JP2011027035A - 噴射制御方法及び噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インジェクタの個体差や経年変化によらずパイロット噴射量を適正化する噴射制御方法及び噴射制御装置を提供する。
【解決手段】各気筒＃１〜＃４の出口におけるＮＯｘ濃度を測定し、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より高い気筒のインジェクタ２はパイロット噴射通電時間を減少させ、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より低い気筒のインジェクタ２はパイロット噴射通電時間を増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インジェクタの個体差や経年変化によらずパイロット噴射量を適正化する噴射制御方法及び噴射制御装置に関する。

従来より、エンジンの運転状態に応じて、メイン噴射に先行して少量の燃料を噴射するパイロット噴射を行うことにより、燃焼騒音抑制、振動抑制、ＮＯｘ低減、燃料消費率の改善などのエンジン性能の向上が図られている。

図６に示されるように、通電パルスの時間（インジェクタへの通電時間）は、１燃焼サイクルにおける噴射回数分のそれぞれについてエンジン状態から算出される。１燃焼サイクルでパイロット噴射とメイン噴射の２回噴射であれば、１燃焼サイクルで２つの通電パルスがインジェクタに通電されることになる。

詳しく述べると、メイン噴射のみの噴射では比較的着火遅れが長いエンジンの運転状態において、パイロット噴射が行われると、パイロット噴射による熱発生によりメイン噴射の着火遅れが短くなる。その結果、着火遅れに起因した初期燃焼が、パイロット噴射無しの時に比べて抑えられ、燃焼騒音と振動が抑制される。加えて、着火遅れが短縮されることによる着火性能の改善効果により、燃料消費率が改善される。さらに、パイロット噴射の燃焼生成ガスによる内部ＥＧＲの効果により、ＮＯｘが低減される。また、メイン噴射時期を遅角とすることが可能となり、ＮＯｘが低減される。

その一方で、パイロット噴射量を必要以上に多くした場合、煤の排出量が増える場合があるため、パイロット噴射量及びパイロット噴射時期は運転状態に応じて最適化する必要がある。

特開２００６−８３７１９号公報 特開２００７−２３９８８号公報

燃料噴射装置であるインジェクタの特性（通電時間に対する噴射量）が固体差によりばらついたり、経年変化により変化したりすると、目標とする最適パイロット噴射量を確保できなくなる。その結果として、多気筒エンジンにおいて、気筒ごとのパイロット噴射量にばらつきが生じる。気筒ごとのパイロット噴射量がばらつくと、パイロット噴射によるエンジン性能の改善効果を十分に発揮できなくなる。

例えば、４気筒エンジンにおいて１つの気筒のみが他の気筒よりもパイロット噴射量が少い場合、その気筒のみメイン噴射の着火遅れが長くなり、初期燃焼が活発となって燃焼騒音と振動が大きくなる。その結果、エンジン回転速度の気筒間変動が引き起こされ、滑らかな回転フィーリングが損なわれ、エンジン全体としての性能が低下する。また、着火遅れが長くなることから燃料消費率が悪化し、エンジン全体としての燃料消費率の悪化に繋がる。

逆に、１つの気筒のみが他の気筒よりもパイロット噴射量が多い場合、その気筒だけが煤の排出量が増加し、エンジン全体としての煤排出量が増加することになる。世界的に強化されている排気ガス規制に対応していくためには、このようなインジェクタの個体差や経年変化の影響を最小限に抑える技術が必要である。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、インジェクタの個体差や経年変化によらずパイロット噴射量を適正化する噴射制御方法及び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に本発明の噴射制御方法は、複数の気筒に通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタをそれぞれ設置し、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うエンジンの噴射制御方法において、各気筒の出口におけるＮＯｘ濃度を測定し、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より高い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を減少させ、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より低い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を増加させるものである。

前記測定されたＮＯｘ濃度によるパイロット噴射通電時間の増減は、エンジンの状態が所定時間以上継続して安定しているとき許可してもよい。

前記パイロット噴射通電時間の増減値は、パイロット噴射通電時間とＮＯｘ濃度との特性線に従い、測定されたＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度とから求めてもよい。

また、本発明の噴射制御装置は、複数の気筒にそれぞれ設置された通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタと、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うマルチ噴射制御部とを備えたエンジンの噴射制御装置において、各気筒の出口に設置されたＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサと、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より高い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を減少させ、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より低い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を増加させる通電時間増減部とを備えたものである。

エンジン回転速度の変化率が所定値以下であって、かつ、燃料噴射量の変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続しているとき、前記通電時間増減部によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するエンジン状態判定部を備えてもよい。

パイロット噴射通電時間とＮＯｘ濃度との特性線に基づいて設定され、測定されたＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度とからパイロット噴射通電時間の増減値が参照可能な通電時間増減値マップを備えてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）インジェクタの個体差や経年変化によらずパイロット噴射量を適正化することができる。

本発明の一実施形態を示す噴射制御装置の構成図である。 パイロット噴射通電時間対ＮＯｘ濃度特性を示すグラフである。 本発明の噴射制御装置で行うパイロット噴射通電時間増減のようすを説明するためのパイロット噴射通電時間対ＮＯｘ濃度特性を示すグラフである。 本発明の噴射制御装置におけるパイロット噴射通電時間増減の手順を示すフローチャートである。 本発明の噴射制御装置における目標ＮＯｘ濃度の設定手順を示すフローチャートである。 マルチ噴射におけるインジェクタへの通電電流と気筒内圧力の時間変化を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る噴射制御装置１は、複数の気筒にそれぞれ設置された通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタ２と、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うマルチ噴射制御部３とを備えたエンジン４の噴射制御装置１において、各気筒の出口に設置されたＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ５と、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より高い気筒のインジェクタ２はパイロット噴射通電時間を減少させ、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より低い気筒のインジェクタ２はパイロット噴射通電時間を増加させる通電時間増減部６と、エンジン回転速度の変化率が所定値以下であって、かつ、燃料噴射量の変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続しているとき、通電時間増減部６によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するエンジン状態判定部７と、パイロット噴射通電時間とＮＯｘ濃度との特性線に基づいて設定され、測定されたＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度とからパイロット噴射通電時間の増減値が参照可能な通電時間増減値マップ８と、エンジン状態から目標ＮＯｘ濃度が参照可能な目標ＮＯｘ濃度ベースマップ９と、吸入空気量に依存するＮＯｘ濃度の変化分を補正するための空気量依存補正マップ１０と、吸入空気温度に依存するＮＯｘ濃度の変化分を補正するための吸入空気温度依存補正マップ１１とを備える。

マルチ噴射制御部３、通電時間増減部６、エンジン状態判定部７、通電時間増減値マップ８は、従来よりエンジン制御に用いられているＥＣＵ（電子制御ユニット又はエンジン制御ユニット）に設けられるか、又はそれとは別のＥＣＵに設けられる。

エンジン４の周辺に設けられる部材及びセンサ類は、従来公知のものである。すなわち、エンジン４の各気筒＃１〜＃４の出口は排気マニフォールド１２に連通しており、排気マニフォールド１２には過給器１３のタービン１４に接続され、タービン１４には大気への排気管１５が接続されている。大気からの吸気管１６は、エアクリーナ１７を介して過給器１３のコンプレッサ１８に接続されている。吸気管１６のエアクリーナ１７の下流には、吸気の流量を測定する空気量センサ１９が配置されている。

コンプレッサ１８からの高圧空気管２０は、吸気マニフォールド２１に接続されている。排気マニフォールド１２には、ＥＧＲクーラ２２、ＥＧＲバルブ２３を備えたＥＧＲ配管２４が接続され、ＥＧＲ配管２４の下流は高圧空気管２０に接続されている。高圧空気管２０の吸気マニフォールド２１の上流に、吸気の温度を測定する温度センサ２５が配置されている。

各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２は、サプライポンプ２６からの燃料がコモンレール２７を介して供給されるようになっている。各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２は、ＥＣＵからの信号（通電パルス）を受けて、そのパイロット噴射通電時間だけ芯弁をリフトさせることで所望の噴射量を噴射する。噴射量は、パイロット噴射通電時間とコモンレール圧力とにより決まる。ここでは、コモンレール圧力は一定として説明する。

次に、噴射制御装置１の動作を説明する。

本発明は、個体差や経年変化のあるインジェクタのパイロット噴射量を適正化する方法として、図２の特性に注目したものである。すなわち、ある気筒においてパイロット噴射量が少ないときには、その気筒の出口におけるＮＯｘ濃度は低く、パイロット噴射量が多いときには、その気筒の出口におけるＮＯｘ濃度は高い。インジェクタの個体差や経年変化のため通電時間に対する噴射量がずれていれば、パイロット噴射量が本来の値からずれ、ＮＯｘ濃度が本来の値からずれる。しかし、気筒の出口におけるＮＯｘ濃度が低いときにその気筒のパイロット噴射量を増やすとＮＯｘ濃度は高くなり、気筒の出口におけるＮＯｘ濃度が高いときにその気筒のパイロット噴射量を減らすとＮＯｘ濃度は低くなるので、パイロット噴射量を増減することでＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度に制御できる。つまり、パイロット噴射通電時間を増減することで、インジェクタの個体差や経年変化による噴射量の増減分を補正することができる。

具体的には、図３に示されるように、測定されたＮＯｘ濃度を、あらかじめ実験により求めて設定した目標ＮＯｘ濃度と比較することにより、パイロット噴射量が本来の値より多いか少ないか又は適正であるかが判定できる。ここでは、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より高い。そこで、図３のグラフに従い、パイロット噴射通電時間を補正量だけ短縮すれば、ＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度に制御することができる。実際には、図３に示したパイロット噴射通電時間とＮＯｘ濃度との特性線に基づいて、測定されたＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度とからパイロット噴射通電時間の増減値（補正量に相当）が参照可能な通電時間増減値マップ８を設定しておき、この通電時間増減値マップ８を参照してパイロット噴射通電時間の増減値を決めることになる。

このように、気筒ごとのＮＯｘ濃度に基づいてパイロット噴射通電時間を増減することにより、インジェクタの個体差や経年変化によるパイロット噴射量の増減分を補正することができ、目標とする最適パイロット噴射量を気筒ごとのばらつきなく確保することが可能となる。その結果、燃焼騒音抑制、振動抑制、ＮＯｘ低減、燃料消費率の改善、煤の排出抑制など、エンジン性能の向上が図られる。

次に、本発明の噴射制御装置におけるパイロット噴射通電時間増減の詳しい手順を図４に基づき説明する。

ステップＳ１；エンジン状態判定部７は、エンジン冷却水温度が所定値Ｔｗｘ以上かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１を繰り返し、ＹＥＳであればステップＳ２へ進む。これは、エンジンが十分に暖気されているときのみ、ステップＳ５以降の通電時間増減部６によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するためである。

ステップＳ２；エンジン状態判定部７は、エンジン回転速度の変化率が所定値ＮＥｘ以下かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳであればステップＳ３へ進む。これは、エンジン回転速度がほぼ一定であるときのみ、ステップＳ５以降の通電時間増減部６によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するためである。

ステップＳ３；エンジン状態判定部７は、燃料噴射量の変化率が所定値Ｑｘ以下かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳであればステップＳ４へ進む。これは、燃料噴射量がほぼ一定であるときのみ、ステップＳ５以降の通電時間増減部６によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するためである。

ステップＳ４；エンジン状態判定部７は、安定時間が所定時間ＴＳｘ以上かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳであればステップＳ５へ進む。これは、ステップＳ１〜Ｓ３での判定において、エンジン冷却水温度が所定値Ｔｗｘ以上で、かつ、エンジン回転速度の変化率が所定値ＮＥｘ以下で、かつ、燃料噴射量の変化率が所定値Ｑｘ以下と判定されたエンジン状態が所定時間ＴＳｘ以上継続しているときのみ、ステップＳ５以降の通電時間増減部６によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するためである。このように、本発明の噴射制御装置１は、エンジン４が所定の定常運転で行われているときＮＯｘ濃度を測定することで、ＮＯｘ濃度を精度良く測定するようになっている。

ステップＳ５；通電時間増減部６は、各気筒のＮＯｘセンサ５によるＮＯｘ濃度測定、空気量センサ１９による吸入空気量測定、温度センサ２５による吸入空気温度測定を開始する。

ステップＳ６；通電時間増減部６は、各センサによる測定値が集まると測定を終了する。

ステップＳ７；通電時間増減部６は、測定されたＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との乖離値（差分の絶対値）を算出する。

ステップＳ８；通電時間増減部６は、乖離値が所定の閾値以上かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳであればステップＳ９へ進む。これは、測定されたＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との乖離が大きいときのみパイロット噴射通電時間の増減を実行するためである。

ステップＳ９；通電時間増減部６は、図３で説明した方法でパイロット噴射通電時間の補正量を算出する（通電時間増減値マップ８を参照して増減値を決める）。

ステップＳ１０；通電時間増減部６は、補正前のパイロット噴射通電時間に補正量を加算する。

次に、本発明の噴射制御装置１における目標ＮＯｘ濃度の設定手順を図５に基づき説明する。

ＮＯｘ濃度は、エンジン状態に依存して変化する。エンジン状態の指標であるエンジン回転速度と指示噴射量（１燃焼サイクルの総燃料噴射量）を縦横軸としたグラフ上でＮＯｘ濃度が一意的に決まることが実験で確かめられている。そこで、目標ＮＯｘ濃度は、エンジン回転速度と指示噴射量とを座標とする二次元マップである目標ＮＯｘ濃度ベースマップ９に設定しておくとよい。さらに、ＮＯｘ濃度は、吸入空気量と吸入空気温度とにそれぞれ依存して変化する。したがって、目標ＮＯｘ濃度は、吸入空気量と吸入空気温度を測定してその影響を考慮して決めるために、目標ＮＯｘ濃度の補正量が吸入空気量で決まる一次元マップである空気量依存補正マップ１０と目標ＮＯｘ濃度の補正量が吸入空気温度で決まる一次元マップである吸入空気温度依存補正マップ１１を用いる。

図５に示されるように、エンジン回転速度と指示噴射量で目標ＮＯｘ濃度ベースマップ９を参照して基本の目標ＮＯｘ濃度を求め、空気量依存補正マップ１０を参照して空気量に依存するＮＯｘ濃度の変化分を補正すると共に、吸入空気温度依存補正マップ１１を参照して吸入空気温度に依存するＮＯｘ濃度の変化分を補正する。すなわち、
目標ＮＯｘ濃度
＝基本の目標ＮＯｘ濃度＋空気量による補正量＋温度による補正量
となる。

なお、本実施形態では、１燃焼サイクルでパイロット噴射とメイン噴射の２回噴射を行うものとしたが、３回以上の噴射を行う場合でも、本発明は適用することができる。

１ 噴射制御装置
２ インジェクタ
３ マルチ噴射制御部
４ エンジン
５ ＮＯｘセンサ
６ 通電時間増減部
７ エンジン状態判定部
８ 通電時間増減値マップ
９ 目標ＮＯｘ濃度ベースマップ
１０ 空気量依存補正マップ
１１ 吸入空気温度依存補正マップ
１２ 排気マニフォールド
１３ 過給器
１４ タービン
１５ 排気管
１６ 吸気管
１７ エアクリーナ
１８ コンプレッサ
１９ 空気量センサ
２０ 高圧空気管
２１ 吸気マニフォールド
２２ ＥＧＲクーラ
２３ ＥＧＲバルブ
２４ ＥＧＲ配管
２５ 温度センサ
２６ サプライポンプ
２７ コモンレール

Claims (6)

1. 複数の気筒に通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタをそれぞれ設置し、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うエンジンの噴射制御方法において、
   各気筒の出口におけるＮＯｘ濃度を測定し、
   測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より高い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を減少させ、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より低い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を増加させることを特徴とする噴射制御方法。
2. 前記測定されたＮＯｘ濃度によるパイロット噴射通電時間の増減は、エンジンの状態が所定時間以上継続して安定しているとき許可することを特徴とする請求項１記載の噴射制御方法。
3. 前記パイロット噴射通電時間の増減値は、パイロット噴射通電時間とＮＯｘ濃度との特性線に従い、測定されたＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度とから求めることを特徴とする請求項１又は２記載の噴射制御方法。
4. 複数の気筒にそれぞれ設置された通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタと、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うマルチ噴射制御部とを備えたエンジンの噴射制御装置において、
   各気筒の出口に設置されたＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサと、
   測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より高い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を減少させ、測定されたＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より低い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を増加させる通電時間増減部とを備えたことを特徴とする噴射制御装置。
5. エンジン回転速度の変化率が所定値以下であって、かつ、燃料噴射量の変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続しているとき、前記通電時間増減部によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するエンジン状態判定部を備えたことを特徴とする請求項４記載の噴射制御装置。
6. パイロット噴射通電時間とＮＯｘ濃度との特性線に基づいて設定され、測定されたＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度とからパイロット噴射通電時間の増減値が参照可能な通電時間増減値マップを備えたことを特徴とする請求項４又は５記載の噴射制御装置。

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