JP3861621B2 - ディーゼル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】
この発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−５４９０１号に、吸入空気量と目標空気量との差分に応じ、吸入空気量が目標空気量より小さいときは燃料の噴射時期を進角するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気の一部を吸気系に還流することで排気中のＮＯｘを低減するＥＧＲ（排気還流）装置を備えるエンジンがある。
【０００４】
このようなエンジンでは、シリンダには空気と排気とが吸入されることになるが、この場合過渡運転時等には空気および排気の両方に遅れを伴うことになる。
【０００５】
しかしながら、従来の燃料噴射装置では、吸入空気の遅れしか考慮していないため、排気の遅れ分だけ主噴射時期が最適値からずれ、したがって燃焼騒音が悪化したり、トルクショックが発生するといった問題があった。
【０００６】
この発明は、ＥＧＲ装置を備えるエンジンにおいて、このような問題点を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、排気の一部を吸気系に還流する排気還流手段と、エンジンの運転条件に基づいて主噴射時期を設定する主噴射時期設定手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、シリンダ内の実空気過剰率と目標空気過剰率との差が小さくなるほど、主噴射時期の目標値への追従速度が速くなるように前記主噴射時期を補正する噴射時期補正手段を備える。
【０００８】
第２の発明は、前記噴射時期補正手段は、シリンダ内の実吸入空気量及び実排気還流量の総量と目標吸入空気量及び目標排気還流量の総量との差に応じて前記主噴射時期を補正する。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、目標空気過剰率に対して、吸入新気および排気還流のシリンダヘの吸入遅れ分の遅延処理を行って、実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段を備える。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明において、所定回前の吸入新気量、燃料噴射量、排気還流量を基に所定の動的処理を行って、実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段を備える。
【００１２】
第５の発明は、第１の発明において、排気系または吸気系に酸素濃度を検知する手段を設け、その出力値を基に実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段を備える。
【００１４】
第６の発明は、第１〜第５の発明において、前記噴射時期補正手段は、下式を用いて最終の主噴射時期を設定する。
【００１５】
Ｉt dyn＝Ｇindit×（Ｉt static−Ｉt dynn-1）＋Ｉt dynn-1
Ｉt dyn：最終の主噴射時期
Ｇindit：変化速度ゲイン
Ｉt static：定常目標噴射時期
Ｉt dynn-1：最終の主燃料噴射時期の前回値
第７の発明は、第１〜第６の発明において、前記主噴射時期の目標値への追従速度を運転条件により補正する。
【００１６】
第８の発明は、第１の発明において、リーン雰囲気で排気中のＮＯｘを捕集、保持し、リッチになると、保持したＮＯｘを還元、浄化する触媒を有し、前記噴射時期補正手段は、リッチ状態への移行もしくはリッチ状態からの移行時に、前記主噴射時期の補正を行う。
【００１７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、シリンダ内の実排気還流量と目標排気還流量との差に応じて主噴射時期を補正することで、過渡運転時の排気還流の遅れによって主噴射時期が最適値からずれることを防止して、燃焼騒音の悪化、及び、トルクショックの発生を防止できる。
また、シリンダ内の実空気過剰率と目標空気過剰率との差を用い、この差に応じて主噴射時期を補正することで、過渡運転時の排気還流と吸入空気の総合の遅れによって主噴射時期が最適値からずれることを防止して、燃焼騒音の悪化、及び、トルクショックの発生を防止できるとともに、実吸入空気量、実排気還流量、目標吸入空気量、及び、目標排気還流量の全てを必ずしも必要とせず制御系の設計が容易になる。
さらに、過渡運転初期に主噴射時期を変化させすぎることはなく、過渡運転時に実空気過剰率の変化に追従して主噴射時期を最適に制御することができる。また、目標と実際の空気過剰率の差により、主噴射時期の目標噴射時期への追従速度を変化させることにより、簡易でかつ適合が容易であり、また過渡時の最適な主噴射時期を実現することが可能となり、また定常状態でも安定した主噴射時期の指令値を設定可能となる。
【００１８】
第２の発明によれば、シリンダ内の実吸入空気量及び実排気還流量の総量と目標吸入空気量及び目標排気還流量の総量との差に応じて主噴射時期を補正することで、過渡運転時の排気還流と吸入空気の総合の遅れによって主噴射時期が最適値からずれることを防止して、燃焼騒音の悪化、及び、トルクショックの発生を防止できる。
【００２０】
第３の発明によれば、実空気過剰率を、目標値に対して吸気系遅れを考慮して求めることで、容易な方法で過渡時の主噴射時期設定が可能となる。
【００２１】
第４の発明によれば、所定回前の吸入空気量、燃料噴射量、排気還流量を基に排気還流の変化や酸素濃度の変化を予測して実空気過剰率を演算することにより、安価でより正確に過渡時の目標噴射時期の実現が可能となる。
【００２２】
第５の発明によれば、排気還流中の酸素濃度を検出することにより、より正確に実際の空気過剰率の変化を検知可能となるため、より要求に近い過渡時の噴射時期の設定が可能となる。
【００２４】
第６の発明によれば、１次遅れで最終の主噴射時期を設定することにより、過渡的な最適噴射時期設定が可能になると共に、自由度の高い過渡時目標値設定が可能となる。
【００２５】
第７の発明によれば、運転条件によって主噴射時期の目標値への追従速度を変化させることで、一層自由度の高い噴射時期設定が可能となる。
【００２６】
第８の発明によれば、ＮＯｘ触媒により排気中のＮＯｘを効率良く浄化できると共に、リッチ状態へ移行した際および通常状態へ移行した際に、主噴射時期を適正に制御することができ、燃焼騒音の悪化、トルクショックを防止できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１において、１はエンジン、２は吸気マニホールド、３は排気マニホールド、４はエンジンの燃焼室に装着された燃料噴射ノズル、５は過給機を示す。
【００２９】
エアフィルタ６でダストを除去されて吸気通路７に導入された空気は、過給機５の吸気コンプレッサ５Ａにより圧縮され、吸気マニホールド２を介してシリンダ内に吸入される。
【００３０】
燃料噴射ノズル４には噴射ポンプ８から燃料が圧送供給され、該燃料噴射ノズル４から燃焼室に向けて燃料が噴射され、該噴射された燃料は圧縮行程末期に着火して燃焼される。
【００３１】
排気マニホールド３と吸気マニホールド２の吸気コレクタ（吸気管集合部）入口部とを結んでＥＧＲ制御弁９を介装したＥＧＲ通路１０が接続されると共に、吸気通路７の吸気コンプレッサ５Ａの上流側にＥＧＲ制御時に吸気を絞って排気圧と吸気圧との差圧を拡大してＥＧＲをしやすくするためのスロットル弁１１が介装され、主としてアイドル時や低負荷時に排気改善、騒音対策のためにＥＧＲ（排気還流）が行われる。具体的には、バキュームポンプ１２からの負圧を電磁弁１３を介してダイアフラム装置１４に導いてスロットル弁１１を絞ると同時に、前記負圧をデューティ制御される電磁弁１５で大気との希釈割合を制御することによってＥＧＲ制御弁９の圧力室に導かれる圧力を制御して、ＥＧＲ制御弁９の開度を制御することによりＥＧＲ率が制御される。ＥＧＲ制御弁９には、弁体のリフト量を検出するリフトセンサ１６が設置されている。
【００３２】
燃焼後の排気は、排気マニホールド３より過給機５の排気タービン５Ｂを回転駆動させた後、排気通路１７に介装されたフィルタ（図示しない）、触媒（ＮＯｘ触媒）１８を通り、ＰＭ（パティキュレート）等が捕集され、ＮＯｘが浄化され、マフラー１９で消音された後に大気中に放出される。
【００３３】
エンジンの運転条件を検出する手段として、過給機５の吸気コンプレッサ５Ａ上流の吸気通路７には、吸入空気流量を検出するエアフローメータ２０が設けられ、またエンジンの回転数Ｎeを検出する回転数センサ２１、アクセル開度Ｃl（負荷）を検出するアクセル開度センサ２２、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ２３等が設けられ、これらの検出値に基づいて、コントロールユニット３０により燃料噴射ノズル４の燃料噴射制御、ＥＧＲ制御が行われる。
【００３４】
以下、コントロールユニット３０による制御内容について説明する。
【００３５】
図２は吸入空気量Ｑacを検知するフローである。
【００３６】
Ｓ１では、エアフローメータ２０の出力電圧Ｕsを読み込み、Ｓ２では、図３に示したようなリニアライズテーブル（電圧−流量変換テーブル）でＵsから吸入空気量ＱasO-dへ変換し、Ｓ３では、加重平均処理を行ってＱasOを求める。
【００３７】
Ｓ４では、Ｑac＝ＱasO／Ｎe×ＫＣＯＮ＃（定数）の式より１吸気当たりの吸気量を演算して吸入空気量Ｑacとし、処理を終了する。
【００３８】
図４は目標燃料噴射量Ｑso1を演算するフローである。
【００３９】
Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、Ｓ２でアクセル開度Ｃlを読み込む。
【００４０】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎeとアクセル開度Ｃlを基に例えば図５に示すようなマップ（基本燃料噴射量マップ）を検索、補間計算して基本噴射量Ｍqdrvを求め、Ｓ４では、基本噴射量Ｍqdrvに水温Ｔw等の補正を行って目標燃料噴射量Ｑso1を求め、処理を終了する。
【００４１】
図６は目標空気過剰率Ｔlambを演算するフローである。
【００４２】
Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、水温Ｔwを読み込む。
【００４３】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsolを基に例えば図７に示すようなマップ（目標空気過剰率マップ）を検索して目標空気過剰率基本値Ｔlambbを設定する。
【００４４】
Ｓ３では、水温Ｔwを基に例えば図８に示すようなテーブル（目標空気過剰率水温補正係数テーブル）を検索して補正係数Ｋlamb-twを求める。これは低温時は増大するエンジンのフリクションや安定化のため、空気過剰率を大きくして空気を増大させるような設定としている。
【００４５】
Ｓ４では、Ｔlamb＝Ｔlambb×Ｋlamb-twの式より目標空気過剰率Ｔlambを演算して、処理を終了する。
【００４６】
図９は目標ＥＧＲ率Ｍegrを演算するフローである。
【００４７】
まず、Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、水温Ｔwを読み込む。
【００４８】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsolを基に例えば図１０に示すようなマップ（目標ＥＧＲ率マップ）を検索して基本目標ＥＧＲ率Ｍegrbを求める。
【００４９】
Ｓ３では、水温Ｔwを基に例えば図１１に示すようなテーブル（目標ＥＧＲ率水温補正係数テーブル）を検索して目標ＥＧＲ率補正係数Ｋegr-twを求める。
【００５０】
Ｓ４では、Ｍegr＝Ｍegrb×Ｋegr-twの式より目標ＥＧＲ率Ｍegrを演算して、処理を終了する。
【００５１】
なお、目標ＥＧＲ量は吸入空気量Ｑacに目標ＥＧＲ率Ｍegrを乗算したもので良い。また、吸入空気量Ｑacを目標吸入空気量として良い。
【００５２】
図１２は目標値に対する吸入空気、ＥＧＲのシリンダへの遅れ処理時定数相当値Ｋkinを演算するフローである。
【００５３】
Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、後述の実ＥＧＲ率Ｍegrdを読み込む。
【００５４】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsolを基に例えば図１３に示すようなマップ（体積効率相当値マップ）を検索して体積効率相当基本値Ｋinbを求める。
【００５５】
Ｓ３では、Ｋin＝Ｋinb／（１＋Ｍegrd／１００）の式より体積効率相当値Ｋinを演算する。これは、ＥＧＲによって体積効率が減少する補正を行ったものである。
【００５６】
Ｓ４では、Ｋinに吸気系容積とシリンダ容積の比相当の定数ＫＶＯＬ＃を乗じてコレクタ容量分の時定数相当値Ｋkinを求め、処理を終了する。
【００５７】
図１４は実ＥＧＲ量Ｑecを演算するフローである。
【００５８】
Ｓ１で吸入空気量Ｑac、目標ＥＧＲ率Ｍegrを読み込む。
【００５９】
Ｓ２では、吸気コレクタ入口部の吸入空気量Ｑacn（所定回前に計測した吸入空気量Ｑac）に目標ＥＧＲ率Ｍegrを乗じて吸気コレクタ入口部ＥＧＲ量ＱecOを演算する。
【００６０】
Ｓ３では、コレクタ容量分の遅れ処理時定数相当値Ｋkinを演算し、Ｓ４では、次式の遅れ処理を行い、実ＥＧＲ量Ｑecとして処理を終了する。ＫＥ１＃は定数、Ｑecn-1はＱecの前回値である。
【００６１】
なお、シリンダの実吸入空気量は、次式より求まる。Ｑacn-1は前回値である。
【００６２】
＝Ｑacn×Ｋkin×ＫＶＯＬ＃＋Ｑacn-1×（１−Ｋkin×ＫＶＯＬ＃）
図１５は実ＥＧＲ率Ｍegrdを演算するフローである。
【００６３】
Ｓ１で目標ＥＧＲ率Ｍegrを読み込む。
【００６４】
Ｓ２では、コレクタ容量分の遅れ処理時定数相当値Ｋkinを演算し，Ｓ３では、次式の遅れ処理を行い、実ＥＧＲ率Ｍegrdとして処理を終了する。ＫＥ２＃は定数、Ｍegrdn-1はＭegrdの前回値である。
【００６５】
図１６はシリンダ内の実空気過剰率Ｒlambを推定するフローである。
【００６６】
Ｓ１で目標空気過剰率Ｔlamb、遅れ処理時定数相当値Ｋkinを読み込む。
【００６７】
Ｓ２では、Ｒlamb＝Ｔlamb×Ｋkin×Ｎe×ＫＲ＃＋Ｒlambn-1×（１−Ｋkin×Ｎe×ＫＲ２＃）の加重平均処理をして実空気過剰率Ｒlambを求め、処理を終了する。式のＫＲ＃、ＫＲ２＃は定数、Ｒlambn-1はＲlambの前回値である。
【００６８】
図１７は燃料噴射ノズル４の主噴射時期（主燃料の噴射時期：パイロット噴射等は含まない）を設定するフローである。
【００６９】
Ｓ１では、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑso1を読み込む。
【００７０】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎeと燃料噴射量Ｑso1を基に例えば図１８に示すようなマップ（通常運転時主噴射時期マップ）を検索、補間計算して定常目標噴射時期Ｉt-staticを設定し、処理を終了する。
【００７１】
図１９は最終噴射時期（最終の主噴射時期）Ｉt-dynを設定するフローである。
【００７２】
Ｓ１で定常目標噴射時期Ｉt-static、目標空気過剰率Ｔlamb、実空気過剰率Ｒlambを読み込む。
【００７３】
Ｓ２では、ＴlambとＲlambの差を取ってｄlambとする。
【００７４】
Ｓ３では、ｄlambを基に例えば図２０に示すようなテーブル（噴射時期変化速度ゲインテーブル）を検索、補間計算して変化速度ゲインＧinditを求める。この例は、目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差が大きいときは変化速度０、すなわち噴射時期を変化させず、差が小さくなると目標値に近づけるスピードを早くするように設定した例である。
【００７５】
Ｓ４では、次式（１次遅れ形）により最終噴射時期Ｉt-dynを演算して、処理を終了する。Ｉt-dynn-1はＩt-dynの前回値である。
【００７６】
Ｉt-dyn＝Ｇindit×（Ｉt-static−Ｉt-dynn-1）＋Ｉt-dynn-1
なお、この式を１次遅れ形に変形すると、次のようになる。
【００７７】
Ｉt-dyn＝Ｇindit×Ｉt-static＋（１−Ｇindit）×Ｉt-dynn-1
図２１は実空気過剰率Ｒlamb等を演算する際に用いる所定回前の値を得るフローである。
【００７８】
Ｓ１で目標燃料噴射量Ｑso1、吸入空気量Ｑac、実ＥＧＲ量Ｑec、実空気過剰率Ｒlambを読み込む。
【００７９】
Ｓ２でバッファ処理を行い、Ｌ回前の演算値を前記パラメータに対して読み出し、それぞれＱsolo、Ｑaco、Ｑeco、Ｏlambdとして、処理を終了する。
【００８０】
このように燃料の主噴射時期を制御するのであり、シリンダへの吸入空気およびＥＧＲの遅れを表す目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差に応じて、差が大きいときは主噴射時期を変化させず、差が小さくなると目標値への追従速度を早くするように制御するのである。
【００８１】
この場合、目標空気過剰率Ｔlambが大きく変化するのに対してすぐには実空気過剰率Ｒlambが追従しない過渡運転初期には、目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差が大きくなるが、このときは主噴射時期を変化させない。
【００８２】
このため、実空気過剰率Ｒlambの変化が小さいときに、目標空気過剰率Ｔlambとの差によって主噴射時期を変化させすぎることはなく、適正な主噴射時期を保てる。
【００８３】
そして、目標空気過剰率Ｔlambに実空気過剰率Ｒlambが追従し始め、その差が小さくなるほど、ゲインを大きくして目標値に近づけるスピードを早くするように主噴射時期を補正する。
【００８４】
したがって、実空気過剰率Ｒlambの変化に追従して主噴射時期を的確に設定することができ、図３１のように過渡運転時に主噴射時期を最適に制御することができる。
【００８５】
この結果、過渡運転時の燃焼騒音の悪化、トルクショックを防止できる。
【００８６】
一方、実空気過剰率Ｒlambの演算を、目標空気過剰率Ｔlambに対して吸気系遅れを考慮した値、即ち遅れ処理時定数相当値Ｋkinを用いることにより、容易な方法で過渡時の主噴射時期設定が可能となる。
【００８７】
また、目標と実際の空気過剰率の差により、主噴射時期の目標噴射時期への追従速度を変化させることにより、簡易でかつ適合が容易であり、また過渡時の最適な主噴射時期を実現することが可能となり、また定常状態でも安定した主噴射時期の指令値を設定可能となる。
【００８８】
また、１次遅れで最終噴射時期Ｉt-dynを設定することにより、過渡的な最適噴射時期設定が可能になると共に、自由度の高い過渡時目標値設定が可能となる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差に応じて燃料の主噴射時期を補正しているが、シリンダ内の実吸入空気量及び実排気還流量の総量と目標吸入空気量及び目標排気還流量の総量との差に応じて主噴射時期を補正するようにしても良い。
【００９０】
図２２は第２の実施の形態を示す。これは、最終噴射時期（最終の主噴射時期）Ｉt-dynを設定するものである。
【００９１】
Ｓ１で定常目標噴射時期Ｉt-static、目標空気過剰率Ｔlamb、実空気過剰率Ｒlambを読み込む。
【００９２】
Ｓ２では、ＴlambとＲlambの差を取ってｄlambとする。
【００９３】
Ｓ３では、ｄlambを基に例えば図２０に示すようなテーブル（噴射時期変化速度ゲインテーブル）を検索、補間計算して変化速度ゲインＧinditbを求める。この例は、目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差が大きいときは変化速度０、すなわち噴射時期を変化させず、差が小さくなると目標値に近づけるスピードを早くするように設定した例である。
【００９４】
Ｓ４では、エンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsolを基に例えば図２３に示すようなマップ（噴射時期変化速度補正係数マップ）を検索して補正係数Ｇindithを求め、Ｓ５では、ＧinditbにＧindithを乗じて変化速度ゲインGinditを求める。
【００９５】
Ｓ６では、次式（１次遅れ形）により最終噴射時期Ｉt-dynを演算して、処理を終了する。
【００９６】
Ｉt-dyn＝Ｇindit×（Ｉt-static−Ｉt-dynn-1）＋Ｉt-dynn-1
このように運転条件によって主噴射時期の目標噴射時期への追従速度を変化させるようにすれば、一層自由度の高い噴射時期設定が可能となる。
【００９７】
図２４は第３の実施の形態を示す。これは、排気系（排気マニホールド３等）に排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（図示しない）を設け、この酸素濃度センサ出力を基に実空気過剰率Ｒlambを演算するものである。
【００９８】
Ｓ１では、酸素濃度センサ出力Ｓoafr、吸入空気量Ｑac、実ＥＧＲ量Ｑec、目標燃料噴射量Ｑsolを読み込む。
【００９９】
Ｓ２では、酸素濃度センサ出力Ｓoafr基に例えば図２５に示すようなテーブル（酸素濃度センサ出力−実空燃比変換テーブル）を検索して実空気過剰率ｒAFRを読み込む。
【０１００】
を演算して実空気過剰率Ｒlambを求め、処理を終了する。この式は、吸入新気とＥＧＲ中の酸素濃度を考慮した吸気酸素量相当値を示したものである。式のＢＬＡＭＢ＃は、１４．７である。
【０１０１】
このようにＥＧＲ中の酸素濃度を検出すれば、より正確に実際の空気過剰率の変化を検知可能となるため、より要求に近い過渡時の噴射時期の設定が可能となる。
【０１０２】
なお、酸素濃度センサを吸気コレクタ等に設けて、そのセンサ出力を基に実空気過剰率Ｒlambを演算することもできる。
【０１０３】
図２６は第４の実施の形態を示す。これは、所定回前の吸入空気量、燃料噴射量、ＥＧＲ量を基に所定の動的処理を行って実空気過剰率Ｒlambを演算するものである。
【０１０４】
Ｓ１では、所定演算前の目標燃料噴射量Ｑsolo、現在の目標燃料噴射量Ｑso1、所定演算前の吸入空気量Ｑaco、現在の吸入空気量Ｑac、所定演算前の実ＥＧＲ量Ｑeco、現在の実ＥＧＲ量Ｑec、所定演算前の実空気過剰率Ｏlambdを読み込む（所定演算前の値は前図２１の処理による）
Ｓ２では、現在の酸素濃度Ｏ1ambを次式により演算する。
【０１０５】
Ｏlamb＝[Ｑaco＋Ｑeco×（Ｏlambd−１）／Ｏlambd]／Ｑsolo
Ｓ３では、実空気過剰率Ｒlambを次式により演算して、処理を終了する。
【０１０６】
Ｒlamb＝[Ｑac＋Ｑec×（Ｏlamb−１）／Ｏlamb]／Ｑsol
これらの式は似ているが、空気過剰率は数サイクル前の状態の影響を受けて、現在の値が決まることを示している。
【０１０７】
このように、所定回前の吸入空気量、燃料噴射量、ＥＧＲ量を基にＥＧＲの変化や酸素濃度の変化を予測して実空気過剰率を演算すれば、安価でより正確に過渡時の目標噴射時期の実現が可能となる。
【０１０８】
図２７〜図３０は第５の実施の形態を示す。これは、排気通路１７に設けたＮＯｘ触媒１８に対して、還元剤としてのＨＣを供給するために、空気過剰率を１．０以下の所定値とするリッチスパイクを行うシステムの場合のものである。ＮＯｘ触媒１８は、リーン雰囲気（通常雰囲気）で排気中のＮＯｘを捕集、保持し、リッチになると、保持したＮＯｘをＨＣにより還元、浄化して放出する。
【０１０９】
図２７はこのリッチ制御を行うシステムの主噴射時期を設定するフローであり、Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑso1、リッチスパイクフラグfrspkを読み込む。
【０１１０】
Ｓ２では、frspkが１（条件成立）か否かを判定し、成立していればＳ５へ、成立していなければＳ３へ進む。
【０１１１】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎeと燃料噴射量Ｑso1を基に例えば図１８に示すようなマップ（通常運転時主噴射時期マップ）を検索、補間計算してＩt-static-nを求め、Ｓ４で、これを定常目標噴射時期Ｉt-staticとして処理を終了する。
【０１１２】
Ｓ５では、エンジン回転数Ｎeと燃料噴射量Ｑso1を基に例えば図２８に示すようなマップ（リッチ条件運転時主噴射時期マップ）を検索、補間計算してＩt-static-rを求め、Ｓ６で、定常目標噴射時期Ｉt-staticとして、処理を終了する。
【０１１３】
図２９は、リッチスパイクフラグfrspkを設定するフローであり、Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、水温Ｔwを読み込む。
【０１１４】
Ｓ２では、水温Ｔwが所定値TWRSK＃以上か否かを判定し、以上であればＳ３へ、否であればＳ１１へ進む。
【０１１５】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎeが所定範囲に入っているか否かを判定し、入っていればＳ４へ、入っていなければＳ１１へ進む。
【０１１６】
Ｓ４では、目標燃料噴射量Ｑsol（負荷）が所定範囲に入っているか否かを判定し、入っていればＳ５へ、入っていなければＳ１１へ進む。
【０１１７】
Ｓ３、Ｓ４では、リッチスパイクが効果的にできる範囲すなわちＮＯｘ還元剤であるＨＣが、リッチスパイクを入れることにより効果的に発生させうる領域か否かを判定している。
【０１１８】
Ｓ５では、リッチスパイク実行完了フラグfrspk１が立っているか否かを判定し、立っていなければＳ６へ、立っていればＳ１３へ進む。
【０１１９】
Ｓ６では、前回の処理でリッチスパイク条件が成立してリッチスパイク制御実行中か否かを判定し、実行中でなければＳ７へ、実行中であればＳ８へ進む。
【０１２０】
Ｓ７では、リッチスパイク実行カウンタCtrrhを所定値TMRRSK＃（実行時間）にセットし、Ｓ１２へ進んでリッチスパイク制御実行フラグfrspkを立てて処理を終了する。
【０１２１】
Ｓ８では、カウンタCtrrhをデクリメントし、Ｓ９では、カウンタCtrrhがゼロ、すなわちリッチスパイク制御実行終了か否かを判定する。ゼロであればＳ１０へ進み、リッチスパイク制御実行終了フラグfrspk１を立て、Ｓ１３でfrspkをクリアして処理を終了する。Ｓ９で未だカウンタCtrrhがゼロでない、すなわち未だ終了条件でないときにはＳ１２へ進み、frspkを実行状態に維持する。
【０１２２】
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で否のときにはＳ１１へ進むが、リッチスパイク制御完了フラグfrspk１をクリアして、Ｓ１３へ進み、frspkをクリアして処理を終了する。
【０１２３】
この処理は、リッチスパイク条件（運転条件）が成立し、まだリッチスパイク制御を行なっていないときには所定時間実行し、その後運転条件の変化が無いときにはリッチスパイク制御を行わず、一度その条件から外れて再度条件が成立したときに、また実行するようにして、不必要に制御を実行することを防止している。
【０１２４】
図３０はリッチ制御を行うシステムの目標空気過剰率Ｔlambを演算するフローであり、Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、水温Ｔw、リッチスパイク実行フラグfrspkを読み込む。
【０１２５】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎe、基本噴射量Ｍqdrvを基に例えば図７に示すようなマップを検索して目標空気過剰率基本値Ｔlambbを設定する。
【０１２６】
Ｓ３では、水温Ｔwを基に例えば図８に示すようなテーブルを検索して補正係数Ｋlamb-twを求める。これは低温時は増大するエンジンのフリクションや安定化のため、空気過剰率を大きくして空気を増大させるような設定としている。
【０１２７】
Ｓ４で、リッチスパイク条件か否かを判定し、リッチスパイク条件でなければ、Ｓ５で、Ｔlamb＝Ｔlambb×Ｋlamb-twの式より目標空気過剰率Ｔlambを演算して、処理を終了する。
【０１２８】
Ｓ４で、リッチスパイク条件であれば、Ｓ６で、目標空気過剰率Ｔlambを一定値TLAMRC＃（≦１．０）として処理を終了する。
【０１２９】
このようにすれば、ＮＯｘ触媒１８により排気中のＮＯｘを効率良く浄化できると共に、リッチ条件へ移行した際および通常状態へ移行した際に、主噴射時期を適正に制御することができ、燃焼騒音の悪化、トルクショックを防止できる。
【０１３０】
なお、この場合空気過剰率を調整する手段を設けることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のシステム構成を示す図である。
【図２】吸入空気量を検知するフローチャートである。
【図３】エアフローメータリニアライズテーブル特性図である。
【図４】目標燃料噴射量を演算するフローチャートである。
【図５】基本燃料噴射量マップ特性図である。
【図６】目標空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図７】目標空気過剰率マップ特性図である。
【図８】目標空気過剰率水温補正係数テーブル特性図である。
【図９】目標ＥＧＲ率を演算するフローチャートである。
【図１０】目標ＥＧＲ率マップ特性図である。
【図１１】目標ＥＧＲ率水温補正係数テーブル特性図である。
【図１２】遅れ処理時定数相当値を演算するフローチャートである。
【図１３】体積効率相当値マップ特性図である。
【図１４】実ＥＧＲ量を演算するフローチャートである。
【図１５】実ＥＧＲ率を演算するフローチャートである。
【図１６】実空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図１７】主噴射時期を設定するフローチャートである。
【図１８】通常運転時主噴射時期マップ特性図である。
【図１９】最終噴射時期を設定するフローチャートである。
【図２０】噴射時期変化速度ゲインテーブル特性図である。
【図２１】ディレイ処理のフローチャートである。
【図２２】第２の実施の形態の最終噴射時期を設定するフローチャートである。
【図２３】噴射時期変化速度補正係数マップ特性図である。
【図２４】第３の実施の形態の実空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図２５】酸素濃度センサ出力−実空燃比変換テーブル特性図である。
【図２６】第４の実施の形態の実空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図２７】第５の実施の形態の主噴射時期を設定するフローチャートである。
【図２８】リッチ条件運転時主噴射時期マップ特性図である。
【図２９】リッチスパイクフラグを設定するフローチャートである。
【図３０】目標空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図３１】動作特性図である。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 燃料噴射ノズル
５ 過給機
７ 吸気通路
９ ＥＧＲ制御弁
１０ ＥＧＲ通路
１１ スロットル弁
１７ 排気通路
１８ 触媒
２０ エアフローメータ
２１ 回転数センサ
２２ アクセル開度センサ
２３ 水温センサ
３０ コントロールユニット
【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燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−５４９０１号に、吸入空気量と目標空気量との差分に応じ、吸入空気量が目標空気量より小さいときは燃料の噴射時期を進角するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気の一部を吸気系に還流することで排気中のＮＯｘを低減するＥＧＲ（排気還流）装置を備えるエンジンがある。
【０００４】
このようなエンジンでは、シリンダには空気と排気とが吸入されることになるが、この場合過渡運転時等には空気および排気の両方に遅れを伴うことになる。
【０００５】
しかしながら、従来の燃料噴射装置では、吸入空気の遅れしか考慮していないため、排気の遅れ分だけ主噴射時期が最適値からずれ、したがって燃焼騒音が悪化したり、トルクショックが発生するといった問題があった。
【０００６】
この発明は、ＥＧＲ装置を備えるエンジンにおいて、このような問題点を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、排気の一部を吸気系に還流する排気還流手段と、エンジンの運転条件に基づいて主噴射時期を設定する主噴射時期設定手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、シリンダ内の実空気過剰率と目標空気過剰率との差が小さくなるほど、主噴射時期の目標値への追従速度が速くなるように前記主噴射時期を補正する噴射時期補正手段を備える。
【０００８】
第２の発明は、前記噴射時期補正手段は、シリンダ内の実吸入空気量及び実排気還流量の総量と目標吸入空気量及び目標排気還流量の総量との差に応じて前記主噴射時期を補正する。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、目標空気過剰率に対して、吸入新気および排気還流のシリンダヘの吸入遅れ分の遅延処理を行って、実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段を備える。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明において、所定回前の吸入新気量、燃料噴射量、排気還流量を基に所定の動的処理を行って、実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段を備える。
【００１２】
第５の発明は、第１の発明において、排気系または吸気系に酸素濃度を検知する手段を設け、その出力値を基に実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段を備える。
【００１４】
第６の発明は、第１〜第５の発明において、前記噴射時期補正手段は、下式を用いて最終の主噴射時期を設定する。
【００１５】
Ｉt dyn＝Ｇindit×（Ｉt static−Ｉt dynn-1）＋Ｉt dynn-1
Ｉt dyn：最終の主噴射時期
Ｇindit：変化速度ゲイン
Ｉt static：定常目標噴射時期
Ｉt dynn-1：最終の主燃料噴射時期の前回値
第７の発明は、第１〜第６の発明において、前記主噴射時期の目標値への追従速度を運転条件により補正する。
【００１６】
第８の発明は、第１の発明において、リーン雰囲気で排気中のＮＯｘを捕集、保持し、リッチになると、保持したＮＯｘを還元、浄化する触媒を有し、前記噴射時期補正手段は、リッチ状態への移行もしくはリッチ状態からの移行時に、前記主噴射時期の補正を行う。
【００１７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、シリンダ内の実排気還流量と目標排気還流量との差に応じて主噴射時期を補正することで、過渡運転時の排気還流の遅れによって主噴射時期が最適値からずれることを防止して、燃焼騒音の悪化、及び、トルクショックの発生を防止できる。
また、シリンダ内の実空気過剰率と目標空気過剰率との差を用い、この差に応じて主噴射時期を補正することで、過渡運転時の排気還流と吸入空気の総合の遅れによって主噴射時期が最適値からずれることを防止して、燃焼騒音の悪化、及び、トルクショックの発生を防止できるとともに、実吸入空気量、実排気還流量、目標吸入空気量、及び、目標排気還流量の全てを必ずしも必要とせず制御系の設計が容易になる。
さらに、過渡運転初期に主噴射時期を変化させすぎることはなく、過渡運転時に実空気過剰率の変化に追従して主噴射時期を最適に制御することができる。また、目標と実際の空気過剰率の差により、主噴射時期の目標噴射時期への追従速度を変化させることにより、簡易でかつ適合が容易であり、また過渡時の最適な主噴射時期を実現することが可能となり、また定常状態でも安定した主噴射時期の指令値を設定可能となる。
【００１８】
第２の発明によれば、シリンダ内の実吸入空気量及び実排気還流量の総量と目標吸入空気量及び目標排気還流量の総量との差に応じて主噴射時期を補正することで、過渡運転時の排気還流と吸入空気の総合の遅れによって主噴射時期が最適値からずれることを防止して、燃焼騒音の悪化、及び、トルクショックの発生を防止できる。
【００２０】
第３の発明によれば、実空気過剰率を、目標値に対して吸気系遅れを考慮して求めることで、容易な方法で過渡時の主噴射時期設定が可能となる。
【００２１】
第４の発明によれば、所定回前の吸入空気量、燃料噴射量、排気還流量を基に排気還流の変化や酸素濃度の変化を予測して実空気過剰率を演算することにより、安価でより正確に過渡時の目標噴射時期の実現が可能となる。
【００２２】
第５の発明によれば、排気還流中の酸素濃度を検出することにより、より正確に実際の空気過剰率の変化を検知可能となるため、より要求に近い過渡時の噴射時期の設定が可能となる。
【００２４】
第６の発明によれば、１次遅れで最終の主噴射時期を設定することにより、過渡的な最適噴射時期設定が可能になると共に、自由度の高い過渡時目標値設定が可能となる。
【００２５】
第７の発明によれば、運転条件によって主噴射時期の目標値への追従速度を変化させることで、一層自由度の高い噴射時期設定が可能となる。
【００２６】
第８の発明によれば、ＮＯｘ触媒により排気中のＮＯｘを効率良く浄化できると共に、リッチ状態へ移行した際および通常状態へ移行した際に、主噴射時期を適正に制御することができ、燃焼騒音の悪化、トルクショックを防止できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１において、１はエンジン、２は吸気マニホールド、３は排気マニホールド、４はエンジンの燃焼室に装着された燃料噴射ノズル、５は過給機を示す。
【００２９】
エアフィルタ６でダストを除去されて吸気通路７に導入された空気は、過給機５の吸気コンプレッサ５Ａにより圧縮され、吸気マニホールド２を介してシリンダ内に吸入される。
【００３０】
燃料噴射ノズル４には噴射ポンプ８から燃料が圧送供給され、該燃料噴射ノズル４から燃焼室に向けて燃料が噴射され、該噴射された燃料は圧縮行程末期に着火して燃焼される。
【００３１】
排気マニホールド３と吸気マニホールド２の吸気コレクタ（吸気管集合部）入口部とを結んでＥＧＲ制御弁９を介装したＥＧＲ通路１０が接続されると共に、吸気通路７の吸気コンプレッサ５Ａの上流側にＥＧＲ制御時に吸気を絞って排気圧と吸気圧との差圧を拡大してＥＧＲをしやすくするためのスロットル弁１１が介装され、主としてアイドル時や低負荷時に排気改善、騒音対策のためにＥＧＲ（排気還流）が行われる。具体的には、バキュームポンプ１２からの負圧を電磁弁１３を介してダイアフラム装置１４に導いてスロットル弁１１を絞ると同時に、前記負圧をデューティ制御される電磁弁１５で大気との希釈割合を制御することによってＥＧＲ制御弁９の圧力室に導かれる圧力を制御して、ＥＧＲ制御弁９の開度を制御することによりＥＧＲ率が制御される。ＥＧＲ制御弁９には、弁体のリフト量を検出するリフトセンサ１６が設置されている。
【００３２】
燃焼後の排気は、排気マニホールド３より過給機５の排気タービン５Ｂを回転駆動させた後、排気通路１７に介装されたフィルタ（図示しない）、触媒（ＮＯｘ触媒）１８を通り、ＰＭ（パティキュレート）等が捕集され、ＮＯｘが浄化され、マフラー１９で消音された後に大気中に放出される。
【００３３】
エンジンの運転条件を検出する手段として、過給機５の吸気コンプレッサ５Ａ上流の吸気通路７には、吸入空気流量を検出するエアフローメータ２０が設けられ、またエンジンの回転数Ｎeを検出する回転数センサ２１、アクセル開度Ｃl（負荷）を検出するアクセル開度センサ２２、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ２３等が設けられ、これらの検出値に基づいて、コントロールユニット３０により燃料噴射ノズル４の燃料噴射制御、ＥＧＲ制御が行われる。
【００３４】
以下、コントロールユニット３０による制御内容について説明する。
【００３５】
図２は吸入空気量Ｑacを検知するフローである。
【００３６】
Ｓ１では、エアフローメータ２０の出力電圧Ｕsを読み込み、Ｓ２では、図３に示したようなリニアライズテーブル（電圧−流量変換テーブル）でＵsから吸入空気量ＱasO-dへ変換し、Ｓ３では、加重平均処理を行ってＱasOを求める。
【００３７】
Ｓ４では、Ｑac＝ＱasO／Ｎe×ＫＣＯＮ＃（定数）の式より１吸気当たりの吸気量を演算して吸入空気量Ｑacとし、処理を終了する。
【００３８】
図４は目標燃料噴射量Ｑso1を演算するフローである。
【００３９】
Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、Ｓ２でアクセル開度Ｃlを読み込む。
【００４０】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎeとアクセル開度Ｃlを基に例えば図５に示すようなマップ（基本燃料噴射量マップ）を検索、補間計算して基本噴射量Ｍqdrvを求め、Ｓ４では、基本噴射量Ｍqdrvに水温Ｔw等の補正を行って目標燃料噴射量Ｑso1を求め、処理を終了する。
【００４１】
図６は目標空気過剰率Ｔlambを演算するフローである。
【００４２】
Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、水温Ｔwを読み込む。
【００４３】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsolを基に例えば図７に示すようなマップ（目標空気過剰率マップ）を検索して目標空気過剰率基本値Ｔlambbを設定する。
【００４４】
Ｓ３では、水温Ｔwを基に例えば図８に示すようなテーブル（目標空気過剰率水温補正係数テーブル）を検索して補正係数Ｋlamb-twを求める。これは低温時は増大するエンジンのフリクションや安定化のため、空気過剰率を大きくして空気を増大させるような設定としている。
【００４５】
Ｓ４では、Ｔlamb＝Ｔlambb×Ｋlamb-twの式より目標空気過剰率Ｔlambを演算して、処理を終了する。
【００４６】
図９は目標ＥＧＲ率Ｍegrを演算するフローである。
【００４７】
まず、Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、水温Ｔwを読み込む。
【００４８】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsolを基に例えば図１０に示すようなマップ（目標ＥＧＲ率マップ）を検索して基本目標ＥＧＲ率Ｍegrbを求める。
【００４９】
Ｓ３では、水温Ｔwを基に例えば図１１に示すようなテーブル（目標ＥＧＲ率水温補正係数テーブル）を検索して目標ＥＧＲ率補正係数Ｋegr-twを求める。
【００５０】
Ｓ４では、Ｍegr＝Ｍegrb×Ｋegr-twの式より目標ＥＧＲ率Ｍegrを演算して、処理を終了する。
【００５１】
なお、目標ＥＧＲ量は吸入空気量Ｑacに目標ＥＧＲ率Ｍegrを乗算したもので良い。また、吸入空気量Ｑacを目標吸入空気量として良い。
【００５２】
図１２は目標値に対する吸入空気、ＥＧＲのシリンダへの遅れ処理時定数相当値Ｋkinを演算するフローである。
【００５３】
Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、後述の実ＥＧＲ率Ｍegrdを読み込む。
【００５４】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsolを基に例えば図１３に示すようなマップ（体積効率相当値マップ）を検索して体積効率相当基本値Ｋinbを求める。
【００５５】
Ｓ３では、Ｋin＝Ｋinb／（１＋Ｍegrd／１００）の式より体積効率相当値Ｋinを演算する。これは、ＥＧＲによって体積効率が減少する補正を行ったものである。
【００５６】
Ｓ４では、Ｋinに吸気系容積とシリンダ容積の比相当の定数ＫＶＯＬ＃を乗じてコレクタ容量分の時定数相当値Ｋkinを求め、処理を終了する。
【００５７】
図１４は実ＥＧＲ量Ｑecを演算するフローである。
【００５８】
Ｓ１で吸入空気量Ｑac、目標ＥＧＲ率Ｍegrを読み込む。
【００５９】
Ｓ２では、吸気コレクタ入口部の吸入空気量Ｑacn（所定回前に計測した吸入空気量Ｑac）に目標ＥＧＲ率Ｍegrを乗じて吸気コレクタ入口部ＥＧＲ量ＱecOを演算する。
【００６０】
Ｓ３では、コレクタ容量分の遅れ処理時定数相当値Ｋkinを演算し、Ｓ４では、次式の遅れ処理を行い、実ＥＧＲ量Ｑecとして処理を終了する。ＫＥ１＃は定数、Ｑecn-1はＱecの前回値である。
【００６１】
【００６２】
＝Ｑacn×Ｋkin×ＫＶＯＬ＃＋Ｑacn-1×（１−Ｋkin×ＫＶＯＬ＃）
図１５は実ＥＧＲ率Ｍegrdを演算するフローである。
【００６３】
Ｓ１で目標ＥＧＲ率Ｍegrを読み込む。
【００６４】
Ｓ２では、コレクタ容量分の遅れ処理時定数相当値Ｋkinを演算し，Ｓ３では、次式の遅れ処理を行い、実ＥＧＲ率Ｍegrdとして処理を終了する。ＫＥ２＃は定数、Ｍegrdn-1はＭegrdの前回値である。
【００６５】
【００６６】
Ｓ１で目標空気過剰率Ｔlamb、遅れ処理時定数相当値Ｋkinを読み込む。
【００６７】
Ｓ２では、Ｒlamb＝Ｔlamb×Ｋkin×Ｎe×ＫＲ＃＋Ｒlambn-1×（１−Ｋkin×Ｎe×ＫＲ２＃）の加重平均処理をして実空気過剰率Ｒlambを求め、処理を終了する。式のＫＲ＃、ＫＲ２＃は定数、Ｒlambn-1はＲlambの前回値である。
【００６８】
図１７は燃料噴射ノズル４の主噴射時期（主燃料の噴射時期：パイロット噴射等は含まない）を設定するフローである。
【００６９】
Ｓ１では、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑso1を読み込む。
【００７０】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎeと燃料噴射量Ｑso1を基に例えば図１８に示すようなマップ（通常運転時主噴射時期マップ）を検索、補間計算して定常目標噴射時期Ｉt-staticを設定し、処理を終了する。
【００７１】
図１９は最終噴射時期（最終の主噴射時期）Ｉt-dynを設定するフローである。
【００７２】
Ｓ１で定常目標噴射時期Ｉt-static、目標空気過剰率Ｔlamb、実空気過剰率Ｒlambを読み込む。
【００７３】
Ｓ２では、ＴlambとＲlambの差を取ってｄlambとする。
【００７４】
Ｓ３では、ｄlambを基に例えば図２０に示すようなテーブル（噴射時期変化速度ゲインテーブル）を検索、補間計算して変化速度ゲインＧinditを求める。この例は、目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差が大きいときは変化速度０、すなわち噴射時期を変化させず、差が小さくなると目標値に近づけるスピードを早くするように設定した例である。
【００７５】
Ｓ４では、次式（１次遅れ形）により最終噴射時期Ｉt-dynを演算して、処理を終了する。Ｉt-dynn-1はＩt-dynの前回値である。
【００７６】
Ｉt-dyn＝Ｇindit×（Ｉt-static−Ｉt-dynn-1）＋Ｉt-dynn-1
なお、この式を１次遅れ形に変形すると、次のようになる。
【００７７】
Ｉt-dyn＝Ｇindit×Ｉt-static＋（１−Ｇindit）×Ｉt-dynn-1
図２１は実空気過剰率Ｒlamb等を演算する際に用いる所定回前の値を得るフローである。
【００７８】
Ｓ１で目標燃料噴射量Ｑso1、吸入空気量Ｑac、実ＥＧＲ量Ｑec、実空気過剰率Ｒlambを読み込む。
【００７９】
Ｓ２でバッファ処理を行い、Ｌ回前の演算値を前記パラメータに対して読み出し、それぞれＱsolo、Ｑaco、Ｑeco、Ｏlambdとして、処理を終了する。
【００８０】
このように燃料の主噴射時期を制御するのであり、シリンダへの吸入空気およびＥＧＲの遅れを表す目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差に応じて、差が大きいときは主噴射時期を変化させず、差が小さくなると目標値への追従速度を早くするように制御するのである。
【００８１】
この場合、目標空気過剰率Ｔlambが大きく変化するのに対してすぐには実空気過剰率Ｒlambが追従しない過渡運転初期には、目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差が大きくなるが、このときは主噴射時期を変化させない。
【００８２】
このため、実空気過剰率Ｒlambの変化が小さいときに、目標空気過剰率Ｔlambとの差によって主噴射時期を変化させすぎることはなく、適正な主噴射時期を保てる。
【００８３】
そして、目標空気過剰率Ｔlambに実空気過剰率Ｒlambが追従し始め、その差が小さくなるほど、ゲインを大きくして目標値に近づけるスピードを早くするように主噴射時期を補正する。
【００８４】
したがって、実空気過剰率Ｒlambの変化に追従して主噴射時期を的確に設定することができ、図３１のように過渡運転時に主噴射時期を最適に制御することができる。
【００８５】
この結果、過渡運転時の燃焼騒音の悪化、トルクショックを防止できる。
【００８６】
一方、実空気過剰率Ｒlambの演算を、目標空気過剰率Ｔlambに対して吸気系遅れを考慮した値、即ち遅れ処理時定数相当値Ｋkinを用いることにより、容易な方法で過渡時の主噴射時期設定が可能となる。
【００８７】
また、目標と実際の空気過剰率の差により、主噴射時期の目標噴射時期への追従速度を変化させることにより、簡易でかつ適合が容易であり、また過渡時の最適な主噴射時期を実現することが可能となり、また定常状態でも安定した主噴射時期の指令値を設定可能となる。
【００８８】
また、１次遅れで最終噴射時期Ｉt-dynを設定することにより、過渡的な最適噴射時期設定が可能になると共に、自由度の高い過渡時目標値設定が可能となる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差に応じて燃料の主噴射時期を補正しているが、シリンダ内の実吸入空気量及び実排気還流量の総量と目標吸入空気量及び目標排気還流量の総量との差に応じて主噴射時期を補正するようにしても良い。
【００９０】
図２２は第２の実施の形態を示す。これは、最終噴射時期（最終の主噴射時期）Ｉt-dynを設定するものである。
【００９１】
Ｓ１で定常目標噴射時期Ｉt-static、目標空気過剰率Ｔlamb、実空気過剰率Ｒlambを読み込む。
【００９２】
Ｓ２では、ＴlambとＲlambの差を取ってｄlambとする。
【００９３】
Ｓ３では、ｄlambを基に例えば図２０に示すようなテーブル（噴射時期変化速度ゲインテーブル）を検索、補間計算して変化速度ゲインＧinditbを求める。この例は、目標空気過剰率Ｔlambと実空気過剰率Ｒlambとの差が大きいときは変化速度０、すなわち噴射時期を変化させず、差が小さくなると目標値に近づけるスピードを早くするように設定した例である。
【００９４】
Ｓ４では、エンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsolを基に例えば図２３に示すようなマップ（噴射時期変化速度補正係数マップ）を検索して補正係数Ｇindithを求め、Ｓ５では、ＧinditbにＧindithを乗じて変化速度ゲインGinditを求める。
【００９５】
Ｓ６では、次式（１次遅れ形）により最終噴射時期Ｉt-dynを演算して、処理を終了する。
【００９６】
Ｉt-dyn＝Ｇindit×（Ｉt-static−Ｉt-dynn-1）＋Ｉt-dynn-1
このように運転条件によって主噴射時期の目標噴射時期への追従速度を変化させるようにすれば、一層自由度の高い噴射時期設定が可能となる。
【００９７】
図２４は第３の実施の形態を示す。これは、排気系（排気マニホールド３等）に排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（図示しない）を設け、この酸素濃度センサ出力を基に実空気過剰率Ｒlambを演算するものである。
【００９８】
Ｓ１では、酸素濃度センサ出力Ｓoafr、吸入空気量Ｑac、実ＥＧＲ量Ｑec、目標燃料噴射量Ｑsolを読み込む。
【００９９】
Ｓ２では、酸素濃度センサ出力Ｓoafr基に例えば図２５に示すようなテーブル（酸素濃度センサ出力−実空燃比変換テーブル）を検索して実空気過剰率ｒAFRを読み込む。
【０１００】
【０１０１】
このようにＥＧＲ中の酸素濃度を検出すれば、より正確に実際の空気過剰率の変化を検知可能となるため、より要求に近い過渡時の噴射時期の設定が可能となる。
【０１０２】
なお、酸素濃度センサを吸気コレクタ等に設けて、そのセンサ出力を基に実空気過剰率Ｒlambを演算することもできる。
【０１０３】
図２６は第４の実施の形態を示す。これは、所定回前の吸入空気量、燃料噴射量、ＥＧＲ量を基に所定の動的処理を行って実空気過剰率Ｒlambを演算するものである。
【０１０４】
Ｓ１では、所定演算前の目標燃料噴射量Ｑsolo、現在の目標燃料噴射量Ｑso1、所定演算前の吸入空気量Ｑaco、現在の吸入空気量Ｑac、所定演算前の実ＥＧＲ量Ｑeco、現在の実ＥＧＲ量Ｑec、所定演算前の実空気過剰率Ｏlambdを読み込む（所定演算前の値は前図２１の処理による）
Ｓ２では、現在の酸素濃度Ｏ1ambを次式により演算する。
【０１０５】
Ｏlamb＝[Ｑaco＋Ｑeco×（Ｏlambd−１）／Ｏlambd]／Ｑsolo
Ｓ３では、実空気過剰率Ｒlambを次式により演算して、処理を終了する。
【０１０６】
Ｒlamb＝[Ｑac＋Ｑec×（Ｏlamb−１）／Ｏlamb]／Ｑsol
これらの式は似ているが、空気過剰率は数サイクル前の状態の影響を受けて、現在の値が決まることを示している。
【０１０７】
このように、所定回前の吸入空気量、燃料噴射量、ＥＧＲ量を基にＥＧＲの変化や酸素濃度の変化を予測して実空気過剰率を演算すれば、安価でより正確に過渡時の目標噴射時期の実現が可能となる。
【０１０８】
図２７〜図３０は第５の実施の形態を示す。これは、排気通路１７に設けたＮＯｘ触媒１８に対して、還元剤としてのＨＣを供給するために、空気過剰率を１．０以下の所定値とするリッチスパイクを行うシステムの場合のものである。ＮＯｘ触媒１８は、リーン雰囲気（通常雰囲気）で排気中のＮＯｘを捕集、保持し、リッチになると、保持したＮＯｘをＨＣにより還元、浄化して放出する。
【０１０９】
図２７はこのリッチ制御を行うシステムの主噴射時期を設定するフローであり、Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑso1、リッチスパイクフラグfrspkを読み込む。
【０１１０】
Ｓ２では、frspkが１（条件成立）か否かを判定し、成立していればＳ５へ、成立していなければＳ３へ進む。
【０１１１】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎeと燃料噴射量Ｑso1を基に例えば図１８に示すようなマップ（通常運転時主噴射時期マップ）を検索、補間計算してＩt-static-nを求め、Ｓ４で、これを定常目標噴射時期Ｉt-staticとして処理を終了する。
【０１１２】
Ｓ５では、エンジン回転数Ｎeと燃料噴射量Ｑso1を基に例えば図２８に示すようなマップ（リッチ条件運転時主噴射時期マップ）を検索、補間計算してＩt-static-rを求め、Ｓ６で、定常目標噴射時期Ｉt-staticとして、処理を終了する。
【０１１３】
図２９は、リッチスパイクフラグfrspkを設定するフローであり、Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、水温Ｔwを読み込む。
【０１１４】
Ｓ２では、水温Ｔwが所定値TWRSK＃以上か否かを判定し、以上であればＳ３へ、否であればＳ１１へ進む。
【０１１５】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎeが所定範囲に入っているか否かを判定し、入っていればＳ４へ、入っていなければＳ１１へ進む。
【０１１６】
Ｓ４では、目標燃料噴射量Ｑsol（負荷）が所定範囲に入っているか否かを判定し、入っていればＳ５へ、入っていなければＳ１１へ進む。
【０１１７】
Ｓ３、Ｓ４では、リッチスパイクが効果的にできる範囲すなわちＮＯｘ還元剤であるＨＣが、リッチスパイクを入れることにより効果的に発生させうる領域か否かを判定している。
【０１１８】
Ｓ５では、リッチスパイク実行完了フラグfrspk１が立っているか否かを判定し、立っていなければＳ６へ、立っていればＳ１３へ進む。
【０１１９】
Ｓ６では、前回の処理でリッチスパイク条件が成立してリッチスパイク制御実行中か否かを判定し、実行中でなければＳ７へ、実行中であればＳ８へ進む。
【０１２０】
Ｓ７では、リッチスパイク実行カウンタCtrrhを所定値TMRRSK＃（実行時間）にセットし、Ｓ１２へ進んでリッチスパイク制御実行フラグfrspkを立てて処理を終了する。
【０１２１】
Ｓ８では、カウンタCtrrhをデクリメントし、Ｓ９では、カウンタCtrrhがゼロ、すなわちリッチスパイク制御実行終了か否かを判定する。ゼロであればＳ１０へ進み、リッチスパイク制御実行終了フラグfrspk１を立て、Ｓ１３でfrspkをクリアして処理を終了する。Ｓ９で未だカウンタCtrrhがゼロでない、すなわち未だ終了条件でないときにはＳ１２へ進み、frspkを実行状態に維持する。
【０１２２】
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で否のときにはＳ１１へ進むが、リッチスパイク制御完了フラグfrspk１をクリアして、Ｓ１３へ進み、frspkをクリアして処理を終了する。
【０１２３】
この処理は、リッチスパイク条件（運転条件）が成立し、まだリッチスパイク制御を行なっていないときには所定時間実行し、その後運転条件の変化が無いときにはリッチスパイク制御を行わず、一度その条件から外れて再度条件が成立したときに、また実行するようにして、不必要に制御を実行することを防止している。
【０１２４】
図３０はリッチ制御を行うシステムの目標空気過剰率Ｔlambを演算するフローであり、Ｓ１でエンジン回転数Ｎe、目標燃料噴射量Ｑsol、水温Ｔw、リッチスパイク実行フラグfrspkを読み込む。
【０１２５】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎe、基本噴射量Ｍqdrvを基に例えば図７に示すようなマップを検索して目標空気過剰率基本値Ｔlambbを設定する。
【０１２６】
Ｓ３では、水温Ｔwを基に例えば図８に示すようなテーブルを検索して補正係数Ｋlamb-twを求める。これは低温時は増大するエンジンのフリクションや安定化のため、空気過剰率を大きくして空気を増大させるような設定としている。
【０１２７】
Ｓ４で、リッチスパイク条件か否かを判定し、リッチスパイク条件でなければ、Ｓ５で、Ｔlamb＝Ｔlambb×Ｋlamb-twの式より目標空気過剰率Ｔlambを演算して、処理を終了する。
【０１２８】
Ｓ４で、リッチスパイク条件であれば、Ｓ６で、目標空気過剰率Ｔlambを一定値TLAMRC＃（≦１．０）として処理を終了する。
【０１２９】
このようにすれば、ＮＯｘ触媒１８により排気中のＮＯｘを効率良く浄化できると共に、リッチ条件へ移行した際および通常状態へ移行した際に、主噴射時期を適正に制御することができ、燃焼騒音の悪化、トルクショックを防止できる。
【０１３０】
なお、この場合空気過剰率を調整する手段を設けることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のシステム構成を示す図である。
【図２】吸入空気量を検知するフローチャートである。
【図３】エアフローメータリニアライズテーブル特性図である。
【図４】目標燃料噴射量を演算するフローチャートである。
【図５】基本燃料噴射量マップ特性図である。
【図６】目標空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図７】目標空気過剰率マップ特性図である。
【図８】目標空気過剰率水温補正係数テーブル特性図である。
【図９】目標ＥＧＲ率を演算するフローチャートである。
【図１０】目標ＥＧＲ率マップ特性図である。
【図１１】目標ＥＧＲ率水温補正係数テーブル特性図である。
【図１２】遅れ処理時定数相当値を演算するフローチャートである。
【図１３】体積効率相当値マップ特性図である。
【図１４】実ＥＧＲ量を演算するフローチャートである。
【図１５】実ＥＧＲ率を演算するフローチャートである。
【図１６】実空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図１７】主噴射時期を設定するフローチャートである。
【図１８】通常運転時主噴射時期マップ特性図である。
【図１９】最終噴射時期を設定するフローチャートである。
【図２０】噴射時期変化速度ゲインテーブル特性図である。
【図２１】ディレイ処理のフローチャートである。
【図２２】第２の実施の形態の最終噴射時期を設定するフローチャートである。
【図２３】噴射時期変化速度補正係数マップ特性図である。
【図２４】第３の実施の形態の実空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図２５】酸素濃度センサ出力−実空燃比変換テーブル特性図である。
【図２６】第４の実施の形態の実空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図２７】第５の実施の形態の主噴射時期を設定するフローチャートである。
【図２８】リッチ条件運転時主噴射時期マップ特性図である。
【図２９】リッチスパイクフラグを設定するフローチャートである。
【図３０】目標空気過剰率を演算するフローチャートである。
【図３１】動作特性図である。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 燃料噴射ノズル
５ 過給機
７ 吸気通路
９ ＥＧＲ制御弁
１０ ＥＧＲ通路
１１ スロットル弁
１７ 排気通路
１８ 触媒
２０ エアフローメータ
２１ 回転数センサ
２２ アクセル開度センサ
２３ 水温センサ
３０ コントロールユニット
Claims (8)
- 排気の一部を吸気系に還流する排気還流手段と、
エンジンの運転条件に基づいて主噴射時期を設定する主噴射時期設定手段と
を備えるディーゼルエンジンにおいて、
シリンダ内の実空気過剰率と目標空気過剰率との差が小さくなるほど、主噴射時期の目標値への追従速度が速くなるように前記主噴射時期を補正する噴射時期補正手段を備える
ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 - 前記噴射時期補正手段は、シリンダ内の実吸入空気量及び実排気還流量の総量と目標吸入空気量及び目標排気還流量の総量との差に応じて前記主噴射時期を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 - 目標空気過剰率に対して、吸入新気および排気還流のシリンダヘの吸入遅れ分の遅延処理を行って、実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 - 所定回前の吸入新気量、燃料噴射量、排気還流量を基に所定の動的処理を行って、実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 - 排気系または吸気系に酸素濃度を検知する手段を設け、その出力値を基に実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 - 前記噴射時期補正手段は、下式を用いて最終の主噴射時期を設定する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
Ｉt dyn＝Ｇindit×（Ｉt static−Ｉt dynn-1）＋Ｉt dynn-1
Ｉt dyn：最終の主噴射時期
Ｇindit：変化速度ゲイン
Ｉt static：定常目標噴射時期
Ｉt dynn-1：最終の主燃料噴射時期の前回値 - 前記主噴射時期の目標値への追従速度を運転条件により補正する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 - リーン雰囲気で排気中のＮＯｘを捕集、保持し、リッチになると、保持したＮＯｘを還元、浄化する触媒を有し、
前記噴射時期補正手段は、リッチ状態への移行もしくはリッチ状態からの移行時に、前記主噴射時期の補正を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
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