JP2010019161A - 車両用エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高車速時に低燃費化の要求を満たす上で燃料噴射時期の最適化を図ることができるディーゼルエンジンの電子制御装置を提供する。
【解決手段】車室内騒音がマスキング音となって燃料の燃焼音がマスクされる高車速時（ＳＴ３）に、高車速時における変速段毎に異なる燃料噴射時期の補正値を記したマップから該当する変速段のマップをメモリから選択し、この該当する変速段のマップにおいて現在のエンジン回転数ＮＥおよびアクセル操作量ＡＣＣＰに合致する補正値を読み込んだ（ＳＴ４）後、高車速時における燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅに対し変速段に応じた補正値Ｔ＿ａｓｆｔを加味して燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅを進角側に補正する（ＳＴ５）。
【選択図】図４

Description

この発明は、燃料の噴射時期を制御するようにした車両用エンジンの燃料噴射制御装置に関する。

従来より、このような車両用エンジンの燃料噴射制御装置においては、エンジン回転数と吸入空気量やアクセルペダルの踏込量といったエンジン負荷とに基づいて燃料噴射時期が決定されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−１２１５３９号公報

ところで、近年より、環境規制が厳しくなるに伴い、車両用エンジンの低車速時（例えば、１００ｋｍ／ｈ未満の車速時）における低燃費化および低排出ガス化への要求は年々厳しくなっており、これに加えて車両用エンジンの低車速時における低燃焼騒音化といった要求もある。このように、車両用エンジンの低車速時においては、低燃費化、低排出ガス化および低燃焼騒音化の要求を満たす必要があるものの、車両用エンジンの高車速時（例えば、１００ｋｍ／ｈを超えるような車速時）においては、ロードノイズや風切音といった車両の走行に伴って生じる車室内騒音が大きくなるため、低燃焼騒音化の要求が妥協される傾向にあり、低燃費化がユーザにとっては第１の要求となるのが現状である。

その場合、上記従来のものでは、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて燃料噴射時期を決定しているが、低車速時の燃料噴射時期を決定する要素に燃焼騒音が含まれている。しかし、高車速時に低燃焼騒音化の要求が妥協される傾向にあることから、高車速時において燃焼騒音を気にすることなく低燃費化の要求を満たす上で、燃料噴射時期の最適化を図るには変更の余地があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高車速時における低燃費化の要求を満たす上で燃料噴射時期の最適化を図ることができる車両用エンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、燃料の噴射時期を制御するようにした車両用エンジンの燃料噴射制御装置を前提とする。そして、上記車両用エンジンの燃焼騒音が問題とならない高車速時、例えば互いに減速比の異なる複数の変速段のうちの減速比の大きい側の変速段での走行時、または車速が１００ｋｍ／ｈ以上での走行時に、上記車両用エンジンの燃料噴射時期を進角側に補正している。

この特定事項により、低燃焼騒音化の要求が妥協される高車速時に車両用エンジンの燃料噴射時期が進角側に補正されるので、高車速時における燃料の燃焼速度を増大させて燃焼効率が高められ、高車速時の低燃費化の要求が満たされることになる。これによって、高車速時に低燃費化の要求を満たした燃料噴射時期の最適化を図ることが可能となる。

特に、上記車両用エンジンの高車速時における燃料噴射時期を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記車両用エンジンの高車速時における燃料噴射時期を、上記車両用エンジンの高車速時における変速段毎に異なる燃料噴射時期の補正値に基づいて進角側に補正している。

この特定事項により、高車速時における燃料噴射時期は、予め保有されている、高車速時の変速段毎に異なる燃料噴射時期の補正値に基づいて、進角側に補正されるので、変速段とエンジン回転数とから高車速であることが算出されると、その高車速に応じた変速段毎の燃料噴射時期の補正値に基づいて燃料噴射時期が進角側に補正されることになり、燃料噴射時期を進角側に補正する際の演算負荷容量を軽減することが可能となる。

また、上記車両用エンジンの高車速時における燃料噴射時期を、上記車両用エンジンのあらゆる車速域における変速段に応じた燃料噴射時期の基準値に対し上記変速段に応じた燃料噴射時期の補正値を加味することによって進角側に補正している場合には、高車速時における燃料噴射時期は、予め保有されている、車両用エンジンのあらゆる車速域における変速段に応じた燃料噴射時期の基準値に対し、上記変速段に応じた燃料噴射時期の補正値を加味することによって、燃料噴射時期が進角側に補正されることになり、燃料噴射時期を進角側に補正する際の演算負荷容量をさらに軽減することが可能となる。

更に、上記車両用エンジンの高車速時における変速段毎の燃料噴射時期の補正値による補正を、上記車両用エンジンの高車速時に時間同期させることによって行っている場合には、高車速時における変速段毎の燃料噴射時期の補正値による補正を、クランク軸の角度と同期させることによって行う場合に比して、単位時間当たりの演算負荷を低減させることが可能となる。

以上、要するに、低燃焼騒音化の要求が妥協される高車速時に車両用エンジンの燃料噴射時期を進角側に補正することで、高車速時に燃料の燃焼速度を増大させた燃焼効率の向上を可能にし、よって、高車速時に低燃費化の要求を満たした燃料噴射時期の最適化を図ることができる。

以下、本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を、車両に搭載された蓄圧式ディーゼルエンジン（コモンレール式ディーゼルエンジン）に適用した実施形態について、図１〜図４に基づいて説明する。

図１に、本実施形態におけるディーゼルエンジン１とその周辺構成を示す。

ディーゼルエンジン１は、複数の気筒１１を有して構成されている。このディーゼルエンジン１には、各気筒１１の燃焼室に対応してインジェクタ１２がそれぞれ配設されており、同インジェクタ１２から各気筒１１の燃焼室内に燃料が噴射される。また、インジェクタ１２は、噴射制御用の電磁弁１３を備えており、この電磁弁１３の開閉動作に基づいてインジェクタ１２による燃料噴射が制御される。そして、インジェクタ１２から噴射された燃料が燃焼されることにより、クランクシャフトが回転される。

このクランクシャフトには、互いに減速比の異なる６つの変速段を有する自動変速機５が接続されている。同クランクシャフトの回転は該自動変速機５によって変速され、その変速後の回転が駆動輪に伝達される。

上記各インジェクタ１２は、コモンレール１４にそれぞれ接続されている。コモンレール１４は、逆止弁１５が設けられた供給配管１６を介してサプライポンプ１７の吐出ポート１７ａに接続されている。

サプライポンプ１７の吸入ポート１７ｂは、フィルタ１８を介して燃料タンク２１に接続されている。また、サプライポンプ１７のリターンポート１７ｃおよび電磁弁１３のリターンポート１３ａは、いずれもリターン配管２２を介して燃料タンク２１に接続されている。

上記サプライポンプ１７は、ディーゼルエンジン１のクランクシャフトの回転に同期して往復動するプランジャを備えており、同プランジャによってサプライポンプ１７内の燃料を加圧し、その加圧された燃料を吐出ポート１７ａからコモンレール１４に圧送する。このサプライポンプ１７の燃料圧送量は、吐出ポート１７ａの近傍に設けられたプレッシャコントロールバルブ２３の開閉動作に基づいて調節される。

ディーゼルエンジン１には、その運転状態を検出する各種センサ等が設けられている。例えば、アクセルペダル２４の近傍には、同アクセルペダル２４の踏込量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を検出するアクセルセンサ３１が設けられている。この場合、アクセルセンサ３１により検出されたアクセル操作量ＡＣＣＰによってエンジン負荷が得られる。

また、コモンレール１４には、その内部の燃料圧力ＰＣを検出する燃圧センサ３２が設けられている。自動変速機５、あるいは車両の車輪等には車速ＳＰＤを検出する車速センサ３３が設けられている。また、上記クランクシャフト近傍に設けられたクランク角センサ３４によってクランクシャフトの回転角度、すなわちクランク角度が検出され、この検出信号に基づいてエンジン回転数ＮＥが算出される。さらに、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムシャフトの近傍にはカム角センサ３５が設けられている。このカム角センサ３５の検出信号に基づいて気筒判別がなされる。

これら各センサ３１〜３５の出力信号は、ディーゼルエンジン１の燃料噴射制御装置としての電子制御装置４１に入力される。この電子制御装置４１は、ＣＰＵ（中央演算装置）、メモリ、入出力回路、駆動回路等を備えて構成されており、上記各センサ３１〜３５にて検出される機関運転状態に基づいて各種の機関制御等を実行する。

例えば、電子制御装置４１は、自動変速機５の自動変速制御を行う。この自動変速制御では、エンジン回転数ＮＥおよび車速ＳＰＤ等に基づいて変速指令値ＳＨＩが算出される。この変速指令値ＳＨＩは、自動変速機５内の変速段に対応した値であり、例えば同変速指令値ＳＨＩが「１速」とされるときには、自動変速機５内の変速段が「１速」となるように、該自動変速機５内の変速機構は制御される。そして、変速指令値ＳＨＩにて示される変速段に自動変速機５内の変速段が変更されることにより、クランクシャフトの回転は車両の走行状態に応じた減速比にて減速、或いは増速される。この場合、車速ＳＰＤは、エンジン回転数ＮＥおよび変速段（変速指令値ＳＨＩ）によっても算出される。

そして、電子制御装置４１により燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御では、基本的に、アクセル操作量ＡＣＣＰおよびエンジン回転数ＮＥ等に基づいて、燃料噴射量（以下、総燃料噴射量Ｑｆｉｎという）および燃料噴射時期（以下、燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅという）が算出され、その総燃料噴射量Ｑｆｉｎを適切な燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅにインジェクタ１２から噴射させるべく、上記電磁弁１３の開弁時期および開弁時間が制御される。この場合、電子制御装置４１は、図２に示すように、あらゆる車速域における変速段に応じた燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅを記したマップをメモリに保有している。

また、ディーゼルエンジン１では、パイロット噴射が行われている。このパイロット噴射は、エンジン出力を得るための燃料噴射であるメイン噴射に先立って行われる少量の燃料噴射であり、このパイロット噴射で噴射された燃料は、その後行われるメイン噴射で噴射される燃料の燃焼速度を低下させる効果がある。すなわち、メイン噴射で噴射された燃料の急激な燃焼を抑制する効果がある。また、同効果によりメイン噴射で噴射された燃料の燃焼温度も低下するようになるため、これによりＮＯｘ（窒素酸化物）の生成も抑制される。

ところで、近年の環境規制の激化に伴い、車両用エンジンの低車速時（例えば、１００ｋｍ／ｈ未満の車速時）における低燃費化および低排出ガス化への要求は年々厳しくなっており、これに加えて車両用エンジンの低車速時における低燃焼騒音化といった要求もある。かかる点から、車両用エンジンの低車速時においては、低燃費化、低排出ガス化および低燃焼騒音化の要求を満たす必要があるものの、車両用エンジンの高車速時においては、ロードノイズや風切音といった車両の走行に伴って生じる車室内騒音が大きくなり、この車室内騒音がマスキング音となって燃料の燃焼音はマスクされるため、低燃焼騒音化の要求が妥協される傾向にある。このため、高車速時においては低燃費化がユーザにとっては第１の要求となるのが現状であった。

その場合、本実施形態では、エンジン回転数ＮＥとアクセル操作量ＡＣＣＰ（エンジン負荷）とに基づいて燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅが決定されているが、この基準値Ｔ＿ａｂｓｅを決定するに当たり、低車速時の燃焼騒音といった要素が含まれている。しかし、高車速時に低燃焼騒音化の要求が妥協される傾向にあることから、高車速時において燃焼騒音を気にせず低燃費化の要求を満たす上で燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの最適化を図るには変更の余地があった。

かかる点から、本実施形態では、電子制御装置４１は、図３に示すように、高車速時における変速段（具体的には、互いに減速比の異なる６つの変速段のうちの減速比の大きい側となる４速以上の変速段）毎に異なる燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔを記したマップ（図３では４速での燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔを記したマップのみ示す）をメモリに保有しており、この高車速時における変速段に応じたマップの補正値Ｔ＿ａｓｆｔに基づいて、高車速時における燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅを進角側に補正、詳しくは、高車速時における燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅに対し変速段に応じた補正値Ｔ＿ａｓｆｔを加味、つまり基準値Ｔ＿ａｂｓｅから補正値Ｔ＿ａｓｆｔを減算して、燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅを進角側に補正している。このとき、高車速時における変速段毎の燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔによる補正は、高車速時に所定時間毎（例えば、１６ｍｓ毎）に時間同期させることによって行われている。

一方、パイロット噴射を行う場合には、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼が緩慢になるために筒内圧等の増大も緩慢となり、その分燃焼効率は低下してしまう。従って、パイロット噴射を行うと燃焼音等についてはこれを抑制することができるものの、燃費（単位出力・単位時間当たりの燃料消費率）については悪化することになる。そのため、本実施形態では、高車速時にパイロット噴射を制限しても燃焼音は聞こえにくくなることから、高車速時には、燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの進角側への補正に加えてパイロット噴射を制限し、パイロット噴射による燃費の悪化も抑制するようにしている。

ここで、電子制御装置４１による高車速時の燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの最適化を図る制御の流れを図４のフローチャートに沿って説明する。

まず、図４のフローチャートのステップＳＴ１において、現在の自動変速機５の変速段、エンジン回転数ＮＥ、およびアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて、ディーゼルエンジン１の運転状態を認識する。

次いで、ステップＳＴ２において、エンジン回転数ＮＥとアクセル操作量ＡＣＣＰとに基づいて燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅを決定する。

その後、ステップＳＴ３において、現在の自動変速機５の変速段が４速以上であるか否かを判定する。このステップＳＴ３の判定が、４速以上の高車速時であるＹＥＳの場合には、ステップＳＴ４において、高車速時における変速段毎に異なる燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔを記したマップから該当する変速段のマップ（例えば４速のマップ）をメモリから選択し、この該当する変速段のマップにおいて現在の運転状態、つまりエンジン回転数ＮＥおよびアクセル操作量ＡＣＣＰに合致する補正値Ｔ＿ａｓｆｔを読み込んだ後、ステップＳＴ５に進む。

一方、上記ステップＳＴ３の判定が、３速以下の低車速時であるＮＯの場合には、基準値Ｔ＿ａｂｓｅ通りの燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅで燃料噴射を行う。

そして、ステップＳＴ５において、高車速時における燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅを補正する。具体的には、高車速時における燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅに対し変速段に応じた補正値Ｔ＿ａｓｆｔを加味（Ｔ＿ａｂｓｅ−Ｔ＿ａｓｆｔ）して燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅを進角側に補正する。このとき、パイロット噴射量を制限する。

このように、低燃焼騒音化の要求が妥協される高車速時にディーゼルエンジン１の燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅは、予めメモリに保有されている、高車速時の変速段毎に異なる燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔに基づいて、進角側に補正されるので、高車速時における燃料の燃焼速度を増大させて燃焼効率が高められ、高車速時の低燃費化の要求が満たされることになる。これによって、高車速時に低燃費化の要求を満たした燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの最適化を図ることができる。

その上、高車速時には、燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの進角側への補正に加えてパイロット噴射が制限され、パイロット噴射による燃費の悪化も抑制されているので、高車速時の低燃費化を高い次元で達成することができる。

しかも、現在の変速段とエンジン回転数ＮＥとから高車速であることが算出されると、その高車速に応じた変速段毎の燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔに基づいて燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅが進角側に補正される上、その高車速時における燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅは、予めメモリに保有されている、車両用エンジンのあらゆる車速域における変速段に応じた燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅに対し、高車速時の変速段に応じた燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔを加味することによって、燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅが進角側に補正されることになり、燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅを進角側に補正する際の演算負荷容量を大幅に軽減することができる。

更に、高車速時における変速段毎の燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔによる補正が、高車速時に所定時間毎（例えば、１６ｍｓ毎）に時間同期させることによって行われているので、高車速時における変速段毎の燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔによる補正を、クランクシャフトの角度と同期させることによって行う場合に比して、単位時間当たりの演算負荷を低減させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、高車速時に燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅを補正値Ｔ＿ａｓｆｔに基づき進角側に補正するのと相俟ってパイロット噴射も制限するようにしたが、高車速時に燃料噴射時期の基準値が補正値に基づいて進角側に補正されることのみ行われるようにしてもよい。また、排気通路に排出される排気ガスの一部を排気ガス還流通路を介して吸気通路に還流ガス（ＥＧＲガス）として再循環させる排気ガス再循環装置を備えている場合に、高車速時に燃料噴射時期の基準値を補正値に基づき進角側に補正するのと相俟って吸気通路への還流ガスの再循環量を減らすことで、高車速時の低燃費化を図るようにしてもよい。

また、上記実施形態では、高車速時の変速段毎に異なる燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔをエンジン回転数ＮＥとアクセル操作量ＡＣＣＰとから得るようにしたが、車速センサからの出力値によって高車速時の変速段毎に異なる燃料噴射時期の補正値が得られるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、あらゆる車速域における変速段に応じた燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅを記したマップと、高車速時における変速段毎に異なる燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの補正値Ｔ＿ａｓｆｔを記したマップとを保有し、高車速時における燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅの基準値Ｔ＿ａｂｓｅに対し変速段に応じた補正値Ｔ＿ａｓｆｔを加味して燃料噴射時期Ｔ＿ｅａｂｓｅを進角側に補正したが、高車速時における燃料噴射時期の基準値に対し補正値を予め加味した燃料噴射時期の進角側への変更値（基準値を補正した値）が変速段毎に保有されていてもよい。この場合には、高車速時に燃料噴射時期の基準値に補正値を加味する必要がなくなり、演算の負荷を低減させることが可能となる。

また、上記実施形態では、互いに減速比の異なる６つの変速段を有する６段変速の自動変速機５を適用した場合について述べたが、自動変速機が保有する変速段数はこれに限定されるものではなく、例えば、互いに異なる８つの変速段を有する８段変速の自動変速機であってもよい。この場合、高車速時は、８つの変速段のうちの減速比が大きい側となる５速以上の変速段での走行時の場合となる。また、高車速時が、変速段とは関係なく車速が１００ｋｍ／ｈ以上での走行時の場合と規定されていてもよい。

更に、上記実施形態では、ディーゼルエンジン１に適用した場合について述べたが、ガソリンエンジンにも適用できるのはいうまでもない。

本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置を用いたディーゼルエンジンの概略構成を示す概略図である。 あらゆる車速域における変速段に応じた燃料噴射時期の基準値を記したマップを示す概念図である。 高車速時における変速段毎に異なる燃料噴射時期の補正値を記したマップを示す概念図である。 電子制御装置による高車速時の燃料噴射時期の最適化を図る制御の流れを示すフローチャート図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（車両用エンジン）
４１ 電子制御装置（燃料噴射制御装置）
Ｔ＿ｅａｂｓｅ 燃料噴射時期
Ｔ＿ａｂｓｅ 基準値
Ｔ＿ａｓｆｔ 補正値

Claims (5)

1. 燃料の噴射時期を制御するようにした車両用エンジンの燃料噴射制御装置において、
   上記車両用エンジンの燃焼騒音が問題とならない高車速時には、上記車両用エンジンの燃料噴射時期が進角側に補正されることを特徴とする車両用エンジンの燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用エンジンの燃料噴射制御装置において、
   上記車両用エンジンの高車速時における変速段毎に異なる燃料噴射時期の補正値を保有しており、
   上記車両用エンジンの高車速時における燃料噴射時期は、上記変速段に応じた燃料噴射時期の補正値に基づいて進角側に補正されることを特徴とする車両用エンジンの燃料噴射制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用エンジンの燃料噴射制御装置において、
   上記車両用エンジンのあらゆる車速域における変速段に応じた燃料噴射時期の基準値を保有しており、
   上記車両用エンジンの高車速時における燃料噴射時期は、上記変速段に応じた燃料噴射時期の基準値に対し上記変速段に応じた燃料噴射時期の補正値を加味することによって進角側に補正されることを特徴とする車両用エンジンの燃料噴射制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の車両用エンジンの燃料噴射制御装置において、
   上記車両用エンジンの高車速時における変速段毎の燃料噴射時期の補正値による補正は、上記車両用エンジンの高車速時に時間同期させることによって行われていることを特徴とする車両用エンジンの燃料噴射制御装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の車両用エンジンの燃料噴射量制御装置において、
   上記車両用エンジンの高車速時とは、互いに減速比の異なる複数の変速段のうちの減速比の大きい側の変速段での走行時、または車速が１００ｋｍ／ｈ以上での走行時のことであることを特徴とする車両用エンジンの燃料噴射量制御装置。

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