JP4560979B2 - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4560979B2 JP4560979B2 JP2001102184A JP2001102184A JP4560979B2 JP 4560979 B2 JP4560979 B2 JP 4560979B2 JP 2001102184 A JP2001102184 A JP 2001102184A JP 2001102184 A JP2001102184 A JP 2001102184A JP 4560979 B2 JP4560979 B2 JP 4560979B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- injection
- post
- fuel
- timing
- oxygen concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、自動車用の直噴式ディーゼルエンジンにおいては、吸気行程で燃焼室内にエアを吸入し、圧縮行程でこのエアを圧縮して高温・高圧状態にし、圧縮行程上死点付近で燃料噴射弁からこのエア中に燃料を噴射するようにしている。そして、この燃料は、高温・高圧のエア中で自己着火して燃焼する。かかるディーゼルエンジンでは、普通、燃焼室内へはほぼ一定量(最大限)のエアが吸入され、燃料噴射弁からの燃料噴射量を増減させることによりエンジン出力を制御するようにしているので、エア過剰状態であることが多い。
【0003】
ところで、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、NOx(窒素酸化物)、CO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)等の大気汚染物質が含まれているので、これらを浄化するため、排気通路には排気ガス浄化触媒が設けられる。
かかる排気ガス浄化触媒は、その温度が低いと十分な浄化力を発揮しない。しかしながら、ディーゼルエンジンでは、多くはエア過剰状態であるので、排気ガス温度が比較的低いことが多く(とくに、冷間始動時)、排気ガス浄化触媒の浄化力が充分でないときもある。そこで、燃料噴射を、圧縮行程上死点付近で実行される主噴射と、主噴射後の膨張行程で実行される後噴射とに分けて行い、後噴射によって噴射された燃料の燃焼熱により排気ガス温度、ひいては排気ガス浄化触媒の温度を高めるようにしたディーゼルエンジンが提案されている(例えば、特開2000−170585号公報参照)。
【0004】
しかしながら、このように後噴射を行う場合、後噴射の態様(噴射時期、噴射量等)が適切でないと、煤あるいはHCの発生量が増加し、ひいては燃費性能が低下するといった問題が生じる。そこで、前記特開2000−170585号公報に開示されたディーゼルエンジンでは、後噴射時期を圧縮上死点後10〜20°CAに設定することにより、煤の発生を防止するとともに燃費性能の低下を抑制するようにしている。また、排気ガス浄化触媒上流における排気ガス中の酸素濃度に応じて後噴射燃料量をフィードバック制御し、後噴射燃料量のばらつきを抑制するようにしたディーゼルエンジンも提案されている(例えば、特開平10−205384号公報、特開平10−252544号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
かくして、本願発明者は、実験により、主噴射後の膨張行程において、主噴射燃料の燃焼が終了する時期(すなわち、該燃料の燃焼により発生する熱がほぼ0となる時期)付近で後噴射を実行すれば、煤及びHCの発生量を大幅に低減することができるといった事実を見出した。しかしながら、主噴射燃料の燃焼が終了する時期は、自動車ないしはエンジンの運転状態や、噴射弁等の経年劣化に応じて変化する。したがって、実際問題としては、主噴射燃料の燃焼が終了する時期に精度よく後噴射時期を設定するのは容易でないといった問題がある。
【0006】
このため、主噴射燃料の燃焼が終了する時期を容易かつ迅速に検出ないしは判定することができ、かかる適切な時期に後噴射を実行することができ、煤及びHCの発生量を大幅に低減することができるディーゼルエンジンの燃料噴射装置が求められている。
また、一般に、燃料噴射弁ないしはその制御装置の経年劣化、故障等により、後段噴射時期が異常となることがある。しかしながら、ユーザ側の日常点検でこのような異常を発見することは極めて困難である。このため、後噴射時期の異常をユーザ側で容易に発見することができる燃料噴射装置も求められている。
【0007】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、主噴射燃料の燃焼が終了する時期を容易かつ迅速に検出ないしは判定することができ、この時期付近で後噴射を実行することができ、煤及びHCの発生量を大幅に低減することができるディーゼルエンジンの燃料噴射装置を提供することを解決すべき課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた、本発明にかかるディーゼルエンジンの燃料噴射装置は、(i)燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、(ii)圧縮行程上死点付近で燃料噴射弁に燃料を噴射させて主噴射(多段噴射を含む)を実行する主噴射手段と、(iii)主噴射後において膨張行程の所定期間内(ないしは、主噴射から膨張行程の間の所定の期間)で、主噴射により噴射された燃料(以下、「主噴射燃料」という。)の燃焼(拡散燃焼)が終了する時期(以下、「主噴射燃焼終了時期」という。)に基づいて燃料噴射弁に燃料を噴射させて後噴射(多段噴射を含む)を実行する後噴射手段とを備えているディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、(iv)排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段が設けられていて、(v)後噴射手段が、酸素濃度検出手段によって検出される少なくとも前回の燃焼による排気ガス中の酸素濃度に基づいて、前回の主噴射燃料の燃焼時期に対する後噴射時期(すなわち、熱発生率がほぼ0以下となる時期)を判定(ないしは検出)し、該判定に基づいて今回の後噴射を実行することを特徴とするものである。
【0009】
このディーゼルエンジンの燃料噴射装置では、後噴射手段が、酸素濃度検出手段によって検出される少なくとも前回の燃焼による排気ガス中の酸素濃度に基づいて、前回の主噴射燃料の燃焼時期に対する後噴射時期を判定する。したがって、主噴射燃焼終了時期を容易かつ迅速に検出ないしは判定することができる。そして、後噴射手段は、この判定に基づいて今回の後噴射を実行する。このため、後噴射時期を、主噴射燃焼終了時期付近に精度よく設定して後噴射を実行することができ、煤及びHCの発生量を大幅に低減することができる。
【0010】
上記ディーゼルエンジンの燃料噴射装置においては、後噴射手段が、少なくとも前回の燃焼による排気ガス中の酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度に基づいて、酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が所定値以下となるよう、今回の後噴射時期を補正するのが好ましい。このようにすれば、後噴射時期を、主噴射燃焼終了時期付近により精度よく設定することができる。
【0011】
上記ディーゼルエンジンの燃料噴射装置においては、後噴射手段が、少なくとも前回の燃焼による排気ガス中の酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度が所定値以上の場合に、今回の後噴射時期を進角側に補正するのが好ましい。
上記ディーゼルエンジンの燃料噴射装置においては、酸素濃度が所定値以下とならない場合であっても、後噴射時期の補正量は所定の範囲を超えないように設定されるのも好ましい。
上記ディーゼルエンジンの燃料噴射装置においては、酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が上記所定値より大きい値である第2の所定値以上あり、かつ、それが連続して検出される場合に後噴射の異常と判断する異常診断手段を備えているのも好ましい。
上記ディーゼルエンジンの燃料噴射装置においては、後噴射時期の補正量が所定の範囲を超えて設定されても酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が所定値以下とならない場合、後噴射の異常と判断する異常診断手段を備えているのも好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
図1は、本発明にかかる燃料噴射装置を備えた自動車用ディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」という。)の構成を示している。図1に示すように、このエンジンの本体部1(以下、「エンジン本体1」という。)は、複数の気筒2(1つのみ図示)を有し、各気筒2内にはそれぞれピストン3が往復動可能に嵌挿されている。そして、ピストン3の上面によって気筒2内に燃焼室4が画成されている。また、燃焼室4の天井面のほぼ中央部には燃料噴射弁5が配設され、この燃料噴射弁5から燃焼室4内に所定のタイミングで燃料が直接噴射されるようになっている。さらに、エンジン本体1のウォータジャケット(図示せず)に臨んで、エンジンの冷却水温度(エンジン温度)を検出する水温センサ18が設けられている。
【0017】
各燃料噴射弁5は、高圧の燃料を蓄えるコモンレール6に接続されている。このコモンレール6には、その内部の燃料圧(コモンレール圧)を検出する圧力センサ6aが配設されるとともに、クランク軸7によって駆動される高圧燃料供給ポンプ8が接続されている。高圧燃料供給ポンプ8は、燃料の供給圧力を制御することにより、圧力センサ6aによって検出されたコモンレール6内の燃料圧を、例えばアイドル運転時にはおよそ20MPa以上に保持し、その以外の運転時にはおよそ50MPa以上に保持するようになっている。
【0018】
また、クランク軸7には、その回転角度を検出するクランク角センサ9が設けられている。このクランク角センサ9は、詳しくは図示していないが、クランク軸7の端部に設けられた被検出プレートと、その外周部に対向するように配設された電磁ピックアップとからなり、電磁ピックアップが被検出プレートの外周部に形成された突起部の通過を検出してパルス信号を出力するようになっている。
【0019】
エンジン本体1に接続された吸気通路10の下流端は、サージタンク(図示せず)を介して各気筒2ごとに分岐し、この分岐部がそれぞれ吸気ポートを介して各気筒2の燃焼室4に接続されている。また、サージタンクには、各気筒2内に供給される吸気の圧力を検出する吸気圧センサ10aが設けられている。
【0020】
吸気通路10には、吸気流れ方向にみて上流側から順に、エンジン本体1内に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ11と、後で説明するタービン21によって駆動され吸気を圧縮するブロワ12と、このブロワ12によって圧縮されて高温化した空気を冷却するインタークーラー13と、吸気の流通面積を変化させる吸気絞り弁14とが設けられている。
【0021】
吸気絞り弁14は、全閉状態でも吸気が流通できるように切欠きが設けられたバタフライバルブからなる。この吸気絞り弁14は、後で説明するEGR弁24と同様に、負圧制御用の電磁弁16によってダイヤフラム式のアクチュエータ15に作用する負圧の大きさに応じて、弁開度が変更される。また、吸気絞り弁14の設置部には、その弁開度を検出するセンサ(図示せず)が設けられている。
【0022】
エンジン本体1に接続された排気通路20の上流端は、各気筒2ごとに分岐し、この分岐部がそれぞれ排気ポートを介して各気筒2の燃焼室4に接続されている。排気通路20には、排気流れ方向にみて上流側から順に、排気ガス中のO2濃度を検出するリニアO2センサ17と、排気ガス流により回転駆動されるタービン21と、排気ガス中のNOx等の大気汚染物質を浄化する排気浄化装置22と、この排気浄化装置22を通過した排気ガス中のNOx濃度を検出するNOxセンサ19とが配設されている。この排気浄化装置22は、O2過剰雰囲気でNOxを吸収する一方、O2濃度の低下によりこのNOxを放出するNOx吸収材を備えたNOxトラップ触媒(NOx吸収触媒)を用いている。
【0023】
このNOxトラップ触媒は、触媒成分であるPtと、NOx吸収材であるBaと、担体であるAl2O3とを含んでいる。ここで、Baは排気ガス中のO2含有率が比較的高いとき(リーンなとき)は、排気ガス中のNOx(NO、NO2)を吸収する。なお、Baは、Ba(NO3)2の形態でNOxを吸収することが多い。他方、Baは、排気ガス中のO2含有率が低いとき(リッチなとき)は、吸収しているNOxを、排気ガス中にNOあるいはNO2の形態で放出する。
そして、このときPtは、排気ガス中のHCを還元剤として利用して、NOxを無害のN2に還元・浄化する。
なお、NOxトラップ触媒以外のNOx浄化触媒、あるいはその他の排気ガス浄化触媒を用いてもよいのはもちろんである。
【0024】
NOxトラップ触媒を用いた排気浄化装置22は、詳しくは図示していないが、排気の流れ方向に沿って互いに平行に延びる多数の小径の孔部(貫通孔)を有するハニカム構造に形成されたコージェライト製の担体を備え、その各貫通孔壁面にNOxトラップ触媒層を形成したものである。具体的には、前記のNOxトラップ触媒を含む触媒層が、多孔質材であるMFI型ゼオライト(ZSM5)等の担体に担持されている。そして、排気ガスは、担体に形成された多数の孔部内を流通する。このため、排気ガスに含まれる煤(スモーク)の量が多いと、該孔部が目詰まりを起こすおそれがある。しかしながら、このエンジンでは、後で説明するように、後噴射により煤の発生量が低減されているので、このような不具合は生じない。
【0025】
吸気通路10に配設されたブロワ12と排気通路20に配設されたタービン21とを備えたターボ過給機25は、排気通路20のノズル断面積を変化させることができるバリアブルジオメトリーターボ(VGT)である。このターボ過給機25には、そのノズル断面積を変化させるためのダイヤフラム式のアクチュエータ30と、このアクチュエータ30の負圧を制御するための電磁弁31とが設けられている。
【0026】
タービン21の上流側において排気通路20には、排気ガスの一部をEGRとして吸気通路10に還流させるための排気還流通路23(以下、「EGR通路23」という。)が接続されている。、そして、EGR通路23の下流端は、吸気絞り弁14の下流側において吸気通路10に接続されている。EGR通路23の下流側部分には、弁開度が調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁24(以下、「EGR弁24」という。)が配設され、このEGR弁24とEGR通路23とにより排気ガス還流手段33が構成されている。なお、排気ガス還流手段33は、主として、燃料の燃焼温度を低下させてNOx発生量を低減するために設けられている。
【0027】
EGR弁24は、詳しくは図示していないが、弁本体がスプリングによって閉弁方向に付勢されるとともに、ダイヤフラム式のアクチュエータ24aにより開弁方向に駆動され、これによりEGR通路23の開度をリニアに調節する。アクチュエータ24aには負圧通路27が接続され、この負圧通路27は負圧制御用の電磁弁28を介してバキュームポンプ29(負圧源)に接続されている。そして、電磁弁28は、負圧通路27を連通させ又は遮断することによりEGR弁駆動用の負圧を調節し、これによりEGR弁24が開閉駆動される。また、EGR弁24の設置部には、その弁本体の位置を検出するリフトセンサ26が設けられている。
【0028】
燃料噴射弁5、高圧燃料供給ポンプ8、吸気絞り弁14、EGR弁24、ターボ過給機25等は、後で説明するエンジンコントロールユニット35(以下、「ECU35」という。)から出力される制御信号に応じて、その作動状態が制御される。また、ECU35には、圧力センサ6aの出力信号と、クランク角センサ9の出力信号と、エアフローセンサ11の出力信号と、水温センサ18の出力信号と、運転者によって操作されるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ32の出力信号とが入力される。
【0029】
ECU35は、活性状態判定手段37と、排気還流制御手段39と、主噴射制御手段40と、後噴射制御手段41とを備えている。ここで、活性状態判定手段37は、排気浄化装置22(NOxトラップ触媒)が活性状態にあるか否かを判定する。排気還流制御手段39は、エンジンの運転状態に応じてEGR弁24を駆動して、排気還流量を制御する。
【0030】
主噴射制御手段40(主噴射手段)は、エンジンの運転状態に応じて、圧縮行程上死点付近で燃料噴射弁5から主噴射により噴射される燃料(主噴射燃料)の噴射状態を制御する。後噴射制御手段41(後噴射手段)は、燃料の主噴射時期から膨張行程までの間の所定時期(主噴射後における膨張行程の所定期間内)に、主噴射燃焼終了時期(ないしは、拡散燃焼終了時期)に基づいて、燃料噴射弁5から後噴射により噴射される燃料(後噴射燃料)の噴射状態を制御する。なお、後で説明するように、後噴射制御手段41は、O2センサ17によって検出されるO2濃度に基づいて、主噴射燃焼終了時期を検出・判定し、該判定に基づいて後噴射を実行する。
【0031】
燃焼室4内からのRawNOxの排出量が多い運転状態、例えばエンジンが中負荷・中回転以上の運転状態にある場合、あるいは排気浄化装置22(NOxトラップ触媒)が不活性状態にある場合等においては、後噴射は、主噴射後においてATDC(圧縮上死点後)30°〜60°CA(クランク角)の範囲内における所定時期に行われる。これにより、大気中へのNOxの放出が抑制(制御)される。
【0032】
このエンジンにおいては、主噴射後の所定時期に後噴射を行うことにより、主噴射により発生した煤を低減することができる。この場合、燃焼室4から排出される煤の量が多くなる傾向にある運転状態では、主噴射による燃料の拡散燃焼が終了した時点を基準にして設定された所定時期(エンジン回転数が1500rpm以上の運転状態では、ATDC30°〜60°CAの時期)に後噴射が行われ、これにより煤の排出量が低減される。なお、上記の煤の排出量が多い運転状態としては、例えば、エンジン負荷が中負荷以上の運転状態、エンジン回転数が2000rpm程度の中回転数以上の運転状態、あるいは排気通路20にディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)が設置されている場合においてDPFが300°以下の低温状態にあり、その浄化機能が低い場合などがあげられる。
【0033】
なお、主噴射とは、要求出力に相当する噴射量、あるいはそれ以上の噴射量でもって、吸気行程から膨張行程初期の所定時期に行われる噴射である。この主噴射により燃料の全部又は一部の拡散燃焼が行われる場合は、煤が発生するため、後噴射は、煤を低減するために行われる。この場合、圧縮行程上死点付近から膨張行程初期にかけての所期時期に主噴射を行えば、軽負荷の場合を除き、全ての燃料について拡散燃焼が行われる。他方、軽負荷の場合には、一部の燃料について予混合燃焼が行われ、残りの燃料について拡散燃焼が行われる。
【0034】
また、主噴射を、吸気行程から圧縮行程上死点より前にかけて行うと、予混合燃焼が主体となり、この燃焼の場合、煤はほとんど発生しない。ただし、燃焼室壁面に付着した燃料が、圧縮行程上死点付近で着火して拡散燃焼が行われ、煤を発生させる場合もある。しかしながら、このような場合でも、後噴射により煤を低減することができる。なお、これには、主噴射が、吸気行程から圧縮上死点までの所定時期と、圧縮上死点付近から膨張行程初期までの所定時期との少なくとも2回に分けて行われる場合も含まれる。
【0035】
以下、このエンジンにおける燃料噴射制御の制御手法を説明する。まず、図2に示すフローチャートを参照しつつ、この燃料噴射制御における基本制御の制御手法を説明する。
図2に示すように、この燃料噴射制御においては、まずステップS1で各センサの検出データが入力される。続いて、ステップS2で、エンジンの要求トルクに対応する主噴射における燃料噴射量QM及び主噴射時期IMが、予め設定されたマップから読み出されて設定される。この後、ステップS3で、エンジンが定常運転状態にあるか否かが判定される。
【0036】
ステップS3でエンジンが定常状態にあると判定された場合は(YES)、ステップS4で、ECU35に設けられた活性状態判定手段37により、排気浄化装置22(NOxトラップ触媒)が所定温度以上の活性状態にあるか否かが判定される。ここで、排気浄化装置22が活性状態にあると判定されれば(YES)、ステップS5で、エンジン負荷が中負荷以上であるか否かが判定される。そして、エンジン負荷が中負荷以上でないと判定されれば(NO)、ステップS6で、エンジン回転数が中回転以上であるか否かが判定される。
【0037】
かくして、ステップS4で排気浄化装置22(NOxトラップ触媒)が活性状態でない(不活性状態である)と判定された場合(NO)、ステップS5でエンジン負荷が中負荷以上であると判定された場合(YES)、又はステップS6でエンジン回転数が中回転以上であると判定された場合は(YES)、ステップS7で、予め設定されたマップからエンジンの運転状態に対応する後噴射における燃料噴射量QF及び後噴射時期IFが読み出されて設定される。これにより、主噴射後におけるATDC30°〜60°CAの範囲内の所定時期に、後噴射時期が設定される。この後、ステップS8で、燃料の噴射制御が実行される。
【0038】
このように、例えば主噴射後のATDC30°〜60°CAの範囲内で後噴射を行う場合、主噴射により燃焼室4内に噴射された燃料(主噴射燃料)が予混合燃焼した後に生じる拡散燃焼が終了した時点(以下、「拡散燃焼終了時期」という。)で、後噴射により燃焼室4内に噴射された燃料(後噴射燃料)の燃焼が行われる。このため、拡散燃焼終了時期に燃焼室4内に存在する煤と酸素との混合が促進される。このように、着火し易い状態で、後噴射燃料が噴射されてその燃焼が始まるため、煤の発生を低減することができる。
【0039】
ここで、拡散燃焼終了時期について詳細に説明する。拡散燃焼の態様は熱発生率に基づいて求められる。例えば、書籍「内燃機関講義(株式会社養賢堂出版、長尾不二夫著)」によれば、熱発生率は、次の式1で表される。
【0040】
【0041】
例えば、小野測器株式会社製の燃料解析装置CB566のマニュアル書によれば、比熱比Kθは、次の式2〜式5で表される。
【0042】
式2〜式5によれば、式1で表される熱発生率dQ/dθは、筒内圧力Pθと行程容積Vθとを独立変数とする関数f(Pθ,Vθ)となる。また、行程容積Vθを、ボア径B及びストロークSに基づいて表すと、次の式6のようになる。
Vθ=(π・B2・S/8)・(1−cosθ)………………………式6
したがって、熱発生率dQ/dθは、次の式7で表される。
dQ/dθ=[f(Pθ+Δθ,Vθ+Δθ)−f(Pθ,Vθ)]/Δθ……式7
よって、クランク角毎の筒内圧力データがあれば、これに基づいて熱発生率を計算することができる。
【0043】
図3(a)〜(c)に、それぞれ、ニードルリフトパターン(燃料噴射量)が互いに異なる3つのケースについて、このようにして求めた熱発生率の経時変化をグラフで示す。図3(a)〜(c)に示すように、主噴射燃料の燃焼に伴って熱発生率が正方向に大きな値を示した後、拡散燃焼の終了に伴って熱発生率が0となる。このため、熱発生率がほぼ0となる時点t1に基づき、拡散燃焼終了時期を求めることができる。なお、図3(a)〜(c)において、A1〜A3(破線)は、それぞれ、後噴射燃料の燃焼による熱発生率(F/UPによる熱発生)を示している。
【0044】
この実施の形態では、このようにして予め求められた時点t1の近傍で後噴射燃料の燃焼が開始されるよう、後噴射時期が設定されている。この後噴射時期は、運転状態に基づいて予め設定された着火遅れ時間τF(例えば、0.4〜0.7msの間)を考慮して、t1よりもこの着火遅れ時間τF分だけ早く設定されている。着火遅れ時間τFは、エンジン排気量、燃料噴射圧力にもよるが、1000〜3000ccクラスのエンジンにおいて、噴射圧力が50〜200MPaの場合は、0.4〜0.7ms程度となる(運転状態によりまちまちである)。
【0045】
なお、この後噴射燃料の着火遅れ時間τFは、圧縮行程上死点付近で行われる主噴射の着火遅れ時間τmain(約0.1(高回転時)〜0.3ms(低回転時))よりも長いが、これは後噴射が圧縮上死点後の筒内温度が比較的低い温度の時に行われるからである。
また、燃料噴射弁5への噴射駆動信号は、着火遅れ時間τF、τmainに加えて、さらに噴射弁開閉信号から実際に噴射の開始・終了が起こる間の無効時間(駆動遅れ時間)も考慮されて、ECUに記憶されている。
【0046】
拡散燃焼終了時期は、エンジンの運転状態に応じて変化し、エンジン負荷あるいは回転数が上昇するほど、拡散燃焼終了時期が遅くなる傾向がある。例えば、エンジン回転数が2000rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.57MPaに制御される中負荷・中回転時に、クランク角に対応するシリンダ内の圧力変化と、シリンダの容積変化とに基づき、燃焼室4内の熱発生率を熱力学的に計算してグラフ化すると、図3(b)に示すようになる。この場合、、ピストンの圧縮上死点近傍で噴射された主噴射燃料の予混合燃焼による熱発生Yと、これとほぼ同程度の拡散燃焼による熱発生Kとが生じる。そして、ATDC35°CA程度より約0.5ms遅れた時点t1で、拡散燃焼が終了することが確認されている。
【0047】
これに対して、例えば、エンジン回転数が2500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.9MPaに制御される高負荷・高回転時には、図3(c)に示すように、主噴射燃料の予混合燃焼による熱発生Yに比べて、かなりの長期間にわたって拡散燃焼による熱発生Kが生じる。この場合、拡散燃焼は、ATDC47°CA程度より約0.7ms遅れた、かなり遅い時点t1で終了することが確認されている。
【0048】
なお、例えば、エンジン回転数が1500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.3MPaに制御される低負荷・低回転時には、図3(a)に示すように、主噴射燃料の予混合燃焼と拡散燃焼とを熱発生状態によって区別することは困難である。この場合、ATDC30°CA程度より約0.6ms遅れた、比較的に早い時点t1で燃焼が終了することが確認されている。
【0049】
次に、拡散燃焼終了時期付近で後噴射を開始することによる煤の低減効果について説明する。
図4(a)に、エンジン回転数が1500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.3MPaに制御されたエンジンの低負荷・低回転時において、主噴射後に後噴射時期を種々変化させて煤の発生量を測定した結果を示す。図4(a)に示すように、後噴射時期を、主噴射後においてATDC30°CA以降に設定した場合、煤の発生量が顕著に低減される。
【0050】
図4(b)に、エンジン回転数が2000rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.57MPaに制御された中負荷・中回転時において、主噴射後に後噴射時期を種々変化させて煤の発生量を測定した結果を示す。図4(b)に示すように、後噴射時期を、主噴射後においてATDC35°CA以降に設定した場合、煤の発生量が顕著に低減される。
【0051】
図4(c)に、エンジン回転数が2500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.9MPaに制御された高負荷・高回転時において、主噴射後に後噴射時期を種々変化させて煤の発生量を測定した結果を示す。図4(c)に示すように、後噴射時期を、主噴射後においてATDC47°以降に設定した場合、煤の発生量が顕著に低減される。なお、上記測定では、エンジン負荷を一定に設定するとともに、主噴射燃料量に対する後噴射燃料量の比率を20%に設定している。
図4(a)〜図4(c)において、縦軸のSは、後噴射を行わない場合の煤発生量(以下、「基準値」という。)を示している。なお、後で説明するHC量(図5)、燃費率(図6)、NOx量(図7)の場合も同様である。
【0052】
図8(a)中の実線のグラフは、エンジン回転数が1500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.3MPaに制御された低負荷・低回転時に、主噴射燃料の拡散燃焼終了時点の近傍よりも着火遅れ分だけ進角した時点であると考えられるATDC30°CAの時点で後噴射を行った場合において、主噴射燃料量に対する後噴射燃料量の比率(以下、「後噴射割合」という。)を10〜45%の範囲内で種々変化させて煤の発生量を測定した結果を示す。図8(a)中に実線で示すように、後噴射割合の増加に伴って煤発生量が減少する。これに対して、図8(a)中に破線で示すように、拡散燃焼終了時期より前であると考えられるATDC8°CAの時点で後噴射を行った場合は、後噴射量割合の増大に伴って煤発生量が増加する。
【0053】
図8(b)に、エンジン回転数が2000rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.57MPaに制御された中負荷・中回転時において、拡散燃焼終了時点の近傍よりも着火遅れ分だけ進角した時点であると考えられるATDC35°CAの時点と、拡散燃焼終了時期より前であると考えられるATDC20°CAの時点とで後噴射を行って、図8(a)の場合と同様に煤の発生量を測定した結果を示す。
【0054】
図8(c)に、エンジン回転数が2500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.9MPaに制御された高負荷・高回転時において、拡散燃焼終了時期の近傍よりも着火遅れ分だけ進角した時点であると考えられるATDC48°CAの時点と、拡散燃焼終了時期より前であると考えられるATDC20°CAの時点とで後噴射を行って、図8(a)の場合と同様に煤の発生量を測定した結果を示す。
図8(b)、(c)から明らかなとおり、図8(a)に示す低負荷・低回転時の場合と同傾向の結果が得られている。
【0055】
上記測定結果によれば、主噴射燃料の拡散燃焼終了時期を基準にして後噴射時期を設定し、拡散燃焼終了時期又はその前後近傍で後噴射燃料が着火するようにすれば、燃焼室4内に存在する炭素と酸素とが充分に混合された状態で後噴射が行われ、炭素が効果的に燃焼させられ、燃焼室4内から排気通路20への煤の排出量が低減されることがわかる。
【0056】
拡散燃焼終了時期は、エンジン負荷あるいはエンジン回転数等に応じて変化する。このため、例えば図3(a)〜図3(c)に示すような、拡散燃焼による熱発生率が0となる時点t1を、それぞれエンジンの運転状態が異なる種々の実験データに基づいてマップ化し、このマップからを読み出すことにより設定することができる。
【0057】
また、燃焼室4内の温度を検出する温度センサの検出信号、燃焼光センサの検出信号、あるいは燃焼室4内に存在する電荷が偏った反応性の高い水素や炭化水素等の量を検出するセンサの検出信号等に基づいて拡散燃焼状態を判別する燃焼状態判別手段を設けてもよい。この場合、燃焼状態判別手段により、主噴射後の温度が所定温度以下の低温となった否か、燃焼光の発光ががなくなったか否か、あるいは水素や炭化水素の量が急減したか否か等を判別することにより、拡散燃焼終了時期を求め、これを基準にして次の燃焼サイクルでの後噴射時期を設定するようにしてもよい。さらに、温度センサによって検出された気筒内温度から断熱膨張温度を減算した値の微分値を求め、この微分値が−の値から0になった時点を検出することにより、拡散燃焼終了時期を判別するようにしてもよい。
【0058】
このように、エンジンの運転状態に基づいて判別された拡散燃焼終了時期に基づいて、この拡散燃焼終了時期付近(クランク角で±5°以内)の時期、好ましくは拡散燃焼終了直後に後噴射燃料の燃焼が開始されるように、それぞれの運転状態に応じて燃料の後噴射の開始時期を設定すれば、エンジンの運転状態に応じて最適時期に後噴射を行うことができ、煤の排出量を効果的に低減することができる。
【0059】
以下、このエンジンの燃料噴射制御によるNOx低減効果について説明する。
図5(a)に、エンジン回転数が1500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.3MPaに制御された低負荷・低回転時において、主噴射後のATDC2.5〜50°CAの範囲内で後噴射時期を種々変化させてHC量を測定した結果を示す。図5(a)に示すように、後噴射時期を、主噴射後のATDC30°CA以降に設定した場合、HC量が顕著に増加する。
【0060】
図5(b)に、エンジン回転数が2000rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.57MPaに制御された中負荷・中回転時において、後噴射時期を種々変化させてHC量を測定した結果を示す。図5(b)に示すように、後噴射時期を、主噴射後のATDC35°CA以降に設定した場合、HC量が顕著に増加する。
【0061】
図5(c)に、エンジン回転数が2500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.9MPaに制御された高負荷・高回転時において、後噴射時期を種々変化させてHC量を測定した結果を示す。図5(c)に示すように、後燃料時期を、主噴射後のATDC45°CA以降に設定した場合、HC量が顕著に増加する。上記測定では、エンジン負荷を一定に制御するとともに、主噴射燃料量に対する後噴射燃料量の比率をそれぞれ20%に設定している。
なお、図5(a)〜図5(c)において、縦軸のSは、HC量の基準値を示している。
【0062】
上記測定結果によれば、主噴射後のATDC30°CA以降に後噴射を行った場合、HC量が増加してNOxの還元剤となる電荷が偏った反応性の高い水素や炭化水素量が増加し、燃焼室4内から排気通路20へのRawNOxの排出量を低減することができることがわかる。
【0063】
図6(a)〜図6(c)に、それぞれ、低負荷・低回転時と、中負荷・中回転時と、高負荷・高回転時とにおいて、後噴射時期を種々変化させて燃費率(燃料消費率)を測定した結果を示す。なお、図6(a)〜図6(c)において、縦軸のSは、燃費率の基準値を示している。図6(a)〜図6(c)に示すように、後噴射時期が遅くなるほど燃費率が悪化することがわかる。これは、後噴射時期を遅くするほど、後噴射燃料がエンジン出力の向上に寄与しなくなるからである。したがって、燃費が悪化するのを防止するには、後噴射時期を、主噴射後のATDC60°CA以前に設定するのが好ましい。かくして、例えば、主噴射後のATDC30〜60°CAの範囲内における所定時期に後噴射を行うことにより、燃費性能を悪化させることなく、大気中へのNOxの放出を効果的に防止して排気ガスを浄化できる。
【0064】
図7(a)〜図7(c)に、それぞれ、低負荷・低回転時と、中負荷・中回転時と、高負荷・高回転時とにおいて、後噴射時期を種々変化させてNOx排出量を測定した結果を示す。なお、図7(a)〜図7(c)において、縦軸のSは、NOx排出量の基準値を示している。図7(a)〜図7(c)に示すように、主噴射後のATDC30〜60°CAの範囲内における所定時期に後噴射を行うことにより、燃費を悪化させることなく、大気中へのNOxの放出を効果的に防止して排気ガスを浄化することができる。上記測定では、排気還流率は一定となるように制御されている。排気還流制御手段39による排気ガスの還流制御が実行されると、後噴射によって生じる排圧上昇によるEGR効果によりRawNOxの発生量が変化し、後噴射によるRawNOxの低減効果を正確に確認することが困難となるからである。
【0065】
なお、後噴射時期を、クランク角に応じて設定するのではなく、タイマに基づいて設定される時間に応じて設定してもよい。この場合、主噴射後において圧縮上死点後の1.2〜4msの範囲内における所定時期に後噴射を行うことにより、燃費を悪化させることなく、大気中へのNOxの放出を効果的に防止することができる。
【0066】
このように、このエンジンの燃料噴射制御によれば、煤の発生量の低減と、NOxの発生量の低減とを両立させるでき、かつ後噴射時期を主噴射後の拡散燃焼終了時期を基準にして設定して燃費性能を向上させることができる。例えば、エンジン回転数が1500rpmで低負荷の場合は、拡散燃焼終了時期はATDC30°CAより約0.5ms遅れた時点である。したがって、煤の発生量及びNOxの発生量を低減するには、後噴射時期を、ATDC30°CA付近、例えばATDC27〜35°CAに設定すればよく、最適な時期はATDC30°CAである。
【0067】
エンジン回転数が2000rpmで中負荷の場合は、拡散燃焼終了時期はATDC35°CAより約0.5ms遅れた時点である。したがって、後噴射時期を、ATDC35°CA付近、例えばATDC33〜40°CAに設定すればよく、最適な時期はATDC35°CAである。
また、エンジン回転数が2500rpmで高負荷の場合は、拡散燃焼終了時期はATDC47°CAより約0.7ms遅れた時点である。したがって、後噴射時期を、ATDC47°付近、例えばATDC45〜48°CAに設定すればよく、最適な時期はATDC47°CAである。
【0068】
また、排気ガスにより駆動されて吸気を過給するターボ過給機25を備えたこのディーゼルエンジンでは、上記のように、主噴射後に所定量の燃料が後噴射されると排気ガス圧力が上昇してターボ過給機25の過給作用が高められる。その結果、燃焼室4内に導入される新気量が増大され、これにより燃焼室4内に残存する炭素の燃焼が促進され、煤の発生が効果的に抑制される。そして、ターボ過給機25の過給作用により吸入空気量が増大すると、主噴射燃料の拡散燃焼終了時期が早くなる傾向がある。このため、この拡散燃焼終了時期に応じて後噴射時期を補正することにより、煤の発生を効果的に抑制して排気通路20に排出される煤の導出量を、より低減することができる。
【0069】
また、ターボ過給機25を備えたこのディーゼルエンジンには、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス還流手段33が設けられている。ここで、ECU35に設けられた排気還流制御手段39により排気ガスの還流率を目標値に追従するようフィードバック制御する場合、ターボ過給機25の過給作用により吸入空気量が増大すると、これに対応して吸気系に還流される排気ガスが増量される。このため、燃焼室4内から排気通路20へRawNOxの排出量が、さらに効果的に低減される。
【0070】
さらに、排気通路20に介設された排気浄化装置22内のNOxトラップ触媒が不活性状態にある場合、拡散燃焼終了時期を基準にして後噴射時期を設定するといった制御を行えば、上記のとおり、燃焼室4内で反応性の高い炭化水素量等を増大させてRawNOxを低減する作用と、炭素の燃焼を促進させて煤の排出量を低減する作用とが同時に得られる。
【0071】
とくに、NOxトラップ触媒が活性状態にある場合は、NOxトラップ触媒に供給される還元剤の量が充分に確保される時期、すなわちATDC60°〜180°CAの範囲内における所定時期に後噴射時期を設定する一方、NOxトラップ触媒が不活性状態にある場合は、後噴射時期を進角させることにより拡散燃焼終了時期に対応させて後噴射を行うようにしてもよい。このようにすれば、NOxトラップ触媒の活性時には、その浄化作用により大気中へのNOxの放出を抑制することができる。他方、NOxトラップ触媒の不活性時には、燃焼室4内における反応性の高い炭化水素量を増大させるなどして、燃焼室4から排気通路20へのNOx排出量を効果的に低減することができる。
【0072】
前に説明した図8(a)〜図8(c)中に実線で示すように、実験に基づく後噴射割合と煤発生量との対応関係によれば、低負荷・低回転時、中負荷・中回転時及び高負荷・高回転時のいずれの運転状態においても、後噴射割合を大きくすればするほど、煤の発生を抑制することができることがわかる。
【0073】
図9(a)に、エンジン回転数が1500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.3MPaに制御された低負荷・低回転時に、ATDC30°CAの時点とATDC8°CAの時点とで後噴射を行った場合において、後噴射割合を種々変化させてHC量を測定した結果を示す。図9(a)中に実線で示すように、拡散燃料終了時期付近であるATDC30°CAの時点で後噴射を行った場合、後噴射割合の増加に伴ってHC量が増加する。これに対して、図9(a)中に破線で示すように、拡散燃料終了時期よりかなり前のATDC8°CAの時点で後噴射を行った場合は、HC量はほとんど変化しない。
【0074】
図9(b)に、エンジン回転数が2000rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.57MPaに制御された中負荷・中回転時において、ATDC35°CAの時点とATDC20°CAの時点とで後噴射を行って、図9(a)の場合と同様にHC量を測定した結果を示す。この場合も、図9(b)中に実線で示すように、拡散燃料終了時期付近であるATDC35°CAの時点で後噴射を行った場合は、後噴射割合の増加に伴ってHC量が増加する。これに対して、図9(b)中に破線で示すように、拡散燃料終了時期よりかなり前のATDC20°CAの時点で後噴射を行った場合は、HC量は後噴射割合に対して単調には増加・減少しない。
【0075】
図9(c)に、エンジン回転数が2500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.9MPaに制御された高負荷・高回転時において、ATDC48°CAの時点とATDC20°CAの時点とで後噴射を行って、図9(a)の場合と同様にHC量を測定した結果を示す。この場合は、いずれにおいても、HC量は後噴射割合に対して単調には増加・減少しない。
【0076】
図10(a)に、エンジン回転数が1500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.3MPaに制御された低負荷・低回転時において、ATDC30°CAの時点とATDC8°CAの時点とで後噴射を行った場合において、後噴射割合を種々変化させて燃費率を測定した結果を示す。図10(a)中に破線で示すように、拡散燃料終了時期よりかなり前のATDC8°CAの時点で後噴射を行った場合、後噴射割合の増大に対して燃費率はほとんで変化しない。
これに対して、図10(a)中に実線で示すように、拡散燃焼終了時期付近で後噴射燃料の燃焼が行われると考えられるATDC30°CAの時点で後噴射を行った場合には、後噴射割合の増加に伴って、燃費率が顕著に悪化する。
【0077】
図10(b)に、エンジン回転数が2000rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.57MPaに制御された中負荷・中回転時において、ATDC35°CAの時点とATDC20°CAの時点とで後噴射を行って、図10(a)の場合と同様に燃費率を測定した結果を示す。
また、図10(c)に、エンジン回転数が2500rpmに制御されるとともに、平均有効圧力Peが0.9MPaに制御された高負荷・高回転時において、ATDC48°CAの時点とATDC20°CAの時点とで後噴射を行って、図10(a)の場合と同様に燃費率を測定した結果を示す。
図10(b)、(c)から明らかなとおり、図10(a)に示す低負荷・低回転時の場合と同傾向の結果が得られている。
【0078】
したがって、拡散燃焼終了時期を基準にして後噴射時期を設定し、拡散燃焼終了時期、又はその前後付近で後噴射燃料が着火するようにすれば、後噴射燃料量を、総燃料噴射量の0.2%〜50%に、好ましくは15%〜35%の範囲内に設定することにより、燃費を悪化させることなく、煤の発生量を効果的に低減することができる。
【0079】
なお、この実施の形態では、NOxトラップ触媒の活性状態や、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて後噴射を実行するようにしているが、後噴射の実行形態はこれに限られず、種々の変形が可能である。例えば、エンジンの全ての運転状態で燃料の後噴射を実行するようにしてもよい。
【0080】
以下、図11〜図14に示すフローチャートを参照しつつ、エンジンの燃料噴射制御における、後噴射時期を拡散燃焼終了時期に基づいて設定して後噴射を実行するための制御ルーチンと、後噴射時期の異常診断ルーチンとを説明する。まず、この制御の基本概念を説明する。
【0081】
図15に示すように、後噴射時期を主噴射による熱発生率が高い時期に設定すると、燃え残りが存在するためO2濃度は高いが、熱発生率が高いときからほぼ0になる時期に設定すると、燃え残りが燃焼されてO2濃度は低くなる。後噴射時期を、熱発生率がほぼ0になってから遅れた時期に設定すると、燃焼性が悪化してO2濃度は高くなる。
なお、O2濃度はリニアO2センサ17によって時々刻々検出される。したがって、リニアO2センサ17は、気筒毎のO2濃度を検出することができる。
【0082】
以下、具体的な制御方法を説明する。
図11に示すように、この制御ルーチンにおいては、まずステップS11で各種データが入力された後、ステップS12で、アクセル開度αと車速Vとに基づいて目標トルクTrが設定(セット)される。
図16(a)に示すように、目標トルクTrは、アクセル開度αが大きいときほど、また車速Vが高いときほど大きくなるように設定される。
【0083】
次に、ステップS13で、主噴射燃料量QM及び後噴射燃料量QFがセットされる。
図16(b)に示すように、アイドル領域と、高負荷又は高回転である領域とでは、後噴射燃料量QFは0に設定される。そして、低中負荷・低中回転領域では、後噴射燃料量QFは所定の値(>0)にセットされる。ただし、低中負荷・低中回転領域内において、煤(Rawスモーク)の発生量が増大する高負荷・高回転側の領域では、煤の発生量が所定値以下となるように、後噴射燃料量QFはより大きい値に設定される。
【0084】
そして、ステップS14で主噴射時期IM及び後噴射時期IFが読みこまれ(セットされ)、続いてステップS15で上記燃料噴射量QM、QFと、上記噴射時期IM、IFとでもって、主噴射及び後噴射が実行される。この後、ステップS11に復帰する。
【0085】
前記のとおり、拡散燃焼終了時期ないしは後噴射時期IFは、リニアO2センサ17によって時々刻々検出されるO2濃度に基づいて検出ないしは設定され、かつ学習補正される(以下、「学習補正ルーチン」という。)。以下、図12及び図13に示すフローチャートに従って、学習補正ルーチンチンの具体的な制御手法を説明する。
図12及び図13に示すように、この学習補正ルーチンでは、まずステップS21で各種データが入力される。
【0086】
続いて、ステップS22とステップS23とで、それぞれ、エンジンが定常状態であるか否かと、後噴射燃料量QFが設定値QF0を超えているか否かとが判定される。エンジンが定常状態であるか否かは、アクセル開度αの時間に対する変化率Δαが、所定の設定値Δα0未満であるか否かで判定される。
【0087】
ステップS22でエンジンが定常状態でないと判定された場合は(NO)、学習補正ルーチンを実行するのに適した状態ではないので、ステップS21に復帰する。このとき、後で説明するO2濃度なまし処理はリセットされる。また、ステップS23で後噴射燃料量QFが設定値QF0以下であると判定された場合も(NO)、学習補正ルーチンを実行するのに適した状態ではないので、ステップS21に復帰する。
【0088】
他方、ステップS22でエンジンが定常状態であると判定され(YES)、かつステップS23で後噴射燃料量QFが設定値QF0を超えていると判定された場合は(YES)、ステップS24でO2濃度なまし処理が行われる。このO2濃度なまし処理は、全気筒(例えば、4気筒)の排気ガスがリニアO2センサ17を通過したときの平均値である(1〜1000気行の間で設定可能である)。
【0089】
次に、ステップS25で、全気筒分のO2濃度なまし処理が完了したか否かが判定される。なお、O2濃度のレスポンスが比較的遅いため、例えばエンジンが4気筒エンジンであれば、4気筒分のO2濃度に基づいて、次の4気筒の補正値A(ステップS35〜S38参照)がセットされる(1〜1000気行の間で設定可能である)。ステップS25で全気筒分のO2濃度なまし処理が完了していないと判定された場合は(NO)、ステップS21に復帰する。
【0090】
他方、ステップS25で、全気筒分のO2濃度なまし処理が完了していると判定された場合は(YES)、ステップS26で、このO2濃度なまし値が、今回のO2濃度なまし値O2(n)とされる。続いて、ステップS27で、前回補正された後噴射時期IFが、今回の後噴射時期IF(n)とされる。
【0091】
次に、ステップS28で、今回のO2濃度なまし値O2(n)が設定値O20を超えているか否かが判定される。超えていなければ(NO)、ステップS31でO2濃度なまし値がリセットされた後、ステップS21に復帰する。他方、ステップS28で、今回のO2濃度なまし値O2(n)が設定値O20を超えていると判定された場合は(YES)、O2濃度が高く、後噴射燃料は拡散燃焼終了時期ちょうどに着火していないものと判定し、ステップS29で、今回のO2濃度なまし値O2(n)から前回のO2濃度なまし値O2(n−1)を減算することにより、O2濃度なまし値偏差ΔO2が演算される。続いて、ステップS30で、最新の4気筒分の後噴射時期IF(n)から1順前の4気筒分の後噴射時期IF(n−1)を減算することにより、後噴射時期偏差ΔIFが演算される。
【0092】
この後、ステップS32で、O2濃度なまし値偏差ΔO2が0を超えているか否かが判定される。ここで、O2濃度なまし値偏差ΔO2が0を超えていれば(YES)、すなわちO2濃度が上昇していれば、ステップS33で後噴射時期偏差ΔIFが進角値であるか否かが判定される。そして、進角値であれば(YES)、ステップS35で今回の後噴射時期IF(n)に所定値Aが加算され、補正された後噴射時期IFが演算される。すなわち、後噴射時期が進角したときにO2濃度が上昇しているので、後噴射時期IFがAだけ遅角(リタード)され、拡散燃料終了時期に近づけられる。
【0093】
他方、進角値でなければ(NO)、すなわち遅角値であれば、ステップS36で今回の後噴射時期IF(n)から所定値Aが減算され、補正された後噴射時期IFが演算される。すなわち、後噴射時期が遅角したときにO2濃度が上昇しているので、後噴射時期IFがAだけ進角(アドバンス)され、拡散燃料終了時期に近づけられる。
【0094】
他方、ステップS32でO2濃度なまし値偏差ΔO2が0以下であると判定された場合(NO)、すなわちO2濃度が減少していれば、ステップS34で後噴射時期偏差ΔIFが進角値であるか否かが判定される。そして、進角値であれば(YES)、ステップS37で今回の後噴射時期IF(n)から所定値Aが減算され、補正された後噴射時期IFが演算される。すなわち、後噴射時期が進角したときにO2濃度が低下しているので、後噴射時期IFがAだけ進角され、拡散燃料終了時期に近づけられる。これに対して、ステップS34で進角値でなければ(NO)、すなわち遅角値であれば、ステップS38で今回の後噴射時期IF(n)に所定値Aが加算され、補正された後噴射時期IFが演算される。すなわち、後噴射時期が遅角したときにO2濃度が低下しているので、後噴射時期IFがAだけ遅角され、拡散燃料終了時期に近づけられる。
【0095】
このようにして後噴射時期IFが補正された後、ステップS39でIFガード処理が行われる。ここで、IFガード処理とは、過度な補正(行き過ぎ)を防止するために、後噴射時期IFがある一定限度を超えないようにガードする処理である。続いて、ステップS40で、次回のルーチンに備えて、O2濃度なまし値O2及び後噴射時期IFが更新される。すなわち、今回のO2濃度なまし値O2(n)が前回のO2濃度なまし値O2(n−1)に繰り下げられ、今回の後噴射時期IF(n)が前回の後噴射時期IF(n−1)繰り下げられる。この後、ステップS21に復帰する。
【0096】
ところで、図12及び図13は、前記のとおり、燃料噴射制御の制御ルーチンを示している。しかしながら、図12及び図13に示すフローチャートの、ステップS28とステップS29との間に、図14(a)に示す制御ルーチンを挿入するとともに、ステップS39(IFガード処理)を、図14(b)に示す制御ルーチンで置き換えれば、後噴射時期の異常診断を行うことができる(異常診断ルーチンを備える)。
【0097】
このように、後噴射時期の異常診断機能を付加した場合は、図14(a)に示すように、前記ステップS28が実行された後、ステップS51とステップS52とで、それぞれ、今回のO2濃度なまし値O2(n)が、後噴射が実際に行われないためにO2濃度が減少していないものとして、予め設定された設定値O21を(O21>O20)超えているか否かと、この状態が連続しているかとが判定される。ここで、今回のO2濃度なまし値O2(n)が設定値O21を超えており、かつこの状態が連続していれば(両ステップS51、S52でYES)、ステップS53で後噴射時期が異常であると判定され(フォローアップ異常判定)、続いてステップS54で後噴射燃料量QFが強制的に0にセットされる。このとき、後噴射時期が異常である旨が報知される。なお、ステップS51あるいはステップS52で、今回のO2濃度なまし値O2(n)が設定値O21以下であるか、又は設定値O21を超える状態が連続していなければ、前記ステップS29が実行される。
【0098】
また、図14(b)に示すように、前記ステップS35〜S38のいずれか1つが実行された後、ステップS55とステップS56とで、それぞれ、後噴射時期IFが上限値IFmaxを超えているか否かと、後噴射時期IFが下限値IFmin未満であるかとが判定される。ここで、後噴射時期IFが上限値IFmaxを超えているか、又は下限値IFmin未満であれば、(ステップS55、S56のいずれか一方がYES)、ステップS57で後噴射時期が異常であると判定され(フォローアップ異常判定)、続いてステップS58で後噴射燃料量QFが強制的に0にセットされる。このとき、後噴射時期が異常である旨が報知される。なお、ステップS55及びステップS56で、後噴射時期IFが上限値IFmax以下であり、かつ下限値IFmin以上であると判定された場合は、前記ステップS40が実行される。
【0099】
以上、本発明によれば、主噴射燃料の燃焼が終了する時期を容易かつ迅速に検出ないしは判定することができ、この時期付近で後噴射を実行することができ、煤及びHCの発生量を大幅に低減することができるディーゼルエンジンの燃料噴射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる燃料噴射装置を備えた直噴ディーゼルエンジンのシステム構成図である。
【図2】 図1に示すエンジンにおける燃料噴射制御の基本的な制御方法を示すフローチャートである。
【図3】 (a)〜(c)は、それぞれ、燃焼室内における熱発生率の経時変化を示すタイムチャートである。
【図4】 (a)〜(c)は、それぞれ、後噴射時期と煤発生量との関係を示すグラフである。
【図5】 (a)〜(c)は、それぞれ、後噴射時期と排気ガス中のHC量との関係を示すグラフである。
【図6】 (a)〜(c)は、それぞれ、後噴射時期と燃費率との関係を示すグラフである。
【図7】 (a)〜(c)は、それぞれ、後噴射時期と排気ガス中のNOx量との関係を示すグラフである。
【図8】 (a)〜(c)は、それぞれ、後噴射割合と煤発生量との関係を示すグラフである。
【図9】 (a)〜(c)は、それぞれ、後噴射割合と排気ガス中のHC量との関係を示すグラフである。
【図10】 (a)〜(c)は、それぞれ、後噴射割合と燃費率との関係を示すグラフである。
【図11】 後噴射時期を設定するための燃料噴射制御の制御方法を示すフローチャートである。
【図12】 後噴射時期学習補正ルーチンのフローチャートの一部である。
【図13】 後噴射時期学習補正ルーチンのフローチャートの一部である。
【図14】 (a)及び(b)は、後噴射時期異常診断ルーチンのフローチャートである。
【図15】 主噴射と後噴射とが行われたときの、熱発生量及びO2濃度の経時変化を示すグラフである。
【図16】 (a)は車速とアクセル開度とをパラメータとする目標トルクマップの特性を示す図であり、(b)はエンジン回転数と目標トルクとをパラメータとする後噴射燃料量マップの特性を示す図である。
【符号の説明】
1…エンジン本体、2…気筒、3…ピストン、4…燃焼室、5…燃料噴射弁、6…コモンレール、7…クランク軸、8…高圧燃料供給ポンプ、9…クランク角センサ、10…吸気通路、11…エアフローセンサ、12…ブロワ、13…インタークーラ、14…吸気絞り弁、17…リニアO2センサ、20…排気通路、21…タービン、22…排気浄化装置(NOxトラップ触媒)、24…EGR弁、25…ターボ過給機、33…排気ガス還流手段、35…ECU(コントロールユニット)、37…活性状態判定手段、39…排気還流制御手段、40…主噴射制御手段、41…後噴射制御手段。
Claims (6)
- 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
圧縮行程上死点付近で燃料噴射弁に燃料を噴射させて主噴射を実行する主噴射手段と、
主噴射後において膨張行程の所定期間内で、主噴射により噴射された燃料の燃焼が終了する時期に基づいて燃料噴射弁に燃料を噴射させて後噴射を実行する後噴射手段とを備えているディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、
排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段が設けられていて、
後噴射手段が、酸素濃度検出手段によって検出される少なくとも前回の燃焼による排気ガス中の酸素濃度に基づいて、前回の主噴射手段により噴射された燃料の燃焼時期に対する後噴射時期を判定し、該判定に基づいて今回の後噴射を実行することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。 - 後噴射手段が、少なくとも前回の燃焼による排気ガス中の酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度に基づいて、酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が所定値以下となるように、今回の後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装置。
- 後噴射手段が、少なくとも前回の燃焼による排気ガス中の酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度が所定値以上の場合に、今回の後噴射時期を進角側に補正することを特徴とする請求項2に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
- 酸素濃度が所定値以下とならない場合であっても、後噴射時期の補正量は所定の範囲を超えないように設定されることを特徴とする請求項3に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
- 酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が上記所定値より大きい値である第2の所定値以上あり、かつ、それが連続して検出される場合に後噴射の異常と判断する異常診断手段を備えることを特徴とする請求項2又は3に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
- 後噴射時期の補正量が所定の範囲を超えて設定されても酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が所定値以下とならない場合、後噴射の異常と判断する異常診断手段を備えることを特徴とする請求項2又は3に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001102184A JP4560979B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001102184A JP4560979B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002303192A JP2002303192A (ja) | 2002-10-18 |
JP4560979B2 true JP4560979B2 (ja) | 2010-10-13 |
Family
ID=18955406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001102184A Expired - Fee Related JP4560979B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4560979B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007042994A1 (de) | 2007-09-10 | 2009-03-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Beurteilen einer Funktionsweise eines Einspritzventils bei Anlegen einer Ansteuerspannung und entsprechende Auswertevorrichtung |
KR101698263B1 (ko) * | 2015-02-24 | 2017-01-19 | 한양대학교 산학협력단 | 디젤 엔진에 대한 배기 배출물 분석 방법 및 이를 이용한 후분사 방법 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000170585A (ja) * | 1998-09-29 | 2000-06-20 | Mazda Motor Corp | ディーゼルエンジンの排気浄化装置、及びエンジンの燃料噴射装置 |
JP2000282920A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-10 | Denso Corp | 内燃機関制御装置 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6321348A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関用燃焼自動制御装置 |
JPS63248910A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-17 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 内燃機関の酸化窒素低減方法及び装置 |
JP2830011B2 (ja) * | 1989-02-23 | 1998-12-02 | 三菱自動車工業株式会社 | 燃焼制御マップ作成方法 |
JPH04272448A (ja) * | 1991-02-27 | 1992-09-29 | Fuji Heavy Ind Ltd | 筒内直噴式エンジンの触媒活性化制御装置 |
JPH08100638A (ja) * | 1994-09-29 | 1996-04-16 | Fuji Heavy Ind Ltd | 筒内噴射エンジンの触媒活性化制御装置 |
JP3991292B2 (ja) * | 1996-11-22 | 2007-10-17 | 株式会社デンソー | 内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法 |
JPH10252544A (ja) * | 1997-03-17 | 1998-09-22 | Denso Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001102184A patent/JP4560979B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000170585A (ja) * | 1998-09-29 | 2000-06-20 | Mazda Motor Corp | ディーゼルエンジンの排気浄化装置、及びエンジンの燃料噴射装置 |
JP2000282920A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-10 | Denso Corp | 内燃機関制御装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002303192A (ja) | 2002-10-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1245815B1 (en) | Direct-injection spark-ignition engine with a turbo-charging device, engine control method , and computer-readable storage medium therefor | |
JP5540729B2 (ja) | 過給機付エンジンの制御方法および制御装置 | |
JP3052856B2 (ja) | 排気昇温装置 | |
US20030056498A1 (en) | Device and method for regenerating an exhaust gas aftertreatment device | |
JP4568991B2 (ja) | エンジンの排気浄化装置および燃料噴射時期の設定方法 | |
EP1245817A2 (en) | Apparatus for and method of purifying exhaust gas and method of injecting fuel for diesel engine | |
JP2004232544A (ja) | エンジンの燃料噴射制御装置 | |
JP4441973B2 (ja) | エンジンの排気浄化装置 | |
JP2002242711A (ja) | 触媒を備えた4サイクルエンジン | |
JP2002188468A (ja) | ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 | |
JP4560978B2 (ja) | ターボ過給機付火花点火式直噴エンジン | |
JP4506001B2 (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 | |
JP4253984B2 (ja) | ディーゼルエンジンの制御装置 | |
JP6451781B2 (ja) | 圧縮着火式エンジン及び圧縮着火式エンジンの制御方法 | |
JP4524947B2 (ja) | ディーゼルエンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法 | |
JP4560979B2 (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 | |
JP2002357145A (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 | |
JP4538976B2 (ja) | ターボ過給機付火花点火式直噴エンジン | |
JP4774653B2 (ja) | エンジンの排気浄化装置及びそのコンピュータ・プログラム | |
JP4524530B2 (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 | |
JP4296585B2 (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 | |
JP4506042B2 (ja) | エンジンの排気浄化装置 | |
JP2001159311A (ja) | エンジンの排気浄化装置 | |
JP2002038990A (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 | |
JP2002038995A (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080110 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20080110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091027 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091029 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100706 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100719 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130806 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |