JP4122870B2

JP4122870B2 - 内燃機関の燃料供給装置

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Publication number: JP4122870B2
Application number: JP2002204627A
Authority: JP
Inventors: 康司北野; 清藤原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP2004044513A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、蓄圧式（コモンレール式）燃料噴射装置は、蓄圧室から供給される高圧燃料を燃料噴射弁の内部に設けた制御室に導入して、燃料制御弁のニードル弁を下降させ、このニードル弁を常閉状態に保ち、さらに、制御室内の燃料を燃料排出路にリークさせ、制御室内を減圧することで、ニードル弁を上昇させ、このニードル弁を開いて燃料噴射孔より燃料噴射をする構成である。
【０００３】
このような燃料噴射装置において、メイン噴射と言われる相対的に長い時間にわたり多量の燃料噴射が行われる燃料噴射の他にも、そのメイン噴射の前後に少量の燃料を噴射するサブ噴射が行われている。例えば、機関の運転騒音の低減及び排気中のＮＯx の低減を目的として、燃料噴射サイクル毎に、最初短時間内に少量のパイロット噴射を行い、休止時間を置いた後、相対的に長い時間にわたり多量のメイン噴射を行う噴射パターンが知られている。
【０００４】
これによれば、最初のパイロット噴射による少量の燃料は直ちには燃焼せず、続くメイン噴射の初期に噴射される燃料と共に緩やかな燃焼が生起され、その結果、燃焼圧力、燃焼温度の低い燃焼が生起され、機関の振動、騒音が低くなり、かつ、排気中のＮＯx 量が少なくなる。
【０００５】
また、メイン噴射の後に、ポスト噴射と呼ばれる燃料噴射を行うことも知られている。ポスト噴射は、メイン噴射の後に、休止時間を置いた後、少量の燃料を噴射することで、アフター燃料噴射ともいう。ポスト噴射は内燃機関の性能改善のため、種々の場面で利用されている。
【０００６】
また、これらのサブ噴射を一度の噴射で行うのではなく、複数回に分割して噴射するマルチ噴射も知られている。複数回に分割することで、サブ噴射一回当たりの噴射量を低減することが可能となり、以ってサブ噴射燃料のシリンダ内壁への付着を防止できる。
【０００７】
更に、燃焼サイクルにおいてメイン噴射より早い時期であって、排気上死点においてサブ噴射を行う排気上死点サブ噴射技術が考案されている。これによって、予混合量が増え排気浄化を図ることができる。また排気上死点近傍では、シリンダ内壁がピストンによって塞がれているため、噴射されたサブ噴射燃料が直接にシリンダ内壁に付着しにくい構造となっており、燃料によってシリンダ内壁面の潤滑オイルを希釈してしまうという問題が起こりにくい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上述のサブ噴射技術においては、内燃機関において使用される燃料は一定の燃料、特にディーゼルエンジンにおいてはその燃料は軽油という前提の上で、各技術が利用されている。ところが、使用される燃料が異なると当然にその蒸留性状も異なるため、シリンダ内が同一の燃焼条件であっても、燃料の揮発特性の相違により異なった混合気が形成されることとなる。即ち、上述のサブ噴射を行う場合において、燃焼室内の温度や圧力等が同一であっても、サブ噴射される燃料が異なれば、サブ噴射燃料の霧化状態が異なり、予混合の程度も相違することとなる。結果として、前提となっている軽油と蒸留性状が大きく異なる場合の燃料を用いたディーゼルエンジンでは、サブ噴射による当初の効果を得ることができない虞がある。
【０００９】
また、サブ噴射を行うにあたっては、そのサブ噴射燃料がシリンダ内壁に付着して筒壁面上の潤滑オイルを希釈してしまうことを防止するために、シリンダ内温度や圧力に基づいてサブ噴射燃料の付着の可能性を推定し、付着すると推定される場合はサブ噴射回数を複数回に分割することで、一回のサブ噴射あたりの噴射量を低減することが行われている。ここで一回のサブ噴射あたりの噴射量を低減させることによって、シリンダ内壁への噴射燃料の付着を回避することが可能とはなるが、その反作用として噴射回数が増え、燃料噴射弁の駆動回路（以下、ＥＤＵという）の負荷も増大する。特にＥＤＵの構成として、キャパシタモジュールが使用されている場合は、噴射回数が増大するとそのキャパシタモジュールの充電（チャージ）が間に合わなくなり、ＥＤＵの制御装置であるＥＣＵからのサブ噴射指令に追従できなくなる虞がある。
【００１０】
また、先述した燃料のシリンダ内壁への付着を推定するに当たり、内燃機関燃料の揮発特性、即ち蒸留性状が非常に重要な要素となる。即ち、揮発性のよい燃料の場合は、サブ噴射直後から霧化されやすいため、シリンダ内壁への付着の可能性は低くなるが、逆に揮発性が悪い燃料の場合は、サブ噴射されても霧化されにくいためシリンダ内壁に付着する可能性が高くなる。そのため、揮発性が悪い燃料においては噴射量を減らす必要がある。ここで、この燃料付着の可能性の判断を、一定の燃料のみを基準にして行っている場合は、燃料の蒸留性状の相違によるシリンダ内壁への付着可能性のばらつきを吸収するために、サブ噴射回数を幾分多めに設定し一回当たりの噴射量をある程度低減させておく必要がある。結果として、噴射回数を分割する必要が無い揮発性のよい燃料であっても、一律に噴射回数が分割されることとなり、それに応じてＥＤＵの負担が増大する。
【００１１】
また、排気上死点サブ噴射においては、排気上死点近傍において混合気が排出されるため、シリンダ内の温度が最も低くなる。そのため、揮発性の悪い燃料が噴射された場合は、その燃料の霧化が十分に行われず予混合が効率的に進まない虞がある。そのため、噴射回数を分割して一回当たりの噴射量を低減させる必要性が特に高くなる。ここで、この燃料付着の可能性の判断を、一定の燃料のみを基準にして行っている場合は、燃料の蒸留性状の相違によるばらつきを吸収するために分割回数を増やし、結果として、燃料の揮発性にかかわらず、一律に噴射頻度を増大させることとなり、ＥＤＵの負担が大きくなる虞がある。
【００１２】
そこで本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、パイロット噴射やポスト噴射等のサブ噴射や、排気上死点近傍におけるサブ噴射において、燃料の蒸留性状、即ち揮発性を考慮したサブ噴射制御を行うことで、ＥＤＵの負担となる過剰なサブ噴射回数を低減し、適正な頻度のサブ噴射を行うことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、内燃機関の燃料供給装置において、ピストンが上死点近傍に位置したときに燃料噴射弁により機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるメイン噴射を行うメイン噴射手段と、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて前記メイン噴射とは異なる時期に機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるサブ噴射を行うサブ噴射手段と、
該内燃機関燃料の燃料蒸留性状を推定する燃料蒸留性状推定手段と、
少なくとも前記燃料蒸留性状推定手段によって推定される該内燃機関燃料の蒸留性状に基づいて、前記サブ噴射における該内燃機関燃料の噴射量とサブ噴射頻度を制御するサブ噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
即ち、燃料蒸留性状推定手段によって推定される燃料の蒸留性状によって、内燃機関で使用されている燃料の揮発性を推定し、その揮発性に基づいて算出されたサブ噴射の噴射頻度と一回あたりの噴射量に従ってサブ噴射することで、過剰な噴射を抑制することができ、以って駆動回路であるＥＤＵの負担を低減することができる。
【００１５】
ここで言う燃料蒸留性状とは、初留、留出温度、終点、留出量等によって示される燃料の揮発性だけではなく、セタン価に代表される着火性やアロマ分、密度等の燃料の燃焼に関する要素を表すものである。本発明においては、燃料蒸留性状推定手段によって、この燃料の蒸留性状を推定し、その蒸留性状をサブ噴射制御に利用するものである。
【００１６】
また、前記のサブ噴射制御手段には、少なくとも前記燃料蒸留性状推定手段によって推定される該内燃機関燃料の燃料蒸留性状に基づいてサブ噴射による噴射燃料の機関シリンダ内壁への付着を推定し、該噴射燃料が機関シリンダ内壁へ付着すると推定されるときはサブ噴射頻度を増加させることにより一回のサブ噴射あたりの燃料噴射量を低減させる制御が考えられる。サブ噴射による噴射燃料の機関シリンダ内壁への付着の推定にあたっては、内燃機関における吸気圧力、吸気温度、冷却水温度、機関回転数等をパラメータとして、予め実験等で決定された燃料の付着が起こらない範囲における限界噴射量と、実際のサブ噴射量とを比較することによって判断できる。この制御が燃料の蒸留性状に基づいて行われるため、サブ噴射頻度を適正なものとすることができ、過剰な噴射頻度を減らし、以ってＥＤＵの負担が減ることとなる。
【００１７】
更に、サブ噴射制御手段には、該内燃機関の燃焼サイクルの排気上死点近傍においてサブ噴射を行うときに、少なくとも前記燃料蒸留性状推定手段によって推定される該内燃機関燃料の燃料蒸留性状に基づいて、サブ噴射頻度と一回のサブ噴射あたりの燃料噴射量を決定すること制御が考えられる。これにより、排気上死点近傍においてサブ噴射を行うときにおいても、サブ噴射の制御を燃料蒸留性状に基づいて行うめ、サブ噴射頻度を適正なものとすることができ、過剰な噴射を減らし、以ってＥＤＵの負担が減ることとなる。
【００１８】
また前記サブ噴射には、内燃機関の燃焼サイクルにおいてメイン噴射より早い時期に行われるサブ噴射、排気上死点近傍において行われるサブ噴射、又はメイン噴射より遅い時期であって排気浄化触媒の還元を目的とするポスト噴射等が考えられる。
【００１９】
また、ピストンが上死点近傍に位置したときに燃料噴射弁により機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるメイン噴射を行うメイン噴射手段と、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて該メイン噴射より早い時期であって内燃機関の圧縮工程において機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるサブ噴射を行う第一のサブ噴射手段と、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて排気上死点近傍において機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるサブ噴射を行う第二のサブ噴射手段と、
該内燃機関において機関シリンダ内へ噴射される内燃機関燃料の燃料蒸留性状を推定する燃料蒸留性状推定手段と、
該内燃機関の燃焼サイクルの排気上死点近傍においてサブ噴射を行うときに、少なくとも前記燃料蒸留性状推定手段によって推定される該内燃機関燃料の蒸留性状に基づいて、第一のサブ噴射と第二のサブ噴射とを選択的に実行するサブ噴射制御手段と、を有することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置によって先述の課題の解決を図る。
【００２０】
ここで第一のサブ噴射は燃焼サイクルにおける圧縮工程において燃料噴射が行われるため、噴射燃料は比較的高温高圧の雰囲気に曝されることとなり、燃料の霧化が効率よく進む。一方、第二のサブ噴射においては、サブ噴射実行時においてピストンが最上位地点にあるため、サブ噴射によって噴射される燃料が直接シリンダ内壁に付着する可能性が非常に低くなり、第一のサブ噴射と比較して潤滑オイルの希釈を防止する点で非常に優れていると考えられる。ただし、排気上死点近傍においては、シリンダの排気ポートが開くことにより燃焼室内の温度が低くなり、サブ噴射された燃料が霧化されにくくなる。そこで、本発明に係る内燃機関の燃料供給装置においては、燃料蒸留性状によって、即ち揮発性のよい燃料のときは、第二のサブ噴射を優先的に行うことで、燃料の霧化を損なわず且つ潤滑オイルの希釈を防止することができる。一方で揮発性の悪い燃料のときは、第一のサブ噴射を行い、燃料の霧化を確実なものとすることができる。
【００２１】
この内燃機関の燃料供給装置におけるサブ噴射制御手段においても、燃料蒸留性状に基づいてサブ噴射頻度と一回のサブ噴射当たりの燃料噴射量を制御することで、過剰な噴射頻度を減らし、以ってＥＤＵの負担を低減することができる。
【００２２】
尚、前記の燃料蒸留性状推定手段には、該内燃機関燃料に含まれる特定の燃料成分の密度を検出し、その検出された密度に基づいて該内燃機関燃料の燃料蒸留性状を推定する手段が考えられる。ここで、特定の燃料成分とは機関燃料の燃料蒸留性状の判断を可能とする燃料成分であって、オクタン価に代表される一定の鎖状炭化水素化合物等が考えられる。また前記の密度とは、機関燃料に占める前記特定性分の含有率を意味し、重量密度、体積密度、モル密度の何れでもよく、またこれ以外の密度であって、特定の燃料成分の含有率を示すものであってもよい。またこの密度の検出については、超音波や赤外線を利用する方法が知られている。
【００２３】
ここで、上述の課題を解決するための手段を構成する各構成要素は可能な限り組み合わせることができるものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。
図１は、本実施の形態に係るディーゼルエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
図１に示すディーゼルエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
ディーゼルエンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、ディーゼルエンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがディーゼルエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２５】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。ここで、燃料噴射弁３は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ：ElectronicControl Unitと呼ぶ）２７から制御信号を受けた電子駆動回路（以下、ＥＤＵ：Electronic Driver Unitと呼ぶ）２６によって開閉動作を行う。即ち、ＥＤＵにおけるキャパシタモジュールの放電動作によって燃料噴射弁３の開閉が制御される。
【００２６】
次に、ディーゼルエンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１０が取り付けられている。
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１１が設けられている。この吸気絞り弁１１には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１２が取り付けられている。
【００２７】
ここで、エアフローメータ１０と吸気絞り弁１１との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられ、コンプレッサハウジング１９ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ２０設けられている。
このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１９ａに流入する。
コンプレッサハウジング１９ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１９ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ２０にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１１によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００２８】
一方、ディーゼルエンジン１には、排気枝管１５が接続され、排気枝管１５の各枝管が排気ポート（図示省略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。
前記排気枝管１５は、前記遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂと接続されている。前記タービンハウジング１９ｂは、排気管１６と接続され、この排気管１６は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
このように構成された排気系では、ディーゼルエンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１５へ排出され、次いで排気枝管１５から遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂへ流入する。タービンハウジング１９ｂに流入した排気は、排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１９ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１９ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００２９】
前記排気管１６の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１８が設けられている。フィルタ１８の下流の排気管１６には、該排気管１６内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１３が設けられている。この排気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁１３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３０】
前記タービンハウジング１９ｂから排出された排気は、排気管１６を介してフィルタ１８へ流入し、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと呼ぶ）が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ１８にてＰＭを捕集され且つ有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁１３によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００３１】
ここで、図７にディーゼルエンジンにおける燃焼サイクルにおける燃料噴射の概念図を示す。尚、図７に示される図は概念的なものであり、ディーゼルエンジンの使用目的によって各噴射の噴射時期やメイン噴射を除く各サブ噴射の有無は相異する。ここで、燃焼サイクルにおいて圧縮上死点近傍にけるメイン噴射を除く燃料噴射をサブ噴射とする。図７においては、排気上死点噴射、パイロット噴射（図７に示すように分割されたものを含む）、ポスト噴射がサブ噴射として示される。メイン噴射は、主にディーゼルエンジンの出力トルクを発生させることを目的として行われる噴射であり、一般に他のサブ噴射と比べて燃料の噴射量は多い。更に燃焼サイクルの圧縮上死点近傍で行われるため、メイン噴射によって噴射された燃料は高温高圧の雰囲気に曝され、且つその多くが燃焼に費やされるため機関シリンダ内壁へ付着することはない。
【００３２】
ここで、図７に示されるサブ噴射について説明する。メイン噴射を基準として、その以前に行われる排気上死点噴射及びパイロット噴射と、その以後に行われるポスト噴射とに大別できる。パイロット噴射は、燃焼サイクルにおいて早い時期に燃料を噴射することにより、燃料と空気との混合状態を改善することで排気改善やエンジンの騒音低減を主な目的とするものである。尚、パイロット噴射の噴射時期は、燃料の霧化等を踏まえて、圧縮工程において行われるのが通常である。次に、排気上死点噴射は、パイロット噴射よりも更に早い時期において行われるサブ噴射である。噴射時期を更に早めることによって、予混合量が更に増え、排気改善へとつながるものである。ポスト噴射は、ディーゼルエンジンの排気系に設置されたフィルタ１８へ未燃焼の燃料成分を供給することによりフィルタ１８に付着したＰＭを燃焼したり、フィルタ１８に担持された排気浄化触媒を還元する。尚、本発明におけるサブ噴射には、上述の３種類のサブ噴射に該当する噴射に限られるものではなく、メイン噴射以外のすべての噴射が包含される。
【００３３】
メイン噴射を除くサブ噴射では、その噴射が行われる時期において必ずしもシリンダ内が高温高圧とは限らず、また必ずしも上死点における噴射ではないため、サブ噴射による燃料が完全に霧化できない場合は、機関シリンダ内壁へ付着し、潤滑オイルを希釈してしまう虞がある。そのために噴射頻度を増大させ、且つ一回のサブ噴射あたりの噴射量を低減させることで、機関シリンダ内壁への付着を防止する必要がある。ただし、噴射頻度が増大することによりＥＤＵの負担も増大する。そこで、本発明はＥＤＵの負担を軽減すべく、機関燃料の燃料蒸留性状に基づいてサブ噴射を行うものである。以下にその具体的なＥＣＵの構成および制御フローチャートを示す。
【００３４】
ここで図２は、図１におけるディーゼルエンジン１の燃料噴射弁３を制御するためのＥＣＵ２７を示す。このＥＣＵ２７は、ディーゼルエンジン１の運転条件や運転者の要求に応じて、燃料噴射弁の駆動回路であるＥＤＵ２６を制御することで燃料噴射弁３の噴射時期や開弁時間等を制御するユニットである。ＥＣＵ２７には、燃料蒸留性状推定手段１７、クランクポジションセンサ２１、冷却水温度センサ２２、吸気温度センサ２３、吸気圧力センサ２４、アクセル開度センサ２５等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２７に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２７には、燃料噴射弁３の駆動回路であるＥＤＵ２６等が電気配線を介して接続され、ＥＤＵ２６をＥＣＵ２７が制御することが可能になっている。即ち、ＥＤＵ２６がＥＣＵ２７によって制御されることで、燃料噴射弁３が制御される。
【００３５】
ここで、ＥＣＵ２７は、ＣＰＵ２０１と、ＲＯＭ２０２と、ＲＡＭ２０３と、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０４と、を備えている。
前記ＲＯＭ２０２は各種アプリケーションプログラム及び制御マップを記憶している。
前記ＲＡＭ２０３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ２０１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ２１がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ２１がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
前記ＣＰＵ２０１は、前記ＲＯＭ２０２に記憶されたアプリケーションプログラム等に従って動作する。
【００３６】
次に、ディーゼルエンジン1における本実施の形態によるサブ噴射時の燃料噴射弁３の制御について説明する。図３は本制御のフローチャート図である。
ＥＣＵ２７は、ディーゼルエンジン１が運転状態にあるときに、図３に示す制御ルーチンを実行する。この制御ルーチンは、燃焼サイクル毎に繰り返し実行されるルーチンである。
本制御では、ＥＣＵ２７は、先ずＳ３０１において、クランクポジションセンサ１７の信号から機関回転数Ｎｅを算出する。更に、冷却水温度センサ２２から冷却水温度ＴＨＷ、吸気温度センサ２３から吸気温度Ｔｉ、吸気圧温度センサ２４から吸気圧力Ｐｉ、アクセル開度センサ２５からアクセル開度Ａｃを取得する。その後、Ｓ３０２へ進む。
【００３７】
Ｓ３０２では、燃料蒸留性状が取得される。燃料蒸留性状は、燃料の蒸留に関する物性である初留、留出温度、終点、留出量等を初め、燃料の着火性を示すセタン価やアロマ分、密度等の燃料の燃焼に関する要素を表すものである。本制御においては、燃料蒸留性状推定手段により推定された蒸留性状を、軽油を基準として相対的に算出する。即ち、燃料蒸留性状推定手段によって、機関燃料の燃料性状を、軽油を基準として判断するものである。ここで、燃料蒸留性状の算出においては、先述の各要素の何れか一を基準として、又は複数の要素を基準として燃料蒸留性状を定量的に表現するのが好ましい。尚、複数の要素を基に燃料蒸留性状を定量的に表現するには、予めＲＯＭ２０２に、基準とする要素をパラメータとして、燃料蒸留性状推定マップを作成しておき、該マップへアクセスすることで燃料蒸留性状を取得することができる。尚、図３において、Ｓ３０２における処理は燃焼サイクル毎に行われることになるが、機関燃料の燃料蒸留性状の経時変化が大きくない場合等は、一定数のサイクル毎にＳ３０２における処理である燃料蒸留性状の取得を行うようにしてもよい。
【００３８】
ここで、燃料蒸留性状を推定する手段として、超音波を用いる手段や赤外線を用いる手段等が考えられる。超音波を用いる手段には、圧電振動子、磁歪振動子又は電磁誘導型振動子等から構成される超音波の受信機と発信機とを備えた超音波センサが用いられる。この手段は超音波センサから発振された超音波が燃料内を通過することによって生じる超音波の遅延時間によって、該燃料の密度を検出するものである。また赤外線を用いる手段においては、赤外線吸収分析法等が有用である。機関燃料の蒸留性状に大きく関係する環状芳香物や一定の鎖状炭化物の含有率等を検出し、それを基に該燃料の蒸留性状を推定するものである。
【００３９】
Ｓ３０２において、燃料蒸留性状を取得した後はＳ３０３へ進む。Ｓ３０３では、Ｓ３０１で取得した機関回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃ等をパラメータとして、ＲＯＭ２０２に格納されている噴射燃料マップにアクセスし、燃焼サイクルにおける総噴射量を決定し、Ｓ３０４へ進む。Ｓ３０４では、サブ噴射の目的に応じたサブ噴射の噴射量および噴射時期を決定する。サブ噴射時期はサブ噴射の目的を運転者状況等から判断し、必要なサブ噴射を行う。噴射量については、サブ噴射の目的を達成するために必要な量を算出する。その算出にあたっては、各サブ噴射目的毎にＲＯＭ２０２に設定されたサブ噴射燃料マップに、機関回転数Ｎｅや冷却水温度ＴＨＷ等をパラメータとしてサクセスし、サブ噴射量の算出を行う。ここで、サブ噴射による噴射燃料が最終的にトルク発生を目的とするサブ噴射である場合、例えばメイン噴射より早い時期に行われる排気上死点噴射やパイロット噴射等である場合は、各サブ噴射にて噴射する量に応じてメイン噴射燃料を減ずる必要がある。一方、メイン噴射以後、特に排気工程中にサブ噴射が行われる場合は、該サブ噴射はトルク発生に帰結する噴射ではないと考えられるため、サブ噴射に応じた量をメイン噴射に反映させる必要はない。
【００４０】
ここでサブ噴射量の算出において、燃料蒸留性状に基づいて噴射量の算出をすることができる。その具体例として、図４に、サブ噴射が排気上死点噴射である場合のサブ噴射量算出方法が概念的に示されている。以下に図４に従い、燃料蒸留性状に基づいたサブ噴射量算出方法を説明する。先ず図４上図は、排気上死点噴射によって噴射される燃料がどの程度トルクに反映されているかを概念的に示す数式である。ここで式右辺に表されるマトリックスは、横軸をメイン噴射量、縦軸を排気上死点における噴射量として、該当するメイン噴射量、排気上死点噴射量の場合における排気上死点噴射による噴射燃料のうちトルクに反映される量、換言すると排気上死点噴射燃料の有効利用率を示すものである。尚、このマトリックスにおける数値は、予め基準となる軽油において実験で求めておくことができる。
【００４１】
ここで、図４上図の式右辺に蒸留性状をパラメータとした補正項Ｑｐｌを加えることで、最終的に排気上死点噴射によって噴射された燃料のうちトルクに反映された量を、燃料蒸留性状を基準として算出できる。即ち、図４下図に示すように、基準となる軽油に対して蒸留性状が軽質の場合、つまり揮発性がよい場合は噴射量を増加させることによって更にトルクへの反映を期待できる。一方、軽油に対して蒸留性状が重質である場合、つまり揮発性が悪い場合は噴射量をトルクへの反映が期待できないため、噴射量を抑制することとなる。このように蒸留性状に応じて排気上死点噴射量を制御することで、噴射量を適正なものとすることができ、過剰な燃料噴射によるＥＤＵの負担抑制や潤滑オイルの希釈防止へとつながる。
【００４２】
尚、図４における実施例はサブ噴射が排気上死点近傍で行われる場合であったが、前記パイロット噴射やポスト噴射の場合にも適応可能である。特に、ポスト噴射においては、噴射された燃料は原則として機関の出力トルクには反映されるものではないため、図４上図のように出力トルクに対応させるのではなく、例えばＰＭ燃焼の燃焼状況やフィルタ１８の還元状況を表すフィルタ１８の触媒床温度等に対応する噴射量として、燃料蒸留性状をパラメータとする補正を行ってもよい。更に、図４下図においては、軽油を基準とした相対的蒸留性状をパラメータとして処理を行っているが、絶対値としての蒸留性状をパラメータとしても同様の処理が可能である。また図４下図のように限界噴射量を、蒸留性状をパラメータとして直線関数で表すだけではなく、任意の関数で表しても同様の処理が可能である。
【００４３】
ここで、図３の制御フローチャートへと戻る。Ｓ３０４にてサブ噴射量を決定した後は、Ｓ３０５へ進む。Ｓ３０５においては、Ｓ３０４において、決定されたサブ噴射時期におけるサブ噴射量を噴射した場合、噴射された燃料のシリンダ内壁面への付着可能性を判断する。これは、サブ噴射による噴射燃料がシリンダ内壁に付着することによって、シリンダ内壁上の潤滑オイルを希釈してしまうことから保護するために行われる処理である。具体的には、所定のサブ噴射において吸気温度Ｔｉ、吸気圧力Ｐｉ、冷却水温度ＴＨＷ等をパラメータとして、サブ噴射の目的毎にシリンダ内壁へ噴射燃料が付着品範囲においてサブ噴射可能な限界噴射量を記録したサブ噴射量限界マップにおける噴射量と、Ｓ３０４において決定されたサブ噴射におけるサブ噴射量とを比較して、Ｓ３０４において決定されたサブ噴射量が限界マップの噴射量を越えるものである場合は、Ｓ３０５においてサブ噴射燃料がシリンダ内壁面へ付着する可能性があると判断され、Ｓ３０６へと進む。一方、サブ噴射量限界マップにおける噴射量と、Ｓ３０４において決定されたサブ噴射におけるサブ噴射量とを比較して、Ｓ３０４において決定されたサブ噴射量が限界マップの噴射量を越えない場合は、Ｓ３０５においてサブ噴射燃料がシリンダ内壁面へ付着する可能性はないと判断され、Ｓ３０７へと進む。
【００４４】
Ｓ３０６へ進むと、サブ噴射の噴射頻度を増やし、一回のサブ噴射あたりの噴射量を低減させる。これによりシリンダ内壁面への燃料の付着を回避することができる。ここで、一回の噴射量をサブ噴射量限界マップから読むことのできる限界噴射量以下に抑制し、且つサブ噴射頻度を最小とすることで、潤滑オイルの希釈を抑制し、ＥＤＵへの過負荷を防止することができる。Ｓ３０６の処理が終了すると、Ｓ３０７へと進む。
【００４５】
ここで、サブ噴射燃料限界マップの作成にあたって、燃料蒸留性状をパラメータとして、シリンダ内壁面にサブ噴射燃料が付着しない範囲におけるサブ噴射一回あたりの限界サブ噴射量を設定できる。サブ噴射が排気上死点近傍において行われる場合において、図５に従って説明を行う。図５は、横軸に軽油を基準とした相対的燃料蒸留性状を、縦軸にサブ噴射一回あたりの限界噴射量を示したものである。即ち、ある相対的蒸留性状において、図３におけるＳ３０４において算出された排気上死点噴射量が、直線より下位に位置する噴射量であれば単発の噴射において噴射することが可能となる。一方、直線より上位に位置する噴射量であれば噴射量が過大であるため噴射頻度を複数回にすることによって、一噴射あたりの噴射量を分割する必要が出てくる。尚、噴射頻度を複数回にするにあたって、ＥＤＵの負荷を考慮し、一回の噴射量が限界値を越えることなく、且つ噴射頻度が最も少なくなるように分割する。
【００４６】
図５は、サブ噴射が排気上死点噴射である場合の限界噴射量を表しているが、サブ噴射が前記のパイロット噴射やポスト噴射等の他のサブ噴射である場合においても同様に、燃料蒸留性状に基づいた限界噴射量を設定することができる。また、限界噴射量の設定については、想定される各サブ噴射毎に事前に実験等で測定しておき、ＲＯＭ２０２に燃料蒸留性状をパラメータとしたマップの形で格納しておくことが考えられる。更に、図５においては、軽油を基準とした相対的燃料蒸留性状をパラメータとして処理を行っているが、絶対値としての燃料蒸留性状をパラメータとしても同様の処理が可能である。また図５のように限界噴射量を、燃料蒸留性状をパラメータとして直線関数で表すだけではなく、任意の関数で表しても同様の処理が可能である。
【００４７】
ここで、図５においては、燃料蒸留性状に応じた限界噴射量をＲＯＭ２０２へ格納しているが、基準となる軽油の限界噴射量を１として各限界噴射量を比率で表し、ＲＯＭ２０２へと格納してもよい。即ち、基準となる軽油に対する相対的な限界噴射値を定めることになる。
【００４８】
ここで、再び図３の制御フローチャートへと戻る。Ｓ３０７においては、Ｓ３０４で決定された噴射量、又はＳ３０６で算出された噴射頻度と噴射量に従って、サブ噴射が実行される。
【００４９】
＜第２の実施例＞
次に、ディーゼルエンジン1における本実施の第２の形態によるサブ噴射時の燃料噴射弁３の制御について説明する。本制御は、サブ噴射がメイン噴射よりも早い時期に行われる噴射である場合、燃料蒸留性状に基づいて、そのサブ噴射時期として排気上死点近傍又は圧縮工程中の何れかを選択し、サブ噴射を行うものである。図６は本制御のフローチャート図である。ＥＣＵ２７は、ディーゼルエンジン１が運転状態にあるときに、図６に示す制御ルーチンを実行する。この制御ルーチンは、燃焼サイクル毎に繰り返し実行されるルーチンである。ここで、図６において、Ｓ６０２における処理は燃焼サイクル毎に行われることになるが、機関燃料の燃料蒸留性状の経時変化が大きくない場合等は、一定数のサイクル毎にＳ６０２における処理である燃料蒸留性状の取得を行うようにしてもよい。尚、本制御のＳ６０１〜Ｓ６０４における処理は、図３のフローチャートにおけるＳ３０１〜Ｓ３０４の各処理と同様であるので、先述の説明を以って、Ｓ６０１〜Ｓ６０４の説明を省略する。以下に、Ｓ６０５以後の処理について説明する。
【００５０】
Ｓ６０５では、Ｓ６０４において決定されたサブ噴射の噴射燃料をどの時期において噴射するか判断する。即ち、シリンダ内壁上の潤滑オイルの希釈を防止するには、サブ噴射を圧縮工程で行うのではなく、排気上死点近傍で行うのがより望ましい。そこでＳ６０５において、周囲温度が比較的に低い排気上死点近傍で、サブ噴射される燃料が霧化できるか否かをＳ６０２で取得された燃料蒸留性状に従って判断する。具体的には、燃料蒸留性状が所定の基準燃料蒸留性状より高いと判断された場合はＳ６０６へと進む。一方、Ｓ６０５において、燃料蒸留性状が所定の基準燃料蒸留性状より高くないと判断された場合はＳ６０７へと進む。ここで、前記所定の基準燃料蒸留性状とは、基準となる燃料の燃料蒸留性状を定量的に表したものであり、判断の対象となる燃料の燃料蒸留性状がこの基準燃料蒸留性状より高い場合は、基準燃料より揮発性がよいことを意味する。この基準燃料蒸留性状は予め実験等で測定し、ＲＯＭ２０２へ格納しておく。
【００５１】
Ｓ６０６へ進むと、排気上死点近傍において噴射可能であると判断し、サブ噴射の噴射時期を排気上死点近傍と設定する。一方、Ｓ６０７へ進むと、排気上死点近傍におけるサブ噴射は不可能であると判断し、サブ噴射の噴射時期を圧縮工程中と設定する。Ｓ６０６又はＳ６０７の処理が終了すると、Ｓ６０８へと進む。
【００５２】
ここで、本制御におけるＳ６０８〜Ｓ６１０の処理は、図３におけるフローチャート中のＳ３０５〜Ｓ３０７の処理と実質的に同様である。即ち、Ｓ６０６又はＳ６０７で決定された噴射時期において、Ｓ６０４で決定された噴射量をサブ噴射する場合の、シリンダ内壁面への噴射燃料の付着可能性を判断し、付着可能性があると判断された場合は、サブ噴射頻度を増やして一回あたりのサブ噴射量を減ずるように燃料噴射弁３を制御するものである。先述の図３のフローチャートにおけるＳ３０５〜Ｓ３０７の説明を以って、Ｓ６０８〜Ｓ６１０の各処理の詳細な説明は省略する。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料蒸留性状に応じてサブ噴射時の燃料噴射弁動作を制御することで、シリンダ内壁面への付着可能性の判断を正確に行うことが可能となり、過剰なサブ噴射頻度の増加を防止することが可能となる。更に、結果として燃料噴射弁の駆動回路であるＥＤＵの負荷を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置の制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図４】本実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置における、燃料蒸留性状に基づいたトルク変換噴射量の算出手段の概念を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置における、燃料蒸留性状に基づいた限界噴射量の算出手段の概念を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置の制御ルーチンを示す第２のフローチャート図である。
【図７】内燃機関の燃焼サイクルにおけるメイン噴射とサブ噴射との相関を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・・ディーゼルエンジン
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
１７・・・燃料蒸留性状推定手段
１８・・・フィルタ
２６・・・ＥＤＵ
２７・・・ＥＣＵ

Claims

ピストンが上死点近傍に位置したときに燃料噴射弁により機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるメイン噴射を行うメイン噴射手段と、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて前記メイン噴射とは異なる時期に機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるサブ噴射を行うサブ噴射手段と、
該内燃機関燃料の燃料蒸留性状を推定する燃料蒸留性状推定手段と、
少なくとも前記燃料蒸留性状推定手段によって推定される該内燃機関燃料の燃料蒸留性状に基づいて、前記サブ噴射における該内燃機関燃料の噴射量とサブ噴射頻度を制御するサブ噴射制御手段と、
を備え、
前記サブ噴射制御手段は、少なくとも前記燃料蒸留性状推定手段によって推定される該内燃機関燃料の燃料蒸留性状に基づいてサブ噴射による噴射燃料の機関シリンダ内壁への付着を推定し、該噴射燃料が機関シリンダ内壁へ付着すると推定されるときはサブ噴射頻度を増加させることにより一回のサブ噴射あたりの燃料噴射量を低減させることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
前記サブ噴射制御手段は、該内燃機関の燃焼サイクルの排気上死点近傍においてサブ噴射を行うときに、少なくとも前記燃料蒸留性状推定手段によって推定される該内燃機関燃料の燃料蒸留性状に基づいて、サブ噴射頻度と一回のサブ噴射あたりの燃料噴射量を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
前記サブ噴射手段は、内燃機関の燃焼サイクルにおいて前記メイン噴射手段によって実行されるメイン噴射より早い時期に行われるサブ噴射を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
前記サブ噴射手段は、内燃機関の燃焼サイクルにおいて排気上死点近傍におけるサブ噴射を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
内燃機関の排気系に排気浄化触媒が配設された内燃機関の燃料供給装置において、
前記サブ噴射手段は、内燃機関の燃焼サイクルにおいてメイン噴射より遅い時期に行われるポスト噴射によって排気浄化触媒の還元をすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
ピストンが上死点近傍に位置したときに燃料噴射弁により機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるメイン噴射を行うメイン噴射手段と、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて該メイン噴射より早い時期であって内燃機関の圧縮工程において機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるサブ噴射を行う第一のサブ噴射手段と、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて排気上死点近傍において機関シリンダ内へと内燃機関燃料が噴射されるサブ噴射を行う第二のサブ噴射手段と、
該内燃機関において機関シリンダ内へ噴射される内燃機関燃料の燃料蒸留性状を推定する燃料蒸留性状推定手段と、
該内燃機関の燃焼サイクルの排気上死点近傍においてサブ噴射を行うときに、少なくとも前記燃料蒸留性状推定手段によって推定される該内燃機関燃料の燃料蒸留性状に基づいて、第一のサブ噴射と第二のサブ噴射とを選択的に実行するサブ噴射制御手段と、を有することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
前記サブ噴射制御手段は、少なくとも前記燃料蒸留性状推定手段によって推定される該内燃機関燃料の燃料蒸留性状に基づいて、サブ噴射による噴射燃料の機関シリンダ内壁への付着を推定し、該噴射燃料が機関シリンダ内壁へ付着すると推定されるときは選択されたサブ噴射頻度を増加させることにより一回のサブ噴射あたりの燃料噴射量を低減させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料供給装置。
前記燃料蒸留性状推定手段は、該内燃機関燃料に含まれる特定の燃料成分の密度を検出し、その検出された密度に基づいて該内燃機関燃料の燃料蒸留性状を推定する手段であることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一に記載の内燃機関の燃料噴射装置。