JP4538442B2 - パイロット噴射制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル内燃機関のパイロット噴射制御に係り、特に、エンジン回転数の過渡応答時におけるトルク変動の抑制等を図ったものに関する。

従来、ディーゼル内燃機関において、燃焼を穏やかにし、燃焼時のエンジン振動の低減を図るため、パイロット噴射を多段に行うことは良く知られている技術である。さらに、このようなパイロット多段噴射は、低温時における失火防止や、燃費改善にも有効であり広く用いられている（例えば、特許文献１等参照）。
ところで、通常、パイロット多段噴射制御は、燃料噴射量とエンジン回転数をパラメータとしてパイロット噴射の段数を決定するためマップを、外気温などの外部環境に応じて複数用意しておき、パイロット噴射時の外部環境に応じて、いずれかのマップを選択すると共に、その際の燃料噴射量とエンジン回転数とからパイロット多段噴射の段数を決定して、パイロット噴射を行うような方法がある。

特開２００３−２６９２２９号公報（第３−８頁、図１−図４）

しかしながら、このようないわゆるマップ制御にあっては、例えば、アクセルが急激に踏み込まれた際などに生ずるエンジン回転数の過渡応答時においてパイロット噴射の段数が変化すると、エンジン振動やトルク変動が発生するという欠点がある。かかる欠点は、従来から知られているところではあるが、専ら燃焼時のエンジン振動の低減や、低温時における失火防止等に重きをおいたパイロット多段噴射制御技術が多く、上述の欠点を十分考慮したパイロット多段噴射制御技術が所望されている。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、エンジンの過渡応答時におけるパイロット噴射の段数変化を回避し、さらなる運転フィーリング、走行フィーリングの向上を図ることのできるパイロット噴射制御方法及びその装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るパイロット噴射制御方法は、
燃料噴射弁による燃料のメイン噴射に先だって行われるパイロット噴射の実行を制御するパイロット噴射制御方法であって、
燃料噴射量が所定の上限値を超えた場合には、予め定められた段数でパイロット多段噴射を行う一方、燃料噴射量が所定の下限値を下回る場合には、エンジン回転数と燃料噴射量とからパイロット噴射の段数を定める所定のマップによって求められる段数でパイロット多段噴射を行うよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料噴射制御装置は、
複数の燃料噴射弁を有すると共に、当該燃料噴射弁の動作を制御する電子制御ユニットを有し、前記燃料噴射弁による燃料のメイン噴射及びパイロット噴射を可能に構成されてなる燃料噴射制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
外部からエンジン回転数とエンジン冷却水の水温が入力される一方、
前記燃料噴射弁によるパイロット噴射の際に、その直前までの燃料噴射量が所定の上限値を超えているか否かを判定し、燃料噴射量が所定の上限値を超えていると判定された場合には、予め定められた段数でパイロット多段噴射を行う一方、燃料噴射量が所定の上限値を超えていないと判定された場合には、燃料噴射量が所定の下限値を下回るか否かを判定し、燃料噴射量が所定の下限値を下回ると判定された場合には、エンジン回転数と燃料噴射量とからパイロット噴射の段数を定める予め記憶された所定のマップによってパイロット噴射の段数を決定し、、当該決定された段数でパイロット多段噴射を行うよう構成されてなるものである。

本発明によれば、エンジン回転数が過渡的に変化したような場合にあって、パイロット噴射の段数の切り換えが生じやすい領域におけるパイロット噴射の段数の切り換えを回避できるため、不用意なパイロット噴射段数の切り換えに起因するエンジンの振動発生やトルク変動を抑圧することができ、運転フィーリングの向上を図ることができるという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるパイロット噴射制御方法が適用される燃料噴射制御装置の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における燃料噴射制御装置は、特に、コモンレール式燃料噴射制御装置が構成されたものである。

このコモンレール式燃料噴射制御装置は、ディーゼルエンジン１の気筒へ燃料を噴射供給する複数の燃料噴射弁２−１〜２−ｎと、燃料噴射弁２−１〜２−ｎへ供給する高圧燃料を蓄えるコモンレール３と、コモンレール３へ高圧燃料を圧送する高圧ポンプ４と、燃料タンク６から高圧ポンプ４へ燃料を供給するフィードポンプ５と、後述するパイロット噴射制御などを実行する電子制御ユニット１１とに大別されて構成されたものとなっている。かかる構成自体は、従来から良く知られているこの種の燃料噴射制御装置の基本的な構成と同一のものである。

かかる構成において、燃料タンク６の燃料は、フィードポンプ５で高圧ポンプ４へ汲み上げられ、汲み上げられた燃料は、高圧ポンプ４によってコモンレール３へ高圧燃料として圧送されるようになっている。なお、図示は省略してあるがコモンレール３の余剰燃料は、燃料タンク６へ戻されるよう配管が設けられている。
燃料噴射弁２−１〜２−ｎは、ディーゼルエンジン１の気筒毎に設けられており、それぞれコモンレール３から高圧燃料の供給を受け、電子制御ユニット１１による噴射制御によって、パイロット噴射やメイン噴射を行うようになっている。

電子制御ユニット１１は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁２−１〜２−ｎを駆動するための駆動回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる電子制御ユニット１１には、エンジン回転数を検出する回転センサ１２、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１３、外気温度を検出する外気温センサ１４、ディーゼルエンジン１の冷却水の温度を検出する水温センサ１５などの各種センサの検出信号が、エンジン動作制御や噴射制御に供するために入力されるようになっている。

図２には、かかる電子制御ユニット１１によって実行されるパイロット噴射制御処理の手順を示すサブルーチンフローチャートが示されており、以下、同図を参照しつつ本発明の実施の形態におけるパイロット噴射制御処理について説明する。
最初に、本発明の実施の形態におけるパイロット噴射制御処理の概略を述べれば、このパイロット噴射制御は、パイロット噴射の段数を所定値に固定する制御と、予め設定、記憶されているマップを用いてエンジン回転数と燃料噴射量とからパイロット噴射の段数を決定するいわばマップ制御とを、所定の条件に応じて使い分けるようにして、パイロット多段噴射を行うようにしたものである。

以下、図２を参照しつつ、具体的に説明する。
まず、電子制御ユニット１１による処理が開始されるとパイロット噴射を行うに際して、その直前までの燃料噴射量Ｑが予め定められた上限値Ｑmaxを越えているか否かが判定される（図２のステップＳ１００参照）。なお、図２においては、この処理を便宜的に、「噴射量上限チェック」と表記している。
電子制御ユニット１１においては、図２に示されたサブルーチン処理に対してメインルーチンとなる燃料噴射弁２−１〜２−ｎにおける燃料噴射制御のための所定のプログラムが実行されるようになっており、そのプログラムに実行において、燃料噴射量が把握されるようになっているので、ステップＳ１００における燃料噴射量は、そのデータを流用するようにすれば良い。

また、ここで、燃料噴射量Ｑの上限値Ｑmaxは、固定された値ではなく、エンジン回転数やエンジン冷却水の水温など、予め定められた条件に応じて、所定の演算式によって最適値が逐次算出されるものとなっており、いわば動的に決定される値となっている。

ステップＳ１００において、燃料噴射量Ｑが上限値Ｑmaxを越えていると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１０２の処理へ進む一方、燃料噴射量Ｑは上限値Ｑmaxを越えていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、後述するステップＳ１０４の処理へ進むこととなる。
ステップＳ１０２においては、パイロット噴射段数の固定制御が開始されることとなる。すなわち、電子制御ユニット１１の所定の記憶領域には、燃料噴射量Ｑが上限値Ｑmaxを越えた場合におけるパイロット多段噴射の段数が記憶されており、これ以後、その段数で燃料噴射弁２−１〜２−ｎによるパイロット多噴射が行われることとなる。
このように、電子制御ユニット１１の所定の記憶領域に記憶された上限値Ｑmaxを越えた燃料噴射量Ｑに対するパイロット多段噴射の段数との相関関係は、テーブルとして、本発明の実施の形態においては、電子制御ユニット１１の所定の記憶領域に記憶されたものとなっている。

一方、ステップＳ１０４においては、燃料噴射量Ｑが下限値Ｑminを下回っているか否かが判定される。ここで、燃料噴射量Ｑの下限値Ｑminは、動作の安定性確保等の観点から、先の上限値Ｑmaxに対するいわゆるヒステリシスとしての意義を有するものであり、その具体的な値は、個々の車両における動作の安定性の違い等を勘案して、実験結果やシュミレーション結果等に基づいて定められるのが好適である。
ステップＳ１０４において、燃料噴射量Ｑが下限値Ｑminを下回っていると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、先のステップＳ１０２で述べたパイロット多段噴射の段数固定制御が解除されることとなる（図２のステップＳ１０６参照）。

すなわち、これ以後、パイロット多段噴射の段数は、電子制御ユニット１１の所定の記憶領域に記憶されたマップに基づいて決定されることとなる。
図３には、本発明の実施の形態におけるパイロット段数を決定するためのマップの例が示されており、以下、同図について説明する。
図３に示されたマップは、エンジン回転数と燃料噴射量とからパイロット噴射段数が求められるものとなっており、マップの中の各々の数値は、パイロット噴射の段数である。このマップにおける各々の数値は、あくまでも一例であり、具体的な値は、ディーゼルエンジン１の規模や車体規模等を考慮しつつ、失火防止などの観点から、それぞれ個々に実験やシュミレーションなどの結果に基づいて適切な値が設定されるべきものである。

また、図３において、実線で示された曲線は、先の上限値Ｑmaxの変化例を、点線で示された曲線は、先の下限値Ｑminの変化例を、それぞれ示すものである。
同図を参照しつつ、先のステップＳ１０２について再度説明すれば、ステップＳ１０２の実行は、燃料噴射量Ｑが上限値Ｑmaxを越えたことが前提である。すなわち、図３に示された例で言えば、燃料噴射量Ｑが、燃料噴射量Ｑの上限値Ｑmaxを表す実線の曲線を越えたことが前提である。そして、この場合、パイロット噴射の段数は、「１」に固定されることとなる。図３においては、符号Ａが付された「１」の数値が、ステップＳ１０２の実行によって行われる固定制御におけるパイロット噴射の段数を表している。

したがって、パイロット噴射段数が、マップのみによって定まる従来の方式にあっては、例えば、図３を例に採れば、ある時点で、エンジン回転数がＮａ、燃料噴射量Ｑａである場合、パイロット噴射段数は、「２」が選択され、実行されることとなるが、その間に、エンジン回転数がＮｂに変化すると、パイロット噴射段数として「１」が選択され、パイロット噴射段数が切り換えられてしまうこととなる。しかし、アクセル（図示せず）が一時的に踏み込まれることなどによって、エンジン回転数が過渡的に増えるような場合にあっては、パイロット噴射段数の変化は、望ましくないことがあるが、従来方式にあっては、それを回避することができなかった。
例えば、図３に示されたマップにおいて、パイロット段数が「２」と「１」との境界付近で、エンジン回転数が過渡的に変化し、それに伴い、パイロット噴射段数が図３のマップにしたがって切り換えられた場合、一時的にディーゼルエンジン１の振動発生や、トルク変動が生じ、運転者に運転フィーリングや走行フィーリングの低下を想起させることがあった。

これに対して、本発明の実施の形態においては、上述の例のようなパイロット噴射段数の切り換えが生ずるようなマップのパイロット噴射段数の境界部分において、燃料噴射量Ｑが上限値Ｑmaxを越える場合には、所定のパイロット噴射段数に固定されるため、不用意なパイロット噴射段数の変化が回避され、安定したパイロット噴射がなされるものとなっている。

また、ステップＳ１０６が実行される場合、すなわち、図３に示された例で言えば、燃料噴射量Ｑが点線で示された曲線を下回った状態、換言すれば、燃料噴射量Ｑが下限値Ｑminを下回っている状態にあっては、その時々のエンジン回転数と燃料噴射量から図３に示されたマップにしたがって定まる段数でパイロット噴射が行われることとなる。

再び、図２の説明に戻れば、ステップＳ１０４において、燃料噴射量Ｑが下限値Ｑminを下回っていないと判定された場合（ＮＯの場合）、すなわち、換言すれば、燃料噴射量Ｑが下限値Ｑminを越えており、かつ、上限値Ｑmaxを下回っている場合には、直近に選択され段数でパイロット噴射が行われる状態が維持されることとなる。
すなわち、このサブルーチン処理は、図示されないメインルーチンで定められる所定の周期で繰り返し実行されるものであるが、直近におけるこのサブルーチン処理の実行の際、燃料噴射量Ｑが上限値Ｑmaxを越えており、次のサブルーチン処理の際には、燃料噴射量Ｑが上限値Ｑmaxを下回り、かつ、下限値Ｑminを上回っており、ステップＳ１０４においてＮＯと判定された場合には、固定制御（図２のステップＳ１０２参照）が維持されることとなる。

一方、例えば、直近におけるこのサブルーチン処理の実行の際、燃料噴射量Ｑが下限値Ｑminを下回り、パイロット段数の固定制御が解除（図２のステップｓ１０６参照）された状態にあって、次のサブルーチン処理の際には、燃料噴射量Ｑが下限値Ｑminを下回っていないと判定（図２のステップＳ１０４参照）された場合には、パイロット段数の固定制御が解除された状態、換言すれば、マップに基づくパイロット段数の制御が行われる状態に維持されることとなる。
このように、燃料噴射量が所定以下においては、マップに基づくパイロット段数の制御を行うことで、例えば、失火などの特定の状態を考慮したパイロット噴射段数の設定を所望の箇所（特異点）に行うことができ、固定制御では対処できない特異点における円滑な噴射制御が実現できるものとなっている。

なお、上述の構成例においては、コモンレール式燃料噴射制御装置におけるパイロット噴射制御について説明したが、燃料噴射制御装置の構成は、コモンレール式に限定される必要はなく、本発明は、他の構成の燃料噴射制御装置にも同様に適用できるものである。

本発明の実施の形態における燃料噴射制御装置の構成例を示す構成図である。 図１に示された燃料噴射制御装置における電子制御ユニットによって実行されるパイロット噴射制御処理の手順を示すザブルーチンフローチャートである。 エンジン回転数と燃料噴射量とからパイロット噴射段数を決定するマップの一例を説明する説明図である。

符号の説明

１…ディーゼルエンジン
２−１〜２−ｎ…燃料噴射弁
３…コモンレール
４…高圧ポンプ
５…フィードポンプ
６…燃料タンク
１１…電子制御ユニット

Claims (4)

1. 燃料噴射弁による燃料のメイン噴射に先だって行われるパイロット噴射の実行を制御するパイロット噴射制御方法であって、
   燃料噴射量が所定の上限値を超えた場合には、予め定められた段数でパイロット多段噴射を行う一方、燃料噴射量が所定の下限値を下回る場合には、エンジン回転数と燃料噴射量とからパイロット噴射の段数を定める所定のマップによって求められる段数でパイロット多段噴射を行うことを特徴とするパイロット噴射制御方法。
2. 所定の上限値は、少なくともエンジン回転数とエンジン冷却水の温度に基づいて逐次設定されるものであることを特徴とする請求項１記載のパイロット噴射制御方法。
3. 複数の燃料噴射弁を有すると共に、当該燃料噴射弁の動作を制御する電子制御ユニットを有し、前記燃料噴射弁による燃料のメイン噴射及びパイロット噴射を可能に構成されてなる燃料噴射制御装置であって、
   前記電子制御ユニットは、
   外部からエンジン回転数とエンジン冷却水の水温が入力される一方、
   前記燃料噴射弁によるパイロット噴射の際に、その直前までの燃料噴射量が所定の上限値を超えているか否かを判定し、燃料噴射量が所定の上限値を超えていると判定された場合には、予め定められた段数でパイロット多段噴射を行う一方、燃料噴射量が所定の上限値を超えていないと判定された場合には、燃料噴射量が所定の下限値を下回るか否かを判定し、燃料噴射量が所定の下限値を下回ると判定された場合には、エンジン回転数と燃料噴射量とからパイロット噴射の段数を定める予め記憶された所定のマップによってパイロット噴射の段数を決定し、、当該決定された段数でパイロット多段噴射を行うよう構成されてなることを特徴とする燃料噴射制御装置。
4. 電子制御ユニットは、所定の上限値を、少なくともエンジン回転数とエンジン冷却水の温度に基づいて逐次設定するよう構成されてなるものであることを特徴とする請求項３記載の燃料噴射制御装置。
   
   

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