JP5110208B2 - 内燃機関の燃焼制御装置 - 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、燃料性状が劣悪である場合に現れる特有の現象を捉えること、具体的には、複数の気筒それぞれにおける周期的な失火現象の発生を捉えることにより燃料性状が劣悪であることを判定し、その判定結果に応じて、適正な燃焼形態が得られる制御動作を行うようにしている。
具体的に、本発明は、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且つ気筒内の予熱に寄与する副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の多気筒内燃機関の燃焼制御装置を前提とする。この燃焼制御装置に対し、失火認識手段、燃料性状判定手段、燃料噴射制御手段を備えさせている。失火認識手段は、上記内燃機関の過渡運転時、各気筒それぞれで繰り返される燃焼行程において失火現象を伴う燃焼行程が現れたことを認識する。上記燃料性状判定手段は、上記失火認識手段によって上記少なくとも2つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたことが認識されたことを条件として、使用している燃料が、標準的な燃料の性状に対して着火性が劣悪な性状のものであると判定する。上記燃料噴射制御手段は、上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料が使用されていると判定された場合に、上記周期的に現れる失火現象を解消するための失火解消燃料噴射動作を実行する。
(1)上記少なくとも2つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたこと、
(2)上記失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた気筒において、失火現象を伴う燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値が、失火現象を伴わない燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値に対して同等以上であること、
が共に成立した場合に、使用している燃料が、標準的な燃料の性状に対して着火性が劣悪な性状のものであると燃料性状判定手段が判定する。
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。
上記メイン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、上記目標燃料圧力の設定手法について説明する。ディーゼルエンジン1においては、NOx発生量やスモーク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。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、本発明の特徴である燃料性状判定動作について説明する。この燃料性状判定動作は、エンジン1が現在使用している燃料(軽油)、つまり、燃料タンクに貯留されている燃料の性状、特にセタン価を判定し、その燃料性状が標準的なもの(例えばセタン価が「50」程度のもの)に対して着火性が劣悪なもの(セタン価が小さいもの)であるか否かを判定する動作である。
上述の如く低セタン価燃料が使用されている場合には、燃焼室3内での適正な燃焼が行われないため、排気エミッションの悪化や、エンジン1のトルク不足等といった不具合を招くことになってしまう。
上述した実施形態では、複数の気筒(2つ以上の気筒)のそれぞれにおいて周期的な失火現象が発生しているか否かを判定し、この周期的な失火現象が発生している場合には、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な(着火性が劣悪な)低セタン価燃料であると判定するようにしていた。本変形例では、この条件(上記周期的な失火現象の発生)と、この条件とは異なる条件(以下、第2の条件と呼ぶ)との両方が成立した場合に、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な低セタン価燃料であると判定するようにしている。
上述した実施形態及び変形例1では、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な(着火性が劣悪な)低セタン価燃料であると判定された場合には、パイロット噴射の噴射時期を進角させるようにしていた。
本変形例では、上記周期的に現れる失火現象を解消するための失火解消燃料噴射動作として、パイロット噴射の噴射量を増量補正するようにしている。例えば、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な(着火性が劣悪な)低セタン価燃料であると判定される度にパイロット噴射の噴射量を10%ずつ同量していくことが挙げられる。
本変形例は、上述した噴射時期の補正動作やパイロット噴射の噴射量を徐変させるものである。つまり、燃料タンクに新たな燃料が給油されない状況において、上記周期的な失火現象が複数気筒それぞれで発生していることが検出される度に、噴射時期を徐々に進角させていくものである。または、パイロット噴射の噴射量を徐々に増量させていくものである。この噴射時期の徐変動作は、上述した実施形態及び変形例2の何れにも適用可能である。また、パイロット噴射を2回のパイロット噴射により実行する場合には、周期的な失火現象が複数気筒それぞれで発生していることが検出される度に、パイロット噴射の噴射時期を進角させていくと共に第2回目のパイロット噴射での噴射量を増量していく。
上述した実施形態では、低セタン価燃料が使用されていると判定されてパイロット噴射の噴射時期が進角側に補正された後に、燃料タンクへの給油が行われた場合には、低セタン価燃料が使用されていることの判定を解除して、パイロット噴射の噴射時期補正も解除するようにしていた。本変形例では、これに代えて、燃料タンクへの給油が行われた場合であっても、パイロット噴射の噴射時期補正量を徐変させるものである。
以上説明した実施形態は、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。
2 燃料供給系
3 燃焼室
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
4A 液面センサ(燃料量検出手段)
5 ターボチャージャ
6 吸気系
62 スロットルバルブ
81 EGRバルブ
Claims (12)
- 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且つ気筒内の予熱に寄与する副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の多気筒内燃機関の燃焼制御装置において、
上記内燃機関の過渡運転時、各気筒それぞれで繰り返される燃焼行程において失火現象を伴う燃焼行程が現れたことを認識する失火認識手段と、
上記失火認識手段によって上記少なくとも2つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたことが認識されたことを条件として、使用している燃料が、標準的な燃料の性状に対して着火性が劣悪な性状のものであると判定する燃料性状判定手段と、
上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料が使用されていると判定された場合に、上記周期的に現れる失火現象を解消するための失火解消燃料噴射動作を実行する燃料噴射制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記副噴射の噴射時期を進角側に補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項2記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記主噴射の噴射時期も進角側に補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記副噴射での噴射量を増量補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記失火認識手段は、上記内燃機関の出力軸の回転速度が所定回転速度よりも低くなった際に燃焼行程を迎えていた気筒、または、燃焼行程を迎えているにも拘わらず出力軸の回転加速度が低下している気筒において失火現象が発生していると認識するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料性状判定手段は、以下の2つの条件、
(1)上記少なくとも2つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたこと、
(2)上記失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた気筒において、失火現象を伴う燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値が、失火現象を伴わない燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値に対して同等以上であること、
が共に成立した場合に、使用している燃料が、標準的な燃料の性状に対して着火性が劣悪な性状のものであると判定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁に供給される燃料を貯留した燃料タンク内の燃料量を検出する燃料量検出手段を備え、
上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料であると判定されていた場合、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量するまでの間、上記判定を維持し、これにより、上記燃料噴射制御手段による上記失火解消燃料噴射動作を維持するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項7記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量した場合、燃料供給系に残存していた燃料が消費された後に、上記燃料性状判定手段による燃料性状の判定結果を解除し、再び、上記失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたか否かを認識して、上記燃料性状判定手段による燃料性状の判定動作を行うよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁に供給される燃料を貯留した燃料タンク内の燃料量を検出する燃料量検出手段を備え、
上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料であると判定されていた場合、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量するまでの間、上記判定を維持しながら、上記失火解消燃料噴射動作における補正量を徐変させていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記少なくとも2つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた場合、この周期的に現れる失火現象を解消するための失火解消燃料噴射動作における補正量を徐変させていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項10記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記失火解消燃料噴射動作における補正量の徐変量は、周期的に失火現象が現れている気筒数が多いほど、または、周期的な失火現象の出現頻度が高いほど大きく設定されることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
複数気筒のうちの1つの気筒においてのみ失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた場合、吸気系または燃料噴射系の故障であると判断してフェールセーフ動作を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
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