JP3791100B2 - Water injection amount control device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に燃料と水とを噴射する水噴射式ディーゼルエンジンに用いて好適の、水噴射量制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンでは、その燃焼が所謂筒内空気圧縮着火によって行なわれるため、排ガス中に含まれる各成分の生成メカニズムがガソリン予混合燃焼の場合と異なったものとなる。すなわち、ディーゼルエンジンでは、一般的に燃焼が空気過剰の状態で行なわれ、HC(炭化水素)とCO(一酸化炭素)との排出濃度が比較的低水準になるのに対し、燃焼温度が高くなることからNOx(窒素酸化物)が比較的多く発生する。
【0003】
また、燃料噴射が行なわれた後、燃料蒸気又は極端な過濃度混合気が局所的に高温雰囲気に晒される結果、燃料分子が熱分解されて炭素粒子が形成されやすい。このため、排ガス中には多量のすすが含まれることになる。特に、高負荷時には燃焼温度が高くなり、NOxの発生が促進され、また、低負荷時と比べて燃料密度が高くなることから、上記の炭素粒子が再び空気に触れる機会が減少し、より多くのすすが排出されるようになる。
【0004】
そこで、燃焼室内に燃料と水とを混合噴射して燃焼を行なわせるようにした、所謂水噴射式ディーゼルエンジンが提案されている。この水噴射式ディーゼルエンジンでは、燃料噴射時に燃料とともに水を燃焼室内に噴射するものであり、これにより、燃焼温度が低下してNOxの発生を抑制することができる。また、水の気化による小爆発、つまり、水の発散現象により、燃焼室内に渦流が生成され、燃焼効率が向上してすすの発生が抑制される。さらに、この燃焼効率の向上により燃費が改善されるのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような水噴射式ディーゼルエンジンでは、エンジンの運転状態(具体的には、エンジン回転数及びエンジン負荷)に応じて、燃焼室内に噴射される燃料や水の量が制御される。また、水噴射式ディーゼルエンジンには、燃料を加圧する燃料噴射ポンプ及び、水を加圧する水供給ポンプの2つの高圧ポンプが設けられている。このうち、燃料噴射ポンプは通常のディーゼルエンジンに設けられた燃料噴射ポンプと同様に構成され、ラック位置を変更することで燃料の噴射量が変更されるものである。また、水供給ポンプもこのような燃料噴射ポンプと略同様に構成されており、やはりラック位置を変更することで水の噴射量が制御される。
【0006】
そして、例えば図6において、エンジンの運転状態が▲1▼の状態(第1運転状態)から▲2▼の運転状態(第2運転状態)に変化した場合(図中矢印aで示す)や、▲2▼の運転状態(第1運転状態)から▲1▼の運転状態(第2運転状態)に変化した場合(図中矢印bで示す)には、図7に示すようなタイムチャートにしたがって、燃料噴射及び水噴射の制御が行なわれる。
【0007】
すなわち、図7(d)に示すように、▲1▼の状態から▲2▼の状態へエンジンの運転状態が変化したことが検出されると、まず、図示しないコントローラにより、水供給ポンプのラック位置が、第1運転状態に適したラック位置Rww1 から第2運転状態に適したラック位置Rww2 に変更される(t=ta1)。
これにより、図7(b)に示すように、水噴射量qw がラック位置Rww2 に応じた噴射量qw2に増加する。
【0008】
次に、図7(c)に示すように、水供給ポンプへの制御信号を発した後、コントローラでは、制御周期τだけ遅れて(t=ta2)、燃料噴射量を増加させるべく、燃料噴射ポンプのラック位置が第1運転状態に適したラック位置Rwf1 から第2運転状態に適したラック位置Rwf2 へ変更される。
なお、このように、燃料噴射ポンプへのラック位置変更信号が制御周期τの分だけ遅れるのは、単にコントローラの制御上、同時に信号を出力できないからであり、僅かな時間であるが制御に遅れが生じるのである。なお、以下この制御周期を制御インターバルという。
【0009】
ところで、このような制御インターバルτが存在すると、図7(a)に示すように、ta1からta2までの期間で、燃料噴射量が一旦減少してしまう。これは、燃料噴射ポンプのラック位置が変更されるまで、即ち、t=ta2までは、燃料及び水の合計噴射量は不変であるため、ta1からta2までの期間は、水噴射量が増加した分だけ結果的に燃料噴射量が低下してしまうのである。そして、このような燃料噴射量の低下により、エンジンの出力トルクが低下して、いわゆる息つきが生じるという課題があった。
【0010】
また、上述とは逆に、▲2▼の状態から▲1▼の状態へエンジンの運転状態が変化したことが検出された場合には、コントローラにより、水供給ポンプのラック位置が第2運転状態に適したラック位置Rww2 から第1運転状態に適したラック位置Rww1 に変更され(t=tb1)、これにより、図7(b)に示すように、水噴射量が水供給ポンプのラック位置Rww1 に応じた噴射量qw1となる。
【0011】
そして、水供給ポンプへの制御信号を発してから制御インターバルτだけ遅れてから(t=tb2)、燃料噴射量を減少するべく、燃料噴射ポンプのラック位置が第2運転状態に適したラック位置Rwf2 から第1運転状態に適したラック位置Rwf1 へ変更される。
この場合には、上述とは逆に、tb1からtb2までの期間で、燃料噴射量が一旦増加してしまう。すなわち、燃料噴射ポンプのラック位置が変更される(t=tb2)は、燃料及び水の合計噴射量は不変であるため、結果的にtb1からtb2までの期間は、水噴射量が減少した分だけ燃料噴射量が増加してしまうのである。そして、このように燃料が過剰に噴射されることにより、黒煙が排出されるおそれがあった。
【0012】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、エンジンの運転状態の変化にともなう水供給ポンプ及び燃料噴射ポンプのラック位置の急激な変動を抑制して、トルク低下による息つきや黒煙の排出を極力抑制できるようにした、水噴射量制御装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明の水噴射量制御装置は、ラック位置を変更することで供給される水の量を変更する水供給ポンプをそなえ、該水供給ポンプにより供給された該水をエンジンの燃焼室に噴射しうる水噴射式エンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段からの検出情報に基づいて該水の噴射量を設定する制御手段とをそなえ、該エンジンの運転状態が第1の運転状態から第2の運転状態に変化したときに、該水供給ポンプの該第1の運転状態におけるラック位置から該第2の運転状態における目標ラック位置までのラック位置変化量が所定量よりも大きい場合には、該制御手段により、該水供給ポンプの1回のラック位置変化量が該所定量よりも小さくなるように、該水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割されるように構成されていることを特徴としている。
【0014】
また、請求項2記載の本発明の水噴射量制御装置は、上記請求項1記載の構成に加えて、該制御手段が、該運転状態検出手段からの検出情報に基づいて、該第2の運転状態における該水供給ポンプの目標ラック位置を求める目標ラック位置設定手段と、該水供給ポンプの該第1の運転状態におけるラック位置から該目標ラック位置までのラック位置変化量を算出するラック位置変化量算出手段と、該ラック位置変化量が、所定量よりも大きい場合には、該水供給ポンプの1回のラック位置変化量を該所定量よりも小さく設定し、該水供給ポンプのラック位置の変更を複数回に分割するラック位置変化量分割手段と、をそなえていることを特徴としている。
【0015】
また、請求項3記載の本発明の水噴射量制御装置は、上記請求項1又は2記載の構成に加えて、該所定量が、エンジン回転数と負荷とのマップにより設定されることを特徴としている。
また、請求項4記載の本発明の水噴射量制御装置は、上記請求項2又は3記載の構成に加えて、該水噴射式エンジンが、該水供給ポンプに加えて、ラック位置を変更することで供給される燃料の量を変更する燃料噴射ポンプをそなえ、該制御手段が、該水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割された場合に、該燃料噴射ポンプのラック位置の変更を該水供給ポンプと同様に複数回に分割する燃料噴射ポンプラック位置変化量分割手段をそなえていることを特徴としている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置について説明すると、図1はその要部に着目した模式的なブロック図、図2はその水噴射量の特性を示すマップ、図3はその燃料噴射ポンプのラック位置を設定するためのマップである。
【0017】
図1において、符号1はいわゆる水噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルであって、図示しないシリンダヘッドに各シリンダ毎に取り付けられている。そして、この燃料噴射ノズル1により燃焼室内に燃料と水とが混合噴射されるようになっている。
また、この燃料噴射ノズル1には、水パイプ(水供給路)30を介して水供給ポンプ40が接続されるとともに、燃料パイプ(燃料供給路)31を介して燃料噴射ポンプ70が接続されている。
【0018】
ここで、水供給ポンプ40及び燃料噴射ポンプ70は、略同様の構成となっている。すなわち、燃料噴射ポンプ70には、図示するようにラックアクチュエータ81が装着されており、このラックアクチュエータ81により燃料噴射ポンプ70のラック(図示省略)を移動することで、燃料噴射ポンプ70から燃料噴射ノズル1に供給される燃料量が変更されるようになっている。
【0019】
また、水供給ポンプ40には、ラックアクチュエータ80が装着されており、このラックアクチュエータ80により水供給ポンプ40のラック(図示省略)を移動することで、水供給ポンプ40から燃料噴射ノズル1に供給される水の量が変更されるようになっている。
そして、これらのポンプ40,70から燃料噴射ノズル1への燃料及び水の供給量を変更することで、実際に燃料噴射ノズル1から噴射される燃料量及び水の量が変更されるようになっている。
【0020】
ところで、各ラックアクチュエータ80,81は、後述するコントローラ(制御手段)90に電気的に接続されており、コントローラ90からの制御信号にしたがって水供給ポンプ40及び燃料噴射ポンプ70のラック位置が制御されるようになっている。そして、各ポンプ40,70は、このラック位置に応じて、吐出量を0から最大エンジン負荷時の噴射量にまで連続的に変化させることができるようになっている。
【0021】
次に、本発明の要部について説明すると、上述のコントローラ(制御手段)90には、図1に示すように、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ91,エンジンの負荷を検出するエンジン負荷センサ92が接続されている。なお、エンジン負荷センサ92は、例えば、アクセルペダルの踏み込み量を検出することでエンジン負荷を検出するようになっている。また、これらのエンジン回転数センサ91及びエンジン負荷センサ92は、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段50としての機能を有している。
【0022】
また、コントローラ90内には、水供給ポンプ制御部90Aと、燃料噴射ポンプ制御部90Bとが設けられている。これらの制御部90A,90Bは、運転状態検出手段50からの検出情報に基づいて、それぞれラックアクチュエータ80,81の作動を制御するものであって、各ポンプ40,70のラック位置を制御することで各ポンプ40,70から吐出される流体(水,燃料)の流量を制御するようになっている。
【0023】
具体的には、各制御部90A,90Bでは、運転状態検出手段50(エンジン回転数センサ91及びエンジン負荷センサ92)からの検出情報に基づいて、エンジンの運転状態が、ある状態(第1の運転状態)から別の状態(第2の運転状態)に変化したかを判定し、エンジン運転状態が変化したと判定すると、エンジン運転状態に応じた水噴射量及び燃料噴射量となるように、各ラックアクチュエータ80,81に作動制御信号を出力するようになっている。なお、ここでは、エンジンの運転状態が変化する直前の状態を第1の運転状態といい、エンジンの運転状態が変化した直後の状態を第2の運転状態という。したがって、例えば図6に示す矢印a方向にエンジンの運転状態が変化した場合には、▲1▼の状態が第1の運転状態に相当し、▲2▼の状態が第2の運転状態に相当する。また、図6に示す矢印b方向にエンジンの運転状態が変化した場合には、▲2▼の状態が第1の運転状態に相当し、▲1▼の状態が第2の運転状態に相当する。
【0024】
さて、このような水供給ポンプ制御部90A及び燃料噴射ポンプ制御部90Bのうち、まず水供給ポンプ制御部90Aについて説明すると、水供給ポンプ制御部90Aには、図1に示すように、目標ラック位置設定手段60と、ラック位置変化量算出手段61と、ラック位置変化量分割手段62とが設けられている。
このうち目標ラック位置設定手段60は、運転状態検出手段50からの検出情報に基づいて、第2の運転状態における水供給ポンプ40の目標ラック位置Rww2 を求めるものである。
【0025】
ここで、目標ラック位置設定手段60には、目標ラック位置Rww2 を求めるためのマップ(図2参照)が記憶されている。このマップには、エンジン回転数やエンジン負荷に応じて、燃料噴射量に対する最適な水噴射量の比が記憶されており、目標ラック位置設定手段60では、このマップからエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、第2の運転状態における最適な目標ラック位置Rww2 を設定するようになっているのである。
【0026】
また、ラック位置変化量算出手段61は、第1の運転状態における水供給ポンプ40のラック位置(即ち、現在のラック位置)Rww1 から上記目標ラック位置設定手段60により設定された目標ラック位置Rww2 までのラック位置変化量ΔRww(=|Rww2 −Rww1 |)を算出するものである。
また、ラック位置変化量分割手段62は、ラック位置変化量算出手段61により算出されたラック位置変化量ΔRwwと、所定量ΔRwwmax とを比較するとともに、ラック位置変化量ΔRwwが所定量ΔRwwmax よりも大きい場合には、水供給ポンプ40の1回のラック位置変化量が所定量ΔRwwmax よりも小さくなるように設定して、水供給ポンプ40のラック位置の変更を複数回に分割するものである。
【0027】
なお、上記所定量ΔRwwmax は、ここでは、エンジン回転数とエンジン負荷とにより設定される1回のラック位置変化量の最大値であって、図示しない3次元マップ(エンジン回転数,エンジン負荷及びΔRwwmax )により設定されるものである。また、この所定量ΔRwwmax は、ラック位置の1回の変化量がこの最大値ΔRwwmax 以上となると、エンジンのトルク変動が大きくなり、エンジンの息つきや黒煙の排出が生じることが考えられるようなラック位置変化量である。
【0028】
すなわち、本装置では、ラック位置変化量ΔRwwが所定量ΔRwwmax よりも大きい場合に、水供給ポンプ40の1回のラック位置変化量を所定量ΔRwwmax よりも小さくなるように設定して、水供給ポンプ40のラック位置の変更を複数回に分割することで、エンジン運転状態が変化したときのトルク変動を極力抑制して、エンジンの息つきや黒煙の排出を防止するようになっているのである。
【0029】
次に、燃料噴射ポンプ制御部90Bについて説明すると、この燃料噴射ポンプ制御部90Bには、エンジンの運転状態が第1の運転状態から第2の運転状態に変化したときに、燃料噴射ポンプ70の目標ラック位置Rwf2 を設定する目標ラック位置設定手段63と、この目標ラック位置設定手段63及び上述の水供給ポンプ制御部90A内に設けられたラック位置変化量分割手段62からの情報に基づいて、燃料噴射ポンプ70のラック位置の変更を複数回に分割するラック位置変化量分割手段64が設けられている。
【0030】
ここで、目標ラック位置設定手段63は、水供給ポンプ40の目標ラック位置設定手段60により設定された水供給ポンプ40のラック位置Rwwに基づいて燃料噴射ポンプ70のラック変化量ΔRwfを設定するものであり、例えば図3に示すようなマップが記憶されている。
また、ラック位置変化量分割手段64は、水供給ポンプ制御部90Aのラック位置変化量分割手段62からの情報に基づいて、水供給ポンプ40のラック位置変更が複数回に分割されると、これと同様に燃料噴射ポンプ70のラック位置変更を複数回に分割するものである。
【0031】
これにより、エンジン運転状態の変化時に、水供給ポンプ40のラック位置変化量ΔRwwが所定量ΔRwwmax よりも大きい場合には、燃料噴射ポンプ70のラック位置の変更も、水供給ポンプ40のラック位置の変更回数と同一の回数に分割されるようになっている。
本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置は上述のように構成されているので、エンジンの運転状態が変化した場合には、例えば図4に示すようなタイムチャートにしたがって、燃料噴射及び水噴射の制御が行なわれる。
【0032】
まず、エンジンの運転状態が、図6に示す▲1▼の状態(第1の運転状態)から▲2▼の状態(第2の運転状態)へ変化した場合について説明する。
コントローラ90では、エンジン回転数センサ91及びエンジン負荷センサ92からのエンジン回転数情報及びエンジン負荷情報に基づいて、エンジン運転状態が変化したか否かを判定し、エンジン運転状態が変化したと判定した場合には、目標ラック位置設定手段60おいて、図2に示すようなマップから水供給ポンプ40の目標ラック位置Rww2 を設定する。
【0033】
そして、ラック位置変化量算出手段61により、現在の水供給ポンプ40のラック位置Rww1 から目標ラック位置Rww2 までのラック位置変化量ΔRww(=Rww2 −Rww1 )を算出する。さらに、ラック位置変化量分割手段62において、このラック位置変化量ΔRwwが、所定量ΔRwwmax よりも大きいか否かを判定する。なお、この所定量ΔRwwmax は、図示しないマップからエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて設定される。
【0034】
ここで、ラック位置変化量ΔRwwが所定量ΔRwwmax よりも大きい場合には、水供給ポンプの1回のラック位置変化量が所定量ΔRwwmax よりも小さくなるように、水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割される。この場合、具体的には、最初の水供給ポンプ40の指示ラック位置Rwwd がRww1 +ΔRwwmax として設定される。
【0035】
これにより、図4(d)のタイムチャートに示すように、制御開始時t=ta1において、水供給ポンプ40のラック位置がRww1 +ΔRwwmax に設定される。また、これにより、水噴射量qw は、図4(b)に示すように、qw1+Δqw となる。
一方、図4(a)に示すように、水噴射量の増加にともない燃料噴射量qf は一時的に減少する。これは、燃料噴射ポンプ70のラック位置が変更されるまでの間(即ち、t=ta2までの間)は、燃料及び水の合計噴射量が不変であるため、ta1からta2までの期間は、結果的に水噴射量が増加した分だけ燃料噴射量が低下するのである。
【0036】
しかしながら、本装置では、水噴射量の増加分が所定量ΔRwwmax 以下となるように、水供給ポンプ40の1回のラック位置変更が抑制されるため、このような燃料噴射量の低下も抑制でき、トルク低下を最小限に抑制して、いわゆる息つきを防止することができるのである。
そして、コントローラ90の次の制御周期(t=ta2)において燃料噴射ポンプ70のラック位置Rwfが制御される。このとき、燃料噴射ポンプ70のラック位置Rwfは、燃料噴射ポンプ制御部90Bの目標ラック位置設定手段63により設定されることになるが、燃料噴射ポンプ制御部90Bのラック位置変化量分割手段64では、水供給ポンプ制御部90Aのラック位置変化量分割手段62からの情報を取り込んで、水供給ポンプ40のラック位置の変更が複数回に分割された場合には、水供給ポンプ40のラック位置変更の分割と同様に燃料噴射ポンプ70のラック位置の変更を複数回に分割する。
【0037】
すなわち、図4(c)に示すように、t=ta2において、燃料噴射ポンプ70のラック位置Rwfが、Rwf1 +ΔRwfに設定される。これにより、図4(a)に示すように、燃料噴射量qf はqf1+Δqf となる。
そして、さらにコントローラ90の次の制御周期(t=ta3)において、水供給ポンプ40のラック位置Rww1 +ΔRwwmax が再び変更される。
【0038】
このとき、前回の指示ラック位置Rwwd (=Rww1 +ΔRwwmax )と目標ラック位置Rww2 との差〔|Rww2 −(Rww1 +ΔRwwmax )|〕が所定量ΔRwwmax よりも大きい場合には、再び指示ラック位置Rwwd を前回のラック位置Rww1 +ΔRwwmax に所定量ΔRwwmax だけ加えたものを新たな指示ラック位置Rwwd として設定する(t=ta3)。以下、直前に変更したラック位置Rwwd と目標ラック位置Rww2 との差が所定量ΔRwwmax よりも小さくなるまで、水供給ポンプ40のラック位置の変更を複数回に分割するのである。
【0039】
そして、前回の指示ラック位置Rwwd と目標ラック位置Rww2 との差が所定量ΔRwwmax よりも小さくなると、目標ラック位置Rww2 を最終的な指示ラック位置Rwwd として設定する。すなわち、Rww1 +n・ΔRwwmax >Rww2 を満たすまで、水供給ポンプ40のラック位置の変更をn回繰り返すのである。
なお、図4に示す例では、水供給ポンプ40の2回目の指示ラック位置Rwwd が目標ラック位置Rww2 となる場合を示している。すなわち、この場合には、図4(d)に示すように、t=ta3において、水供給ポンプ40の指示ラック位置Rwwd が目標ラック位置Rww2 に設定され、これにより、図4(b)に示すように、水噴射量qw が段階的にqw1からqw2に変化するのである。
【0040】
また、このときには、図4(a)に示すように、燃料噴射量qf はt=ta1のときと同様に、水噴射量qw の増加にともない一時的に減少するが、次の制御周期(t=ta4)になると、燃料噴射ポンプ70のラック位置がRwf2 に設定され、これにより、水及び燃料の噴射量が、第2の運転状態に応じたものとなる。
一方、エンジンの運転状態が、図6に示す▲2▼の状態(第1の運転状態)から▲1▼の状態(第2の運転状態)へ変化した場合について説明すると、この場合も、上述と略同様に制御される。なお、以下の場合には、添小文字2が第1の運転状態を表し、添小文字1が第2の運転状態を表している。
【0041】
まず、コントローラ90では、目標ラック位置設定手段60おいて、水供給ポンプ40の目標ラック位置Rww1 を設定し、次に、ラック位置変化量算出手段61により、現在の水供給ポンプ40のラック位置Rww2 から目標ラック位置Rww1 までのラック位置変化量ΔRww(=|Rww1 −Rww2 |)を算出する。さらに、ラック位置変化量分割手段62において、このラック位置変化量ΔRwwが、図示しないマップからエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて設定された所定量ΔRwwmax よりも大きいか否かを判定する。
【0042】
ラック位置変化量ΔRwwが所定量ΔRwwmax よりも大きい場合には、水供給ポンプの1回のラック位置変化量が所定量ΔRwwmax よりも小さくなるように、水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割される。この場合、具体的には、最初の水供給ポンプ40の指示ラック位置Rwwd がRww2 −ΔRwwmax として設定される。
【0043】
これにより、図4(d)のタイムチャートに示すように、制御開始時t=tb1において、水供給ポンプ40のラック位置がRww2 −ΔRwwmax に設定され、したがって、水噴射量qw は、図4(b)に示すように、qw2−Δqw となる。
一方、図4(a)に示すように、水噴射量の減少にともない燃料噴射量qf は一時的に増加する。これは、燃料噴射ポンプ70のラック位置が変更されるまでの間(即ち、t=tB2までの間)は、燃料及び水の合計噴射量が不変であるため、tB1からtB2までの期間は、水噴射量が低下した分だけ結果的に燃料噴射量が増加するのである。
【0044】
しかしながら、本装置では、水噴射量の減少分が所定量ΔRwwmax 以下となるように、水供給ポンプ40の1回のラック位置変更が抑制されるため、このような燃料噴射量の増加も抑制され、黒煙の排出を最小限に抑制することができるのである。
そして、コントローラ90の次の制御周期(t=tb2)において燃料噴射ポンプ70のラック位置Rwfが制御される。このとき、燃料噴射ポンプ70のラック位置Rwfは、燃料噴射ポンプ制御部90Bの目標ラック位置設定手段63により設定されることになるが、燃料噴射ポンプ制御部90Bのラック位置変化量分割手段64では、水供給ポンプ制御部90Aのラック位置変化量分割手段62からの情報を取り込んで、水供給ポンプ40のラック位置の変更が複数回に分割された場合には、この水供給ポンプ40のラック位置変更の分割制御と同様に燃料噴射ポンプ70のラック位置の変更を複数回に分割する。
【0045】
すなわち、図4(c)に示すように、t=tb2において、燃料噴射ポンプ70のラック位置Rwfは、Rwf2 −ΔRwfに設定される。これにより、図4(a)に示すように、燃料噴射量qf はqf2−Δqf となる。
そして、さらにコントローラ90の次の制御周期(t=tb3)において、水供給ポンプ40のラック位置Rww2 −ΔRwwmax が再び変更される。
【0046】
このとき、前回の指示ラック位置Rwwd (=Rww2 −ΔRwwmax )と目標ラック位置Rww1 との差〔|Rww1 −(Rww2 −ΔRwwmax )|〕が所定量ΔRwwmax よりも大きい場合には、再び指示ラック位置Rwwd を前回のラック位置Rww2 −ΔRwwmax に所定量ΔRwwmax だけ減じたものを新たな指示ラック位置Rwwd として設定する(t=tb3)。以下、直前に変更されたラック位置Rwwd と目標ラック位置Rww1 との差が所定量ΔRwwmax よりも小さくなるまで、水供給ポンプ40のラック位置を複数回に分割するのである。
【0047】
そして、前回の指示ラック位置Rwwd と目標ラック位置Rww1 との差が所定量ΔRwwmax よりも小さくなると、目標ラック位置Rww1 を最終的な指示ラック位置として設定する。すなわち、Rww2 −n・ΔRwwmax <Rww1 を満たすまで、水供給ポンプ40のラック位置の変更をn回繰り返すのである。
なお、図4に示す例では、水供給ポンプ40の2回目の指示ラック位置Rwwd が目標ラック位置Rww1 となる場合を示している。すなわち、この場合には、図4(d)に示すように、t=tb3において、水供給ポンプ40の指示ラック位置Rwwd が目標ラック位置Rww1 に設定され、これにより、図4(b)に示すように、水噴射量qw が段階的にqw2からqw1となる。
【0048】
また、このときには、図4(a)に示すように、燃料噴射量qf はt=tb1のときと同様に、水噴射量qw の減少にともない一時的に増加するが、次の制御周期(t=tb4)になると、燃料噴射ポンプ70のラック位置がRwf1 に設定され、これにより、水及び燃料の噴射量が、第2の運転状態に応じたものとなる。
ところで、このような水噴射量制御装置は、例えば図5に示すようなフローチャートにしたがって水供給ポンプ40及び燃料噴射ポンプ70のラック位置制御が行なわれる。
【0049】
すなわち、まずステップS1において、図2に示すような3次元マップからエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、水供給ポンプ40の目標ラック位置Rww2 を読み込むとともに、フラグFを0に設定する。次に、ステップS2に進んで、図示しない3次元マップからエンジン回転数及びエンジン負荷とに基づいて1回のラック位置変化量の最大値ΔRwwmax を読み込む。
【0050】
そして、ステップS3に進んで、現在のラック位置Rww1 から目標ラック位置Rww2 までの変化量|Rww2 −Rww1 |とステップS2で求めた水供給ポンプ40の1回のラック位置変化量の最大値ΔRwwmax との大きさを比較する。ここで、ラック位置の変化量|Rww2 −Rww1 |が上記の最大値ΔRwwmax よりも小さい場合には、ステップS4に進んで、水供給ポンプ40の指示ラック位置Rwwd を目標ラック位置Rww2 に設定するとともに、フラグFが1に設定され、次にステップS6に進む。
【0051】
一方、ステップS3で、ラック位置の変化量|Rww2 −Rww1 |が最大値ΔRwwmax よりも大きいと判定されると、ステップS5に進んで、指示ラック位置Rwwd がRww1 +ΔRwwmax に設定される。また、これ以降のルーチンで再びこのステップS5を通るときに、前回の指示ラック位置Rwwd に対して再びΔRwwmax を加算するように、Rww1 =Rwwd と設定される。
【0052】
そして、ステップS6で水供給ポンプ40のラック位置が指示ラック位置Rwwd に駆動されて、所定の水噴射量で水が噴射される。
その後、ステップS7に進み、燃料噴射ポンプ70のラック位置増加分ΔRwfが、水供給ポンプ40の噴射量に応じて設定される。このときには、燃料噴射ポンプ70のラック位置増加分ΔRwfは、ステップS6で制御された水供給ポンプ40のラック位置Rwwに基づいて設定される。そして、ステップS8に進んで、燃料噴射ポンプ70のラック位置RwfがRwf1 +ΔRwfに設定され、燃料噴射制御が実行される。
【0053】
この後、ステップS9においてフラグがF=1か否かが判定され、F=1であればリターンし、そうでなければステップS3に戻り、F=1になるまでステップS3〜ステップS8を繰り返し実行する。
本発明の水噴射量制御装置では、このように水噴射ポンプ40及び燃料噴射ポンプ70のラック位置が制御されるので、水供給ポンプ40及び燃料噴射ポンプ70のラック位置の急激な変動を抑制することができる利点がある。具体的には、エンジン運転状態が変化したときに、燃料の噴射量が一時的に急激に落ち込んだり、燃料の過剰噴射を抑制することができるのである。そして、これにより、エンジンのトルク低下による息つきや、黒煙の排出を抑制することができるという利点がある。
【0054】
また、本装置の水噴射量制御装置によれば、従来の水噴射式エンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。
さらには、所定量ΔRwwmax は、ここでは、エンジン回転数とエンジン負荷とにより設定されるので、エンジン運転状態に応じたきめ細かなラック位置制御を行なうことができるという利点がある。
【0055】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1記載の本発明の水噴射量制御装置によれば、水供給ポンプのラック位置の急激な変動を抑制することができ、これにより、エンジン運転状態が変化したときに、エンジンのトルク低下による息つきや、黒煙の排出を抑制することができるという利点がある。
【0056】
また、請求項2記載の本発明の水噴射量制御装置によれば、上述と同様の利点があるほか、従来の水噴射式エンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。
また、請求項3記載の本発明の水噴射量制御装置によれば、エンジン運転状態に応じたきめ細かなラック位置制御を行なうことができるという利点がある。
【0057】
また、請求項4記載の本発明の水噴射量制御装置によれば、水供給ポンプ及び燃料噴射ポンプのラック位置の急激な変動を抑制することができる利点がある。これにより、エンジン運転状態が変化したときに、燃料の噴射量が一時的に急激に落ち込んだり燃料が過剰に噴射されたりすることを抑制することができ、エンジンのトルク低下による息つきや、黒煙の排出を抑制することができるという利点がある。また、従来の水噴射式エンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における要部構成に着目した模式的なブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における水噴射量の特性を示すマップである。
【図3】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における燃料噴射ポンプのラック位置を設定するためのマップである。
【図4】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における動作を説明するためのタイムチャートである。
【図5】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における動作を説明するためのフローチャートである。
【図6】一般的なエンジンの運転状態の変化を説明するための図である。
【図7】従来の水噴射量制御装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
1 燃料噴射ノズル1
30 水パイプ(水供給路)
31 燃料パイプ(燃料供給路)
40 水供給ポンプ
50 運転状態検出手段
60 水供給ポンプ目標ラック位置設定手段
61 水供給ポンプラック位置変化量算出手段
62 水供給ポンプラック位置変化量分割手段
63 燃料噴射ポンプ目標ラック位置設定手段
64 燃料噴射ポンプラック位置変化量分割手段
70 燃料噴射ポンプ
80,81 ラックアクチュエータ
90 コントローラ(制御手段)
90A 水供給ポンプ制御部
90B 燃料噴射ポンプ制御部
91 エンジン回転数センサ
92 エンジン負荷センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water injection amount control device suitable for use in a water injection type diesel engine that injects fuel and water into a combustion chamber.
[0002]
[Prior art]
In a diesel engine, the combustion is performed by so-called in-cylinder air compression ignition, so the generation mechanism of each component contained in the exhaust gas is different from that in the case of gasoline premixed combustion. That is, in a diesel engine, combustion is generally performed in an excess air state, and the emission concentrations of HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide) are relatively low, whereas the combustion temperature is high. Therefore, a relatively large amount of NOx (nitrogen oxide) is generated.
[0003]
Further, after the fuel injection is performed, the fuel vapor or the extreme over-concentration mixture is locally exposed to a high temperature atmosphere, so that the fuel molecules are thermally decomposed and carbon particles are easily formed. For this reason, a large amount of soot is contained in the exhaust gas. In particular, when the load is high, the combustion temperature is high, the generation of NOx is promoted, and the fuel density is higher than when the load is low. Soot is discharged.
[0004]
Therefore, a so-called water injection type diesel engine has been proposed in which fuel and water are mixed and injected into a combustion chamber to cause combustion. In this water injection type diesel engine, water is injected into the combustion chamber together with fuel at the time of fuel injection, whereby the combustion temperature is lowered and generation of NOx can be suppressed. In addition, a small explosion due to water vaporization, that is, a water divergence phenomenon generates a vortex in the combustion chamber, improving the combustion efficiency and suppressing the generation of soot. Furthermore, the fuel efficiency is improved by the improvement of the combustion efficiency.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such a water injection type diesel engine, the amount of fuel and water injected into the combustion chamber is controlled in accordance with the operating state of the engine (specifically, the engine speed and the engine load). Further, the water injection diesel engine is provided with two high-pressure pumps, a fuel injection pump that pressurizes fuel and a water supply pump that pressurizes water. Among these, the fuel injection pump is configured in the same manner as a fuel injection pump provided in a normal diesel engine, and the fuel injection amount is changed by changing the rack position. The water supply pump is also configured in substantially the same manner as such a fuel injection pump, and the amount of water injection is also controlled by changing the rack position.
[0006]
For example, in FIG. 6, when the engine operating state changes from the state (1) (first operating state) to the operating state (2) (second operating state) (indicated by an arrow a in the figure), When the operation state (1) is changed from the operation state (2) (first operation state) to the operation state (second operation state) (1) (indicated by an arrow b in the figure), the time chart as shown in FIG. Then, fuel injection and water injection are controlled.
[0007]
That is, as shown in FIG. 7 (d), when it is detected that the operating state of the engine has changed from the state (1) to the state (2), first, a rack of the water supply pump is detected by a controller (not shown). The position is changed from the rack position Rww1 suitable for the first operation state to the rack position Rww2 suitable for the second operation state (t = ta1).
As a result, as shown in FIG. 7B, the water injection amount qw increases to the injection amount qw2 corresponding to the rack position Rww2.
[0008]
Next, as shown in FIG. 7C, after issuing a control signal to the water supply pump, the controller delays the control cycle τ (t = ta2) and increases the fuel injection amount in order to increase the fuel injection amount. The rack position of the pump is changed from the rack position Rwf1 suitable for the first operation state to the rack position Rwf2 suitable for the second operation state.
Note that the reason why the rack position change signal to the fuel injection pump is delayed by the control period τ is simply because a signal cannot be output at the same time in the control of the controller. Will occur. Hereinafter, this control cycle is referred to as a control interval.
[0009]
By the way, when such a control interval τ exists, as shown in FIG. 7A, the fuel injection amount temporarily decreases during the period from ta1 to ta2. This is because, until the rack position of the fuel injection pump is changed, that is, until t = ta2, the total injection amount of fuel and water remains unchanged, so that the water injection amount increased during the period from ta1 to ta2. As a result, the fuel injection amount is reduced by that amount. Then, there is a problem that the output torque of the engine decreases due to such a decrease in the fuel injection amount, and so-called breathing occurs.
[0010]
Contrary to the above, when it is detected that the engine operating state has changed from state (2) to state (1), the rack position of the water supply pump is set to the second operating state by the controller. The rack position Rww2 suitable for the first operation state is changed to the rack position Rww1 suitable for the first operating state (t = tb1), so that the water injection amount is changed to the rack position Rww1 of the water supply pump as shown in FIG. The injection amount qw1 according to.
[0011]
Then, after delaying the control interval τ after issuing the control signal to the water supply pump (t = tb2), the rack position of the fuel injection pump is suitable for the second operation state in order to reduce the fuel injection amount. The rack position is changed from Rwf2 to the rack position Rwf1 suitable for the first operating state.
In this case, contrary to the above, the fuel injection amount temporarily increases in the period from tb1 to tb2. That is, when the rack position of the fuel injection pump is changed (t = tb2), the total injection amount of fuel and water remains unchanged, and as a result, during the period from tb1 to tb2, the amount of water injection decreases. Only the fuel injection amount will increase. Then, there is a possibility that black smoke may be discharged by excessively injecting the fuel.
[0012]
The present invention has been devised in view of such problems, and suppresses rapid fluctuations in the rack positions of the water supply pump and the fuel injection pump accompanying changes in the operating state of the engine, thereby reducing breathing and blackness due to torque reduction. An object of the present invention is to provide a water injection amount control device capable of suppressing smoke emission as much as possible.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the water injection amount control device according to the first aspect of the present invention includes a water supply pump that changes the amount of water supplied by changing the rack position, and the water supplied by the water supply pump. In a water injection type engine that can inject fuel into the combustion chamber of the engine, an operating state detecting means for detecting the operating state of the engine, and a control means for setting the injection amount of the water based on detection information from the operating state detecting means And when the operating state of the engine changes from the first operating state to the second operating state, the target in the second operating state is changed from the rack position in the first operating state of the water supply pump. When the rack position change amount up to the rack position is larger than a predetermined amount, the control means causes the water supply pump so that the single rack position change amount of the water supply pump is smaller than the predetermined amount. Changing the rack position is characterized in that it is configured to be divided into a plurality of times.
[0014]
Further, in the water injection amount control device according to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the first aspect, the control means is configured such that the control means is configured to perform the second operation based on detection information from the operating state detection means. Target rack position setting means for obtaining a target rack position of the water supply pump in the operating state, and a rack position for calculating a rack position change amount from the rack position to the target rack position in the first operating state of the water supply pump When the change amount calculating means and the rack position change amount are larger than a predetermined amount, the rack position change amount for one time of the water supply pump is set smaller than the predetermined amount, and the rack of the water supply pump is set. And rack position change amount dividing means for dividing the position change into a plurality of times.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, the predetermined amount is set by a map of engine speed and load. It is said.
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second or third aspect, the water injection type engine changes the rack position in addition to the water supply pump. A fuel injection pump for changing the amount of fuel supplied, and the control means changes the rack position of the fuel injection pump when the change of the rack position of the water supply pump is divided into a plurality of times. As in the case of the water supply pump, fuel injection pump rack position change amount dividing means is provided for dividing the fuel supply pump into a plurality of times.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a water injection amount control device as an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram focusing on the main part, FIG. 2 is a map showing characteristics of the water injection amount, FIG. 3 is a map for setting the rack position of the fuel injection pump.
[0017]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel injection nozzle of a so-called water injection type diesel engine, which is attached to a cylinder head (not shown) for each cylinder. The fuel injection nozzle 1 mixes and injects fuel and water into the combustion chamber.
A water supply pump 40 is connected to the fuel injection nozzle 1 via a water pipe (water supply path) 30 and a fuel injection pump 70 is connected to the fuel injection nozzle 1 via a fuel pipe (fuel supply path) 31. Yes.
[0018]
Here, the water supply pump 40 and the fuel injection pump 70 have substantially the same configuration. That is, a rack actuator 81 is attached to the fuel injection pump 70 as shown in the figure, and the fuel injection pump 70 injects fuel by moving the rack (not shown) of the fuel injection pump 70 by the rack actuator 81. The amount of fuel supplied to the nozzle 1 is changed.
[0019]
The water supply pump 40 is equipped with a rack actuator 80, and the rack actuator 80 moves the rack (not shown) of the water supply pump 40 to supply the fuel injection nozzle 1 from the water supply pump 40. The amount of water used is changed.
Then, by changing the amount of fuel and water supplied from these pumps 40 and 70 to the fuel injection nozzle 1, the amount of fuel and water actually injected from the fuel injection nozzle 1 is changed. ing.
[0020]
The rack actuators 80 and 81 are electrically connected to a controller (control means) 90 described later, and the rack positions of the water supply pump 40 and the fuel injection pump 70 are controlled according to a control signal from the controller 90. It has become so. The pumps 40 and 70 can continuously change the discharge amount from 0 to the injection amount at the maximum engine load according to the rack position.
[0021]
Next, the main part of the present invention will be described. The controller (control means) 90 includes an engine speed sensor 91 for detecting the engine speed and an engine for detecting the engine load, as shown in FIG. A load sensor 92 is connected. The engine load sensor 92 detects the engine load by detecting the amount of depression of the accelerator pedal, for example. The engine speed sensor 91 and the engine load sensor 92 have a function as an operating state detecting unit 50 that detects the operating state of the engine.
[0022]
Further, in the controller 90, a water supply pump control unit 90A and a fuel injection pump control unit 90B are provided. These control units 90A and 90B control the operation of the rack actuators 80 and 81 based on the detection information from the operation state detection means 50, respectively, and control the rack position of each pump 40 and 70. Thus, the flow rate of the fluid (water, fuel) discharged from each pump 40, 70 is controlled.
[0023]
Specifically, in each of the control units 90A and 90B, based on the detection information from the operating state detection means 50 (the engine speed sensor 91 and the engine load sensor 92), the engine operating state is in a certain state (first If it is determined whether the engine operating state has changed from the operating state) to another state (second operating state), the water injection amount and the fuel injection amount according to the engine operating state are An operation control signal is output to each rack actuator 80, 81. Here, the state immediately before the engine operating state changes is referred to as a first operating state, and the state immediately after the engine operating state changes is referred to as a second operating state. Therefore, for example, when the engine operating state changes in the direction of arrow a shown in FIG. 6, the state (1) corresponds to the first operating state, and the state (2) corresponds to the second operating state. To do. When the engine operating state changes in the direction of the arrow b shown in FIG. 6, the state (2) corresponds to the first operating state, and the state (1) corresponds to the second operating state. .
[0024]
Now, of the water supply pump control unit 90A and the fuel injection pump control unit 90B, first, the water supply pump control unit 90A will be described. The water supply pump control unit 90A includes a target rack as shown in FIG. Position setting means 60, rack position change amount calculating means 61, and rack position change amount dividing means 62 are provided.
Among these, the target rack position setting means 60 obtains the target rack position Rww2 of the water supply pump 40 in the second operation state based on the detection information from the operation state detection means 50.
[0025]
Here, the target rack position setting means 60 stores a map (see FIG. 2) for obtaining the target rack position Rww2. In this map, the ratio of the optimal water injection amount to the fuel injection amount is stored in accordance with the engine speed and the engine load, and the target rack position setting means 60 determines the engine speed and the engine load from this map. Based on this, the optimum target rack position Rww2 in the second operating state is set.
[0026]
Further, the rack position change amount calculation means 61 extends from the rack position (that is, the current rack position) Rww1 of the water supply pump 40 in the first operation state to the target rack position Rww2 set by the target rack position setting means 60. Rack position change amount ΔRww (= | Rww2−Rww1 |) is calculated.
The rack position change amount dividing unit 62 compares the rack position change amount ΔRww calculated by the rack position change amount calculating unit 61 with the predetermined amount ΔRwwmax, and the rack position change amount ΔRww is larger than the predetermined amount ΔRwwmax. In such a case, the change in the rack position of the water supply pump 40 is divided into a plurality of times by setting the amount of change in the rack position of the water supply pump 40 to be smaller than a predetermined amount ΔRwwmax.
[0027]
The predetermined amount ΔRwwmax is a maximum value of one rack position change amount set by the engine speed and the engine load, and is a three-dimensional map (not shown) (engine speed, engine load and ΔRwwmax). ). Further, the predetermined amount ΔRwwmax is considered to be such that when the amount of change in one rack position is greater than or equal to the maximum value ΔRwwmax, engine torque fluctuations increase, causing engine breathing and black smoke emission. This is the rack position change amount.
[0028]
That is, in this apparatus, when the rack position change amount ΔRww is larger than the predetermined amount ΔRwwmax, the single rack position change amount of the water supply pump 40 is set to be smaller than the predetermined amount ΔRwwmax, and the water supply pump By dividing the change of the rack position of 40 into a plurality of times, the torque fluctuation when the engine operating state changes is suppressed as much as possible, and the breath of the engine and the discharge of black smoke are prevented. .
[0029]
Next, the fuel injection pump control unit 90B will be described. The fuel injection pump control unit 90B includes a fuel injection pump control unit 90B that is configured to change the fuel injection pump 70 when the engine operating state changes from the first operating state to the second operating state. Based on the information from the target rack position setting means 63 for setting the target rack position Rwf2, and the rack position change amount dividing means 62 provided in the target rack position setting means 63 and the water supply pump controller 90A described above, Rack position change amount dividing means 64 for dividing the change of the rack position of the fuel injection pump 70 into a plurality of times is provided.
[0030]
Here, the target rack position setting means 63 sets the rack change amount ΔRwf of the fuel injection pump 70 based on the rack position Rww of the water supply pump 40 set by the target rack position setting means 60 of the water supply pump 40. For example, a map as shown in FIG. 3 is stored.
Further, the rack position change amount dividing means 64, when the rack position change of the water supply pump 40 is divided into a plurality of times based on the information from the rack position change amount dividing means 62 of the water supply pump control unit 90A. Similarly, the rack position change of the fuel injection pump 70 is divided into a plurality of times.
[0031]
As a result, when the rack position change amount ΔRww of the water supply pump 40 is larger than the predetermined amount ΔRwwmax when the engine operating state changes, the change of the rack position of the fuel injection pump 70 also changes the rack position of the water supply pump 40. It is divided into the same number of changes.
Since the water injection amount control device as one embodiment of the present invention is configured as described above, when the operating state of the engine changes, for example, according to the time chart as shown in FIG. Water jet control is performed.
[0032]
First, the case where the operating state of the engine changes from the state (1) (first operating state) shown in FIG. 6 to the state (2) (second operating state) will be described.
The controller 90 determines whether or not the engine operating state has changed based on the engine speed information and the engine load information from the engine speed sensor 91 and the engine load sensor 92, and determines that the engine operating state has changed. In this case, the target rack position setting means 60 sets the target rack position Rww2 of the water supply pump 40 from the map as shown in FIG.
[0033]
Then, the rack position change amount calculation means 61 calculates the rack position change amount ΔRww (= Rww2−Rww1) from the current rack position Rww1 of the water supply pump 40 to the target rack position Rww2. Further, the rack position change amount dividing means 62 determines whether or not the rack position change amount ΔRww is larger than a predetermined amount ΔRwwmax. The predetermined amount ΔRwwmax is set based on the engine speed and the engine load from a map (not shown).
[0034]
Here, when the rack position change amount ΔRww is larger than the predetermined amount ΔRwwmax, the rack position of the water supply pump is changed so that one rack position change amount of the water supply pump is smaller than the predetermined amount ΔRwwmax. Divided into multiple times. In this case, specifically, the indicated rack position Rwwd of the first water supply pump 40 is set as Rww1 + ΔRwwmax.
[0035]
Thereby, as shown in the time chart of FIG. 4D, the rack position of the water supply pump 40 is set to Rww1 + ΔRwwmax at the control start time t = ta1. As a result, the water injection amount qw becomes qw1 + Δqw as shown in FIG. 4 (b).
On the other hand, as shown in FIG. 4A, the fuel injection amount qf temporarily decreases as the water injection amount increases. This is because the total injection amount of fuel and water remains unchanged until the rack position of the fuel injection pump 70 is changed (that is, until t = ta2), so the period from ta1 to ta2 is As a result, the fuel injection amount is reduced by the amount that the water injection amount is increased.
[0036]
However, in this apparatus, since the rack position change of the water supply pump 40 is suppressed once so that the increase in the water injection amount is equal to or less than the predetermined amount ΔRwwmax, such a decrease in the fuel injection amount can also be suppressed. Thus, torque reduction can be suppressed to a minimum, and so-called breathing can be prevented.
Then, the rack position Rwf of the fuel injection pump 70 is controlled in the next control cycle (t = ta2) of the controller 90. At this time, the rack position Rwf of the fuel injection pump 70 is set by the target rack position setting means 63 of the fuel injection pump control unit 90B, but in the rack position change amount dividing means 64 of the fuel injection pump control unit 90B. When the information from the rack position change amount dividing means 62 of the water supply pump control unit 90A is taken in and the change of the rack position of the water supply pump 40 is divided into a plurality of times, the rack position change of the water supply pump 40 is changed. In the same manner as in the above division, the change of the rack position of the fuel injection pump 70 is divided into a plurality of times.
[0037]
That is, as shown in FIG. 4C, at t = ta2, the rack position Rwf of the fuel injection pump 70 is set to Rwf1 + ΔRwf. As a result, as shown in FIG. 4A, the fuel injection amount qf becomes qf1 + Δqf.
Further, in the next control period (t = ta3) of the controller 90, the rack position Rww1 + ΔRwwmax of the water supply pump 40 is changed again.
[0038]
At this time, if the difference [| Rww2− (Rww1 + ΔRwwmax) |] between the previous designated rack position Rwwd (= Rww1 + ΔRwwmax) and the target rack position Rww2 is larger than the predetermined amount ΔRwwmax, the designated rack position Rwwd is set again. The rack position Rww1 + ΔRwwmax plus a predetermined amount ΔRwwmax is set as a new indicated rack position Rwwd (t = ta3). Hereinafter, the change in the rack position of the water supply pump 40 is divided into a plurality of times until the difference between the rack position Rwwd and the target rack position Rww2 that have been changed immediately before becomes smaller than a predetermined amount ΔRwwmax.
[0039]
When the difference between the previous designated rack position Rwwd and the target rack position Rww2 becomes smaller than a predetermined amount ΔRwwmax, the target rack position Rww2 is set as the final designated rack position Rwwd. That is, the rack position change of the water supply pump 40 is repeated n times until Rww1 + n · ΔRwwmax> Rww2 is satisfied.
In the example shown in FIG. 4, the second indicated rack position Rwwd of the water supply pump 40 is the target rack position Rww2. That is, in this case, as shown in FIG. 4 (d), at t = ta3, the indicated rack position Rwwd of the water supply pump 40 is set to the target rack position Rww2, and as a result, shown in FIG. 4 (b). Thus, the water injection amount qw changes from qw1 to qw2 step by step.
[0040]
At this time, as shown in FIG. 4 (a), the fuel injection amount qf temporarily decreases as the water injection amount qw increases as in the case of t = ta1, but the next control cycle (t = Ta4), the rack position of the fuel injection pump 70 is set to Rwf2, so that the water and fuel injection amounts are in accordance with the second operating state.
On the other hand, the case where the operating state of the engine changes from the state (2) (first operating state) shown in FIG. 6 to the state (2) (second operating state) will be described. And is controlled in substantially the same manner. In the following cases, subscript 2 represents the first operating state, and subscript 1 represents the second operating state.
[0041]
First, the controller 90 sets the target rack position Rww1 of the water supply pump 40 in the target rack position setting means 60, and then the rack position change amount calculation means 61 sets the current rack position Rww2 of the water supply pump 40. The rack position change amount ΔRww (= | Rww1−Rww2 |) from the target rack position Rww1 is calculated. Further, the rack position change amount dividing means 62 determines whether or not the rack position change amount ΔRww is larger than a predetermined amount ΔRwwmax set based on the engine speed and the engine load from a map (not shown).
[0042]
When the rack position change amount ΔRww is larger than the predetermined amount ΔRwwmax, the rack position of the water supply pump is changed multiple times so that the rack position change amount of one water supply pump is smaller than the predetermined amount ΔRwwmax. Divided. In this case, specifically, the indicated rack position Rwwd of the first water supply pump 40 is set as Rww2−ΔRwwmax.
[0043]
As a result, as shown in the time chart of FIG. 4D, at the control start time t = tb1, the rack position of the water supply pump 40 is set to Rww2−ΔRwwmax. As shown in b), qw2−Δqw.
On the other hand, as shown in FIG. 4A, the fuel injection amount qf temporarily increases as the water injection amount decreases. This is because the total injection amount of fuel and water remains unchanged until the rack position of the fuel injection pump 70 is changed (that is, until t = tB2), so the period from tB1 to tB2 is As a result, the fuel injection amount increases as the water injection amount decreases.
[0044]
However, in this apparatus, since one rack position change of the water supply pump 40 is suppressed so that the decrease in the water injection amount is equal to or less than the predetermined amount ΔRwwmax, such an increase in the fuel injection amount is also suppressed. Therefore, the emission of black smoke can be minimized.
Then, the rack position Rwf of the fuel injection pump 70 is controlled in the next control cycle (t = tb2) of the controller 90. At this time, the rack position Rwf of the fuel injection pump 70 is set by the target rack position setting means 63 of the fuel injection pump control unit 90B, but in the rack position change amount dividing means 64 of the fuel injection pump control unit 90B. When the information from the rack position change amount dividing means 62 of the water supply pump control unit 90A is taken in and the change of the rack position of the water supply pump 40 is divided into a plurality of times, the rack position of the water supply pump 40 is Similar to the change division control, the change in the rack position of the fuel injection pump 70 is divided into a plurality of times.
[0045]
That is, as shown in FIG. 4C, at t = tb2, the rack position Rwf of the fuel injection pump 70 is set to Rwf2−ΔRwf. As a result, as shown in FIG. 4A, the fuel injection amount qf becomes qf2−Δqf.
Further, in the next control cycle (t = tb3) of the controller 90, the rack position Rww2−ΔRwwmax of the water supply pump 40 is changed again.
[0046]
At this time, when the difference [| Rww1− (Rww2−ΔRwwmax) |] between the previous designated rack position Rwwd (= Rww2−ΔRwwmax) and the target rack position Rww1 is larger than the predetermined amount ΔRwwmax, the designated rack position Rwwd is again generated. Is obtained by subtracting the previous rack position Rww2−ΔRwwmax by a predetermined amount ΔRwwmax as a new indicated rack position Rwwd (t = tb3). Hereinafter, the rack position of the water supply pump 40 is divided into a plurality of times until the difference between the rack position Rwwd changed immediately before and the target rack position Rww1 becomes smaller than a predetermined amount ΔRwwmax.
[0047]
When the difference between the previous designated rack position Rwwd and the target rack position Rww1 becomes smaller than a predetermined amount ΔRwwmax, the target rack position Rww1 is set as the final designated rack position. That is, the rack position change of the water supply pump 40 is repeated n times until Rww2−n · ΔRwwmax <Rww1 is satisfied.
In the example shown in FIG. 4, the second indicated rack position Rwwd of the water supply pump 40 is the target rack position Rww1. That is, in this case, as shown in FIG. 4 (d), at t = tb3, the indicated rack position Rwwd of the water supply pump 40 is set to the target rack position Rww1, and as a result, shown in FIG. 4 (b). Thus, the water injection amount qw is gradually changed from qw2 to qw1.
[0048]
At this time, as shown in FIG. 4A, the fuel injection amount qf temporarily increases as the water injection amount qw decreases as in the case of t = tb1, but the next control cycle (t = Tb4), the rack position of the fuel injection pump 70 is set to Rwf1, so that the water and fuel injection amounts correspond to the second operating state.
By the way, in such a water injection amount control device, rack position control of the water supply pump 40 and the fuel injection pump 70 is performed according to a flowchart as shown in FIG.
[0049]
That is, first, in step S1, the target rack position Rww2 of the water supply pump 40 is read from the three-dimensional map as shown in FIG. 2 based on the engine speed and the engine load, and the flag F is set to zero. Next, proceeding to step S2, the maximum value ΔRwwmax of one rack position change amount is read from a three-dimensional map (not shown) based on the engine speed and the engine load.
[0050]
Then, proceeding to step S3, the amount of change | Rww2-Rww1 | from the current rack position Rww1 to the target rack position Rww2 and the maximum value ΔRwwmax of the rack position change amount of the water supply pump 40 obtained in step S2 Compare the size of. If the rack position change amount | Rww2−Rww1 | is smaller than the maximum value ΔRwwmax, the process proceeds to step S4 to set the indicated rack position Rwwd of the water supply pump 40 to the target rack position Rww2. , Flag F is set to 1, and then the process proceeds to step S6.
[0051]
On the other hand, if it is determined in step S3 that the rack position change amount | Rww2−Rww1 | is larger than the maximum value ΔRwwmax, the process proceeds to step S5, and the indicated rack position Rwwd is set to Rww1 + ΔRwwmax. Further, Rww1 = Rwwd is set so that ΔRwwmax is added again to the previous designated rack position Rwwd when the routine goes through step S5 again in the subsequent routines.
[0052]
In step S6, the rack position of the water supply pump 40 is driven to the indicated rack position Rwwd, and water is injected at a predetermined water injection amount.
Thereafter, the process proceeds to step S7, where the rack position increase ΔRwf of the fuel injection pump 70 is set according to the injection amount of the water supply pump 40. At this time, the rack position increment ΔRwf of the fuel injection pump 70 is set based on the rack position Rww of the water supply pump 40 controlled in step S6. In step S8, the rack position Rwf of the fuel injection pump 70 is set to Rwf1 + ΔRwf, and fuel injection control is executed.
[0053]
Thereafter, in step S9, it is determined whether or not the flag is F = 1. If F = 1, the process returns. If not, the process returns to step S3, and steps S3 to S8 are repeatedly executed until F = 1. To do.
In the water injection amount control device of the present invention, the rack positions of the water injection pump 40 and the fuel injection pump 70 are controlled in this way, so that rapid fluctuations in the rack positions of the water supply pump 40 and the fuel injection pump 70 are suppressed. There are advantages that can be made. Specifically, when the engine operating state changes, the fuel injection amount temporarily drops suddenly or excessive fuel injection can be suppressed. As a result, there is an advantage that breathing due to a decrease in engine torque and emission of black smoke can be suppressed.
[0054]
Further, according to the water injection amount control device of the present apparatus, it is not necessary to provide new parts or the like with respect to the conventional water injection type engine, and it is only necessary to change the control logic, resulting in an increase in cost and weight. There is also an advantage that there is nothing.
Furthermore, since the predetermined amount ΔRwwmax is set here according to the engine speed and the engine load, there is an advantage that fine rack position control according to the engine operating state can be performed.
[0055]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the water injection amount control device of the present invention as set forth in claim 1, it is possible to suppress a rapid change in the rack position of the water supply pump, thereby changing the engine operating state. Sometimes, there is an advantage that it is possible to suppress breathing due to a decrease in engine torque and emission of black smoke.
[0056]
Further, according to the water injection amount control device of the present invention described in claim 2, in addition to the same advantages as described above, it is not necessary to provide new parts or the like for the conventional water injection type engine, and the control logic is provided. Since it only needs to be changed, there is an advantage that neither increase in cost nor increase in weight is caused.
Further, according to the water injection amount control device of the present invention as set forth in claim 3, there is an advantage that fine rack position control according to the engine operating state can be performed.
[0057]
Further, according to the water injection amount control device of the present invention as set forth in claim 4, there is an advantage that rapid fluctuations in the rack position of the water supply pump and the fuel injection pump can be suppressed. As a result, when the engine operating state changes, it is possible to suppress a sudden drop in the fuel injection amount or excessive fuel injection. There is an advantage that smoke emission can be suppressed. Moreover, since there is no need to provide new parts or the like and only the control logic needs to be changed with respect to the conventional water injection type engine, there is an advantage that neither an increase in cost nor an increase in weight is caused.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic block diagram focusing on the main configuration of a water injection amount control device as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a map showing the characteristics of the water injection amount in the water injection amount control device as one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a map for setting a rack position of a fuel injection pump in a water injection amount control device as one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of the water injection amount control apparatus as one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the water injection amount control apparatus as one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a change in a general engine operating state;
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of a conventional water injection amount control device.
[Explanation of symbols]
1 Fuel injection nozzle 1
30 water pipe (water supply channel)
31 Fuel pipe (fuel supply path)
40 Water supply pump
50 Operating state detection means
60 Water supply pump target rack position setting means
61 Water supply pump rack position change amount calculating means
62 Water supply pump rack position change amount dividing means
63 Fuel injection pump target rack position setting means
64 Fuel injection pump rack position change amount dividing means
70 Fuel injection pump
80, 81 rack actuator
90 controller (control means)
90A water supply pump controller
90B Fuel injection pump controller
91 Engine speed sensor
92 Engine load sensor

Claims (4)

ラック位置を変更することで供給される水の量を変更する水供給ポンプをそなえ、該水供給ポンプにより供給された該水をエンジンの燃焼室に噴射しうる水噴射式エンジンにおいて、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段からの検出情報に基づいて該水の噴射量を設定する制御手段とをそなえ、
該エンジンの運転状態が第1の運転状態から第2の運転状態に変化したときに、該水供給ポンプの該第1の運転状態におけるラック位置から該第2の運転状態における目標ラック位置までのラック位置変化量が所定量よりも大きい場合には、
該制御手段により、該水供給ポンプの1回のラック位置変化量が該所定量よりも小さくなるように、該水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割されるように構成されていることを特徴とする、水噴射量制御装置。
In a water injection engine that includes a water supply pump that changes an amount of water supplied by changing a rack position and can inject the water supplied by the water supply pump into a combustion chamber of the engine.
An operating state detecting means for detecting the operating state of the engine;
Control means for setting the water injection amount based on detection information from the operating state detection means,
When the operating state of the engine changes from the first operating state to the second operating state, the rack position of the water supply pump from the rack position in the first operating state to the target rack position in the second operating state If the rack position change amount is larger than the predetermined amount,
The control means is configured such that the change in the rack position of the water supply pump is divided into a plurality of times so that the amount of change in the rack position of the water supply pump once is smaller than the predetermined amount. A water injection amount control device.
該制御手段が、
該運転状態検出手段からの検出情報に基づいて、該第2の運転状態における該水供給ポンプの目標ラック位置を求める目標ラック位置設定手段と、
該水供給ポンプの該第1の運転状態におけるラック位置から該目標ラック位置までのラック位置変化量を算出するラック位置変化量算出手段と、
該ラック位置変化量が、所定量よりも大きい場合には、該水供給ポンプの1回のラック位置変化量を該所定量よりも小さく設定し、該水供給ポンプのラック位置の変更を複数回に分割するラック位置変化量分割手段と、
をそなえていることを特徴とする、請求項1記載の水噴射量制御装置。
The control means
Target rack position setting means for determining a target rack position of the water supply pump in the second operation state based on detection information from the operation state detection means;
Rack position change amount calculating means for calculating a rack position change amount from the rack position to the target rack position in the first operation state of the water supply pump;
When the rack position change amount is larger than a predetermined amount, the single rack position change amount of the water supply pump is set smaller than the predetermined amount, and the rack position change of the water supply pump is changed a plurality of times. Rack position change amount dividing means for dividing into
The water injection amount control device according to claim 1, comprising:
該所定量が、エンジン回転数と負荷とのマップにより設定されることを特徴とする、請求項1又は2記載の水噴射量制御装置。The water injection amount control device according to claim 1 or 2, wherein the predetermined amount is set by a map of engine speed and load. 該水噴射式エンジンが、該水供給ポンプに加えて、ラック位置を変更することで供給される燃料の量を変更する燃料噴射ポンプをそなえ、
該制御手段が、
該水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割された場合に、該燃料噴射ポンプのラック位置の変更を該水供給ポンプと同様に複数回に分割する燃料噴射ポンプラック位置変化量分割手段をそなえていることを特徴とする、請求項2又は3記載の水噴射量制御装置。
In addition to the water supply pump, the water injection engine includes a fuel injection pump that changes an amount of fuel supplied by changing a rack position.
The control means
Fuel injection pump rack position change amount dividing means for dividing the change of the rack position of the fuel injection pump into a plurality of times in the same manner as the water supply pump when the change in the rack position of the water supply pump is divided into a plurality of times The water injection amount control device according to claim 2 or 3, characterized by comprising:
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