JP2017115634A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンの燃料噴射量が変更する運転切り換わり直後において燃焼を安定化させる。【解決手段】エンジン1の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁3と、燃料噴射弁3からの燃料噴射量を制御するエンジンコントロールユニット50と、を備えたエンジン1の燃料噴射制御装置であって、エンジン1の出力制御に係るメイン噴射により燃焼する通常運転から、燃料噴射弁3によりポスト噴射をして排気温度を上昇させ、排気管30に設けられた近接NOx触媒32の再生を行なうNOxパージ運転に切換える際に、ポスト噴射の開始から所定サイクル経過するまで、メイン噴射とポスト噴射との間に燃料噴射弁3から燃料を噴射するアフター噴射を実行させて、筒内温度を上昇させ、ポスト噴射における燃焼安定性を向上させる。【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
エンジン(内燃機関)の排気通路には、排気を浄化するための排気浄化装置が備えられている。例えばディーゼルエンジンの排気通路には、排気浄化装置として、NOxを還元除去するNOxトラップ触媒等が設けられているものがある。NOxトラップ触媒は、リーン雰囲気下において排気中のNOxを吸蔵し、リッチやストイキ雰囲気下において捕集したNOxを還元して、排気中のNOxを還元除去する。
例えば特許文献1には、排気通路にNOxトラップ触媒をフィルタを挟んで上流側と下流側に2つ有するディーゼルエンジンが記載されている。そして、これらのNOxトラップ触媒に対しては、筒内噴射弁によるポスト噴射によって排気温度を上昇させるとともに還元剤としてのHCやCO等の未燃燃料を供給してリッチ雰囲気とするNOxパージが行なわれ、NOxの吸蔵性能が回復(再生)される。
ところで、上記特許文献1のようにポスト噴射によってNOxパージを行なうエンジンにおいては、NOxパージの開始時に通常運転であるリーン運転からポスト噴射を行なうリッチ運転に切換える際に、排気温度の上昇とHCより強力な還元剤であるCOの供給を意図して早期ポスト噴射を行なった場合に、このリッチ運転の切換え直後では筒内温度が比較的低温であるため、燃料噴射弁からの比較的多量のポスト噴霧は、失火あるいは燃焼が不安定となる虞がある。したがって、NOxパージの開始時において内燃機関の運転が不安定となり、トルクや騒音の変動を引き起こして、ドライバビリティが低下する虞があり、また未燃燃料によるエミッション悪化に繋がる虞もある。
また、NOxパージの開始時以外に、燃料噴射量が急激に増加するように内燃機関の運転が切り換わった場合においても、この運転の切り換わり直後に低温時においては、多量の燃料噴霧の増加により、失火あるいは燃焼が不安定となる虞がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、燃料噴射量を変更する運転切換え直後において燃焼を安定化させる内燃機関の制御装置を提供することにある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、燃料噴射量を変更する運転切換え直後において燃焼を安定化させる内燃機関の制御装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項1の発明では、内燃機関の筒内へ燃料噴射する燃料噴射部と、前記燃料噴射部からの燃料噴射量を制御する噴射制御部と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記噴射制御部は、前記燃料噴射部により燃料を噴射して前記内燃機関を運転させる第1の運転状態から、当該第1の運転状態よりも燃料噴射量が増加する第2の運転状態に切換える際に、当該第2の運転状態に切換えてから所定サイクル経過するまで、筒内温度を上昇させる所定の燃料噴射制御を実行することを特徴とする。
また、好ましくは、前記燃料噴射制御装置は、更に、前記内燃機関の回転速度及び出力トルクに基づいて前記所定サイクルを設定するサイクル数設定部を有するとよい。
また、好ましくは、前記サイクル数設定部は、前記内燃機関の回転速度が低下するに伴って前記所定サイクルを多く設定するとよい。
また、好ましくは、前記サイクル数設定部は、前記内燃機関の出力トルクが低下するに伴って前記所定サイクルを多く設定するとよい。
また、好ましくは、前記サイクル数設定部は、前記内燃機関の回転速度が低下するに伴って前記所定サイクルを多く設定するとよい。
また、好ましくは、前記サイクル数設定部は、前記内燃機関の出力トルクが低下するに伴って前記所定サイクルを多く設定するとよい。
また、好ましくは、前記第1の運転状態は、前記内燃機関の出力制御に係る主噴射を伴う前記内燃機関の運転状態であり、前記第2の運転状態は、前記主噴射の後の膨張行程から排気行程にかけて前記燃料噴射部により燃料を噴射させるポスト噴射を伴う前記内燃機関の運転状態であるとよい。
本発明によれば、第1の運転状態から第2の運転状態に切換える際に、第2の運転状態に切換えてから所定サイクル経過するまで、筒内温度を上昇させる所定の燃料噴射制御が行なわれるので、第2の運転状態への切換えにより燃料噴射量が急激に増加したとしても、筒内温度、特に燃料噴霧軌道における温度を上昇させることで、燃焼性を向上させることができる。これにより、第1の運転状態から第2の運転状態に切換える際での内燃機関の燃焼安定性を向上させることができる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態の燃料噴射制御装置が適用されたディーゼルエンジン(内燃機関、以下、エンジン1という)の吸排気系の概略構成図である。
エンジン1は、走行駆動源として車両に搭載されており、ターボチャージャ23を備えた多気筒の筒内直接噴射式内燃機関(例えばコモンレール式ディーゼルエンジン)である。詳しくは、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射弁3(燃料噴射部)に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射弁3から各気筒の燃焼室4内に噴射可能な構成を成している。
図1は、本発明の実施形態の燃料噴射制御装置が適用されたディーゼルエンジン(内燃機関、以下、エンジン1という)の吸排気系の概略構成図である。
エンジン1は、走行駆動源として車両に搭載されており、ターボチャージャ23を備えた多気筒の筒内直接噴射式内燃機関(例えばコモンレール式ディーゼルエンジン)である。詳しくは、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射弁3(燃料噴射部)に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射弁3から各気筒の燃焼室4内に噴射可能な構成を成している。
エンジン1の各気筒には、上下摺動可能なピストン5が設けられている。そして、当該ピストン5は、コンロッドを介してクランクシャフト6に連結されている。また、クランクシャフト6の一端部にはフライホイールが設けられている。
燃焼室4には、インテークポート7とエキゾーストポート8とが連通されている。
インテークポート7には、燃焼室4と当該インテークポート7との連通と遮断を行うインテークバルブ9が設けられている。また、エキゾーストポート8には、燃焼室4と当該エキゾーストポート8との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ10が設けられている。
燃焼室4には、インテークポート7とエキゾーストポート8とが連通されている。
インテークポート7には、燃焼室4と当該インテークポート7との連通と遮断を行うインテークバルブ9が設けられている。また、エキゾーストポート8には、燃焼室4と当該エキゾーストポート8との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ10が設けられている。
インテークポート7の上流には、吸入した空気を各気筒に分配するインテークマニフォールド11が連通するように設けられている。そして、エキゾーストポート8の下流には、各気筒から排出される排気をまとめるエキゾーストマニフォールド12が連通するように設けられている。
インテークマニフォールド11とエキゾーストマニフォールド12との間には、排気の一部を吸気へ戻す、即ち高温・高圧の排気を吸気に導入する高圧排気還流通路15が設けられている。また、高圧排気還流通路15には、高温・高圧の排気が吸気に戻る量を調整する排気還流バルブ16が介装されている。また、高圧排気還流通路15には、インテークマニフォールド11に導入する排気を冷却する排気還流クーラ17が設けられている。
インテークマニフォールド11とエキゾーストマニフォールド12との間には、排気の一部を吸気へ戻す、即ち高温・高圧の排気を吸気に導入する高圧排気還流通路15が設けられている。また、高圧排気還流通路15には、高温・高圧の排気が吸気に戻る量を調整する排気還流バルブ16が介装されている。また、高圧排気還流通路15には、インテークマニフォールド11に導入する排気を冷却する排気還流クーラ17が設けられている。
インテークマニフォールド11には、吸気通路である吸気管20が接続され、吸気管20には、上流側からインテークマニフォールド11に向かって順番に、図示しない新気中のゴミを取り除くエアークリーナと、ターボチャージャ23のコンプレッサ24と、コンプレッサ24により圧縮され高温となった吸気を冷却するインタークーラ25と、高圧排気還流通路15より導入される排気の流量を調整するための電子制御スロットルバルブ27が介装されている。
エキゾーストマニフォールド12の下流の排気通路である排気管30には、上流側より順番に、ターボチャージャ23のタービン31、近接NOx触媒32と、排気中の黒鉛を主成分とする微粒子状物資を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ33と、床下NOx触媒34とを備えている。
近接NOx触媒32及び床下NOx触媒34は、いずれも排気中のNOx(窒素酸化物)を吸蔵し還元浄化するNOxトラップ触媒(NOx吸蔵還元触媒)である。近接NOx触媒32は、ディーゼルパティキュレートフィルタ33と同一のケーシング35内に収納され、車両のエンジンルームに配設されている。床下NOx触媒34は車両のフロア下に配置されている。
近接NOx触媒32及び床下NOx触媒34は、いずれも排気中のNOx(窒素酸化物)を吸蔵し還元浄化するNOxトラップ触媒(NOx吸蔵還元触媒)である。近接NOx触媒32は、ディーゼルパティキュレートフィルタ33と同一のケーシング35内に収納され、車両のエンジンルームに配設されている。床下NOx触媒34は車両のフロア下に配置されている。
ケーシング35には、近接NOx触媒32に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ40が設けられている。インテークマニフォールド11には、エンジン1の燃焼室4に流入する吸気の温度(インマニ温度Ti)を検出するインマニ温度センサ41が設けられている。また、エンジン1には、エンジン回転速度rを検出する回転速度センサ42、及びエンジン水温Twを検出する水温センサ43が設けられている。
そして、排気温度センサ40、インマニ温度センサ41、回転速度センサ42、水温センサ43や、排気の酸素濃度(空燃比)を検出する酸素濃度センサ等のその他各種センサと、燃料噴射弁3、電子制御スロットルバルブ27、排気還流バルブ16の各種機器は、エンジンコントロールユニット50(噴射制御部、サイクル数設定部)に電気的に接続されている。
エンジンコントロールユニット50は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、タイマ及び中央演算処理装置(CPU)等を含んで構成され、上記各センサからの検出情報及びアクセル操作量等のその他の情報を入力し、当該各種情報に基づいて、燃料噴射量、燃料噴射時期、電子制御スロットルバルブ27及び排気還流バルブ16の開度を演算して、上記各種機器の作動制御を行うことで、エンジン1の運転制御を行う。
また、エンジンコントロールユニット50は、燃料噴射弁3を制御して、筒内への燃料噴射の主噴射でありエンジン1の出力制御に係るメイン噴射を中心とした1サイクル中に、プレ噴射(前段噴射)、アフター噴射、ポスト噴射といった多段噴射が可能となっている。プレ噴射は、メイン噴射の前に行なわれ、着火性能を向上させるために行なわれる。アフター噴射は、主にエンジン1の高回転高負荷時に行なわれ、メイン噴射によって燃え尽きなかった燃料を完全に燃焼させるために行なわれる。ポスト噴射は一般に、アフター噴射の後の膨張行程から排気行程にかけて行なわれる。本実施形態では、ポスト噴射をエンジン1の膨張行程中盤に行なう早期ポスト噴射によって、排気温度の上昇と強力な還元剤であるCO(一酸化炭素)を排気通路に設けた近接NOx触媒32に供給するNOxパージ運転が可能となっている。このNOxパージ運転によって、近接NOx触媒32において吸蔵されているNOxが還元除去され、近接NOx触媒32が再生される。
更に、本発明の第1の実施形態では、エンジンコントロールユニット50は、NOxパージ運転開始の際に、アフター噴射及びポスト噴射の噴射時期及び噴射量を補正する燃料噴射補正制御(所定の燃料噴射制御)を行なう。
図2はNOxパージ運転での第1の実施形態における燃料噴射補正制御要領を示すフローチャートである。
図2はNOxパージ運転での第1の実施形態における燃料噴射補正制御要領を示すフローチャートである。
本制御は、エンジン運転時に所定時間毎に繰り返し実行される。
始めに、ステップS10では、上記各種センサからの各種情報、詳しくはエンジン回転速度r、エンジントルクN(出力トルク)、及び下記ステップS20において判定するNOxパージ運転の開始判定用の情報を入力する。そして、ステップS20に進む。
ステップS20では、NOxパージ運転を開始するか否かを判別する。NOxパージ運転は、近接NOx触媒32に吸蔵されるNOx吸蔵量が、許容吸蔵量の上限値近くまで増加したのち、もしくは回転−トルクマップなどで予め設定されたインターバル経過後で、かつ触媒温度、エンジン回転速度、負荷、筒内空燃比、吸入空気量などの条件が整えば開始する。NOx吸蔵量は、公知技術により推定可能であり、例えばエンジン1の空燃比をリーンにして運転したリーン運転の積算時間に基づいて推定すればよい。NOxパージ運転を開始すると判定した場合には、ステップS30に進む。NOxパージ運転を開始しないと判定した場合には、本ルーチンを終了(リターン)する。
始めに、ステップS10では、上記各種センサからの各種情報、詳しくはエンジン回転速度r、エンジントルクN(出力トルク)、及び下記ステップS20において判定するNOxパージ運転の開始判定用の情報を入力する。そして、ステップS20に進む。
ステップS20では、NOxパージ運転を開始するか否かを判別する。NOxパージ運転は、近接NOx触媒32に吸蔵されるNOx吸蔵量が、許容吸蔵量の上限値近くまで増加したのち、もしくは回転−トルクマップなどで予め設定されたインターバル経過後で、かつ触媒温度、エンジン回転速度、負荷、筒内空燃比、吸入空気量などの条件が整えば開始する。NOx吸蔵量は、公知技術により推定可能であり、例えばエンジン1の空燃比をリーンにして運転したリーン運転の積算時間に基づいて推定すればよい。NOxパージ運転を開始すると判定した場合には、ステップS30に進む。NOxパージ運転を開始しないと判定した場合には、本ルーチンを終了(リターン)する。
ステップS30では、所定サイクルcyのカウントを開始する。所定サイクルcyは、例えば図3に示すようなテーブルを用いて、エンジン回転速度rとエンジントルクNに基づいて設定される。図3においてa〜fの領域における所定サイクルcyは、fの領域において0であり、f<e<d<c<b<aである。gの領域(斜線領域)では、NOxパージが実施されない。所定サイクルcyは、例えば数サイクルに設定され、図3に示すように、エンジン回転速度rが大きくなるに伴って小さく、エンジントルクNが大きくなるに伴って小さくなるように設定される。なお、本ステップにおける所定サイクルcyの設定が、本発明のサイクル数設定部に該当する。そして、ステップS40に進む。
ステップS40では、燃料噴射補正制御の実施領域であるか否かを判別する。燃料噴射補正制御の実施領域は、エンジン回転速度r、エンジントルクN、エンジン水温Twに基づいて判定される。燃料噴射補正制御の実施領域は、例えばエンジン回転速度r、エンジントルクNが所定値以下となる所定の低回転低トルクの範囲であり、かつエンジン水温Twが所定の範囲に設定すればよい。なお、ここでの所定の低回転低トルクの範囲、及びエンジン水温Twの所定の範囲は、NOxパージが可能な範囲であり、かつNOxパージ運転開始直後に燃焼安定性が低下するような範囲に適宜設定すればよい。燃料噴射補正制御の実施領域である場合には、ステップS50に進む。燃料噴射補正制御の実施領域でない場合には、ステップS80に進む。
ステップS50では、アフター噴射補正を行なう。アフター噴射補正は、アフター噴射を強制的に行なうとともに、ベースマップにより設定される基準アフター噴射時期Astd(deg ATDC)に対して、水温補正係数Cw1とインマニ温度補正係数Ci1を用いて行なわれる。
水温補正係数Cw1は、水温センサ43により検出されたエンジン水温Twに基づいて、図4に示すマップを用いて演算される。図4に示すように、水温補正係数Cw1は、エンジン水温TwがT2(例えば摂氏95度)以上で1であり、エンジン水温Twが低下するに伴って増加するように設定される。また、インマニ温度補正係数Ci1は、インマニ温度センサ41により検出されたインマニ温度Tiに基づいて、図5に示すマップを用いて演算される。図5に示すように、インマニ温度補正係数Ci1は、インマニ温度TiがT3(例えば摂氏80度)以上で1であり、インマニ温度Tiが低下するに伴って増加するように設定される。
水温補正係数Cw1は、水温センサ43により検出されたエンジン水温Twに基づいて、図4に示すマップを用いて演算される。図4に示すように、水温補正係数Cw1は、エンジン水温TwがT2(例えば摂氏95度)以上で1であり、エンジン水温Twが低下するに伴って増加するように設定される。また、インマニ温度補正係数Ci1は、インマニ温度センサ41により検出されたインマニ温度Tiに基づいて、図5に示すマップを用いて演算される。図5に示すように、インマニ温度補正係数Ci1は、インマニ温度TiがT3(例えば摂氏80度)以上で1であり、インマニ温度Tiが低下するに伴って増加するように設定される。
そして、下記式(1)に示すように、アフター噴射時期A(deg ATDC)を演算し、このアフター噴射時期A(deg ATDC)に基づいてアフター噴射の噴射時期を設定する。
なお、エンジン水温TwがT2未満またはインマニ温度TiがT3未満である場合には、Cw1×Ci1が1より大きくなり、アフター噴射時期A(deg ATDC)をベースマップのアフター噴射時よりも進角する方向に変更する
また、下記式(2)に示すようにアフター噴射量Qfaを演算し、アフター噴射の噴射量を、ベースマップにより設定される基準アフター噴射量Qfa std以上の値となるアフター噴射量Qfaとする。
なお、エンジン水温TwがT2未満またはインマニ温度TiがT3未満である場合には、Cw1×Ci1が1より大きくなり、アフター噴射時期A(deg ATDC)をベースマップのアフター噴射時よりも進角する方向に変更する
また、下記式(2)に示すようにアフター噴射量Qfaを演算し、アフター噴射の噴射量を、ベースマップにより設定される基準アフター噴射量Qfa std以上の値となるアフター噴射量Qfaとする。
A(deg ATDC)=Astd(deg ATDC)×Cw1×Ci1 ・・・(1)
Qfa=Qfa std×Cw1×Ci1 ・・・(2)
そして、ステップS60に進む。
ステップS60では、ポスト噴射補正を行なう。ポスト噴射補正は、ベースマップにより設定される基準ポスト噴射時期Pstd(deg ATDC)に対して、エンジン回転速度rに基づくポスト噴射遅角係数Cmr1と、エンジントルクNに基づくポスト噴射遅角係数Cmt1を用いて行なわれる。
Qfa=Qfa std×Cw1×Ci1 ・・・(2)
そして、ステップS60に進む。
ステップS60では、ポスト噴射補正を行なう。ポスト噴射補正は、ベースマップにより設定される基準ポスト噴射時期Pstd(deg ATDC)に対して、エンジン回転速度rに基づくポスト噴射遅角係数Cmr1と、エンジントルクNに基づくポスト噴射遅角係数Cmt1を用いて行なわれる。
ポスト噴射遅角係数Cmr1は、図6に示すマップを用いてエンジン回転速度rに基づいて演算される。図6に示すように、ポスト噴射遅角係数Cmr1は、エンジン回転速度rがr1(例えば1500rpm)以上で1であり、r1未満でエンジン回転速度rが低下するに伴って増加するように設定される。ポスト噴射遅角係数Cmt1は、図7に示すマップを用いて演算される。図7に示すように、ポスト噴射遅角係数Cmt1は、エンジントルクNがN1(例えば60Nm)以上で1であり、N1未満でエンジントルクNが低下するに伴って増加するように設定される。
そして、下記式(3)に示すように、ポスト噴射時期P(deg ATDC)を演算し、このポスト噴射時期P(deg ATDC)に基づいて、ポスト噴射の噴射時期を設定する。
なお、エンジン回転速度rがr1未満またはエンジントルクNがN1未満で、Cmr1×Cmt1が1より大きくなり、ポスト噴射時期P(deg ATDC)をベースマップのポスト噴射時よりも遅角する方向に変更する。
なお、エンジン回転速度rがr1未満またはエンジントルクNがN1未満で、Cmr1×Cmt1が1より大きくなり、ポスト噴射時期P(deg ATDC)をベースマップのポスト噴射時よりも遅角する方向に変更する。
P(deg ATDC)=Pstd(deg ATDC)×Cmr1×Cmt1 ・・・(3)
そして、ステップS70に進む。
ステップS70では、NOxパージ運転が継続中であるか否かを判別する。NOxパージ運転が継続中である場合には、ステップS80に進む。NOxパージ運転が継続中でない場合には、本ルーチンを終了(リターン)する。
そして、ステップS70に進む。
ステップS70では、NOxパージ運転が継続中であるか否かを判別する。NOxパージ運転が継続中である場合には、ステップS80に進む。NOxパージ運転が継続中でない場合には、本ルーチンを終了(リターン)する。
ステップS80では、ステップS30において開始した所定サイクルcyのカウントが完了したか否かを判別する。所定サイクルcyのカウントが完了した場合には、本ルーチンを終了(リターン)する。所定サイクルcyのカウントが完了していない場合には、ステップS40に戻る。
以上のように制御することで、第1の実施形態では、ポスト噴射を行なわないエンジンの第1の運転状態から、ポスト噴射を行なうNOxパージ運転(第2の運転状態)に切換える際に、ポスト運転が開始されてから所定サイクルcy経過するまで燃料噴射補正制御が行なわれる。
以上のように制御することで、第1の実施形態では、ポスト噴射を行なわないエンジンの第1の運転状態から、ポスト噴射を行なうNOxパージ運転(第2の運転状態)に切換える際に、ポスト運転が開始されてから所定サイクルcy経過するまで燃料噴射補正制御が行なわれる。
第1の実施形態の燃料噴射補正制御は、ポスト噴射の燃焼が不安定になりやすい低負荷、低回転時にアフター噴射を強制追加し、アフター噴射の噴射時期をベースマップのアフター噴射時よりも進角させるとともに、アフター噴射の噴射量をベースマップよりも増量させるものである。
ところで、通常のリーン運転からNOxパージ運転に切り換わった直後では、シリンダライナ温度や筒内温度が低く、早期ポスト噴射を行なってもその開始直後で燃料が十分に燃焼することができず、燃焼が不安定になってしまう虞がある。
ところで、通常のリーン運転からNOxパージ運転に切り換わった直後では、シリンダライナ温度や筒内温度が低く、早期ポスト噴射を行なってもその開始直後で燃料が十分に燃焼することができず、燃焼が不安定になってしまう虞がある。
これに対し、第1の実施形態では、アフター噴射を行なうことで、筒内温度、特に燃料噴霧軌道における温度を上昇させ、NOxパージ運転切換直後でのポスト噴射(早期ポスト噴射)において拡散燃焼を促し、失火を防止して、燃焼安定性を向上させることができる。また、アフター噴射の噴射時期を進角させることで、メイン噴射とアフター噴射との間隔を近づけて、筒内温度を上昇させ、NOxパージ運転切換直後における早期ポスト噴射において燃焼安定性を向上させることができる。また、アフター噴射の噴射量を増量させることで、筒内温度を上昇させ、燃焼安定性を更に向上させることができる。
アフター噴射の噴射時期及びアフター噴射の噴射量は、エンジン水温Tw及びインマニ温度Tiから演算される補正係数(Cw1、Ci1)に基づいて補正され、エンジン温度の低下に伴って、アフター噴射の噴射時期がより大きく進角するとともに、アフター噴射の噴射量がより多く増量するので、筒内温度を更に上昇させ、燃焼安定性をより効果的に向上させることができる。
また、NOxパージ運転に切り換わった際に、エンジン1の低回転低トルク時にポスト噴射を遅角させる制御も行なうので、アフター噴射の追加により筒内温度が上昇するに伴って、早期ポスト噴射による燃料の着火タイミングが早まる方向にずれることを解消し、早期ポスト噴射における着火タイミング、即ち熱発生タイミングを統一させることができる。
また、燃料噴射補正制御については、エンジン回転速度r及びエンジントルクNが所定の低回転及び低トルクの範囲のみ行なわれる。これにより、筒内温度が低く燃料噴射補正制御を必要とする場合のみ燃料噴射補正制御を行なうことができ、燃費の悪化を抑制することができる。
更に、NOxパージ運転が開始されてから燃料噴射補正制御が行なわれる所定サイクルcyについては、エンジン回転速度r及びエンジントルクNに基づいて変更され、低回転及び低トルクにおいて所定サイクルが大きく、即ちNOxパージ運転開始から長く燃料噴射補正制御が行なわれる。低回転時においては、1サイクル当たりの時間が長くなるので、高回転時よりも筒内温度が低下し易い。また、低トルク時においては、メイン噴射における燃料噴射量が少ないので、高トルク時よりも筒内温度が低下し易い。したがって、上記のように低回転及び低トルク時において所定サイクルを大きくすることで、燃料噴射補正制御を必要十分に行なうことができ、燃焼安定性を確保することができる。また、エンジン回転速度r及びエンジントルクNに基づいて燃料噴射補正制御を最小限行なうことで、燃費の悪化を更に抑制することができる。
更に、NOxパージ運転が開始されてから燃料噴射補正制御が行なわれる所定サイクルcyについては、エンジン回転速度r及びエンジントルクNに基づいて変更され、低回転及び低トルクにおいて所定サイクルが大きく、即ちNOxパージ運転開始から長く燃料噴射補正制御が行なわれる。低回転時においては、1サイクル当たりの時間が長くなるので、高回転時よりも筒内温度が低下し易い。また、低トルク時においては、メイン噴射における燃料噴射量が少ないので、高トルク時よりも筒内温度が低下し易い。したがって、上記のように低回転及び低トルク時において所定サイクルを大きくすることで、燃料噴射補正制御を必要十分に行なうことができ、燃焼安定性を確保することができる。また、エンジン回転速度r及びエンジントルクNに基づいて燃料噴射補正制御を最小限行なうことで、燃費の悪化を更に抑制することができる。
次に、図8、9を用いて、第2の実施形態の燃料噴射補正制御を説明する。以下、上記第1の実施形態と異なる箇所のみ説明する。
本発明の第2の実施形態では、エンジンコントロールユニット50は、NOxパージ運転開始の際に、プレ噴射及びメイン噴射の噴射時期を補正する燃料噴射補正制御(所定の燃料噴射制御)を行なう。
本発明の第2の実施形態では、エンジンコントロールユニット50は、NOxパージ運転開始の際に、プレ噴射及びメイン噴射の噴射時期を補正する燃料噴射補正制御(所定の燃料噴射制御)を行なう。
第2の実施形態における燃料噴射補正制御は、上記第1の実施形態の燃料噴射補正制御要領を示す図2のフローチャートにおけるステップS50のアフター噴射補正の代わりにプレ噴射補正を行ない、ステップS60のポスト噴射補正の代わりにメイン噴射補正を行なう。
第2の実施形態におけるステップS50では、プレ噴射補正を行なう。プレ噴射補正は、ベースマップにより設定されるプレ噴射とメイン噴射との間の時間である基準プレ噴射インターバルPi std(deg)に対して、水温補正係数Cw2とインマニ温度補正係数Ci2を用いて行なわれる。
第2の実施形態におけるステップS50では、プレ噴射補正を行なう。プレ噴射補正は、ベースマップにより設定されるプレ噴射とメイン噴射との間の時間である基準プレ噴射インターバルPi std(deg)に対して、水温補正係数Cw2とインマニ温度補正係数Ci2を用いて行なわれる。
水温補正係数Cw2は、水温センサ43により検出されたエンジン水温Twに基づいて、図8に示すマップを用いて演算される。図8に示すように、水温補正係数Cw2は、エンジン水温TwがT2(例えば摂氏95度)以上で1であり、エンジン水温Twが低下するに伴って減少するように設定される。また、インマニ温度補正係数Ci2は、インマニ温度センサ41により検出されたインマニ温度Tiに基づいて、図9に示すマップを用いて演算される。図9に示すように、インマニ温度補正係数Ci2は、インマニ温度TiがT3(例えば摂氏80度)以上で1であり、インマニ温度Tiが低下するに伴って減少するように設定される。
そして、下記式(4)に示すように、プレ噴射とメイン噴射との間の時間であるプレ噴射インターバルPi(deg)を演算し、プレ噴射とメイン噴射との間の時間(インターバル)がこのプレ噴射インターバルPi (deg)となるように、プレ噴射の噴射時期を設定する。
なお、エンジン水温TwがT2未満またはインマニ温度TiがT3未満である場合には、Cw2×Ci2が1より小さくなり、プレ噴射インターバルPi(deg)は、ベースマップにより設定される基準プレ噴射インターバルPi std(deg)より小さい値となって、プレ噴射が遅角する方向に変更される。
なお、エンジン水温TwがT2未満またはインマニ温度TiがT3未満である場合には、Cw2×Ci2が1より小さくなり、プレ噴射インターバルPi(deg)は、ベースマップにより設定される基準プレ噴射インターバルPi std(deg)より小さい値となって、プレ噴射が遅角する方向に変更される。
Pi(deg)=Pi std(deg)×Cw2×Ci2 ・・・(4)
そして、ステップS60に進む。
第2の実施形態におけるステップS60では、メイン噴射補正を行なう。メイン噴射補正は、ベースマップにより設定される基準メイン噴射時期Mstd(deg ATDC)に対して、エンジン回転速度rに基づくメイン噴射進角係数Cmr2と、エンジントルクNに基づくメイン噴射進角係数Cmt2を用いて行なわれる。
そして、ステップS60に進む。
第2の実施形態におけるステップS60では、メイン噴射補正を行なう。メイン噴射補正は、ベースマップにより設定される基準メイン噴射時期Mstd(deg ATDC)に対して、エンジン回転速度rに基づくメイン噴射進角係数Cmr2と、エンジントルクNに基づくメイン噴射進角係数Cmt2を用いて行なわれる。
なお、メイン噴射進角係数Cmr2は、第1の実施形態におけるポスト噴射遅角係数Cmr1と同様に、図6に示すようなマップを用いてエンジン回転速度rに基づいて演算される。また、メイン噴射進角係数Cmt2は、第1の実施形態におけるポスト噴射遅角係数Cmt1と同様に、図7に示すようなマップを用いてエンジントルクNに基づいて演算される。
そして、下記式(5)に示すように、メイン噴射時期M(deg ATDC)を演算し、このメイン噴射時期M(deg ATDC)に基づいてメイン噴射の噴射時期を設定する。
そして、下記式(5)に示すように、メイン噴射時期M(deg ATDC)を演算し、このメイン噴射時期M(deg ATDC)に基づいてメイン噴射の噴射時期を設定する。
なお、エンジン回転速度rがr1未満またはエンジントルクNがN1未満で、Cmr2×Cmt2が1より大きくなり、メイン噴射時期M(deg ATDC)をポスト噴射の行なわない通常運転時よりも進角する方向に変更する。
M(deg ATDC)=Mstd(deg ATDC)×Cmr2×Cmt2 ・・・(5)
そして、ステップS70に進む。
M(deg ATDC)=Mstd(deg ATDC)×Cmr2×Cmt2 ・・・(5)
そして、ステップS70に進む。
以上のように制御することで、ポスト噴射の燃焼が不安定になりやすい低負荷、低回転時において、ポスト噴射を行なうNOxパージ運転が開始されてから所定サイクルcy経過するまで第2の実施形態の燃料噴射補正制御が行なわれ、プレ噴射の噴射時期がベースマップにより設定されるプレ噴射時よりも遅角されて、プレ噴射とメイン噴射とのインターバルが通常運転時よりも短くなる。これにより、プレ噴射とメイン噴射とを重ねて燃焼させて、筒内温度、特に燃料噴霧軌道での温度を上昇させ、NOxパージ運転切換直後でのポスト噴射(早期ポスト噴射)開始時において拡散燃焼を促し、失火を防止して、燃焼安定性を向上させることができる。
プレ噴射インターバルPi(deg)は、エンジン水温Tw及びインマニ温度Tiから演算される補正係数(Cw2、Ci2)に基づいて補正され、エンジン温度の低下に伴って、プレ噴射の噴射時期がより大きく遅角するので、筒内温度を更に上昇させ、燃焼安定性をより効果的に向上させることができる。
また、NOxパージ運転に切り換わった際に、エンジン1の低回転低トルク時にメイン噴射を進角させる制御も行なうので、プレ噴射とメイン噴射との間隔をより短くして、筒内温度をより上昇させることができる。
また、NOxパージ運転に切り換わった際に、エンジン1の低回転低トルク時にメイン噴射を進角させる制御も行なうので、プレ噴射とメイン噴射との間隔をより短くして、筒内温度をより上昇させることができる。
このように、第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、NOxパージ運転に切り換わった直後での燃焼安定性を向上させることができる。
なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものではない。例えば、上記実施形態では、燃料噴射補正制御を実行する所定サイクルcyについては、エンジン回転速度rとエンジントルクNに基づいて設定されるが、これらのいずれか一方や、エンジン1の筒内温度に関連するその他の情報に基づいて設定してもよい。
なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものではない。例えば、上記実施形態では、燃料噴射補正制御を実行する所定サイクルcyについては、エンジン回転速度rとエンジントルクNに基づいて設定されるが、これらのいずれか一方や、エンジン1の筒内温度に関連するその他の情報に基づいて設定してもよい。
また、第1の実施形態については、NOxパージ運転開始直後にアフター噴射を追加するよう制御するだけでもよい。このようにアフター噴射を追加するだけでも、アフター噴射なしと比較して、筒内温度を上昇させて早期ポスト噴射開始時における燃焼安定性を向上させることができる。また、NOxパージ運転開始の際にアフター噴射時期、アフター噴射量、ポスト噴射時期の補正制御のいずれかを行なうようにしてもよい。
第2の実施形態については、メイン噴射の進角補正については行なわなくてもよいし、低回転低トルク時に逆にメイン噴射を遅角させてもよい。このようにメイン噴射を遅角させた場合には、プレ噴射の遅角によりメイン噴射の着火タイミングが早まる方向にずれることを解消することができ、メイン噴射における着火タイミングを統一させることができる。また、筒内で局所的にリッチになり過ぎることを防止して、排気性能の低下や騒音を抑制することができる。
また、以上の実施形態では、排気管30に近接NOx触媒32と床下NOx触媒34の2つのNOxトラップ触媒を備え、近接NOx触媒32に対してNOxパージを行なう際に上記燃料噴射補正制御を行なうが、NOxトラップ触媒以外の触媒やフィルタに対してパージ(再生)を行なう際でも本発明を適用することができる。
また、再生開始時以外に、燃料噴射弁からの燃料噴射量が増加するようにエンジンの運転を切換える場合においても、当該運転切換直後においてアフター噴射の追加やプレ噴射の遅角のように、メイン噴射以外の噴射を追加、変更する等して、筒内温度、特に燃料噴霧軌道における温度を上昇させる制御を行なうことで、運転切換直後における燃焼安定性を向上させることができる。
また、再生開始時以外に、燃料噴射弁からの燃料噴射量が増加するようにエンジンの運転を切換える場合においても、当該運転切換直後においてアフター噴射の追加やプレ噴射の遅角のように、メイン噴射以外の噴射を追加、変更する等して、筒内温度、特に燃料噴霧軌道における温度を上昇させる制御を行なうことで、運転切換直後における燃焼安定性を向上させることができる。
1 エンジン(内燃機関)
3 燃料噴射弁(燃料噴射部)
50 エンジンコントロールユニット(噴射制御部、サイクル数設定部)
3 燃料噴射弁(燃料噴射部)
50 エンジンコントロールユニット(噴射制御部、サイクル数設定部)
Claims (5)
- 内燃機関の筒内へ燃料噴射する燃料噴射部と、
前記燃料噴射部からの燃料噴射量を制御する噴射制御部と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記噴射制御部は、前記燃料噴射部により燃料を噴射して前記内燃機関を運転させる第1の運転状態から、当該第1の運転状態よりも燃料噴射量が増加する第2の運転状態に切換える際に、当該第2の運転状態に切換えてから所定サイクル経過するまで、筒内温度を上昇させる所定の燃料噴射制御を実行することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記燃料噴射制御装置は、更に、前記内燃機関の回転速度及び出力トルクに基づいて前記所定サイクルを設定するサイクル数設定部を有することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記サイクル数設定部は、前記内燃機関の回転速度が低下するに伴って前記所定サイクルを多く設定することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記サイクル数設定部は、前記内燃機関の出力トルクが低下するに伴って前記所定サイクルを多く設定することを特徴とする請求項2または3に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記第1の運転状態は、前記内燃機関の出力制御に係る主噴射を伴う前記内燃機関の運転状態であり、前記第2の運転状態は、前記主噴射の後の膨張行程から排気行程にかけて前記燃料噴射部により燃料を噴射させるポスト噴射を伴う前記内燃機関の運転状態であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015250203A JP2017115634A (ja) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
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JP (1) | JP2017115634A (ja) |
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JP7408961B2 (ja) | 2019-09-10 | 2024-01-09 | マツダ株式会社 | ディーゼルエンジンの制御装置 |
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2015
- 2015-12-22 JP JP2015250203A patent/JP2017115634A/ja active Pending
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