JP2011247214A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、簡素な構成で、排気ガス中の煤の排出量を効果的に低減する。
【解決手段】多段噴射を行う内燃機関2の燃料噴射制御装置1において、コモンレール10と、燃料噴射制御弁3a〜3dと、運転状態検出手段と、検出手段31〜34と、燃料噴射制御弁3a〜3dを制御する制御部50とを備え、制御部50は、運転状態とNOx濃度との関係を予め記憶したマップから、運転状態検出手段の検出値に対応する推定NOx濃度を算出する推定NOx濃度算出部52と、アフター噴射の噴射条件とNOx濃度との関係を予め記憶したマップから、NOx検出手段31〜34の検出値と推定NOx濃度との差に対応する噴射条件の補正量を算出する補正量算出部53と、アフター噴射の噴射条件を補正するアフター噴射補正部制御部54とを有するようにした。
【選択図】図1
【解決手段】多段噴射を行う内燃機関2の燃料噴射制御装置1において、コモンレール10と、燃料噴射制御弁3a〜3dと、運転状態検出手段と、検出手段31〜34と、燃料噴射制御弁3a〜3dを制御する制御部50とを備え、制御部50は、運転状態とNOx濃度との関係を予め記憶したマップから、運転状態検出手段の検出値に対応する推定NOx濃度を算出する推定NOx濃度算出部52と、アフター噴射の噴射条件とNOx濃度との関係を予め記憶したマップから、NOx検出手段31〜34の検出値と推定NOx濃度との差に対応する噴射条件の補正量を算出する補正量算出部53と、アフター噴射の噴射条件を補正するアフター噴射補正部制御部54とを有するようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の1燃焼行程中に、燃料噴射をメイン噴射とアフター噴射とを含む多段噴射で行う内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、ディーゼルエンジンの各気筒内に燃料を供給すべく、コモンレール内に蓄圧した加圧燃料を、各気筒に対応して設けられた複数の燃料噴射制御弁を介して供給する蓄圧式の燃料噴射装置が知られている。また、この蓄圧式の燃料噴射装置においては、排気ガス中の煤の排出量を低減すべく、ディーゼルエンジンの1燃焼行程中に、燃料をメイン噴射と、メイン噴射の後に適切な間隔をおいて適量の燃料を噴射するアフター噴射との複数回に分けて噴射する多段噴射が行われている。
例えば、特許文献1には、この種の燃料噴射装置として、燃料加圧ポンプとコモンレールと燃料噴射制御弁とを備えた蓄圧式燃料噴射装置が開示されている。
ところで、多段噴射において、メイン噴射を終了すると、コモンレールに畜圧され加圧燃料の燃料噴射制御弁への流れが急激に遮断されるので、コモンレール内やこのコモンレールと燃料噴射制御弁とを連通する燃料噴射管内に圧力脈動が発生することがある。
その結果、メイン噴射の直後に行われるアフター噴射は、その開始タイミングによっては、圧力脈動の影響を受けてしまい、目標とするアフター噴射量(以下、目標アフター噴射量)と実際のアフター噴射量(以下、実アフター噴射量)との間にばらつき(噴射量差)が生じ、目標とする排気ガス中の煤の再燃焼効果を十分に得られない場合がある。
また、圧力脈動の影響の他、燃料噴射制御弁を含めた噴射系の個体差や経年劣化による影響によっても、上述のばらつきが生じ、目標とする煤の再燃焼効果を十分に得ることができず、多段噴射の本来の目的である排気ガス性能の向上といった効果が薄れてしまう場合がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、目標アフター噴射量と実アフター噴射量との間のばらつき(噴射量差)を抑制しながら、排気ガス中の煤の排出量を効果的に低減できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の1燃焼行程中に、燃料噴射を少なくともメイン噴射とアフター噴射とを含む多段噴射で行う内燃機関の燃料噴射制御装置において、高圧供給ポンプより供給される加圧燃料を蓄圧するコモンレールと、蓄圧された前記加圧燃料を前記内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射制御弁と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記内燃機関から排出されるNOx濃度を検出するNOx検出手段と、前記運転状態検出手段の検出値に応じて設定される前記多段噴射の噴射条件に基づいて前記燃料噴射制御弁を制御する制御部とを備え、前記制御部は、NOx濃度と前記内燃機関の運転状態との関係を予め記憶した第1のマップから、前記運転状態検出手段の検出値に対応する推定NOx濃度を算出する推定NOx濃度算出部と、NOx濃度と前記アフター噴射の噴射条件との関係を予め記憶した第2のマップから、前記NOx検出手段の検出値と前記推定NOx濃度との差に対応する噴射条件の補正量を算出するとともに、前記制御部で設定される前記多段噴射の噴射条件のうち、アフター噴射の噴射条件を前記補正量に応じて補正する補正部とを有することを特徴とする。
また、前記内燃機関は、複数の気筒を有するとともに、前記NOx検出手段は、各気筒毎のNOx濃度を検出すべく、排気マニホールドの各気筒接続部に設けられ、前記補正部は、各気筒毎に前記補正量を算出するとともに、各気筒毎にアフター噴射の噴射条件を補正するようにしてもよい。
また、前記補正部は、前記NOx検出手段の検出値と前記推定NOx濃度との差の絶対値が予め定めた閾値以上の場合に、アフター噴射の噴射条件を補正するようにしてもよい。
本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、簡素な構成で、目標アフター噴射量と実アフター噴射量との間のばらつき(噴射量差)を抑制しながら、排気ガス中の煤の排出量を効果的に低減することができる。
以下、図面により、本発明に係る一実施形態について説明する。
図1〜6は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置1を説明するものである。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図1に示すように、本実施形態に係るディーゼルエンジン(内燃機関)2は、4個の気筒2a〜2dを備えた4気筒ディーゼルエンジンであって、この各気筒2a〜2dには燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射制御弁3a〜3dが夫々設けられている。
燃料噴射制御弁3a〜3dは、各気筒2a〜2d毎に加圧燃料を噴射する噴射孔を有する燃料噴射ノズル(不図示)、この燃料噴射ノズル内に摺動自在に収容された芯弁(不図示)、この芯弁を開弁方向に移動させる電磁弁(不図示)等から構成された電磁式の燃料噴射制御弁であって、制御ECU50から出力される制御信号(通電パルス)に応じて、芯弁を駆動させて各気筒2a〜2dに適量の加圧燃料を噴射するように構成されている。また、燃料噴射制御弁3a〜3dは、燃料噴射管4a〜4dを介してコモンレール10に接続されている。
コモンレール10は、サプライポンプ(高圧供給ポンプ)14から供給される加圧燃料を畜圧するとともに、この畜圧した加圧燃料を燃料噴射管4a〜4dを介して燃料噴射制御弁3a〜3dへと分配するように構成されている。また、燃料の噴射圧力に相当するコモンレール10内に畜圧された燃料圧力(以下、コモンレール圧力)は、燃料圧力センサ26によって検出され、制御ECU50へと出力される。
サプライポンプ14は、公知の高圧供給ポンプであって、図示しない燃料タンクから燃料を汲み取るフィードポンプや、コモンレール10への加圧燃料の吐出量を調整する電磁弁(不図示)等を備え構成されている。
各気筒2a〜2dの吸気口には、吸気弁(不図示)の開弁により吸気通路20を介して新気(吸入空気)を導入する吸気マニホールド15が接続され、各気筒2a〜2dの排出口には、排気弁(不図示)の開弁により排気通路30を介して排気ガスを排出する排気マニホールド16が接続されている。また、排気マニホールド16の各気筒2a〜2d排出口接続部には、各気筒2a〜2dから排出される排気ガス中のNOx濃度を検出するためのNOxセンサ(NOx検出手段)31〜34が夫々設けられている。
吸気通路20の上流側には吸入空気温度を検出する温度センサ21と、インタクーラー22と、過給器23と、吸入空気量を検出する空気量センサ24と、エアクリーナ25とが設けられている。また、吸気マニホールド15と排気マニホールド16とは、EGR通路40によって連通され、このEGR通路40には、EGRクーラ41とEGRバルブ42とが設けられている。
次に、図1,2に基づいて、発明の一実施形態に係る制御ECU(制御部)50について説明する。制御ECU50は本実施形態の燃料噴射制御弁3a〜3dの制御部に相当するもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。
また、制御ECU50には、エンジン回転数センサ(不図示)、アクセル開度センサ(不図示)、NOxセンサ31〜34、温度センサ21、空気量センサ24、エンジン冷却水温センサ(不図示)、燃料圧力センサ26等の出力信号がA/D変換された後に入力されるように構成されている。なお、エンジン回転数センサとアクセル開度センサとは、本実施形態の運転状態検出手段に相当する。
ここで、本実施形態に係る燃料噴射制御装置1は、ディーゼルエンジン2の1 燃焼行程(給気−圧縮−爆発−排気)中に、複数回の多段噴射を行うことが可能であり、図4に示すように、上死点前の所定クランク角度の時に行われるパイロット噴射と、上死点の近傍、すなわちクランク角度が0℃となる近傍で行われるメイン噴射と、このメイン噴射から一定時間を隔てて行われるアフター噴射とを含む多段噴射を行う。そのため、制御ECU50は、予め実験等により作成した多段噴射の特性マップ(不図示)とディーゼルエンジン2の運転状態(エンジン回転数Ne,アクセル開度L)とから、パイロット噴射,メイン噴射,アフター噴射の各噴射条件(燃料噴射量,噴射通電時間,噴射開始時期等)を設定し、これら噴射条件の制御信号(通電パルス)を出力することで、燃料噴射制御弁3a〜3dの芯弁の駆動を制御するように構成されている。
また、制御ECU50は、図2に示すように、安定状態判定部51と、推定NOx濃度算出部52と、補正量算出部(補正部)53と、アフター噴射補正部(補正部)54とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアである制御ECU50に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
安定状態判定部51は、アフター噴射が実施された後に、ディーゼルエンジン2の運転状態が安定しているか否かを判定する。具体的には、アフター噴射が実施された後に、エンジン冷却水温センサの検出値が一定時間継続してTwx(所定値)以上であり、かつ、エンジン回転数センサの検出値Neの変化量が一定時間継続してNEx(所定値)以下であり、かつ、燃料噴射量に対応するアクセル開度センサ(不図示)の検出値Lの変化量が一定時間継続してQx(所定値)以下であり、かつ、アフター噴射が終了してから一定時間(安定時間)TSxが経過した場合に、ディーゼルエンジン2の運転状態を安定状態にあると判定する。
推定NOx濃度算出部52は、アフター噴射が実施された後、ディーゼルエンジン2が安定状態と判定された場合に、図3に示す、予め実験等で測定したディーゼルエンジン2で生成されるNOx濃度とエンジン回転数とアクセル開度(負荷)との関係を示すマップ(第1のマップ)から、その時のエンジン回転数センサの検出値Neとアクセル開度センサの検出値Lとに基づいて、ディーゼルエンジン2から排出される推定NOx濃度n0を読み取とって記憶する。なお、NOx濃度は、その時の吸入空気量と吸入空気温度との影響をうける。したがって、予め実験等で測定したNOx濃度の吸入空気量特性マップ(不図示)や、吸入空気温度特性マップ(不図示)等を記憶しておき、これら特性マップと温度センサ21の出力値と空気量センサ24の出力値とに基づいてNOx濃度への影響度を算出し、この影響度を上述の推定NOx濃度n0に反映することで、NOx濃度の推定精度をさらに向上することもできる。
補正量算出部(補正部)53は、前述の推定NOx濃度n0と、各気筒2a〜2d毎に対応して設けられたNOxセンサ31〜34の検出値n1との差Dを算出し、この差Dに応じてアフター噴射の補正量Qを算出する。より詳しくは、この補正量算出部53には、図5に示す、予め実験等で測定したアフター噴射の噴射量とディーゼルエンジン2で生成されるNOx濃度との関係を示すマップ(第2のマップ)が記憶されており、このマップから前述の差Dに対応するアフター噴射の噴射量の補正量Qを算出する。
例えば、NOxセンサ31〜34の検出値n1が推定NOx濃度n0よりも大きい場合は、マップ上の推定NOx濃度n0に対応するアフター噴射の噴射量(以下、目標噴射量)Qtから、マップ上のNOxセンサ31〜34の検出値n1に対応するアフター噴射の噴射量(実噴射量)Qrを減算して得た値を、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射量から減算すべき補正量Qとして算出して記憶する。一方、NOxセンサ31〜34の検出値n1が推定NOx濃度n0よりも小さい場合は、マップ上のNOxセンサ31〜34の検出値n1に対応する実噴射量Qrから、マップ上の推定NOx濃度n0に対応する目標噴射量Qtを減算して得た値を、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射量に加算すべき補正量Qとして算出する。この補正量Qは各気筒2a〜2d毎に対応して算出される。なお、補正量算出部53による補正量Qの算出は、推定NOx濃度n0とNOxセンサ31〜34の検出値n1との差Dの絶対値が、予め定めた閾値以上である場合にのみ実施されるようにしてもよい。
アフター噴射補正部(補正部)54は、燃料圧力センサ26の出力値(コモンレール圧力)に基づいて、補正量算出部53によって算出された補正量(噴射量)Qを通電時間(通電パルス時間)Pに換算して、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射通電時間を補正する。例えば、NOxセンサ31〜34の検出値n1が推定NOx濃度n0よりも大きい場合は、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射通電時間から通電時間Pを減算して補正を行う。一方、NOxセンサ31〜34の検出値n1が推定NOx濃度n0よりも小さい場合は、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射通電時間に通電時間Pを加算して補正を行う。なお、このアフター噴射の噴射通電時間の補正は各気筒2a〜2d毎に対応して行われる。
本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置1は、以上のように構成されているので、例えば図6に示すフローチャートに従って以下のような制御が行われる。
まず、アフター噴射が実施された後、ステップ(以下、ステップを単にSと記載する)100〜130では、安定状態判定部51によって、ディーゼルエンジン2の運転状態が安定状態にあるか否かが判定される。
S100では、エンジン冷却水温センサの検出値が一定時間継続してTwx(所定値)以上であるかが確認される。Twx(所定値)以上であればS110へと進む。
S110では、エンジン回転数センサの検出値Neの変化量が一定時間継続してNEx(所定値)以下であるかが確認される。NEx(所定値)以下であればS120へと進む。
S120では、燃料噴射量に対応するアクセル開度センサ(不図示)の検出値Lの変化量が一定時間継続してQx(所定値)以下であるかが確認される。Qx(所定値)以下であればS130へと進む。
S130では、アフター噴射が終了してから一定時間(安定時間)TSxが経過したか否かが確認される。一定時間(安定時間)TSxが経過している場合はS140へと進む。
S140では、推定NOx濃度算出部52にNOxセンサ31〜34の検出値n1と温度センサ21の出力値と空気量センサ24の出力値とが読み込まれる。
S150では、推定NOx濃度算出部52によって、図3に示すマップと、エンジン回転数Neと、アクセル開度Lと、吸入空気温度と、吸入空気量とに基づいて、推定NOx濃度n0が算出される。
S160では、補正量算出部53によって、推定NOx濃度n0とNOxセンサ31〜34の検出値n1との差Dの絶対値が、予め定めた閾値以上であるか否かが確認される。差Dが閾値以上であればS170へと進む。
S170では、補正量算出部53によって、図5に示すマップから前述の差Dに対応する各気筒2a〜2d毎のアフター噴射の補正量Qが算出される。具体的には、NOxセンサ31〜34の検出値n1が推定NOx濃度n0よりも大きい場合は、マップ上の目標噴射量Qtからマップ上の実噴射量Qrを減算して得た値が、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射量から減算すべき補正量Qとして算出される。一方、NOxセンサ31〜34の検出値n1が推定NOx濃度n0よりも小さい場合は、マップ上の実噴射量Qrからマップ上の目標噴射量Qtを減算して得た値が、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射量に加算すべき補正量Qとして算出される。この補正量Qは各気筒毎に対応して算出される。
S180では、アフター噴射補正部54によって、S170で算出された補正量(噴射量)Qが通電時間(通電パルス時間)Pに換算されるとともに、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射通電時間がこの通電時間Pに応じて補正される。具体的には、NOxセンサ31〜34の検出値n1が推定NOx濃度n0よりも大きい場合は、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射通電時間から通電時間Pを減算する補正が行われる。一方、NOxセンサ31〜34の検出値n1が推定NOx濃度n0よりも小さい場合は、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射通電時間に通電時間Pを加算する補正が行われる。
その後、アフター噴射の補正が終了したことを受けて、本実施形態に係る制御はリターンされる。
上述のような構成により、本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置1によれば以下のような作用・効果を奏する。
すなわち、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射通電時間は、アフター噴射補正部54によって、推定NOx濃度n0とNOxセンサの検出値n1との差Dに基づく補正量(噴射量)Qを噴射通電時間に換算した通電パルス時間Pに応じて適宜補正される。
したがって、メイン噴射後にコモンレール10内や燃料噴射管4a〜4d内に発生する圧力脈動及び、燃料噴射制御弁3a〜3dを含めた噴射系の経年劣化や個体差による影響を回避しつつ、目標とするアフター噴射量(目標アフター噴射量)と実際のアフター噴射量(実アフター噴射量)との間のばらつき(噴射量差)を抑制して、排気ガス中の煤の排出量を効果的に低減することができる。
また、制御ECU50で設定されるアフター噴射の噴射通電時間の補正は、アフター噴射補正部54によって各気筒2a〜2d毎に行われる。
したがって、目標アフター噴射量と実アフター噴射量との間のばらつきを、各気筒2a〜2d毎に補正することが可能となり、燃料噴射制御弁3a〜3dを含めた噴射系の個体差や経年劣化の影響を回避しつつ、狙いとする煤の再燃焼を促進することで、排気ガス中の煤の排出も効果的に抑制することができる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
例えば、ディーゼルエンジン2は4気筒に限られず、単気筒やそれ以上の気筒を備えた複数気筒のエンジンにも広く適用することができる。また、NOxセンサ31〜34を排気マニホールドの各気筒2a〜2d接続部に夫々設ける必要はなく、1個のNOxセンサを排気通路30の任意の位置に設けるものであってもよい。また、補正量算出部53に予め記憶されたマップ(図5)のパラメータは、アフター噴射の噴射量に替えて、アフター噴射の噴射通電時間をパラメータとして用いてもよい。
1 燃料噴射制御装置
2 ディーゼルエンジン(内燃機関)
3a,3b,3c,3d 燃料噴射制御弁
10 コモンレール
14 サプライポンプ(高圧供給ポンプ)
31,32,33,34 NOxセンサ(NOx検出手段)
50 制御ECU(制御部)
51 安定状態判定部
52 推定NOx濃度算出部
53 補正量算出部(補正部)
54 アフター噴射補正部(補正部)
2 ディーゼルエンジン(内燃機関)
3a,3b,3c,3d 燃料噴射制御弁
10 コモンレール
14 サプライポンプ(高圧供給ポンプ)
31,32,33,34 NOxセンサ(NOx検出手段)
50 制御ECU(制御部)
51 安定状態判定部
52 推定NOx濃度算出部
53 補正量算出部(補正部)
54 アフター噴射補正部(補正部)
Claims (3)
- 内燃機関の1燃焼行程中に、燃料噴射を少なくともメイン噴射とアフター噴射とを含む多段噴射で行う内燃機関の燃料噴射制御装置において、
高圧供給ポンプより供給される加圧燃料を蓄圧するコモンレールと、蓄圧された前記加圧燃料を前記内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射制御弁と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記内燃機関から排出されるNOx濃度を検出するNOx検出手段と、前記運転状態検出手段の検出値に応じて設定される前記多段噴射の噴射条件に基づいて前記燃料噴射制御弁を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
NOx濃度と前記内燃機関の運転状態との関係を予め記憶した第1のマップから、前記運転状態検出手段の検出値に対応する推定NOx濃度を算出する推定NOx濃度算出部と、
NOx濃度と前記アフター噴射の噴射条件との関係を予め記憶した第2のマップから、前記NOx検出手段の検出値と前記推定NOx濃度との差に対応する噴射条件の補正量を算出するとともに、前記制御部で設定される前記多段噴射の噴射条件のうち、アフター噴射の噴射条件を前記補正量に応じて補正する補正部とを有する、
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記内燃機関は、複数の気筒を有するとともに、前記NOx検出手段は、各気筒毎のNOx濃度を検出すべく、排気マニホールドの各気筒接続部に設けられ、
前記補正部は、各気筒毎に前記補正量を算出するとともに、各気筒毎にアフター噴射の噴射条件を補正する
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記補正部は、前記NOx検出手段の検出値と前記推定NOx濃度との差の絶対値が予め定めた閾値以上の場合に、アフター噴射の噴射条件を補正する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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- 2010-05-28 JP JP2010123200A patent/JP2011247214A/ja active Pending
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