JP2014125983A

JP2014125983A - エンジンの燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2014125983A
Application number: JP2012283748A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakazawa; 聡中澤
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JP6094735B2

Abstract

【課題】所望のトルクを発生させることができ且つスモークの発生も抑制することができるエンジンの燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンが高負荷状態となり排気循環ガスの導入が停止された際、吸気通路内の排気循環ガスが検出されている排気循環ガス残存期間は、燃料噴射弁から１サイクル中に噴射される総燃料量を一定としてプレ噴射による噴射量を制限する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排気ガスの一部を吸気に再循環させる排気循環装置を備えたエンジンの燃料噴射制御装置に関する。

エンジン（内燃機関）の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する技術として、排気ガスの一部を排気循環ガスとして吸気通路に導入させる排気循環装置（排気再循環装置）が知られている。排気循環ガスの導入は、エンジンの運転状態に応じて適宜実行されるが、例えば、高負荷運転時（例えば、高負荷・高加速の加速時）には、燃焼室に空気を多く入れないとスモークが悪化する虞があるため、その間は停止されるのが一般的である。ただし、排気循環ガスの導入を停止しても、しばらくの間は吸気通路内に排気循環ガスが残存する。特に、排気通路と吸気通路とを繋ぐ排気循環通路が比較的長い場合には、吸気通路内に排気循環ガスが残存し易い。このため、高負荷運転時に排気循環ガスが残存している期間には、燃料噴射量の増加に伴ってスモークが増加してしまう虞がある。

このような問題を解消するために、例えば、吸入ガスに含まれる酸素量に基づいて、燃料噴射量を制限するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。このように燃料噴射量を制限することで、スモークの増加を抑制することができる。

特開２００６−２３９９７２号公報

しかしながら、燃料噴射量を制限してしまうと、所望のトルクを発生させることができなくなる虞がある。特に、高負荷運転時には、ドライバの要求するトルクを発生させることができなくなり易く、ドライバビリティを低下させる虞がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、所望のトルクを発生させることができ且つスモークの発生も抑制することができるエンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの排気通路から排気循環通路を介して吸気通路に排気循環ガスを導入させる排気循環制御手段と、前記吸気通路内に残存する排気循環ガスを検出する排気循環ガス検出手段と、燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段と、を備え、前記噴射制御手段は、前記エンジンが高負荷状態となり前記排気循環制御手段によって排気循環ガスの導入が停止された際、前記排気循環ガス検出手段によって前記排気循環ガスが検出されている排気循環ガス残存期間において、前記燃料噴射弁から１サイクル中に噴射される総燃料量を一定としてメイン噴射前のプレ噴射による噴射量を制限することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンの燃料噴射制御装置において、前記噴射制御手段は、前記プレ噴射で制限された噴射量を前記メイン噴射で補うことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置にある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンの燃料噴射制御装置において、前記噴射制御手段は、前記プレ噴射を停止して、前記メイン噴射のみで所定量の燃料を噴射することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置にある。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンの燃料噴射制御装置において、前記噴射制御手段は、前記排気循環ガス検出手段による前記排気循環ガスの検出量に応じて、前記プレ噴射による噴射量を変化させることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置にある。

かかる本発明の燃料噴射制御装置によれば、排気循環ガス残存期間であっても、ドライバの要求するトルクを発生させることができ、且つスモークの発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンを示す概略構成図である。本発明の一実施形態に係る燃料噴射の態様の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャートである。本発明の一実施形態に係る燃料噴射の態様の他の例を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示す本実施形態に係るエンジン１０は、直列に配置された４つの気筒（燃焼室）１１を備える直列４気筒のディーゼルエンジンである。各気筒１１の吸気ポート（図示なし）には、吸気マニホールド１２が接続され、吸気マニホールド１２には吸気管（吸気通路）１３が接続されている。一方、各気筒１１の排気ポート（図示なし）には、排気マニホールド１４が接続され、排気マニホールド１４には排気管（排気通路）１５が接続されている。

燃料を噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）１６は各気筒１１に対応して設けられており、それぞれコモンレール１７に接続されている。なおコモンレール１７には、図示しないがサプライポンプ（高圧ポンプ）を介して燃料タンクに接続されている。このサプライポンプによって燃料タンクから燃料が圧送され、コモンレール１７内の高圧の燃料がインジェクタ１６から各気筒１１内に噴射されるようになっている。

吸気管１３及び排気管１５の途中には、ターボチャージャ（過給手段）１８が設けられている。ターボチャージャ１８は、排気管１５から排ガスが流れ込むと、排ガスの流れによってタービンが回転する。このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転し、吸気管１３からターボチャージャ１８内に空気が吸い込まれて加圧されるようになっている。

ターボチャージャ１８の上流側の吸気管１３には、エアクリーナ１９と、エアフローセンサ２０と、第１のスロットルバルブ２１と、が設けられている。なお第１のスロットルバルブ２１は、エアクリーナ１９を通過した新気の量（新気量）を調整すると共に、この調整によって、後述する低圧排気循環管（低圧排気循環通路）を介して吸気管１３に環流される排ガス量（低圧排気循環ガス量）を間接的に調整する。

ターボチャージャ１８の下流側の吸気管１３には、ターボチャージャ１８での加圧により温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ２２が配されている。インタークーラ２２の下流側の吸気管１３には、電動アクチュエータの駆動により吸気管１３を開閉する第２のスロットルバルブ２３が設けられている。

第２のスロットルバルブ２３は、インタークーラ２２を通過した吸気量（新気量＋低圧排気循環ガス量）を調整するとともに、この調整によって、後述する高圧排気循環管を介して吸気管１３に導入される排ガス量（高圧排気循環ガス量）を間接的に調整する。

吸気管１３の第２のスロットルバルブ２３よりも下流側には、高圧の排ガス（高圧排気循環ガス）が環流する高圧排気循環管２４の一端が接続されている。高圧排気循環管２４の他端は、排気管１５のターボチャージャ１８よりも上流側に接続されている。高圧排気循環管２４には高圧排気循環クーラ２５が設けられ、高圧排気循環管２４の吸気管１３との接続部分には高圧排気循環弁２６が設けられている。この高圧排気循環弁２６が開弁することで、排気管１５のターボチャージャ１８よりも上流側を流れる高圧の排ガスの一部が高圧排気循環管２４に流れ込み、高圧排気循環クーラ２５によって冷却された後、吸気管１３に導入されるようになっている。

なお吸気管１３の高圧排気循環管２４よりも下流側には、吸気ガスの空燃比を検出するリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）２７が設けられている。ＬＡＦＳ２７は、吸気管１３内の排気循環ガスを検出する排気循環ガス検出手段としても機能する。また吸気マニホールド１２には、その内部の圧力を検出するブースト圧センサ２８が設けられている。

また排気管１５のターボチャージャ１８よりも下流側には、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒（以下、単に「酸化触媒」という）３１と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ（ディーゼル微粒子捕集フィルター：Diesel Particulate Filter：以下、「ディーゼル微粒子捕集フィルター」と称する）３２とが上流側から順に配されている。酸化触媒３１に排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。また、排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）がディーゼル微粒子捕集フィルター３２で捕集される。

ディーゼル微粒子捕集フィルター３２で捕集されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ_２によって酸化（燃焼）されＣＯ_２として排出され、ディーゼル微粒子捕集フィルター３２に残存するＮＯ_２はＮ_２に分解されて排出される。すなわち、これら酸化触媒３１及びディーゼル微粒子捕集フィルター３２によって排気ガスが浄化され、ＰＭ及びＮＯｘの排出量を大幅に低減することができる。

さらに排気管１５のターボチャージャ１８よりも下流側、本実施形態ではディーゼル微粒子捕集フィルター３２の下流側には、低圧の排ガスの一部（低圧排気循環ガス）が環流する低圧排気循環管３３の一端が接続されている。低圧排気循環管３３の他端は、ターボチャージャ１８と第１のスロットルバルブ２１との間で、吸気管１３に接続されている。この低圧排気循環管３３には、高圧排気循環管２４の場合と同様に、低圧排気循環クーラ３４及び低圧排気循環弁３５が設けられている。そして低圧排気循環弁３５が開弁することで、排気管１５のターボチャージャ１８よりも下流側を流れる低圧の排ガスの一部（低圧排気循環ガス）が低圧排気循環クーラ３４によって冷却されて吸気管１３に導入されるようになっている。

なお低圧排気循環管３３の両端部には、差圧センサ３６が設けられている。この差圧センサ３６は、吸気管１３のターボチャージャ１８よりも上流側の圧力と、排気管１５のターボチャージャ１８よりも下流側の圧力との差圧を検出する。すなわち差圧センサ３６の検出結果から低圧排気循環管３３を流れる低圧排気循環ガスの流速や流量等が求められる。

このようなエンジン１０は、ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０によって制御されている。ＥＣＵ４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等で構成され、上記の各種センサからの信号に基づいてエンジン１０の総合的な制御を行う。

ＥＣＵ４０の入力側には、上述したエアフローセンサ２０、ＬＡＦＳ２７、ブースト圧センサ２８、差圧センサ３６の他、エンジン１０のクランク角を検出するクランク角センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、インジェクタ１６、第１及び第２のスロットルバルブ２１，２３、高圧排気循環弁２６及び低圧排気循環弁３５等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、上記のような各種センサ類によって検出された検出情報に基づきＥＣＵ４０で演算された燃料噴射量、バルブ開度等の各種情報がそれぞれ出力される。そして本実施形態に係るエンジンの燃料噴射制御装置は、このようなＥＣＵ４０と、排気循環ガス検出手段としてのＬＡＦＳ２８を含む各種センサ類とによって構成されている。

燃料噴射制御装置を構成するＥＣＵ４０は、排気循環制御手段４１及び噴射制御手段４２を備えている。排気循環制御手段４１は、エンジンの運転状態に応じて、排気通路から排気循環通路を介して吸気通路に排気循環ガスを導入させる。例えば、本実施形態では、排気循環制御手段４１は、高圧排気循環弁２６の開閉を制御して所定のタイミングで高圧排気循環管２４を介して吸気管１３に高圧排気循環ガスを導入させる。また低圧排気循環弁３５の開閉を制御して所定のタイミングで低圧排気循環管３３を介して吸気管１３に低圧排気循環ガスを導入させる。

噴射制御手段４２は、例えば、エンジン１０のエンジン回転速度（Ｎｅ）及び負荷（吸気量等）に基づいて、各燃料噴射弁１６からの燃料噴射を制御する。また噴射制御手段４２は、エンジン１０が高負荷状態となり排気循環ガスの導入が停止された際に、排気循環ガスが検出されている排気循環ガス残存期間において、燃料噴射弁１６から１サイクル中に噴射される総燃料量を一定としてメイン噴射前のプレ噴射による噴射量を制限する。本実施形態では、高圧排気循環弁２６及び低圧排気循環弁３５が全閉されて高圧排気循環ガス及び低圧排気循環ガスの導入が停止された際、噴射制御手段４２は、上記のようにプレ噴射による燃料噴射弁１６からの噴射量を制限する。

具体的には、排気循環ガスの導入が停止されているが吸気管１３内に排気循環ガスが残存していない期間（通常運転期間）には、噴射制御手段４２は、要求されたトルクに応じて、燃料噴射弁１６による燃料噴射として、図２に示すように、メイン噴射Ｍａと、メイン噴射Ｍａ前の噴射であるプレ噴射Ｐｕと、を必要に応じて実施する（通常制御）。

なお、これらプレ噴射Ｐｕによる噴射量とメイン噴射Ｍａによる噴射量とを合計した噴射量が、燃料噴射弁１６から１サイクル中に噴射される総燃料量となる。例えば、メイン噴射Ｍａによる噴射量を９０とし、プレ噴射Ｐｕによる噴射量を１０とすると、総燃料量は１００となる。

通常運転期間には、このようにメイン噴射Ｍａと共にプレ噴射Ｐｕを実施することで、着火性能を向上して、例えば、燃焼音等を抑制しつつ、ドライバが要求するトルクを発生させることができる。通常プレ噴射Ｐｕは燃焼音を緩和する一方で、スモーク増加を招く傾向にある。これはプレ噴射噴霧が燃焼した後に、酸素不足雰囲気の中、メイン噴射噴霧により燃焼が継続されるためである。しかしながら、排気循環ガスが残存していない場合には、必要十分な酸素が確保できるため、燃焼温度が十分に高くなり、スモークの発生は抑制される。

これに対し、低圧排気循環ガスの導入が停止され吸気管１３内に排気循環ガスが残存している期間（排気循環ガス残存期間）には、上記通常運転期間と同一のトルク要求があった場合に、噴射制御手段４２は、図２に示すように、プレ噴射Ｐｕを停止してプレ噴射Ｐｕによる噴射量を０とし、メイン噴射Ｍａによる噴射量を１００とする。つまりプレ噴射Ｐｕによる噴射量を制限するが、制限された噴射量をメイン噴射Ｍａで補うことで、総噴射量を１００のまま維持させる制御（プレ噴射制限制御）を実行する。

排気循環ガス残存期間に、上述した通常制御を実行した場合、ドライバが要求するトルクを発生させることはできるが、燃焼温度が十分に上がらずスモークの量が増加してしまう。これに対し、プレ噴射制限制御を実行することで、排気循環ガス残存期間であっても、ドライバが要求するトルクを発生させることができ、且つプレ噴射Ｐｕをなくすことで、スモークの発生を抑制することもできる。

以下、本実施形態に係る燃料噴射弁の噴射制御について、図３のフローチャートを参照してさらに説明する。

エンジン１０が高負荷状態になり、排気循環制御手段４１が高圧排気循環弁２６及び低圧排気循環弁３５を閉弁させると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、次いで、噴射制御手段４２が、例えば、ＬＡＦＳ２８からの情報に基づいて吸気管１３内の排気循環ガスの有無を検出する（ステップＳ２）。すなわち本実施形態では、吸気管１３内の流れる吸気の酸素濃度に基づいて排気循環ガスの有無を検出している。ここで、吸気管１３内から排気循環ガスが検出されなかった場合には（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、噴射制御手段４２が上述した通常制御を実行する。噴射制御手段４２は、例えば、通常制御用のマップを参照して燃料噴射弁１６を制御する。一方、ステップＳ２で、吸気管１３内から排気循環ガスが検出された場合には（ステップＳ２：Ｎｏ）、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、噴射制御手段４２が上述したプレ噴射制限制御を実行する。噴射制御手段４２は、例えば、プレ噴射制御制御用のマップを参照して燃料噴射弁１６を制御する。その後、吸気管１３内から排気循環ガスが検出されなくなると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進み通常制御を実行する。その後は、エンジン１０の運転状態に応じて、排気循環制御手段４１が高圧排気循環弁２６及び低圧排気循環弁３５を開弁させると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、一連の処理が終了する。

このように本発明では、排気循環ガスの吸気管１３への導入が停止されたが吸気管１３内に排気循環ガスが残存している排気循環ガス残存期間においては、燃料噴射弁１６から１サイクル中に噴射される総燃料量は一定としてプレ噴射Ｐｕによる噴射量を制限するようにした。これにより、通常運転期間であるか排気循環ガス残存期間であるかに拘わらず、ドライバが要求するトルクを発生させつつスモークの発生を抑制することができる。なおプレ噴射制限制御の実行中（排気循環ガス残存期間）は、一時的に、燃焼音が若干大きくなる虞はあるが、排気循環ガスが残存しなくなった時点で通常制御に切り替えられるので、燃焼音の大きさは許容範囲内に抑えられる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述したプレ噴射制限制御では、排気循環ガス残存期間にプレ噴射Ｐｕによる噴射量を０としたが、プレ噴射Ｐｕで制限される燃料量は、必要に応じて適宜決定されればよい。例えば、図４に示すように、通常運転期間におけるプレ噴射Ｐｕによる噴射量が１０であり、メイン噴射Ｍａによる噴射量が９０である場合に、排気循環ガス残存期間におけるプレ噴射Ｐｕによる噴射量を５として、メイン噴射Ｍａによる噴射量を９５としてもよい。

さらに排気循環ガス残存期間におけるプレ噴射Ｐｕで制限する燃料量は固定値としてもよいが、ＬＡＦＳ２８の検出結果に基づいて吸気管１３内に残存する排気循環ガス量を求め、残存する排気循環ガス量に応じて適宜変化させるようにしてもよい。具体的には、排気循環ガス量が多い程、プレ噴射Ｐｕで制限する燃料量を多くする。これにより、スモークの発生をより効果的に抑制することができる。

また本実施形態では、燃料噴射弁１６による燃料噴射として、プレ噴射Ｐｕとメイン噴射Ｍａとを実施する例を説明したが、例えば、メイン噴射Ｍａによる燃焼に継続して燃焼可能なタイミングでポスト噴射を実施するようにしてもよい。この場合には、排気循環ガス残存期間に、プレ噴射Ｐｕで制限された噴射量を、メイン噴射と共にポスト噴射で補うことで、総噴射量を一定とするようにしてもよい。

１０エンジン
１１気筒
１２吸気マニホールド
１３吸気管
１４排気マニホールド
１５排気管
１６インジェクタ（燃料噴射弁）
１７コモンレール
１８ターボチャージャ
１９エアクリーナ
２０エアフローセンサ
２１第１のスロットルバルブ
２２インタークーラ
２３第２のスロットルバルブ
２４高圧排気循環管
２５高圧排気循環クーラ
２６高圧排気循環弁
２７リニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）
２８ブースト圧センサ
３１酸化触媒
３２ディーゼル微粒子捕集フィルター
３３低圧排気循環管
３４低圧排気循環クーラ
３５低圧排気循環弁
３６差圧センサ
４０ＥＣＵ
４１排気循環制御手段
４２噴射制御手段

Claims

エンジンの排気通路から排気循環通路を介して吸気通路に排気循環ガスを導入させる排気循環制御手段と、
前記吸気通路内に残存する排気循環ガスを検出する排気循環ガス検出手段と、
燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段と、
を備え、
前記噴射制御手段は、前記エンジンが高負荷状態となり前記排気循環制御手段によって排気循環ガスの導入が停止された際、前記排気循環ガス検出手段によって前記排気循環ガスが検出されている排気循環ガス残存期間において、前記燃料噴射弁から１サイクル中に噴射される総燃料量を一定としてメイン噴射前のプレ噴射による噴射量を制限することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記噴射制御手段は、前記プレ噴射で制限された噴射量を前記メイン噴射で補うことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
請求項１又は２に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において
前記噴射制御手段は、前記プレ噴射を停止して、前記メイン噴射のみで所定量の燃料を噴射することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記噴射制御手段は、前記排気循環ガス検出手段による前記排気循環ガスの検出量に応じて、前記プレ噴射による噴射量を変化させることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。