JP2010007641A

JP2010007641A - エンジンの制御装置及び制御方法

Info

Publication number: JP2010007641A
Application number: JP2008171133A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sugano; 宏菅野; Eiji Nakai; 英二中井; Koji Habu; 幸次土生; Takeshi Onishi; 毅大西; Soji Kawaura; 聡司川浦; Suguru Osumi; 卓大住; Junichi Niizato; 隼一新里
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: JP5206161B2

Abstract

【課題】スプリット噴射による噴射量のばらつきを低減すること。
【解決手段】燃料のメイン噴射の噴射時期と、前記メイン噴射後の複数回の各スプリット噴射の噴射時期と、を設定する噴射時期設定手段と、前記噴射時期設定手段が設定した前記メイン噴射及び前記各スプリット噴射の噴射時期に燃料を噴射させる噴射実行手段と、を備えたエンジンの制御装置において、前記噴射時期設定手段は、前記メイン噴射の噴射時期を前記エンジンのクランク角で設定する一方、２回目以降の前記スプリット噴射の噴射時期を、該スプリット噴射が、先行する前記スプリット噴射の噴射完了から所定時間経過後に行われるように時間で設定することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの制御技術に関し、特に燃料の噴射制御技術に関する。

ディーゼルエンジンでは、スモークの発生低減がその課題の１つである。スモークを低減する方法として、１回の燃焼に際して噴射する燃料を分割して噴射するスプリット噴射方式が提案されている（特許文献１）。スプリット噴射方式では、燃料のメイン噴射の後、短期間内に複数回のスプリット噴射を行う。これにより、メイン噴射時の噴射量を低減すると共にスプリット噴射による後燃え燃焼の促進により、燃料の燃え残りを減少させ、スモークの発生を低減することができる。

特開昭６２−７５０５１号公報

燃料の噴射時期は、ディーゼルエンジンの運転領域に応じて最適な燃焼効率等が得られるよう、クランク角を基準として設定される。しかし、クランク軸はトルク変動により、微小な回転変化を生じる場合がある。一方、スプリット噴射は短期間内に複数回行われるところ、燃料の噴射開始から噴射完了までには噴射量に応じた時間がかかる。

したがって、クランク角を基準としてスプリット噴射の噴射時期を設定すると、クランク軸の微小な回転変化の影響を受けて、各スプリット噴射の時間間隔にばらつきが生じ得るる。各スプリット噴射の時間間隔にばらつきが生じると、先行するスプリット噴射の噴射完了前に後続のスプリット噴射の噴射時期が到来する場合が生じ得る。これは、燃料の噴射量にばらつきを生じさせる要因となり、スモーク発生低減効果を減少させると共に、燃費にも悪影響を与える。

本発明の目的は、スプリット噴射による噴射量のばらつきを低減することにある。

本発明によれば、燃料のメイン噴射の噴射時期と、前記メイン噴射後の複数回の各スプリット噴射の噴射時期と、を設定する噴射時期設定手段と、前記噴射時期設定手段が設定した前記メイン噴射及び前記各スプリット噴射の噴射時期に燃料を噴射させる噴射実行手段と、を備えたエンジンの制御装置において、前記噴射時期設定手段は、前記メイン噴射の噴射時期を前記エンジンのクランク角で設定する一方、２回目以降の前記スプリット噴射の噴射時期を、該スプリット噴射が、先行する前記スプリット噴射の噴射完了から所定時間経過後に行われるように時間で設定することを特徴とするエンジンの制御装置が提供される。

本発明では、２回目以降の前記スプリット噴射の噴射時期をクランク角ではなく時間を基準として設定することで、クランク軸の回転変化の影響を排し、各スプリット噴射の噴射時間を確保する。これにより、スプリット噴射による噴射量のばらつきを低減することができる。

本発明においては、前記噴射時期設定手段は、１回目の前記スプリット噴射の噴射時期を前記エンジンのクランク角で設定することが望ましい。後燃え促進をより確実に図り、また、トルクへの悪影響を生じないようにすることができる。

また、本発明においては、前記エンジンの運転領域が所定の運転領域にある場合にのみ、前記スプリット噴射を行ってもよい。スプリット噴射方式では燃料の噴射回数が多くなる分、総噴射量の誤差が生じ易いため、スモークが発生し易い運転領域においてのみスプリット噴射を行うことで、他の運転領域における噴射量の誤差の発生を抑制できる。

また、本発明によれば、燃料のメイン噴射の噴射時期と、前記メイン噴射後の複数回の各スプリット噴射の噴射時期と、を設定する噴射時期設定工程と、前記噴射時期設定工程で設定した前記メイン噴射及び前記各スプリット噴射の噴射時期に燃料を噴射させる噴射実行工程と、を備えたエンジンの制御方法において、前記噴射時期設定工程では、前記メイン噴射の噴射時期を前記エンジンのクランク角で設定する一方、２回目以降の前記スプリット噴射の噴射時期を、該スプリット噴射が、先行する前記スプリット噴射の噴射完了から所定時間経過後に行われるように時間で設定することを特徴とするエンジンの制御方法が提供される。

以上述べた通り、本発明によれば、スプリット噴射による噴射量のばらつきを低減することができる。

＜装置の構成＞
図１は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置Ａのブロック図である。制御装置Ａは本実施形態の場合、４サイクルディーゼルエンジン１０の運転を制御する。本実施形態では、ディーゼルエンジンの制御に本発明を適用した例を例示するが、例えば、圧縮自己着火制御を利用したガソリンエンジン等にも本発明は適用可能である。

ディーゼルエンジン１０は、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２を備える。シリンダブロック１２内にはピストン１３が摺動するシリンダ（気筒）が形成され、ピストン１３の往復運動はクランク軸１４の回転運動に変換される。クランク軸１４の回転角はクランク角センサ４１により検出される。

シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２との間には燃焼室が形成されている。シリンダブロック１１内には冷却水が通過するウォータジャケットが設けられ、シリンダブロック１１にはウォータジャケットを通過する冷却水の水温を検出する水温センサ４２が設けられている。

シリンダヘッド１２は燃焼室３１に連通した吸気ポート１５、排気ポート１７を備え、吸気ポート１５は吸気弁１６により、排気ポート１７は排気弁１８により開閉される。シリンダヘッド１２には、また、燃焼室内に燃料を噴射する電子制御式の燃料噴射弁１９が配設されている。燃料噴射弁１９は圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室内に噴射し、これにより空気と燃料の混合気が自己着火する。

吸気ポート１５には吸気通路２０が連通している。吸気通路２０には、その上流側からエアフィルタ２１、インタークーラ２２、電子制御式のスロットル弁２３、吸気温度センサ２４及び吸気圧（過給圧）センサ２５が設けられている。排気ポート１７には排気通路３０が連通している。排気通路３０には、その上流側から酸化触媒３２及びパティキュレートフィルタ３１が設けられている。

吸気通路２０と排気通路３０との間には、ターボ過給機４０が設けられており、排気圧を利用して吸気を過給する。また、吸気通路２０と排気通路３０とはＥＧＲ通路５０により連通している。ＥＧＲ通路５０にはＥＧＲクーラ５１と電子制御式のＥＧＲ弁５２とが設けられている。ＥＧＲ弁５２を開弁すると、排気の一部がＥＧＲ通路５０へ介して吸気通路２０に還流され、燃焼温度の低下により窒素酸化物の発生を低減することができる。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、Ｉ／Ｆ（インターフェース）１０４とを備える。ＣＰＵ１０１はＲＯＭ１０２に記憶された制御プログラムを実行してディーゼルエンジン１０を制御する。ＲＯＭ１０２にはＣＰＵ１０１が実行するプログラムの他、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて設定された燃料噴射時期、燃料噴射量等の情報を記憶する。ＲＡＭ１０３には一時的なデータが記憶される。なお、ＲＯＭ１０２及びＲＡＭ１０３としては他の記憶手段でもよい。

Ｉ／Ｆ１０４には、クランク角センサ４１、水温センサ４２、吸気温度センサ２４、吸気圧センサ２５、アクセルペダルに対する操作量を検出するアクセルペダルセンサ４３、ブレーキペダルに対するドライバの操作を検出するブレーキペダルセンサ４４の検出結果が入力され、ＣＰＵ１０１がこれらを読み込むことができる。また、ＣＰＵ１０１からの制御命令はＩ／Ｆ１０４を介して、燃料噴射弁１９、スロットル弁２３、ＥＧＲ弁５２に出力される。燃料噴射弁１９による燃料の噴射量は、例えば、燃料噴射弁１９へのパルス信号の幅により制御される。

＜スプリット噴射の噴射時期＞
図２は、本実施形態おけるスプリット噴射の噴射時期の説明図である。同図の例では、燃料のメイン噴射ののち、３回のスプリット噴射＃１乃至＃３を行う場合を想定しているが、スプリット噴射の数はこれに限られず、２回或いは４回以上でもよい。

メイン噴射の噴射時期はクランク軸１４のクランク角を基準として設定する。同図の例では、圧縮行程上死点の若干手前の角度θｍに噴射時期（噴射開始時期）を設定している。

本実施形態の場合、スプリット噴射＃１乃至＃３のうち、１回目のスプリット噴射＃１の噴射時期はクランク角を基準として設定しており、メイン噴射の噴射完了後に相当する角度θｓ１に噴射時期（噴射開始時期）を設定している。

一方、２回目以降のスプリット噴射＃２及び＃３の噴射時期は時間を基準として設定し、先行するスプリット噴射の噴射完了から所定時間（以下、インターバル時間という。）経過後に行われるように設定する。同図の例の場合、スプリット噴射＃２は、先行するスプリット噴射＃１の噴射完了からインターバル時間：ｔｓ２経過後に噴射時期（噴射開始時期）が設定されている。また、スプリット噴射＃３は、先行するスプリット噴射＃２の噴射完了からインターバル時間：ｔｓ３経過後に噴射時期（噴射開始時期）が設定されている。ここで、ｔｓ２≧０、ｔｓ３≧０であり、ｔｓ２とｔｓ３とは同じでも異なっていてもよい。

スプリット噴射＃２及び＃３の噴射時期の設定例について具体的に説明する。これらの噴射時期については、時間を基準とするため、計時開始点が必要となる。本実施形態の場合、スプリット噴射＃１の噴射時期となるクランク角θｓ１を基準とし、タイマの計時開始点とする（Ｔ＝０）。

スプリット噴射＃１の噴射開始から噴射完了までの噴射時間をｔｉ１とすると、スプリット噴射＃２の噴射時期（噴射開始時期）Ｔ２は、
Ｔ２＝ｔｉ１＋ｔｓ２
である。噴射時間ｔｉ１が、スプリット噴射＃１の設定噴射量（ｔｖ１）に比例するとすると、ｔｉ１＝ｔｖ１×Ｃ（定数）である。

同様に、スプリット噴射＃３の噴射時期（噴射開始時期）Ｔ３は、スプリット噴射＃２の噴射時間をｔｉ２とすると、
Ｔ３＝ｔｉ１＋ｔｓ２＋ｔｉ２＋ｔｓ３
である。噴射時間ｔｉ２は、スプリット噴射＃２の設定噴射量をｔｖ２とすると、ｔｉ２＝ｔｖ２×Ｃ（定数）である。こうして、２回目以降のスプリット噴射の噴射時期を設定することができる。

本実施形態では、このように２回目以降のスプリット噴射の噴射時期をクランク角ではなく時間を基準として設定することで、クランク軸１４の回転変化の影響を排し、各スプリット噴射の噴射時間を確保する。これにより、スプリット噴射による噴射量のばらつきを低減することができる。

なお、本実施形態では、１回目のスプリット噴射＃１の噴射時期をクランク角を基準として設定したが、スプリット噴射＃２及び＃３と同様に時間を基準として設定することができる。この場合、タイマの計時開始点はメイン噴射の噴射時期となるクランク角θｍを基準とし、メイン噴射の噴射時間と、メイン噴射の噴射完了から１回目のスプリット噴射＃１の噴射開始までの時間と、により１回目のスプリット噴射＃１の噴射時期を演算・設定できる。

尤も、１回目のスプリット噴射の噴射時期は、図２に示すようにクランク角を基準とする方が望ましい。混合気の燃焼の進行とピストン１３との位置関係から、クランク角を基準とする方が後燃え促進をより確実に図り、また、トルクへの悪影響を生じないようにすることができると考えられる。

＜燃料噴射の制御例＞
図３（ａ）はＣＰＵ１０１が実行する処理の例を示すフローチャートであり、特に、燃料の噴射時期の設定及び噴射実行に関わる処理を示す。Ｓ１では各センサの検出結果を取得する。Ｓ２では、ディーゼルエンジン１０の運転領域が所定の運転領域（スプリット噴射領域）か否かを判定し、該当する場合はＳ３へ進み、該当しない場合はＳ４へ進む。

本実施形態の場合、ディーゼルエンジン１０の運転領域が所定の運転領域である場合にのみ、上述したスプリット噴射を行い、それ以外は通常の噴射（スプリット噴射なし）を行う。燃料の噴射量は誤差を伴う。スプリット噴射を行うと、各回の噴射の誤差の蓄積により、１回の燃焼に際して総噴射量の誤差が生じ易い。そこで、スモークが発生し易い運転領域においてのみスプリット噴射を行うことで、他の運転領域における噴射量の誤差の発生を抑制できる。

スプリット噴射領域は、例えば、中負荷領域に設定される。図３（ｂ）はスプリット噴射領域の設定例を示す図であり、要求トルク及びエンジン回転数が中間の領域にスプリット噴射領域が設定されている。なお、エンジン回転数は、例えば、クランク角センサ４１の検出結果に基づいて演算する。また、要求トルクは、例えば、エンジン回転数と、アクセルペダルセンサ４３が検出したアクセルペダルに対する操作量と、に基づいて演算する。

Ｓ３ではスプリット噴射制御を行う。詳細は後述する。Ｓ４では通常噴射制御（スプリット噴射なし）を行う。以上により一単位の処理が終了する。

図４はＳ３のスプリット噴射制御の例を示すフローチャートである。同図において、Ｓ１１乃至Ｓ１３は噴射時期等の設定処理であり、Ｓ１４乃至Ｓ２４は燃料噴射の実行処理である。

Ｓ１１では、Ｓ１で取得した各センサの検出結果に基づいて、メイン噴射及び１回目のスプリット噴射の燃料噴射量及び噴射時期を設定する。これらは、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて予め設定され、ＲＯＭ１０２に記憶した情報を読み出すことで設定できる。メイン噴射及び１回目のスプリット噴射の噴射時期は図２に示したようにクランク角を基準として設定する。

Ｓ１２では、Ｓ１１で設定した１回目のスプリット噴射の燃料噴射量から、その噴射時間を演算する。演算方法は上記の通りである。Ｓ１３では、Ｓ１で取得した各センサの検出結果に基づいて、２回目以降の各スプリット噴射の燃料噴射量及び噴射時期を設定する。燃料噴射量は、ＲＯＭ１０２に記憶した情報を読み出すことで設定でき、２回目以降の各スプリット噴射で同じでも異なっていてもよい。

噴射時期は図２に示したように時間を基準として設定する。その際、インターバル時間はＲＯＭ１０２に記憶した情報を読み出すことで設定でき、読み出したインターバル時間と、Ｓ１２の演算結果から２回目のスプリット噴射の噴射時期を設定する。３回目以降のスプリット噴射の噴射時期も同様に設定するが、先行するスプリット噴射の噴射時間は、そのスプリット噴射の燃料噴射量から演算する。以上の処理により、メイン噴射及びスプリット噴射の燃料噴射量、噴射時期が設定され、以下、設定した内容に従って燃料噴射を実行する処理を行う。

Ｓ１４では、クランク角センサ４１の検出結果を取得する。Ｓ１５では、Ｓ１４で取得した検出結果に基づき、Ｓ１１で設定したメイン噴射の噴射時期が到来したか否かを判定する。該当する場合はＳ１６へ進み、該当しない場合はＳ１４へ戻る。Ｓ１６ではメイン噴射を実行する。すなわち、燃料噴射弁１９へＳ１１で設定した燃料噴射量に応じた制御信号を出力し、燃料を噴射させる。

Ｓ１７では、クランク角センサ４１の検出結果を取得する。Ｓ１８では、Ｓ１６で取得した検出結果に基づき、Ｓ１１で設定した１回目のスプリット噴射の噴射時期が到来したか否かを判定する。該当する場合はＳ１９へ進み、該当しない場合はＳ１７へ戻る。Ｓ１９では１回目のスプリット噴射を実行する。すなわち、燃料噴射弁１９へＳ１１で設定した燃料噴射量に応じた制御信号を出力し、燃料を噴射させる。また、Ｓ１９では、２回目以降のスプリット噴射の噴射時期の到来を判定するために、タイマの計時を開始する。

Ｓ２０では、パラメータ：ｋを２に設定する。パラメータｋは現在何回目のスプリット噴射かを示すパラメータであり、１回目のスプリット噴射は開始されているので、初期値は２とする。

Ｓ２１では、Ｓ１９で計時を開始したタイマの時間Ｔが、Ｓ１３で設定したｋ回目のスプリット噴射の噴射時期Ｔｋに達したか否かを判定する。該当する場合はＳ２２へ進み、該当しない場合はＳ２１へ戻る。Ｓ２２ではｋ回目のスプリット噴射を実行する。すなわち、燃料噴射弁１９へＳ１３で設定したｋ回目のスプリット噴射の燃料噴射量に応じた制御信号を出力し、燃料を噴射させる。

Ｓ２３では、パラメータ：ｋがパラメータｎか否かを判定する。該当する場合は一単位の処理を終了し、該当しない場合はＳ２４へ進む。パラメータｎはスプリット噴射の総回数を示し、図２の例のように３回スプリット噴射を行う場合は３である。スプリット噴射の総回数は固定回数であってもよいし、各燃料噴射毎に設定するようにしてもよい。Ｓ２４では、パラメータ：ｋの値を１つ加算し、Ｓ２１へ戻り、同様の処理を繰り返すことになる。以上の処理により、メイン噴射及び１回目のスプリット噴射はクランク角基準で、２回目以降のスプリット噴射は時間基準で、実行することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置Ａのブロック図である。本実施形態おけるスプリット噴射の噴射時期の説明図である。（ａ）はＣＰＵ１０１が実行する処理の例を示すフローチャート、（ｂ）はスプリット噴射領域の設定例を示す図である。Ｓ３のスプリット噴射制御の例を示すフローチャートである。

符号の説明

Ａ制御装置
１０ディーゼルエンジン
１９燃料噴射弁
１００ＥＣＵ

Claims

燃料のメイン噴射の噴射時期と、前記メイン噴射後の複数回の各スプリット噴射の噴射時期と、を設定する噴射時期設定手段と、
前記噴射時期設定手段が設定した前記メイン噴射及び前記各スプリット噴射の噴射時期に燃料を噴射させる噴射実行手段と、
を備えたエンジンの制御装置において、
前記噴射時期設定手段は、
前記メイン噴射の噴射時期を前記エンジンのクランク角で設定する一方、２回目以降の前記スプリット噴射の噴射時期を、該スプリット噴射が、先行する前記スプリット噴射の噴射完了から所定時間経過後に行われるように時間で設定することを特徴とするエンジンの制御装置。
前記噴射時期設定手段は、１回目の前記スプリット噴射の噴射時期を前記エンジンのクランク角で設定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記エンジンの運転領域が所定の運転領域にある場合にのみ、前記スプリット噴射を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
燃料のメイン噴射の噴射時期と、前記メイン噴射後の複数回の各スプリット噴射の噴射時期と、を設定する噴射時期設定工程と、
前記噴射時期設定工程で設定した前記メイン噴射及び前記各スプリット噴射の噴射時期に燃料を噴射させる噴射実行工程と、
を備えたエンジンの制御方法において、
前記噴射時期設定工程では、
前記メイン噴射の噴射時期を前記エンジンのクランク角で設定する一方、２回目以降の前記スプリット噴射の噴射時期を、該スプリット噴射が、先行する前記スプリット噴射の噴射完了から所定時間経過後に行われるように時間で設定することを特徴とするエンジンの制御方法。