JP2009036129A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気に悪影響を及ぼすことなく、経時変化等によるパイロット噴射量の変化を精度良く検出する。
【解決手段】パイロット噴射量の目標噴射量からのずれ量の検出要求が発生すると（Ｓ１）、アクセル開度減少時に（Ｓ２）、ターボ過給機の可変ノズル開度（ＶＮ開度）を調整して吸気圧を強制的に低下させてパイロット噴射量の変化に対するメイン着火遅れの変化の度合いが大きいエンジン運転状態に切換えた後（Ｓ３）、メイン着火遅れを検出し（Ｓ４）、検出したメイン着火遅れから実際のパイロット噴射量を算出し（Ｓ５）、この実パイロット噴射量とＥＣＵで算出した目標噴射量との差を、経時変化によるパイロット噴射量のずれ量とする（Ｓ６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、パイロット噴射の後にメイン噴射を行う燃料噴射制御が可能な内燃機関の制御装置に関し、特に、パイロット噴射量の経時変化を検出する技術に関する。

従来、例えばＮＯｘの低減等を目的として、パイロット噴射の後に出力形成のためのメイン噴射を行う燃料噴射制御が知られている。この場合、パイロット噴射が的確に行われることが要求されるが、燃料噴射装置における燃料噴射弁等の各装置は、経時変化等によって出力特性が変化し、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量が変化する可能性がある。このため、従来、特許文献１に開示されているように、パイロット噴射量の経時変化を検出する技術が提案されている。

特許文献１では、パイロット噴射の消失でメイン噴射が着火し難いような運転状態に調整し、失火した気筒を検出すると、この気筒の失火が解消するまでパイロット噴射量を漸増させることにより、経時変化によるパイロット噴射量の目標噴射量からのずれ量を検出するようにしている。
特開２００６−８３７１９号公報

しかしながら、特許文献１では、パイロット噴射量の経時変化を検出する際に、燃焼室内の燃焼が失火することを条件としているため、排気に悪影響を及ぼす虞れがある。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、排気に悪影響を及ぼすことなく、経時変化等によるパイロット噴射量の変化を精度良く検出可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明の内燃機関の制御装置は、パイロット噴射の後にメイン噴射を行う燃料噴射制御が可能な内燃機関において、パイロット噴射量の目標噴射量からのずれ量を検出する際に、前記パイロット噴射量の変化に対する燃焼状態の変化の度合いが大きいエンジン運転状態に切換えてから、前記燃焼状態に基づいて前記ずれ量を検出する構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、失火させることなく燃焼状態に基づいてパイロット噴射量の目標噴射量からのずれ量を検出するので、排気への悪影響を抑制することができる。しかも、パイロット噴射量の変化に対する燃焼状態の変化の度合いが大きいエンジン運転状態に切換えてからパイロット噴射量の目標噴射量からのずれ量の検出を行うので、パイロット噴射量の変化に対する燃焼状態の感度を大きく、ずれ量の検出精度を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態を適用した車両用内燃機関としてのディーゼルエンジンのシステム構成図である。

図１において、エンジン１の吸気通路２の上流に、ターボ過給機３の吸気コンプレッサ３ａが配置されている。吸入空気は、前記吸気コンプレッサ３ａによって過給された後、インタークーラ４で冷却され、アクチュエータ（図示せず）により駆動される電子制御式吸気絞り弁５を通過した後、吸気マニホールド６を経て各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、燃料噴射ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒毎に設けた燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料とは、ここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気マニホールド１０を経て排気通路１１へ流出する。前記燃料噴射ポンプ７、コモンレール８及び燃料噴射弁９によって、コモンレール式燃料噴射装置が構成される。

排気マニホールド１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１２よりＥＧＲバルブ１３を介して吸気マニホールド６へ還流される。排気の残りは、ターボ過給機３の排気タービン３ｂを通り、これを駆動する。ターボ過給機３は、排気タービン３ｂのスクロール入口にアクチュエータ１４により駆動される可変ノズルを設けた可変容量ターボ過給機であり、エンジンコントロールユニット２０（以下、ＥＣＵ２０と称す）により、アクチュエータ１４を駆動制御し可変ノズルの開度を制御して所定の過給圧が得られるようになっている。

ＥＣＵ２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転速度とクランク角度を検出するクランク角センサ２１、アクセル開度検出用のアクセル開度センサ２２、エンジン冷却水温検出用の水温センサ２３、各気筒毎に配置される筒内圧検出用の筒内圧センサ２４及び吸気圧検出用の吸気圧センサ２５から、信号が入力される。

ＥＣＵ２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９によるメイン噴射及びこれに先立ってなされるパイロット噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲバルブ１３への開度指令信号、可変容量ターボ過給機３のアクチュエータ１４への可変ノズル開度指令信号等を出力する。

また、ＥＣＵ２０では、燃料噴射弁９の経時変化によるパイロット噴射での目標噴射量に対する実際の噴射量のずれ量を検出するため、例えば所定の間隔で後述のようなパイロット噴射量検出制御を行う。前記パイロット噴射量検出制御では、パイロット噴射量の変化に対する燃焼状態の変化の度合いが大きいエンジン運転状態に切換え制御してから、燃焼状態の変化に基づいてパイロット噴射量の前記ずれ量を検出するようにしている。

前記パイロット噴射量検出制御について、以下に詳細に説明する。

図２は、ＥＣＵ２０によって実行されるパイロット噴射量検出制御のフローチャートである。

Ｓ１では、パイロット噴射量判定フラグＦｐ＝１か否かを判定し、パイロット噴射量の検出要求が発生したか否かを判断する。前記判定フラグＦｐは、所定の間隔毎にＦｐ＝１にセットされるもので、例えば、車両の走行距離が所定距離に達する度に前記判定フラグＦｐを、Ｆｐ＝１にセットする。ここで、判定がＹＥＳであればパイロット噴射量検出要求ありと判断してＳ２に進む。

Ｓ２では、アクセル開度センサ２２からの信号に基づいてアクセル開度が所定値以上減少したか否かを判定する。所定値以上減少したときは判定がＹＥＳとなり、Ｓ３に進む。

Ｓ３では、例えばアクチュエータ１４を駆動制御してターボ過給機３の可変ノズル開度（ＶＮ開度）を制御し、吸気圧を低下させて圧縮上死点時の筒内圧力を下げることにより、
パイロット噴射量検出のためのエンジン運転状態へ切換える。これは、図３のタイムチャートにおいて、実線で示すようにアクセル開度（燃料噴射量、トルクに対応する）の低下に対して時間遅れでエンジン回転速度及び吸気圧が低下するので、アクセル開度の減少（トルクの減少）時に、図３の破線で示すように強制的に前記ＶＮ開度を調整して吸気圧を強制的に低下させる。図４に示すように、吸気圧が低い条件下では、吸気圧が高い条件下に比べてパイロット噴射量の変化に対して燃焼状態に関連する燃焼パラメータの１つである後述のメイン燃焼の着火遅れ（以下、メイン着火遅れとする）の変化が大きい。従って、吸気圧を強制的に低下させることにより、パイロット噴射量の変化に対する燃焼状態の変化の度合いが大きいエンジン運転状態への切換えを行うのである。これにより、パイロット噴射量の変化に対する燃焼状態の感度が大きくなり、燃焼状態に基づくパイロット噴射量の検出精度を高めることができる。

尚、吸気圧の強制低下制御は、ＶＮ開度の代わりに吸気絞り弁５の開度（ＥＴＣ開度）を調整してもよく、また、ＶＮ開度とＥＴＣ開度の両方を併用するようにしてもよい。また、圧縮上死点時の筒内圧力を下げる方法として、吸気圧の代わりに圧縮比を下げるようにしてもよく、吸気圧と圧縮比の両方を下げるようにしてもよい。

Ｓ４では、前記エンジン運転状態の切換え制御後における燃焼状態を、当該燃焼状態に関連する燃焼パラメータとして前述のメイン着火遅れの変化に基づいて検出する。具体的には、例えばメイン燃焼の開始時期（燃焼開始クランク角度ＣＡｉｇｎ）を、例えば筒内圧センサ２４とクランク角センサ２１からの信号に基づいて検出し、メイン着火遅れを検出する。前記筒内圧センサ２４の代わりに振動センサを用いてエンジン１の振動から検出するようにしてもよい。

尚、燃焼状態検出のための燃焼パラメータとして、メイン着火遅れの代わりに、熱発生率最大値（ｄｑ／ｄθ）ｍａｘ或いは熱発生率最大値のクランク角度ＣＡ（ｄｑ／ｄθ）ｍａｘを用いてもよく、メイン着火遅れも含めたこれら燃焼パラメータのうちの少なくとも１つを用いて燃焼状態を検出すればよい。前記熱発生率は、筒内圧センサ２４で検出される筒内圧とモータリング時の筒内圧（予め計測して得られる既知の値）とから公知の方法によって算出できる（例えば、特開平７−１８０６４５号公報参照）。

Ｓ５では、ＥＣＵ２０からの噴射指令により燃料噴射弁９から燃焼室に噴射された実際のパイロット噴射量Ｑｐｒｅａｌを算出する。具体的には、図５に示すような予め実験等により計測し記憶させたパイロット噴射量とメイン着火遅れとの関係を示すグラフにおいて、Ｓ４で検出した燃焼開始クランク角度ＣＡｉｇｎ（メイン着火遅れ）に対応するパイロット噴射量を、実際のパイロット噴射量Ｑｐｒｅａｌとする。

尚、燃焼パラメータとして、メイン着火遅れの代わりに、熱発生率最大値（ｄｑ／ｄθ）ｍａｘ或いは熱発生率最大値のクランク角度ＣＡ（ｄｑ／ｄθ）ｍａｘを用いた場合も同様で、予め実験等から得られる図６に示すようなパイロット噴射量と熱発生率最大値（ｄｑ／ｄθ）ｍａｘとの関係を示すグラフ、或いは、図７のようなパイロット噴射量と熱発生率最大値クランク角度ＣＡ（ｄｑ／ｄθ）ｍａｘとの関係を示すグラフから、実際のパイロット噴射量Ｑｐｒｅａｌを求めればよい。

Ｓ６では、Ｓ５で検出した実際のパイロット噴射量Ｑｐｒｅａｌと、エンジン運転状態に応じてＥＣＵ２０により算出した目標パイロット噴射量Ｑｐｏとの差を算出し、この算出結果を経時変化によるパイロット噴射量のずれ量として記憶する。

Ｓ７で、パイロット噴射量判定フラグＦｐをＦｐ＝０にセットし、パイロット噴射量検出制御を終了する。

その後、記憶したずれ量をパイロット噴射量の補正値として、実際のパイロット噴射量Ｑｐｒｅａｌが算出した目標パイロット噴射量Ｑｐｏに一致するよう、燃料噴射弁９に出力するパイロット噴射量指令値を前記補正値に基づいて補正して燃料噴射制御を行う。

かかる本実施形態の構成によれば、パイロット噴射の変化に対する燃焼状態の感度を大きくできるので、パイロット噴射量の目標噴射量に対するずれ量を精度よく検出できる。また、パイロット噴射量検出を、アクセル開度減少時に行うことで、噴射量検出制御移行によるトルク変動を抑制できトルクショックを低減できると共に、燃料噴射量が少ない条件であるため排気への影響を小さくでき、排気の悪化を抑制できる。

尚、上記実施形態では、エンジン運転状態の切換えを、吸気圧を下げることで行う構成を示したが、吸気温度を下げる等して筒内温度を強制的に下げてエンジン運転状態の切換えを行う構成としてもよい。

本発明の一実施形態を適用したディーゼルエンジンのシステム構成図 パイロット噴射量検出制御のフローチャート パイロット噴射量検出のためのエンジン運転状態切換え動作を説明するタイムチャート 吸気圧の違いによるパイロット噴射量とメイン着火遅れとの関係を示す図 パイロット噴射量とメイン着火遅れとの関係を示す図 パイロット噴射量と熱発生率最大値との関係を示す図 パイロット噴射量と熱発生率最大値クランク角度との関係を示す図

符号の説明

１ エンジン
３ ターボ過給機
５ 吸気絞り弁
９ 燃料噴射弁
１４ アクチュエータ
２０ ＥＣＵ
２１ クランク角センサ
２２ アクセル開度センサ
２４ 筒内圧センサ
２５ 吸気圧センサ

Claims (7)

1. パイロット噴射の後にメイン噴射を行う燃料噴射制御が可能な内燃機関において、
   パイロット噴射量の目標噴射量からのずれ量を検出する際に、前記パイロット噴射量の変化に対する燃焼状態の変化の度合いが大きいエンジン運転状態に切換えてから、前記燃焼状態に基づいて前記ずれ量を検出する構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記エンジン運転状態への切換えは、圧縮上死点時の筒内圧力及び筒内温度のうちの少なくとも一方を下げることにより行う構成とした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 圧縮比及び吸気圧のうち少なくとも１つを下げることにより、前記筒内圧力を下げる構成とした請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 吸気温度を下げることにより、前記筒内温度を下げる構成とした請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃焼状態に関連する燃焼パラメータとしてメイン噴射の着火遅れ、熱発生率最大値及び熱発生率最大値クランク角度のうちの少なくとも１つを選択し、選択した燃焼パラメータの値の変化に基づいて、前記パイロット噴射量の目標噴射量からのずれ量を検出する構成とした請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記パイロット噴射量の目標噴射量からのずれ量の検出は、トルクショック及び排気への影響が小さい運転条件の時に実行する請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記運転条件を、アクセル開度減少時とした請求項６に記載の内燃機関の制御装置。

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