JP2010164013A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オンボード上での補正制御を行うことなく、特に過渡運転時の失火抑制を図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】燃料噴射マップ１ａは、失火を生じることがないように適合工程を経ている。その適合は、エンジン１００において失火を生じさせる各種因子を考慮して行われる。これらの因子には、エンジン１００が定常状態で稼動している際に失火の原因として考慮すべき定常運転時因子が含まれる。定常運転時因子は、燃料のセタン価、エアフロメータの製品精度、各パイロット噴射量のバラツキ、ＮＥセンサの製品精度、ＥＧＲクーラの状態である。また、過渡運転時に失火の原因となり得る過渡運転時因子として筒内酸素濃度低下量も含まれる。これらの因子が燃料噴射マップ１ａに反映されている。このため、実際にエンジン１００に搭載されたときに、失火を抑制するための補正制御等は行われない。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置に関する。

従来、燃焼安定性確保のため、空気過剰率を減少制御するときに、目標主噴射時期を進角補正し、目標副噴射量（パイロット噴射量）を増量補正し、目標噴射圧を増圧補正させる内燃機関の制御装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−１２９８９０号公報

しかしながら、前記従来の内燃機関の制御装置は、定常運転状態からアクセルが踏み込まれ、燃料噴射量が急激に増大し、筒内酸素濃度が低減する過渡運転時に対する十分な対策が取られておらず、失火を生じるおそれがある。このような現象を生じる原因として、制御各部の反応遅れ等が考えられる。

そこで、本発明は、オンボード上での補正制御を行うことなく、特に過渡運転時の失火抑制を図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、燃焼状態に関与する過渡運転時因子を、予め定常運転燃料噴射マップに反映させて作成された燃料噴射マップを備えたことを特徴としている。

このような燃料噴射制御装置は、予め想定される悪条件での燃焼を考慮して燃料噴射マップを作成しているので、エンジンが車両に搭載され、実際に走行している時の補正制御が不要となる。

ここで、前記過渡運転時因子は、過渡運転時の筒内酸素濃度低下量とすることができる。筒内酸素濃度は、失火に影響を与えるので、過渡運転時の筒内酸素濃度低下量を反映させた燃料噴射マップに基づいて燃料噴射を行うようにすれば、失火を効果的に抑制することができる。

このような筒内酸素濃度低下量は、筒内圧と筒内ガス温と新気量とに基づいて筒内吸入空気量及びＥＧＲ率を算出し、算出された筒内吸入空気量及びＥＧＲ率と、予め与えられた最小空気過剰率とに基づいて最小筒内酸素濃度を算出し、前記定常運転燃料噴射マップに基づいて算出される筒内酸素濃度と前記最小筒内酸素濃度との差分として算出することができる。ここで、最小空気過剰率を考慮することにより、スモークの発生も抑制することができる。

前記定常運転燃料噴射マップには、燃焼状態に関与する定常運転時因子を反映させておくことができる。ここで、定常運転時因子には、使用される燃料のセタン価、エアフロメータの製品精度等に起因する新気量のバラツキ、回転数センサ（ＮＥセンサ）のバラツキ、圧縮比の測定値のバラツキ等を含めることができる。また、各パイロット噴射量のバラツキを考慮することができる。さらに、ＥＧＲクーラを備える場合に、ＥＧＲクーラの製品の劣化具合等も含めることができる。これらの因子に対し余裕を持たせた燃料噴射マップとすることで、失火の抑制が図られる。これらの因子は、いずれも失火に関与するものである。これらの因子は、失火を起こす方向に余裕をみて評価される。この余裕を大きく取れば取るほど、失火が発生する確率は低下することになる。

上記のような燃料噴射マップは、パイロット噴射量とメイン噴射時期の少なくともいずれか一方を変更する。これらの制御を行うことにより、失火を抑制することができる。

本発明によれば、オンボード上での補正制御を行うことなく、特に過渡運転時の失火抑制を図ることができる。

図１は、燃料噴射制御装置を備えたエンジンの模式的に示した説明図である。 図２は、因子一覧を示す図である。 図３は、過渡運転時の吸気圧、インマニ内ガス温、新気量、λ、ＥＧＲ率、筒内酸素濃度の変化の説明図である。 図４は、過渡運転時の筒内酸素濃度の変化を示すグラフである。 図５は、筒内酸素濃度低下量を示すグラフである。

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、燃料噴射制御装置に相当するＥＣＵ（Electronic control unit）１を備えたエンジン１００の模式的に示した説明図である。エンジン１００は、４気筒のディーゼルエンジンである。ＥＣＵ１は、内部に燃料噴射マップ１ａを備えている。燃料噴射マップ１ａは、パイロット噴射量とメイン噴射時期の制御に用いられる。本実施例における燃料噴射マップ１ａは、失火を生じることがないように適合工程を経ている。そして、その適合は、エンジン１００において失火を生じさせる各種因子を考慮して行われる。これらの因子には、エンジン１００が定常状態で稼動している際に失火の原因として考慮すべき定常運転時因子が含まれる。ここで、本実施例における定常運転時因子は、具体的には、燃料のセタン価、エアフロメータの製品精度、各パイロット噴射量のバラツキ、ＮＥセンサの製品精度、ＥＧＲクーラの状態としている。なお、本発明における定常運転燃料噴射マップは、これらの定常運転時因子を反映させていない状態のマップを採用することもできるが、本実施例では、前記のような定常運転時因子を加味した状態のマップを定常運転燃料噴射マップとしている。

失火を生じさせる因子には、過渡運転、すなわち、定常運転状態からアクセルが踏み込まれ、回転数が急激に上昇するような運転時に、失火の原因となり得る過渡運転時因子も含まれる。本実施例における過渡運転時因子は、具体的には、筒内酸素濃度低下量としている。燃料噴射マップ１ａは、このような過渡運転時因子を予め定常運転燃料噴射マップに反映させて作成されている。このため、実際にエンジン１００に搭載されたときに、失火を抑制するための補正制御等が行われることがない。

エンジン１００は、気筒２ａが設けられたエンジン本体２にインテークマニホールド３、エキゾーストマニホールド４が取り付けられている。インテークマニホールド３には吸気管５が接続されている。エキゾーストマニホールド４には排気管６が接続されると共に、排気再循環装置（ＥＧＲ装置）を構成するＥＧＲ管７の一端が接続されている。ＥＧＲ管７の他端は吸気管５に接続されている。ＥＧＲ管７には、ＥＧＲクーラ７ａが装着されている。また、ＥＧＲ管７には、ＥＧＲ弁８が装着されている。このＥＧＲ弁８は、ＥＣＵ１に電気的に接続される。排気管５には、エアフロメータ９が接続されている。エアフロメータ９は、ＥＣＵ１に電気的に接続されている。ＥＣＵ１には、各気筒２ａ内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が電気的に接続されている。

次に、以上のようエンジン１００に搭載される燃料噴射マップ１ａの作成について説明する。
燃料噴射マップ１ａは、運転条件毎に作成されたマップの集合である。すなわち、運転条件毎の複数のマップが燃料噴射マップ１ａを形成し、ＥＣＵ１内に格納されることとなる。以下、１枚のマップの作成について説明する。実際には、以下に説明するマップの作成工程を運転状態毎に繰り返し行い、複数のマップを作り上げる。以下で説明する運転条件は、エンジン回転数Ｎ１ｒｐｍの状態からアクセルが踏み込まれ、燃料の噴射量がｑ１ｍｍ^３増量される場合である。

定常運転時因子について
まず、定常運転時因子の評価を行っておく。各因子の評価については、図２の因子一覧に纏められている。定常運転時因子は、いわば、製品のバラツキを補償する意味合いが強く、最も過酷と考えられる条件に設定されており、運転状態によって変化することはない。
まず、燃料について、エンジン１００に使用が予想され燃料の中で最もセタン価が低いものを想定する。セタン価が低いほど失火を起こす確率が高くなるため、最も条件の悪い状態を想定し、このような燃料が使用された場合であっても失火が発生しないようにする措置である。

また、エアフロメータ９に関し、その製品バラツキを考慮した評価を行っておく。例えば、エアフロメータ９の測定表示が＋α％と評価されたとする。エアフロメータ９による測定値が＋（プラス）側にバラツキが生じるとすると、ＥＧＲ量は増加しようとする。ＥＧＲ量が増加されると失火を起こし易くなる。そこで、エアフロメータ９の測定値には、＋α％のバラツキがみられることがあると評価する。このように評価しておくことにより、エアフロメータ９のバラツキに起因する失火を抑制することができる。

また、各パイロット噴射量についてのバラツキを評価行っておく。パイロット噴射は、燃料噴射弁１０によって行われる。このパイロット噴射量も、燃料噴射弁１０の精度や、その他の原因により、実際の噴射指令と、実際にパイロット噴射された噴射量との間に隔たりが生じることがある。実際のパイロット噴射量が実際の噴射指令と比較して少なくなると、その分、失火を起こし易くなる。そこで、バラツキ分を減量方向に評価しておく。このような評価をしておくことにより、パイロット噴射量が少ない場合であっても失火を抑制することができる。

また、圧縮比のバラツキの評価を行っておく。圧縮比は、その値が小さいほど、失火を起こし易くなる。そこで、想定されるバラツキの下限を採用する。このような評価を行うことにより、圧縮比が低くなったときであっても失火を抑制することができる。

また、ＮＥセンサについて評価を行っておく。ＮＥセンサも製品の精度、その他の原因によって出力値にバラツキがみられる。ＮＥセンサのバラツキは、エンジン回転数の値を低く出力したときに失火を起こし易い。そこで、ＮＥセンサについては、想定されるバラツキの下限を採用する。このような評価を行うことにより、ＮＥセンサの出力が低くなったときであっても失火を抑制することができる。

また、ＥＧＲクーラについて評価を行っておく。ＥＧＲクーラは新品のときが最も冷却能力が高い。ＥＧＲクーラは、その使用時間が進行するに連れて、劣化し、その冷却能力は衰えてくる。ここで、ＥＧＲガスは、温度が低いほど、筒内で失火を引き起こす方向に作用する。そこで、ＥＧＲクーラについては、新品の状態として評価しておく。これにより、新品のＥＧＲクーラが用いられている状態において失火を抑制することができる。

過渡運転時因子について
次に、過渡運転時因子について説明する。本実施例では、過渡運転時因子として、上記のように筒内酸素濃度低下量を採用している。以下、筒内酸素濃度低下量の算出について説明する。

筒内酸素濃度低下量は、まず、筒内圧と筒内ガス温と新気量に基づいて筒内吸入空気量、ＥＧＲ率を算出する。続いて、算出された筒内吸入空気量とＥＧＲ率と、予め与えられた最小空気過剰率とに基づいて最小筒内酸素濃度を算出する。そして、定常運転燃料噴射マップに基づいて算出される筒内酸素濃度と最小筒内酸素濃度との差分として算出する。

なお、正確に筒内酸素濃度低下量を算出するには、筒内に各種センサを配置して、筒内圧、筒内ガス温のデータ取得を行うことが望ましい。ただし、本実施例では、インテークマニホールド３であれば、筒内とほぼ近似のデータを取得することができることから、インテークマニホールド３におけるデータを取得し、筒内酸素濃度低下量の算出を行っている。インテークマニホールド３において取得されるデータは、筒内圧に代わる吸気圧ｐｉｍと筒内ガス温に代わるインマニ内ガス温ｔｂである。

第１工程
まず、エンジン回転数Ｎ１ｒｐｍの状態からアクセルが踏み込まれ、燃料の噴射量がｑ１ｍｍ^３増量されるときの吸気圧ｐｉｍとインマニ内ガス温ｔｂと新気量ｇｎを取得する。これらの値の変化を図３に示す。例えば、噴射量Ｑ１〜Ｑ２への噴射量の増量分がｑ１ｍｍ^３であるとき、吸気圧ｐｉｍ、インマニ内ガス温ｔｂ、新気量ｇｎは、応答遅れにより、その変化量は０となる。従って、図３中、増量後の値は、増量前の値が、ほぼそのままスライドした値となっている。

第２工程
次に、吸気圧ｐｉｍ、インマニ内ガス温ｔｂ、新気量ｇｎを用いて、筒内吸入空気量ｇｃｙｌを算出する。
筒内吸入空気量ｇｃｙｌは以下の式によって算出される。
ｇｃｙｌ＝（ＴＢＢＳＥ／ｔｂ）×（ａ×ｐｉｍ＋ｂ）
ここで、ＴＢＢＳＥ、ａ、ｂはいずれも定数である。ＴＢＢＳＥは温度補正を行うためのものであり、ａは筒内への空気の入り易さを補正する定数である。ａは、例えば、過給機エンジンであるときは、その値が高くなる。また、スワールコントロールバルブが装着されている場合等は、その動作によって変更されることがある。また、ｂは、筒内の圧力が大気との比較で高かったり低かったりすることを補正するものとなっている。

第３工程
次に、ＥＧＲ率ｅｇｒを算出する。ＥＧＲ率ｅｇｒは以下の式によって算出される。
ｅｇｒ＝（ｇｃｙｌ−ｇｎ）／ｇｃｙｌ
算出されたＥＧＲ率ｅｇｒは、図３に示すような変化を示す。

第４工程
次に、吸気酸素濃度ｒｏｘｉを算出する。吸気酸素濃度ｒｏｘｉは、以下の式から算出される。
ｒｏｘｉ＝２３．３×（１−ｅｇｒ／λ）
この式は、理論式から求められた近似式である。
ここで、λは、空気過剰率であり、一般的に、
λ＝（Ａ／Ｆ）／１４．６
の式により算出される。ここで、Ａは新気量ｇｎに相当する。また、Ｆは、燃料噴射量である。
吸気酸素濃度ｒｏｘｉと空気過剰率λとはこのような関係がある。
ここで、空気過剰率λに関し、エンジン１００におけるスモーク低減の観点から、最小空気過剰率λｍｉｎが予め与えられている。
このように最小空気過剰率λが与えられたときの吸気酸素濃度ｒｏｘｉが、最小筒内酸素濃度ｒｏｘｉｍｉｎとなる。

第５工程
次に、筒内酸素濃度低下量を算出する。ただし、本実施例では、吸気酸素濃度低下量として算出されている。吸気酸素濃度低下量Ｘは、図３の最下に示すグラフから容易に算出することができる。すなわち、吸気酸素濃度低下量Ｘは、増量前の定常状態で稼動しているときの値から増量後の値を減算することにより求められる。

以上の工程により、エンジン回転数Ｎ１ｒｐｍの状態からアクセルが踏み込まれ、燃料の噴射量がｑ１ｍｍ^３増量されるときの筒内酸素濃度低下量Ｘが求められる。この工程をエンジンの運転条件毎に行い、噴射量と、筒内酸素量の関係として表すと、図４に示すグラフを得ることができる。そして、定常運転時因子のみが反映された定常運転燃料噴射マップが描く曲線で示される筒内酸素濃度と、上記で算出された最小筒内酸素濃度ｒｏｘｉｍｉｎとの差分を求めることにより各噴射量での筒内酸素濃度低下量が算出される。なお、吸気酸素濃度低下量Ｘは、筒内酸素濃度低下量と近似の値であり、本実施例では吸気酸素濃度低下量Ｘを筒内酸素濃度低下量Ｘとして採用している。

図５は、図４に示したグラフを参照し、エンジン回転数と噴射量とに関連して筒内酸素濃度低下量の領域を纏めたものである。具体的には、図４は、エンジン回転数がＮ１ｒｐｍのときを示すグラフであるので、Ｎ１ｒｐｍ以外の多くのエンジン回転数毎に上記と同様の作業を行って図４と同様のグラフを作成し、それらをエンジン回転数−噴射量のグラフに纏めたものが図５である。図５中、０＜ｉ＜ｉｉ＜ｉｉｉの関係を有している。

以上のように求められた図５を参照することにより、図２中の筒内酸素濃度Ｘ％を算出することができる。

以上の工程を経ることにより、燃料噴射マップ１ａに反映すべき因子の評価が完了したことになる。

そして、これらに因子に基づいて、パイロット噴射量とメイン噴射時期に関するマップを作成する。具体的な措置としては、図２に示すようにパイロット噴射量を各因子の評価に応じて＋ｃ１ｍｍ^３〜＋ｃ７ｍｍ^３増量する設定を行う。また、メイン噴射時期を各因子の評価に応じて＋ｄ１ｄｅｇ〜＋７ｄｅｇ進角側に制御する設定を行う。

以上のように形成された燃料噴射マップ１ａは、最も過酷な条件を想定し、そのような条件となった場合であっても失火を起こさないように構成されている。従って、オンボード上での補正制御は不要である。

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。上記実施例では、エンジン１００はディーゼルエンジンとしているが、ガソリンエンジンの場合も、同様の要領で適合が行われた燃料噴射マップを備えた燃料噴射制御装置を用いることができる。また、上記実施例では、定常運転時因子として、燃料のセタン価、エアフロメータの製品精度、各パイロット噴射量のバラツキ、ＮＥセンサの製品精度、ＥＧＲクーラの状態を用いているが、これらの一部を因子としてもよいし、これら以外を因子として採用することもできる。

１…燃料噴射制御装置（ＥＣＵ） １ａ…燃料噴射マップ
２…エンジン本体 ２ａ…気筒
３…インテークマニホールド ４…エキゾーストマニホールド
５…吸気管 ６…排気管
７…ＥＧＲ管 ７ａ…ＥＧＲクーラ
８…ＥＧＲ弁 ９…エアフロメータ
１０…燃料噴射弁 １１…ＮＥセンサ
１００…エンジン

Claims (5)

1. 燃焼状態に関与する過渡運転時因子を、予め定常運転燃料噴射マップに反映させて作成された燃料噴射マップを備えたことを特徴とした燃料噴射制御装置。
2. 前記過渡運転時因子は、過渡運転時の筒内酸素濃度低下量であることを特徴とした請求項１記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記筒内酸素濃度低下量は、筒内圧と筒内ガス温と新気量とに基づいて筒内吸入空気量及びＥＧＲ率を算出し、算出された筒内吸入空気量及びＥＧＲ率と、予め与えられた最小空気過剰率とに基づいて最小筒内酸素濃度を算出し、前記定常運転燃料噴射マップに基づいて算出される筒内酸素濃度と前記最小筒内酸素濃度との差分として算出されたことを特徴とする請求項２記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記定常運転燃料噴射マップには、燃焼状態に関与する定常運転時因子が反映されていることを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記燃料噴射マップは、パイロット噴射量とメイン噴射時期の少なくともいずれか一方を変更することを特徴とした請求項１乃至４のいずれか一項記載の燃料噴射制御装置。

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