JP2010090758A

JP2010090758A - 燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2010090758A
Application number: JP2008260010A
Authority: JP
Inventors: Taku Ibuki; 卓伊吹; Shigeki Nakayama; 茂樹中山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-06
Also published as: JP5098938B2

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置を備えるディーゼルエンジンのＥＧＲガス導入に伴う筒内酸素濃度の過渡遅れに起因する失火の抑制、スモーク発生の抑制をすることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【解決手段】燃料噴射制御装置１は、筒内酸素濃度センサにより取得した筒内酸素濃度Ｒｂに基づいて失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘを算出する。そして、エンジン回転数ＮＥと要求噴射量Ｑｒとから算出された基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅとを比較し、失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘが基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅよりも進角側にくる場合は、噴射時期として失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘが設定される。このように、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅと失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘとを比較してより進角側の噴射時期が選定され、失火が抑制される。また、失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘが選択されたとき、失火ガード噴射量としてスモーク発生を抑制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンの失火抑制を目的とした燃料噴射装置が知られている。例えば、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて燃料噴射時期制御を行うディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置が知られている（特許文献１参照）。この燃料噴射時期制御装置は、ディーゼルエンジンの運転状態、すなわち、エンジン回転数、エンジン負荷、吸気圧、冷却水温度、吸気温を参照して失火を抑制するための燃料噴射時期を決定している。

特開２０００−１８６５９８号公報

ところで、ディーゼルエンジンには、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置が装備されることがある。ＥＧＲ装置は、エキゾース側とインテーク側との間にＥＧＲ配管を有し、筒内に排気を導入する。ディーゼルエンジンがＥＧＲ装置を装備する目的のひとつに、筒内の酸素濃度を低減し、ＮＯｘを低減させることがある。このため、ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ配管に設けたＥＧＲバルブの開閉制御を行い、排気（ＥＧＲガス）の導入量の調節を行っている。

このようなＥＧＲ装置は、配管中のＥＧＲガス流の遅れや、ＥＧＲバルブの応答遅れなどに起因して、不可避的に筒内酸素濃度の過渡遅れが生じ、この過渡遅れが筒内での失火の原因となることがある。すなわち、筒内における失火は、筒内の酸素濃度の影響を受けるため、筒内酸素濃度に過渡遅れが生じると、これが燃料噴射制御に影響を与え、失火を生じさせることがある。

また、ディーゼルエンジンにおいて、筒内の酸素量が不足するとスモークが発生しやすいという問題もある。ＥＧＲ装置による過渡遅れは、筒内の酸素量不足も招くことになる。

前記特許文献１に開示された燃料噴射時期制御装置は、前記のように失火抑制を目的としている。しかしながら、その燃料噴射時期制御において筒内の酸素濃度は考慮されていない。また、スモーク発生の抑制も考慮されていない。このように、特許文献１に開示された燃料噴射時期制御装置は、さらなる改良の余地を有していた。

そこで、本発明は、ＥＧＲ装置を備えるディーゼルエンジンのＥＧＲガス導入に伴う筒内酸素濃度の過渡遅れに起因する失火の抑制、スモーク発生の抑制をすることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するための、本発明の燃料噴射制御装置は、エンジンの運転状態把握手段と、エンジンの目標筒内酸素濃度取得手段と、筒内酸素濃度を当該目標筒内酸素濃度取得手段により取得した目標筒内酸素濃度に近づけるＥＧＲ制御手段と、前記運転状態把握手段によって把握されたエンジンの運転状態に基づいて基本噴射時期を算出する基本噴射時期算出手段と、エンジンの筒内酸素濃度取得手段と、前記筒内酸素濃度取得手段によって取得された筒内酸素濃度の値に基づいて失火を抑制する燃料噴射時期を設定する失火噴射時期設定手段と、前記失火噴射時期に対応する失火ガード噴射量を設定する失火ガード噴射量設定手段と、前記基本噴射時期に対応する基本燃料噴射量と、前記失火ガード噴射量とを比較して噴射量の少ない方を最適噴射量として選択する最適噴射量選択手段と、を、備えたことを特徴としている。

運転状態把握手段は、エンジン回転数やエンジン負荷に関する情報を取得することができる。エンジン負荷からは要求噴射量を算出することができる。目標筒内酸素濃度取得手段は、これらの運転状態に関する情報に基づいて目標筒内酸素濃度の値を取得する。ＥＧＲ制御手段は、筒内酸素濃度を目標筒内酸素濃度に近づけるようにＥＧＲ装置を制御する。そして、基本噴射時期算出手段は、前記運転状態把握手段によって把握されたエンジンの運転状態に基づいて基本噴射時期を算出する。ただし、算出された基本噴射時期は、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガス導入の影響が考慮されていない。このためエンジンの運転状態にのみ基づいて算出されている基本噴射時期に燃料噴射を行うと、過渡遅れが生じている筒内の実際の酸素濃度との間で不整合が生じ、失火を招くおそれがある。

そこで、本明細書開示の燃料噴射制御装置は、エンジンの筒内酸素濃度取得手段を備え、この筒内酸素濃度取得手段によって取得された値を燃料噴射制御に反映させている。筒内酸素濃度取得手段は、その時点での実際の酸素濃度の値を取得するものである。失火噴射時期設定手段は、筒内酸素濃度取得手段によって取得された筒内酸素濃度の値に基づいて失火を抑制する燃料噴射時期を設定する。これにより、実際の筒内酸素濃度を加味した燃料噴射とし、失火を抑制することができる。

本明細書開示の燃料噴射制御装置は、最適噴射量選択手段を有する。最適噴射量選択手段は、前記基本噴射時期に対応する基本燃料噴射量と、前記失火噴射時期に対応する失火ガード噴射量とを比較して噴射量の少ない方を最適噴射量として選択する。これにより、エンジン稼動中の広範囲において失火を抑制することができる。

また、噴射時期に対応させて燃料の噴射量を設定するので、スモークの発生も同時に抑制することができる。スモークは、筒内の酸素量の影響を受け、筒内の酸素量が不足すると発生し易くなる。このため、仮に噴射時期だけを制御し、噴射時期を進角させることによって失火抑制を図ろうとすると、空気量の低下に起因してスモークの発生が悪化することが懸念される。そこで、前記のように噴射時期に対応させて燃料の噴射量を設定すれば、スモークの発生を抑制することができる。

本明細書開示の燃料噴射制御装置は、さらに、空気過剰率算出手段を備え、当該空気過剰率算出段によって算出された空気過剰率に基づいてスモークの発生を抑制するスモークガード噴射量を算出するスモークガード噴射量設定手段を備え、前記最適噴射量選択手段は、前記基本燃料噴射時期に対応する基本燃料噴射量と、前記スモークガード噴射量とを比較して噴射量の少ない方を最適噴射量として選択する構成とすることができる。これにより、効果的にスモークの発生を抑制することができる。

本発明によれば、ＥＧＲ装置を備えるディーゼルエンジンの過渡遅れに起因する失火の抑制、スモーク発生の抑制をすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明の燃料噴射制御装置１が組み込まれたエンジン１００の吸気系及び排気系周辺の概略構成を示す説明図である。エンジン１００は水冷式の４サイクルディーゼルエンジンである。エンジン１００の気筒５の内部にはピストン３が摺動自在に挿入されており、ピストン３の上面と気筒５の内壁とによって燃焼室２が形成されている。燃焼室２の上部には、燃焼室２の内部に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６が設けられている。

燃焼室２は吸気ポート２０を介して吸気管２２に連通している。また、燃焼室２は排気ポート３０を介して排気管３２に連通している。気筒５には、燃焼室２と吸気ポート２０との接続箇所における開口部を開閉する吸気弁２３、及び、燃焼室２と排気ポート３０との接続箇所における開口部を開閉する排気弁３３が設けられている。

エンジン１００には排気の一部を燃焼室２に再循環させるＥＧＲ装置４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０はＥＧＲ配管４１及びＥＧＲバルブ４２を備えて構成されている。ＥＧＲ配管４１は排気管３２と吸気管２２とを接続する配管であり、ＥＧＲ配管４１を通って排気管３２を流れる排気の一部が吸気管２２に流入し、吸気ポート２０を通って燃焼室２に吸入される。ＥＧＲバルブ４２は、ＥＧＲ配管４１の流路断面積を変更することにより、ＥＧＲ配管４１を流れるＥＧＲガス量を変更可能な流量調節弁である。ＥＧＲバルブ４２の開度を調節することによりＥＧＲガス量を調節することができる。

エンジン１００は、エンジン１００の種々の制御を行うＥＣＵ（Electronic control unit）８を有している。ＥＣＵ８は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、中央演算装置（ＣＰＵ）、入出力ポート、デジタルアナログコンバータ（ＤＡコンバータ）、アナログデジタルコンバータ（ＡＤコンバータ）等を双方向バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。

ＥＣＵ８は、本発明における「運転状態把握手段」、「目標筒内酸素濃度取得手段」、「ＥＧＲ制御手段」、「基本噴射時期算出手段」、「失火噴射時期設定手段」、「失火ガード噴射量設定手段」、「最適噴射量選択手段」、「空気過剰率算出手段」、「スモークガード噴射量設定手段」の各手段としての機能を果たす。

そして、ＥＣＵ８は、エンジン１００の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射弁６による燃料噴射量や燃料噴射時期の制御等の制御を行う。

このため、ＥＣＵ８には、エンジン回転数ＮＥを取得するエンジン回転数センサ７０、運転者によるアクセルペダル７の踏み込み量（アクセル開度）Ａｃｃｐを検出するアクセル開度センサ７１が電気的に接続されている。また、本発明における筒内酸素濃度取得手段に相当し、実際にエンジンの筒内酸素濃度を検知する筒内酸素濃度センサ７２もＥＣＵ８に電気的に接続されている。さらに、エアフロメータ７３もＥＣＵ８に電気的に接続されている。

その他、特に図示及び説明を省略するが、エンジン１００が一般的に備えているセンサ類が設けられ、これらのセンサは電気配線を介してＥＣＵ８に接続され、各センサからの出力信号がＥＣＵ８に入力されるようになっている。

また、ＥＣＵ８には、燃料噴射弁６、ＥＧＲバルブ４２を駆動するための駆動装置等の機器が電気配線を介して接続されている。ＥＣＵ８は、前記各種センサによる検出値に基づいてエンジン１００の運転状態や運転者の要求を把握し、エンジン１００の運転状態や運転者の要求に応じて燃料噴射弁６やＥＧＲバルブ４２等の各種制御対象機器に制御信号を送信してこれらの機器を制御する。このような制御を行うための各種運転パラメータ（例えば、燃料噴射量、燃料噴射時期、吸入空気量、ＥＧＲ率等）は、これらの機関特性が所定の目標値や規制を満たすように予め適合作業により決定され、ＥＣＵ８のＲＯＭにマップや演算式等の形で記憶されている。

次に、このような燃料噴射制御装置１により行われる燃料噴射制御の方針、制御のイメージを図２に示したチャートを参照しつつ説明する。

図２は、横軸を時間軸とし、「エンジン回転数」、燃料の「要求噴射量」、「筒内酸素濃度」、「噴射時期」、「指令噴射量」の変化を示したチャートとなっている。なお、「エンジン回転数」は、説明を簡単にするため、エンジン回転数ＮＥ＝Ｎ１の定常状態としている。

ｔ１のタイミングでアクセル７が踏み込まれると、瞬時に要求噴射量ＱｒがＱｒ_１からＱｒ_２へ上昇する。ＥＣＵ８は、この要求噴射量Ｑｒ_２、エンジン回転数Ｎ１とに基づいて、目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇの値を決定する。目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇは、図２中、破線で示すように要求噴射量のＱｒ_１からＱｒ_２への上昇に同期して、Ｒ_１からＲ_２へ上昇する。すなわち、Ｒ_１からＲ_２への移行は、ｔ１のタイミングで瞬時に行われ、その波形は垂直に立ち上がる。

ＥＣＵ８は、このような目標筒内酸素濃度ＲｏｘｃｔｒｇとなるようにＥＧＲバルブ４２の開度調整を行い、燃焼室２内にＥＧＲガスを導入する。ところが、ＥＣＵ８がＥＧＲバルブ４２に対し指令を発した後、実際にＥＧＲバルブ４２が所望の開度になるまでにはタイムラグが存在する。さらに、ＥＧＲ配管４１を通過するＥＧＲガスが燃焼室２に到達するまでのガス流れの遅れも生じる。このため、実際の筒内酸素濃度は、図２中、実線で描かれた曲線のように目標酸素濃度に徐々に近づく。すなわち、過渡遅れが生じる。

ＥＣＵ８は、このようなにエンジンの運転状態に基づいて目標筒内酸素濃度を算出し、さらに、この目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇから、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅを算出する。このようにして算出された基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅは、図２中、破線で示されている。ＥＣＵ８は、実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃに基づく噴射時期の算出も行う。実際の筒内酸素濃度に基づいて算出される噴射時期は、失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘである。失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘは、この時期よりも遅角側で噴射されると失火を生じるおそれがある噴射時期として設定される。失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘは、図２中、実線で示されている。図２より明らかなように、時間ｔ１からｔ２のタイミングで基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅが失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘよりも遅い、すなわち、遅角側となる。このように基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅが失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘよりも遅いタイミングである場合に、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅで燃料を噴射すると、失火を生じると判断できる。そこで、このように基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅが失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘよりも遅いタイミングとなる場合には、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅに代えて失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘで噴射するようにする。これにより、失火を抑制することができる。

さらに、ＥＣＵ８は、設定した噴射時期に応じた燃料の噴射量を設定する。基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅで噴射するときは、この基本噴射時期ａｉｎｊｍａｘに対応する基本燃料噴射量を最適噴射量として採用する。ここで、基本燃料噴射量は、先に求めた要求噴射量ということになり、図２に示すＱｒ、すなわち、Ｑｒ_１またはＱｒ_２が最適噴射量として採用される。一方、失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘを選択したタイミングでは、最適噴射量として失火ガード噴射量Ｑｘを選択する。すなわち、ＱｒとＱｘとを比較して小さい方を最適噴射量として採用する。これにより、酸素量不足、言い換えれば燃料量過多の状態を回避してスモークの発生を抑制することができる。

以上のような制御方針のもと行われる、燃料噴射制御の一例につき、図３に示したフロー図を参照しつつ説明する。

ＥＣＵ８は、ステップＳ１において、エンジン回転数センサ７０よりエンジン回転数ＮＥを取得する。また、アクセル開度センサ７１からＡｃｃｐを検出し、この検出値より要求噴射量Ｑｒを取得する。

ステップＳ１に引き続き行われるステップＳ２では、目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇを算出する。図４は、目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇを算出するためのマップの一例を示すものである。図４に示すマップは、エンジン回転数ＮＥと要求噴射量Ｑｒをパラメータに有し、その組み合わせ毎に目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇが導かれるようになっている。図４において、目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇは、レベル“Ｎ”のＮの値が大きい程、濃度が高いことを示している。図５は、図４に示すマップの一部分を抜き出して示した図であり、エンジン回転数ＮＥ＝Ｎ１（ｒｐｍ）のときの要求噴射量Ｑｒと目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇとの関係を示した図である。図５の横軸には要求噴射量Ｑｒ（ｍｍ^３／ｓｔ）が取られ、縦軸には目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇ（％（ｗｔ））が取られている。ここで、仮にエンジン１００のトルク要求から実現したい運転条件の要求噴射量ＱｒがＮ１（ｒｐｍ）、Ｑａ（ｍｍ^３／ｓｔ）であるとすると、目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇは、Ｒａ（％（ｗｔ））である。

ＥＣＵ８は、ステップＳ２に引き続き行われるステップＳ３において、ステップＳ２で取得した目標筒内酸素濃度ＲｏｘｃｔｒｇとなるようにＥＧＲ制御を実施すべく、ＥＧＲバルブ４２に駆動指令を発する。

ステップＳ３の処理を終えた後は、ステップＳ４において、現時点での実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃを取得する。実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃ（％（ｗｔ））は、筒内酸素濃度センサ７２によって直接測定され、取得される。
ここで、実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃ（％（ｗｔ））は、目標筒内酸素濃度Ｒａ（％（ｗｔ））よりも小さいＲｂ（％（ｗｔ））であったとする。この場合、実際の筒内酸素濃度は、目標筒内酸素濃度は、（Ｒａ−Ｒｂ）（％（ｗｔ））だけ不足することになる。
なお、筒内酸素濃度Ｒｏｘｃは、種々のパラメータを用いて算出した値を用いることもできる。また、本実施例では、筒内酸素濃度センサ７２を備えた構成としているが、例えば、インテークマニホールドに酸素濃度センサを装着し、この酸素濃度センサにより取得された値を用いて筒内酸素濃度Ｒｏｘｃを算出するようにしていもよい。

ステップＳ４で実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃを取得した後は、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、エンジン回転数ＮＥと要求噴射量Ｑｒより求められる基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅを設定する。図６は、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅを算出するためのマップの一例を示すものである。図６に示すマップは、エンジン回転数ＮＥと要求噴射量Ｑｒをパラメータに有し、その組み合わせ毎に基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅが導かれるようになっている。図６において、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂａｓｅは、レベル“Ｎ”のＮの値が大きい程、進角側に設定されることを示している。図７は、図６に示すマップの一部分を抜き出して示した図であり、エンジン回転数ＮＥ＝Ｎ１（ｒｐｍ）のときの要求噴射量Ｑｒと基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅとの関係を示した図である。図７の横軸には要求噴射量Ｑｒが取られ、縦軸には基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅが取られている。ここで、仮にエンジン１００のトルク要求から実現したい運転条件のエンジン回転数ＮＥがＮ１、要求噴射量ＱｒがＱａであるとすると、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅは、θａである。

ＥＣＵ８は、ステップＳ５に引き続き行われるステップＳ６において、失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘを設定する。図８は、失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘを算出するためのマップの一例を示すものである。失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘは、筒内酸素濃度に基づいて算出される。本実施例では、ステップＳ４で取得した実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃ＝Ｒｂに基づいて失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘが算出され、θｂが求められる。このθｂは、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅとして算出されたθａよりも進角側の値である。このように失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘが基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅよりも進角側にくる場合は、噴射時期として失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘが設定される。
このように、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅと失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘとを比較してより進角側の噴射時期が選定されることにより、失火を抑制することができる。

ステップＳ６に引き続き行われるステップＳ７の処理では、失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘに対応した失火ガード噴射量Ｑｘが設定される。失火ガード噴射量Ｑｘは、図７に示したマップを利用して算出される。図７に示したマップの縦軸は、前記のように基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅとなっているのが、この縦軸に失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘの値を当てはめ、そこから求められた要求噴射量の値を失火ガード噴射量とする。図７に示すように、本実施例場合、失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘとしてθｂが設定されている場合は、このθｂに対応するＱｘが失火ガード噴射量として設定される。

ＥＣＵ８は、ステップ７に引き続き行われるステップＳ８において、最適噴射量Ｑを算出する。最適噴射量Ｑは、
Ｑ＝ＭＩＮ（Ｑｒ，Ｑｘ）によって求められる。
すなわち、ステップＳ１で求めた要求噴射量ＱｒとステップＳ７で求めた失火ガード噴射量Ｑｘとを比較して、値が小さい方を最適噴射量Ｑとして設定する。このように基本噴射時期に対応する基本噴射量と、失火噴射時期に対応する失火ガード噴射量のうち、値の小さい方を最適噴射量Ｑとして設定することにより、酸素不足に起因するスモークの発生を抑制することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。エンジン１００の構成は実施例１と同様であるので、その詳細な説明は省略する。実施例２が実施例と１と異なる点は、実施例１では、筒内酸素濃度に着目して燃料噴射制御を行っているのに対し、実施例２では、筒内の空気量に着目して燃料噴射制御を行う点である。このような実施例２は、筒内の空気量を適切に制御することによって、スモークの発生をより適切に抑制することを目的としている。その制御方針は以下の如くである。

ＥＣＵ８は、本発明における空気過剰率算出手段に相当する。ＥＣＵ８は、空気過剰率を算出し、この空気過剰率に基づいてスモークの発生を抑制するスモークガード噴射量Ｑｙを算出する。スモークガード噴射量の算出は、スモークガード噴射量設定手段に相当するＥＣＵ８が行う。
そして、最適噴射量選択手段に相当するＥＣＵ８は、基本燃料噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅに対応する基本燃料噴射量、すなわち、要求噴射量Ｑｒと、スモークガード噴射量Ｑｙとを比較して噴射量の少ない方を最適噴射量Ｑとして選択する。
このような燃料噴射制御を行うことにより、スモークの発生を抑制することができる。

以上のような方針で行われる燃料噴射制御の一例につき、図９に示したフロー図を参照しつつ説明する。

ＥＣＵ８は、ステップＳ１１において、エンジン回転数センサ７０よりエンジン回転数ＮＥを取得する。また、アクセル開度センサ７１からＡｃｃｐを検出し、この検出値より要求噴射量Ｑｒを取得する。この行程は実施例１のステップＳ１と同様の処理である。

ステップＳ１１に引き続き行われるステップＳ１２では、目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇを算出する。この処理は実施例１におけるステップＳ２の処理に対応するもので、図４に示すマップを参照することによって目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇを算出する。仮にエンジン１００のトルク要求から実現したい運転条件の要求噴射量ＱｒがＮ１（ｒｐｍ）、Ｑａ（ｍｍ^３／ｓｔ）であるとすると、目標筒内酸素濃度Ｒｏｘｃｔｒｇは、実施例１の場合と同様に、Ｒａ（％（ｗｔ））となる。

ＥＣＵ８は、ステップＳ１２に引き続き行われるステップＳ１３において、ステップＳ１２で取得した目標筒内酸素濃度ＲｏｘｃｔｒｇとなるようにＥＧＲ制御を実施すべく、ＥＧＲバルブ４２に駆動指令を発する。この処理も実施例１におけるステップＳ３の処理と共通する。

ステップＳ１３の処理を終えた後は、ステップＳ１４において、現時点での実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃを取得する。実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃ（％（ｗｔ））は、筒内酸素濃度センサ７２によって直接測定され、取得される。
ここで、実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃ（％（ｗｔ））は、目標筒内酸素濃度Ｒａ（％（ｗｔ））よりも小さいＲｂ（％（ｗｔ））であったとする。この場合、実際の筒内酸素濃度は、目標筒内酸素濃度は、（Ｒａ−Ｒｂ）（％（ｗｔ））だけ不足することになる。

このようなステップＳ１４における処理は、実施例１における処理と共通する。ただし、実施例２では、筒内酸素濃度Ｒｏｘｃの取得とあわせて吸入空気量ｇｎを取得する。吸入空気量ｇｎは、エアフロメータ７３の測定値から把握する。

ステップＳ１４で実際の筒内酸素濃度Ｒｏｘｃ、吸入空気量ｇｎを取得した後は、ステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、エンジン回転数ＮＥと要求噴射量Ｑｒより求められる基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅを設定する。この処理は実施例１におけるステップＳ５の処理に対応するもので、図６に示すマップを参照することによって基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅを算出する。仮にエンジン１００のトルク要求から実現したい運転条件のエンジン回転数ＮＥがＮ１、要求噴射量ＱｒがＱａであるとすると、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅは、θａである。

ＥＣＵ８は、ステップＳ１５に引き続き行われるステップＳ１６において、失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘを設定する。この処理は実施例１におけるステップＳ６と同様の処理であり、図８に示したマップを参照することによって失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘを算出する。本実施例では、実施例１の場合と同様に、ステップＳ１４で取得した実際の筒内酸素濃度Ｒｂに基づいて失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘが算出され、θｂが求められる。このθｂは、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅとして算出されたθａよりも進角側の値である。このように失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘが基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅよりも進角側にくる場合は、噴射時期として失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘが設定される。
このように、基本噴射時期ａｉｎｊｍｂｓｅと失火噴射時期ａｉｎｊｍａｘとを比較してより進角側の噴射時期が選定されることにより、失火を抑制することができる。

ステップＳ１６に引き続き行われるステップＳ１７の処理では、空気過剰率のスモーク限界λｍｉｎからスモークガード噴射量Ｑｙを算出する。スモークガード噴射量Ｑｙは以下の式１によって求められる。
式１

ここで、ρｆ［ｇ／ｃｍ^３］は燃料密度である。
また、空気過剰率のスモーク限界λｍｉｎは、図１０に示すマップを参照することによって決定される。図１０に示すマップは、スモーク限界λｍｉｎを決定するためのマップの一例を示すものであるが、パラメータとしてエンジン回転ＮＥ（ｒｐｍ）、要求噴射量Ｑｒ（ｍｍ^３／ｓｔ）を有している。スモーク限界λｍｉｎは、エンジン回転数が小さく、要求噴射量が小さいほど値が大きくなり、エンジン回転数が大きく、要求噴射量が大きいほど値が小さくなる。
このようにして算出された値がスモークガード噴射量Ｑｙとして設定される。

ＥＣＵ８は、ステップ１７に引き続き行われるステップＳ１８において、最適噴射量Ｑを算出する。最適噴射量Ｑは、
Ｑ＝ＭＩＮ（Ｑｒ，Ｑｙ）によって求められる。
すなわち、ステップＳ１１で求めた要求噴射量ＱｒとステップＳ１７で求めたスモークガード噴射量Ｑｙとを比較して、値が小さい方を最適噴射量Ｑとして設定する。このように基本噴射時期に対応する基本噴射量と、スモークガード噴射量のうち、値の小さい方を最適噴射量Ｑとして設定することにより、酸素不足に起因するスモークの発生を効果的に抑制することができる。

なお、実施例１と同様に、失火ガード噴射量Ｑｘを算出し、失火ガード噴射量Ｑｘ、スモークガード噴射量Ｑｙ、要求噴射量Ｑｒの中から最適噴射量Ｒを選択するようにしてもよい。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

図１は、実施例の燃料噴射制御装置が組み込まれたエンジンの吸気系及び排気系周辺の概略構成を示す説明図である。図２は、燃料噴射制御装置の制御のイメージを示すチャートである。図３は、燃料噴射制御装置の制御の一例を示すフロー図である。図４は、目標筒内酸素濃度を取得するためのマップの一例である。図５は、図４に示したマップにおいてエンジン回転数がＮ１であるときの要求噴射量と目標筒内酸素濃度との関係を示すチャートである。図６は、基本噴射時期を取得するためのマップの一例である。図７は、図６に示すマップにおいてエンジン回転数がＮ１であるときの要求噴射量と基本噴射時期との関係を示すチャートである。図８は、筒内酸素濃度から失火噴射時期を算出するマップの一例である。図９は、実施例２の燃料噴射制御装置の制御の一例を示すフロー図である。図１０、エンジン回転数ＮＥと要求噴射量Ｑｒとからスモーク限界λｍｉｎを算出するためのマップの一例である。

符号の説明

１…燃料噴射制御装置２…燃焼室
３…ピストン５…気筒
７…アクセルペダル８…ＥＣＵ
２０…吸気ポート２２…吸気管
２３…吸気弁３０…排気ポート
３２…排気管３３…排気弁
４０…ＥＧＲ装置４１…ＥＧＲ配管
４２…ＥＧＲバルブ７０…エンジン回転数センサ
７１…アクセル開度センサ７２…筒内酸素濃度センサ
７３…エアフロメータ

Claims

エンジンの運転状態把握手段と、
エンジンの目標筒内酸素濃度取得手段と、
筒内酸素濃度を当該目標筒内酸素濃度取得手段により取得した目標筒内酸素濃度に近づけるＥＧＲ制御手段と、
前記運転状態把握手段によって把握されたエンジンの運転状態に基づいて基本噴射時期を算出する基本噴射時期算出手段と、
エンジンの筒内酸素濃度取得手段と、
前記筒内酸素濃度取得手段によって取得された筒内酸素濃度の値に基づいて失火を抑制する燃料噴射時期を設定する失火噴射時期設定手段と、
前記失火噴射時期に対応する失火ガード噴射量を設定する失火ガード噴射量設定手段と、
前記基本噴射時期に対応する基本燃料噴射量と、前記失火ガード噴射量とを比較して噴射量の少ない方を最適噴射量として選択する最適噴射量選択手段と、
を、備えたことを特徴とした燃料噴射制御装置。
空気過剰率算出手段を備え、
当該空気過剰率算出段によって算出された空気過剰率に基づいてスモークの発生を抑制するスモークガード噴射量を算出するスモークガード噴射量設定手段を備え、
前記最適噴射量選択手段は、前記基本燃料噴射時期に対応する基本燃料噴射量と、前記スモークガード噴射量とを比較して噴射量の少ない方を最適噴射量として選択することを特徴とした請求項１記載の燃料噴射制御装置。