JP5596730B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
まず、図1に示す内燃機関としてのディーゼルエンジンシステム10について説明する。ディーゼルエンジンシステム10は、機関本体11、インジェクタ12および燃料供給装置13を備えている。機関本体11は、シリンダブロック14、シリンダヘッド15、ピストン16およびクランクシャフト17などを有している。シリンダブロック14は、内側に複数のシリンダ18を形成している。シリンダヘッド15は、シリンダブロック14の端部に設けられている。ピストン16は、シリンダブロック14が形成するシリンダ18の内側を軸方向へ往復移動する。クランクシャフト17は、シリンダブロック14に収容されている。クランクシャフト17は、コンロッド19によってピストン16に接続している。ピストン16の往復運動は、コンロッド19を通してクランクシャフト17の回転運動に変換される。シリンダ18を形成するシリンダブロック14の内壁、シリンダヘッド15の内壁およびピストン16の端面は、相互の間に燃焼室21を形成している。
ECU31は、ディーゼルエンジンシステム10が運転を開始すると、予め設定された間隔でディーゼルエンジンシステム10の運転状態を取得する(S101)。具体的には、ECU31は、アクセル開度センサ33からアクセルペダルの開度および回転数センサ34から機関本体11の回転数を取得する。これにより、ECU31は、ディーゼルエンジンシステム10の運転状態すなわち負荷状態を取得する。
インジェクタ12から噴射された燃料は、噴射量が多く、噴射時間が長くなるほど、燃焼室21内において遠い位置まで到達する。すなわち、噴射量が多く、噴射時間が長い燃料の噴霧は、貫徹力が大きくなる。一方、パイロット噴射のように噴射量が少なく、噴射時間が短くなると、インジェクタ12から噴射された燃料は貫徹力が小さくなりインジェクタ12の周囲にとどまりやすい。これは、噴射量が小さくかつ噴射時間が短くなるほど、インジェクタ12の図示しないニードルと弁座との間に形成される燃料通路は小さくなるからである。このように噴射量が小さく噴射時間が短いとき、インジェクタ12の図示しない噴孔に流入する燃料は、ニードルと弁座との間の微少な隙間を通過する。そのため、噴孔に流入する燃料は、ニードルと弁座との間の隙間における絞り効果によって流速が低下する。その結果、噴射量が小さく噴射時間が短いとき、インジェクタ12の噴孔から噴射された燃料は、運動エネルギーが小さく、インジェクタ12の周囲にとどまりやすくなる。
第1実施形態の変形例について説明する。
図3に示す第1実施形態における処理では、S107においてパイロット噴射における燃焼量αを算出し、算出した燃焼量αに基づいてパイロット噴射の回数を変化させる例について説明した。
しかし、パイロット噴射の回数は、燃焼量αに限らず、他のパラメータに基づいて変更する構成としてもよい。
パラメータの一例として着火遅れを用いる処理を図8に示す。図8は、図3におけるS107の処理を置き換えるものである。図3に示すS106においてパイロット噴射が実行されると、インジェクタ駆動部42は引き続きメイン噴射を実行する(S111)。このとき、燃焼量算出部43は、筒内圧センサ37からメイン噴射における燃焼室21の圧力を取得する(S112)。そして、燃焼量算出部43は、S112で取得した燃焼室21の圧力に基づいて熱発生率を算出する(S113)。この熱発生率は、機関本体11のクランクシャフトの回転角度に対する発生熱量の変化を示す。
このように、パイロット噴射の回数nは、機関本体11から取得される各種のパラメータに基づいて設定することができる。
第2実施形態によるディーゼルエンジンシステムの構成を図10に示す。
第2実施形態のディーゼルエンジンシステム10は、図2に示す第1実施形態の構成に加え、図10に示すように流速推定部51およびパイロット噴射間隔設定部52を備えている。回転数センサ34は、特許請求の範囲の機関回転数検出手段を構成している。流速推定部51およびパイロット噴射間隔設定部52は、ECU31においてコンピュータプログラムを実行することによりソフトウェア的またはハードウェア的に実現されている。
図18に示す処理の流れは、複数回に分割されたパイロット噴射の噴射時期を設定するものである。そのため、図3に示す第1実施形態における処理の流れにおいて、S108に後続して実行される。
第2実施形態では、パイロット噴射間隔設定部52は、二回以上実行されるパイロット噴射の間隔を制御する。すなわち、パイロット噴射間隔設定部52は、燃焼室21に形成されるスワールの流速つまりスワールの角速度に基づいて、複数回に分けて噴射されるパイロット噴射の燃料噴霧62が互いに重なるようにパイロット噴射の間隔を調整する。これにより、微量のパイロット噴射を分割してパイロット噴射一回当たりの噴射量が減少しても、インジェクタ12の周囲には燃料の割合が比較的高い混合気が生成される。したがって、着火性の向上とパイロット噴射における燃焼量の向上とを両立して達成することができる。
第3実施形態によるディーゼルエンジンシステムの燃料噴射制御装置を図19に示す。
第3実施形態の場合、燃料噴射制御装置70は、ECU31を備えている。ECU31は、大気圧センサ32、アクセル開度センサ33、回転数センサ34、水温センサ35および圧力センサ36と接続している。ECU31は、コンピュータプログラムを実行することにより、噴射量設定部41、インジェクタ駆動部42、燃焼状態指標取得部71およびパイロット噴射回数変更部72をソフトウェア的またはハードウェアに実現している。ECU31は、記憶部46に接続している。第3実施形態の場合、第1実施形態や第2実施形態における筒内圧センサ37は必須の構成要素でない。
ECU31は、ディーゼルエンジンシステム10が運転を開始すると、予め設定された間隔でディーゼルエンジンシステム10の運転状態を取得する(S301)。噴射量設定部41は、S301において取得したディーゼルエンジンシステム10の運転状態に基づいて決定燃料噴射量Qdを設定する(S302)。これとともに、噴射量設定部41は、燃料の噴射においてパイロット噴射が必要であるか否かを判断する(S303)。
第4実施形態によるディーゼルエンジンシステムの燃料噴射制御装置を図21に示す。
第4実施形態の場合、燃料噴射制御装置80は、ECU31を備えている。ECU31は、大気圧センサ32、アクセル開度センサ33、回転数センサ34、水温センサ35および圧力センサ36と接続している。ECU31は、コンピュータプログラムを実行することにより、噴射量設定部41、インジェクタ駆動部42、セタン価推定部81およびパイロット噴射回数変更部82をソフトウェア的またはハードウェア的に実現している。ECU31は、記憶部46に接続している。第4実施形態の場合、第3実施形態と同様に筒内圧センサ37は必須の構成要素でない。
セタン価推定部81は、パイロット噴射の回数を設定する制御とは非同期で平行して実行される。セタン価推定部81は、予め設定されたセタン価判定時期になると、回転数センサ34から機関本体11の回転数を取得する(S401)。セタン価判定時期は、例えば機関本体11の運転がアイドリング状態にあるときである。そして、セタン価推定部81は、S401で機関本体11の回転数を取得すると、機関本体11の回転の変動を取得する(S402)。具体的には、セタン価推定部81は、インジェクタ12からの燃料の噴射量を維持したまま、燃料の噴射時期を遅角側へ変化させる。そして、セタン価推定部81は、このように噴射時期を遅角側へ変化させつつ回転数センサ34から機関本体11の回転数の変化を取得する。燃料の噴射時期が遅角側へ変化するとき、燃料のセタン価が低いほど燃料の燃焼は不安定となりやすい。そこで、セタン価推定部81は、S402で取得した回転数の変動に基づいて、燃料のセタン価を推定する(S403)。推定されたセタン価は、記憶部46に記憶される。
ECU31は、ディーゼルエンジンシステム10が運転を開始すると、予め設定された間隔でディーゼルエンジンシステム10の運転状態を取得する(S501)。噴射量設定部41は、S501において取得したディーゼルエンジンシステム10の運転状態に基づいて決定燃料噴射量Qdを設定する(S502)。これとともに、噴射量設定部41は、燃料の噴射においてパイロット噴射が必要であるか否かを判断する(S503)。
以上説明したように、第4実施形態では、パイロット噴射の回数nは、燃料のセタン価に基づいて設定される。そのため、パイロット噴射による燃料の着火性が低い条件のときでも、パイロット噴射の回数は適切に設定される。したがって、条件に関わらず、パイロット噴射における燃料の燃焼量を高めることができる。
Claims (4)
- 複数の燃焼室(21)を有する内燃機関本体(11)と、前記燃焼室(21)にそれぞれ設けられ燃料を噴射するインジェクタ(12)と、を備える内燃機関(10)の燃料噴射制御装置(30、70、80)であって、
前記インジェクタ(12)から噴射する燃料の量を設定する噴射量設定手段(41)と、
前記インジェクタ(12)を駆動して、前記噴射量設定手段(41)で設定した燃料の噴射量のうち主たる量を噴射するメイン噴射、および前記メイン噴射に先立って少なくとも一回のパイロット噴射を実行するインジェクタ駆動手段(42)と、
前記燃焼室(21)における前記インジェクタ(12)から噴射された燃料の燃焼状態の指標を取得する燃焼状態指標取得手段(43、71、81)と、
前記燃焼状態指標取得手段(43、71、81)で取得した燃焼状態の指標が、予め設定された安定した燃焼を確保するための安定燃焼範囲にあるか否かを判断する安定燃焼範囲判断手段(44、72、82)と、
前記安定燃焼範囲判定手段(44、72、82)において前記燃焼状態指標取得手段(43、71、81)で取得した燃焼状態の指標が前記安定燃焼範囲に無いと判断されると、前記パイロット噴射の回数または前記パイロット噴射の一回当たりの噴射量の少なくとも一方を変更する燃焼量変更手段(45、72、82)と、
前記内燃機関本体(11)の回転数を検出する機関回転数検出手段(34)と、
前記機関回転数検出手段(34)で検出した前記内燃機関本体(11)の回転数に基づいて、前記燃焼室(21)に吸入された空気が形成するスワールの流速を推定する流速推定手段(51)と、
前記流速推定手段(51)で推定したスワールの流速に基づいて二回以上のパイロット噴射の間隔を制御して、先のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧(62)に後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧(62)を重ねるパイロット噴射間隔設定手段(52)と、を備え、
前記インジェクタ(12)は、周方向へ放射状に燃料を噴射する複数の噴孔(61)を有し、
前記パイロット噴射間隔設定手段(52)は、前記機関回転数検出手段(34)で検出した前記内燃機関本体(11)の回転数が予め設定された境界回転数よりも低いとき、
前記複数の噴孔(61)のうち特定の噴孔(61)からの先のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧(62)に、前記特定の噴孔(61)からの後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧(62)を重ねる内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記燃焼量変更手段(45、72、82)は、前記安定燃焼範囲判断手段(44、72、82)において前記燃焼状態指標取得手段(43、71、81)で取得した燃焼状態の指標が前記安定燃焼範囲に無いと判断されると、前記パイロット噴射の回数を増し、前記パイロット噴射の一回当たりの噴射量を減じる請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記燃焼状態指標取得手段(43)は、前記燃焼室(21)ごとに前記パイロット噴射において前記インジェクタ(12)から噴射された燃料の燃焼量を検出する燃焼量検出手段(37)を有し、
前記安定燃焼範囲判断手段(44)は、前記燃焼量検出手段(43)で検出した前記パイロット噴射における燃料の燃焼量が予め設定された燃焼量範囲にあるか否かを判断し、
前記燃焼量変更手段(45)は、前記安定燃焼範囲判断手段(44)において前記パイロット噴射における燃料の燃焼量が前記燃焼量範囲に無いと判断されると、前記パイロット噴射の回数または前記パイロット噴射の一回当たりの噴射量の少なくとも一方を変更する請求項1または2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記パイロット噴射間隔設定手段(52)は、前記機関回転数検出手段(34)で検出した前記内燃機関本体(11)の回転数が予め設定された境界回転数以上のとき、
前記複数の噴孔(61)のうち特定の噴孔(61)からの先のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧(62)に、前記特定の噴孔(61)からの後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧(62)を重ねるか、
または前記燃焼室(21)に形成されたスワールにのって前記インジェクタ(12)の周方向へ回転する先のパイロット噴射によって形成された前記特定の噴孔(61)からの燃料噴霧(62)に、前記特定の噴孔(61)とは異なる噴孔(61)からの後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧(62)を重ねることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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