JP3858958B2

JP3858958B2 - ディーゼルエンジンの制御装置

Info

Publication number: JP3858958B2
Application number: JP30131899A
Authority: JP
Inventors: 哲也上原; 浩之糸山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2019-10-22
Also published as: JP2001123871A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はパイロット噴射するディーゼルエンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からディーゼルエンジンの燃焼騒音、振動を低減するための一つの方法としてパイロット噴射を行うことが知られている。パイロット噴射により予備的な燃焼が行われ、そこにメイン噴射が行われることから噴射された燃料は着火遅れの少ない状態で燃焼し、全体的には穏やかな燃焼が実現するのである。
【０００３】
このパイロット噴射の効果を確実にする目的から燃焼に基づくエンジンの加振力を加速度センサにより測定し、この検出信号のピーク値が所定値よりも大きいときは燃焼騒音が高いと判断し、パイロット噴射量を増量し、燃焼圧力の上昇が急峻に行われるのを抑制する提案がなされている（特開平７−１２００２号公報参照）。
【０００４】
加速度センサの出力を検出するタイミングとしては、クランク角度にして、ＴＤＣから所定の角度、あるいはＴＤＣ前の所定角度からＴＤＣ後の所定角度の各範囲に設定し、これにより燃焼の振動レベルを検知し、燃焼騒音が高いときはパイロット噴射量を増量し、ただし、パイロット噴射量が過多となることのないようにその上限を定めている。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
燃料のパイロット噴射量は、最適な要求量に対して少なすぎても多すぎても燃焼騒音が悪化する。少なすぎる場合はメイン噴射の初期燃焼の立ち上がりを緩慢にする本来の効果が得られないためで、また多すぎるときはパイロット噴射された燃料の燃焼により大きな燃焼騒音が発生し、またスモークや燃費改善からも必要以上に多くなることは好ましくない。
【０００６】
しかしながら上記した従来例では燃焼騒音がパイロット噴射によるものか、メイン噴射によるものかを判定していないため、パイロット噴射の過多による燃焼騒音の場合には、パイロット噴射量の増加によりかえって大きな燃焼騒音を生じさせてしまう。
【０００７】
これを防止するために上記したパイロット噴射量の上限値を低く設定しておくことが考えられる。
【０００８】
パイロット噴射量はメイン噴射量に比較して少なく、とくに小排気量のエンジンではパイロット噴射量が非常に小さくなることから、燃料噴射弁の微少なストローク範囲となるパイロット噴射量を正確に制御することは非常に難しく、パイロット噴射量の気筒毎のバラツキや経時変化の影響を考慮すると、パイロット噴射量の上限値が低いと、メイン噴射による燃焼騒音を低減するためにパイロット噴射が必要な値に達する前に規制されてしまうこともあり、燃焼騒音の低減に十分な効果を発揮できないこともある。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するために提案されたもので、少なくともパイロット噴射による燃焼騒音を判別し、これに基づいてパイロット噴射量を制御することにより、燃焼騒音を常に目標とするレベル以下に抑制することを可能としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、運転領域によって燃料のパイロット噴射とメイン噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、燃焼騒音を検知する手段と、パイロット噴射による燃焼騒音を判別する手段と、メイン噴射による燃焼騒音を判別する手段と、パイロット噴射による燃焼騒音に基づいてパイロット噴射量を補正する手段と、前記パイロット噴射量の補正をメイン噴射による燃焼騒音に基づいて補正する手段とを備えることを特徴とする。第２の発明は、前記メイン噴射による燃焼騒音に対する前記パイロット噴射による燃焼騒音の比が第３の基準値よりも大きいときはパイロット噴射量を減量補正し、小さいときは増量補正する。第３の発明は、前記メイン噴射による燃焼騒音に対するパイロット噴射による燃焼騒音の比が第３の基準値よりも大きいときはパイロット噴射量を減量補正し、小さいときは増量補正する。第４の発明は、前記パイロット噴射量の補正は気筒毎に行う。第５の発明は、前記燃焼騒音の検知手段として燃焼によるエンジンの加振力を測定する加速度センサを設け、このセンサ出力のピーク値または二乗平均値から燃焼騒音を検知する。第６の発明は、前記燃焼騒音の測定手段として筒内圧センサを設け、このセンサ出力の微分値または２回微分値から燃焼騒音を検知する。
【００１７】
【作用、効果】
第１の発明では、パイロット噴射による燃焼騒音からパイロット噴射量が多すぎるのか少なくすぎるのかを判断しているので、これに基づいてパイロット噴射量を補正することにより、パイロット噴射量の絶対量が微少であっても、また燃料噴射インジェクタに噴射バラツキ、経時変化があっても、エンジン燃焼騒音を常に目標レベル以下となるように、精度よくかつ効率的に低減できる。この場合、パイロット噴射の補正量については、メイン噴射による燃焼騒音に基づいて補正する、具体的には第２の発明では、パイロット噴射による燃焼騒音が基準値より小さくても、メイン噴射による燃焼騒音が基準値よりも小さいときはパイロット噴射の増量補正は行わないので、パイロット噴射量を増やしたときに生じる燃費やスモークの悪化を回避できる。メイン噴射による燃焼騒音が小さければトータルの騒音上からは問題ないので、パイロット噴射量を抑制することでその不利益をできるだけ小さくする。さらに第３の発明では、パイロット噴射とメイン噴射による燃焼騒音の比に基づいてパイロット噴射量を補正するので、加速度センサの取付位置やエンジン構造の相違により、あるいは各速度センサを共通化したときなどに、気筒毎の燃焼による振動伝達特性が異なっても、各気筒の燃焼騒音比を正確に把握することができ、精度のよい補正制御が可能となる。また、第４の発明では、気筒間で燃料噴射量のバラツキがあったときにも、各気筒の燃焼騒音を確実に低減することができる。第５の発明では、加速度センサのピーク値から燃焼騒音を求めることで間欠的騒音の低減が可能となり、また二乗平均値から求めることでオーバオールの騒音を低減することができる。第６の発明では、筒内圧センサの出力の微分値または２回微分値から燃焼騒音を求めるので、エンジンのメカニカルな振動成分の影響を少なくし、燃焼騒音を精度よく検知することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、まず本発明の前提となる技術について説明しておく。
【００２４】
図１において、エンジン１の筒内にはインジェクタ２から燃料が直接的に噴射供給される。燃料の供給系統は、この例では高圧燃料を畜圧するコモンレール方式であって、高圧ポンプ３により加圧された燃料がいったんコモンレール４に蓄えられ、これがインジェクタ２に導かれる。インジェクタ２は電磁弁５を開閉することにより燃料噴射を行い、１サイクル中に複数回開閉することで、パイロット噴射とメイン噴射を行える。
【００２５】
図２に示すように、インジェクタ２にはコモンレール４からの高圧燃料が油路１２を介してノズル室１３と油圧室１４に導かれる。油圧室１４は電磁弁５により開閉され、電磁弁５が開くと圧力が低下する。
【００２６】
ノズル室１３にはノズル針弁１５が配置され、これがリフトすると噴孔１７が開かれ、高圧燃料が気筒内に噴射される。ノズル針弁１５と一体的に移動する油圧ピストン１６は、その有効受圧面積がノズル針弁１５よりも大きく設定され、油圧室１４の電磁弁５が閉じているときは、閉弁方向の力が開弁方向の力よりも大きくなり、ノズル針弁１５が噴孔１７を閉じている。
【００２７】
電磁弁５が開くと油圧室１４の圧力が下がり、閉弁方向の力が弱まり、ノズル針弁１５が作用する圧力によりリフトし、燃料の噴射が行われる。
【００２８】
なお、油圧室１４にはオリフィス１４ａを介して高圧が導かれるので、電磁弁５を開いているときの油圧室１４の圧力はノズル室１３よりも低い圧力に維持される。
【００２９】
コントロールユニット６にはエンジン回転数センサ７からの回転数信号Ｎｅ、アクセル開度センサ８からのアクセル開度（負荷）信号Ａｃｃ、コモンレール圧力センサ９からの燃料圧力信号Ｃｐ、クランク角度センサ１０からのクランク角度信号θなどが入力し、これらに基づいてエンジン回転と負荷に応じて予め設定されているコモンレール圧力となるように高圧ポンプ３の吐出量を制御すると共に、同じくエンジン負荷と回転に応じて設定されている燃料噴射時期と噴射量となるようにインジェクタ２の電磁弁５を通電制御する。
【００３０】
インジェクタ２からの燃料噴射は通常の運転状態においては、パイロット噴射とメイン噴射で構成され、エンジン負荷と回転数によって決まる燃料噴射量はこれら両噴射の総量となる。なお、燃料噴射量は電磁弁５の通電時間とコモンレール圧力に応じて決まり、予めコントロールユニット６に記憶されている通電時間マップにしたがって制御される。
【００３１】
エンジン１の例えばシリンダブロックにはエンジン燃焼騒音（振動）を検出するための加速度センサ１１が取付けられ、燃焼による加振力に応じた検出信号がコントロールユニット６に入力され、これとクランク角度センサ１０からのクランク角度信号とに基づいて、パイロット噴射による燃焼騒音とメイン噴射による燃焼騒音とを区別しつつ各燃焼騒音の大きさを判定し、これら対応してパイロット噴射を補正することにより、燃焼騒音や振動が設定値以下となるように制御する。
【００３２】
いま図３にパイロット噴射量が多いとき少ないときでの燃料噴射率、熱発生率、加速度センサ出力をそれぞれ示す。
【００３３】
パイロット噴射量を減らすと、パイロット噴射による熱発生が減り、燃焼騒音も減るが、その後に行われるメイン噴射による燃焼圧力の初期立ち上がりが急峻となり、メイン噴射による燃焼騒音は増大する傾向がある。
【００３４】
パイロット噴射量を増やすとパイロット噴射による燃焼騒音が大きくなるが、メイン噴射の燃焼が緩やかになり、メイン噴射による燃焼騒音を低減することが可能となる。
【００３５】
コントロールユニット６で実行されるパイロット噴射の制御内容について、図４のフローチャートにしたがって詳しく説明する。
【００３６】
ステップＳ１でエンジン回転数Ｎｅ、負荷Ａｃｃ及びクランク角度θを読み込み、次いでステップＳ２でこれらに基づいて予め設定されているマップと対比して運転条件がパイロット噴射領域にあるかどうかの判断を行う。
【００３７】
パイロット噴射領域にあると判定されたときは、ステップＳ３に進んで、クランク角度がパイロット噴射燃焼範囲、つまりパイロット噴射開始時期とメイン噴射開始時期の間の範囲にあるときに、パイロット噴射による燃焼騒音と相関のある加速度センサ１１の出力のピーク値Ｇｐｍａｘを読み込み、ステップＳ４でこの読込値を予め記憶されているその運転条件に応じた基準値Ｇｐ０と比較する。
【００３８】
ＧｐｍａｘがＧｐ０よりも大きいときは、パイロット噴射量が過大であると判定してステップＳ５でパイロット噴射のための電磁弁５への通電時間ＥＴｐを、ＥＴｐ＝ＥＴｐ−ｄＥＴｐとして減量補正する。そして、ステップＳ６でこの補正された通電時間ＥＴｐとなるようにしてパイロット噴射量を制御する。
【００３９】
これに対して、ステップＳ４でＧｐｍａｘがＧｐ０よりも小さいときは、パイロット噴射量が少ないものと判定し、ステップＳ７でＥＴｐを、ＥＴｐ＝ＥＴｐ＋ｄＥＴｐとして増量補正する。
【００４０】
なお、前記ステップＳ２で運転条件がパイロット噴射領域に無いと判断されたときは、そのまま制御を終了する。
【００４１】
このようにして、パイロット噴射による燃焼範囲において、パイロット噴射による燃焼騒音と相関のある加速度センサ出力の最大値を基準値と比較し、これよりも大きいときは、パイロット燃焼による騒音が大きいものと判定してパイロット噴射量を減らし、また小さいときは、パイロット燃焼による騒音は小さいが、その分だけメイン燃焼による騒音が大きくなる可能性が高いと判定し、パイロット噴射量を増やす。
【００４２】
これによりパイロット噴射が過大なのか過小なのかを正確に判断し、インジェクタ２の噴射量にバラツキや経時変化があっても、パイロット噴射量を常に正しく最適値に維持し、燃焼騒音を有効に低減することができる。
【００４３】
次に図５のフローチャートにしたがって本発明の実施形態を説明する。
【００４４】
なお、図４と異なる部分を中心にして説明することにし、運転条件がパイロット噴射領域であると判断されたときは、ステップＳ２３で加速度センサ１１の出力から、クランク角度がパイロット噴射燃焼範囲にあるときのピーク値Ｇｐｍａｘと、メイン噴射燃焼範囲にあるときのピーク値Ｇｍｍａｘとを読み込む。なお、メイン噴射燃焼範囲は、例えばメイン噴射開始時期から燃焼がほぼ終了するまでのクランク角度範囲とする。
【００４５】
そしてステップＳ２４でＧｐｍａｘを基準値Ｇｐ０と比較し、もし基準値よりも大きいときはステップＳ２５で前記と同じようにパイロット噴射のための電磁弁５への通電時間ＥＴｐを、ＥＴｐ＝ＥＴｐ−ｄＥＴｐとすることによってパイロット噴射量を減量する。
【００４６】
これに対して、ステップＳ２４で基準値Ｇｐ０よりも大きいときと判断されたときは、ステップＳ２７でメイン噴射燃焼でのピーク値Ｇｍｍａｘをその基準値Ｇｍ０と比較し、ピーク値が大きければパイロット噴射のための電磁弁５の通電時間をＥＴｐ＝ＥＴｐ＋ｄＥＴｐとしてパイロット噴射量を増量するが、もしもピーク値が基準値Ｇｍ０以下のときはパイロット噴射量の増量をしない。
【００４７】
このように本実施の形態では、ステップＳ２４でパイロット噴射による燃焼に対しての騒音基準値よりも小さい、つまりパイロット噴射量が過小であると判断されても、そのときのメイン噴射による燃焼が、メイン燃焼騒音の基準値以下のときは、あえてパイロット噴射量の増量補正を行わない。パイロット噴射は燃費改善、スモーク低減の観点からは少ない方がよく、このためパイロット噴射、メイン噴射のいずれについても燃焼騒音が問題となるレベルに達していないときはパイロット噴射量を増量しないものとしたのである。
【００４８】
図６のフローチャートによってさらに別の実施形態を説明する。
【００４９】
この実施の形態では、ステップＳ３３でパイロット噴射とメイン噴射による燃焼範囲においてそれぞれ加速度センサ１１の出力のピーク値ＧｐｍａｘとＧｍｍａｘを読み込んだら、ステップＳ３４でピーク値Ｇｍｍａｘに対するピーク値Ｇｐｍａｘの比ＧＲを、ＧＲ＝Ｇｐｍａｘ／Ｇｍｍａｘとして求め、ステップＳ３５でこのＧＲを予め設定した設定値ＧＲ０と比較する。
【００５０】
そして、ＧＲ＞ＧＲ０のとき、つまりメイン噴射に対してパイロット噴射による燃焼ピーク値の比率が大きいときは、ステップＳ３６で前記と同じように、パイロット噴射量を減量し、同じく比率の小さいときはステップＳ３７でパイロット噴射量を増量する。
【００５１】
パイロット噴射による燃焼騒音のピーク値のメイン噴射によるピーク値に対する比率が設定値よりも大きいときは、パイロット噴射量を減らすことによりパイロット噴射による燃焼騒音を下げ、逆にメイン噴射によるピーク値の比率が大きくなったときはパイロット噴射量を増やすことで、メイン噴射による燃焼を低減することができる。
【００５２】
このようにパイロット噴射とメイン噴射による燃焼騒音の比率を求めてパイロット噴射量を補正制御すると、加速度センサ１１のシリンダブロックに対する取付位置やシリンダブロックの形状等により、各燃焼気筒からの振動の伝達特性が異なる場合や、加速度センサ１１を各気筒に設ける代わりに一つの加速度センサ１１により振動を検出する場合などのように、センサ出力の絶対値に気筒間で差があっても、各気筒での燃焼騒音の出力比率を求めるので、各気筒について精度よく燃焼騒音を検知できる。
【００５３】
以上の各実施の形態において、加速度センサ１１の出力から燃焼騒音を判定するにあたり、加速度センサ出力のピーク値、または出力の二乗平均値を採用することができる。この場合、前者では間欠的な燃焼騒音との相関が高く、後者はオーバオールの燃焼騒音と相関が高いので、どちらの燃焼騒音を下げるかにより選択すればよい。
【００５４】
また、加速度センサ１１は各気筒毎に設けるか、あるいは複数の気筒を一つの加速度センサ１１で受け持つようにすることもできる。
【００５５】
また、加速度センサ１１に燃焼による加振力だけでなく、その他のメカニカルな振動も入力するので、燃焼に相関する振動を分離するために、燃焼加振力による振動の周波数域のみを検出するバンドパスフィルタを通したセンサ出力を判定するようにしてもよい。
【００５６】
さらに燃焼騒音を判定するために筒内圧センサを設けて筒内圧を測定し、この筒内圧の微分値、２回微分値を用いることもでき、この場合にもメカニカルな振動の影響を除いて精度よく燃焼騒音を検知できる。
【００５７】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる技術の概略構成を示す構成図である。
【図２】燃料噴射インジェクタの断面図である。
【図３】パイロット噴射量を変化させたときの熱発生率、振動特性などを示す説明図である。
【図４】パイロット噴射量の補正制御内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態によるパイロット噴射量の補正制御内容を示すフローチャートである。
【図６】他の実施形態によるパイロット噴射量のさらに別の補正制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン
２インジェクタ
３高圧ポンプ
４コモンレール
５電磁弁
６コントロールユニット
７回転数センサ
８アクセル開度センサ
１０クランク角度センサ
１１加速度センサ
１３ノズル室
１４油圧室
１５ノズル針弁
１６油圧ピストン

Claims

運転領域によって燃料のパイロット噴射とメイン噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、燃焼騒音を検知する手段と、パイロット噴射による燃焼騒音を判別する手段と、メイン噴射による燃焼騒音を判別する手段と、パイロット噴射による燃焼騒音に基づいてパイロット噴射量を補正する手段と、前記パイロット噴射量の補正をメイン噴射による燃焼騒音に基づいて補正する手段とを備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
前記パイロット噴射による燃焼騒音が第１の基準値よりも大きいときはパイロット噴射量を減量補正し、同じく基準値よりも小さいときは、メイン噴射による燃焼騒音が第２の基準値よりも大きいときにのみパイロット噴射量を増量補正する請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
前記メイン噴射による燃焼騒音に対する前記パイロット噴射による燃焼騒音の比が第３の基準値よりも大きいときはパイロット噴射量を減量補正し、小さいときは増量補正する請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
前記パイロット噴射量の補正は気筒毎に行う請求項１から３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。
前記燃焼騒音の検知手段として燃焼によるエンジンの加振力を測定する加速度センサを設け、このセンサ出力のピーク値または二乗平均値から燃焼騒音を検知する請求項１から４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。
前記燃焼騒音の測定手段として筒内圧センサを設け、このセンサ出力の微分値または２回微分値から燃焼騒音を検知する請求項１から４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。