JP3580099B2 - ディーゼルエンジンの制御装置 - 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)
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃焼形態は、着火遅れ期間中にシリンダ内に噴射された燃料が、蒸発、混合しつつ一気に燃焼(予混合燃焼)し、それに拡散燃焼が引き続く燃焼形態(この燃焼形態を以下、通常の拡散燃焼方式という)であり、初期の予混合燃焼による急激な熱発生により、いわゆるディーゼルノック音が発生するので、その対策として、コモンレール式燃料噴射装置を用いるとともに、主噴射に先立ち小量の燃料を噴射する、いわゆるパイロット噴射を行うものが提案されている(1995年ウィーンモータシンポジウム、FIAT発表、タイトル :THE POTENTIALS OF A NEW COMMON RAIL DIESEL FUEL INJECTION SYSTEM FOR THE NEXT GENERATION OF DI DIESEL ENGINES )。このものでは、パイロット噴射された小量の燃料の燃焼を火種とし、主噴射された燃料を、拡散燃焼を主体とした緩やかな燃焼とすることにより、ディーゼルノック音を抑制するのである。また、暖機完了前(冷機時)にパイロット噴射を行うと、早期に噴射されたパイロット噴射の燃料が着火しやすいため、それが火種となり、主噴射された燃料の失火を抑制する効果がある。拡散燃焼を主体とした緩やかな燃焼となることからはNOxの排出量の抑制にも効果がある。
【0003】
このほか、コモンレール式燃料噴射装置を用いるとともに、パイロット噴射を行うものとして、特開平5−302537号や特開平9−89147号等の公報に記載されたものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、暖機完了前でEGRを行っていない場合は、パイロット噴射により失火や白煙の抑制、ディーゼルノック音の低減、NOx排出量の低減の各効果が期待できる。
【0005】
しかしながら、極低温時にパイロット噴射量が少ないと、パイロット噴射燃料による発熱のみでは十分な昇温が得られず、失火やHCの増加を抑制しきれない。かといってパイロット噴射燃料が大き過ぎるときはディーゼルノック音が増大してしまう。よって、パイロット噴射はエンジンの暖機状態に応じてきめ細かく制御する必要があるが、そのような制御は従来提案されていなかった。
【0006】
一方、パイロット噴射以外の燃焼騒音低減手段として、予混合燃焼を主体とする低温予混合燃焼をさせる方法がある。この低温予混合燃焼と拡散燃焼を促進する上記のパイロット噴射は全く異なる燃焼形態であり、組み合わせることは不可能である。すなわち、パイロット噴射により拡散燃焼割合が増加するため、低温予混合燃焼は実現不可能となる。また、暖機完了後にEGRを行っている状態で多量のパイロット噴射を行ったのでは、スモークや粒子状物質が、パイロット噴射を行わない場合と比べ激しく増大するのである。
【0007】
そこで、暖機完了前は暖機完了後よりもパイロット噴射量を多くすることにより、暖機完了前のエンジン温度状態に関係なく、失火、白煙の抑制と燃焼騒音、NOx排出量の抑制との両立を図ることが考えられる。
しかしながら、要求パイロット噴射量が多くなり過ぎた場合にも、そのすべてをパイロット噴射したのでは、その多量のパイロット噴射燃料によりディーゼルノックを発生させてしまう。
そこで本発明は、さらに極低温時にパイロット噴射にさらに先行して、小量の燃料を噴射することにより、要求パイロット噴射量が多くなる極低温時においても、失火や白煙排出量の増加を抑制しつつ、ディーゼルノックをも抑制することを第1の目的とする。
一方、ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと比べ冷却水への放熱量が少ない(暖機完了までの時間が長い)ので、冬場には特に冷間始動から車室内の暖房が効き始めるまでの時間が長くなる。このような問題に対処するため、従来は、排気絞り弁等を付加し、冷機時のみ排気を絞ることによってエンジンの負荷を上げ、等出力での燃料噴射量を多くし、冷却水放熱量を増やす等の対策が行われてきた(1984年11月、(株)グランプリ出版発行の『ディーゼル乗用車』第102頁参照)のであるが、暖機促進のための排気絞りは、排気を絞るためのバタフライ弁等の付加装置が必要となり、コストが増大してしまう。
そこで本発明は、低温時に主噴射の後にポスト噴射として小量の燃料を噴射することにより、排気絞り弁等の付加装置を設けることなく暖機完了までの時間を短縮することを第2の目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
1、第2の発明は、図16に示すように、主噴射に先立ってパイロット噴射を行う手段61と、暖機が完了したかどうかを判定する手段62と、この判定結果より暖機完了前は暖機完了後よりも前記パイロット噴射の噴射量を多く設定する手段63とを設けるとともに、または、図17に示すように、主噴射に先立ってパイロット噴射を行う手段61と、暖機が完了したかどうかを判定する手段62と、この判定結果より暖機完了後は前記パイロット噴射を中止する手段71とを設けるとともに、極低温時に前記パイロット噴射に先行して小量の燃料を噴射する。
【0014】
の発明では、第1または第2の発明において前記パイロット噴射に先行する小量の噴射量をエンジン温度が低いほど多くする。
【0017】
4、第5の発明は図16に示すように、主噴射に先立ってパイロット噴射を行う手段61と、暖機が完了したかどうかを判定する手段62と、この判定結果より暖機完了前は暖機完了後よりも前記パイロット噴射の噴射量を多く設定する手段63とを設けるとともに、または、図17に示すように、主噴射に先立ってパイロット噴射を行う手段61と、暖機が完了したかどうかを判定する手段62と、この判定結果より暖機完了後は前記パイロット噴射を中止する手段71とを設けるとともに、低温時に主噴射の後にポスト噴射として小量の燃料を噴射する。
【0018】
の発明では、第4または第5の発明において前記ポスト噴射量をエンジン温度が低いほど多くする。
第7の発明では、第1または第4の発明において前記暖機完了前のパイロット噴射の噴射量をエンジン温度が低いほど多くする。
第8の発明では、第2または第5の発明において前記パイロット噴射の噴射量をエンジン温度が低いほど多くする。
第9の発明では、第1から第8までのいずれか一つの発明においてエンジン温度が第1の所定値より低い温度域でEGRを行わず、この第1の所定値と第1の所定値より高い第2の所定値の温度域でエンジン温度が高いほどEGR率を高くする。
第10の発明では、第1から第9までのいずれか一つの発明において低温時に前記パイロット噴射時期を進める。
第11の発明では、第10の発明において前記パイロット噴射時期の進角量をエンジン温度が低いほど大きくする。
【0019】
第12の発明では、第1から第11までのいずれか一つの発明において前記エンジン温度が冷却水温である。
【0020】
第13の発明では、第1から第12までのいずれか一つの発明において前記パイロット噴射を低負荷域または低回転域に限る。
【0021】
【発明の効果】
主噴射に先立ちパイロット噴射を行うものがすでに提案されており、このものによれば、パイロット噴射された小量の燃料の燃焼を火種とし、主噴射された燃料を、拡散燃焼を主体とした緩やかな燃焼とするので、NOx排出量(およびディーゼルノック音)の抑制に効果があり、かつ暖機完了前(冷機時)にパイロット噴射を行うと、早期に噴射されたパイロット噴射の燃料が着火しやすいため、それが火種となり、主噴射された燃料の失火を抑制する効果もあることを前述した。
【0022】
しかしながら、極低温時にパイロット噴射量が少ないと、パイロット噴射燃料による発熱のみでは十分な昇温が得られず、失火やHCの増加を抑制しきれない。かといってパイロット噴射燃料が大き過ぎるときはディーゼルノック音が増大してしまう。
【0023】
これに対して第1、第4の発明では、暖機完了前のほうがパイロット噴射量を多くすることで、主噴射された燃料に着火するときの筒内が暖機完了後とほぼ同じ温度に保たれる。
【0024】
このように暖機完了前に主噴射された燃料に着火するときの筒内温度を暖機完了後とほぼ同じに保つことにより、パイロット噴射量の不足による主噴射燃料の失火やHC排出の増加の心配もなく、暖機完了前の熱発生パターンが暖機完了後とほぼ同等なり、これによって、失火、白煙の抑制と燃焼騒音、NOx排出量の抑制との両立を図ることが可能となった。
【0026】
一方、パイロット噴射により拡散燃焼割合が増加し、スモークや粒子状物質が、パイロット噴射を行わない場合と比べ激しく増大してしまうのであるが、第2、第5の発明では、暖機完了後はパイロット噴射をやめるようにしたので、暖機完了後もパイロット噴射を行うことによる、スモーク、粒子状物質の増大を防ぐことができる。
【0027】
1、第2の発明では、パイロット噴射量の限度を超える燃料分を、パイロット噴射にさらに先行して噴射することで、パイロット噴射量がディーゼルノックを生じる限度を超えないようにしたので、要求パイロット噴射量が多くなる極低温時においても、失火や白煙排出量の増加を抑制しつつ、ディーゼルノックをも抑制することができる。
【0028】
特に極低温時にはパイロット噴射された燃料の着火遅れ期間が長びいてしまうが、第10の発明のように、低温時にパイロット噴射の噴射時期を進角させることで、パイロット噴射された燃料の燃焼するタイミングを最適化することができ、これによって、第1、第2の発明と同様の効果が生じる(要求パイロット噴射量が多くなる極低温時においても、失火や白煙排出増加を抑制しつつ、ディーゼルノックをも抑制することができる)。
【0029】
暖機促進のための排気絞りは、排気を絞るためのバタフライ弁等の付加装置が必要となり、コストが増大してしまうのであるが、第4、第5の発明によれば、ポスト噴射に伴う燃焼期間の増加で排気温度が上昇し、排気ポートまわりから冷却水へと伝達される放熱量が増加するので、暖機完了前の暖機促進に効果があり、排気絞り弁等の付加装置を設けることなく暖機完了までの時間を短縮することができる。
第7の発明では、暖機完了前のパイロット噴射の噴射量をエンジン温度が低いほど多くするので、冷間始動時のエンジン温度状態や暖機完了までのエンジン温度の変化に関わらず、パイロット噴射量を過不足なく与えることができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
図1において、1はディーゼルエンジンの本体で、コモンレール式の燃料噴射装置10を備える。
【0031】
ここで、コモンレール式の燃料噴射装置10の構成そのものは公知(第13回内燃機関シンポジウム講演論文集第73頁〜第77頁参照)であるので、図2により概説する。
【0032】
この燃料噴射装置10は、主に燃料タンク11、燃料供給通路12、サプライポンプ14、コモンレール(蓄圧室)16、気筒毎に設けられるノズル17からなり、サプライポンプ14により加圧された燃料は燃料供給通路15を介して蓄圧室16にいったん蓄えられたあと、蓄圧室16の高圧燃料が気筒数分のノズル17に分配される。
【0033】
ノズル17は、針弁18、ノズル室19、ノズル室19への燃料供給通路20、リテーナ21、油圧ピストン22、針弁18を閉弁方向(図で下方)に付勢するリターンスプリング23、油圧ピストン22への燃料供給通路24、この通路24に介装される三方弁(電磁弁)25などからなり、ノズル内の通路20と24が連通して油圧ピストン22上部とノズル室19にともに高圧燃料が導かれる三方弁25のOFF時(ポートAとBが連通、ポートBとCが遮断)には、油圧ピストン22の受圧面積が針弁18の受圧面積より大きいことから、針弁18が着座状態にあるが、三方弁25がON状態(ポートAとBが遮断、ポートBとCが連通)になると、油圧ピストン22上部の燃料が戻し通路28を介して燃料タンク11に戻され、油圧ピストン22に作用する燃料圧力が低下する。これによって針弁18が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。三方弁25をふたたびOFF状態に戻せば、油圧ピストン22に蓄圧室16の高圧燃料が導びかれて燃料噴射が終了する。つまり、三方弁25のON時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室16の圧力が同じであれば、ON時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。26は逆止弁、27はオリフィスである。
【0034】
この燃料噴射装置10にはさらに、蓄圧室圧力を調整するため、サプライポンプ14から吐出された燃料を戻す通路13に圧力調整弁31を備える。この調整弁31は通路13の流路を開閉するもので、蓄圧室16への燃料吐出量を調整することにより蓄圧室圧力を調整する。蓄圧室16の燃料圧力によっても燃料噴射量は変化し、三方弁25のON時間が同じであれば、蓄圧室16の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【0035】
アクセル開度センサ33、エンジン回転数とクランク角度を検出するセンサ34、気筒判別のためのセンサ35、水温センサ36からの信号が入力されるコントロールユニット41では、エンジン回転数とアクセル開度に応じて主噴射の目標燃料噴射量と蓄圧室16の目標圧力を演算し、圧力センサ32により検出される蓄圧室圧力がこの目標圧力と一致するように圧力調整弁31を介して蓄圧室16の燃料圧力をフィードバック制御する。また、演算した主噴射の目標燃料噴射量に対応して三方弁25のON時間を制御する。
【0036】
さて、冷機時でEGRを行っていない場合は、主噴射に先立ち、短時間だけ三方弁25をON状態にして小量の燃料を噴射する、いわゆるパイロット噴射により、失火や白煙の抑制、ディーゼルノック音の低減、NOx排出量の低減の各効果が期待できるのであるが、極低温時にパイロット噴射の噴射量が少ないと、パイロット噴射燃料による発熱のみでは十分な昇温が得られず、失火やHC増加が抑制しきれない。かといってパイロット噴射量が大き過ぎるときはディーゼルノック音が増大してしまう。
【0037】
これに対処するため本発明の第1実施形態では、暖機完了前のパイロット噴射量を暖機完了後より多く設定するとともに、後述する第1の追加部分で極低温時にパイロット噴射に先行して少量の燃料を噴射する。
【0038】
コントロールユニット41で行われるこの制御を図3のフローチャートに基づいて説明する。
【0039】
図3はパイロット噴射量を演算するためのもので、一定時間ごとに実行する。まずステップ1ではエンジンの回転数Ne、主噴射の目標燃料噴射量(エンジンの負荷相当である)Qf、エンジンの冷却水温Twを読み込み、ステップ2においてこれらに応じてパイロット噴射量を決定する。このパイロット噴射量は図示しないが、さらに三方弁25のON期間に換算される。
【0040】
そして、図示しないフローにおいて、主噴射に先立つ所定のタイミングでパイロット噴射量に対応する期間だけ三方弁25がON状態にされる。なお、主噴射の噴射開始時期は暖機完了前(図では低水温時)も基本的に暖機完了後と同等である(図5参照)。暖機完了後の主噴射の噴射時期は、重視する項目(NOx、粒子状物質、燃焼騒音、燃費)等により異なり、ここではNOxの排出量を低減するため、遅角側の値を採用している。
【0041】
上記のパイロット噴射量は主噴射燃料の着火時の筒内が、冷却水温Twに関係なく、失火を生じないほぼ一定温度に保たれるように設定するもので、たとえば、低回転域かつ低負荷域で、図4に示したように冷却水温Twが低いほど多くなるように設定している。
【0042】
また、図6は冷却水温が一定の条件での暖機完了後に対する暖機完了前のパイロット噴射量の増量特性を示し、低回転かつ低負荷になるほど暖機完了前のパイロット噴射量の増量が多くなっている。これは低回転のほうが圧縮端温度が低く、また圧縮行程の熱損失も大きいこと、また、低負荷のほうが、いったん火がついたとしても燃焼が持続しにくいこと(すなわち低回転かつ低負荷ほど失火、白煙の問題は大きい)により、それをリカバーするための要求パイロット噴射量が多くなるためである。
【0043】
ここで、第1実施形態の作用効果を説明する。
【0044】
一般的にディーゼルエンジンでは、燃料の着火は圧縮されたシリンダ内高温空気による自己着火であるため、圧縮端温度の低い暖機完了前は、失火に陥りやすい。また、失火に至らないまでも、未燃燃料の排出により、白煙、HCの排出が増加するという問題がある。従来は、このような問題に対処するため、低水温時の燃料噴射時期を進めることが一般的に行われている(昭和63年6月、(株)山海堂発行の『ディーゼル燃料噴射』p.154参照)。しかしながら、失火対策のための上記燃料噴射時期(主噴射の噴射時期)の進角は、その一方でNOx排出量の増大という別の問題を招く。つまり、主噴射の噴射時期の変更では、失火の抑制とNOx排出量の抑制との両方を満足させることはできないのである。
【0045】
これに対処するものとして、コモンレール式燃料噴射装置を用いるとともに、主噴射に先立ちパイロット噴射を行うものが提案されており、このものによれば、パイロット噴射された小量の燃料の燃焼を火種とし、主噴射された燃料を、拡散燃焼を主体とした緩やかな燃焼とするので、NOx排出量(およびディーゼルノック音)の抑制に効果があり、かつ暖機完了前にパイロット噴射を行うと、早期に噴射されたパイロット噴射の燃料が燃焼し、それが火種となり、主噴射された燃料の失火を抑制する効果もあることを前述した。
【0046】
しかしながら、極低温時にパイロット噴射の噴射量が少ないと、パイロット噴射燃料による発熱量のみでは十分な昇温が得られず、失火やHC増加が抑制しきれない。
【0047】
これに対して、この実施形態では主噴射の噴射開始時期は暖機完了前も基本的に暖機完了後と同等であるとともに、回転数と負荷(Qf)が同一の条件で暖機完了前は暖機完了後よりパイロット噴射量が増やされるので、パイロット噴射による発熱量が多くなる。つまり、回転数と負荷が同一であれば暖機完了前のほうがパイロット噴射量を多くすることで、主噴射された燃料に着火するときの筒内が暖機完了後とほぼ同じ温度に保たれる。
【0048】
このように暖機完了前に主噴射された燃料に着火するときの筒内温度を暖機完了後とほぼ同じに保つことにより、パイロット噴射量の不足による主噴射燃料の失火やHC排出の増加の心配もなく、冷間始動時の水温状態や暖機完了までの水温状態の変化に関わらず、ほぼ同等の熱発生パターンとなり、これによって、失火、白煙の抑制と燃焼騒音、NOx排出量の抑制との両立を図ることが可能となった。
【0049】
図7、図8、図9、図10は第2実施形態で、それぞれ第1実施形態の図1、図3、図4、図5に対応する。なお、第1実施形態と同一部分には、同一の番号やステップ番号を付けている。
【0050】
第2実施形態は、暖機完了前に第1実施形態と同じにパイロット噴射を行い、暖機完了とともにパイロット噴射を中止して低温予混合燃焼をさせるようにしたものであり、この第2実施形態においても後述する第1の追加部分で極低温時にパイロット噴射に先行して少量の燃料を噴射する。
【0051】
ここで、低温予混合燃焼は、EGR量を増やすことによる酸素濃度の低下と、燃料噴射時期の大幅な遅角化により、燃料の噴射開始から着火までの着火遅れ期間を長期化し、着火遅れ期間中に十分燃料を蒸発、混合させ、拡散燃焼量を抑制して予混合燃焼割合を増加させる燃焼である。通常は、予混合燃焼量が多いと、急激な燃焼により燃焼騒音が増加するのであるが、この燃焼では、多量のEGRによる酸素濃度の低下と、噴射時期の遅角化と着火遅れ期間長期化による燃焼開始時の温度低下により燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、NOx、スモークや粒子状物質の排出を抑制することも可能となるのである。こうした低温予混合燃焼をさせる方法はたとえば特開平7−4287号、特開平9−42015号公報により公知であるので、詳細な説明は省略し、図7にEGR通路51とEGR量を調整するためのバルブ52だけを示している。
【0052】
図8において図3と相違する部分を主に説明すると、ステップ11ではエンジン運転条件(Ne、Qf)と冷却水温Twに応じて目標EGR率とパイロット噴射量を決定する。
【0053】
EGR率は、NOxと粒子状物質の排出のバランスによりマッチングすべき値であり、低温予混合燃焼が可能な必要最低限の値よりも多く入れる運転域があり、図9はこのような運転域を想定した場合のものである。
【0054】
ここで、目標EGR率は、図9に示すように、冷却水温Twが第1の所定値Tw1未満となる場合に0である(つまりEGRを行わない)。これは従来と同様である。TwがTw1未満となる低温時にEGRを行わないのは次の理由からである。ディーゼルエンジンでNOx排出量を低減するためにはEGRが有効であることが知られているが、エンジンの低温時は、失火の発生、白煙、HCの増加、シリンダボア、ピストンリングの摩耗による耐久性低下、バルブへのデポジット堆積の問題が特に顕著なため、EGRを行わないのである。
【0055】
Twが所定値Tw1以上の場合は冷却水温Twの上昇に合わせて目標EGR率を徐々に大きくしていき、Twが所定値Tw1よりも高い第2の所定値Tw2となったら、暖機完了と判断し、目標EGR率を所定値にする。なお、図9では負荷と回転が同一の条件で考えているため、暖機完了後の目標EGR率が一定になっている。Tw1よりTw2までの温度域で冷却水温Twに応じて目標EGR率を徐々に増加させるのは、低水温時のEGRによる弊害(摩耗、失火等)が問題にならない範囲で最大限にEGR率を大きくしたからで、このとき、必然的に右上がり特性となるのである。最大限にEGR率を大きくしたいのは、NOxの排出抑制のためである。
【0056】
一方、パイロット噴射量は、第1実施形態と同様にTwの上昇とともに減少させ、Tw、目標EGR率とも十分高くなったタイミング、つまりTwが所定値Tw3以上で低温予混合燃焼が可能と判断し、0とする(つまりパイロット噴射を行わない)。これは次の理由からである。低温予混合燃焼させる場合には、EGR率を所定値以上にする必要がある。また、低温予混合燃焼させることにより、パイロット噴射に頼ることなく燃焼騒音を低減することが可能である。したがって、EGR率が所定値を超えたタイミングでパイロット噴射を止めるのである。
【0057】
さて、拡散燃焼を促進するパイロット噴射と予混合燃焼を主体とする低温予混合燃焼とを組み合わせることは不可能であった。これは、パイロット噴射により拡散燃焼割合が増加するため、暖機完了後にEGRを行っている状態でパイロット噴射を行ったのでは、スモークや粒子状物質が、パイロット噴射を行わない場合と比べ激しく増大してしまうからである。
【0058】
これに対して、第2実施形態では、暖機完了後はパイロット噴射をやめるようにしたので、暖機完了後もパイロット噴射を行うことによる、スモーク、粒子状物質の増大を防ぐことができる。
【0059】
図11、図12は第1、第2実施形態に対する第1の追加部分ある
【0060】
この第1の追加部分、極低温時に、図12に示すように、パイロット噴射にさらに先行して、小量の燃料を噴射するようにしたものである。これは、要求パイロット噴射量が多くなり過ぎた場合にも、そのすべてをパイロット噴射したのでは、その多量のパイロット噴射燃料によりディーゼルノックを発生させてしまうからである。
【0061】
図11は冷却水温Twが所定値Tw4以下となる極低温時にパイロット噴射に先行させる小量噴射量の特性を、パイロット噴射量の特性に重ねて示したもので、この小量噴射量もパイロット噴射量と同様、Twが低くなるほど多くなる特性である。
【0062】
第1の追加部分では、パイロット噴射量の限度を超える燃料分を、パイロット噴射にさらに先行して噴射することで、パイロット噴射量がディーゼルノックを生じる限度を超えないようにしたので、要求パイロット噴射量が多くなる極低温時においても、失火や白煙排出量の増加を抑制しつつ、ディーゼルノックをも抑制することができる。
【0063】
図13は第実施形態で、第1実施形態の図4に対応する。
【0064】
この実施形態は、第1(または第2)実施形態を前提として、図13に示すようにパイロット噴射の燃料噴射時期を、Twが低くなるほど進角させるようにしたものである。
【0065】
特に極低温時にはパイロット噴射された燃料の着火遅れ期間が長びいてしまうが、この実施形態のように、Twが低くなるほどパイロット噴射の噴射時期を進角させることで、パイロット噴射された燃料の燃焼するタイミングを最適化することができ、これによって、前記第1の追加部分と同様の作用効果が生じる(要求パイロット噴射量が多くなる極低温時においても、失火や白煙排出増加を抑制しつつ、ディーゼルノックをも抑制することができる)。
【0066】
図14、図15は第2の追加部分ある
この第2の追加部分は、第1(または第2)実施形態に追加して、低水温時に、図15に示したように、主噴射の後に小量の燃料の噴射(この噴射をポスト噴射という)を行うようにしたものである。
【0067】
図14は冷却水温Twが所定値Tw5以下となる低温時のポスト噴射量の特性、パイロット噴射量の特性に重ねて示したもので、ポスト噴射量もパイロット噴射量と同様、Twが低くなるほど多くなる特性である。
【0068】
さて、ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと比べ冷却水への放熱量が少ない(暖機完了までの時間が長い)ので、冬場には特に冷間始動から車室内の暖房が効き始めるまでの時間が長くなる。このような問題に対処するため、従来は、排気絞り弁等を付加し、冷機時のみ排気を絞ることによってエンジンの負荷を上げ、等出力での燃料噴射量を多くし、冷却水放熱量を増やす等の対策が行われてきた(1984年11月、(株)グランプリ出版発行の『ディーゼル乗用車』第102頁参照)のであるが、暖機促進のための排気絞りは、排気を絞るためのバタフライ弁等の付加装置が必要となり、コストが増大してしまう。
【0069】
これに対して、第2の追加部分では、ポスト噴射に伴う燃焼期間の増加で排気温度が上昇し、排気ポートまわりから冷却水へと伝達される放熱量が増加するので、暖機完了前の暖機促進に効果があり、排気絞り弁等の付加装置を設けることなく暖機完了までの時間を短縮することができる。
【0070】
第1実施形態、第2の追加部分では、図4(第1実施形態)、図13(第実施形態)、図14(第2の追加部分)のようにパイロット噴射を暖機完了後も行っているが、暖機完了後に低温予混合燃焼を行わせるときは暖機完了後にパイロット噴射をやめる必要がある。ただし、低温予混合燃焼を行わせない場合は、暖機完了後にパイロット噴射を行わせても、行わせなくても、かまわない。低温予混合燃焼を行わせない場合に、暖機完了後にパイロット噴射を行わせるかどうかは重視する項目により異なるからである(燃焼騒音やNOx排出量の抑制を重視するなら暖機完了後もパイロット噴射を行い、粒子状物質やスモークの抑制を重視するならパイロット噴射を行わないのが一般的である)。
【0071】
実施形態では、回転数と負荷とで定まる運転域を限定せずに(つまり全運転域で)パイロット噴射を行うものとして説明したが、低回転域や低負荷域にだけパイロット噴射を行わせるようにしてもかまわない。ディーゼルエンジンには、冷機時に、失火しやすい、白煙やHC排出が多くなる、EGRをかけられないためNOx排出が多くなる、ディーゼルノック音が大きい、暖機が遅いという問題があり、これらの問題のうち、失火、白煙、ディーゼルノック音は特に低回転域かつ低負荷域で大きな問題となる傾向であるので、低回転域や低負荷域でだけパイロット噴射を行わせることでもよいわけである。
【0072】
実施形態では、コモンレール式燃料噴射装置を用いて、パイロット噴射(各実施形態に共通)、これに先行させる小量噴射(第1の追加部分)、ポスト噴射(第2の追加部分)を行わせる場合で説明したが、これに限定されるものでなく、たとえばジャーク式燃料噴射装置を用い、燃料のスピルポートの開閉を複数回行うことにより、パイロット噴射、これに先行させる小量噴射、ポスト噴射を行わせるように構成してもかまわない。
【0073】
実施形態では、インジェクタは3方弁タイプのインジェクタで説明したが、2方弁タイプのインジェクタでもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態のエンジンの概略平面図である。
【図2】コモンレール式燃料噴射装置のシステム図である。
【図3】第1実施形態のパイロット噴射量の決定を説明するためのフローチャートである。
【図4】冷却水温に対するパイロット噴射量の特性図である。
【図5】クランク角度に対する燃料噴射率の特性図である。
【図6】冷却水温が一定の条件での暖機完了後に対する冷機時のパイロット噴射量の増量を示す特性図である。
【図7】第2実施形態のエンジンの概略平面図である。
【図8】第2実施形態のパイロット噴射量の決定を説明するためのフローチャートである。
【図9】第2実施形態の冷却水温に対するパイロット噴射量と目標EGR率の特性図である。
【図10】第2実施形態のクランク角度に対する燃料噴射率の特性図である。
【図11】第1の追加部分の冷却水温に対するパイロット噴射量とこれに先行する噴射量の特性図である。
【図12】第1の追加部分のクランク角度に対する燃料噴射率の特性図である。
【図13】第実施形態の冷却水温に対するパイロット噴射量とパイロット噴射時期の特性図である。
【図14】第2の追加部分の冷却水温に対するパイロット噴射量とポスト噴射量の特性図である
【図15】第2の追加部分のクランク角度に対する燃料噴射率の特性図である。
【図16】第1、第4の発明のクレーム対応図である。
【図17】第2、第5の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
1 エンジン本体
10 コモンレール式燃料噴射装置
16 蓄圧室
17 インジェクタ
24 三方弁
36 水温センサ
41 コントロールユニット

Claims (13)

  1. 主噴射に先立ってパイロット噴射を行う手段と、
    暖機が完了したかどうかを判定する手段と、
    この判定結果より暖機完了前は暖機完了後よりも前記パイロット噴射の噴射量を多く設定する手段と
    を設けるとともに、
    極低温時に前記パイロット噴射に先行して小量の燃料を噴射することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
  2. 主噴射に先立ってパイロット噴射を行う手段と、
    暖機が完了したかどうかを判定する手段と、
    この判定結果より暖機完了後は前記パイロット噴射を中止する手段と
    を設けるとともに、
    極低温時に前記パイロット噴射に先行して小量の燃料を噴射することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
  3. 前記パイロット噴射に先行する小量の噴射量をエンジン温度が低いほど多くすることを特徴とする請求項1または2に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  4. 主噴射に先立ってパイロット噴射を行う手段と、
    暖機が完了したかどうかを判定する手段と、
    この判定結果より暖機完了前は暖機完了後よりも前記パイロット噴射の噴射量を多く設定する手段と
    を設けるとともに、
    低温時に主噴射の後にポスト噴射として小量の燃料を噴射することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
  5. 主噴射に先立ってパイロット噴射を行う手段と、
    暖機が完了したかどうかを判定する手段と、
    この判定結果より暖機完了後は前記パイロット噴射を中止する手段と
    を設けるとともに、
    低温時に主噴射の後にポスト噴射として小量の燃料を噴射することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
  6. 前記ポスト噴射量をエンジン温度が低いほど多くすることを特徴とする請求項4または5に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  7. 前記暖機完了前のパイロット噴射の噴射量をエンジン温度が低いほど多くすることを特徴とする請求項1または4に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  8. 前記パイロット噴射の噴射量をエンジン温度が低いほど多くすることを特徴とする請求項2または5に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  9. エンジン温度が第1の所定値より低い温度域でEGRを行わず、この第1の所定値と第1の所定値より高い第2の所定値の温度域でエンジン温度が高いほどEGR率を高くすることを特徴とする請求項1からまでのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  10. 低温時に前記パイロット噴射時期を進めることを特徴とする請求項1からまでのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  11. 前記パイロット噴射時期の進角量をエンジン温度が低いほど大きくすることを特徴とする請求項10に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  12. 前記エンジン温度が冷却水温であることを特徴とする請求項1から11までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  13. 前記パイロット噴射を低負荷域または低回転域に限ることを特徴とする請求項1から11までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
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