JP4314752B2 - 多段噴射形エンジンのトルク制御装置およびそのトルク制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン制御時の出力をトルクに変換して制御部に通信し、要求トルクの過不足を補正する多段噴射形エンジンのトルク制御装置およびそのトルク制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両制御などの付加機能制御（オートクルーズ、自動ブレーキシステムなど）としてトルク単位での出力制御の要求に即応できる通信形態が欧州を中心に普及している。
この通信形態は、エンジン制御の出力をトルクベースに変換し、要求値を満たさない出力分を過不足トルクとしてエンジン側で補正するものである。
このようなトルクベース制御の傾向にあって、燃費向上やエミッションの排出低減化を目指してエンジン側にプレ噴射、メイン噴射およびアフタ噴射といった多段噴射制御の実現化が求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、各噴射のそれぞれがトルクに寄与する割合が異なり、各噴射の合計値を発生トルクと対応させるのでは、実際の噴射量との対応誤差が大きくなり易い。
このため、発生トルクがばらつき、通信によるエンジン制御時に要求側のトルクと供給側のトルクとが合致しなくなる。要求側と供給側のトルクの不一致により、例えば長距離走行のクルージング時に、クルーズ制御が悪化し、これに伴い運転時の操縦性が低下するといった不都合がある。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は多段噴射の各噴射毎にトルク変換し、噴射の種類に応じた割合でトルク寄与度を設定し、噴射量対トルク対応精度を向上させ、付加機能制御とエンジン制御とのトルク対応精度が高くなり、運転時の良好な操縦性を長期にわたって維持できる多段噴射形エンジンのトルク制御装置およびそのトルク制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１について）
多段噴射形エンジンのトルク制御装置において、トルク変換手段により、多段噴射の各噴射毎の噴射量をトルク値に変換する。多段噴射の各噴射毎の噴射量からトルク値を求めて、このトルク値の和に基づいて有効トルク値を求め、補正手段により、エンジン側からの要求トルク値と有効トルク値とのトルク差に基づいて各噴射毎の噴射量に補正が施される。
【０００６】
このように、エンジン側の要求トルク値と有効トルク値とのトルク差に基づいて多段噴射の各噴射量を補正しているので、トルクの過不足が噴射の種類に応じて修正される。このため、噴射量対トルクの対応精度が向上し、付加機能制御とエンジン制御とのトルク対応精度が高くなり、運転時の良好な操縦性を長期にわたって維持することが可能となる。
【０００７】
（請求項２について）
補正手段の判定演算手段により、トルク差が所定の上限値と下限値との範囲内にあるかを判定する。
トルク差がこの範囲内にある時は、噴射量の補正を不要とし、トルク差が上限値を越える場合でトルク差が一定値未満の時は、トルク差の全量を不足分として噴射量に変換し、トルク差が一定値を越える時は、噴射量を所定値に制限する。
また、トルク差が下限値未満で一定値を越える時は、トルク差の全量を過剰分として噴射量に変換し、トルク差が一定値未満の時は、噴射量を所定値に制限する。
【０００８】
このように、トルクの過不足分を噴射量で補正する際、トルク差が上限値を越える場合でトルク差が一定値未満の時と、トルク差が下限値未満で一定値を越える時とに分けている。このため、トルクの過不足分が噴射量としてきめ細かく補正され、噴射量対トルクの対応精度が向上し、付加機能制御とエンジン制御との良好なトルク対応精度を確保することができる。
【０００９】
（請求項３について）
トルク差（ΔＴ）の全量は、変換マップを用いてメイン噴射およびプレ噴射毎にメイン噴射補正分（±ΔＱｍ）およびプレ噴射補正分（±ΔＱｐｒｅ）にそれぞれ変換される。

但し、ΔＴｐｒｅはプレ噴射のトルク寄与度分で、ΔＴｐｒｅ＝ｆ（ＮＥ、ＡＣＣＰ）＊ΔＴ、またΔＴｍはメイン噴射によるトルク補正分で、ΔＴｍ＝ΔＴ−ΔＴｐｒｅである。
【００１０】
このように、多段噴射の各噴射毎に変換マップを用い、過不足トルクの補正を噴射の種類に応じたトルク寄与度分の割合で設定している。これにより、噴射量対トルクの対応精度が大幅に向上し、付加機能制御とエンジン制御との良好なトルク対応精度を確保することができる。
【００１１】
（請求項４について）
多段噴射形エンジンのトルク制御方法において、トルク変換により、多段噴射の各噴射毎の噴射量をトルク値に変換する。多段噴射の各噴射毎の噴射量からトルク値を求めて、このトルク値の和に基づいて有効トルク値を求め、補正により、エンジン側からの要求トルク値と多段噴射の基本噴射指令値から想定される有効トルク値とのトルク差に基づいて各噴射毎の噴射量に補正が施される。
【００１２】
このように、エンジン側の要求トルク値と有効トルク値とのトルク差に基づいて多段噴射の各噴射量を補正しているので、トルクの過不足が噴射の種類に応じて修正される。このため、噴射量対トルクの対応精度が向上し、付加機能制御とエンジン制御とのトルク対応精度が高くなり、運転時の良好な操縦性を長期にわたって維持することが可能となる。
【００１３】
（請求項５について）
補正における判定演算により、トルク差が所定の上限値と下限値との範囲内にあるかを判定する。
トルク差がこの範囲内にある時は、噴射量の補正を不要とし、トルク差が上限値を越える場合でトルク差が一定値未満の時は、トルク差の全量を不足分として噴射量に変換し、トルク差が一定値を越える時は、噴射量を所定値に制限する。
また、トルク差が下限値未満で一定値を越える時は、トルク差の全量を過剰分として噴射量に変換し、トルク差が一定値未満の時は、噴射量を所定値に制限する。
【００１４】
このように、トルクの過不足分を噴射量で補正する際、トルク差が上限値を越えトルク差が一定値未満の時と、トルク差が下限未満で一定値を越える時とに分けている。このため、トルクの過不足分が噴射量としてきめ細かく補正され、噴射量対トルクの対応精度が向上し、付加機能制御とエンジン制御との良好なトルク対応精度を確保することができる。
【００１５】
（請求項６について）
トルク差（ΔＴ）の全量は、変換マップを用いてメイン噴射およびプレ噴射毎にメイン噴射補正分（±ΔＱｍ）およびプレ噴射補正分（±ΔＱｐｒｅ）にそれぞれ変換される。

但し、ΔＴｐｒｅはプレ噴射のトルク寄与度分で、ΔＴｐｒｅ＝ｆ（ＮＥ、ＡＣＣＰ）＊ΔＴ、またΔＴｍはメイン噴射によるトルク補正分で、ΔＴｍ＝ΔＴ−ΔＴｐｒｅである。
【００１６】
このように、多段噴射の各噴射毎に変換マップを用い、過不足トルクの補正を噴射の種類に応じたトルク寄与度分の割合で設定している。これにより、噴射量対トルクの対応精度が大幅に向上し、付加機能制御とエンジン制御との良好なトルク対応精度を確保することができる。
（請求項７、８について）
有効トルク値は、多段噴射の各噴射毎の噴射量から求められたトルク値の和から摩擦などで消費されるロストルクを差し引いて求められる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
図１、図２および図３は流れ図で、多段噴射形エンジンのトルク制御装置におけるトルク制御方法を示す。
【００１８】
この流れ図のステップＳ１では、エンジンの制御を行う上で必要なエンジンパラメータを取り込む。ステップＳ２では、エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＣＣＰなどといったエンジンパラメータに応じて基本噴射指令値を演算する。この基本噴射指令値は、多段噴射によるエンジンへの燃料噴射量を意味し、メイン噴射量｛Ｑｍ＝ｆ（ＮＥ、ＡＣＣＰ）｝、プレ噴射量｛Ｑｐｒｅ＝ｆ（ＮＥ、ＡＣＣＰ）｝、アフタ噴射量｛Ｑａ＝ｆ（ＮＥ、ＡＣＣＰ）｝を含む。
また、ステップＳ２では、この基本噴射指令値とともに、メイン噴射、プレ噴射およびアフタ噴射の噴射開始時期（Ｔｍｏｎ、Ｔｐｒｅｏｎ、Ｔａｏｎ）および高圧燃料蓄圧器のコモンレール圧Ｐｃなどを演算する。
【００１９】
ステップＳ３では、多段噴射による噴射量をトルク変換手段に基づいて有効トルク値Ｔｅに変換する。この有効トルク値Ｔｅは、メイン噴射によるトルクｆｍ（Ｑｍ、ＮＥ）とプレ噴射によるトルクｆｐｒｅ（Ｑｐｒｅ、ＮＥ）との和から摩擦などで消費されるロストルクＴｖを差し引いて求める。
すなわち、有効トルク値は、Ｔｅ＝ｆｍ（Ｑｍ、ＮＥ）＋ｆｐｒｅ（Ｑｐｒｅ、ＮＥ）−Ｔｖの数式から算出する。
【００２０】
ステップＳ４では、付加機能から求められる要求トルク値Ｔｒを取り込み、補正手段によりステップＳ５で要求トルク値Ｔｒと有効トルク値Ｔｅとのトルク差（ΔＴ＝Ｔｒ−Ｔｅ）を求める。そして、トルク差ΔＴと所定の上限値αと下限値α´との大小を比較し、ΔＴ＝Ｔｒ−Ｔｅ＞αとなる場合は、トルク不足を補うためトルク増加補正に備えてステップＳ６に移行する。
また、トルク差の関係がΔＴ＝Ｔｒ−Ｔｅ＜−α´となる場合は、トルク過剰を調整するためトルク低減補正に備えてステップＳ１０に移行する。
また、トルク差の関係がα＞ΔＴ＝Ｔｒ−Ｔｅ＞−α´となる場合は、ステップＳ９で補正不要と判定し、補正量＝０、メイン噴射の補正量ΔＱｍ＝０、プレ噴射の補正量ΔＱｐｒｅ＝０とする。
【００２１】
ステップＳ６では、判定演算手段により、トルクの増大要求量であるトルク差ΔＴが一定値ｄｔ未満であるか否かを判定する。トルク差ΔＴがｄｔ未満の場合は、トルクによる加速衝撃（トルクショック）が許容値に満たないとし、トルク差ΔＴの全量を不足トルク分として噴射量に変換する。
この変換を行うにあたっては、先ずプレ噴射のトルク寄与度分ΔＴｐｒｅを図４に示すトルク変換マップからΔＴｐｒｅ＝ｆ（ＮＥ、ＡＣＣＰ）＊ΔＴ＝Ｋ＊ΔＴとして算出する。
【００２２】
この場合、プレ噴射のトルク寄与度分ΔＴｐｒｅを不足トルク分であるトルク差ΔＴに、プレ噴射のトルク寄与度補正分ｆ（ＮＥ、ＡＣＣＰ）を補正係数Ｋとして乗じて算出している。
ついで、メイン噴射によるトルク補正分ΔＴｍをトルク差ΔＴとプレ噴射のトルク寄与度分ΔＴｐｒｅとの差（ΔＴｍ＝ΔＴ−ΔＴｐｒｅ）として求める。 これらΔＴｍ、ΔＴｐｒｅに基づいて変換マップから補正噴射量Ｑを算出する。すなわち、メイン噴射補正分ΔＱｍ＝ｆ（ＮＥ、ΔＴｍ）、プレ噴射補正分ΔＱｐｒｅ＝ｆ（ＮＥ、ΔＴｐｒｅ）として演算する。
同様な計算式で、アフタ噴射補正分ΔＱａ＝ｆ（ＮＥ、ΔＴａ）として演算する。
【００２３】
ステップＳ６で、トルク差ΔＴがｄｔを越えると判定した場合は、トルクによる加速衝撃（トルクショック）を回避するため、ΔＱｍ＝ｄＱｍおよびΔＱｐｒｅ＝ｄＱｐｒｅとしてメイン噴射補正分およびプレ噴射補正分をそれぞれ所定値に制限する。
一方、ステップＳ５で、トルク差の関係がΔＴ＝Ｔｒ−Ｔｅ＜−α´と判定されると、ステップＳ１０でトルク低減補正が行われる。このトルク低減補正は、ステップＳ６以降と同様の処理をステップＳ１１およびステップＳ１２でマイナス分として行う。
【００２４】
ステップＳ１３およびステップＳ１４では、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ９、ステップＳ１１およびステップＳ１２で算出されたメイン噴射補正分ΔＱｍおよびプレ噴射補正分ΔＱｐｒｅをステップＳ２で求めた基本噴射指令値にそれぞれ加算する。すなわち、メイン噴射分はＱｍ＝Ｑｍ±ΔＱｍとなり（ステップＳ１３）、プレ噴射分はＱｐｒｅ＝Ｑｐｒｅ±ΔＱｐｒｅとなる（ステップＳ１４）。またアフタ噴射分はＱａ＝Ｑａ±ΔＱａとなる。
【００２５】
ステップＳ１５では、前ステップＳ１４までに算出したエンジン回転数ＮＥ、メイン噴射量Ｑｍ、コモンレール圧Ｐｃ、プレ噴射量Ｑｐｒｅ、アフタ噴射量Ｑａから噴射指令値（ＩＮＪ指令値）としてメイン噴射開始時期Ｔｍｏｎ、メイン噴射停止時期Ｔｍｏｆｆ、プレ噴射開始時期Ｔｐｒｅｏｎ、プレ噴射停止時期Ｔｐｒｅｏｆｆ、アフタ噴射開始時期Ｔａｏｎ、アフタ噴射停止時期Ｔａｏｆｆをそれぞれ演算処理する。
【００２６】
ステップＳ１５で演算処理された噴射指令値Ｔｍｏｎ、Ｔｍｏｆｆ、Ｔｐｒｅｏｎ、Ｔｐｒｅｏｆｆ、Ｔａｏｎ、Ｔａｏｆｆは、ステップＳ１６で出力段にセットされる。そして、図５のタイムチャートに示すように、ピストンのＴＤＣを中心にして噴射ノズル２０からプレ噴射がＴｐｏｎ〜Ｔｐｏｆｆ間のタイミングで行われ、メイン噴射がＴｍｏｎ〜Ｔｍｏｆｆ間のタイミングで行われ、アフタ噴射がＴａｏｎ〜Ｔａｏｆｆ間のタイミングで行われる。
【００２７】
このように、上記実施例によれば、多段噴射の各噴射毎にトルク変換マップを用い、過不足トルクの補正を噴射の種類に応じたトルク寄与度分の割合で行っている。これにより、噴射量対トルクの対応精度が大幅に向上し、付加機能制御とエンジン制御との良好なトルク対応精度を確保し得、運転時の良好な操縦性を維持することができる。
【００２８】
なお、図２の変換マップは二次元だけでなく三次元となるように作成してもよい。
また、有効トルク値Ｔｅの設定にあたっては、Ｔｅ＝ｆｍ（Ｑｍ、ＮＥ）＋ｆｐｒｅ（Ｑｐｒｅ、ＮＥ）−Ｔｖだけでなく、トルク関数ｆｍとｆｐｒｅを種々の比に配分するようにしてもよい。
さらに、本発明の具体的な実施にあたっては、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多段噴射形エンジンのトルク制御装置のトルク制御方法を示す流れ図である。
【図２】図１に続くトルク制御方法を示す流れ図である。
【図３】図２に続くトルク制御方法を示す流れ図である。
【図４】横軸をエンジン回転数とし、縦軸をアクセル開度とするトルク変換マップである。
【図５】多段噴射の噴射を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２０ 噴射ノズル

Claims (8)

1. 燃料の多段噴射により発生するトルクに基づいてエンジンを制御する多段噴射形エンジンのトルク制御装置において、
   前記多段噴射の各噴射毎の噴射量をトルク値に変換するトルク変換手段と、
   前記エンジン側から求められる要求トルク値と前記多段噴射の基本噴射指令値から想定される有効トルク値とのトルク差に基づいて各噴射毎の噴射量に補正を加える補正手段を備え、
   前記トルク変換手段により、前記多段噴射の各噴射毎の噴射量からトルク値を求めて、このトルク値の和に基づいて前記有効トルク値を求め、
   前記要求トルク値と前記有効トルク値との前記トルク差を求め、
   前記トルク差に基づいて噴射量を補正することで、前記有効トルク値を前記要求トルク値へ近づけることを特徴とする多段噴射形エンジンのトルク制御装置。
2. 前記補正手段において、前記トルク差が所定の上限値と下限値との範囲内にあるかを判定し、前記範囲内にある時は、噴射量の補正を不要とし、前記トルク差が前記上限値を越える場合で前記トルク差が一定値未満の時は、前記トルク差の全量を不足分として噴射量に変換し、前記トルク差が一定値を越える時は、噴射量を所定値に制限するとともに、
   前記トルク差が前記下限値未満で前記トルク差が一定値を越える時は、前記トルク差の全量を過剰分として噴射量に変換し、前記トルク差が一定値未満の時は、噴射量を所定値に制限する判定演算手段を有することを特徴とする請求項１に記載の多段噴射形エンジンのトルク制御装置。
3. 前記多段噴射は、少なくともメイン噴射とプレ噴射を含み、前記トルク差（ΔＴ）の全量は、変換マップを用いて前記メイン噴射および前記プレ噴射毎に下記の数式によりメイン噴射補正分（±ΔＱｍ）およびプレ噴射補正分（±ΔＱｐｒｅ）にそれぞれ変換されることを特徴とする請求項２に記載の多段噴射形エンジンのトルク制御装置。
   ±ΔＱｍ＝ｆ（ＮＥ、ΔＴｍ）、
   ±ΔＱｐｒｅ＝ｆ（ＮＥ、ΔＴｐｒｅ）、
   但し、ΔＴｐｒｅはプレ噴射のトルク寄与度分で、ΔＴｐｒｅ＝ｆ（ＮＥ、ＡＣＣＰ）＊ΔＴ、
   ΔＴｍはメイン噴射によるトルク補正分で、ΔＴｍ＝ΔＴ−ΔＴｐｒｅである。
4. 燃料の多段噴射により発生するトルクに基づいてエンジンを制御する多段噴射形エンジンのトルク制御方法において、
   前記多段噴射の各噴射毎の噴射量をトルク値に変換するトルク変換手順と、
   前記エンジン側から求められる要求トルク値と前記多段噴射の基本噴射指令値から想定される有効トルク値とのトルク差に基づいて各噴射毎の噴射量に補正を加える補正手順を備え、
   前記多段噴射の各噴射毎の噴射量からトルク値を求めて、このトルク値の和に基づいて前記有効トルク値を求め、
   前記要求トルク値と前記有効トルク値との前記トルク差を求め、
   前記トルク差に基づいて噴射量を補正することで、前記有効トルク値を前記要求トルク値へ近づけることを特徴とする多段噴射形エンジンのトルク制御方法。
5. 前記補正手順において、前記トルク差が所定の上限値と下限値との範囲内にあるかを判定し、前記範囲内にある時は、噴射量の補正を不要とし、前記トルク差が前記上限値を越える場合で前記トルク差が一定値未満の時は、前記トルク差の全量を不足分として噴射量に変換し、前記トルク差が一定値を越える時は、噴射量を所定値に制限するとともに、
   前記トルク差が前記下限値未満で前記トルク差が一定値を越える時は、前記トルク差の全量を過剰分として噴射量に変換し、前記トルク差が一定値未満の時は、噴射量を所定値に制限する判定演算手順を有することを特徴とする請求項４に記載の多段噴射形エンジンのトルク制御方法。
6. 前記多段噴射は、少なくともメイン噴射とプレ噴射を含み、前記トルク差（ΔＴ）の全量は、変換マップを用いて前記メイン噴射および前記プレ噴射毎に下記の数式によりメイン噴射補正分（±ΔＱｍ）およびプレ噴射補正分（±ΔＱｐｒｅ）にそれぞれ変換されることを特徴とする請求項５に記載の多段噴射形エンジンのトルク制御方法。
   ±ΔＱｍ＝ｆ（ＮＥ、ΔＴｍ）、
   ±ΔＱｐｒｅ＝ｆ（ＮＥ、ΔＴｐｒｅ）、
   但し、ΔＴｐｒｅはプレ噴射のトルク寄与度分で、ΔＴｐｒｅ＝ｆ（ＮＥ、ＡＣＣＰ）＊ΔＴ、
   ΔＴｍはメイン噴射によるトルク補正分で、ΔＴｍ＝ΔＴ−ΔＴｐｒｅである。
7. 前記有効トルク値は、前記多段噴射の各噴射毎の噴射量から求められたトルク値の和から摩擦などで消費されるロストルクを差し引いて求められることを特徴とする請求項１に記載の多段噴射形エンジンのトルク制御装置。
8. 前記有効トルク値は、前記多段噴射の各噴射毎の噴射量から求められたトルク値の和から摩擦などで消費されるロストルクを差し引いて求められることを特徴とする請求項４に記載の多段噴射形エンジンのトルク制御方法。

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