JP2010112295A

JP2010112295A - 内燃機関の燃料噴射制御装置及び制御方法

Info

Publication number: JP2010112295A
Application number: JP2008286486A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ishibashi; 康隆石橋; Kosuke Yasuhara; 功祐安原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】内燃機関の燃焼騒音を低減しつつ、燃費や排気組成の悪化を防止する。
【解決手段】内燃機関１の燃料噴射制御装置は燃焼騒音の抑制のために予備噴射と主噴射とを行なう。内燃機関１の燃焼音または振動をセンサ１３が検出し、内燃機関１の燃焼音または振動に基づき予備燃焼が行なわれたかどうかをコントローラ７０が判定する。さらに、コントローラ７０が判定結果に基づき予備噴射量を補正することで、最小限の予備噴射量の増量補正により予備燃焼を確実に行なわせる。
【選択図】図２

Description

この発明は、予備噴射と主噴射とを行なう内燃機関の燃料噴射制御に関する。

特許文献１の従来技術は、ディーゼルエンジンにおいて、燃料の主噴射に先立ち予備噴射を行なう一方、燃焼騒音を検出し、燃焼騒音が小さくなるように予備噴射量のフィードバック制御を行なう燃料噴射制御装置を提案している。
特開２０００−６４８９２号公報

燃焼騒音は予備噴射量の他に、吸気温度、排気還流率、燃料噴射タイミングなど様々な要素の影響を受ける。

そのため、予備噴射量のみの増減で燃焼騒音を低減しようとすることは、予備噴射量の過度の増減をもたらしやすく、結果として燃費や排気組成の悪化を招く恐れがある。

この発明は以上の問題を解決すべくなされたもので、予備噴射量の制御を最適化することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は予備噴射と主噴射とを行なう燃料噴射装置を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、内燃機関の燃焼音または振動を検出する手段と、内燃機関の燃焼音または振動に基づき予備燃焼が行なわれたかどうかを判定する手段と、判定手段の判定結果に基づき燃料噴射装置の予備噴射量を制御する手段とを備えている。

この発明によれば、内燃機関の燃焼音または振動に基づき予備燃焼が行なわれたかどうかを判定し、その結果に基づき燃料噴射装置を制御することで、少ない予備噴射量のもとで予備噴射燃料を確実に燃焼させることができる。したがって、燃費や排気組成を悪化させずに燃焼騒音を低減することが可能となる。

図１はこの発明による燃料噴射制御装置を備えた圧縮着火式内燃機関の概略構成図である。図２はこの発明によるコントローラが実行する予備燃焼の判定ルーチンを説明するフローチャートである。図３はコントローラが実行する予備噴射量の補正ルーチンを説明するフローチャートである。図４は予備燃焼が筒内圧力変化に及ぼす影響を示すダイアグラムである。図５は予備燃料補正量と燃焼音との関係を示すダイアグラムである。

図１を参照すると、車両用の４気筒圧縮着火式の内燃機関１は、吸気通路１０から吸気弁４を介して各気筒に吸入した空気に、燃料噴射弁４０が燃料を噴射することで気筒内に混合気を生成する。混合気は気筒内に収装されたピストン２の往復運動によって圧縮され、圧縮に伴う温度上昇により着火して燃焼する。燃焼により発生する燃焼ガスは排気弁５から排気通路２０を通って排出される。内燃機関１は各気筒において吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を順番に繰り返す、４ーストロークサイクルエンジンで構成される。

吸気通路１０には吸気を過給するターボ過給器５０のコンプレッサと、吸気流量を調整する吸気スロットル３２が設けられる。吸気通路１０は吸気コレクタ１１を介して各気筒に接続される。

排気通路２０にはターボ過給器５０の排気タービンと、排気中のパティキュレートをトラップするディーゼルパテキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２１とが設けられる。また、排気タービンの上流から、排気の一部を吸気コレクタ１１に還流する排気還流（ＥＧＲ）通路３０が排気通路２０に接続される。

ＥＧＲ通路３０には還流排気を冷却する水冷クーラ３４と、排気還流（ＥＧＲ）流量を調整する排気還流（ＥＧＲ）弁３１が設けられる。さらに水冷クーラ３４をバイパスするバイパス通路３７と、バイパス通路３７と水冷クーラ３４との間でＥＧＲ通路３０の流れを切り換えるパイパス弁３８とが設けられる。

燃料噴射弁４０は燃料噴射装置の一部をなす。燃料噴射装置は内燃機関１のクランク軸により駆動される高圧燃料ポンプ４３と、高圧燃料ポンプ４３が吐出した高圧燃料を一時的に貯留するコモンレール４１とを備える。高圧燃料ポンプ４３から吐出された高圧燃料は燃料配管４２を介してコモンレール４１に供給される。燃料噴射弁４０はコモンレール４１に接続され、入力されるパルス幅変調信号に応じて開くことでコモンレール４１に貯留された燃料を気筒内に噴射する。

燃料噴射弁４０の燃料噴射制御はコントローラ７０により行なわれる。

コントローラ７０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたプログラム可能なマイクロコンピュータで構成される。コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

燃料噴射制御のために、コントローラ７０には車両が備えるアクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃを検出するアクセルペダル踏み込み量センサ６１、内燃機関１の回転速度とクランク角ＣＡを検出するクランク角センサ６０、内燃機関の気筒の燃焼音を検出する音響センサ１３がそれぞれ信号回路で接続される。

コントローラ７０はこれらの入力信号に基づき設定したパルス幅変調信号の出力を通じて燃料噴射弁４０の燃料噴射量と噴射タイミングを制御する。

燃料噴射弁４０の基本燃料噴射量はアクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃに基づき決定され、基本燃料噴射量に各種の補正を加えることで燃料噴射量が最終的に決定される。この発明は総量としての燃料噴射量の決定には関係せず、もっぱら予備噴射噴射量の制御を対象とする。したがって、総量としての燃料噴射量の決定プロセスについての説明は省略する。

コントローラは予備噴射量を制御するために、図２に示す予備燃焼騒音計算ルーチンと、図３に示す予備燃料噴射量補正ルーチンを実行する。

図２の予備燃焼騒音計算ルーチンは内燃機関１の各気筒の所定ストローク位置相当のクランク角において実行が開始される。ここで、所定ストローク位置相当のクランク角は予備燃焼の開始に先立つクランク角である。

図２を参照すると、コントローラ７０はステップＳ１で予備噴射タイミング指示値ＰｉｌｏｔＩＴを現在のクランク角度ＣＡと比較する。ステップＳ１に示すように、予備噴射タイミング指示値ＰｉｌｏｔＩＴが現在のクランク角度ＣＡより小さいというのは、現在のクランク角度ＣＡが予備噴射タイミング指示値ＰｉｌｏｔＩＴより遅角していることを意味する。つまり、予備燃焼期間が開始されていることを示す。予備燃焼期間は予備燃焼の開始から主噴射の開始に至る期間を指す。あるは予備燃焼期間を予備燃料噴射タイミングから一定期間とすることも可能である。

予備噴射タイミング指示値ＰｉｌｏｔＩＴが現在のクランク角度ＣＡ以上であることは、予備噴射タイミング指示値ＰｉｌｏｔＩＴが現在のクランク角度ＣＡと等しいかまたは現在のクランク角度ＣＡより遅角していることを意味する。この場合には、予備燃焼期間は開始されていないことになる。

コントローラ７０は予備燃焼期間が始まっている場合には、ステップＳ２の処理を行ない。予備燃焼期間が始まっていない場合には、予備燃焼期間が始まるまでコントローラ７０は待機する。

ステップＳ２でコントローラ７０は、音響センサ１３から入力される燃焼音ＰｉｌｏｔＣＮを積算する。燃焼音ＰｉｌｏｔＣＮとして音響センサ１３が検出する燃焼騒音の各ピーク値を採用するか、あるいは各振幅の平均値を採用することができる。

燃焼騒音ＰｉｌｏｔＣＮの数値化方法として、主燃焼における燃焼音の平均値をあらかじめ取得しておき、これを1として予備燃焼期間中の燃焼音を主燃焼の燃焼音平均値に対する係数として表すことができる。燃焼騒音ＰｉｌｏｔＣＮの数値化方法として前述の特許文献１に開示された方法を適用することも可能である。

コントローラ７０は、前回までの積算値ＰｉｌｏｔＣＮ（ｎ−１）に今回音響センサ１３が検出した燃焼音ＰｉｌｏｔＣＮを加えることで，積算値ＰｉｌｏｔＣＮ（ｎ）を計算する。

ステップＳ３でコントローラ７０は、現在のクランク角ＣＡが主噴射クランク角ＭａｉｎＣＡに達したかどうかを判定する。具体的には現在のクランク角ＣＡが主噴射クランク角ＭａｉｎＣＡと等しいかどうかを判定する。主噴射クランク角ＭａｉｎＣＡはコントローラ７０から燃料噴射弁４０への主噴射信号の出力時のクランク角である。

あるいは、主噴射クランク角ＭａｉｎＣＡを主燃焼が実際に開始される時のクランク角と考えて、主噴射クランク角ＭａｉｎＣＡを主噴射信号の出力時のクランク角に一定値を加えたクランク角としても良い。さらに、燃焼騒音の振幅が所定値を超えるタイミングを主噴射クランク角ＭａｉｎＣＡと見なすことも可能である。

さて、現在のクランク角ＣＡが主噴射クランク角ＭａｉｎＣＡに達すると、コントローラ７０はステップＳ４の処理を行なう。

現在のクランク角ＣＡが主噴射クランク角ＭａｉｎＣＡに達していない場合には、現在のクランク角ＣＡの値は主噴射クランク角ＭａｉｎＣＡより小さい。この場合には、コントローラ７０は再びステップＳ２からの処理を繰り返す。

ステップＳ４でコントローラ７０は、燃焼騒音の積算値ＰｉｌｏｔＣＮ（ｎ）を積算回数で除して燃焼騒音の平均値ＰｉｌｏｔＣＮａｖｅを計算する。平均値ＰｉｌｏｔＣＮａｖｅを計算した後、コントローラ７０はルーチンを終了する。

以上のように、このルーチンは、実質的に予備燃料噴射の開始、即ち予備燃焼期間の開始とともに開始され、予備燃焼期間が終了するとともに終了する。

次に予備燃料噴射量補正ルーチンについて説明する。

図３を参照すると、ステップＳ１１でコントローラ７０は予備燃焼騒音の平均値ＰｉｌｏｔＣＮａｖｅを予備燃焼騒音判定値ＰＣＮｊと比較する。予備燃焼騒音の平均値ＰｉｌｏｔＣＮａｖｅが予備燃焼騒音判定値ＰＣＮｊより大きければ、予備燃焼は実行されたと考えられる。一方、予備燃焼騒音の平均値ＰｉｌｏｔＣＮａｖｅが予備燃焼騒音判定値ＰＣＮｊ以下であれば、予備燃焼は実行されていないと考えられる。

図４は予備燃焼が筒内圧力変化に及ぼす影響を示すダイアグラムである。予備燃焼が行なわれるケース（ａ）では予備燃焼が行なわれないケース（ｂ）に対して、予備燃焼期間中の圧力変化の振幅が明らかに大きい。こうした圧力変化の振幅の大小は音響センサや振動センサで検出することができる。この発明は、音響センサや振動センサが検出する圧力変化の振幅の違いから、予備燃焼が実際に行なわれたかどうかを判定している。

さて、ステップＳ１１で予備燃焼が実行されたと判定された場合には、コントローラ７０は何もせずにルーチンを終了する。

ステップＳ１１で予備燃焼が実行されていないと判定された場合には、予備噴射燃料が主噴射燃料とともに燃焼することを意味する。この場合には、コントローラ７０はステップＳ１２で予備噴射量の前回値ＰｉｌｏｔＱ（ｎ−１）に予備噴射量インクリメントＰｉｌｏｔＱｃｏｒを加えることで、新たな予備噴射量ＰｉｌｏｔＱ（ｎ）を算出する。なお、予備噴射量の初期値はあらかじめ予備燃焼可能な最小値の付近に設定しておく。ステップＳ１２の処理の後、コントローラ７０はルーチンを終了する。

以上の処理の結果、次の燃焼サイクルでは新たな予備噴射量ＰｉｌｏｔＱ（ｎ）のもとで予備噴射が行なわれ、再び図２の予備燃焼騒音計算ルーチンと図３の予備燃料噴射量補正ルーチンが実行される。

以上のルーチン実行により、予備燃焼騒音から予備燃焼が行なわれたかどうかを判定し、予備燃焼が行なわれなかった場合に限って、予備燃料噴射量の増量が行なわれることになる。

図５を参照すると、特許文献１による従来装置においては、予備燃料噴射量の補正量を燃焼音が最小となるＢ点に制御していた。Ｂ点は、燃焼音のみをパラメータとして決定されるので、燃焼音は小さく押えられても，燃費や排気組成を悪化させる恐れがある。図の縦軸の燃焼音制御値は、予備噴射なしの場合の燃焼音検出値を１として燃焼音を係数で表した値である。この発明による燃料噴射制御装置は、例えば図のＡ点に示すように、予備燃料噴射量を確実に予備燃焼が実行される最小の補正量に制御する。したがって、予備燃料噴射量が過度に増量されるのを抑制し、燃費や排気組成の悪化を防止しつつ、予備燃焼の実行を確実に行なわせることで内燃機関１の燃焼騒音を抑制することができる。

なお、予備燃焼が行なわれている場合で、かつ主燃焼期間中の燃焼騒音が大きい場合には、予備燃料噴射量以外のパラメータ、例えば、予備噴射タイミング、主噴射タイミング、排気還流（ＥＧＲ）率のいずれかの制御により主燃焼騒音の低減を図ることが望ましい。

以上の実施形態では内燃機関１の燃焼音または振動を検出する手段として音響センサ１３を用いているが、音響センサ１３に代えて振動センサを用いても良い。

以上の実施形態では内燃機関１の各気筒に音響センサ１３を設け、コントローラ７０は各気筒の予備燃焼騒音の平均値ＰｉｌｏｔＣＮａｖｅに基づき気筒別に予備燃料噴射量を補正している。しかしながら、特定の気筒にのみ音響センサ１３を設け、音響センサ１３の検出値から計算される予備燃焼騒音の平均値ＰｉｌｏｔＣＮａｖｅに基づき全気筒の予備燃料噴射量を補正することも可能である。

この発明による燃料噴射制御装置を備えた圧縮着火式内燃機関の概略構成図である。この発明によるコントローラが実行する予備燃焼の判定ルーチンを説明するフローチャートである。コントローラが実行する予備噴射量の補正ルーチンを説明するフローチャートである。予備燃焼が筒内圧力変化に及ぼす影響を示すダイアグラムである。予備燃料補正量と燃焼音との関係を示すダイアグラムである。

符号の説明

１内燃機関
１３音響センサ
４０燃料噴射弁
７０コントローラ

Claims

予備噴射と主噴射とを行なう燃料噴射装置を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、内燃機関の燃焼音または振動を検出する検出手段と、内燃機関の燃焼音または振動に基づき予備燃焼が行なわれたかどうかを判定する判定手段と、判定手段の判定結果に基づき燃料噴射装置の予備噴射量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
内燃機関は多気筒内燃機関であり、検出手段は各気筒の燃焼音または振動を検出するように構成され、判定手段は各気筒の燃焼音または振動に基づき気筒毎に予備燃焼が行なわれたかどうかを判定し、制御手段は判定手段の判定結果に基づき気筒毎に燃料噴射装置の予備噴射量を制御するよう構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
判定手段は予備燃焼期間中の燃焼音または振動を積算し、積算した値を積算回数で除した平均値を計算し、平均値が所定の判定値より大きい場合には予備燃焼が行なわれたと判定し、平均値が所定の判定値より小さい場合には予備燃焼が行なわれていないと判定するよう構成される、ことを特徴とする請求項１または２の内燃機関の燃料噴射制御装置。
予備燃焼期間中の燃焼音または振動は、主燃焼中の燃焼音または振動を1とした係数で表される、ことを特徴とする請求項３の内燃機関の燃料噴射制御装置。
予備燃焼期間は予備燃料噴射の開始から一定の期間である、ことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
予備燃焼期間は予備燃料噴射の開始から主噴射の開始に至る期間である、ことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
予備燃焼期間は予備燃料噴射の開始から検出手段が検出する内燃機関の燃焼音または振動が所定の振幅を超えるまでの期間である、ことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
予備燃焼期間中の燃焼音または振動は、予備燃焼期間中の燃焼音または振動の各サイクルのピーク値で表される、ことを特徴とする請求項3から７のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
予備燃焼期間中の燃焼音または振動は、予備燃焼期間中の燃焼音または振動の各サイクルの平均値で表される、ことを特徴とする請求項3から７のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
制御手段は、判定手段が予備燃焼が行なわれていないと判定した場合に、次の燃焼サイクルにおける予備燃料噴射量を増量補正するように構成される、ことを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
制御手段は、判定手段が予備燃焼が行なわれたと判定した場合に、次の燃焼サイクルにおける予備燃料噴射量を維持するように構成される、ことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
制御手段は予備燃料噴射量の増量補正を燃焼サイクルごとに一定量ずつ行うようにさらに構成される、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
主燃焼量の燃焼音に応じて予備噴射量以外のパラメータを補正する手段とともに用いるように構成される、ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
予備噴射量以外のパラメータは予備噴射タイミング、主噴射タイミング、排気還流率のいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
予備噴射と主噴射とを行なう燃料噴射装置を備えた内燃機関の燃料噴射制御方法において、内燃機関の燃焼音または振動を検出し、内燃機関の燃焼音または振動に基づき予備燃焼が行なわれたかどうかを判定し、判定手段の判定結果に基づき燃料噴射装置の予備噴射量を制御することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。