JP5720513B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関における燃料噴射を制御する内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
この種の技術分野において、アイドル回転速度制御時に要求される要求噴射量を等量分割して噴射することで、パイロット噴射の微小噴射における燃料噴射弁の噴射特性を学習するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、噴射量及び燃圧によって定義される微小Q学習領域で、アイドル回転速度制御時に実際に噴射された実噴射量が検出され、検出された実噴射量を基準噴射量と一致させるための学習値が算出される。
また、噴射率の推移を示す噴射率波形の立ち上がり角度と、その基準値とのずれに応じて、充電パルス操作電流信号のパルス幅を大きくし、立ち上がり角度を大きくすることで、噴射率波形をその基本波形に近付けるものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
更には、パイロット噴射及びメイン噴射の2段噴射が行われる場合、全噴射のための目標噴射量を、各段噴射の目標噴射量に分けて設定することで、パイロット噴射の実噴射量とその目標噴射量との差分を求め、メイン噴射の目標噴射量を補正するものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2007−327341号公報 特開2009−057925号公報 特開2010−101235号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の装置では、噴射特性の学習は、学習値が算出されるアイドル回転速度制御時に限定されるという技術的問題点がある。また、該装置では、要求噴射量が等量分割され噴射されるが、経年劣化や、噴射装置の個体差、更には環境条件によって変動し得る実噴射量を毎度精度よく検出するのは困難であり、こうした実噴射量に基づく学習値を利用すると、噴射を不的確に行い兼ねないといった技術的問題点もある。
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、噴射特性を効率よく学習し、燃料噴射を的確に行い得る内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の噴射によって段階的に燃料を気筒内に噴射する噴射手段と、前記複数の噴射のうちの第1の噴射で供給すべき第1目標噴射量を設定する設定手段とを備える内燃機関の制御装置であって、前記第1の噴射で実際に噴射された第1実噴射量を特定する特定手段と、前記設定された第1目標噴射量と前記特定された第1実噴射量との間の差に応じて、前記複数の噴射のうちの、前記第1の噴射に続く第2及び第3の噴射の少なくとも一方の噴射態様を変更する変更手段と、を備え、前記変更手段は、前記特定された第1実噴射量が前記設定された第1目標噴射量より小さい場合、前記第2の噴射の噴射時期を進角し、前記特定された第1実噴射量が前記設定された第1目標噴射量より大きい場合、前記噴射態様の一つとして、前記第2の噴射の噴射時期を遅角し、前記変更手段は、前記特定された第1実噴射量が前記設定された第1目標噴射量より大きい場合、前記第2の噴射の噴射時期を遅角することに加えて又は代えて、前記噴射態様の他の一つとして、前記第3の噴射の噴射量を増加する。
本発明に係る内燃機関は、例えば複数の気筒を有し、各気筒内に直接燃料を噴射するディーゼルエンジン等のエンジンであり、一燃焼における燃料の噴射として、本来の燃料噴射たるメイン噴射より他に、メイン噴射に先立つパイロット噴射、及びメイン噴射後のアフタ噴射等による複数の噴射を行う。ここで、本発明に係る第1の噴射が例えばパイロット噴射である場合、本発明に係る第2の噴射が例えばメイン噴射であり、本発明に係る第3の噴射が例えばアフタ噴射である。ここで、「パイロット噴射」とは、典型的には、着火直前に燃料及び空気の混合を促進させるための予備的噴射である。また、「メイン噴射」とは、典型的には、複数段階の噴射のうち、最大の噴射量で着火、燃焼へと導く主体的噴射である。また、「アフタ噴射」とは、典型的には、気筒内の粒子状物質(PM:Particulate Matter)を再燃焼するための予備的噴射である。
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、その動作時には、例えばインジェクタ等の噴射手段により第1の噴射が行われた後、特定手段により第1実噴射量が特定される。ここで、本発明に係る「特定」とは、例えば燃料噴射圧センサ等の特定手段により、直接的に又は間接的に物理的数値又は電気信号等として検出すること、予め然るべき記憶手段等に記憶されたマップ等から該当する数値を選択又は推定すること、それら検出された物理的数値若しくは電気信号又は選択若しくは推定された数値等から、予め設定されたアルゴリズムや計算式等に従った論理演算、数値演算、又は電気的若しくは機械的な制御の結果として導出すること、或いはこのように検出、選択、推定又は導出された値等を単に電気信号等として取得すること等を包括する広い概念である。
第1実噴射量が特定されると、変更手段により、特定された第1実噴射量と、設定手段により例えば本来の噴射特性を表すマップ等に基づいて設定された第1目標噴射量との間の差に応じて、第2及び第3の噴射の少なくとも一方において、例えば噴射段階、噴射時期及び噴射量等の噴射態様が変更される。ここで、本発明に係る「差」とは、第1目標噴射量と第1実噴射量との間の差そのものでなくてもよく、狭義には、第1目標噴射量の時間的変移を直接的又は間接的に示す波形と、第1実噴射量の時間的変移を直接的又は間接的に示す波形との間のずれであってもよい。本発明では、こうした差を解消するように、第2及び/又は第3の噴射で噴射態様が変更される。ここに本発明に係る「噴射態様」とは、例えば噴射時期、噴射量等の噴射の態様或いは条件を意味し、「噴射態様を変更する」とは、例えば、噴射時期を遅角又は進角させたり、これに加えて或いは代えて、噴射量を増量又は減量させたり、噴射の態様或いは条件を変更することを意味する。このように噴射態様を変更することで、第1の噴射で生じた噴射量の差を、その後の噴射で解消する。
このように、第1の噴射での噴射量の差(言い換えれば、噴射特性のずれ)は、第2及び/又は第3の噴射で補償される。それ故に、一燃焼毎に、第1の噴射の実噴射量のみ特定することで噴射特性を効率良く学習し、第1の噴射に続く第2及び第3の噴射を的確に行うことが可能であって、第1の噴射での噴射特性のずれに起因する、燃焼及び排気の悪化を抑制することが可能である。
本発明では特に、変更手段は、特定された第1実噴射量が設定された第1目標噴射量より小さい場合、第2の噴射の噴射時期を進角し、特定された第1実噴射量が設定された第1目標噴射量より大きい場合、噴射態様の一つとして、前記第2の噴射の噴射時期を遅角する。このようにすれば、第1実噴射量が第1目標噴射量より小さい場合、第2の噴射の噴射時期が進角されることで、排気ガス中のTHC(全炭化水素:Total HydroCarbon)の発生を抑制することが可能である。一方、第1実噴射量が第1目標噴射量より大きい場合、第2の噴射の噴射時期が遅角されることで、排気ガス中のスモーク(黒煙)の発生を抑制することが可能である。
さらに、変更手段は、特定された第1実噴射量が設定された第1目標噴射量より大きい場合、第2の噴射の噴射時期を遅角することに加えて又は代えて、噴射態様の他の一つとして、第3の噴射の噴射量を増加してもよい。このようにすれば、第1実噴射量が第1目標噴射量より大きい場合、第2の噴射の噴射時期が遅角されるだけでは又は遅角されるのでは、第2の噴射での補償量が足りず又は殆ど補償されず、排気ガス中のスモーク排出量の悪化を保障できない場合、第3の噴射の噴射量が増加される。これにより、排気ガス中のスモーク排出量の悪化を確実に抑制することが可能である。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
本発明の第1実施形態に係る内燃機関の構成を概念的に表すブロック図である。 図1の噴射手段によるパイロット噴射の噴射量と(a)スモーク排出量及び(b)THC排出量との関係を示すグラフである。 図1の噴射手段による3段階のパイロット噴射における(a)噴射率及び(b)噴射圧力の比較を示すグラフである。 第1実施形態における第1噴射制御処理を示すフローチャートである。 第1実施形態における第2噴射制御処理を示すフローチャートである。 図1の噴射手段による3段階のパイロット噴射における、レール燃料圧力とスモーク排出量との関係を示すグラフである。 図1の噴射手段による3段階のパイロット噴射における(a)レール燃料圧力同等時の噴射率及び(b)スモーク排出量同等時の噴射率の時間的変移を示すグラフである。 本発明の第2実施形態における第3噴射制御処理を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
<第1実施形態>
<第1実施形態の構成>
始めに、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るエンジンシステム10の構成について説明する。ここに、図1は、エンジンシステム10の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
図1において、エンジンシステム10は、不図示の車両に搭載され、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)100及びエンジン200を備える。
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等を備え、エンジン200の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例を構成している。ECU100は、ROMに格納される制御プログラムに従って、後述の第1及び第2噴射制御処理を実行することが可能に構成されている。尚、ECU100は、本発明に係る「設定手段」及び「変更手段」として機能する一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成は、これに限定されるものではなく、例えば複数のECU、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されてもよい。
エンジン200は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。エンジン200は、シリンダ201内において燃料を含む混合気が圧縮自着火した際に生じる爆発力に応じたピストン202の往復運動を、コネクティングロッド203を介してクランクシャフト204の回転運動に変換することが可能に構成されている。また、クランクシャフト204の近傍には、クランクシャフト204の回転位置を検出するクランクポジションセンサ205が設置されている。クランクポジションセンサ205は、ECU100と電気的に接続されており、ECU100は、クランクポジションセンサ205によって検出されたクランクシャフト204の回転位置に基づいて、エンジン200の機関回転数を算出することが可能に構成されている。以下に、エンジン200の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。
尚、本実施形態に係るエンジン200は、シリンダ201が図1において紙面と垂直な方向にN本並列してなる直列N気筒ディーゼルエンジンであるが、個々のシリンダ201の構成は相互に等しいため、ここでは一のシリンダ201についてのみ説明することとする。
シリンダ201内における燃料の燃焼に際し、外部から吸入された空気は、不図示のエアクリーナで浄化された後、吸気管206を通過し、吸気ポート208を介して吸気バルブ209の開弁時にシリンダ201内に吸入される。この際、シリンダ201内に吸入される空気の量たる吸入空気量は、不図示のエアフローメータにより検出され、ECU100に電気信号として一定又は不定のタイミングで出力される構成となっている。
エンジン200において、燃料は、燃料タンク212に貯留されている。この燃料タンク212には、貯留される燃料の残量を検出可能なフロート式の燃料量センサ217が設置されている。燃料量センサ217は、ECU100と電気的に接続されており、検出された燃料量は、ECU100に一定又は不定のタイミングで把握される構成となっている。一方、燃料タンク212に貯留される燃料は、インジェクタ211によって、シリンダ201内の燃焼室に直接噴射される。インジェクタ211を介した燃料の噴射に際しては、先ず燃料タンク212に貯留された燃料が、フィードポンプ214の作用により低圧配管213を介して燃料タンク212から汲み出され、高圧ポンプ215へ供給される。
高圧ポンプ215は、フィードポンプ214により送出された燃料の流量を調節する不図示の電磁開閉弁を備える。電磁開閉弁により流量が調量された燃料は、不図示の加圧室及び高圧配管を経由して、該高圧配管に接続されたコモンレール216へと圧送される。
コモンレール216は、ECU100と電気的に接続され、上流側(即ち、高圧ポンプ215側)から供給される高圧燃料をECU100により設定される圧力(以下、適宜「レール燃料圧力」と称する)まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。
インジェクタ211は、本発明に係る「噴射手段」の一例として、シリンダ201毎に搭載されており、夫々が高圧デリバリパイプを介してコモンレール216に接続されている。ここで、インジェクタ211の構成について補足すると、インジェクタ211は、ECU100から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル(いずれも不図示)とを備える。電磁弁は、コモンレール216の高圧燃料が入力される圧力室と、圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に圧力室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に圧力室と低圧通路とを相互に遮断する。
一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向(噴孔を閉じる方向)に付勢している。従って、電磁弁への通電により圧力室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する(噴孔を開く)ことにより、コモンレール216より供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により圧力室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。
噴射圧力センサ211aは、本発明に係る「特定手段」の一例として、インジェクタ211に備えられており、噴孔からシリンダ201内に噴射される燃料の圧力を噴射圧力として検出可能に構成されている。噴射圧力センサ211aは、ECU100と電気的に接続されており、検出された噴射圧力は、ECU100によって絶えず、或いは一定又は不定の周期で把握される構成となっている。本実施形態では、ECU100により、噴射圧力センサ211aが検出する噴射圧力に基づいて、インジェクタ211が実際に噴射する噴射量(即ち、実噴射量)が算出される。
尚、一燃焼において供給すべき燃料は、車速及びアクセル開度に基づく運転条件に応じて、パイロット噴射(即ち、本発明に係る「第1の噴射」の一例)、メイン噴射(即ち、本発明に係る「第2の噴射」の一例)及びアフタ噴射(即ち、本発明に係る「第3の噴射」の一例)を適宜組み合わせた複数の噴射により、インジェクタ211を介してシリンダ201内に分割噴射される構成となっている。
シリンダ201内に噴射された燃料は、吸気バルブ209を介して吸入された吸入空気と混合され混合気となる。この混合気は、圧縮工程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブ209の開閉に連動して開閉する排気バルブ218の開弁時に、排気ポート219を介して排気管220に導かれる構成となっている。
排気管220には、DPF(Diesel Particulate Filter)221が設置されている。DPF221は、エンジン200から排出されるスモーク中のスート(煤)や、HC(炭化水素:HydroCarbon)等を捕集且つ浄化可能に構成されている。
ここで、上述のインジェクタ211によれば、経年劣化や固体差、更には環境条件によって、運転条件に応じて要求される要求噴射量(即ち、本発明に係る「第1目標噴射量」の一例)と、実際に噴射される実噴射量(即ち、本発明に係る「第1実噴射量」の一例)との間の差、言い換えれば、噴射特性のずれが生じ兼ねない。こうした噴射特性のずれは、燃焼及び排気を悪化させる一つの要因であり、失火の発生、排気ガスの悪化を招き兼ねない。
次に、図2を参照して、パイロット噴射における要求噴射量と実噴射量との差に起因する、排気ガスの悪化について説明する。ここに、図2(a)は、パイロット噴射量とスモーク排出量との関係を示すグラフであって、図2(b)は、パイロット噴射量とTHC排出量との関係を示すグラフである。
図2(a)は、横軸にパイロット噴射量をとり、縦軸にスモーク排出量をとる。横軸には、パイロット噴射における要求噴射量「2」が示されている。図2(a)に示すように、要求噴射量「2」を基準として、パイロット噴射における実噴射量が増加する程、パイロット噴射での発熱量が増加し、4サイクル作動での着火遅れ期間が短縮され、メイン噴射で混合気生成が不十分になるといった事態が齎されるために、スモーク排出量は増加する。一方、実噴射量が減少する程、スモーク排出量は減少する。
図2(b)は、横軸にパイロット噴射量をとり、縦軸にTHC排出量をとる。横軸には、図2(a)と同様にして、パイロット噴射における要求噴射量「2」が示されている。図2(b)に示すように、要求噴射量「2」を基準として、パイロット噴射における実噴射量が減少する程、パイロット噴射での発熱量が減少し、燃焼時の雰囲気温度が低下し、燃焼反応が凍結するといった事態が齎されるために、THC排出量は増加する。一方、実噴射量が増加する程、THC排出量は減少する。
このように、パイロット噴射において、要求噴射量と実噴射量との間の差が小さい程、スモーク排出量とTHC排出量とを相対的に最小限に抑えることが可能である。このため、本実施形態では、運転条件に応じて、パイロット噴射の実噴射量が減少する場合、THC排出量を抑制するための第1噴射制御処理が実行され、パイロット噴射の実噴射量が増加する場合、スモーク排出量を抑制するための第2噴射制御処理が実行される。
<第1実施形態の動作>
次に、図3を参照し、パイロット噴射量の違いが齎す、噴射率及び噴射圧力の変移について説明する。ここに、図3(a)は、パイロット噴射量が異なる3段階のパイロット噴射による噴射率の変移を示すグラフであって、図3(b)は、同3段階のパイロット噴射による噴射圧力の変移を示すグラフである。
図3(a)は、横軸に時間をとり、縦軸に噴射率をとる。図3(a)には、噴射量が比較的少ない「X」(図中、実線で示される)、噴射量が中位である「Y」(図中、破線で示される)及び噴射量が比較的多い「Z」(図中、一点鎖線で示される)の3段階のパイロット噴射量(単位は、例えば立方ミリメートル(mm3/st))による噴射率が夫々示されている。図3(a)に示すように、噴射初期には、3段階共に同等の傾きで噴射率が上昇する。この後、噴射量が多い程、高い噴射率に達し、噴射量が多い程、最高点付近での噴射率が長時間保持される。この後、噴射量が少ない程、早く噴射率が「0」に収束することで一パイロット噴射が終了する。このように、噴射量の違いによって、噴射率の波形に大きなずれが生じる。
図3(b)は、横軸に時間をとり、縦軸に噴射圧力をとる。図3(b)には、噴射量が異なる「X」、「Y」及び「Z」の3段階のパイロット噴射量による噴射圧力が夫々示されている。図3(b)に示すように、噴射開始前には、3段階共に同等の高い噴射圧力が保持される。ニードルの開弁動作によって噴射が開始されると、3段階共に略同等の傾きで噴射圧力が降下する。この後、噴射量が多い程、低い噴射圧力に達し、噴射量が多い程、最低点付近での噴射圧力が長時間保持される。この後、ニードルの閉弁動作によって、噴射圧力が噴射開始前の高い値に収束することで一パイロット噴射が終了する。このように、噴射量の違いによって、噴射圧力の波形に大きなずれが生じる。
以上の通り説明した図3(a)及び図3(b)に示す波形は、パイロット噴射における噴射特性の一例を示す。本実施形態では、例えば要求噴射量「X」(図3に示される)と実噴射量との間に差がない(即ち、噴射特性からずれない)場合、本来の燃焼及び排気性能によってスモーク排出量及びTHC排出量が最小限に抑制される。一方で、例えば要求噴射量「X」と実噴射量との間に差がある(即ち、噴射特性からずれる)場合、燃焼及び排気の悪化が抑制されずに、スモーク排出量又はTHC排出量が増加してしまう。そこで、ECU100は、パイロット噴射における要求噴射量と実噴射量との間の差を解消するべく、メイン噴射及びアフタ噴射の少なくとも一方の噴射態様を変更するための第1及び第2噴射制御処理を実行する。特に、本実施形態では、「噴射態様」とは、燃料の噴射量又は噴射時期を指す。
<第1噴射制御処理>
図4を参照し、本実施形態における第1噴射制御処理について説明する。ここに、図4は、第1噴射制御処理を示すフローチャートである。第1噴射制御処理では、負荷が比較的軽い運転時に、第1及び第2パイロット噴射、並びにメイン噴射の3段階の噴射が実行される。
図4において、ECU100は、先ず、車速及びアクセル開度に基づいて運転条件を取得し(ステップS100)、運転条件が軽負荷であるか否かを判定する(ステップS101)。この判定の結果、軽負荷でないと判定された場合(ステップS101:No)、ステップS100からの処理が繰り返し行われる。
一方、ステップS101の判定の結果、運転条件が軽負荷であると判定された場合(ステップS101:Yes)、ECU100により、第1パイロット噴射の要求噴射量Qpl1_reqが設定された上で、第1パイロット噴射が実行される。すると、ECU100により、噴射圧力サンセ211aにより検出された噴射圧力に基づいて、第1パイロット噴射の実噴射量Qpl1が算出され、算出された実噴射量Qpl1と、要求噴射量Qpl1_reqとの間の噴射量差ΔQpl1(ΔQpl1=Qpl1−Qpl1_req)が算出される(ステップS102)。続いて、ECU100により、噴射量差ΔQpl1が零より小さい(ΔQpl1<0:実噴射量が要求噴射量より小さい)か否かが判定される(ステップS103)。この判定の結果、噴射量差ΔQpl1が零より大きい場合(ステップS103:No)、噴射特性が変更されることなく、第2パイロット噴射及びメイン噴射が実行され、一連の第1噴射制御処理が終了する。
一方、ステップS103の判定の結果、噴射量差ΔQpl1が零より小さい場合(ステップS103:Yes)、ECU100により、第2パイロット噴射の要求噴射量Qpl2_reqが噴射量差ΔQpl1分増量された上で(ステップS104)、第2パイロット噴射が実行される。続いて、ECU100により、噴射圧力センサ211aによる検出噴射圧力に基づいて算出された第2パイロット噴射の実噴射量Qpl2と、第2パイロット噴射の要求噴射量Qpl2_reqとの間の噴射量差ΔQpl2(ΔQpl2=Qpl2−Qpl2_req)が算出される(ステップS105)。すると、ECU100により、噴射量差ΔQpl2が零より小さい(ΔQpl2<0:実噴射量が要求噴射量より小さい)か否かが判定される(ステップS106)。この判定の結果、噴射量差ΔQpl2が零より大きい場合(ステップS106:No)、噴射特性が変更されることなく、メイン噴射が実行され、一連の第1噴射制御処理が終了する。
一方、ステップS106の判定の結果、噴射量差ΔQpl2が零より小さい場合(ステップS106:Yes)、ECU100により、第1及び第2パイロット噴射における合計噴射量差(ΔQpl1+ΔQpl2)に応じて、メイン噴射の噴射時期θmainが進角されるように(ステップS107)、メイン噴射が実行され、一連の第1噴射制御処理が終了する。
以上の通り説明した第1噴射制御処理によれば、運転条件が軽負荷であって、第1及び第2パイロット噴射の実噴射量が要求噴射量に対し減少する場合、メイン噴射の噴射時期を進角し、第1及び第2パイロット噴射の実噴射量の減少分を解消することで、燃焼及び排気の悪化を抑制し、失火の発生及びTHC排出量を低減することが可能である。
<第2噴射制御処理>
次に、図5を参照し、本実施形態における第2噴射制御処理について説明する。ここに、図5は、第2噴射制御処理を示すフローチャートである。第2噴射制御処理では、負荷が比較的高い運転時に、パイロット噴射、メイン噴射及びアフタ噴射の3段階の噴射が実行される。
図5において、ECU100は、先ず、車速及びアクセル開度に基づいて運転条件を取得し(ステップS100)、運転条件が高負荷であるか否かを判定する(ステップS201)。この判定の結果、高負荷でないと判定された場合(ステップS201:No)、ステップS100からの処理が繰り返し行われる。
一方、ステップS201の判定の結果、運転条件が高負荷であると判定された場合(ステップS201:Yes)、ECU100により、パイロット噴射の要求噴射量Qpl2_reqが設定された上で、パイロット噴射が実行されると、噴射圧力センサ211aによる検出噴射圧力に基づいて算出されたパイロット噴射の実噴射量Qpl2と、パイロット噴射の要求噴射量Qpl2_reqとの間の噴射量差ΔQpl2(ΔQpl2=Qpl2−Qpl2_req)が算出される(ステップS105)。続いて、ECU100により、噴射量差ΔQpl2が零より大きい(ΔQpl2>0:実噴射量が要求噴射量より大きい)か否かが判定される(ステップS202)。この判定の結果、噴射量差ΔQpl2が零より小さい場合(ステップS202:No)、噴射特性が変更されることなく、メイン噴射及びアフタ噴射が実行され、一連の第2噴射制御処理が終了する。
一方、ステップS202の判定の結果、噴射量差ΔQpl2が零より大きい場合(ステップS202:Yes)、ECU100により、パイロット噴射における噴射量差ΔQpl2に応じて、メイン噴射の噴射時期θmainが遅角されるように(ステップS203)、メイン噴射が実行される。続いて、実行されたメイン噴射によって、パイロット噴射の噴射量差ΔQpl2が解消されない、言い換えれば、噴射量差ΔQpl2を解消するための補正が不十分であるか否かが判定される(ステップS204)。この判定の結果、補正が十分になされたと判定された場合(ステップS204:No)、噴射態様が変更されることなく、アフタ噴射が実行され、一連の第2噴射制御処理が終了する。
一方、ステップS204の判定の結果、補正が不十分であると判定された場合(ステップS204:Yes)、噴射量差ΔQpl2を完全に解消するために必要とされる噴射量に応じて、アフタ噴射の噴射量Qaftが増量された上で(ステップS205)、アフタ噴射が実行され、一連の第2燃焼制御処理が終了する。
以上の通り説明した第2噴射制御処理によれば、運転条件が高負荷であって、パイロット噴射の実噴射量が要求噴射量に対し増加する場合、その実噴射量の増加分を解消するべく、メイン噴射の噴射時期を遅角する。更には、メイン噴射の噴射時期を遅角するだけでは、パイロット噴射の実噴射量の増加分を解消できない場合、アフタ噴射の噴射量を増量し、パイロット噴射の実噴射量の増加分を完全に解消することで、燃焼及び排気の悪化を抑制し、スモーク排出量を低減することが可能である。
尚、上述した第1及び第2噴射制御処理では、パイロット噴射における実噴射量と要求噴射量との間の差、言い換えれば、噴射特性のずれを解消するべく、メイン噴射の噴射時期やアフタ噴射の噴射量を変化させるが、変化される噴射態様はこれらに限定されず、例えば噴射圧力を変化させてもよい。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係るエンジンシステムは、図1のエンジンシステム10と同等に構成されるため、その構成について説明を省略する。但し、当該エンジンシステムが備えるECU100は、図1のECUと機能が一部異なるものとする。第2実施形態では、このECU100により、パイロット噴射における噴射特性のずれを解消するべく、噴射圧力を変化させるための第3噴射制御処理が実行される。
<第2実施形態の動作>
次に、図6及び図7を参照し、噴射初期の噴射率とスモーク排出量との相関関係について説明する。ここに、図6は、ニードル速度が異なる3段階のパイロット噴射における、レール燃料圧力とスモーク排出量との関係を示すグラフである。また、図7(a)は、ニードル速度が異なる3段階のパイロット噴射における、レール燃料圧力同等時の噴射率の変移を示すグラフであって、図7(b)は、同3段階のパイロット噴射における、スモーク排出量同等時の噴射率の変移を示すグラフである。
図6は、横軸にレール燃料圧力をとり、縦軸にスモーク排出量をとる。図6には、ニードル速度が比較的高い「X」(図中、実線で示され、単位は、例えばミリメートル/マイクロ秒(mm/ms))、ニードル速度が中位である「Y」(図中、破線で示される)及びニードル速度が比較的低い「Z」(図中、一点鎖線で示される)の3段階のパイロット噴射が夫々示されている。図6に示すように、レール燃料圧力が最も高い時、3段階共にスモーク排出量が「0」になる。この後、レール燃料圧力が低下するに連れ、ニードル速度が低い程、スモーク排出量が増加する。ここで、ニードル速度が異なる3段階のパイロット噴射では、レール燃料圧力が低下する過程で、夫々異なるレール燃料圧力(即ち、噴射圧力)を設定する場合、同一のスモーク排出量「Smk」が発生する。これは、ニードル速度が規定する噴射初期の噴射率(或いはその傾き)と、スモーク排出量とに相関関係があることを示す。即ち、噴射初期のスモーク排出量を同一にするように、3段階夫々の噴射圧力を変化させることで、噴射初期の噴射率が同等になり得る。
図7(a)及び図7(b)は共に、横軸に時間をとり、縦軸に噴射率をとる。図7(a)に示される、ニードル速度が異なる「X」、「Y」及び「Z」の3段階のパイロット噴射は、夫々のレール燃料圧力が「RP」(図6に示される)に設定される噴射である。図7(a)に示すように、噴射初期には、ニードル速度が高い程、噴射率の傾きが大きく、早く最高点に達する。この後、3段階共に同等の高い噴射率が一定に続く。噴射後期には、ニードル速度が高い程、噴射率が早く「0」まで下降するが、その際、噴射率の傾きが3段階共に同等である。このように、噴射初期には、噴射率の傾きの違いによって、噴射率の波形にずれが生じる。
図7(b)に示される、ニードル速度が異なる「X」、「Y」及び「Z」の3段階のパイロット噴射は、夫々のスモーク排出量が「Smk」になるように、夫々のレール燃料圧力(即ち、噴射圧力)が設定される噴射である。即ち、3段階のパイロット噴射について、噴射初期の噴射率が同等になる。図7(b)に示すように、噴射初期には、噴射率の傾きが3段階共に同等であって、ニードル速度が低い程、高い噴射率に達する。この後、3段階夫々に最高の噴射率が、ニードル速度が高い程、長く続く。噴射後期には、ニードル速度が低い程、噴射率が早く「0」まで下降するが、その際、噴射率の傾きが3段階共に同等である。このように、噴射初期には、噴射率の傾きが同等であることで、噴射率の波形にずれが生じ難い。
以上説明した、噴射初期の噴射率とスモーク排出量との相関関係を踏まえて、本実施形態では、運転条件に応じて要求される要求噴射率の傾き(以下、単に「要求噴射率傾き」と称する)と、実際の噴射率の傾き(以下、単に「実噴射率傾き」と称する)との間に差がない(即ち、噴射特性からずれない)場合、本来の燃焼及び排気性能によってスモーク排出量が最小限に抑制される。一方で、要求噴射率傾きと実噴射率傾きとの間に差がある(即ち、噴射特性からずれる)場合、燃焼及び排気の悪化が抑制されずに、スモーク排出量が増加してしまう。そこで、ECU100は、パイロット噴射における要求噴射率傾きと実噴射率傾きとの間の差を解消し要求噴射率傾きと実噴射率傾きとを同等にするべく、メイン噴射及びアフタ噴射の噴射圧力を変更するための第3噴射制御処理を実行する。
<第3噴射制御処理>
次に、図8を参照し、本実施形態における第3噴射制御処理について説明する。ここに、図8は、第3噴射制御処理を示すフローチャートである。第3噴射制御処理では、負荷が中位又は高位の運転時に、パイロット噴射、メイン噴射及びアフタ噴射の3段階の噴射が実行される。
図8において、ECU100は、先ず、車速及びアクセル開度に基づいて運転条件を取得し(ステップS100)、運転条件が中又は高負荷であるか否かを判定する(ステップS301)。この判定の結果、中又は高負荷でないと判定された場合(ステップS301:No)、ステップS100からの処理が繰り返し行われる。
一方、ステップS301の判定の結果、運転条件が中又は高負荷であると判定された場合(ステップS301:Yes)、ECU100により、パイロット噴射の要求噴射率傾きαpl2_reqが設定された上で、パイロット噴射が実行されると、噴射圧力センサ211aによる検出噴射圧力に基づいて算出されたパイロット噴射の実噴射率傾きαpl2と、要求噴射率傾きαpl2_reqとの間の噴射率傾き差Δαpl2(Δαpl2=αpl2−αpl2_req)が算出される(ステップS302)。続いて、ECU100により、噴射率傾き差Δαpl2が零より小さい(Δαpl2<0:実噴射率傾きが要求噴射率傾きより小さい)か否かが判定される(ステップS303)。この判定の結果、噴射率傾き差Δαpl2が零より大きい場合(ステップS303:No)、噴射態様が変更されることなく、メイン噴射及びアフタ噴射が実行され、一連の第3噴射制御処理が終了する。
一方、ステップS303の判定の結果、噴射率傾き差Δαpl2が零より小さい場合(ステップS303:Yes)、噴射率傾き差Δαpl2に応じて噴射圧力Pcrが増加されるように(ステップS304)、メイン噴射及びアフタ噴射が実行され、一連の第3噴射制御処理が終了する。
第3噴射制御処理によれば、運転条件が中又は高負荷であって、パイロット噴射の実噴射率傾きが要求噴射率傾きに対し小さい(即ち、緩慢である)場合、メイン噴射及びアフタ噴射の噴射圧力を増加し、パイロット噴射の実噴射率傾きを要求噴射率傾きと同等にすることで、燃焼及び排気の悪化を抑制し、スモーク排出量を低減することが可能である。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
10…エンジンシステム、100…ECU、200…エンジン、201…シリンダ、211…インジェクタ

Claims (1)

  1. 複数の噴射によって段階的に燃料を気筒内に噴射する噴射手段と、前記複数の噴射のうちの第1の噴射で供給すべき第1目標噴射量を設定する設定手段とを備える内燃機関の制御装置であって、
    前記第1の噴射で実際に噴射された第1実噴射量を特定する特定手段と、
    前記設定された第1目標噴射量と前記特定された第1実噴射量との間の差に応じて、前記複数の噴射のうちの、前記第1の噴射に続く第2及び第3の噴射の少なくとも一方の噴射態様を変更する変更手段と、
    を備え
    前記変更手段は、前記特定された第1実噴射量が前記設定された第1目標噴射量より小さい場合、前記第2の噴射の噴射時期を進角し、前記特定された第1実噴射量が前記設定された第1目標噴射量より大きい場合、前記噴射態様の一つとして、前記第2の噴射の噴射時期を遅角し、
    前記変更手段は、前記特定された第1実噴射量が前記設定された第1目標噴射量より大きい場合、前記第2の噴射の噴射時期を遅角することに加えて又は代えて、前記噴射態様の他の一つとして、前記第3の噴射の噴射量を増加する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置
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