JP4483776B2 - 内燃機関の着火時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の着火時期制御装置に関する。

圧縮着火式の内燃機関において、気筒内への主噴射の後の膨張行程中若しくは排気行程中に再度燃料を噴射する副噴射を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ところで、内燃機関のアイドル状態や車両減速時には、排気温度が低かったり、燃料噴射が停止されて空気が排出されたりする。このような場合において、内燃機関の排気通路に備えられた触媒の温度を維持するため、若しくはＮＯx触媒の硫黄被毒の回復を目的と
してリッチ雰囲気とするために、前記副噴射を行うことがある。

このような副噴射は、主噴射の後で直ぐに行うと該副噴射による燃料が燃焼することにより、内燃機関のトルクが急激に上昇するおそれがある。そのため、副噴射は可及的に遅い時期に行われる。一方、副噴射を行う時期が遅くなると、副噴射された燃料が燃焼しないまま気筒内に残留することがある。このようにして残留した燃料は次回の加速時において燃焼することにより、主噴射による燃料が過剰に早く着火する過早着火を発生させるおそれがある。これにより、燃焼騒音やトルク上昇の原因となることがあった。
特開２００４−２４５２１０号公報

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、内燃機関の着火時期制御装置において、副噴射による燃料が原因で発生する過早着火を抑制できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明の内燃機関の着火時期制御装置は、以下の手段を採用した。即ち、本発明の内燃機関の着火時期制御装置は、
アクセル開度が所定値以下の場合において主噴射の後の膨張行程中若しくは排気行程中に再度燃料を噴射する副噴射を行う内燃機関の着火時期制御装置であって、
アクセル開度が所定値以下の場合において前記副噴射を行っているときの前記内燃機関の気筒内に残留する燃料量を算出する残留燃料量算出手段と、
アクセル開度が所定値以下から所定値よりも大きくなった場合に前記残留燃料量算出手段により算出される燃料量に応じて該燃料の燃焼を緩慢にさせる燃焼抑制手段と、
を備えることを特徴とする。

アクセル開度が所定値以下の場合とは、このときに副噴射を行うと該副噴射により燃料が気筒内に残留し、且つ次回アクセル開度が所定値よりも大きくなったときに主噴射による燃料が過早着火するおそれのある場合をいう。たとえば、内燃機関のアイドル時または車両の減速時の状態を挙げることができる。

前記副噴射手段により副噴射が行われると、排気の温度が上昇するので触媒の温度を上昇または維持することができる。また、副噴射が行われると、より多くの燃料が供給されることとなるため、触媒の雰囲気をリッチ空燃比とすることができる。すなわち、アクセル開度が所定値以下の場合においては、触媒の温度が低下するおそれがあるが、このときに副噴射を行うことにより触媒の温度を維持することができたり、硫黄被毒回復処理を継続したりすることができる。

前記残留燃料量算出手段は、副噴射された燃料が気筒内に残留する割合に基づいて、気筒内に残留する燃料量を算出することができる。また、燃焼抑制手段は、主噴射による燃料の燃焼を緩慢にする。ここで、副噴射による燃料が気筒内に残留していると次回内燃機関の負荷が増加したときに、残留している燃料が燃焼する。これにより、主噴射による燃料が急激に燃焼するおそれがある。しかし、主噴射による燃料の燃焼を緩慢にすることにより、急激な燃焼を抑制することができる。これにより、燃焼騒音の発生およびトルクの増加を抑制することができる。

また、本発明においては、前記燃焼抑制手段は、前記残留量算出手段により算出される燃料量が多いほど主噴射の時期を遅角させることができる。

ここで、主噴射の時期を遅角させると、気筒内に残留していた燃料が燃焼したとしても、その後に気筒内の温度が低下するので、主噴射による燃料の燃焼が緩慢になる。そして、気筒内に残留する燃料量が多くなるほど、過早着火が発生しやすくなるので、主噴射時期の遅角量を多くする。これにより、気筒内に残留する燃料量に応じた着火制御を行うことができる。

本発明においては、ＥＧＲ装置をさらに備え、前記燃焼抑制手段は、前記残留量算出手段により算出される燃料量が多いほど前記ＥＧＲ装置により供給されるＥＧＲガスの気筒内での割合を高くすることができる。

ここで、気筒内のＥＧＲガスの量が多くなるほど、気筒内における酸素の量が少なくなるので、気筒内での燃焼がより緩慢となる。すなわち、気筒内に残留する燃料量が多くなるほど、ＥＧＲガス率を高くすることにより燃焼を抑制することができる。これにより、気筒内に残留する燃料量に応じた着火制御を行うことができる。

本発明においては、前記残留燃料量算出手段は、副噴射を行う時期、内燃機関の吸入空気量、および排気温度に基づいて、気筒内に残留する燃料量を算出することができる。

副噴射された燃料の中で気筒内に残留する燃料の割合は、副噴射を行う時期が遅いほど、内燃機関の吸入空気量が少ないほど、また排気温度が低いほど高くなる。このように、副噴射を行う時期、内燃機関の吸入空気量、および排気温度は、気筒内に残留する燃料量と相関があるので、これらの値に基づいて気筒内に残留する燃料量を算出することができる。

本発明に係る内燃機関の着火時期制御装置は、副噴射による燃料が原因で発生する過早着火を抑制できる。

以下、本発明に係る内燃機関の着火時期制御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。

図１は、本実施例に係る内燃機関の着火時期制御装置を適用する内燃機関１とその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクルディーゼル機関である。内燃機関１には、気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁３が取り付けられている。

内燃機関１には、気筒２内へ通じる吸気通路４が接続されている。この吸気通路４の途中には、内燃機関１の吸入空気量を測定するエアフローメータ５１および吸気通路４を流通する吸気の温度を検出する吸気温温度センサ５２が取り付けられている。

また、内燃機関１には、気筒２内へ通じる排気通路６が接続されている。排気通路６の途中には排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒１５が備えられている。また、排気浄化触媒１５よりも上流の排気通路６には、該排気通路６を流通する排気の温度を検出する排気温度センサ７が取り付けられている。

そして、内燃機関１は、排気通路６内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）を吸気通路４へ再循環させるＥＧＲ装置８を備えている。このＥＧＲ装置８は、ＥＧＲ通路８１およびＥＧＲ弁８２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路８１は、排気通路６と、吸気通路４と、を接続している。このＥＧＲ通路８１を通って、ＥＧＲガスが再循環される。また、ＥＧＲ弁８２は、ＥＧＲ通路８１の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路８１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。そして、ＥＧＲガスの量を変更することにより気筒２内の酸素濃度を変更することができる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ９には、エアフローメータ５１および排気温度センサ７のほか、運転者がアクセルペダル１０を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ１１、内燃機関１の回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ１２、および内燃機関１の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１３が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ９には、燃料噴射弁３およびＥＧＲ弁８２が電気配線を介して接続され、これらはＥＣＵ９により制御される。

ところで、本実施例においては、内燃機関１のアイドル時および車両の減速時等のアクセルペダル１０の開度が所定値以下の場合に副噴射を実施して、排気浄化触媒１５の温度の維持を図る。そして、このときに気筒２内に残留する燃料が次回の加速時に急激に燃焼しないように、主噴射の遅角およびＥＧＲ率の増加を行う。

そのために、ＥＣＵ９は先ず副噴射を行うことにより気筒２内に残留する燃料量（以下、残留燃料量という。）を算出する。そして、残留燃料量が多いほど過早着火がより発生しやすくなるため、主噴射による燃料の燃焼をより緩慢にする。また、残留燃料量が多いほど、主噴射による燃料の燃焼を緩慢とする期間をより長くする。

残留燃料量は、副噴射による燃料が気筒２内に残留する割合に基づいて求められる。この割合は、副噴射の時期が遅くなるほど、吸入空気量が少なくなるほど、また排気温度が低くなるほど高くなる。副噴射により供給した燃料量とこの割合から今回の副噴射により気筒２内に残留する燃料量を副噴射毎に算出し、この値を積算して残留燃料量を得る。

次に、ＥＣＵ９は、主噴射を遅角する期間および気筒内におけるＥＧＲガスの割合（以下、ＥＧＲ率という。）を増加させる期間を算出する。残留燃料量が多いほど過早着火が発生しやすくなるので、残留燃料量に基づいて、主噴射を遅角する期間およびＥＧＲ率を増加させる期間を算出する。

さらに、ＥＣＵ９は、噴射時期の補正量を算出する。本実施例では、残留燃料による主噴射の過早着火を抑制するために、主噴射の時期を遅角させて燃料の燃焼を緩慢にする。そして、残留燃料量が多いほど過早着火が発生しやすくなるので、主噴射の遅角量を大き
くする。

そして、ＥＣＵ９は、ＥＧＲ率の補正量を算出する。本実施例では、残留燃料による過早着火を抑制するために、ＥＧＲ率を上昇させて燃料の燃焼を緩慢にする。たとえば、残留燃料が気筒２内で予混合状態となる場合には、その着火時期は気筒２内の酸素濃度に依存する。目標となるＥＧＲ率は、残留燃料量が多いほど高くする。

図２は、本実施例による着火時期制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、減速時およびアイドル時において副噴射を行う毎に実行される。

ステップＳ１０１では、気筒２内に残留する燃料量（残留燃料量）が算出される。今回の副噴射された燃料量に、筒内残留割合と、副噴射時期補正係数と、を乗じて求めた値を前回の副噴射後に得られた残留燃料量に加えることにより、今回の副噴射後に気筒２内に残留する燃料量が求められる。

筒内残留割合は、吸入空気量および排気温度に応じて、副噴射による燃料がどれだけの割合で残留するのかを表す値である。吸入空気量および排気温度と筒内残留割合との関係は、予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ９に記憶させておく。また、副噴射時期補正係数とは、副噴射の時期に応じて、副噴射による燃料がどれだけの割合で残留するのかを表す値である。副噴射の時期と副噴射時期補正係数との関係は、予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ９に記憶させておく。なお、本実施例においてはステップＳ１０１の処理を実行するＥＣＵ９が、本発明における残留燃料量算出手段に相当する。

ステップＳ１０２では、残留燃料量が閾値よりも大きいか否か判定される。この閾値は、燃焼騒音またはトルクの急上昇が発生しない残留燃料量の上限値として予め設定しておく。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方否定判定がなされた場合には残留燃料による過早着火は発生しないものとして本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０３では、アクセルペダル１０の開度が所定値よりも大きくなっているか否か判定される。すなわち、アイドルまたは減速から加速に転じているか否か判定される。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方否定判定がなされた場合には残留燃料による過早着火は発生しないものとして本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０４では、補正制御期間が算出される。補正制御期間とは、副噴射の残留燃料による過早着火の発生を抑制するために、主噴射の遅角およびＥＧＲ率の上昇を行う期間である。残留燃料量が多いほど補正制御期間を長くする。残留燃料量と補正制御期間との関係は予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ９に記憶させておく。

ステップＳ１０５では、主噴射の遅角補正量が算出される。遅角補正量は、ベース補正量に吸気温度補正係数と、水温補正係数と、を乗じて求められる。本ステップにおけるベース補正量とは、残留燃料量に応じて主噴射の時期を遅角させる量であり、残留燃料量が多いほどベース補正量を大きくする。残留燃料量とベース補正量との関係は予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ９に記憶させておく。

また、本ステップにおける吸気温度補正係数とは、吸気温度に応じてベース補正量を変更するための値である。吸気温度が高くなるほど過早着火が発生しやすくなるので、ベース補正量が大きくなるようにする。吸気温度と吸気温度補正係数との関係は予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ９に記憶させておく。また、本ステップにおける水温補正係
数とは、内燃機関１の冷却水の温度に応じてベース補正量を変更するための値である。冷却水温度が高くなるほど過早着火が発生しやすくなるので、ベース補正量が大きくなるようにする。冷却水温と水温補正係数との関係は予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ９に記憶させておく。

ステップＳ１０６では、メイン噴射時期が算出される。メイン噴射時期は、ベース噴射時期に遅角補正量を加えて得られる。ベース噴射時期とは、主噴射の時期の基準値であり、本ルーチンが実行されているか否かに関わらず決定される噴射時期である。ベース噴射時期は、内燃機関１の負荷および回転数等により決定される。

ステップＳ１０７では、アクセルペダル１０の開度が所定値よりも大きくなってからの経過時間が補正制御期間以下であるか否か判定される。すなわち、主噴射の遅角補正が必要となる期間を経過していないか否か判定される。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１０８では、ＥＧＲ率補正量が算出される。ＥＧＲ率補正量は、ベース補正量に吸気温度補正係数と、水温補正係数と、を乗じて求められる。本ステップにおけるベース補正量とは、残留燃料量に応じてＥＧＲ率を上昇させる量であり、残留燃料量が多いほどベース補正量を大きくする。残留燃料量とベース補正量との関係は予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ９に記憶させておく。

また、本ステップにおける吸気温度補正係数とは、吸気温度に応じてベース補正量を変更するための値である。吸気温度が高くなるほど過早着火が発生しやすくなるので、ベース補正量が大きくなるようにする。吸気温度と吸気温度補正係数との関係は予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ９に記憶させておく。また、本ステップにおける水温補正係数とは、内燃機関１の冷却水の温度に応じてベース補正量を変更するための値である。冷却水温が高くなるほど過早着火が発生しやすくなるので、ベース補正量が大きくなるようにする。冷却水温と水温補正係数との関係は予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ９に記憶させておく。

ステップＳ１０９では、目標ＥＧＲ率が算出される。目標ＥＧＲ率は、ベースＥＧＲ率にＥＧＲ率補正量を加えて得られる。ベースＥＧＲ率とは、ＥＧＲ率の基準値であり、本ルーチンが実行されているか否かに関わらず決定されるＥＧＲ率である。ベースＥＧＲ率は、内燃機関１の負荷および回転数等により決定される。

ステップＳ１１０では、アクセルペダル１０の開度が所定値よりも大きくなってからの経過時間が補正制御期間以下であるか否か判定される。すなわち、主噴射の遅角補正が必要となる期間を経過していないか否か判定される。ステップＳ１１０で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させ、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１１１では、主噴射の時期およびＥＧＲ率が変更される。ステップＳ１０６で算出された主噴射の時期、およびステップＳ１０９で算出された目標ＥＧＲ率となるように、燃料噴射弁３およびＥＧＲ弁８２が制御される。このようにして気筒内の燃焼が緩慢となる。なお、本実施例においてはステップＳ１０２からステップＳ１１１の処理を実行するＥＣＵ９が、本発明における燃焼抑制手段に相当する。

ステップＳ１１２では、残留燃料による過早着火は発生しないものとして遅角補正量が０とされ、その後本ルーンが終了される。

ステップＳ１１３では、残留燃料による過早着火は発生しないものとしてＥＧＲ率補正量が０とされ、その後本ルーチンが終了される。

このようにして、アイドル時若しくは減速時等に行われる副噴射による燃料が気筒２内に残留している場合には、主噴射の遅角により残留燃料の燃焼を緩慢とすることができる。また、ＥＧＲ率の上昇により残留燃料の燃焼を緩慢とすることができる。これらにより、燃焼騒音やトルクの急激な上昇を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関の着火時期制御装置を適用する内燃機関とその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。 実施例による着火時期制御のフローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
６ 排気通路
７ 排気温度センサ
８ ＥＧＲ装置
９ ＥＣＵ
１０ アクセルペダル
１１ アクセル開度センサ
１２ クランクポジションセンサ
１３ 冷却水温度センサ
１５ 排気浄化触媒
５１ エアフローメータ
５２ 吸気温温度センサ
８１ ＥＧＲ通路
８２ ＥＧＲ弁

Claims (4)

1. アクセル開度が所定値以下の場合において主噴射の後の膨張行程中若しくは排気行程中に再度燃料を噴射する副噴射を行う内燃機関の着火時期制御装置であって、
   アクセル開度が所定値以下の場合において前記副噴射を行っているときの前記内燃機関の気筒内に残留する燃料量を算出する残留燃料量算出手段と、
   アクセル開度が所定値以下から所定値よりも大きくなった場合に前記残留燃料量算出手段により算出される燃料量に応じて該燃料の燃焼を緩慢にさせる燃焼抑制手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の着火時期制御装置。
2. 前記燃焼抑制手段は、前記残留量算出手段により算出される燃料量が多いほど主噴射の時期を遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の着火時期制御装置。
3. ＥＧＲ装置をさらに備え、前記燃焼抑制手段は、前記残留量算出手段により算出される燃料量が多いほど前記ＥＧＲ装置により供給されるＥＧＲガスの気筒内での割合を高くすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の着火時期制御装置。
4. 前記残留燃料量算出手段は、副噴射を行う時期、内燃機関の吸入空気量、および排気温度に基づいて、気筒内に残留する燃料量を算出することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の着火時期制御装置。

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