JP5892144B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
前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、気筒内の燃料量に相関のあるパラメータ上での基準値と実値との偏差に基づいて燃料噴射量を補正すると共に、気筒内の空気量に相関のあるパラメータ上での基準値と実値との偏差に基づいて吸入空気量を補正することである。
具体的に、本発明は、燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段とを備えた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、「前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された基準熱発生量と実熱発生量との偏差」に基づいて燃料噴射補正量を求め、この燃料噴射補正量に従って前記燃料噴射量制御手段による燃料噴射量を制御する構成としている。また、「前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された基準熱発生量の変化勾配と実熱発生量の変化勾配との偏差」、および、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差に基づいて求められる燃料噴射量のずれ量または前記燃料噴射補正量」に基づいて吸入空気補正量を求め、この吸入空気補正量に従って前記吸入空気量制御手段による吸入空気量を制御する構成としている。
図1は本実施形態に係るディーゼルエンジン1(以下、単にエンジンという)およびその制御系統の概略構成図である。
ECU100は、図示しないCPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図3に示すように、ECU100の入力回路には、クランクポジションセンサ40、レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、排気温センサ45a,45b、水温センサ46、アクセル開度センサ47、吸気圧センサ48、吸気温センサ49、筒内圧センサ4A、外気温センサ4B、および、外気圧センサ4Cなどが接続されている。
次に、本実施形態の特徴である燃料噴射量および吸入空気量の制御について説明する。
本実施形態における燃料噴射量は、予め設定された基準熱発生量と実熱発生量との偏差に基づいて求められた燃料噴射補正量に従って決定される。つまり、この燃料噴射補正量だけ燃料噴射量が増量(実熱発生量が基準熱発生量よりも少ない場合)または減量(実熱発生量が基準熱発生量よりも多い場合)されて適正な燃料噴射量が得られるようにしている。ここでいう適正な燃料噴射量とは、アクセル開度やエンジン回転速度等に応じて目標とされる燃料噴射量であって、前述した理想的な熱発生率波形(アクセル開度やエンジン回転速度等に応じた理想的な熱発生率波形)を得るための燃料噴射量である。
本実施形態における吸入空気量は、予め設定された基準熱発生量の変化勾配(以下では、基準熱発生率勾配という場合もある)と実熱発生量の変化勾配(以下では、実熱発生率勾配という場合もある)との偏差、および、前記基準熱発生量と実熱発生量との偏差から求まる燃料噴射量のずれ量に基づいて求められた吸入空気補正量に従って決定される。つまり、この吸入空気補正量だけ吸入空気量が増量(例えば燃料噴射量が適正に得られている状況で実熱発生量の変化勾配が基準熱発生量の変化勾配よりも小さい場合)または減量(例えば燃料噴射量が適正に得られている状況で実熱発生量の変化勾配が基準熱発生量の変化勾配よりも大きい場合)されて適正な吸入空気量が得られるようにしている。ここでいう適正な吸入空気量とは、アクセル開度やエンジン回転速度等に応じて目標とされる吸入空気量であって、前述した理想的な熱発生率波形(アクセル開度やエンジン回転速度等に応じた理想的な熱発生率波形)を得るための吸入空気量である。
アクセル開度やエンジン回転速度等に応じた適正な燃料噴射量が得られている場合であっても吸入空気量が適正な量に対して不足している場合には、実熱発生量の変化勾配は基準熱発生量の変化勾配よりも小さくなる。この勾配の偏差は、吸入空気量の不足分に相当する。この場合、この不足分に相当する吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量だけ増量された吸入空気量が目標吸入空気量として決定される。
燃料噴射量が適正な量に対して不足している場合(前記実熱発生量が前記基準熱発生量よりも少ない場合)であって、吸入空気量が適正な量に対して不足している場合には、実熱発生量の変化勾配は基準熱発生量の変化勾配よりも小さくなる。この場合、燃料噴射量の不足分に相当する偏差(基準熱発生量の変化勾配に対する偏差)を有する勾配に対して更に実熱発生量の変化勾配は小さくなっている。この燃料噴射量の不足分に相当する偏差を有する勾配に対する実熱発生量の変化勾配の偏差は吸入空気量の不足分に相当する。この場合、この不足分に相当する吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量だけ増量された吸入空気量が目標吸入空気量として決定される。
燃料噴射量が適正な量よりも過剰となっている場合(前記実熱発生量が前記基準熱発生量よりも多い場合)であって、吸入空気量が適正な量よりも過剰となっている場合には、実熱発生量の変化勾配は基準熱発生量の変化勾配よりも大きくなる。この場合、燃料噴射量の過剰分に相当する偏差(基準熱発生量の変化勾配に対する偏差)を有する勾配に対して更に実熱発生量の変化勾配は大きくなっている。この燃料噴射量の過剰分に相当する偏差を有する勾配に対する実熱発生量の変化勾配の偏差は吸入空気量の過剰分に相当する。この場合、この過剰分に相当する吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量だけ減量された吸入空気量が目標吸入空気量として決定される。
先ず、第1実施形態について説明する。本実施形態では、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼を対象とし、前述した如くメイン噴射で噴射された燃料の大部分が拡散燃焼である場合について説明する。
このように、基準熱発生量Qbから実熱発生量Qrを減算した値(熱発生量の偏差;単位は「J」)を熱発生効率(単位は「J/mm3」)によって除算することにより、燃料噴射量のずれ量Δf(単位は「mm3」)が算出される。
次に、ステップST7に移り、以下の式(3)(関数hによる演算式)によって吸入空気量のずれ量ΔAが算出される。
ここで、実吸入空気量は前記エアフローメータ43によって検出された吸入空気量である。また、実燃料噴射量は、レール圧センサ41によって検出されている燃料圧力とインジェクタ23の開弁期間との積から算出される。
この場合に、前記運転状態量および運転条件を固定すると、筒内容積と酸素濃度も固定されるため、以下の式(3−2)が成り立つ。
これら式(3−1)および式(3−2)より、以下の式(3−3)が成り立つ。
一方、実熱発生率勾配は、以下の式(3−4)から得られる。
なお、前記α、β、γはそれぞれ定数である。
つまり、熱発生率勾配のずれ量ΔSは、吸入空気量のずれ量ΔA、実吸入空気量、燃料噴射量のずれ量Δf、実燃料噴射量それぞれを変数とする関数gによって算出できる。
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態は、エンジン1の軽負荷運転時などであって、インジェクタ23から噴射された燃料(例えばメイン噴射で噴射された燃料)の噴射期間における燃焼室3内の温度が燃料の予混合燃焼開始温度(例えば900K)以上でかつ燃料の拡散燃焼開始温度(例えば1000K)未満である場合(大部分の燃焼が予混合燃焼である場合)について説明する。
ここで「k」は補正係数であって「1」未満の正の値が適用される。具体的な数値は実験やシミュレーションによって決定される。
以上説明した各実施形態は、自動車に搭載された直列4気筒ディーゼルエンジン1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、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。また、本発明は軽油を燃料とするディーゼルエンジンに限らず、ガソリンやその他の燃料を使用するエンジンに対しても適用が可能である。
23 インジェクタ(燃料噴射量制御手段)
3 燃焼室
5 ターボチャージャ(吸入空気量制御手段)
54 可変ノズルベーン機構
100 ECU
Qb 基準熱発生量
Qr 実熱発生量
Δf 燃料噴射量のずれ量
Sb 基準熱発生率勾配(基準熱発生量の変化勾配)
Sr 実熱発生率勾配(実熱発生量の変化勾配)
ΔS 熱発生率勾配のずれ量
ΔA 吸入空気量のずれ量
Claims (6)
- 燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
「前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された基準熱発生量と実熱発生量との偏差」に基づいて燃料噴射補正量を求め、この燃料噴射補正量に従って前記燃料噴射量制御手段による燃料噴射量を制御すると共に、
「前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された基準熱発生量の変化勾配と実熱発生量の変化勾配との偏差」、および、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差に基づいて求められる燃料噴射量のずれ量または前記燃料噴射補正量」に基づいて吸入空気補正量を求め、この吸入空気補正量に従って前記吸入空気量制御手段による吸入空気量を制御する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
前記基準熱発生量は、前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された燃料噴射量に基づいて設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1または2記載の内燃機関の制御装置において、
前記基準熱発生量の変化勾配は、前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された吸入空気量および燃料噴射量に基づいて設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1、2または3記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射補正量は、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差」を、燃料の単位体積当たりの発生熱量である熱発生効率で除算することにより求められる燃料噴射量のずれ量に従って設定されるようになっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1〜4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、
前記吸入空気補正量は、「前記基準熱発生量の変化勾配と前記実熱発生量の変化勾配との偏差」、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差を、燃料の単位体積当たりの発生熱量である熱発生効率で除算することにより求められる燃料噴射量のずれ量」、「実吸入空気量」、および、「実燃料噴射量」により求められる吸入空気量のずれ量に従って設定されるようになっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1〜5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、
燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の予混合燃焼開始温度以上でかつ燃料の拡散燃焼開始温度未満である場合には、燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の拡散燃焼開始温度以上である場合に対して、「前記基準熱発生量の変化勾配と前記実熱発生量の変化勾配との偏差」および「前記燃料噴射量のずれ量または前記燃料噴射補正量」が同一であっても、吸入空気補正量が少なく設定されるようになっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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