JP2016098647A

JP2016098647A - 燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2016098647A
Application number: JP2014233268A
Authority: JP
Inventors: 竹士中村; Takeshi Nakamura
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-05-30

Abstract

【課題】トルク不足を回避しつつ、黒煙の発生を抑制して、内燃機関の快適運転を実現することのできる燃料噴射制御装置を提供すること。
【解決手段】エンジン１１０の燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、所定のスモークリミット値に基づいて燃料噴射を制御するＥＣＵ１０を備え、ＥＣＵは、燃料の噴射期間中にメイン噴射を含む複数回の燃料噴射を実行する際に、メイン噴射の後に燃料を噴射するアフター噴射に基づいてスモークリミット値を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、黒煙の発生を抑制しつつ内燃機関の快適運転を実現する燃料噴射制御装置に関する。

過給機付きの内燃機関型のエンジンにおいては、加速時や高負荷時などにおける過渡性能を向上させるために、吸入空気量を増加させつつ燃料噴射量を増加することが行われている。

この種のエンジンにおいては、吸入空気量が足りないまま燃料噴射量の増加だけを行うと空燃比がリッチ側に過度にスライドして煤煙を含む黒煙が発生する。このことから、燃料噴射制御装置は、予め所定のスモークリミット値を設定しておき、このスモークリミット値を超える空燃比になるときに、燃料噴射量を抑える制御を実行する場合がある。

例えば、燃料噴射制御装置の通常制御では、登坂路での発進時におけるエンジン回転数が低速であるので吸入空気量を増加させることができない。この通常制御のように、空燃比がスモークリミット値を超えるために燃料噴射量の増加を抑制すると、トルク不足になってしまう。このことから、通常制御用のスモークリミット値を大きな登坂用スモークリミット値に切り換えることが特許文献１において提案されている。

特開２０１２−５２４５１号公報

しかしながら、この特許文献１に記載の燃料噴射制御装置にあっては、登坂用スモークリミット値に切り換えるだけであり、燃料噴射量を増加してトルク不足を回避することはできるが、吸入空気量を増加することができていない。このため、黒煙の発生を抑制することができず、発生した黒煙を触媒に吸着させることで流出してしまうことを防止している。

このことから、登坂路の発進時における触媒に対する負担が大きくなってしまう、という課題がある。また、登坂時にのみしか適用することができない、という問題がある。

そこで、本発明は、登坂時に限らず、トルク不足を回避しつつ、黒煙の発生を抑制して、内燃機関の快適運転を実現することのできる燃料噴射制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する燃料噴射制御装置の発明の一態様は、内燃機関の燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、所定のスモークリミット値に基づいて燃料噴射を制御する制御部を備え、前記制御部は、燃料の噴射期間中に主噴射を含む複数回の燃料噴射を実行する際に、前記主噴射の後に燃料を噴射する後噴射に基づいて前記スモークリミット値を補正するものである。

このように本発明の一態様によれば、燃料噴射期間中に複数回の燃料噴射を実行する際に、主噴射の後に実行する後噴射に基づいて燃料噴射を制御するスモークリミット値を補正するので、トルク不足を回避しつつ、黒煙の発生を抑制することができる。したがって、内燃機関の快適運転を実現する燃料噴射制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する車両の一例を示す概略全体構成図である。図２は、検出信号の処理を説明するブロック図である。図３は、燃料噴射制御を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図３は本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する車両の一例を示す図である。

図１において、車両１００は、内燃機関型のエンジン１１０の燃焼室で燃料と空気の混合気を燃焼させて要求トルクを出力させて走行するようになっており、エンジンコントロールユニット（以下では、単にＥＣＵともいう）１０が各種センサ情報等に基づいて混合気の吸入空気量や燃料噴射量を調整する燃料噴射制御を実行して、所望のトルクを得つつ清浄な排気を実現するようになっている。

エンジン１１０は、燃料噴射系統として、各気筒１１０Ａ〜１１０Ｄに設けられているインジェクタ１２２がコモンレール１２１に接続されており、コモンレール１２１内で高圧にされた燃料を各インジェクタ１２２が燃焼室内に噴射するようになっている。

このエンジン１１０は、コモンレール式ディーゼルエンジンに構築されており、グロープラグ１２９を各気筒１１０Ａ〜１１０Ｄに備えさせることにより、始動時や不安定稼動時に気筒１１０Ａ〜１１０Ｄ内に噴射した燃料をグロープラグ１２９で加熱して自着火させるようになっている。

エンジン１１０は、吸入空気系統として、エアフィルタ１３２を介して吸気管１３１内に取り込む空気を過給機１３３で強制的に圧送してインテークマニホールド１３９を介して各気筒１１０Ａ〜１１０Ｄに吸入させるようになっている。なお、エンジン１１０は、後述するエキゾーストマニホールド１４９とインテークマニホールド１３９とをバイパスするＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）管１３８を介して排気ガスの一部をＥＧＲガスとして気筒１１０Ａ〜１１０Ｄに戻すことができるようになっている。

このエンジン１１０は、過給機１３３の上流側の吸気管１３１に吸入空気量を検出するエアフロセンサ２１が配置されており、また、過給機１３３の下流側の吸気管１３１に吸入空気を冷却するインタクーラ１３５が配置されている。また、ＥＧＲ管１３８には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１３６と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ１３７と、が配置されている。

エンジン１１０は、排気系統として、気筒１１０Ａ〜１１０Ｄからエキゾーストマニホールド１４９を介して排気管１４２に排気ガスを排出して触媒１４３により清浄にした後に排気するようになっており、その触媒１４３の上流側に酸素センサ２２を配置して燃焼状況を検出するようになっている。

車両１００は、エンジン１１０のクランクシャフトの回転位置を検出するクランクシャフトポジションセンサ１１と、エンジン１１０のカムシャフトの回転位置を検出するカムシャフトポジションセンサ１２とが配置されている。ＥＣＵ１０は、クランクシャフトポジションセンサ１１やカムシャフトポジションセンサ１２の検出情報を受け取って、エンジン１１０の回転数や燃料の噴射タイミングや空気の吸入タイミングを算出等して取得するようになっている。

車両１００は、エンジン１１０の冷却水の水温を検出する温度センサ２３が配置されている。ＥＣＵ１０は、温度センサ２３の検出情報を受け取って、エンジン１１０の作動状況を把握するとともに、エアフロセンサ２１や酸素センサ２２の検出情報を受け取って、エンジン１１０の燃焼状態を把握するようになっている。

車両１００は、車軸などの回転を検出する速度センサ２５と、アクセルペダル１４１の踏み込み量（スロットルバルブの開度でもよい）を検出するアクセル開度センサ２７とが配置されている。ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ２７の検出情報を受け取ってドライバの要求加速レベルを把握して、速度センサ２５の検出情報から算出する車両１００の走行速度や、クランクシャフトポジションセンサ１１の検出情報から算出するエンジン１１０の回転数に応じて出力可能な要求トルクを算出して把握するようになっている。

このＥＣＵ１０は、アクセルペダル１４１が踏み込まれて加速要求があったときには、例えば、図２に示すように、速度センサ２５、アクセル開度センサ２７、クランクシャフトポジションセンサ１１およびエアフロセンサ２１の検出情報に基づいて各種演算処理を行って、エンジン１１０の作動状況に応じた吸入空気量や燃料噴射量に最適化し、吸入空気と共にインジェクタ１２２から燃料を噴射させるようになっている。このとき、ＥＣＵ１０は、ドライバの操作による要求加速レベルに応じた要求トルクを得つつ黒煙の発生の少ない燃料の燃焼処理を実現することにより、触媒１４３に対する過大な負荷なく排気ガスを清浄化する排気処理を行うようになっている。

ここで、本実施形態では、クランクシャフトポジションセンサ１１、速度センサ２５およびアクセル開度センサ２７の検出情報からドライバの要求加速レベルに応じた要求トルクを算出する場合を一例として説明するが、これに限るものではない。例えば、アクセル開度センサ２７などの検出情報に加えて、エンジン１１０の回転を車軸側に伝達する際の不図示の変速機による変速比や、路面の傾斜などに応じて掛かるエンジン１１０の負荷を考慮してドライバの要求加速レベルに応じた要求トルクを算出してもよい。

具体的には、ＥＣＵ１０は、ＣＰＵやメモリ等により構築されており、ＣＰＵが予めメモリ内に格納されている制御プログラムを各種パラメータや各種センサの検出情報に基づいて実行することにより燃料噴射制御を行うようになっている。

例えば、このＥＣＵ１０は、燃料噴射制御として、加速時の過渡状態ではインジェクタ１２２からの燃料噴射量を増量するとともに、過給機１３３により吸入空気をエンジン１１０の燃焼室内に押し込んで過渡性能を向上させるようになっている。

このとき、ＥＣＵ１０は、発進時などのように車両１００の速度が遅くエンジン１１０も低回転の場合、過給機１３３が効果的に機能せずに吸入空気量が不十分であることから、空燃比が過剰にリッチになって煤煙を含む黒煙が発生することを防止するために、スモークリミット制御を実行するようになっている。

このスモークリミット制御では、ＥＣＵ１０は、定常走行時などにおいて黒煙の発生のない所定の空燃比をスモークリミット値として予め設定しておき、そのスモークリミット値を超えるリッチな空燃比にならないように燃料噴射量を抑制するようになっている。

また、ＥＣＵ１０は、過給機１３３を稼動させても吸入空気量が不足する場合でも、黒煙の発生を抑制しつつ、多くの燃料噴射を可能にするために、通常噴射制御時のパイロット噴射（前噴射）やメイン噴射（主噴射）に加えて、アフター噴射（後噴射）を行って、噴射量と共に、噴射回数や噴射タイミングを制御する黒煙抑制噴射制御も実行するようになっている。

さらに、ＥＣＵ１０は、吸入空気量自体を増量するために、燃料の噴射時期を遅角したり、燃料の噴射圧力の減圧を行うなどして、特定条件下での過給圧を増大させる過給圧増大制御を実行するようになっている。

このＥＣＵ１０は、ドライバによる加速要求時に、必要に応じて、スモークリミット制御だけでなく、黒煙抑制噴射制御や過給圧増大制御を、各種条件を変更しつつ同時に並行処理して実行するようになっており、これらを並行処理するスモーク抑制制御（燃料噴射制御）により、黒煙の発生なく、所望のトルクを得ることを可能にしている。

このとき、ＥＣＵ１０は、ドライバの要求加速レベルに応じた要求トルクを算出して過渡状態を推定し閾値Ａと比較することによりスモーク抑制制御が必要か否か判定するようになっている。

このＥＣＵ１０は、エンジン１１０が現状の作動条件で稼動する現状トルクから要求トルクにするために変動させる過渡状態として、例えば、空燃比を調整する１回の変動量を推定するようになっており、その推定変動量（過渡状態）が予め設定されている閾値Ａよりも大きくなるドライバの要求加速レベルの場合に、スモーク抑制制御の実行が必要と判定するようになっている。

そして、ＥＣＵ１０は、スモーク抑制制御を実行する際に、通常時のメイン噴射等に加えて行うアフター噴射の燃料噴射に基づいてスモークリミット値を補正して黒煙の発生を抑えつつ所望の要求トルクを得るようになっている。
すなわち、ＥＣＵ１０が制御部および推定部を構成している。

ここで、本実施形態では、アクセル開度センサ２７に加えて、速度センサ２５やクランクシャフトポジションセンサ１１の検出情報から要求トルクを算出して過渡状態を推定しスモーク抑制制御を実行する場合を一例として説明するが、これに限るものではない。例えば、アクセル開度センサ２７の検出情報のみからドライバの要求加速レベルに対応する過渡状態を推定してもよく、アクセルペダル１４１の踏み込み量（開度）や踏み込み速度（開速度）などに応じて、スモーク抑制制御を実行するようにしてもよい。また、過渡状態の判定処理として、例えば、アクセル開度センサ２７の検出情報（所謂、スロットル開度）と車速とから、急加速、緩加速、急減速、緩減速、定速状態のいずれであるかを判定する過渡運転判定用のマップを用いて、急加速と判定する範囲内である場合に、スモーク抑制制御が必要な過渡状態になると判定するようにしてもよい。

詳細には、ＥＣＵ１０は、図３のフローチャートに示すスモーク抑制制御を実行するようになっている。

まずは、アクセル開度センサ２７などの検出情報からドライバの要求加速レベルに応じた要求トルクを算出する（ステップＳ１１）。このとき、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ２７の検出情報からアクセル開度やその踏み込み速度（Δ開度／ｍｓｅｃ）を取得し、速度センサ２５の検出情報から車速を取得し、クランクシャフトポジションセンサ１１の検出情報からエンジン１１０の回転数を取得し、これらの各種情報からドライバの要求加速レベルに応じた要求トルクを算出する。

次いで、ステップＳ１１で算出した要求トルクを発生するエンジン１１０の作動条件をマップ制御や演算等により決定して、現状トルクから要求トルクを発生させる際の空燃比の変動量を過渡状態として推定する（ステップＳ１２）。

次いで、ステップＳ１２で推定した過渡状態時における空燃比の変動量が予め設定されている所定の閾値Ａよりも大きいか否か、すなわち、スモーク抑制制御が必要か否かを確認する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３において、エンジン１１０の過渡状態時の空燃比の変動量が閾値Ａ以下で、通常制御で現状トルクから要求トルクまで徐々に空燃比を変動させる程度で十分な緩加速の要求加速レベルであることを確認した場合には、このままスモークリミット制御、黒煙抑制噴射制御、過給圧増大制御に係るスモーク抑制制御を終了して、ステップＳ１９に進む。

また、ステップＳ１３において、エンジン１１０の過渡状態時の空燃比の変動量が閾値Ａを越えて、通常制御で空燃比を変動させたのでは要求トルクの出力や黒煙の発生を抑制することができない急加速の要求加速レベルであることを確認した場合には、次のステップＳ１４〜Ｓ１８のスモークリミット制御、黒煙抑制噴射制御、過給圧増大制御に係るスモーク抑制制御を実行するための各種処理を行う。

ステップＳ１４では、燃料の噴射パターン（ストラテジー）を通常マップからスモーク抑制マップに切り替えて、エンジン１１０の回転数と燃料噴射量に応じた噴射回数を決定し、例えば、燃料のパイロット噴射やメイン噴射の後に行うアフター噴射を選択する。このように、パイロット噴射やメイン噴射の後にアフター噴射を加えて燃料噴射をすることにより、吸入空気量が足りなくなってしまうことを回避しつつ燃料噴射量を増加することができ、排気ガス中に煤煙が含まれる黒煙を増加させてしまうことを抑制することができる。

ステップＳ１５では、燃料のアフター噴射の噴射タイミングと噴射量を、エンジン１１０の回転数や要求トルク等に基づいて算出する演算処理を行う。

ステップＳ１６では、メイン噴射の後に追加されたアフター噴射による燃料の噴射量や吸入空気量に応じたスモークリミット値に補正する補正係数を、エンジン１１０の回転数と燃料噴射量に基づいて算出する演算処理を行う。

ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出された補正係数を用いて予め設定されている所定のスモークリミット値を補正して設定し直す。

ステップＳ１８では、アフター噴射による燃料の噴射量に加える、メイン噴射による燃料の噴射量を、エンジン１１０の回転数や要求トルク等に基づいて算出する演算処理を行う。

これらステップＳ１４〜Ｓ１８の後に、通常時のメイン噴射等に加えて行うアフター噴射を行う燃料噴射制御を実行して、補正後のスモークリミット値に基づく複数回の燃料噴射を行って（ステップＳ１９）、黒煙の発生を抑えつつ所望の要求トルクを得るスモーク抑制制御を終了する。

したがって、ＥＣＵ１０は、ドライバの要求加速レベルに応じてメイン噴射に加えてアフター噴射を実行することにより、燃料噴射量と吸入空気量の双方を増量して黒煙抑制噴射制御および過給圧増大制御を実行することができる。このとき、ＥＣＵ１０は、予め設定されている所定の通常制御用のスモークリミット値を補正して、増量した燃料噴射量と吸入空気量に応じた空燃比での燃料噴射制御を許容することができ、低いスモークリミット値のままで要求トルクの出力に必要な空燃比での燃料噴射制御が禁止されてしまうことを回避することができる。この結果、黒煙の発生を抑制しつつ所望の要求トルクを得ることができる。

また、ＥＣＵ１０は、メイン噴射にアフター噴射を追加することにより、燃料噴射量が大きくなって、排気エネルギーが増加することになる。このために、過給機１３３の過給性能が向上した場合には、黒煙の発生をより効果的に抑えることができる。この過給性能の向上により、スモークリミット値に達するまでに余裕が生じて空燃比の制限による制御を緩和することができる。

さらに、ＥＣＵ１０は、アフター噴射による過給機１３３のタービン回転数の上昇分をモデル計算や予め準備する推定値を利用して予測し、その予測結果に応じてスモークリミット値の補正係数を算出するようにしてもよい。また、ＥＣＵ１０は、アフター噴射の燃料噴射量が大きくなるほど排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度は低くなることから黒煙の発生量を抑えるスモーク抑制効果も大きくなると推測することができ、アフター噴射の燃料噴射量が大きくなるほどスモークリミット値を補正する補正係数を大きくしてスモークリミット値を通常制御時よりもより大きく緩和するようにしてもよい。

このように、本実施形態においては、登坂時に限らず、ドライバの要求する要求加速レベル（要求トルク）を実現するための過渡状態を推定して、その要求トルクの出力に必要な空燃比がスモークリミット値よりも高い場合に、燃料噴射として、メイン噴射に加えてアフター噴射を実行するとともにスモークリミット値を補正する。

このため、スモークリミット制御を機能させつつ黒煙抑制噴射制御および過給圧増大制御を実行することができ、黒煙の発生を抑制しつつトルク不足を回避して所望の要求トルクを得ることができる。

この結果、車両１００に搭載するエンジン１１０を快適運転するＥＣＵ１０を提供することができる。

ここで、本実施形態では、ディーゼルエンジンを一例にして説明したが、これに限るものではない。例えば、燃料としてガソリンを採用する場合でも自着火条件を満たしつつ稼動するガソリンエンジンにも適用することができる。

また、スモーク抑制制御として、メイン噴射の直ぐ後に噴射するアフター噴射を採用する場合を一例として説明したが、これに限るものではない。例えば、メイン噴射の後噴射として、大きく遅角したタイミングに噴射するポスト噴射をアフター噴射に代えて、あるいは、加えて採用してもよい。ポスト噴射をアフター噴射に代える場合でも同様に黒煙の発生を抑制することができ、ポスト噴射を加える場合にはより効果的に黒煙の発生を抑えることができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１０ＥＣＵ（制御部、推定部）
１１クランクシャフトポジションセンサ
２１エアフロセンサ
２２酸素センサ
２３温度センサ
２５速度センサ
２７アクセル開度センサ
１００車両
１１０エンジン
１２１コモンレール
１２２インジェクタ
１３３過給機
１３９インテークマニホールド
１４１アクセルペダル
１４３触媒
１４９エキゾーストマニホールド

Claims

内燃機関の燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、
所定のスモークリミット値に基づいて燃料噴射を制御する制御部を備え、
前記制御部は、燃料の噴射期間中に主噴射を含む複数回の燃料噴射を実行する際に、前記主噴射の後に燃料を噴射する後噴射に基づいて前記スモークリミット値を補正する、燃料噴射制御装置。
ドライバの操作に応じた要求加速レベルを推定する推定部を有し、
前記制御部は、前記推定部によって推定された前記要求加速レベルが所定の閾値よりも高い場合に、前記後噴射を実行し、当該後噴射に基づいて前記スモークリミット値を補正する、請求項１に記載の燃料噴射制御装置。