JP2012197677A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
【解決手段】パイロット噴射での燃焼開始からメイン噴射での燃焼終了までの期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値であるトータル燃焼基準熱発生効率と、その期間において実際に燃焼室3内で燃料が燃焼している際の燃料の単位体積当たりの発生熱量であるトータル燃焼実熱発生効率とを比較する。パイロット噴射での燃焼及びメイン噴射での燃焼のそれぞれにおいて、その燃焼期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値である燃焼基準熱発生効率と、その期間において実際に燃焼室3内で燃料が燃焼している際の燃料の単位体積当たりの発生熱量である燃焼実熱発生効率とを比較する。これら比較により、パイロット噴射量の補正及びメイン噴射量の補正を行う。
【選択図】図5
Description
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、複数回の燃料噴射により行われる各燃焼期間を含む期間での燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値と、その期間において実際に燃焼室内で燃料が燃焼している際の燃料の単位体積当たりの発生熱量との比較、及び、検査対象期間での燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値と、その検査対象期間において実際に燃焼室内で燃料が燃焼している際の燃料の単位体積当たりの発生熱量との比較によって、燃焼室内での燃焼状態の悪化の有無を判定し、燃焼状態が悪化していると判定された場合には燃料噴射量等の補正動作を行うようにしている。
具体的に、本発明は、燃料噴射量指令値に従って燃料噴射弁から燃焼室内に向けて複数回の燃料噴射が行われ、これら噴射された燃料の自着火による燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、下記のトータル燃焼基準熱発生効率に対するトータル燃焼実熱発生効率の乖離量、及び、検査対象燃焼基準熱発生効率に対する検査対象燃焼実熱発生効率の乖離量に基づいて、検査対象とする燃焼の悪化の有無を判定する燃焼悪化判定手段を設けている。上記トータル燃焼基準熱発生効率は、上記複数回の燃料噴射による各燃料の燃焼期間それぞれの少なくとも一部を含む所定のトータル燃焼期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値である。上記トータル燃焼実熱発生効率は、上記トータル燃焼期間において実際に発生した熱量を、上記複数回の燃料噴射それぞれに対して燃料噴射量指令値により指令された燃料噴射量の合算量で除算した値である。また、上記検査対象燃焼基準熱発生効率は、上記複数回の燃料噴射による各燃焼のうち検査対象とする燃焼期間の少なくとも一部を含む所定の検査対象期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値である。上記検査対象燃焼実熱発生効率は、上記検査対象期間において実際に発生した熱量を、その検査対象とする燃焼を行うために燃料噴射量指令値により指令された燃料噴射量で除算した値である。
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成について説明する。図1は本実施形態に係るエンジン1及びその制御系統の概略構成図である。また、図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室3及びその周辺部を示す断面図である。
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
ECU100は、図3に示すように、CPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、及び、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室3内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ23から燃焼室3内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。尚、この目標レール圧は例えば上記ROM102に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ23の開弁期間(噴射率波形)が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。
次に、上記目標燃料圧力の設定手法について説明する。ディーゼルエンジン1においては、NOx発生量やスモーク発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。これら要求を連立するための手法として、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態(熱発生率波形で表される変化状態)を適切にコントロールすることが有効である。
次に、本実施形態の特徴である燃焼状態の評価手法(燃焼状態悪化の判定手法)について説明する。
燃焼室3内に向けて上記パイロット噴射及びメイン噴射が順に実行され、それぞれの燃料の大部分が良好に燃焼して熱量を発生した場合、つまり、燃焼室3内の酸素濃度及び酸素過剰率が十分に確保されており(例えば、酸素濃度が17%以上で、酸素過剰率が1.5以上であり)、筒内温度が燃料の自着火温度に達しており(例えば、パイロット噴射実行時の筒内温度が750K以上であり、且つメイン噴射実行時の筒内温度が1000K以上であり)、且つECU100からの燃料噴射量指令値に応じた適切な量の燃料がインジェクタ23から噴射されている場合には、その燃料の燃焼期間全体(パイロット噴射で噴射された燃料の燃焼期間の開始からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼期間の終了までの期間;以下、トータル燃焼期間と呼ぶ)における燃料の単位体積当たりの発生熱量は常に一定(燃料噴射量や燃料噴射タイミング等が異なっても一定)の値となる。また、この場合、パイロット噴射で噴射された燃料の燃焼期間(以下、パイロット燃焼期間と呼ぶ)における燃料の単位体積当たりの発生熱量も常に一定の値となり、更には、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼期間(以下、メイン燃焼期間と呼ぶ)における燃料の単位体積当たりの発生熱量も常に一定の値となる。つまり、それぞれの燃焼期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値(良好な燃焼が行われている際、燃料の大部分が熱量発生に寄与することになるので、この場合、単位体積当たりの発生熱量は最大となる)は常に一定の値となる。
このようにして算出された実熱発生効率が上記許容範囲内に存在している場合には、燃焼室3内では理想的な燃焼が行われており、燃料噴射形態を補正する必要はないと判断する。つまり、上記トータル燃焼実熱発生効率、パイロット燃焼実熱発生効率及びメイン燃焼実熱発生効率の全てが上記許容範囲内に存在している場合には、燃焼室3内では理想的な燃焼が行われているとして燃料噴射形態の補正は行わない。
トータル燃焼実熱発生効率が許容範囲内にある場合、パイロット噴射及びメイン噴射での各燃料噴射量は適切に得られていると判断できる。しかし、このトータル燃焼実熱発生効率が許容範囲内にある場合であっても、パイロット燃焼実熱発生効率やメイン燃焼実熱発生効率が許容範囲から逸脱していることがある。この場合、以下のような補正動作が行われる。
このようにして算出した補正量だけパイロット噴射量を増量補正すると共にメイン噴射量を減量補正する。これにより、パイロット燃焼期間での熱量を十分に確保し、且つ出力トルクを適正に得ることが可能になる。
トータル燃焼実熱発生効率が許容範囲以下である場合、パイロット噴射及びメイン噴射での各燃料噴射量のうち少なくとも一方の燃料噴射量が不足していると判断できる。この場合、以下のような補正動作が行われる。
トータル燃焼実熱発生効率が許容範囲以上である場合、例えばトータル燃焼基準熱発生効率が30J/mm3であるのに対し、トータル燃焼実熱発生効率が32J/mm3である場合には、燃料噴射量指令値に対して実際に噴射された燃料量が多いと判断し、パイロット噴射量及びメイン噴射量の減量補正を行う。
上述した実施形態では、1回のパイロット噴射及び1回のメイン噴射が実行された場合であって、パイロット燃焼期間での熱発生率が「0」となった後に、メイン燃焼期間での熱発生率が生じている場合について説明した。以下では、その他の燃焼形態に対して燃焼状態の評価を行う場合について説明する。
本変形例は、パイロット噴射での熱発生率波形とメイン噴射での熱発生率波形とが重畳する場合、つまり、パイロット噴射で噴射された燃料の燃焼が終了するまでにメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始される場合において、パイロット噴射で噴射された燃料の燃焼状態の評価、及び、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼状態の評価を行うものである。
本変形例は、2回のパイロット噴射と1回のメイン噴射とが実行される場合において、パイロット噴射で噴射された燃料の燃焼状態の評価、及び、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼状態の評価を行うものである。
本変形例における検査対象期間は、その終了時点を所定のクランク角度位置に設定した場合であって、トータル燃焼基準熱発生効率及びメイン燃焼基準熱発生効率を上記30J/mm3よりも小さな値として設定するものである。例えば、圧縮上死点後18度(ATDC18°)の時点(メイン燃焼が完了する時点よりも進角側の時点)を検査対象期間の終了点として設定するものである。
本変形例における検査対象期間は、その開始時点を所定のクランク角度位置に設定した場合であって、トータル燃焼基準熱発生効率及びパイロット燃焼基準熱発生効率を上記30J/mm3よりも小さな値として設定するものである。例えば、圧縮上死点前4度(BTDC4°)の時点を検査対象期間の開始点として設定するものである。
本変形例における検査対象期間は、その開始時点及び終了時点それぞれを所定のクランク角度位置に設定した場合であって、各基準熱発生効率(トータル燃焼基準熱発生効率、パイロット燃焼基準熱発生効率、メイン燃焼基準熱発生効率)を上記30J/mm3よりも小さな値として設定するものである。例えば、圧縮上死点前4度(BTDC4°)の時点を検査対象期間の開始点とし、圧縮上死点後18度(ATDC18°)の時点を検査対象期間の終了点として設定するものである。
上述した実施形態及び各変形例では、検査対象期間において、燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値を基準熱発生効率とし、これを燃焼状態の評価のための基準値としていた。また、検査対象期間における実際の燃料の単位体積当たりの発生熱量を実熱発生効率とし、これを燃焼状態の評価のための実値としていた。
以上説明した実施形態及び各変形例は、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
3 燃焼室
4B 筒内圧センサ
5 過給機
8 排気還流通路
81 EGRバルブ
100 ECU
Claims (11)
- 燃料噴射量指令値に従って燃料噴射弁から燃焼室内に向けて複数回の燃料噴射が行われ、これら噴射された燃料の自着火による燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関の制御装置において、
上記複数回の燃料噴射による各燃料の燃焼期間それぞれの少なくとも一部を含む所定のトータル燃焼期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値であるトータル燃焼基準熱発生効率と、上記トータル燃焼期間において実際に発生した熱量を、上記複数回の燃料噴射それぞれに対して燃料噴射量指令値により指令された燃料噴射量の合算量で除算した値であるトータル燃焼実熱発生効率とを比較すると共に、
上記複数回の燃料噴射による各燃焼のうち検査対象とする燃焼期間の少なくとも一部を含む所定の検査対象期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値である検査対象燃焼基準熱発生効率と、上記検査対象期間において実際に発生した熱量を、その検査対象とする燃焼を行うために燃料噴射量指令値により指令された燃料噴射量で除算した値である検査対象燃焼実熱発生効率とを比較し、
上記トータル燃焼基準熱発生効率に対するトータル燃焼実熱発生効率の乖離量、及び、検査対象燃焼基準熱発生効率に対する検査対象燃焼実熱発生効率の乖離量に基づいて、上記検査対象とする燃焼の悪化の有無を判定する燃焼悪化判定手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
上記トータル燃焼期間は、上記複数回の燃料噴射による各燃料の燃焼期間の全期間として設定されており、
上記トータル燃焼基準熱発生効率は、上記複数回の燃料噴射による各燃料の燃焼期間の全期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値である一方、上記トータル燃焼実熱発生効率は、上記複数回の燃料噴射による各燃料の燃焼期間の全期間において実際に発生した熱量を、上記複数回の燃料噴射それぞれに対して燃料噴射量指令値により指令された燃料噴射量の合算量で除算した値であることを特徴とする内燃機関の制御装置装置。 - 請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
上記トータル燃焼期間は、上記複数回の燃料噴射による各燃料の燃焼期間の一部の期間として設定されており、
上記トータル燃焼基準熱発生効率は、上記複数回の燃料噴射による各燃料の燃焼期間の全期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値に対して所定の比率を乗算した値により規定されている一方、上記トータル燃焼実熱発生効率は、上記燃焼期間の一部の期間において実際に発生した熱量を、上記複数回の燃料噴射それぞれに対して燃料噴射量指令値により指令された燃料噴射量の合算量で除算した値であることを特徴とする内燃機関の制御装置装置。 - 請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
上記検査対象期間は、検査対象とする燃焼期間の全期間として設定されており、
上記検査対象燃焼基準熱発生効率は、上記検査対象とする燃焼期間の全期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値である一方、上記検査対象燃焼実熱発生効率は、上記検査対象とする燃焼期間の全期間において実際に発生した熱量を、その検査対象とする燃焼を行うために燃料噴射量指令値により指令された燃料噴射量で除算した値であることを特徴とする内燃機関の制御装置装置。 - 請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
上記検査対象期間は、検査対象とする燃焼期間の一部の期間として設定されており、
上記検査対象燃焼基準熱発生効率は、上記検査対象とする燃焼期間の全期間における燃料の単位体積当たりの発生熱量の最大値に対して所定の比率を乗算した値により規定されている一方、上記検査対象燃焼実熱発生効率は、上記検査対象期間において実際に発生した熱量を、その検査対象とする燃焼を行うために燃料噴射量指令値により指令された燃料噴射量で除算した値であることを特徴とする内燃機関の制御装置装置。 - 請求項1〜5のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行される場合に、
上記トータル燃焼基準熱発生効率に対するトータル燃焼実熱発生効率の乖離量が所定の閾値を超えておらず、上記副噴射で噴射された燃料の燃焼における検査対象燃焼実熱発生効率が検査対象燃焼基準熱発生効率を下回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えている場合には上記副噴射での燃料噴射量を増量補正する補正手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1〜5のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行される場合に、
上記トータル燃焼基準熱発生効率に対するトータル燃焼実熱発生効率の乖離量が所定の閾値を超えておらず、上記副噴射で噴射された燃料の燃焼における検査対象燃焼実熱発生効率が検査対象燃焼基準熱発生効率を下回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えており、上記主噴射で噴射された燃料の燃焼における検査対象燃焼実熱発生効率が検査対象燃焼基準熱発生効率を上回っている場合には、上記副噴射での燃料噴射量を増量補正すると共に上記主噴射での燃料噴射量を減量補正する補正手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1〜5のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行される場合に、
上記トータル燃焼基準熱発生効率に対するトータル燃焼実熱発生効率の乖離量が所定の閾値を超えておらず、上記副噴射で噴射された燃料の燃焼における検査対象燃焼実熱発生効率が検査対象燃焼基準熱発生効率を下回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えており、上記主噴射で噴射された燃料の燃焼における検査対象燃焼実熱発生効率が検査対象燃焼基準熱発生効率を下回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えている場合には上記副噴射での燃料噴射量及び上記主噴射での燃料噴射量を共に増量補正する補正手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1〜5のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行される場合に、
上記トータル燃焼実熱発生効率がトータル燃焼基準熱発生効率を下回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えており、上記副噴射で噴射された燃料の燃焼における検査対象燃焼実熱発生効率が検査対象燃焼基準熱発生効率を下回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えており、上記主噴射で噴射された燃料の燃焼における検査対象燃焼実熱発生効率が検査対象燃焼基準熱発生効率を下回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えている場合には、上記副噴射での燃料噴射量及び上記主噴射での燃料噴射量を共に増量補正する補正手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1〜5のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行される場合に、
上記トータル燃焼実熱発生効率がトータル燃焼基準熱発生効率を下回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えており、上記副噴射で噴射された燃料の燃焼における検査対象燃焼実熱発生効率が検査対象燃焼基準熱発生効率を下回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えており、上記主噴射で噴射された燃料の燃焼における検査対象燃焼実熱発生効率の検査対象燃焼基準熱発生効率に対する乖離量が所定の閾値を超えていない場合には、上記副噴射での燃料噴射量を増量補正する補正手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1〜5のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行される場合に、
上記トータル燃焼実熱発生効率がトータル燃焼基準熱発生効率を上回っており且つその乖離量が所定の閾値を超えている場合には、上記副噴射での燃料噴射量及び上記主噴射での燃料噴射量を共に減量補正する補正手段が設けられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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