JP3721873B2 - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレール式ディーゼルエンジン等に適用される燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コモンレール式ディーゼルエンジンにおいては、特に始動から暖機までの間の白煙と騒音を防止する観点から、パイロット噴射とメイン噴射とによる二段階噴射を行っているものがある。
【０００３】
従来、パイロット噴射量は図７に示すＰＱマップに従って決めるようにしていた。このマップでは横軸に水温ＴＷ（℃）、縦軸にパイロット噴射量ＰＱをとっている。マップ中の線図は後述するようにエンジン運転状態に応じて時々刻々と変化する。実線ａはある瞬間のものだが、エンジン運転状態によっては破線ｂのようになることもある。
【０００４】
マップ内が二つの設定水温ＬＴＷ、ＨＴＷ（ＬＴＷ＜ＨＴＷ）によって三領域に仕切られる。ＴＷ≦ＬＴＷの領域を低温エリア、ＴＷ≧ＨＴＷの領域を高温エリア、ＬＴＷ＜ＴＷ＜ＨＴＷの領域を中間エリアと称す。低温エリアではパイロット噴射量ＰＱが水温によらず一定値ＬＬＰＱとなり、高温エリアでも同様にパイロット噴射量ＰＱが水温によらず一定値ＨＨＰＱとなる。なおＬＬＰＱ＞ＨＨＰＱである。中間エリアではこれらＬＬＰＱ、ＨＨＰＱを二点補間した値となり、線図は図示の如き直線となる。
【０００５】
ＬＬＰＱとＨＨＰＱとの値はエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとに基づきマップから算出される。図中の添字(NE,Q)はこのことを意味する。それ故、ＬＬＰＱとＨＨＰＱとがエンジン運転状態によって変化し、その結果マップ中の線図が時々刻々と変化するのである。
【０００６】
図８にパイロット噴射量の算出フローを示す。まずステップ４０１でエンジン回転速度ＮＥ、総噴射量Ｑ及び水温ＴＷを検出又は計算し、ステップ４０２でＬＬＰＱとＨＨＰＱとを算出する。これにより図７のＰＱマップが確定するから、次のステップ４０３で水温ＴＷを基にＰＱマップからパイロット噴射量ＰＱを算出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常エンジンでは低大気温時の白煙が問題となる。この対策として燃料噴射タイミングを進角する方法が考えられるが、これだと騒音レベルが悪化する。よって低大気温時に白煙と騒音とを一定レベル以内に抑えるにはパイロット噴射が非常に有効な手段となってくる。
【０００８】
しかし、上述のように従来はパイロット噴射量の決定に大気温は全く考慮されていなかった。従ってパイロット噴射制御としては十分なものといえず、白煙と騒音とを一定レベル以内に抑えるのは難しかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジン運転状態に基づいて所定のパイロット噴射とメイン噴射とを実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、パイロット噴射量を大気温に基づき補正するパイロット噴射量補正手段を設け、該パイロット噴射量補正手段が、冷却水温が高温側の第一所定値以上のとき補正を実行しないように構成したものである。
【００１０】
本発明は、エンジン運転状態に基づいて所定のパイロット噴射とメイン噴射とを実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、パイロット噴射量を大気温に基づき補正するパイロット噴射量補正手段を設け、該パイロット噴射量補正手段が、冷却水温が低温側の第二所定値以下のとき補正を実行しないように構成したものである。
【００１１】
これによれば大気温に応じたパイロット噴射量とすることができ、最適且つ十分なパイロット噴射制御を行える。
【００１２】
ここで、上記パイロット噴射量補正手段が、大気温が所定値以下のとき上記パイロット噴射量を増量補正するものであるのが好ましい。
【００１３】
また、上記パイロット噴射量補正手段が、冷却水温が低温側の第二所定値未満のとき補正を実行しないものであるのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１５】
図６は本発明が適用されるコモンレール式直噴ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を示す。エンジンの各気筒毎にインジェクタ１が設けられ、各インジェクタ１には高圧管２を通じ、コモンレール３に貯留されたコモンレール圧（数10〜数100MPa）の高圧燃料が常時供給されている。コモンレール３への燃料圧送は主に高圧ポンプ４によって行われる。即ち、燃料タンク５の常圧程度の燃料が燃料フィルタ６を通じてフィードポンプ７に吸引され、これにより燃料がフィード管８を通じて高圧ポンプ４に送られる。ここで燃料が高圧に加圧され、高圧管９を通じてコモンレール３に送られる。
【００１６】
燃料噴射制御を総括的に司る電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１０が設けられ、これはエンジンの運転状態（回転速度、負荷等）に応じて所定の駆動パルスをインジェクタ１の電磁ソレノイド１１に送り、インジェクタ１を開閉制御する。電磁ソレノイド１１がONされると燃料噴射が実行され、電磁ソレノイド１１がOFF されると燃料噴射が停止される。噴射停止時にはインジェクタ１内のリーク燃料がリーク管１２を通じて燃料タンク５に戻される。
【００１７】
またＥＣＵ１０はエンジン運転状態に応じてコモンレール圧をフィードバック制御する。即ち、コモンレール３にコモンレール圧センサ１３が設けられ、この圧力値に基づきＥＣＵ１０が高圧ポンプ４の出口圧を制御する。このとき余剰の燃料が戻り管１４を通じて燃料タンク５に戻される。コモンレール圧はそのまま噴射圧力となる。
【００１８】
ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度センサ１５の出力からエンジン回転速度ＮＥを読取り、アクセル開度センサ１６の出力からアクセル開度ＡＣを読取り、大気温センサ１７の出力から大気温ＴＡを読取り、水温センサ１８の出力からエンジン冷却水の水温（冷却水温）ＴＷを読取るようになっている。この他にもＥＣＵ１０は図示しない各種センサ類から各種情報を読取るようになっている。
【００１９】
本装置ではエンジン運転状態に基づいて所定のパイロット噴射とメイン噴射、つまり二段階噴射を実行するようになっている。これはパイロット噴射による火種を基にメイン噴射による主燃焼を実行させるもので、白煙と騒音との両立等を図り得るものである。
【００２０】
図５はかかる二段階噴射の具体的態様を現わす。パイロット噴射量がＰＱ、メイン噴射量がＭＱで示される。これらの合計ＰＱ＋ＭＱが総噴射量Ｑである。パイロット噴射量ＰＱとメイン噴射量ＭＱとはインジェクタ通電期間ΔＰＴ、ΔＭＴに置き換えられ、各噴射量の制御は実際には各通電期間の制御によってなされる。パイロット噴射の開始時期がＰＴＩ、メイン噴射の開始時期がＭＴＩである。パイロット噴射とメイン噴射との間には所定の無噴射期間、即ちパイロットインターバルが存在する。ここでのパイロットインターバルはパイロット噴射終了からメイン噴射開始までの期間ＰＩＮＴで定義される。各時期、期間の単位はクランク角（°CA）で、ＥＣＵ２はエンジン回転速度センサ７から得られた回転パルス（クランク角）を基準に各時期等の到来を判断する。ここでは遅角方向（クランク角増大方向）を正とする。
【００２１】
次に、本装置における燃料噴射制御、特にパイロット噴射制御について説明する。
【００２２】
従来同様、パイロット噴射量は図１に示すＰＱマップに従って決められる。マップの横軸は水温ＴＷ（℃）、縦軸はパイロット噴射量ＰＱである。マップ内が二つ設定水温ＬＴＷ、ＨＴＷ（ＬＴＷ＜ＨＴＷ）によって三領域に仕切られ、ＴＷ≦ＬＴＷの領域を低温エリア、ＴＷ≧ＨＴＷの領域を高温エリア、ＬＴＷ＜ＴＷ＜ＨＴＷの領域を中間エリアと称す。
【００２３】
本装置では、大気温が所定値以下のとき、パイロット噴射量をベース量に対し増量補正するようになっている。マップ中の実線ｃはパイロット噴射量のベース量（以下「ベースパイロット噴射量」という）を、破線ｄは補正後のパイロット噴射量を示す。
【００２４】
ベースパイロット噴射量（実線ｃ）に関し、これは低温エリア及び高温エリアにおいて水温によらず一定値ＬＬＰＱ、ＨＨＰＱとなる。なおＬＬＰＱ＞ＨＨＰＱである。中間エリアではこれらＬＬＰＱ、ＨＨＰＱを二点補間した値となる。ただしここでの線図は後述の関数ＰＱ１で規定され、図示の如き曲線とするのが好ましい。
【００２５】
ＬＬＰＱとＨＨＰＱとの値はエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとに基づき所定のマップ（図示せず）に従って算出される。図中の添字(NE,Q)はこのことを意味する。それ故、ＬＬＰＱとＨＨＰＱとがエンジン運転状態によって変化し、その結果マップ中の線図ｃ，ｄが時々刻々と変化する。この点は従来と同様である。なお総噴射量Ｑは、エンジン回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣとの値に基づき所定のマップ（図示せず）に従って予め算出されることとなる。
【００２６】
関数ＰＱ１は任意に設定できるが、ここでは次式のようなＮ次関数（Ｎは自然数）としている。
【００２７】
ＰＱ１(TW,(NE,Q)) ＝ＣN ・ＴＷN ＋ＣN-1 ・ＴＷN-1 ＋…＋Ｃ1 ・ＴＷ＋Ｃ0
ＣN ，ＣN-1 ，…Ｃ1 ，Ｃ0 は、ＴＷ＝ＬＴＷのときＰＱ１＝ＬＬＰＱ、ＴＷ＝ＨＴＷのときＰＱ１＝ＨＨＰＱを満たすような任意の定数である。ＰＱ１はエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとにより、水温ＴＷに関するＮ次式の形で決定される。図中の添字(TW,(NE,Q)) はこのことを意味する。ここではＮ≧２とし、線図を曲線としている。なおＮ＝１とすることもでき、こうなると線図は従来同様の直線となる。
【００２８】
一方、補正後パイロット噴射量（破線ｄ）に関し、これは低温エリアではベースパイロット噴射量と同様、水温によらない一定値ＬＬＰＱをとる。中間エリア及び高温エリアではベースパイロット噴射量に対し以下のような差異がみられる。
【００２９】
即ち、高温エリアにおいて二つの設定水温ＨＨＴＷ，ＳＨＴＷ（ＨＴＷ＜ＨＨＴＷ＜ＳＨＴＷ）が設けられ、水温ＴＷがＨＴＷ≦ＴＷ≦ＨＨＴＷのとき補正後パイロット噴射量は一定値ＬＨＰＱ（＞ＨＨＰＱ）をとる。このＬＨＰＱもエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとに基づき所定のマップ（図示せず）に従って算出され、図中には添字(NE,Q)を付してある。
【００３０】
中間エリアでは補正後パイロット噴射量がＬＬＰＱとＬＨＰＱとを二点補間した値となる。この値はＰＱ１同様のＮ次関数ＰＱ２で求められ、線図もＰＱ１同様曲線とするのが好ましい。図中に添字(TW,(NE,Q)) を付する。ＰＱ２で与えられる補正後噴射量はＰＱ１で与えられるベース量より大きい値となる。
【００３１】
この中間エリアでは、補正後パイロット噴射量とベースパイロット噴射量との差、つまり補正量が水温の上昇につれ次第に大きくなっていく。そして水温ＨＴＷで最大（ＬＨＰＱ−ＨＨＰＱ）となる。
【００３２】
高温エリアにおいて、ＨＨＴＷ＜ＴＷ＜ＳＨＴＷの領域では、補正後パイロット噴射量がＬＨＰＱとＨＨＰＱとを二点補間した値となる。この値はＰＱ１，ＰＱ２同様のＮ次関数ＰＱ３で求められ、線図もＰＱ１，ＰＱ２同様曲線とするのが好ましい。図中に添字(TW,(NE,Q)) を付する。ＰＱ３で与えられる補正後噴射量はベース量ＨＨＰＱより大きい値となる。
【００３３】
この領域では、補正後パイロット噴射量とベースパイロット噴射量との差つまり補正量が、水温の上昇につれ次第に小さくなり、水温ＳＨＴＷで０となる。
【００３４】
そしてこれに続くＳＨＴＷ≦ＴＷの領域では、補正後パイロット噴射量がベースパイロット噴射量ＨＨＰＱと等しくなり、補正量は０を維持する。
【００３５】
このように、ＴＷ≦ＬＴＷ及びＳＨＴＷ≦ＴＷの領域では補正量は０であり、補正は行われない。これらＳＨＴＷ、ＬＴＷが本発明の「高温側の第一所定値」、「低温側の第二所定値」に相当する。
【００３６】
ここで、低温エリアは主に低温始動が行われるエリアで、低温始動性、白煙、騒音といった要求がある。そこでこれらの要求を全て満足し得るようにＬＬＰＱが定められている。一方高温エリアはエンジン暖機後となるエリアで、始動性等よりもむしろ排ガス適合を優先させる必要がある。そこでこれを満足し得るようＨＨＰＱ、ＬＨＰＱ、ＰＱ３が定められている。中間エリアはエンジン暖機途中となるエリアで、主に白煙と騒音のバランスが重要となる。そこでこの要求を満足できるようＰＱ１、ＰＱ２が定められている。
【００３７】
次に、大気温補正の実行可否の判定方法を示す。これはＥＣＵ１０により図３に示す判定フローに従って行われる。
【００３８】
ＥＣＵ１０はまずステップ２０１で大気温ＴＡを読込む。そしてステップ２０２でこの大気温ＴＡを所定値ＬＴＡと比較する。
【００３９】
ＴＡ≦ＬＴＡのとき、ステップ２０３に進んでこの状態がＴＰＦＧ１（秒）以上継続したか否かを判断する。継続したならステップ２０４に進んで大気温補正判定フラグＰＦＧを１とする。継続しなければステップ２０６に進んで大気温補正判定フラグＰＦＧを０とする。
【００４０】
ステップ２０２でＴＡ＞ＬＴＡのとき、ステップ２０５に進んでこの状態がＴＰＦＧ２（秒）以上継続したか否かを判断する。継続したならステップ２０６に進んで大気温補正判定フラグＰＦＧを０とする。継続しなければステップ２０４に進んで大気温補正判定フラグＰＦＧを１とする。
【００４１】
大気温補正判定フラグＰＦＧが１なら大気温補正を実行し、大気温補正判定フラグＰＦＧが０なら大気温補正を行わない。このフローではいわゆるヒステリシスを設け、フラグの切替条件（ＴＡ≦ＬＴＡ又はＴＡ＞ＬＴＡ）が成立しても、その状態が所定時間継続しなければフラグを切替えないこととした。これにより制御の安定性が保たれる。なおフラグＰＦＧの初期値は０である。
【００４２】
こうして大気温補正の実行可否が判断されたら、次に図２に示す噴射量決定フローに従い、パイロット噴射量ＰＱ及びメイン噴射量ＭＱを決定する。このフローはＥＣＵ１０により各制御サイクル毎に繰り返し実行される。
【００４３】
ＥＣＵ１０は、まずステップ１０１でエンジン回転速度ＮＥ、アクセル開度ＡＣ、大気温ＴＡ及び水温ＴＷを読み込む。そしてステップ１０２でエンジン回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣとから所定のマップに従い総噴射量Ｑを算出する。次にステップ１０３でエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとから所定のマップに従いＬＬＰＱ，ＬＨＰＱ，ＨＨＰＱを算出する。次にステップ１０４でエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとから関数ＰＱ１，ＰＱ２，ＰＱ３を決定する。これによりＰＱマップが確定するから、パイロット噴射量ＰＱは当該マップを用いて以下のように算出することができる。
【００４４】
即ち、まずステップ１０５に進んで水温ＴＷを設定水温ＬＴＷと比較する。ＴＷ≦ＬＴＷならステップ１１５に進んでＰＱ＝ＬＬＰＱとする。ＴＷ＞ＬＴＷならステップ１０６に進み、水温ＴＷを設定水温ＳＨＴＷと比較する。ＴＷ≧ＳＨＴＷならステップ１１４に進んでＰＱ＝ＨＨＰＱとする。ＴＷ＜ＳＨＴＷならステップ１０７に進み、大気温補正判定フラグＰＦＧが０か否かを判断する。
【００４５】
ＰＦＧ＝０のとき、即ち大気温補正しないと判断したときは、ステップ１１３に進み、関数ＰＱ１と水温ＴＷとからパイロット噴射量ＰＱを計算する。
【００４６】
ＰＦＧ＝１のとき、即ち大気温補正すると判断したときは、ステップ１０８に進み、水温ＴＷがＬＴＷ＜ＴＷ＜ＨＴＷの範囲内にあるか否かを判断する。その範囲内にあればステップ１１２に進み、関数ＰＱ２と水温ＴＷとからパイロット噴射量ＰＱを計算する。範囲内になければステップ１０９に進み、水温ＴＷがＨＨＴＷ＜ＴＷ＜ＳＨＴＷの範囲内にあるか否かを判断する。その範囲内にあればステップ１１１に進み、関数ＰＱ３と水温ＴＷとからパイロット噴射量ＰＱを計算する。範囲内になければステップ１１０に進み、ＰＱ＝ＬＨＰＱとする。
【００４７】
こうしてパイロット噴射量ＰＱが算出されたら、メイン噴射量ＭＱを式ＭＱ＝Ｑ−ＰＱに従って計算する。こうしてパイロット噴射量ＰＱとメイン噴射量ＭＱとが決定されたら本フローを終了する。なお、こうして決定されたパイロット噴射量ＰＱとメイン噴射量ＭＱとは直ちにインジェクタ通電時間ΔＰＴ、ΔＭＴに置き換えられる。
【００４８】
次に、燃料噴射時期即ちパイロット噴射時期ＰＴＩ及びメイン噴射時期ＭＴＩの決定方法について説明する。この決定はＥＣＵ１０により図４に示す噴射時期決定フローに従って各制御サイクル毎に繰り返し行われる。
【００４９】
ＥＣＵ１０は、まずステップ３０１でエンジン回転速度ＮＥ、総噴射量Ｑ及びパイロット噴射量ＰＱを読み込む。そしてステップ３０２でエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとから所定のマップに従いメイン噴射時期ＭＴＩを算出する。次にステップ３０３でエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとから所定のマップに従いパイロットインターバルＰＩＮＴを算出する。
【００５０】
この後、ステップ３０４ではパイロット噴射量ＰＱに応じたパイロットインターバルＰＩＮＴの補正を行う。即ち、パイロット噴射量ＰＱが多い程パイロットインターバルＰＩＮＴを大きくする補正を行う。そしてステップ３０５に進み、パイロット噴射時期ＰＴＩを次式により決定する。
【００５１】
ＰＴＩ＝ＭＴＩ−ＰＩＮＴ−ΔＰＴ
こうして、最終的な噴射時期ＰＴＩ、ＭＴＩとインジェクタ通電時間ΔＰＴ、ΔＭＴとが決まったら、これら噴射時期の到来と同時に対応する通電時間だけインジェクタ１の電磁ソレノイド１１をONする。これにより現在のエンジン運転状態に即した所望の二段階噴射が実現される。
【００５２】
このように、本装置においてはパイロット噴射量ＰＱを大気温ＴＡに基づき補正するので、大気温ＴＡに応じた最適パイロット噴射量とすることができ、最適且つ十分なパイロット噴射制御を実現できる。そして白煙と騒音とを常に一定レベル以内に抑えることが可能となる。
【００５３】
特に本装置では、大気温ＴＡが所定値ＬＴＡ以下となる低大気温時に、所定の水温域（ＬＴＷ＜ＴＷ＜ＳＨＴＷ）で、パイロット噴射量ＰＱをベース量に対し増量補正している。これにより着火及び燃焼が容易となり、白煙と騒音とを両立できる。逆に、その水温域でも、大気温ＴＡが所定値ＬＴＡより大きい高大気温時には、必要最小限のベース量を噴射し、過剰の燃料噴射を防止して燃費の抑制を図っている。
【００５４】
さらに、水温ＴＷがＳＨＴＷ以上のときは、大気温ＴＡに拘らず補正を実行しない。この理由はオーバーヒートを防ぐためである。
【００５５】
また、水温ＴＷがＬＴＷ以下のときにも大気温ＴＡに拘らず補正を実行しない。この水温領域（低温エリア）では始動性、白煙、騒音を満足し得るような最適パイロット噴射量ＬＬＰＱが既に別マップで与えられており、これをさらに大気温補正（増量）してしまうと、パイロット燃焼が過大となり、騒音が増大するからである。
【００５６】
上記ＰＱ１、ＰＱ２、ＰＱ３は二次関数以上とするのが好ましい。こうすると従来のような一次関数に比べ、パイロット噴射量ＰＱを水温ＴＷに応じてきめ細かく設定できるようになるからである。
【００５７】
本装置では、パイロット噴射量ＰＱが多い程パイロットインターバルＰＩＮＴを大きくする補正を行っている。これはパイロット噴射量ＰＱが多い程、着火遅れ及び燃焼期間が増大するので、その分早めに燃料噴射開始する必要があるからである。
【００５８】
上記の説明から分かるように、本実施形態ではＥＣＵ１０が本発明のパイロット噴射量補正手段を構成している。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態は上述のものに限られず他にも様々なものが考えられる。例えば、過渡判定を行うようにすることで過渡時のパイロット噴射大気温補正が可能となる。大気温は吸気温を代用してもよい。補正量の増大・減少の態様は本実施形態以外のものが可能であり、補正量の切替水温も本実施形態のようなＬＴＷ、ＨＴＷ、ＨＨＴＷ，ＳＨＴＷに限られない。所定の場合にはベース量に対し減量補正する態様であってもよい。本発明はコモンレール式ディーゼルエンジン以外にも各種エンジンに適用できる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば以下の如き優れた効果が発揮される。
【００６１】
(1) 大気温を考慮した最適パイロット噴射制御を実現できる。
【００６２】
(2) 低大気温時に騒音と白煙とを一定レベル以内に抑えられる。
【００６３】
(3) 燃費の過度の増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パイロット噴射量算出用マップである。
【図２】燃料噴射量決定用フローチャートである。
【図３】大気温補正判定用フローチャートである。
【図４】燃料噴射時期決定用フローチャートである。
【図５】パイロット噴射とメイン噴射の態様を示すタイムチャートである。
【図６】コモンレール式燃料噴射装置の構成図である。
【図７】従来のパイロット噴射量算出用マップである。
【図８】従来のパイロット噴射量決定用フローチャートである。
【符号の説明】
１ インジェクタ
３ コモンレール
４ 高圧ポンプ
１０ 電子制御ユニット
１３ コモンレール圧センサ
１５ エンジン回転速度センサ
１６ アクセル開度センサ
１７ 大気温センサ
１８ 水温センサ
ＬＴＡ 大気温の所定値
ＬＴＷ、ＳＨＴＷ 設定水温
ＭＱ メイン噴射量
ＭＴＩ メイン噴射時期
ＮＥ エンジン回転速度
ＰＩＮＴ パイロットインターバル
ＰＱ パイロット噴射量
ＰＴＩ パイロット噴射時期
Ｑ 総噴射量
ＴＡ 大気温
ＴＷ 水温
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレール式ディーゼルエンジン等に適用される燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コモンレール式ディーゼルエンジンにおいては、特に始動から暖機までの間の白煙と騒音を防止する観点から、パイロット噴射とメイン噴射とによる二段階噴射を行っているものがある。
【０００３】
従来、パイロット噴射量は図７に示すＰＱマップに従って決めるようにしていた。このマップでは横軸に水温ＴＷ（℃）、縦軸にパイロット噴射量ＰＱをとっている。マップ中の線図は後述するようにエンジン運転状態に応じて時々刻々と変化する。実線ａはある瞬間のものだが、エンジン運転状態によっては破線ｂのようになることもある。
【０００４】
マップ内が二つの設定水温ＬＴＷ、ＨＴＷ（ＬＴＷ＜ＨＴＷ）によって三領域に仕切られる。ＴＷ≦ＬＴＷの領域を低温エリア、ＴＷ≧ＨＴＷの領域を高温エリア、ＬＴＷ＜ＴＷ＜ＨＴＷの領域を中間エリアと称す。低温エリアではパイロット噴射量ＰＱが水温によらず一定値ＬＬＰＱとなり、高温エリアでも同様にパイロット噴射量ＰＱが水温によらず一定値ＨＨＰＱとなる。なおＬＬＰＱ＞ＨＨＰＱである。中間エリアではこれらＬＬＰＱ、ＨＨＰＱを二点補間した値となり、線図は図示の如き直線となる。
【０００５】
ＬＬＰＱとＨＨＰＱとの値はエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとに基づきマップから算出される。図中の添字(NE,Q)はこのことを意味する。それ故、ＬＬＰＱとＨＨＰＱとがエンジン運転状態によって変化し、その結果マップ中の線図が時々刻々と変化するのである。
【０００６】
図８にパイロット噴射量の算出フローを示す。まずステップ４０１でエンジン回転速度ＮＥ、総噴射量Ｑ及び水温ＴＷを検出又は計算し、ステップ４０２でＬＬＰＱとＨＨＰＱとを算出する。これにより図７のＰＱマップが確定するから、次のステップ４０３で水温ＴＷを基にＰＱマップからパイロット噴射量ＰＱを算出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常エンジンでは低大気温時の白煙が問題となる。この対策として燃料噴射タイミングを進角する方法が考えられるが、これだと騒音レベルが悪化する。よって低大気温時に白煙と騒音とを一定レベル以内に抑えるにはパイロット噴射が非常に有効な手段となってくる。
【０００８】
しかし、上述のように従来はパイロット噴射量の決定に大気温は全く考慮されていなかった。従ってパイロット噴射制御としては十分なものといえず、白煙と騒音とを一定レベル以内に抑えるのは難しかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジン運転状態に基づいて所定のパイロット噴射とメイン噴射とを実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、パイロット噴射量を大気温に基づき補正するパイロット噴射量補正手段を設け、該パイロット噴射量補正手段が、冷却水温が高温側の第一所定値以上のとき補正を実行しないように構成したものである。
【００１０】
本発明は、エンジン運転状態に基づいて所定のパイロット噴射とメイン噴射とを実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、パイロット噴射量を大気温に基づき補正するパイロット噴射量補正手段を設け、該パイロット噴射量補正手段が、冷却水温が低温側の第二所定値以下のとき補正を実行しないように構成したものである。
【００１１】
これによれば大気温に応じたパイロット噴射量とすることができ、最適且つ十分なパイロット噴射制御を行える。
【００１２】
ここで、上記パイロット噴射量補正手段が、大気温が所定値以下のとき上記パイロット噴射量を増量補正するものであるのが好ましい。
【００１３】
また、上記パイロット噴射量補正手段が、冷却水温が低温側の第二所定値未満のとき補正を実行しないものであるのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１５】
図６は本発明が適用されるコモンレール式直噴ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を示す。エンジンの各気筒毎にインジェクタ１が設けられ、各インジェクタ１には高圧管２を通じ、コモンレール３に貯留されたコモンレール圧（数10〜数100MPa）の高圧燃料が常時供給されている。コモンレール３への燃料圧送は主に高圧ポンプ４によって行われる。即ち、燃料タンク５の常圧程度の燃料が燃料フィルタ６を通じてフィードポンプ７に吸引され、これにより燃料がフィード管８を通じて高圧ポンプ４に送られる。ここで燃料が高圧に加圧され、高圧管９を通じてコモンレール３に送られる。
【００１６】
燃料噴射制御を総括的に司る電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１０が設けられ、これはエンジンの運転状態（回転速度、負荷等）に応じて所定の駆動パルスをインジェクタ１の電磁ソレノイド１１に送り、インジェクタ１を開閉制御する。電磁ソレノイド１１がONされると燃料噴射が実行され、電磁ソレノイド１１がOFF されると燃料噴射が停止される。噴射停止時にはインジェクタ１内のリーク燃料がリーク管１２を通じて燃料タンク５に戻される。
【００１７】
またＥＣＵ１０はエンジン運転状態に応じてコモンレール圧をフィードバック制御する。即ち、コモンレール３にコモンレール圧センサ１３が設けられ、この圧力値に基づきＥＣＵ１０が高圧ポンプ４の出口圧を制御する。このとき余剰の燃料が戻り管１４を通じて燃料タンク５に戻される。コモンレール圧はそのまま噴射圧力となる。
【００１８】
ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度センサ１５の出力からエンジン回転速度ＮＥを読取り、アクセル開度センサ１６の出力からアクセル開度ＡＣを読取り、大気温センサ１７の出力から大気温ＴＡを読取り、水温センサ１８の出力からエンジン冷却水の水温（冷却水温）ＴＷを読取るようになっている。この他にもＥＣＵ１０は図示しない各種センサ類から各種情報を読取るようになっている。
【００１９】
本装置ではエンジン運転状態に基づいて所定のパイロット噴射とメイン噴射、つまり二段階噴射を実行するようになっている。これはパイロット噴射による火種を基にメイン噴射による主燃焼を実行させるもので、白煙と騒音との両立等を図り得るものである。
【００２０】
図５はかかる二段階噴射の具体的態様を現わす。パイロット噴射量がＰＱ、メイン噴射量がＭＱで示される。これらの合計ＰＱ＋ＭＱが総噴射量Ｑである。パイロット噴射量ＰＱとメイン噴射量ＭＱとはインジェクタ通電期間ΔＰＴ、ΔＭＴに置き換えられ、各噴射量の制御は実際には各通電期間の制御によってなされる。パイロット噴射の開始時期がＰＴＩ、メイン噴射の開始時期がＭＴＩである。パイロット噴射とメイン噴射との間には所定の無噴射期間、即ちパイロットインターバルが存在する。ここでのパイロットインターバルはパイロット噴射終了からメイン噴射開始までの期間ＰＩＮＴで定義される。各時期、期間の単位はクランク角（°CA）で、ＥＣＵ２はエンジン回転速度センサ７から得られた回転パルス（クランク角）を基準に各時期等の到来を判断する。ここでは遅角方向（クランク角増大方向）を正とする。
【００２１】
次に、本装置における燃料噴射制御、特にパイロット噴射制御について説明する。
【００２２】
従来同様、パイロット噴射量は図１に示すＰＱマップに従って決められる。マップの横軸は水温ＴＷ（℃）、縦軸はパイロット噴射量ＰＱである。マップ内が二つ設定水温ＬＴＷ、ＨＴＷ（ＬＴＷ＜ＨＴＷ）によって三領域に仕切られ、ＴＷ≦ＬＴＷの領域を低温エリア、ＴＷ≧ＨＴＷの領域を高温エリア、ＬＴＷ＜ＴＷ＜ＨＴＷの領域を中間エリアと称す。
【００２３】
本装置では、大気温が所定値以下のとき、パイロット噴射量をベース量に対し増量補正するようになっている。マップ中の実線ｃはパイロット噴射量のベース量（以下「ベースパイロット噴射量」という）を、破線ｄは補正後のパイロット噴射量を示す。
【００２４】
ベースパイロット噴射量（実線ｃ）に関し、これは低温エリア及び高温エリアにおいて水温によらず一定値ＬＬＰＱ、ＨＨＰＱとなる。なおＬＬＰＱ＞ＨＨＰＱである。中間エリアではこれらＬＬＰＱ、ＨＨＰＱを二点補間した値となる。ただしここでの線図は後述の関数ＰＱ１で規定され、図示の如き曲線とするのが好ましい。
【００２５】
ＬＬＰＱとＨＨＰＱとの値はエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとに基づき所定のマップ（図示せず）に従って算出される。図中の添字(NE,Q)はこのことを意味する。それ故、ＬＬＰＱとＨＨＰＱとがエンジン運転状態によって変化し、その結果マップ中の線図ｃ，ｄが時々刻々と変化する。この点は従来と同様である。なお総噴射量Ｑは、エンジン回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣとの値に基づき所定のマップ（図示せず）に従って予め算出されることとなる。
【００２６】
関数ＰＱ１は任意に設定できるが、ここでは次式のようなＮ次関数（Ｎは自然数）としている。
【００２７】
ＰＱ１(TW,(NE,Q)) ＝ＣN ・ＴＷN ＋ＣN-1 ・ＴＷN-1 ＋…＋Ｃ1 ・ＴＷ＋Ｃ0
ＣN ，ＣN-1 ，…Ｃ1 ，Ｃ0 は、ＴＷ＝ＬＴＷのときＰＱ１＝ＬＬＰＱ、ＴＷ＝ＨＴＷのときＰＱ１＝ＨＨＰＱを満たすような任意の定数である。ＰＱ１はエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとにより、水温ＴＷに関するＮ次式の形で決定される。図中の添字(TW,(NE,Q)) はこのことを意味する。ここではＮ≧２とし、線図を曲線としている。なおＮ＝１とすることもでき、こうなると線図は従来同様の直線となる。
【００２８】
一方、補正後パイロット噴射量（破線ｄ）に関し、これは低温エリアではベースパイロット噴射量と同様、水温によらない一定値ＬＬＰＱをとる。中間エリア及び高温エリアではベースパイロット噴射量に対し以下のような差異がみられる。
【００２９】
即ち、高温エリアにおいて二つの設定水温ＨＨＴＷ，ＳＨＴＷ（ＨＴＷ＜ＨＨＴＷ＜ＳＨＴＷ）が設けられ、水温ＴＷがＨＴＷ≦ＴＷ≦ＨＨＴＷのとき補正後パイロット噴射量は一定値ＬＨＰＱ（＞ＨＨＰＱ）をとる。このＬＨＰＱもエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとに基づき所定のマップ（図示せず）に従って算出され、図中には添字(NE,Q)を付してある。
【００３０】
中間エリアでは補正後パイロット噴射量がＬＬＰＱとＬＨＰＱとを二点補間した値となる。この値はＰＱ１同様のＮ次関数ＰＱ２で求められ、線図もＰＱ１同様曲線とするのが好ましい。図中に添字(TW,(NE,Q)) を付する。ＰＱ２で与えられる補正後噴射量はＰＱ１で与えられるベース量より大きい値となる。
【００３１】
この中間エリアでは、補正後パイロット噴射量とベースパイロット噴射量との差、つまり補正量が水温の上昇につれ次第に大きくなっていく。そして水温ＨＴＷで最大（ＬＨＰＱ−ＨＨＰＱ）となる。
【００３２】
高温エリアにおいて、ＨＨＴＷ＜ＴＷ＜ＳＨＴＷの領域では、補正後パイロット噴射量がＬＨＰＱとＨＨＰＱとを二点補間した値となる。この値はＰＱ１，ＰＱ２同様のＮ次関数ＰＱ３で求められ、線図もＰＱ１，ＰＱ２同様曲線とするのが好ましい。図中に添字(TW,(NE,Q)) を付する。ＰＱ３で与えられる補正後噴射量はベース量ＨＨＰＱより大きい値となる。
【００３３】
この領域では、補正後パイロット噴射量とベースパイロット噴射量との差つまり補正量が、水温の上昇につれ次第に小さくなり、水温ＳＨＴＷで０となる。
【００３４】
そしてこれに続くＳＨＴＷ≦ＴＷの領域では、補正後パイロット噴射量がベースパイロット噴射量ＨＨＰＱと等しくなり、補正量は０を維持する。
【００３５】
このように、ＴＷ≦ＬＴＷ及びＳＨＴＷ≦ＴＷの領域では補正量は０であり、補正は行われない。これらＳＨＴＷ、ＬＴＷが本発明の「高温側の第一所定値」、「低温側の第二所定値」に相当する。
【００３６】
ここで、低温エリアは主に低温始動が行われるエリアで、低温始動性、白煙、騒音といった要求がある。そこでこれらの要求を全て満足し得るようにＬＬＰＱが定められている。一方高温エリアはエンジン暖機後となるエリアで、始動性等よりもむしろ排ガス適合を優先させる必要がある。そこでこれを満足し得るようＨＨＰＱ、ＬＨＰＱ、ＰＱ３が定められている。中間エリアはエンジン暖機途中となるエリアで、主に白煙と騒音のバランスが重要となる。そこでこの要求を満足できるようＰＱ１、ＰＱ２が定められている。
【００３７】
次に、大気温補正の実行可否の判定方法を示す。これはＥＣＵ１０により図３に示す判定フローに従って行われる。
【００３８】
ＥＣＵ１０はまずステップ２０１で大気温ＴＡを読込む。そしてステップ２０２でこの大気温ＴＡを所定値ＬＴＡと比較する。
【００３９】
ＴＡ≦ＬＴＡのとき、ステップ２０３に進んでこの状態がＴＰＦＧ１（秒）以上継続したか否かを判断する。継続したならステップ２０４に進んで大気温補正判定フラグＰＦＧを１とする。継続しなければステップ２０６に進んで大気温補正判定フラグＰＦＧを０とする。
【００４０】
ステップ２０２でＴＡ＞ＬＴＡのとき、ステップ２０５に進んでこの状態がＴＰＦＧ２（秒）以上継続したか否かを判断する。継続したならステップ２０６に進んで大気温補正判定フラグＰＦＧを０とする。継続しなければステップ２０４に進んで大気温補正判定フラグＰＦＧを１とする。
【００４１】
大気温補正判定フラグＰＦＧが１なら大気温補正を実行し、大気温補正判定フラグＰＦＧが０なら大気温補正を行わない。このフローではいわゆるヒステリシスを設け、フラグの切替条件（ＴＡ≦ＬＴＡ又はＴＡ＞ＬＴＡ）が成立しても、その状態が所定時間継続しなければフラグを切替えないこととした。これにより制御の安定性が保たれる。なおフラグＰＦＧの初期値は０である。
【００４２】
こうして大気温補正の実行可否が判断されたら、次に図２に示す噴射量決定フローに従い、パイロット噴射量ＰＱ及びメイン噴射量ＭＱを決定する。このフローはＥＣＵ１０により各制御サイクル毎に繰り返し実行される。
【００４３】
ＥＣＵ１０は、まずステップ１０１でエンジン回転速度ＮＥ、アクセル開度ＡＣ、大気温ＴＡ及び水温ＴＷを読み込む。そしてステップ１０２でエンジン回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣとから所定のマップに従い総噴射量Ｑを算出する。次にステップ１０３でエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとから所定のマップに従いＬＬＰＱ，ＬＨＰＱ，ＨＨＰＱを算出する。次にステップ１０４でエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとから関数ＰＱ１，ＰＱ２，ＰＱ３を決定する。これによりＰＱマップが確定するから、パイロット噴射量ＰＱは当該マップを用いて以下のように算出することができる。
【００４４】
即ち、まずステップ１０５に進んで水温ＴＷを設定水温ＬＴＷと比較する。ＴＷ≦ＬＴＷならステップ１１５に進んでＰＱ＝ＬＬＰＱとする。ＴＷ＞ＬＴＷならステップ１０６に進み、水温ＴＷを設定水温ＳＨＴＷと比較する。ＴＷ≧ＳＨＴＷならステップ１１４に進んでＰＱ＝ＨＨＰＱとする。ＴＷ＜ＳＨＴＷならステップ１０７に進み、大気温補正判定フラグＰＦＧが０か否かを判断する。
【００４５】
ＰＦＧ＝０のとき、即ち大気温補正しないと判断したときは、ステップ１１３に進み、関数ＰＱ１と水温ＴＷとからパイロット噴射量ＰＱを計算する。
【００４６】
ＰＦＧ＝１のとき、即ち大気温補正すると判断したときは、ステップ１０８に進み、水温ＴＷがＬＴＷ＜ＴＷ＜ＨＴＷの範囲内にあるか否かを判断する。その範囲内にあればステップ１１２に進み、関数ＰＱ２と水温ＴＷとからパイロット噴射量ＰＱを計算する。範囲内になければステップ１０９に進み、水温ＴＷがＨＨＴＷ＜ＴＷ＜ＳＨＴＷの範囲内にあるか否かを判断する。その範囲内にあればステップ１１１に進み、関数ＰＱ３と水温ＴＷとからパイロット噴射量ＰＱを計算する。範囲内になければステップ１１０に進み、ＰＱ＝ＬＨＰＱとする。
【００４７】
こうしてパイロット噴射量ＰＱが算出されたら、メイン噴射量ＭＱを式ＭＱ＝Ｑ−ＰＱに従って計算する。こうしてパイロット噴射量ＰＱとメイン噴射量ＭＱとが決定されたら本フローを終了する。なお、こうして決定されたパイロット噴射量ＰＱとメイン噴射量ＭＱとは直ちにインジェクタ通電時間ΔＰＴ、ΔＭＴに置き換えられる。
【００４８】
次に、燃料噴射時期即ちパイロット噴射時期ＰＴＩ及びメイン噴射時期ＭＴＩの決定方法について説明する。この決定はＥＣＵ１０により図４に示す噴射時期決定フローに従って各制御サイクル毎に繰り返し行われる。
【００４９】
ＥＣＵ１０は、まずステップ３０１でエンジン回転速度ＮＥ、総噴射量Ｑ及びパイロット噴射量ＰＱを読み込む。そしてステップ３０２でエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとから所定のマップに従いメイン噴射時期ＭＴＩを算出する。次にステップ３０３でエンジン回転速度ＮＥと総噴射量Ｑとから所定のマップに従いパイロットインターバルＰＩＮＴを算出する。
【００５０】
この後、ステップ３０４ではパイロット噴射量ＰＱに応じたパイロットインターバルＰＩＮＴの補正を行う。即ち、パイロット噴射量ＰＱが多い程パイロットインターバルＰＩＮＴを大きくする補正を行う。そしてステップ３０５に進み、パイロット噴射時期ＰＴＩを次式により決定する。
【００５１】
ＰＴＩ＝ＭＴＩ−ＰＩＮＴ−ΔＰＴ
こうして、最終的な噴射時期ＰＴＩ、ＭＴＩとインジェクタ通電時間ΔＰＴ、ΔＭＴとが決まったら、これら噴射時期の到来と同時に対応する通電時間だけインジェクタ１の電磁ソレノイド１１をONする。これにより現在のエンジン運転状態に即した所望の二段階噴射が実現される。
【００５２】
このように、本装置においてはパイロット噴射量ＰＱを大気温ＴＡに基づき補正するので、大気温ＴＡに応じた最適パイロット噴射量とすることができ、最適且つ十分なパイロット噴射制御を実現できる。そして白煙と騒音とを常に一定レベル以内に抑えることが可能となる。
【００５３】
特に本装置では、大気温ＴＡが所定値ＬＴＡ以下となる低大気温時に、所定の水温域（ＬＴＷ＜ＴＷ＜ＳＨＴＷ）で、パイロット噴射量ＰＱをベース量に対し増量補正している。これにより着火及び燃焼が容易となり、白煙と騒音とを両立できる。逆に、その水温域でも、大気温ＴＡが所定値ＬＴＡより大きい高大気温時には、必要最小限のベース量を噴射し、過剰の燃料噴射を防止して燃費の抑制を図っている。
【００５４】
さらに、水温ＴＷがＳＨＴＷ以上のときは、大気温ＴＡに拘らず補正を実行しない。この理由はオーバーヒートを防ぐためである。
【００５５】
また、水温ＴＷがＬＴＷ以下のときにも大気温ＴＡに拘らず補正を実行しない。この水温領域（低温エリア）では始動性、白煙、騒音を満足し得るような最適パイロット噴射量ＬＬＰＱが既に別マップで与えられており、これをさらに大気温補正（増量）してしまうと、パイロット燃焼が過大となり、騒音が増大するからである。
【００５６】
上記ＰＱ１、ＰＱ２、ＰＱ３は二次関数以上とするのが好ましい。こうすると従来のような一次関数に比べ、パイロット噴射量ＰＱを水温ＴＷに応じてきめ細かく設定できるようになるからである。
【００５７】
本装置では、パイロット噴射量ＰＱが多い程パイロットインターバルＰＩＮＴを大きくする補正を行っている。これはパイロット噴射量ＰＱが多い程、着火遅れ及び燃焼期間が増大するので、その分早めに燃料噴射開始する必要があるからである。
【００５８】
上記の説明から分かるように、本実施形態ではＥＣＵ１０が本発明のパイロット噴射量補正手段を構成している。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態は上述のものに限られず他にも様々なものが考えられる。例えば、過渡判定を行うようにすることで過渡時のパイロット噴射大気温補正が可能となる。大気温は吸気温を代用してもよい。補正量の増大・減少の態様は本実施形態以外のものが可能であり、補正量の切替水温も本実施形態のようなＬＴＷ、ＨＴＷ、ＨＨＴＷ，ＳＨＴＷに限られない。所定の場合にはベース量に対し減量補正する態様であってもよい。本発明はコモンレール式ディーゼルエンジン以外にも各種エンジンに適用できる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば以下の如き優れた効果が発揮される。
【００６１】
(1) 大気温を考慮した最適パイロット噴射制御を実現できる。
【００６２】
(2) 低大気温時に騒音と白煙とを一定レベル以内に抑えられる。
【００６３】
(3) 燃費の過度の増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パイロット噴射量算出用マップである。
【図２】燃料噴射量決定用フローチャートである。
【図３】大気温補正判定用フローチャートである。
【図４】燃料噴射時期決定用フローチャートである。
【図５】パイロット噴射とメイン噴射の態様を示すタイムチャートである。
【図６】コモンレール式燃料噴射装置の構成図である。
【図７】従来のパイロット噴射量算出用マップである。
【図８】従来のパイロット噴射量決定用フローチャートである。
【符号の説明】
１ インジェクタ
３ コモンレール
４ 高圧ポンプ
１０ 電子制御ユニット
１３ コモンレール圧センサ
１５ エンジン回転速度センサ
１６ アクセル開度センサ
１７ 大気温センサ
１８ 水温センサ
ＬＴＡ 大気温の所定値
ＬＴＷ、ＳＨＴＷ 設定水温
ＭＱ メイン噴射量
ＭＴＩ メイン噴射時期
ＮＥ エンジン回転速度
ＰＩＮＴ パイロットインターバル
ＰＱ パイロット噴射量
ＰＴＩ パイロット噴射時期
Ｑ 総噴射量
ＴＡ 大気温
ＴＷ 水温
Claims (4)
- エンジン運転状態に基づいて所定のパイロット噴射とメイン噴射とを実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、パイロット噴射量を大気温に基づき補正するパイロット噴射量補正手段を設け、
該パイロット噴射量補正手段が、冷却水温が高温側の第一所定値以上のとき補正を実行しないように構成したことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。 - エンジン運転状態に基づいて所定のパイロット噴射とメイン噴射とを実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、パイロット噴射量を大気温に基づき補正するパイロット噴射量補正手段を設け、
該パイロット噴射量補正手段が、冷却水温が低温側の第二所定値以下のとき補正を実行しないように構成したことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。 - 上記パイロット噴射量補正手段が、大気温が所定値以下のとき上記パイロット噴射量を増量補正するものである請求項１または２記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
- 上記パイロット噴射量補正手段が、冷却水温が低温側の第二所定値以下のとき補正を実行しないものである請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
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