JP4873098B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、EGR率を高めていった場合における筒内混合気の組成変化に基づいた筒内予熱動作を行い、これにより、メイン噴射が行われた際の混合気温度が、その混合気の自着火温度以上となるようにして上記逐次燃焼を実現している。
具体的に、本発明は、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行可能であって、上記主噴射によって噴射された燃料の燃焼の主体が拡散燃焼である圧縮自着火式の内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、上記吸気系における排気ガスの還流率が、混合気自着火温度よりも実混合気温度を低くする所定値を超えているとき、その還流率に基づき、混合気自着火温度に対する実混合気温度の不足分を補うように混合気温度を上昇させるための筒内温度上昇制御を実行する筒内温度制御手段を備えさせている。
19 グロープラグ
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
6 吸気系
7 排気系
8 EGR通路
81 EGRバルブ
82 EGRクーラ
83 EGRクーラバイパス通路
84 EGRクーラバイパスバルブ(調整弁)
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成について説明する。図1は本実施形態に係るエンジン1及びその制御系統の概略構成図である。また、図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室3及びその周辺部を示す断面図である。
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
ECU100は、図3に示すように、CPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
以下、本実施形態における上記パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射の各動作の概略について説明する。
パイロット噴射は、インジェクタ23からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を必要に応じて噴射する噴射動作である。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度(気筒内温度)を十分に高めるために実行される燃料噴射動作である。即ち、この実施形態におけるパイロット噴射の機能は、気筒内の予熱に特化したものとなっている。言い換えれば、この実施形態におけるパイロット噴射は、燃焼室3内でのガスの予熱を行うための噴射動作(予熱用燃料の供給動作)となっている。
プレ噴射は、インジェクタ23からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。プレ噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。また、本実施形態におけるプレ噴射は、上述したメイン噴射による初期燃焼速度を抑制する機能ばかりでなく、気筒内温度を高める予熱機能をも有するものとなっている。
以上のようにして本実施形態では、必要に応じて実行されるパイロット噴射やプレ噴射によって気筒内の予熱が十分に行われる。この予熱により、後述するメイン噴射が開始された場合、このメイン噴射で噴射された燃料は、直ちに自着火温度以上の温度環境下に晒されて熱分解が進み、噴射後は直ちに燃焼が開始されることになる。
メイン噴射は、エンジン1のトルク発生のための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための上記総燃料噴射量から上記プレ噴射での噴射量を減算した噴射量として設定される。
アフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。具体的に、本実施形態では、このアフタ噴射により供給された燃料の燃焼エネルギがエンジンのトルクに変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。また、このアフタ噴射においても、上述したパイロット噴射の場合と同様に、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)とし、複数回数のアフタ噴射を実行することで、このアフタ噴射で必要な総アフタ噴射量を確保するようにしている。
ポスト噴射は、排気系7に燃料を直接的に導入して上記マニバータ77の昇温を図るための噴射動作である。例えば、DPNR触媒76に捕集されているPMの堆積量が所定量を超えた場合(例えばマニバータ77の前後の差圧を検出することにより検知)、ポスト噴射が実行されるようになっている。
上述した各燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、及び、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室3内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ23から燃焼室3内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。この燃料圧力の目標値を設定するための具体的な手法については後述する。
次に、本実施形態において目標燃料圧力を設定する際の技術的思想について説明する。
ディーゼルエンジン1においては、NOx発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態(熱発生率波形で表される変化状態)を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この熱発生率の変化状態をコントロールするための手法として以下に述べるような目標燃料圧力の設定手法を見出した。
図5は、本実施形態において目標燃料圧力を決定する際に参照される燃圧設定マップである。この燃圧設定マップは、例えば上記ROM102に記憶されている。また、この燃圧設定マップは、横軸がエンジン回転数であり、縦軸がエンジントルクとなっている。また、図5におけるTmaxは最大トルクラインを示している。
次に、本実施形態の特徴とする動作である筒内温度上昇制御について説明する。
本実施形態は、EGR率に応じて、上記プレ噴射の噴射タイミングを変更するものである。
本実施形態は、EGR率に応じて、上記プレ噴射の噴射量を変更するものである。つまり、EGR率が高い程、プレ噴射の噴射量を増量補正していくようにしている。
本実施形態は、EGR率に応じて、上記パイロット噴射の実行の有無を切り換えるものである。つまり、EGR率が高い場合(例えばEGR率が20%を超えた場合)には、上記プレ噴射に先立ってパイロット噴射を実行し、メイン噴射に先立つ燃料の噴射量を増量することで予熱効果を高めるようにしている。
本実施形態は、上記グロープラグ19を利用して筒内の予熱を行うものであって、EGR率が所定値を超えた場合には、グロープラグ19への通電を行うことで筒内の予熱を行うようにしている。例えば、EGR率が20%を超えた場合に、メイン噴射の開始に先立ってグロープラグ19への通電を行って筒内を予熱し、メイン噴射で噴射された燃料の逐次燃焼を可能とするものである。尚、このグロープラグ19への通電を開始するEGR率は、シミュレーション等によって求められ、上記ROM102に予め記憶されている。
本実施形態は、上記EGRクーラ82をバイパスするEGRクーラバイパス通路83を利用して筒内の予熱量の調整を行うものである。具体的には、EGRクーラバイパス通路83に設けられたEGRクーラバイパスバルブ84の開度を調整することによって、吸気系6に還流される排気ガスのうちEGRクーラ82を通過する量を調整し、これによって吸気系6に還流される排気ガスの温度を調整して、筒内の予熱量を調整する。
本実施形態は、上記第2実施形態の如くEGR率が高いほどプレ噴射の噴射量を増量補正した場合に、このプレ噴射で噴射された燃料の吸熱反応によって、このプレ噴射の着火遅れが生じた場合の対策である。
上述した各実施形態における筒内温度上昇制御は、メイン噴射で噴射された燃料に着火遅れが生じている際にのみ実行することが有効である。この着火遅れは、筒内温度が混合気の自着火温度よりも低い場合に生じるので、筒内温度や筒内圧力を直接的に測定すれば着火遅れの有無を判定することができるが、このような測定が困難である場合が多い。
以上説明した各実施形態では、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
Claims (10)
- 排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行可能であって、上記主噴射によって噴射された燃料の燃焼の主体が拡散燃焼である圧縮自着火式の内燃機関の制御装置において、
上記吸気系における排気ガスの還流率が、混合気自着火温度よりも実混合気温度を低くする所定値を超えているとき、その還流率に基づき、混合気自着火温度に対する実混合気温度の不足分を補うように混合気温度を上昇させるための筒内温度上昇制御を実行する筒内温度制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
上記筒内温度制御手段は、上記副噴射の噴射タイミングを進角側に補正する筒内温度上昇制御を実行するものであって、混合気自着火温度に対する実混合気温度の不足分が大きいほど副噴射の噴射タイミングを進角側に補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記請求項1または2記載の内燃機関の制御装置において、
上記筒内温度制御手段は、上記副噴射の噴射量を増量補正する筒内温度上昇制御を実行するものであって、混合気自着火温度に対する実混合気温度の不足分が大きいほど副噴射の噴射量を多くするように補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記請求項1または2記載の内燃機関の制御装置において、
上記筒内温度制御手段は、上記副噴射の噴射量を増量補正すると共にこの副噴射の噴射タイミングを進角側に補正する筒内温度上昇制御を実行するものであって、混合気自着火温度に対する実混合気温度の不足分が大きいほど副噴射の噴射量を多くすると共に副噴射の噴射タイミングを進角側に補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
上記筒内温度制御手段は、気筒内に配設されたグロープラグへの通電によって筒内温度上昇制御を実行するものであって、混合気自着火温度に対して実混合気温度が不足している場合にグロープラグへの通電を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
上記筒内温度制御手段は、上記排気還流装置に備えられたEGRクーラによる排気ガスの冷却度合いを制御するものであって、混合気自着火温度に対する実混合気温度の不足分が大きいほどEGRクーラによる排気ガスの冷却度合いを小さく設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記請求項6記載の内燃機関の制御装置において、
上記EGRクーラをバイパスするバイパス通路が設けられていると共に、このバイパス通路には開度調整自在な調整弁が備えられており、この調整弁の開度を調整することによってEGRクーラを流れる排気ガス量を調整してEGRクーラによる排気ガスの冷却度合いを変更する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記請求項1〜7のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記筒内温度制御手段は、上記吸気系における排気ガスの還流率が上記所定値以下であるとき、筒内温度上昇制御を非実行とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記請求項1〜8のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記内燃機関には、排気が吹き付けられるタービンと、開度を変更することによりタービンに吹き付けられる排気の流速を変更するノズルベーンとを有する可変容量型ターボチャージャが備えられており、
上記筒内温度制御手段は、上記可変容量型ターボチャージャのノズルベーン開度調整によって吸気充填効率が低く設定されるほど、混合気温度の上昇量が大きくなるように上記筒内温度上昇制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記請求項1〜9のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記主噴射によって噴射された燃料の燃焼時における内燃機関の振動発生状況に応じて、この燃焼の着火遅れ量を判定する着火遅れ量判定手段を備えており、
上記筒内温度制御手段は、上記着火遅れ量判定手段によって判定された着火遅れ量が大きいほど、混合気温度の上昇量が大きくなるように上記筒内温度上昇制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
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