JP5099268B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - 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、主燃焼の要求着火温度を満足するための予熱燃焼用燃料量と、排気エミッションを低減するための予混合燃焼用燃料量とから副噴射の燃料噴射量を求める。そして、予熱燃焼用燃料量に基づいて予熱燃焼期間を筒内のガス状態及び/または燃料の噴霧状態に応じて求め、その予熱燃焼期間及び主燃焼の要求着火時期に基づいて副噴射の噴射時期(噴射開始時期)を決定することで、予熱燃焼期間の終了時が主燃焼の着火時期に合うようにしている。
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料が気筒内で燃焼する圧縮自着火式の内燃機関の制御に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主燃焼のための主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行可能な燃料噴射制御装置を対象としており、このような内燃機関の燃料制御装置に対し、副噴射燃料量算出部、予熱燃焼期間算出部、及び、副噴射時期決定部を備えさせている。副噴射燃料量算出部は、主燃焼の要求着火温度を満足するための予熱用燃料量と、排気エミッションを低減するための予混合燃焼用燃料量とから副噴射の燃料噴射量を求める。予熱燃焼期間算出部は、上記予熱用燃料量に基づいて予熱燃焼期間を、燃料噴射前の筒内のガス状態及び燃料の噴霧状態の少なくともいずれか一方の状態に応じて求める。そして、副噴射時期決定部は、上記主燃焼の要求着火時期、上記予熱燃焼期間、及び、副噴射で燃料が噴射されてから着火が生じるまでの着火遅れ期間(副噴射の着火遅れ期間)に基づいて副噴射の噴射開始時期を決定する。より具体的には、予熱燃焼期間の終了時(予混合燃焼の開始時)が主燃焼の要求着火時期に一致するように副燃焼(副噴射)の着火時期を求め、その副燃焼の着火時期に対し副噴射の着火遅れ期間分だけ進角させた時期を副噴射の噴射開始時期とする。
まず、本発明を適用するディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の一例について説明する。図1はエンジン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。
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つまり目標レール圧は、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。すなわち、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。なお、この目標レール圧は、例えば上記ROM102に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ23の開弁期間(噴射率波形)が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。
次に、本実施形態に係るエンジン1における燃焼室3内での燃焼形態の概略について説明する。
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、燃焼行程時の燃焼騒音の低減、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。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。
次に、副噴射の燃料量・噴射時期の決定処理の一例について説明する。
筒内ガス圧力については、吸気バルブ16の閉弁時に気筒内(燃焼室3内)に流入したガスの総量に基づいてマップや演算式から算出する。なお、筒内のガス圧は、気筒内の圧力変化を検出する筒内圧センサを備えさせ、その筒内圧センサの出力信号から算出するようにしてもよいし、インジェクタ23の内部圧力を検出するための圧力センサを取り付けておき、この圧力センサの出力信号から算出するようにしてもよい。
筒内ガス温度については、吸気バルブ16の閉弁時において上記吸気温センサ49の出力信号から得られる吸気温度を使用したり、予めECU100のROM102に記憶された吸気温度推定マップ(外気温やエンジン運転状態等から吸気温度を推定するマップ)から読み出すようにすればよい。
筒内酸素濃度については、例えば吸気バルブ16の閉弁時のEGR率(EGRガス量の割合)から算出する。
次に、燃料噴射制御の一例について図13のフローチャートを参照して説明する。図13の制御ルーチンはECU100において所定のクランク角度毎(各気筒毎)に繰り返して実行される。具体的には、例えば、1つの気筒について説明すると、その気筒の燃焼行程が実施される度に、その燃焼行程に先立って図13の制御ルーチンが実行される。
以上の例では、コモンレール式筒内直噴型多気筒(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。本発明はこれに限らず、例えば6気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用可能である。また、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものではない。
3 燃焼室
5 ターボチャージャ
54 可変ノズルベーン機構
16 吸気バルブ
17 排気バルブ
22 コモンレール
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
40 クランクポジションセンサ
41 レール圧センサ
49 吸気温センサ
81 EGRバルブ
100 ECU
Claims (9)
- 燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料が気筒内で燃焼する圧縮自着火式の内燃機関の制御に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主燃焼のための主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行可能な燃料噴射制御装置において、
前記主燃焼の要求着火温度を満足するための予熱用燃料量と、排気エミッションを低減するための予混合燃焼用燃料量とから前記副噴射の燃料噴射量を求める副噴射燃料量算出部と、
前記予熱用燃料量に基づいて予熱燃焼期間を、燃料噴射前の筒内のガス状態及び燃料の噴霧状態の少なくともいずれか一方の状態に応じて求める予熱燃焼期間算出部と、
前記主燃焼の要求着火時期、前記予熱燃焼期間、及び、前記副噴射で燃料が噴射されてから着火が生じるまでの着火遅れ期間に基づいて前記副噴射の噴射開始時期を決定する副噴射時期決定部とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記予熱燃焼期間算出部は、前記予熱用燃料量から基本予熱燃焼期間を求め、その基本予熱燃焼期間を前記筒内のガス状態及び燃料の噴霧状態の少なくともいずれか一方の状態に応じて補正して前記予熱燃焼期間を求めることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 請求項2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記予熱燃焼期間算出部は、前記予熱用燃料量に基づいて前記筒内のガス状態及び燃料の噴霧状態に応じて前記予熱燃焼期間を求める場合、予め規定した基準の筒内ガス状態と実際の筒内ガス状態とからガス状態に関する補正係数を求めるとともに、予め規定した基準の燃料噴霧状態と実際の燃料噴霧状態とから噴霧状態に関する補正係数を求め、前記予熱用燃料量から得られる基本予熱燃焼期間に、前記ガス状態に関する補正係数及び噴霧状態に関する補正係数を乗算することにより前記予熱燃焼期間を求めることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記筒内のガス状態に関するパラメータが、筒内ガス圧力、筒内ガス温度及び筒内酸素濃度であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料の噴霧状態に関するパラメータが、燃料噴射圧及び燃料の微粒化度であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記副噴射時期決定部は、前記副噴射の着火遅れ期間を、燃料噴射前の筒内のガス状態に応じて設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記予混合燃焼用燃料量は、Sootの低減及び燃焼騒音の低減を考慮して決定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記副噴射時期決定部で決定された副噴射の噴射開始時期と、前記副噴射燃料量算出部で求めた副噴射の燃料噴射量に基づく噴射期間とから副噴射の噴射終了時期を求めるとともに、前記主燃焼の要求着火時期と主燃焼の着火遅れ期間とから主噴射の噴射開始時期を求め、それら演算による副噴射の噴射開始時期と主噴射の噴射開始時期との間の要求噴射インターバルと、実際の燃料噴射において副噴射の噴射終了時期から主噴射の噴射開始時期までに必要な噴射系制約噴射停止インターバルとを比較し、その要求噴射インターバルが噴射系制約噴射停止インターバルよりも短い場合は、実際の予熱燃焼期間が長くなるように、前記筒内のガス状態及び燃料の噴霧状態の少なくともいずれか一方の状態を調整することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 請求項8記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記要求噴射インターバルが前記噴射系制約噴射停止インターバルよりも短い場合は、実際の予熱燃焼期間が長くなるように、筒内ガス圧、筒内ガス温度、筒内酸素濃度または燃料噴射圧のいずれか1つのパラメータもしくは複数のパラメータを組み合わせて調整することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
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