JP2010185436A - エンジンの制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの燃焼状態が変化したとき、ユーザが燃焼音の変化に気づきにくいエンジンの制御システムを提供すること。
【解決手段】エンジンの燃焼状態を、通常の燃焼状態と、A/F値が前記通常の燃焼状態よりも小さい特定燃焼状態との間で切替可能な燃焼状態切替手段と、前記特定燃焼状態における燃焼音の音圧を、前記通常の燃焼状態における燃焼音の音圧よりも大きく設定する音圧設定手段と、を備えることを特徴とするエンジンの制御システム。
【選択図】 図１

Description

本発明はエンジンの制御システムに関する。

従来、空燃比が通常の状態（以下、通常の燃焼状態とする）のときにNOxを吸蔵し、ある程度のNOxを吸蔵した後、空燃比をリッチにして触媒に吸蔵したNOxを還元除去する排気浄化装置が知られている（特許文献１参照）。空燃比をリッチにする手法としては、エンジン筒内でリッチガスを作り出す手法が知られている。

特開２００５―４２７１５号公報

通常の燃焼状態から、エンジン筒内でリッチガスを作り出した状態（以下、リッチ燃焼状態とする）へ移行したとき、燃焼音が変化すると、ユーザが違和感を感じてしまう。このとき、通常の燃焼状態のときと、リッチ燃焼状態のときとで、単に、燃焼音の音圧を同等にしても、ユーザは燃焼音の違いに気づいてしまう。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、エンジンの燃焼状態が変化したとき、ユーザが燃焼音の変化に気づきにくいエンジンの制御システムを提供することを目的とする。

本発明のエンジンの制御システムは、エンジンの燃焼状態を、通常の燃焼状態と、A/F値が通常の燃焼状態よりも小さい特定燃焼状態との間で切替可能である。そして、本発明のエンジンの制御システムは、特定燃焼状態における燃焼音の音圧を、通常の燃焼状態における燃焼音の音圧よりも大きく設定する。なお、音圧の比較は、エンジンの回転数等が等しい条件で行うものとする。
本発明によれば、特定燃焼状態における燃焼音と、通常の燃焼状態における燃焼音とが、官能上（ユーザの感覚として）、同等に聞こえるようにすることができる。そのため、例えば、通常の燃焼状態から、特定燃焼状態に切り替えたとき、又は、特定燃焼状態から、通常の燃焼状態に切り替えたとき、ユーザは燃焼音の変化に気付きにくく、違和感を感じてしまうようなことが起こりにくい。

前記特定燃焼状態としては、例えば、リッチ燃焼状態、又はＥＧＲ率が通常の燃焼状態よりも高い状態が挙げられる。リッチ燃焼状態とは、例えば、ＮＯｘ浄化触媒に吸蔵されたＮＯｘをパージする目的で、Ａ／Ｆ値を通常の燃焼状態における値（例えば３０）よりも低く（例えば１４．５以下に）した状態である。ＥＧＲ率が通常の燃焼状態よりも高い状態としては、例えば、ＰＣＣＩ（Premixed Charge Compression Ignition）の状態が挙げられ、その場合のＡ／Ｆ値は、例えば、１６〜１８である。

通常の燃焼状態及び特定燃焼状態における燃焼音の音圧は、例えば、ＥＧＲ率、エンジンの着火時期、又はその両方を調整することにより、変化させることができる。具体的には、例えば、ＥＧＲ率を小さくすることで、音圧を大きくし、着火時期を進角側にずらすことで、音圧を大きくすることができる。

本発明のエンジンの制御システムは、例えば、エンジンの排気通路にＮＯｘ浄化触媒を備え、ＮＯｘ浄化触媒の浄化能力を回復させるとき、特定燃焼状態に切り替えるものとすることができる。

エンジンの制御システムの構成を表すブロック図である。 エンジンの制御システムが実行する処理を表すフローチャートである。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
１．ディーゼルエンジンの制御システムの構成
本発明を適用するディーゼルエンジンの制御システムを図１に基づいて説明する。図１はディーゼルエンジンの制御システムを示す全体構成図である。
ディーゼルエンジン（以下エンジン１と略す）には、コモンレール３に蓄圧されている高圧燃料を、エンジン１のシリンダヘッドに取り付けられたインジェクタ４から燃焼室に噴射するコモンレール式の噴射システムが採用されている。また、エンジン１は、排気の一部を吸気に戻すためのＥＧＲ機能を備える。このＥＧＲ機能は、吸気通路５と排気通路７とを連通するＥＧＲ通路９と、このＥＧＲ通路９を還流する排気ガス量を調節するＥＧＲバルブ１１とで構成される。吸気通路５には、ディーゼルスロットル１５（以下スロットル１５と呼ぶ）を具備している。エンジン１の筒内には、スロットル１５から新たに吸入されるガスとともに、ＥＧＲ通路９からの排気ガスが導入される。エンジン１の筒内に導入される全ガス量のうち、ＥＧＲ通路９からの排気ガスが占める割合をＥＧＲ率とする。ＥＧＲ率は、スロットル１５の開度、及びＥＧＲバルブ１１の開度により変化する。
排気通路７には、ＥＧＲ通路９との接続点より下流側に、排気ガスのＯ₂濃度を検出するＯ₂ センサ２１が取り付けられている。また、排気通路７には、Ｏ₂ センサ２１より下流側に、ＮＯｘ浄化触媒２２が取り付けられている。ＮＯｘ浄化触媒２２は、エンジン１の燃焼状態が通常の燃焼状態であって、排気がリーン状態のときは、排気中のＮＯｘを吸着する。エンジン１の燃焼状態がリッチ燃焼状態になると、吸着していたＮＯｘをパージする。
前記Ｏ₂ センサ２１で検出される信号は、本システムの作動を制御する電子制御装置（以下ＥＣＵ２３と呼ぶ）に出力される。また、本システムには、上記Ｏ₂ センサ２１の他にも、エンジン１の回転角に同期して信号を出力する回転角センサ２５、アクセルペダルの踏み込み量からアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２７等が設けられ、それぞれ検出された各種情報がＥＣＵ２３に出力される。
ＥＣＵ２３は、スロットル１５の開度、ＥＧＲバルブ１１の開度、エンジン１の筒内（以下、単に筒内とする）にインジェクタ４が燃料を噴射するときの噴射量、噴射圧等を制御する。なお、燃料の噴射には、パイロット噴射とメイン噴射とがあり、ＥＣＵ２３は、それぞれの噴射量、噴射圧を制御する。また、ＥＣＵ２３は、メイン噴射時期とパイロット噴射時期を調整することにより、エンジン１の着火時期を調整することができる。
また、ＥＣＵ２３は、エンジン１の燃焼状態を、通常の燃焼状態、及びリッチ燃焼状態のうちのいずれかに切替可能である。通常の燃焼状態では、Ａ／Ｆ値は約３０であり、リッチ燃焼状態では、Ａ／Ｆ値が１４．５以下である。ＥＣＵ２３は、スロットル１５の開度と、エンジン筒内に噴射される燃料噴射量とを制御することにより、エンジン１の燃焼状態を切り替える。例えば、通常の燃焼状態からリッチ燃焼状態に切り替える場合は、スロットル１５の開度を小さくするとともに、エンジン筒内に噴射される燃料噴射量を増す。逆に、リッチ燃焼状態から、通常の燃焼状態に切り替える場合は、スロットル１５の開度を大きくするとともに、エンジン筒内に噴射される燃料噴射量を減らす。
なお、ＥＣＵ２３は、内蔵するＲＯＭ（図示略）に、通常の燃焼状態、及びリッチ燃焼状態のそれぞれにおける設定パラメータ（着火時期、ＥＧＲ率、スロットル１５の開度、ＥＧＲバルブ１１の開度、燃料噴射量、燃料噴射圧等）を記憶しており、その記憶したパラメータに基づき制御を行う。
２．ディーゼルエンジンの制御システムが実行する処理
ディーゼルエンジンの制御システム（特にＥＣＵ２３）が実行する処理の概要を図２のフローチャートに基づいて説明する。図２に示す処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。

ステップ１０では、ＮＯｘ浄化触媒２２に吸着されたＮＯｘをパージするタイミングに達しているか否かを判断する。この判断方法としては、例えば、前回、ＮＯｘをパージしてからのエンジン１の積算回転数、又は車両の積算走行距離を算出し、それらの値が所定の基準値を超えていれば、ＮＯｘをパージするタイミングに達していると判断し、所定の基準値に未だ達していなければ、ＮＯｘをパージするタイミングに達していないと判断することができる。ＮＯｘをパージするタイミングに達している場合はステップ２０に進み、ＮＯｘをパージするタイミングに達していない場合は本処理を終了する。

ステップ２０では、エンジン１の燃焼状態を、通常の燃焼状態から、リッチ燃焼状態に切り替える。具体的には、スロットル１５の開度を、通常の燃焼状態の場合よりも小さくするとともに、エンジン筒内に噴射される燃料噴射量を、通常の燃焼状態の場合よりも増し、Ａ／Ｆ値を１４．５以下とする。また、ＥＧＲ率、着火時期を、表１におけるＲ４のように設定する。なお、表１には、通常の燃焼状態におけるＡ／Ｆ値、ＥＧＲ率、及び着火時期も併せて示す。

上記表１に示すように、通常の燃焼状態における燃焼音の音圧は８１ｄＢであった。一方、表１のＲ４（リッチ燃焼状態）における燃焼音の音圧は８４ｄＢであった。なお、いずれの場合でも、音圧の測定条件は、エンジン１の回転数：１６００ｒｐｍ、QFIN：１５ｍｍ³/ｓｔとした。

ステップ３０では、ＮＯｘのパージが終了したか否かを判断する。具体的には、触媒に供給した還元剤が触媒後にすり抜けてきた場合、ＮＯｘのパージが終了したと判断し、ステップ４０に進む。一方、未だ触媒に供給した還元剤が触媒後にすり抜けてこなければ、ＮＯｘパージが継続しているとみなしステップ３０に留まる。
ステップ４０では、エンジン１の燃焼状態を、リッチ燃焼状態から、通常の燃焼状態に切り替える。具体的には、スロットル１５の開度を、リッチ燃焼状態の場合よりも大きくするとともに、エンジン筒内に噴射される燃料噴射量を、リッチ燃焼状態の場合よりも減らし、Ａ／Ｆ値を３０にする。また、ＥＧＲ率、着火時期を、表１に示す通常の燃焼状態の値に戻す。
３．ディーゼルエンジンの制御システムが奏する効果
ディーゼルエンジンの制御システムによれば、リッチ燃焼状態のときの燃焼音と、通常の燃焼状態のときの燃焼音とが、官能上、同等に聞こえる。そのため、通常の燃焼状態から、リッチ燃焼状態に切り替えたとき、また、リッチ燃焼状態から、通常の燃焼状態切り替えたとき、ユーザは燃焼音の変化に気づきにくく、違和感を感じてしまうようなことがない。
この効果を、以下の実験により実証した。リッチ燃焼状態のときのＡ／Ｆ値、ＥＧＲ率、着火時期、及び音圧を上記表１におけるＲ１〜Ｒ５のように設定した。一方、通常の燃焼状態における設定は、上記表１のとおりであり、その場合の音圧は８１ｄＢであった。
５人の被験者Ａ〜Ｅに、通常の燃焼状態における燃焼音と、リッチ燃焼状態のときの燃焼音とを聞き比べさせ、以下の基準で判断させた。
○：同等に聞こえる。
△：リッチ燃焼状態のときの燃焼音の方が静かに聞こえる
×：リッチ燃焼状態のときの燃焼音の方がうるさく聞こえる
試験結果を上記表１に示す。表１に示すように、リッチ燃焼状態における燃焼音の音圧を、通常の燃焼状態における燃焼音の音圧より大きくすること（表１におけるＲ２〜Ｒ５）により、リッチ燃焼状態における燃焼音と、通常の燃焼状態における燃焼音との、官能上での違いを、音圧が同じである場合（表１におけるＲ１の場合）よりも小さくすることができた。特に、表１におけるＲ４の場合は、燃焼音の官能上での違いを、顕著に小さくすることができた。
このように、音圧が異なる場合に、官能上、同等に聞こえる理由は、通常の燃焼状態と、リッチ燃焼状態とでは、筒内酸素状態の違いに起因して燃え方が異なり、燃焼音の周波数成分が異なるためであると推測される。

尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

例えば、ディーゼルエンジンの制御システムは、通常の燃焼状態、及びリッチ燃焼状態に加えて、ＰＣＣＩ（Premixed Charge Compression Ignition）状態を実現できるものであってもよい。ＰＣＣＩ状態は、ＥＧＲ率が通常の燃焼状態よりも高く、Ａ／Ｆ値が１６〜１８の状態である。
ＰＣＣＩ状態における燃焼音の音圧を、通常の燃焼状態における燃焼音の音圧と同じとすると、リッチ燃焼状態の場合と同様に、ＰＣＣＩ状態における燃焼音の方が、通常の燃焼状態における燃焼音よりも、官能上、静かに聞こえてしまう。そこで、ＰＣＣＩ状態のときの燃焼音の音圧を、通常の燃焼状態における燃焼音の音圧より大きくすることにより、ＰＣＣＩ状態における燃焼音と、通常の燃焼状態における燃焼音とを、官能上、同等に聞こえるようにすることができる。
また、ＮＯｘ浄化触媒２２に吸着したＮＯｘ量を検出するセンサを備え、そのセンサの検出値に基づいて、ＮＯｘ浄化触媒２２に吸着されたＮＯｘをパージするタイミングに達しているか否かを判断するようにしてもよい。

１・・・エンジン、３・・・コモンレール、４・・・インジェクタ、５・・・吸気通路、
７・・・排気通路、９・・・ＥＧＲ通路、１１・・・ＥＧＲバルブ、１５・・・スロットル、
２１・・・Ｏ₂センサ、２２・・・ＮＯｘ浄化触媒、２３・・・ＥＣＵ、２５・・・回転角センサ

Claims (4)

1. エンジンの燃焼状態を、通常の燃焼状態と、A/F値が前記通常の燃焼状態よりも小さい特定燃焼状態との間で切替可能な燃焼状態切替手段と、
   前記特定燃焼状態における燃焼音の音圧を、前記通常の燃焼状態における燃焼音の音圧よりも大きく設定する音圧設定手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの制御システム。
2. 前記特定燃焼状態とは、リッチ燃焼状態、又はＥＧＲ率が前記通常の燃焼状態よりも高い状態であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御システム。
3. 前記音圧設定手段は、ＥＧＲ率、及び／又は、前記エンジンの着火時期を調整することにより、前記音圧を変化させることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御システム。
4. 前記エンジンの排気通路にＮＯｘ浄化触媒を備え、
   前記燃焼状態切替手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒の浄化能力を回復させるとき、前記特定燃焼状態に切り替えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの制御システム。

Images