値的に行う)ことで、前記分岐部分から合流部分までの気体流通による放熱量が可変となるとともに、前記吸気パラメータとして吸気温度を容易且つ的確に所望の範囲に制御することができるようになる。
またこの場合、請求項7に記載の発明のように、前記複数本の分岐通路が、排気の一部を吸気系へ還流させるEGR通路に形成されており、少なくともその2つが、冷却装置の有無により放熱量が相違している構成とすることが有効である。
ディーゼルエンジンでは、EGR装置を搭載するものが知られている。前記分岐通路は、このEGR装置におけるEGR通路にバイパス通路を形成することで、容易に実現することができる。したがって、上記請求項7に記載の構成によれば、的確に吸気パラメータを可変制御することが可能になる。
請求項8に記載の発明では、上記請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置において、前記事前サブ噴射が、1回の噴射からなり、前記噴射態様可変手段が、該事前サブ噴射の噴射量及び噴射時期の少なくとも一方を前記排気パラメータの内容に応じて可変設定するものであることを特徴とする。
発明者の実験等によれば、メイン噴射の前に行う事前サブ噴射として1回の噴射(例えば前述のパイロット噴射)を行った場合において特に、排気パラメータと燃焼パラメータの変化態様とがよく相関し、その燃焼パラメータを補正する場合には、上記事前サブ噴射の噴射量や噴射時期を可変設定することが有効であった。すなわち、所望の燃焼状態をより容易且つ的確に実現する上では、上記請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置を、この請求項8に記載されるような構成とすることが有効である。
具体的には、請求項9に記載の発明のように、上記請求項8に記載の装置において、前記排気パラメータとしては、着火時期と排気弁開時期との間隔に係るパラメータを用いることが有効である。
発明者は、事前サブ噴射の噴射量及び噴射時期に応じて、前記エンジンでのメイン噴射による燃焼の着火時期と排気弁開時期との間隔が変化することを見出した。詳しくは、事前サブ噴射の噴射量及び噴射時期に応じて着火時期が変動する。そしてこれにより、着火時期と排気弁開時期との間隔が基準からずれる。すなわち、上記装置のように、着火時期と排気弁開時期との間隔に係るパラメータに応じて前記事前サブ噴射の噴射量及び噴射時期の少なくとも一方を可変設定するように構成することで、所望の燃焼状態をより容易且つ的確に実現することが可能になる。
そしてこの場合、特に前記噴射態様可変手段についてはこれを、請求項10に記載の発明のように、前記燃焼後に排出される排気の温度を前記排気パラメータとして、この排気の温度が高いほど前記事前サブ噴射の噴射量をより増量側の目標値に制御するものとすることが有効である。
上記請求項9に記載の装置において、燃焼後に排出される排気の温度は、着火時期と排気弁開時期との間隔が長いほど低くなる。これは、同間隔が長くなると排出タイミング(排気弁開時期)までの時間、すなわち排気の冷却時間が長くなり、排気の冷却量(放熱量)が大きくなるからである。また、こうした装置においては、事前サブ噴射の噴射量をより増量側の目標値に制御することで、着火時期を早めることができる。これは、噴射量を増量するほどその事前サブ噴射による燃焼で燃焼室の壁面がより高い温度まで上昇することによる。上記構成では、こうした現象を利用して、排気の温度が高いほど(基準から高温側にずれるほど)事前サブ噴射の噴射量をより増量側の目標値に制御することで、所望の燃焼状態(基準の燃焼状態)をより容易且つ的確に実現している。
また排気の圧力も、排気の温度と同様の傾向を示す。したがって、上記請求項9又は10に記載の装置において、前記噴射態様可変手段についてはこれを、請求項11に記載の発明のように、前記燃焼後に排出される排気の圧力を前記排気パラメータとして、この排気の圧力が高いほど前記事前サブ噴射の噴射量をより増量側の目標値に制御するものとすることによっても、所望の燃焼状態がより容易且つ的確に実現されることになる。
請求項12に記載の発明では、上記請求項1〜11のいずれか一項に記載の装置において、前記噴射態様可変手段による噴射態様可変設定の実行に先立ち、前記エンジンでの燃焼に供される吸気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す吸気パラメータの基準値(例えば固定値又は可変値等)からのずれ度合である吸気パラメータずれが所定の許容範囲内にあるか否かを判断する事前吸気判断手段を設け、前記噴射態様可変手段についてはこれを、前記事前吸気判断手段により前記吸気パラメータずれが許容範囲内にある旨判断されている場合に、前記事前サブ噴射の噴射態様の可変設定を実行するものとすることを特徴とする。
吸気パラメータが正常に制御されていない場合には、その影響が排気パラメータに現れることによって、排気パラメータが燃焼パラメータの変化態様を正確には示さないことが懸念されるようになる。この点、上記請求項12に記載の構成によれば、吸気パラメータが許容範囲内にある場合、すなわち正常に制御されている場合に限定して、前記事前サブ噴射の噴射態様の可変設定を実行することが可能になり、ひいては所望の燃焼状態をより確実に高い精度で実現することが可能になる。
また、この請求項12に記載の装置については、請求項13に記載の発明のように、前記事前吸気判断手段により前記吸気パラメータずれが許容範囲内にない旨判断された場合に、同吸気パラメータずれが許容範囲内に収まるように前記吸気パラメータを可変制御する吸気パラメータ事前可変手段を備える構成とすることが有効である。こうすることで、前記事前サブ噴射の噴射態様の可変設定について、より高い実行頻度を確保することが可能になり、ひいてはより長期にわたって所望の燃焼状態を高い精度で実現することが可能になる。
また発明者は、上記各装置を実現するために用いて有益な装置(エンジン燃焼装置)として、請求項14〜21に記載の装置を発明した。以下、これら各装置について説明する。
まず請求項14の記載の装置では、シリンダ内で燃料を燃焼させることにより出力軸にトルクを生成してその出力軸を回転させるエンジンを対象にして、前記燃料の燃焼後にシリンダから排出される排気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す排気パラメータを取得する排気パラメータ取得手段と、前記排気パラメータ取得手段により取得された排気パラメータを前記トルク生成に係る燃焼状態の制御(例えば燃料噴射量や噴射時期等に係る燃料噴射制御、又は、吸気温度や、吸気圧力、吸気成分等に係る吸気制御、又は点火制御など)に使用可能とする仲介手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項15の記載の装置では、シリンダ内で燃料を燃焼させることにより出力軸にトルクを生成してその出力軸を回転させるエンジンを対象にして、前記燃料の燃焼後にシリンダから排出される排気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す排気パラメータを取得する排気パラメータ取得手段と、前記排気パラメータ取得手段により取得された排気パラメータに基づいて、前記トルク生成に係る燃焼状態を示す燃焼パラメータを取得する燃焼パラメータ取得手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項16の記載の装置では、シリンダ内で燃料を燃焼させることにより出力軸にトルクを生成してその出力軸を回転させるエンジンを対象にして、前記燃料の燃焼後にシリンダから排出される排気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す排気パラメータを取得する排気パラメータ取得手段と、前記排気パラメータ取得手段により取得された排気パラメータと所定の基準値との乖離量を算出する乖離量算出手段と、を備えることを特徴とする。
これら請求項14〜16に記載の装置によれば、トルク生成に係る燃焼状態の制御(請求項14)や、その燃焼状態自体の把握、ひいては対象エンジンの燃焼特性の把握(請求項15及び16)を容易且つ的確に行うことが可能になる。
また、特に上記請求項16に記載の装置については、請求項17に記載の発明のように、前記乖離量算出手段により算出された乖離量が許容レベルを超えている場合に、所定のフェイルセーフ処理を実行するフェイルセーフ処理実行手段を備える構成とすることが有効である。こうした構成によれば、上記フェイルセーフ処理実行手段により、対象エンジンが不具合発生の懸念される状況にあること、すなわち排気パラメータの乖離量が大きい状態にあることを早期に検知してその対応を迅速に行うことが可能になる。
この請求項17に記載の装置に係るフェイルセーフ処理としては、例えばダイアグコードを不揮発性メモリに記憶させる処理や、所定の警告灯を点灯する処理、警告音を鳴らす処理等を採用することができる。ただし、発明者が見出した特に有効な処理は、請求項18に記載の発明のように、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立って行われる、該メイン噴射よりも少量の噴射量による一乃至複数回の事前サブ噴射の噴射態様を可変とする処理である。上述したように、このような噴射制御は、上記排気パラメータの乖離量を小さくする上で特に有益である。
さらに発明者は、排気パラメータの測定タイミングに関する実験等により、シリンダから排出されるタイミングでの排気パラメータが、特に高い精度で燃焼状態を示すことを見出した。そして、請求項19に記載の装置、すなわち上記請求項14〜18のいずれか一項に記載の装置において、前記排気パラメータ取得手段が、前記シリンダから燃焼後の排気が排出されるタイミング(一般的なエンジン構成であれば「排気バルブ開弁タイミング」に相当)で、その時の排気パラメータを取得するものである装置を発明した。こうした装置によれば、その取得した排気パラメータに基づき、上述の燃焼状態の把握(監視)や制御をより高い精度で行うことが可能になる。
また、こうした排気パラメータを取得する装置としては、請求項20に記載の発明のように、シリンダ内で燃料を燃焼させることにより出力軸にトルクを生成してその出力軸を回転させるエンジンを対象にして、前記シリンダから燃焼後の排気が排出されるタイミングで、その時の排気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す排気パラメータを取得する排気パラメータ取得手段を備える装置も有益である。すなわち、こうした装置により排気パラメータを取得して、ユーザ自身が燃焼パラメータに変換するようにしてもよい。こうすることで、対象エンジンの燃焼特性を把握することは可能である。したがって、こうした構成であっても、エンジンの異常を早期に検知して修理等の処置を適切に行うことなどが可能になる。
そして、これら請求項14〜20のいずれか一項に記載の装置における前記排気パラメータとしては、請求項21の記載の発明のように、排気温度及び排気圧力及び排気成分情報の少なくとも1つを用いることが有効である。これらの排気パラメータは高い精度で燃焼状態を示すため、同パラメータを採用することで、燃焼状態の把握(監視)や制御に特に適した装置となる。
なお、上記排気パラメータを取得する際には、その取得位置(測定位置)を排気の排出口(排気ポート)に近づけるほど、より高い精度で燃焼状態を示す排気パラメータを取得することができる。このため、前記排気パラメータ取得手段についてはこれを、排気排出口により近い位置で排気パラメータを取得(測定)するものとすることがより有効である。
以下、図1〜図9を参照して、本発明に係るエンジンの燃料噴射制御装置及び燃焼装置を具体化した一実施形態について説明する。なお、本実施形態の燃料噴射制御装置も、前述した特許文献1に記載の装置と同様、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、該メイン噴射よりも少量の噴射量による事前サブ噴射(パイロット噴射)を実行するものである。ここでは一例として、特にこの装置が、4輪自動車用エンジンとしてのレシプロ式エンジン(内燃機関)を対象にしてエンジン制御を行うシステム(エンジン制御システム)に組み込まれた場合について説明する。
はじめに、図1を参照して、本実施形態に係るエンジン制御システムの概略構成について説明する。なお、本実施形態のエンジンとしては、多気筒(例えば4気筒)エンジンを想定している。ただし、この図1においては、説明の便宜上、1つのシリンダ(気筒)のみを図示している。
同図1に示されるように、このエンジン制御システムは、コモンレール式の燃料噴射装置を備えたレシプロ式ディーゼルエンジン10を制御対象として、該エンジン10を制御するための各種センサ及びECU(電子制御ユニット)80等を有して構築されている。
ここで制御対象とされるエンジン10は、基本的には、シリンダブロック11に形成されたシリンダ(気筒)12(便宜上1つのみ図示)内にピストン13が収容されて構成されており、このピストン13の往復動により、図示しない出力軸としてのクランク軸が回転するようになっている。
シリンダブロック11には、冷却水がエンジン10内を循環するための冷却水路14と、同水路14内の冷却水の温度(冷却水温)を検出する冷却水温センサ14aとが設けられており、その冷却水によりエンジン10が冷却されている。また、シリンダブロック11の上端面にはシリンダヘッド15が固定されており、そのシリンダヘッド15とピストン13頂面との間には燃焼室16が形成されている。
シリンダヘッド15には、燃焼室16に開口する吸気ポート17(吸気口)と排気ポート18(排気口)とが形成されている。そして、これら吸気ポート17及び排気ポート18が、それぞれ図示しないカム(詳しくはクランク軸と連動するカム軸に取り付けられたカム)によって駆動される吸気弁(吸気バルブ)21と排気弁(排気バルブ)22とにより開閉されるようになっている。さらに、これら各ポートを通じてシリンダ12内の燃焼室16と車外(外気)との連通を可能とすべく、吸気ポート17には外気(新気)を吸入するための吸気管(吸気マニホールド)23が接続され、排気ポート18には、燃焼ガス(排気)を排出するための排気管(排気マニホールド)24が接続されている。
エンジン10の吸気系を構成する吸気管23には、吸気管23最上流部のエアクリーナ31を通じて空気中の異物が除去されつつ新気が吸入され、エアクリーナ31の下流側には、その新気の量(新気量)を電気信号として検出するエアフロメータ32(例えばホットワイヤ式エアフロメータ)が設けられている。そして、このエアフロメータ32の下流側には、吸入空気を冷却するインタークーラ33が設けられている。さらにこのインタークーラ33の下流側には、DCモータ等のアクチュエータによって電子的に開度調節される電子制御式のスロットル弁34と、このスロットル弁34の開度や動き(開度変動)を検出するためのスロットル開度センサ34aとが設けられている。また、さらに下流の吸気ポート17付近には、吸気圧力の検出信号を電気信号として出力する吸気圧センサ35と、吸気温度の検出信号を電気信号として出力する吸気温センサ36とが設けられている。
他方、エンジン10の排気系を構成する排気管24において、排気ポート18付近には、排気圧力の検出信号を電気信号として出力する排気圧センサ24aと、排気温度の検出信号を電気信号として出力する排気温センサ24bとが設けられている。また、さらにその下流側には、排気浄化を行うための排気後処理システムとして、排気中のPMを捕集するためのDPF(Diesel Particulate Filter)38と、排気中のNOxを浄化するためのNOx吸蔵還元型の触媒39(以下、NOx触媒39という)とが設けられている。本実施形態では、DPF38が排気管24の上流側に、NOx触媒39が排気管24の下流側にそれぞれ設けられている。
このうちDPF38は、排気中のPM(Particulate Matter、粒子状物質)を捕集する連続再生式のPM除去用フィルタであり、例えば出力トルクを主に生成するためのメインの燃料噴射後のポスト噴射等で捕集PMを繰り返し燃焼除去する(再生処理に相当)ことにより継続的に使用することができる。また、同DPF38は、図示しない白金系の酸化触媒を担持しており、PM成分の1つである可溶性有機成分(SOF)と共に、HCやCOを除去することができるようになっている。
他方、NOx触媒39は、例えばアルカリ土類系材料(吸蔵材)と白金とからなり、排気の雰囲気が空燃比リーン(理論空燃比よりも燃料比率の低い空燃比)の時には排気中のNOxを吸蔵し、空燃比がリッチ(理論空燃比よりも燃料比率の高い空燃比)になった時には排気中のHCやCOといった還元成分により吸蔵NOxを還元除去する特性を有している。そして、このNOx触媒39によりNOxの吸蔵・還元(放出)を繰り返すことで、排気中のNOxを浄化し、NOx排出量の削減を図ることが可能になる。
また、排気管24においてDPF38の上流側には、排気温度を検出するための排気温度センサ38a、及び排気中の成分のうち特に排気中酸素濃度を検出するためのA/Fセンサ38bが設けられている。また一方、NOx触媒39の上流側及び下流側にも、それぞれA/Fセンサ39a,39bが設けられている。ここで、これらA/Fセンサ38b,39a,39bは、いずれも時々の排気中酸素濃度に応じた酸素濃度検出信号を出力する酸素濃度センサであり、この酸素濃度検出信号に基づいて空燃比の算出が逐次行われる。そして、これらA/Fセンサ38b,39a,39bのセンサ出力としての酸素濃度検出信号は、酸素濃度に応じてリニアに変化するように調整される。なお、これら排気温度センサ38a及びA/Fセンサ38b,39a,39bは、上記DPF38やNOx触媒39の再生処理において特に重要な役割を果たし、主にその再生処理の開始・終了タイミング等の検出に用いられる。
また一方、シリンダ12内において燃焼室16には、同燃焼室16内での燃焼に供される燃料(軽油)を噴射供給する電磁駆動式(ピエゾ駆動式でも可)の燃料噴射弁としてのインジェクタ27が、さらに設けられている。なお、ここでは便宜上、1つのシリンダ(シリンダ12)に設けられたインジェクタ27のみを図示しているが、こうしたインジェクタは、エンジン10の各シリンダに対して設けられている。そして、それらエンジン10の各インジェクタが、高圧燃料配管41を介して蓄圧配管としてのコモンレール42に接続されている。このコモンレール42は、燃料ポンプ43から高圧燃料が逐次供給されることにより、噴射圧力に相当する高圧燃料をコモンレール42内に蓄えている。そして、同コモンレール42には、コモンレール42内の燃料圧(コモンレール圧)を検出するための燃料圧センサ44が設けられており、各インジェクタにより噴射供給される燃料の元圧を随時監視することができるようになっている。
エンジン10においては、これらインジェクタの開弁駆動により各シリンダに対して所要の量の燃料が随時噴射供給されている。すなわち、同エンジン10の運転時には、吸気弁21の開動作により吸入空気が吸気管23からシリンダ12の燃焼室16内へ導入され、これがインジェクタ27から噴射供給された燃料と混ざり、混合気の状態でシリンダ12内のピストン13により圧縮されて着火(自己着火)、燃焼し、排気弁22の開動作により燃焼後の排気が排気管24へ排出されることになる。なお、このエンジン10は、4ストロークエンジンである。すなわち、このエンジン10では、吸入・圧縮・燃焼・排気の4行程による1燃焼サイクルが「720°CA」周期で逐次実行される。
さらに、このシステムにおいて、吸気管23と排気管24との間にはターボチャージャ50が配設されている。このターボチャージャ50は、吸気管23の中途(エアフロメータ32とインタークーラ33との間)に設けられた吸気コンプレッサ51と、排気管24の中途(排気温度センサ38aの上流側)に設けられた排気タービン52とを有し、これらコンプレッサ51及びタービン52がシャフト53にて連結されている。すなわち、排気管24を流れる排気によって排気タービン52が回転し、その回転力がシャフト53を介して吸気コンプレッサ51へ伝達され、この吸気コンプレッサ51により、吸気管23内を流れる空気が圧縮されて過給が行われる。そしてこの過給により、各シリンダに対する吸入空気の充填効率が高められるとともに、その際、過給された空気が上記インタークーラ33にて冷却されることで、各シリンダに対する充填効率はさらに高められることになる。
またさらに、排気の一部をEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスとして吸気系に再循環(還流)させるEGR装置60も、同じく吸気管23と排気管24との間に配設されている。このEGR装置60は、大きくは、吸排気ポート付近で吸気管23と排気管24とを連通するように設けられたEGR配管61と、吸気管23のスロットル弁34下流側にあってEGR配管61の通路面積、ひいてはEGR率(排気全体に対してシリンダに戻されるEGRガスの占める割合)をバルブ開度により調節可能とする電磁弁等からなるEGR弁62とによって構成されている。より詳しくは、ここでEGR配管61(吸排気通路の連結路)は、排気側の所定部位にて2本(分岐通路61a,61b)に分岐して下流側(吸気側)で再び合流して上記EGR弁62を介して吸気通路に接続されている。このうち、分岐通路61aには、同通路61a内を通過するEGRガスを冷却水で冷却する水冷式のEGRクーラ63(冷却装置)が設けられている。そしてこれにより、2つの分岐通路61a,61bで、分岐部分(排気側)から合流部分(吸気側)までの気体流通による放熱量が互いに相違するようになっている。また、2つの分岐通路61a,61bの合流部分には、それら分岐通路61a,61bの一方の流通面積(閉鎖度合)を可変として他方を開放するバイパス弁61cが設けられている。そして、当該EGR装置60では、このバイパス弁61cの状態によって排気の還流経路が決定されるようになっている。すなわち、例えば排気温度が「500℃」であるとすると、還流経路として分岐通路61aが選択された場合には、EGRクーラ63により冷却され、EGRガスが「100℃」程度になる。他方、分岐通路61bが選択された場合には、EGRガスはEGRクーラ63により冷却されず、「300℃」程度になる。このEGR装置60では、こうした構成に基づき、EGR配管61を通じて排気の一部を吸気系に再循環することにより燃焼温度を下げてNOxの発生を低減することができるようになっている。さらに、上記バイパス弁61cによる還流経路の選択(切替)や流通面積の可変制御を通じて、吸気温度の調整(可変制御)も可能になっている。なお、EGR弁62が全閉された状態では、EGR配管61が遮断され、EGR量は「0」となる。
また、図示しない車両には、上記各センサのほかにもさらに、車両制御のための各種のセンサが設けられている。例えば、エンジン10の出力軸であるクランク軸の外周側には、そのクランク軸の位置(回転角度位置)と共にそのクランク軸の回転速度(エンジン回転速度)等を検出可能とすべく所定クランク角毎に(例えば30°CA周期で)クランク角信号を出力するクランク角センサ71が設けられている。また、運転者により踏込み操作されるアクセルペダルには、そのアクセルペダルの操作量(アクセル開度)を検出してそれを電気信号に変換して出力するアクセルセンサ72等が設けられている。
こうしたシステムの中で電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がECU80、すなわち本実施形態の燃料噴射制御装置である。このECU80は、周知のマイクロコンピュータ(図示略)を備えて構成され、上記各種センサの検出信号に基づいてエンジン10の運転状態やユーザ(運転者)の要求を把握し、それに応じて上記インジェクタ27等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジン10に係る各種の制御を行っている。また、このECU80に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うCPU(基本処理装置)、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのRAM(Random Access Memory)、プログラムメモリとしてのROM(読み出し専用記憶装置)、データ保存用メモリとしてのEEPROM(電気的に書換可能な不揮発性メモリ)やバックアップRAM(車載バッテリ等のバックアップ電源により給電されているRAM)、さらにはA/D変換器やクロック発生回路等の信号処理装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、信号処理装置、及び通信装置等によって構成されている。そして、ROMには、当該燃料噴射制御に係るプログラムをはじめとするエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ(例えばEEPROM)には、エンジン10の設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。
本実施形態では、このECU80が、随時入力される各種のセンサ出力(検出信号)に基づいて燃料噴射量(エンジン制御量)を算出するとともに、その燃料噴射量に基づき、上記エンジン10での燃焼を通じて生成されるエンジントルク(出力トルク)を制御するようになっている。すなわち、このECU80は、例えばその時々のエンジン運転状態に応じた噴射時期にて、運転者のアクセルペダル操作量に応じた燃料噴射量を算出し、その燃料噴射量による燃料噴射を指示する噴射制御信号を上記インジェクタ27へ出力する。そしてこれにより、同インジェクタ27の駆動量(例えば開弁時間)に基づいて、上記エンジン10の出力トルクが目標値へ制御されることになる。なお、ディーゼルエンジンは自己着火による燃焼を行っており、エンジン10の吸気通路に設けられた吸気絞り弁(スロットル弁34)は、通常一定開度(例えば全開状態)に保持される。このため、同エンジン10における燃焼制御としては燃料噴射量のコントロールが主となっている。
ところで、本実施形態に係る上記システムにおいても、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、上述のようなパイロット噴射、すなわちメイン噴射よりも少量の噴射量による事前サブ噴射を実行するようにしている。こうすることで、燃焼騒音の抑制や、NOxの低減を図っている。そして、さらに本実施形態では、図2〜図4に示されるような関係、すなわちパイロット噴射の噴射量と排気の温度との関係に基づき、排気の温度に応じてパイロット噴射(1回の噴射)の噴射量を可変設定するようにしている。以下、これら図2〜図4を参照して、この関係についてさらに説明する。なお、これら各図はいずれも、発明者の実験等により導き出された結果である。
まず図2を参照して、パイロット噴射(事前サブ噴射)の噴射量とメイン噴射による燃焼の着火時期との関係について説明する。なお、この図2において、(a)〜(c)は、異なる3種類の噴射量によるパイロット噴射(増量噴射、基準噴射、減量噴射)を行った場合について、それぞれシリンダ12内での燃焼による熱発生率(単位時間あたりの熱発生量)の推移を示すタイミングチャートである。
同図2(a)〜(c)に示されるように、パイロット噴射の噴射量に応じて、その後のメイン噴射による燃焼の着火時期が変化する。詳しくは、図2(b)中に実線L11にて示されるように、基準となる噴射量(所望の燃焼状態が得られる噴射量)でパイロット噴射P1を行う基準噴射では、メイン噴射M1による燃焼がタイミングt12で始まる(着火する)。これに対し、図2(a)中に実線L12にて示されるように、基準(破線L11)よりも多い噴射量でパイロット噴射P2を行う増量噴射では、メイン噴射M2による燃焼が、基準噴射時よりも早いタイミングt11で始まる(着火する)。さらに他方、図2(c)中に実線L13にて示されるように、基準(破線L11)よりも少ない噴射量でパイロット噴射P3を行う減量噴射では、メイン噴射M3による燃焼が、基準噴射時よりも遅いタイミングt13で始まる(着火する)。このように、発明者の実験等により、パイロット噴射の噴射量が大きくなるほど、メイン噴射による燃焼の着火時期が早くなることが確認された。
次に、図3及び図4を参照して、パイロット噴射(事前サブ噴射)の噴射量と燃焼後にシリンダ12から排出された時の排気の温度との関係について説明する。なお、この図3は、上記3種類の噴射量によるパイロット噴射(増量噴射、基準噴射、減量噴射)を行った場合について、それぞれシリンダ12内の温度(筒内温度)の推移を示すタイミングチャートである。ここでは、図3におけるタイミングt21で上記3種類のパイロット噴射が行われるとともに、その後のタイミングt22(TDC:上死点)付近でさらにメイン噴射が行われた場合を例にとって説明する。
図3中、基準噴射の燃焼態様は実線L21、増量噴射の燃焼態様は一点鎖線L22、減量噴射の燃焼態様は二点鎖線L23でそれぞれ示されており、上述のように、パイロット噴射の噴射量に応じて、その後のメイン噴射による燃焼の着火時期が変化している。このため、排気弁(排気バルブ)22が閉じるタイミングt23における排気温度も、上記各線L21,L22,L23にて示されるように、そのパイロット噴射の噴射量の相違に応じて変化する。具体的には、例えば図4に、これらパイロット噴射の噴射量と排気弁閉時の排気温度との関係の一例(実験データ)をグラフとして示す。この図4にも示されるように、排気弁閉時(タイミングt23)の排気温度、すなわち燃焼後にシリンダ12外に排出される時の排気温度は、パイロット噴射の噴射量が大きくなるほど低くなる。
本実施形態では、上記図2〜図4(特に図4)に示されるようなパイロット噴射の噴射量と排気の温度との関係に基づき、排気の温度に応じてパイロット噴射(1回の噴射)の噴射量を可変設定するようにしている。以下、図5〜図9を参照して、こうした噴射制御について詳述する。
まず図5を参照して、本実施形態に係る燃料噴射制御の基本的な手順について説明する。なお、この図5の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばECU80に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。そして、これら各図の一連の処理は、基本的には、ECU80でROMに記憶されたプログラムが実行されることにより、エンジンの各シリンダについて、それぞれ所定クランク角ごとに又は所定時間周期で逐次実行される。
同図5に示すように、この一連の処理においては、まずステップS11で、例えばその時のエンジン回転速度(平均回転速度)やエンジン負荷等のエンジン運転状態、さらには運転者によるアクセルペダル操作量等といったエンジン条件を示す各種のパラメータを読み込む。そして、続くステップS12では、ステップS11で読み込んだエンジン条件に基づいて(必要に応じて要求エンジン運転状態を別途算出して)噴射パターンを設定する。
なお、この噴射パターンは、例えば上記ROMに記憶保持された所定の基本噴射マップ(数式でも可)に基づいて取得される。詳しくは、例えば予め想定される各エンジン運転状態について実験等により最適パターン(適合値)を求め、その基本噴射マップに書き込んでおく。こうして、その基本噴射マップは、エンジン運転状態と最適パターンとの関係を示すものとなっている。
また、その噴射パターンは、例えば噴射段数(噴射回数)、噴射タイミング、噴射時間、噴射インターバル(多段噴射の場合の噴射間隔)等のパラメータにより定められるものであり、上記ステップS12では、都度のエンジン運転状態(ステップS11で取得)に応じた要求エンジン運転状態を満足するように、上記マップにより最適パターン(適合値)が設定される。例えば単段噴射の場合には噴射量(噴射時間)が、また多段噴射の噴射パターンの場合には各噴射の総噴射量が、それぞれ要求トルク等に応じて可変とされる。そして、その噴射パターンに基づいて、上記インジェクタ27に対する指令値(指令信号)が設定されることになる。これにより、車両の状況等に応じて、前述のパイロット噴射をはじめ、アフター噴射及びポスト噴射等が適宜メイン噴射と共に実行されることになる。なお、本実施形態では、パイロット噴射が1回である噴射パターンを採用する。
続くステップS13では、別途学習処理等により更新されている噴射量補正マップ(例えばEEPROMに記憶)やその他の補正パラメータ(例えばRAM上に記憶される後述の積算補正値K0)を、上記EEPROMから読み出し、続くステップS14で、その読み出した補正係数に基づき、上記インジェクタ27に対する指令値(指令信号)を補正する。そして、続くステップS15では、その補正された指令値(指令信号)に基づいて、上記噴射段数、噴射タイミング、噴射時間、噴射インターバル等に係る指令値を決定し、それら各指令値に基づいてインジェクタ27の駆動を制御する。
次に、図6〜図9を参照して、上記図3のステップS14にて用いられる補正係数の学習(更新)態様について詳述する。なお、図6〜図8に示す一連の処理において用いられる各種パラメータの値も、例えばECU80に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。そして、これら各図の一連の処理は、基本的には、ECU80でROMに記憶されたプログラムが実行されることにより、エンジン10の各シリンダについて、それぞれ所定クランク角ごとに又は所定時間周期で逐次実行される。
図6は、パイロット噴射量の適正化に係る一連の処理の処理手順を示すフローチャートである。具体的には、この処理は、排気温度の基準値からのずれ度合である排気温ずれを監視しつつ、その排気温ずれが許容範囲内にない場合には、同排気温ずれが許容範囲内に収まるように対象シリンダに係るパイロット噴射の噴射量を可変設定するものである。
同図6に示されるように、この一連の処理に際しては、まずステップS21で、吸気温度制御の実行中であるか否かを示す吸気温度制御実行フラグF2が「0」であるか否かを判断する。そして、このステップS21で同フラグF2が「0」である旨判断された場合には、吸気温度制御の非実行中であるとして、ステップS22以降の処理へ進む。他方、このステップS21で同フラグF2が「0」ではない旨判断された場合には、吸気温度制御の実行中であるとして、そのまま処理を終了し、ステップS22以降の処理は実行されない。すなわち、図6に示すパイロット噴射量の適正化に係る一連の処理は、吸気温度制御が非実行中であることを条件として実行されるようになっている。
このステップS21で条件が満たされると、続くステップS22では、例えばその時のエンジン回転速度や燃料噴射量(エンジン負荷に相当)等のエンジン条件を示す各種のパラメータを取得する。そして、続くステップS23では、ステップS22で取得したエンジン条件に基づいて適正排気温度T10を設定する。
なお、このステップS23では、上記適正排気温度T10が、例えばROMに記憶保持された所定のマップ(数式でも可)に基づいて取得される。詳しくは、例えば予め想定される各エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度及び燃料噴射量により一意的に定まるエンジン運転状態)について実験等により適正排気温度T10を求め、そのマップに書き込んでおく。こうして、そのマップは、エンジン運転状態と適正排気温度T10との関係を示すものとなっている。本実施形態では、このマップに基づいて適正排気温度T10を求めた後、さらに別のパラメータに基づいてその適正排気温度T10を補正するようにしている。具体的には、例えばその時の吸気温度(吸気温センサ36にて検出)や、EGR率(エンジン運転状態に基づいて算出)、エンジン本体の温度(厳密には冷却水温センサ14aにより検出される冷却水温)等に応じて適宜補正する。そして、このステップS23では、その補正後の値を、最終的な適正排気温度T10として取得する。
続くステップS24では、排気温センサ24bにより排気温度T11を測定する。なお、この測定は、排気弁(排気バルブ)22の開弁タイミングに同期して行うようにする。
そして、続くステップS25では、例えばエンジン回転速度や燃料噴射量(エンジン負荷に相当)等のエンジン条件を示す各種のパラメータ、及び上記ステップS23で取得した適正排気温度T10に基づいて、排気温度の適正範囲(許容範囲)を示す許容排気温ずれ閾値Aを取得する。詳しくは、この閾値Aも、例えば予め実験等によりエンジン条件ごとに適合値(最適値)の書き込まれた所定のマップ(例えばROM等に記憶、数式でも可)を用いて取得するとともに、上記適正排気温度T10をはじめとする他のパラメータに応じてその取得した値を補正することで得る。
続くステップS26では、先のステップS24で取得(実測)した排気温度T11の適正排気温度T10(基準値)からのずれ度合(絶対値|T10−T11|)が、先のステップS25で取得した許容排気温ずれ閾値Aにより定められる許容範囲(≦A)内にあるか否かを判断する。
ここで、パイロット噴射量、ひいては排気温度が正常(適正)である場合には、上記ステップS26で、排気温ずれが許容範囲内にある(|T10−T11|≦A)旨判断され、続くステップS27,S28を経て、この図6の一連の処理が終了する。そして、排気温度が正常である間は、上記ステップS21〜S28の処理が所定の処理間隔で繰り返し実行されることになる。なお、ステップS27では、補正値算出実行フラグF1に「0」が設定される(F1=0)ことになる。
他方、排気温度が異常である場合には、上記ステップS26で、許容範囲内にない(|T10−T11|>A)旨判断され、ステップS29へ進む。このステップS29では、排気温度(排気温度T11)が基準値(適正排気温度T10)に対していずれの方向(正側又は負側)にずれているか、換言すればいずれの方向に補正するべきかを判断する。詳しくは、排気温度が高いほどパイロット噴射量がより増量側の目標値に制御されるように補正する。そして、このステップS29で、正(プラス)側に補正すべき旨判断されれば続くステップS291で補正値算出実行フラグF1に「1」を設定し、逆に負(マイナス)側に補正すべき旨判断されれば続くステップS292で同フラグF1に「2」を設定する。
図7は、このフラグF1に「1」(又は「2」)が設定されることによって開始されるパイロット噴射量の補正値算出に係る処理の処理手順を示すフローチャートである。なおここでは、説明の便宜上、実際には別々に実行される正側への補正処理と負側への補正処理との両方の処理を、同図7中に示している。これら2種類の処理は、多くの部分で共通しているため、共通部分については、代表して正側への補正処理についてのみ説明し、負側への補正処理についての説明は割愛する。また、両者の主な相違点については図中に括弧書きで記す。
すなわち、まずステップS31にて、フラグF1に「1」(負側への補正の場合は「2」)が設定されているか否かを判断し、このステップS31でフラグF1に「1」が設定されている旨判断された場合にのみ、ステップS32以降の処理を実行する。
ステップS32では、当該算出処理の中止を促す中止命令が出されていないか否かを判断する。そして、このステップS32で、中止命令が出されていない旨判断された場合には、次のステップS33へ進む。なお、上記中止命令は、例えば所定のフェイルセーフ条件(例えば動作指令とエンジン状態との不整合を示す条件など)を満足した場合に割り込み処理として行われるものである。
ステップS33では、所定の排気温ずれ判定閾値B(例えば固定値、ただし可変値でも可)を取得する。続くステップS34では、先の図6のステップS24で取得(実測)した排気温度T11の適正排気温度T10(基準値)からのずれ度合(絶対値|T10−T11|)が、先のステップS33で取得した排気温ずれ判定閾値Bにより定められる範囲(>B)内にあるか否かを判断する。そして、このステップS34で、閾値Bに基づく範囲内にある(|T10−T11|>B)旨判断された場合には、排気温度T11のずれ度合が大きいとして、通常補正値K1(符号は補正方向に対応)を取得する。他方、閾値Bに基づく範囲内にない(|T10−T11|≦B)旨判断された場合には、排気温度T11のずれ度合が小さいとして、微調整用補正値K2(符号は補正方向に対応)を取得する。なおここで、通常補正値K1は、例えば予め実験等によりエンジン回転速度ごと及び燃料噴射量ごとに適合値(最適値)の書き込まれた所定のマップ(例えばROM等に記憶、数式でも可)を用いて取得する。また、微調整用補正値K2には、パイロット噴射量の徐変度合として、例えば固定値(ただし可変値でも可)「0.1mm^3/st(1ストロークあたりの補正量)」が予め設定されている。
続くステップS35では、上記ステップS34にて取得した補正値(通常補正値K1又は微調整用補正値K2)に基づいて、先の図5のステップS14でパイロット噴射量の補正係数として用いられる積算補正値K0(例えばRAM上に記憶、初期値は「0」)を更新する。詳しくは、補正の方向に応じて正側又は負側へ上記ステップS34にて取得した補正値の分だけ加算する。これにより、先の図5の処理を通じて、上記積算補正値K0により補正された噴射量でパイロット噴射が行われるようになる。
ここでパイロット噴射量が補正されることにより排気温度(排気温度T11)が基準値(適正排気温度T10)に近づくようになる。そしてこれにより、先の図6のステップS26で排気温度が許容範囲内にある(|T10−T11|≦A)旨判断されるようになった場合には、続くステップS27で、補正値算出実行フラグF1に「0」が設定され(F1=0)、図6の処理が停止(終了)するとともに、その後のステップS28で、補正値算出が終了した旨(例えばフラグF1の前回値が「1」(又は「2」)である旨)判断されるようになる。すなわちこの場合、それ以降のステップS281,S282が実行されることになる。
ステップS281では、その時(排気温ずれが許容範囲内にある旨判断された時)の積算補正値K0を、先の図5のステップS14で用いられる噴射量補正マップに反映させる。そして、続くステップS282では、その積算補正値K0をクリア(K0=「0」)した後、図6の一連の処理を終了する。こうして、この図6の処理により、排気温ずれが監視され、その排気温ずれが許容範囲内にない場合には、同排気温ずれが許容範囲内に収まるようにパイロット噴射の噴射量が可変設定されるようになる。
なお、先の図6のステップS26で許容範囲内にある(|T10−T11|≦A)旨判断されるまでは、図7のステップS31〜S35の処理を通じて積算補正値K0が更新され続け、その都度の積算補正値K0に基づいてパイロット噴射量が補正されることになる。すなわち、排気温度(排気温度T11)を基準値(適正排気温度T10)から正側又は負側へ所定変化量(通常補正値K1又は微調整用補正値K2)ずつ累積的に変化させつつ先の図6のステップS26の処理による許容判断を逐次行う。そして、同ステップS26の処理により排気温ずれが許容範囲内にある旨判断された時の変化量の積算値を、上記パイロット噴射量の補正値として設定する(噴射量補正マップに反映させる)。
ただし、この積算補正値K0の更新の際には、図7のステップS36で、補正量(積算補正値K0)が所定の閾値(固定値又は可変値)を超えたか否かを逐次判断する。そして、このステップS36で補正量が所定の閾値を超えた場合には、続くステップS361で、上記積算補正値K0をクリア(K0=「0」)するとともに、上記補正値算出実行フラグF1に「0」を設定する。さらに続くステップS362で、吸気温度制御実行フラグF2に「1」を設定する。そして、フラグF1が「0」に、またフラグF2が「1」に設定されることで、それぞれ上述した図6のステップS21の処理(判断)や図7のステップS31の処理(判断)を通じて上記図6及び図7に示す一連の処理が停止することになる。また、こうして吸気温度制御実行フラグF2に「1」が設定されることによって、図8に示す吸気温度制御が実行されるようになる。図8は、この吸気温度制御の処理手順を示すフローチャートである。
同図8に示されるように、この制御に際しては、まずステップS41にて、吸気温度制御実行フラグF2に「1」が設定されているか否かを判断し、このステップS41でフラグF2に「1」が設定されている旨判断された場合にのみ、ステップS42以降の処理を実行する。
ステップS42では、当該吸気温度制御の中止を促す中止命令が出されていないか否かを判断する。そして、このステップS42で、中止命令が出されていない旨判断された場合には、次のステップS43へ進む。なお、上記中止命令は、例えば所定のフェイルセーフ条件(例えば動作指令とエンジン状態との不整合を示す条件など)を満足した場合に割り込み処理として行われるものである。
ステップS43では、例えばその時のエンジン回転速度や燃料噴射量(エンジン負荷に相当)等のエンジン条件を示す各種のパラメータを取得する。そして、続くステップS44では、ステップS43で取得したエンジン条件に基づいて、その条件に対応した適正吸気温度T20を取得する。
続くステップS45では、吸気温センサ36によりその時の吸気温度T21を測定する。そして、続くステップS46では、例えばエンジン回転速度や燃料噴射量(エンジン負荷に相当)等のエンジン条件を示す各種のパラメータ、及び上記ステップS44で取得した適正吸気温度T20に基づいて、吸気温度の適正範囲(許容範囲)を示す許容吸気温ずれ閾値Cを取得する。詳しくは、この閾値Cも、例えば予め実験等によりエンジン条件ごとに適合値(最適値)の書き込まれた所定のマップ(例えばROM等に記憶、数式でも可)を用いて取得するとともに、上記適正吸気温度T20をはじめとする他のパラメータに応じてその取得した値を補正することで得る。
続くステップS47では、先のステップS45で取得(実測)した吸気温度T21の適正吸気温度T20(基準値)からのずれ度合(絶対値|T20−T21|)が、先のステップS46で取得した許容吸気温ずれ閾値Cにより定められる許容範囲(≦C)内にあるか否かを判断する。
ここで、吸気温度が正常(適正)である場合には、上記ステップS47で、吸気温ずれが許容範囲内にある(|T20−T21|≦C)旨判断され、続くステップS471で、吸気温度制御が終了したか否か、すなわち吸気温度制御が実行されたか否かを判断する。そして、このステップS471で吸気温度制御が実行されていない旨判断された場合には、上述の排気温ずれ(ステップS26にて判断)が吸気パラメータ以外の要因であるとして、続くステップS472で、所定のフェイルセーフ処理(例えばダイアグコードをEEPROM等に記憶させる処理、所定の警告灯を点灯する処理等)を実行するとともに、さらに続くステップS473で、上記吸気温度制御実行フラグF2に「0」を設定する。これにより、上述の図6の処理や図7の処理と共に、図8の処理も終了することになる。
他方、上記ステップS47で、吸気温ずれが許容範囲内にない(|T20−T21|>C)旨判断された場合には、続くステップS48で、吸気温ずれが許容範囲内に収まるように吸気温度を可変制御する。具体的には、分岐部分から合流部分までの気体流通について、先の図1に示したバイパス弁61cにより、放熱量の異なる2本の分岐通路61a,61bの一方を開放して他方の流通面積(閉鎖度合)を可変制御することで、吸気温度を所望の範囲に制御する。すなわち、吸気温度を低下させる際には、還流経路として分岐通路61aを選択することで、EGRクーラ63により冷却された排気を吸気系に還流させる。また、吸気温度を上昇させる際には、分岐通路61bを選択することで、EGRクーラ63によって冷却されない高温の排気を吸気系に還流させる。さらに、バイパス弁61cの開度制御に基づき、閉鎖された側の通路の流通面積(閉鎖度合)を所定変化量(例えば固定値又は可変値)ずつ累積的に可変制御することで、吸気温度を的確に所望の範囲に可変制御することが可能になる。
この吸気温度制御は、上記ステップS47で吸気温ずれが許容範囲内にある旨判断されるか、次のステップS49で上記流通面積(閉鎖度合)の補正量(制御量)が所定の閾値(固定値又は可変値)を超えた旨判断されるか、あるいは上記ステップS42で中止命令が出された旨判断されるかするまで、上記ステップS48で流通面積(閉鎖度合)を所定変化量ずつ変化させながら継続的に行われる。そして、上記ステップS47で吸気温ずれが許容範囲内にある旨判断された場合には、フェイルセーフ処理(ステップS472)を実行せずに、続くステップS473で、上記吸気温度制御実行フラグF2に「0」を設定して、図8の処理を終了させる。そしてこれにより、吸気温度が適正範囲に制御された状態で、図6の処理が行われるようになる。
他方、上記ステップS49で上記流通面積の補正量が所定の閾値を超えた旨判断された場合には、吸気温度の制御では吸気パラメータを適正に制御することができないとして、続くステップS491で、所定のフェイルセーフ処理(例えばダイアグコードをEEPROM等に記憶させる処理、所定の警告灯を点灯する処理等)を実行する。そしてこの場合も、続くステップS473で、上記吸気温度制御実行フラグF2に「0」を設定して、図8の処理を終了させる。
このように、本実施形態に係るエンジンの燃料噴射制御装置(ECU80)によれば、排気温度に応じてパイロット噴射(1回の噴射)の噴射量を可変設定することで、適合マップや筒内圧力の検出によらず、より簡便に所望の燃焼状態に高い精度で制御することができるようになる。
なお、上記パイロット噴射量の適正化処理では、例えば図9に示されるような2次元マップ、すなわち予め実験等によりエンジン条件ごとに同処理で用いられる各種パラメータの書き込まれた所定のマップが用いられる。このマップでは、それら各種パラメータ、すなわち適正排気温度T10、許容排気温ずれ閾値A、排気温ずれ判定閾値B、通常補正値K1、微調整用補正値K2、及び積算補正値K0の各値が、エンジン回転速度ごと及び燃料噴射量ごとに書き込まれており、エンジン回転速度が「Y」、燃料噴射量が「X」であれば、図中に斜線でハッチングされた部分が一意的に選択されるようになっている。そして、このように制御に用いるマップ(制御マップ)の共通化を図ることで、制御に各種パラメータを用いる場合であれ、制御マップの管理が容易になる。ただし、各種パラメータ間でエンジン条件の区分けの幅が大きく異なる場合などには、別々にマップを用意した方が好ましい。ちなみに、吸気温度制御に係る制御マップについても同様のことがいえる。
以上説明したように、本実施形態に係るエンジンの燃料噴射制御装置及び燃焼装置によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。
(1)本実施形態に係るエンジン燃焼装置(エンジン制御用ECU80)は、シリンダ内で燃料を燃焼させることにより出力軸にトルクを生成してその出力軸を回転させるエンジン(内燃機関)を対象にして、燃料の燃焼後にシリンダから排出される排気の温度T11を取得するプログラム(排気パラメータ取得手段、図6のステップS24)と、その排気の温度T11を燃焼状態の制御に使用可能とするプログラム(仲介手段、図6のステップS26)と、を備えて構成される。こうした構成によれば、燃焼状態の制御(本実施形態では燃料噴射制御)を容易且つ的確に行うことが可能になる。
(2)しかも、排気温度は高い精度で燃焼状態を示すため、同パラメータを検出することで、燃焼状態の制御をより的確に行うことができるようになる。
(3)またこの装置は、図6のステップS24にて取得された排気の温度T11と所定の基準値(適正排気温度T10)との乖離量(=T10−T11)を算出するプログラム(乖離量算出手段、図6のステップS26)も備える。このため、その乖離量から燃焼状態のずれを把握することが可能になる。
(4)さらに、その乖離量が許容レベル(許容排気温ずれ閾値A)を超えている場合に、所定のフェイルセーフ処理を実行するプログラム(フェイルセーフ処理実行手段、図7及び図8)も備える。こうした構成によれば、対象エンジンが不具合発生の懸念される状況にあることを早期に検知してその対応を迅速に行うことが可能になる。
(5)特にこのフェイルセーフ処理として、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、該メイン噴射よりも少量の噴射量によるパイロット噴射(事前サブ噴射)の噴射量を可変とする処理を行うようにした。このような噴射制御は、上記排気温度の乖離量を小さくする上で特に有益である。
(6)図6のステップS24においては、シリンダ12から燃焼後の排気が排出されるタイミングで、その時の排気パラメータ(排気の温度T11)を取得するようにした。こうすることで、その取得した排気の温度T11に基づき、上述の燃焼状態の制御をより高い精度で行うことが可能になる。
(7)他方、対象エンジン(エンジン10)の燃料噴射制御に際して、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、該メイン噴射よりも少量の噴射量によるパイロット噴射(事前サブ噴射)を実行するエンジンの燃料噴射制御装置(エンジン制御用ECU80)としては、エンジン10での燃焼により生じる排気の温度に応じてパイロット噴射の噴射量を可変設定するプログラム(噴射態様可変手段、図6及び図7)を備える構成とした。こうした構成にすることで、適合マップや筒内圧力の検出によらず、より簡便に所望の燃焼状態に高い精度で制御することができるようになる。そしてこれにより、燃焼による黒煙排出、燃焼騒音、及び失火の抑制と共に、燃料消費率やエミッションの向上等が図られるようになる。
(8)排気の温度の基準値(許容排気温ずれ閾値A)からのずれ度合である排気温ずれを監視してその時の排気温ずれが所定の許容範囲内にあるか否かを判断するプログラム(排気判断手段、図6のステップS26)を備える構成とした。そして、このステップS26で排気温ずれが許容範囲内にない旨判断された場合には、同排気温ずれが許容範囲内に収まるようにパイロット噴射量を補正するようにした。このような構成であれば、排気温ずれの監視を通じて、より容易且つ確実に適正な燃焼状態を維持することが可能になる。
(9)パイロット噴射量を基準値から正側又は負側へ所定変化量ずつ累積的に変化させつつ(図7のステップS35)上記許容判断(図6のステップS26)を逐次行うとともに、同ステップS26で排気温ずれが許容範囲内にない旨判断された時の変化量の積算値をパイロット噴射量の補正値とするようにした。このような構成であれば、パイロット噴射量の補正値を容易且つ的確に得ることができる。
(10)異なる大きさの複数の値(通常補正値K1及び微調整用補正値K2)を保持するとともに排気温ずれの度合(|T20−T21|)に応じてそれら値の中から上記パイロット噴射量の所定変化量(都度の補正値累積量)として使用する1つを選択するプログラム(変化量選択手段、図7のステップS34,S341,S342,S35)を備える構成とした。このような構成であれば、所定変化量の選択を通じてより緻密な制御が可能になり、ひいてはより多くの用途に対応可能な装置を容易且つ的確に実現することができるようになる。
(11)上記累積される変化量の積算値(積算補正値K0)が許容上限を超えたか否かを判断するプログラム(累積判断手段、図7のステップS36)と、同ステップS36で積算補正値K0が許容上限を超えた旨判断された場合に、吸気温ずれが所定の許容範囲内にあるか否かを判断するプログラム(吸気判断手段、図8のステップS47)と、同ステップS47で吸気温ずれが許容範囲内にない旨判断された場合において、同吸気温ずれが許容範囲内に収まるように吸気温度を可変制御するプログラム(吸気パラメータ可変手段、図8のステップS48)と、を備える構成とした。これにより、上述の制御を円滑に行うことが可能になる。
(12)図8のステップS48の吸気温度制御に際しては、分岐部分から合流部分までの気体流通について、バイパス弁61cにより、放熱量の異なる2本の分岐通路61a,61bの一方を開放して他方の流通面積(閉鎖度合)を可変制御することで、吸気温度を所望の範囲に制御するようにした。こうした構成であれば、上記分岐部分から合流部分までの気体流通による放熱量が可変となるとともに、吸気温度を容易且つ的確に所望の範囲に制御することができるようになる。
(13)しかもこうした構成は、自動車分野で周知のEGR装置(特にEGR通路)を利用したものであり、車載エンジンに適用する場合に特に実用的な構成となっている。
(14)パイロット噴射が1回の噴射からなる噴射パターンを採用し、パイロット噴射量を可変設定するようにした。しかも、排気温度が高いほどパイロット噴射量をより増量側の目標値に制御するように補正した。こうすることで、所望の燃焼状態がより容易且つ的確に実現されるようになる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態では、図7に例示したように、正側への補正処理と負側への補正処理との補正方向の相反する2種の処理について、それら処理の補正内容を基本的には同様のものとした。しかしこれに限られず、補正方向によって補正内容(例えば補正量)を変えるようにしてもよい。
・上記実施形態では、積算補正値K0が許容上限を超えた旨判断された場合に限定して、吸気温ずれが所定の許容範囲内にあるか否かの判断を行うようにした。しかしこうした構成に限られず、例えば図7の処理について、パイロット噴射量の補正処理(噴射態様可変設定、主に図7のステップS35)の実行に先立ち、例えば図7のステップS32の前のステップとして、吸気温ずれが所定の許容範囲内にあるか否かを判断するプログラム(事前吸気判断手段)を追加し、このプログラムにより吸気温ずれが許容範囲内にある旨判断された場合には、上記パイロット噴射量の補正処理(ステップS35)を実行するとともに、吸気温ずれが許容範囲内にない旨判断された場合には、同補正処理(ステップS35)を実行しないように構成することも有効である。また、例えば図6の処理について、図6のステップS22の前のステップとして、所定周期(例えば1燃焼サイクル)で吸気温ずれが所定の許容範囲内にあるか否かを逐次判断する(吸気温ずれを監視する)プログラム(これも事前吸気判断手段に相当)を追加し、このプログラムにより吸気温ずれが許容範囲内にある旨判断されている場合には、上記パイロット噴射量の補正処理(ステップS35)を実行するとともに、吸気温ずれが許容範囲内にない旨判断された場合には、同補正処理(ステップS35)を実行しないように構成することも有効である。このような構成によれば、所望の燃焼状態をより確実に高い精度で実現することが可能になる。
・また、こうした構成においては、上記プログラム(事前吸気判断手段)により吸気温ずれが許容範囲内にない旨判断された場合に、同吸気温ずれが許容範囲内に収まるように吸気温度を可変制御するプログラム(吸気パラメータ事前可変手段)を備える構成とすることがより有効である。こうすることで、より長期にわたって所望の燃焼状態を高い精度で実現することが可能になる。
・吸気温度(吸気パラメータ)を可変制御する手段としては、任意のものを採用することができる。例えばEGR配管61(吸排気通路の連結路)ではなく、吸気通路や排気通路に分岐通路を形成したものを採用するようにしてもよい。例えばインタークーラ33(EGRクーラ63と同じく冷却装置に相当)に対してバイパス通路(迂回通路)を設けるようにしてもよい。また、2本の分岐通路にも限られず、3本以上の分岐通路を形成するようにしてもよい。さらに、冷却装置の有無以外(例えば配管の種類等)の条件により、それら分岐通路の放熱量を相違させるようにしてもよい。また、分岐通路の流通面積(閉鎖度合)を可変とする際には、閉鎖及び開放の切替えを2値的に行うようにしてもよい。あるいは、排気を吸気側コンプレッサ上流に還流させて低温な不活性ガスを導入する技術(低圧EGR)を適用するようにしてもよい。またさらに、こうしたバイパス通路によらずとも、他の方式で吸気温度を可変制御することもできる。例えばサブラジエータや適宜のヒータ(例えばニクロム線)等を用いて、吸気温度を可変としてもよい。また、直接的に吸気の温度を調整せずに、EGRガスの温度やEGR率を可変とすることで、間接的に吸気の温度を調整するようにしてもよい。なおこの場合も、EGRガスの温度は、例えばサブラジエータや適宜のヒータ等を用いて可変とすることができる。
・上記実施形態では、対象エンジンの燃料噴射制御に際して、メイン噴射による燃焼の着火時期と排気弁開時期との間隔に係るパラメータである排気温度(排気の状態に相当)に応じて、パイロット噴射の噴射量を可変設定するようにした。しかしこれに限られず、例えばこうした排気温度に代えて、上記A/Fセンサ38bにより検出される排気中の酸素濃度(排気の成分情報に相当)に応じて、パイロット噴射の噴射量を可変設定する(酸素濃度が高いほどパイロット噴射量をより増量側の目標値に制御する)ようにしてもよい。発明者は、パイロット噴射量に応じて燃焼(1燃焼サイクルあたりの燃焼)による燃料消費量が変動することに着眼した。すなわち、こうした排気中の酸素濃度をはじめ、1燃焼サイクルあたりの燃焼による燃料消費量を示すパラメータ(例えばHCやNOx等の他の排気成分も含む)に応じてパイロット噴射の噴射量を可変設定する(燃料消費量が少ないほどパイロット噴射量をより増量側の目標値に制御する)ように構成することで、所望の燃焼状態をより容易且つ的確に実現することが可能になる。また、酸素濃度センサの実測値に限らず、酸素濃度は、新気量、EGR率、空気過剰率等から推定するようにしてもよい。
・また、パイロット噴射量と排気圧力(排気の状態に相当)との関係は、図4に示したパイロット噴射量と排気温度との関係とは同様の傾向を示す。このため、排気の圧力に応じて、パイロット噴射の噴射量を可変設定する(排気の圧力が高いほどパイロット噴射量をより増量側の目標値に制御する)ようにしても、所望の燃焼状態を容易且つ的確に実現することができる。
・また、吸気温度に代えて(又は吸気温度と共に)、吸気温度以外の吸気パラメータを用いるようにしてもよい。例えば吸気圧力の適正を判断するようにしてもよい。あるいは、吸気系にもA/Fセンサ等を設けて、吸気中の酸素濃度の適正を判断するようにしてもよい。
・上記パイロット噴射の噴射量に代えて、例えばパイロット噴射の噴射時期を可変設定する構成も有効である。この場合は、パイロット噴射の噴射時期が基準からずれるほど着火時期が遅くなることを利用(例えばマップ化)した構成が有効である。ただし、パイロット噴射の噴射時期に応じて燃焼形態が複雑に変化する場合には、実験等を通じてより適切なマップを作成するようにしてもよい。
・パイロット噴射に限らず、メイン噴射よりも少量の噴射量でメイン噴射の事前に行われる事前サブ噴射であれば、パイロット噴射に代えて(又はパイロット噴射と共に)任意の噴射(例えばパイロット噴射と区別されてプレ噴射と称呼される噴射等も含む)についても、本発明の適用は可能である。
・また、パイロット噴射が1回の噴射からなる噴射パターンに限らず、複数回の事前サブ噴射を含む噴射パターンについても、本発明の適用は可能である。この場合は、排気パラメータの内容に応じて、事前サブ噴射に含まれる各噴射の噴射量や噴射時期、あるいは噴射間のインターバル等の噴射態様を可変設定することが有効である。
・排気パラメータ(例えば排気温度)だけでなく、吸気パラメータ(例えば吸気温度)にも応じてパイロット噴射量を可変設定するプログラムを備える構成としてもよい。こうすることで、所望の燃焼状態をより確実に高い精度で実現することが可能になる。
・制御の精度をさらに高める等の目的で、排気パラメータに応じた事前サブ噴射に係る噴射制御を、前述した適合マップや筒内圧力の検出による噴射制御と組み合わせて行うことも可能である。
・上記実施形態では、より高い精度で燃焼状態を示す排気パラメータを得るため、その排気パラメータの測定を排気弁(排気バルブ)22の開弁タイミングに同期して行うようにした(図6のステップS24)。しかしこの構成は必須ではなく、例えば1燃焼サイクルあたりに複数個の排気パラメータを逐次取得するようにして、1燃焼サイクルごとの平均値を上記燃料噴射制御に用いるようにしてもよい。
・他方、エンジン燃焼装置としては、図6のステップS24にて取得された排気パラメータ(例えば排気温度や、排気圧力、排気成分情報等)に基づいて、トルク生成に係る燃焼状態を示す燃焼パラメータ(例えば燃焼安定性等のレベルを示すもの等)を取得するプログラム(燃焼パラメータ取得手段)を備える構成としてもよい。こうした構成によれば、エンジン10における燃焼状態、ひいては同エンジン10の燃焼特性を、容易に把握することができるようになる。特にこの場合、例えば表示装置を通じてユーザ(例えば車両の運転者)がこの燃焼パラメータを視認可能であるように構成することが有効である。
・さらに、図5〜図8に示したプログラムのうち、図6のステップS24に相当するプログラムだけ、すなわちシリンダ12から燃焼後の排気が排出されるタイミングで、その時の排気パラメータを取得するプログラムだけを備える構成としてもよい。例えばこうした装置により排気パラメータを取得して、ユーザ自身が燃焼パラメータに変換するようにしてもよい。こうすることで、対象エンジンの燃焼特性を把握することは可能である。したがって、こうした構成であっても、エンジンの異常を早期に検知して修理等の処置を適切に行うことなどが可能になる。
・制御対象とするエンジンの種類(火花点火式のガソリンエンジン等も含む)やシステム構成も、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば吸排気温センサ、吸排気圧センサ、吸気及び排気を対象とした酸素濃度センサ等の配設位置を、シリンダの吸排気口周辺、詳しくはセンシング対象に大きな変化が生じない範囲で適宜に変更するようにしてもよい。また、別途そのセンシング対象の変化を推定するプログラムを設けるようにすれば、センシング対象に大きな変化が生じる場所に対してセンサを配設することも可能である。また、これらのセンサを、シリンダごと吸気管又は排気管の分岐路に設けることは必須ではなく、これらのセンサを、吸気管又は排気管の各シリンダに向かって分岐する前(例えば集合部)に1つだけ設けるようにしてもよい。また、こうしたセンサを一部のシリンダ(例えば1つのシリンダ)だけに設け、他のシリンダについてはそのセンサ出力に基づく推定値を用いるようにしてもよい。要は、燃焼状態を示す吸排気パラメータが得られればよい。
・上記実施形態及び変形例では、各種のソフトウェア(プログラム)を用いることを想定したが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。
本発明に係るエンジンの燃料噴射制御装置及び燃焼装置の一実施形態について、それら装置の適用されたエンジン制御システムの概略を示す構成図。 異なる3種類の噴射量によるパイロット噴射(増量噴射、基準噴射、減量噴射)を行った場合について、(a)〜(c)は、それぞれシリンダ内での燃焼による熱発生率(単位時間あたりの熱発生量)の推移を示すタイミングチャート。 異なる3種類の噴射量によるパイロット噴射(増量噴射、基準噴射、減量噴射)を行った場合について、それぞれシリンダ内の温度(筒内温度)の推移を示すタイミングチャート。 パイロット噴射量と排気弁閉時の排気温度との関係の一例(実験データ)を示すグラフ。 燃料噴射制御の基本的な手順を示すフローチャート。 パイロット噴射量の適正化に係る処理の処理手順を示すフローチャート。 パイロット噴射量の補正値算出処理の処理手順を示すフローチャート。 吸気温度制御の処理手順を示すフローチャート。 本実施形態の装置に用いられるマップの一例を示す図。
符号の説明
10…エンジン、12…シリンダ(気筒)、24a…排気圧センサ、24b…排気温センサ、27…インジェクタ、35…吸気圧センサ、36…吸気温センサ、38a…排気温度センサ、38b、39a、39b…A/Fセンサ、60…EGR装置、61…EGR配管、61a、61b…分岐通路、61c…バイパス弁、62…EGR弁、63…EGRクーラ、80…ECU(電子制御ユニット)。

Claims (21)

  1. 対象エンジンの燃料噴射制御に際して、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、該メイン噴射よりも少量の噴射量による一乃至複数回の事前サブ噴射を実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、
    前記エンジンでの燃焼により生じる排気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す排気パラメータの内容に応じて前記一乃至複数回の事前サブ噴射の噴射態様を可変設定する噴射態様可変手段を備えることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
  2. 前記排気パラメータの基準値からのずれ度合である排気パラメータずれを監視してその時の排気パラメータずれが所定の許容範囲内にあるか否かを判断する排気判断手段を備え、
    前記噴射態様可変手段は、前記排気判断手段により前記排気パラメータずれが許容範囲内にない旨判断された場合、同排気パラメータずれが許容範囲内に収まるように前記事前サブ噴射の噴射態様を補正するものである請求項1に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  3. 前記噴射態様可変手段は、前記事前サブ噴射の噴射態様に係る特定パラメータを基準値から正側又は負側へ所定変化量ずつ累積的に変化させつつ前記排気判断手段による許容判断を逐次行うとともに、同排気判断手段により前記排気パラメータずれが許容範囲内にある旨判断された時の変化量の積算値をその事前サブ噴射の噴射態様に係るパラメータの補正値とするものである請求項2に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  4. 異なる大きさの複数の値を保持するとともに前記排気パラメータずれの度合に応じてそれら値の中から前記所定変化量として使用する1つを選択する変化量選択手段を備える請求項3に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  5. 前記噴射態様可変手段により累積される変化量の積算値が許容上限を超えたか否かを判断する累積判断手段と、
    前記累積判断手段により変化量の積算値が許容上限を超えた旨判断された場合に、前記エンジンでの燃焼に供される吸気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す吸気パラメータの基準値からのずれ度合である吸気パラメータずれが所定の許容範囲内にあるか否かを判断する吸気判断手段と、
    前記吸気判断手段により前記吸気パラメータずれが許容範囲内にない旨判断された場合、同吸気パラメータずれが許容範囲内に収まるように前記吸気パラメータを可変制御する吸気パラメータ可変手段と、
    を備える請求項3又は4に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  6. 前記エンジンの吸排気系は、吸気通路又は排気通路又は吸排気通路の連結路における所定部位にて複数本に分岐して下流側で再び合流して吸気通路に接続されるものであって且つ、前記複数本の分岐通路のうち、少なくともその2つは分岐部分から合流部分までの気体流通による放熱量が互いに相違するものである配管を含んで構成されており、
    前記吸気パラメータ可変手段は、前記分岐部分から合流部分までの気体流通について、前記放熱量の異なる複数の分岐通路の少なくとも1つの通路の流通面積を可変とするものである請求項5に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  7. 前記複数本の分岐通路は、排気の一部を吸気系へ還流させるEGR通路に形成されており、少なくともその2つは、冷却装置の有無により放熱量が相違している請求項6に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  8. 前記事前サブ噴射は、1回の噴射からなり、前記噴射態様可変手段は、該事前サブ噴射の噴射量及び噴射時期の少なくとも一方を前記排気パラメータの内容に応じて可変設定するものである請求項1〜7のいずれか一項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  9. 前記排気パラメータは、前記エンジンでのメイン噴射による燃焼の着火時期と排気弁開時期との間隔に係るパラメータである請求項8に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  10. 前記噴射態様可変手段は、前記燃焼後に排出される排気の温度を前記排気パラメータとして、この排気の温度が高いほど前記事前サブ噴射の噴射量をより増量側の目標値に制御するものである請求項9に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  11. 前記噴射態様可変手段は、前記燃焼後に排出される排気の圧力を前記排気パラメータとして、この排気の圧力が高いほど前記事前サブ噴射の噴射量をより増量側の目標値に制御するものである請求項9又は10に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  12. 前記噴射態様可変手段による噴射態様可変設定の実行に先立ち、前記エンジンでの燃焼に供される吸気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す吸気パラメータの基準値からのずれ度合である吸気パラメータずれが所定の許容範囲内にあるか否かを判断する事前吸気判断手段を備え、
    前記噴射態様可変手段は、前記事前吸気判断手段により前記吸気パラメータずれが許容範囲内にある旨判断されている場合に、前記事前サブ噴射の噴射態様の可変設定を実行するものである請求項1〜11のいずれか一項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  13. 前記事前吸気判断手段により前記吸気パラメータずれが許容範囲内にない旨判断された場合、同吸気パラメータずれが許容範囲内に収まるように前記吸気パラメータを可変制御する吸気パラメータ事前可変手段を備える請求項12に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
  14. シリンダ内で燃料を燃焼させることにより出力軸にトルクを生成してその出力軸を回転させるエンジンを対象にして、前記燃料の燃焼後にシリンダから排出される排気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す排気パラメータを取得する排気パラメータ取得手段と、
    前記排気パラメータ取得手段により取得された排気パラメータを前記トルク生成に係る燃焼状態の制御に使用可能とする仲介手段と、
    を備えることを特徴とするエンジン燃焼装置。
  15. シリンダ内で燃料を燃焼させることにより出力軸にトルクを生成してその出力軸を回転させるエンジンを対象にして、前記燃料の燃焼後にシリンダから排出される排気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す排気パラメータを取得する排気パラメータ取得手段と、
    前記排気パラメータ取得手段により取得された排気パラメータに基づいて、前記トルク生成に係る燃焼状態を示す燃焼パラメータを取得する燃焼パラメータ取得手段と、
    を備えることを特徴とするエンジン燃焼装置。
  16. シリンダ内で燃料を燃焼させることにより出力軸にトルクを生成してその出力軸を回転させるエンジンを対象にして、前記燃料の燃焼後にシリンダから排出される排気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す排気パラメータを取得する排気パラメータ取得手段と、
    前記排気パラメータ取得手段により取得された排気パラメータと所定の基準値との乖離量を算出する乖離量算出手段と、
    を備えることを特徴とするエンジン燃焼装置。
  17. 前記乖離量算出手段により算出された乖離量が許容レベルを超えている場合に、所定のフェイルセーフ処理を実行するフェイルセーフ処理実行手段を備える請求項16に記載のエンジン燃焼装置。
  18. 前記所定のフェイルセーフ処理は、1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立って行われる、該メイン噴射よりも少量の噴射量による一乃至複数回の事前サブ噴射の噴射態様を可変とする処理である請求項17に記載のエンジン燃焼装置。
  19. 前記排気パラメータ取得手段は、前記シリンダから燃焼後の排気が排出されるタイミングで、その時の排気パラメータを取得するものである請求項14〜18のいずれか一項に記載のエンジン燃焼装置。
  20. シリンダ内で燃料を燃焼させることにより出力軸にトルクを生成してその出力軸を回転させるエンジンを対象にして、前記シリンダから燃焼後の排気が排出されるタイミングで、その時の排気の状態及び成分情報の少なくとも一方を示す排気パラメータを取得する排気パラメータ取得手段を備えることを特徴とするエンジン燃焼装置。
  21. 前記排気パラメータは、排気温度及び排気圧力及び排気成分情報の少なくとも1つである請求項14〜20のいずれか一項に記載のエンジン燃焼装置。
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