JP6268871B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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ここでいう「筒内における圧力上昇率が最大となるピーク時期」は、前記エンジンの燃焼起振力によって発生する騒音が最大となる時刻に相当するものとみなすことができる。なお、前記ピーク時期の目標値は、少なくとも圧縮上死点よりも遅角側に設定されることが好ましい。
前記記憶部は、前記エンジンの運転状態及び前記ピーク時期と前記エンジンで発生する騒音の大きさとの関係をモデル化した騒音レベルモデルを記憶し、前記補正部は、前記騒音レベルモデルに基づいて算出される前記騒音の大きさが所定レベルを超える場合に、前記燃料噴射時期を補正する。
なお、前記アレニウス型推定式に含まれる前記パラメーターの具体例としては、エンジン回転速度N E ,筒内圧力(演算値)P CYL ,噴射圧P INJ ,酸素濃度D ENS ,湿度H UM ,動粘度V ISK ,セタン指数C ET 等が挙げられる。
なお、前記燃料噴射時期の補正量に応じて、実際の前記ピーク時期が変化する。例えば、前記燃料噴射時期が遅角方向に補正されると、実際の前記ピーク時期も遅角方向に移動する。このとき、前記燃料噴射時期の補正量は、前記ピーク時期の移動量に対応する。
なお、前記エンジンの運転状態が前記低回転状態ではない場合、又は、前記低負荷状態でない場合には、前記燃料噴射時期が補正されないことが好ましい。この場合、前記制御部は前記燃料噴射時期モデルに基づいて算出された前記燃料噴射時期を用いて、前記噴射タイミングを制御することが好ましい。
(9)前記補正部は、前記エンジンの運転モードが予混合燃焼モードである場合に、前記燃料噴射時期を補正することが好ましい。
[1−1.エンジン]
本実施形態の制御装置は、図1に示すエンジン10に適用される。このエンジン10は、例えば軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、拡散燃焼を実施する運転モードである「拡散燃焼モード」と、予混合燃焼を実施する運転モードである「予混合燃焼モード」とを備える。また、このエンジン10は、排気圧を利用した過給システム(ターボシステム)と、排気の一部を吸気側に再循環させるEGRシステム(Exhaust Gas Recirculation;排気再循環システム)とを有する。図1中には、エンジン10に設けられる複数のシリンダー20のうちの一つを例示する。
エンジン10のクランクシャフトの近傍には、エンジン回転速度NEを検出するエンジン回転速度センサー41が設けられる。また、エンジン10のウォータージャケット又はエンジン冷却水の循環経路上の任意の位置には、エンジン冷却水の温度(冷却水温TW)を検出する冷却水温センサー42が設けられる。
上記のエンジン10を搭載する車両には、エンジン制御装置1(Engine Electronic Control Unit,制御装置)が設けられる。エンジン制御装置1は、エンジン10に関する点火系,燃料系,吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを総合的に制御する電子制御装置であり、エンジン10の各シリンダー20に対して供給される空気量や燃料噴射量QMAIN,燃料噴射時期T0,EGR量等を制御するものである。
エンジン制御装置1は、エンジン10に要求される負荷の大きさに応じて目標噴射時期を算出し、実際の燃料噴射が目標噴射時期に実施されるように、筒内噴射弁13に対して制御パルス信号を出力する。一方、所定条件の成立下では、エンジン10で発生する騒音を抑制するために、燃料噴射時期T0を通常よりも遅角方向に補正する制御を実施する。ただし、このような燃料噴射時期T0の補正制御は、少なくともエンジン10が予混合燃焼状態であるときに実施されるものとする。
記憶部2は、上記のような制御で用いられるマップや数式を記憶するものである。ここには、燃料噴射時期モデル,ピーク時期モデル,Wiebe関数モデル,騒音レベルモデル,騒音上限モデルの五種類のモデルが記録される。以下、これらのモデルの内容を順に説明する。
燃料噴射時期モデルとは、エンジン10の運転状態に応じた燃料噴射時期T0を設定するためのモデルである。ここでいう燃料噴射時期T0とは、メイン噴射の燃料を噴射するクランク角である。燃料噴射時期T0は、例えばエンジン回転速度NEやエンジン10に要求されるトルクの大きさ,アクセル開度APS,車速,EGR弁26及びスロットル弁27の開度等に基づいて設定される。
ピーク時期モデルとは、シリンダー20内での一回の予混合燃焼反応において圧力上昇率dP/dθ[MPa/°CA]が最大となる時刻(以下、この時刻のことをピーク時期TPと呼ぶ)の目標値TP_TGTを設定するためのモデルである。ピーク時期TPの目標値TP_TGTは、少なくとも圧縮上死点を基準として遅角側に設定される。すなわち、圧縮上死点を基準としたクランク角θ[°CA ATDC]で目標値TP_TGTを表現すれば、TP_TGT≧0[°CA ATDC]とされる。目標値TP_TGTは、実際の予混合燃焼反応におけるピーク時期TPがこの時刻よりも進角側に入らないようにする(実際のピーク時期TPが過剰に早くなることを防止する)ためのパラメーターである。
Wiebe関数モデルとは、シリンダー20内での予混合燃焼反応によって発生した、単位クランク角dθあたりの熱量である熱発生率dQ/dθ[J/°CA](熱発生速度ともいう)をWiebe関数(一または複数のWiebe関数)で表現し、かつ、これをクランク角θと圧力上昇率dP/dθとの関係としてモデル化したものである。つまり、このWiebe関数モデルでは、クランク角θと圧力上昇率dP/dθとの関係がモデル化される。Wiebe関数とは、熱発生率dQ/dθを燃焼反応の経過時間で近似的に表現した関数である。以下の式1にWiebe関数の例を示す。式1の関数は、クランク角θ(経過時間)の変動に対して、熱発生率dQ/dθが山なりに変化するグラフ形状を与える。
騒音レベルモデルとは、圧力上昇率dP/dθが最大となる時刻(ピーク時期TP)とエンジン10で発生する騒音レベルの推定値N[dB]との関係をモデル化したものである。騒音レベルの推定値Nは、エンジン10の運転状態と相関する複数のパラメーターに基づいて、指数関数部分に筒内温度TCYLを含むアレニウス型推定式で算出される。
騒音上限モデルとは、シリンダー20内での一回の予混合燃焼反応で発生する騒音レベルの許容値NTGT[dB]をエンジン10の運転状態毎に規定するモデルである。騒音レベルの許容値NTGTは、燃料噴射時期T0の設定時と同様に、例えばエンジン回転速度NEやエンジン10に要求されるトルクの大きさ,アクセル開度APS,車速,EGR弁26及びスロットル弁27の開度等に基づいて設定される。
算出部3は、燃料噴射時期T0を制御するための様々な演算を行うものである。前述の燃料噴射量QMAIN,エンジン負荷Pは、それぞれがエンジン回転速度NE,アクセル開度APS等に基づいて算出される。また、筒内圧力PCYLは、エンジン回転速度NE,吸気流量QAIR,インマニ圧PIM等に基づいて算出され、筒内温度TCYLは、吸気温度TAIR等に基づいて算出される。この算出部3には、標準噴射時期算出部3A,ピーク時期予測部3B,騒音推定部3Cが設けられる。
補正部4は、所定の補正条件が成立したときに、燃料噴射時期T0を進角,遅角方向に補正するものである。ここでは、燃料噴射の開始タイミングを補正するだけでなく、燃料噴射期間の全体が移動するように(シフトするように)補正がなされる。
本実施形態では、少なくとも燃料噴射の開始タイミング(プレ噴射の開始タイミング)と、その後のメイン噴射の開始タイミングとが連動して補正される。なお、ポスト噴射の開始タイミングに関しては、必ずしも燃料噴射の開始タイミングの補正に連動させる必要はない。
条件1.運転モードが予混合燃焼モードである
条件2.ピーク時期TPの予測値TP_PREが目標値TP_TGTよりも進角側である
条件3.騒音レベルの推定値Nが許容値NTGTを超える
図7,図8は、エンジン制御装置1で実行される制御の手順を例示するフローチャートである。図7は、補正条件が上記の条件1及び条件2であり、第一補正部4Aによる補正手法を採用した場合のフローである。一方、図8は、補正条件が上記の条件1及び条件3であり、第二補正部4Bによる補正手法を採用した場合のフローである。
図7のステップA10では、各種センサー41〜48で検出されたセンサー情報がエンジン制御装置1に入力される。ここで入力されるセンサー情報は、エンジン回転速度NE,冷却水温TW,吸気温度TAIR,酸素濃度DENS,インマニ圧PIM,燃料の噴射圧PINJ,吸気流量QAIR,アクセル開度APS等である。また、算出部3では、これらのセンサー情報に基づいて燃料噴射量QMAIN,エンジン負荷P,筒内圧力PCYL,筒内温度TCYL等が算出される。
図8のステップB10〜B30は、図7のステップA10〜B30と同一内容の制御が実施されるステップであり、各種のセンサー情報が取得されるとともに、エンジン10の運転モードが予混合燃焼モードであるか否かが判定される。ステップB40以下の燃料噴射時期T0の補正は、予混合燃焼モード下でのみ実施される。運転モードが拡散燃焼モードであるときにはステップB100に進み、ステップB20で算出された燃料噴射時期T0に燃料が噴射されるように、制御部5から筒内噴射弁13へと制御パルス信号が出力される。したがって、拡散燃焼モード下では燃料噴射時期T0が補正されない。
図9(A)は上記のような燃料噴射時期T0の補正を実施しなかった場合の圧力上昇率dP/dθの推移を示すグラフであり、図9(B)は燃料噴射時期T0を補正した場合のグラフである。それぞれの図中に記載された四本のグラフは、運転条件(例えば、燃料噴射量QMAINや燃料噴射時期T0)が同一であってシリンダー20に導入される吸気の酸素濃度DENSのみを相違させたときに得られた四回分の実機試験結果に対応している。
(1)上記のエンジン制御装置1では、記憶部2に燃料噴射時期モデルとピーク時期モデルとが記憶され、算出部3でピーク時期TPの目標値TP_TGTと予測値TP_PREとが算出される。また、第一補正部4Aでは、これらの目標値TP_TGTと予測値TP_PREとに基づいて燃料噴射時期T0が補正される。その後、補正された燃料噴射時期T0を用いて、燃料の噴射タイミングが制御部5で制御される。
また、エンジン10の運転状態に対応するように許容値NTGTを設定することで、一律に騒音の上限レベルを設定するような手法と比較して、制御の柔軟性を高めることができる。例えば、図4に示すように、エンジン10の低回転領域と低負荷領域との双方に帯状の許容値最小領域を設定することができ、エンジン10のアイドル運転状態や、定速走行状態での静音性を向上させることができる。一方、これ以外の運転状態では、静音性よりもエンジン出力やその応答性等を考慮した許容値NTGTを定めることができる。
また、このピーク時期モデルにおけるピーク時期TPの目標値TP_TGTは、少なくとも圧縮上死点を基準として遅角側に設定されるため、実際のピーク時期TPが過剰に早くなることを防止することができ、騒音抑制効果をさらに高めることができる。
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
2 記憶部
3 算出部
3A 標準噴射時期算出部
3B ピーク時期予測部
3C 騒音推定部
4 補正部
4A 第一補正部
4B 第二補正部
5 制御部
10 エンジン
13 筒内噴射弁
TP ピーク時期
TP_PRE ピーク時期の予測値
TP_TGT ピーク時期の目標値
dQ/dθ 熱発生率
dP/dθ 圧力上昇率
TCYL 筒内温度
N 騒音レベルの推定値
NTGT 騒音レベルの許容値
Claims (9)
- エンジンの運転状態に応じた燃料噴射時期を与える燃料噴射時期モデルと、前記エンジンの筒内における圧力上昇率が最大となるピーク時期の目標値を前記エンジンの運転状態毎に規定したピーク時期モデルとを記憶する記憶部と、
前記燃料噴射時期モデルに基づいて算出される前記燃料噴射時期に燃料を噴射した場合における前記ピーク時期の予測値を算出する算出部と、
前記ピーク時期モデルに基づいて算出された前記目標値と前記算出部で算出された前記予測値とに基づき、前記燃料噴射時期を補正する補正部と、
前記補正部で補正された前記燃料噴射時期を用いて燃料の噴射タイミングを制御する制御部とを備え、
前記記憶部は、前記エンジンのクランク角と前記圧力上昇率との関係をモデル化したWiebe関数モデルを記憶し、
前記算出部は、前記Wiebe関数モデルに基づいて前記ピーク時期の予測値を算出する
ことを特徴とする、エンジンの制御装置。 - 前記Wiebe関数モデルは、前記エンジンの熱発生率及び経過時間の関係を表すWiebe関数と、前記熱発生率及び前記圧力上昇率の関係を表す変換式とを組み合わせた関数モデルとして与えられる
ことを特徴とする、請求項1記載のエンジン制御装置。 - エンジンの運転状態に応じた燃料噴射時期を与える燃料噴射時期モデルと、前記エンジンの筒内における圧力上昇率が最大となるピーク時期の目標値を前記エンジンの運転状態毎に規定したピーク時期モデルとを記憶する記憶部と、
前記燃料噴射時期モデルに基づいて算出される前記燃料噴射時期に燃料を噴射した場合における前記ピーク時期の予測値を算出する算出部と、
前記ピーク時期モデルに基づいて算出された前記目標値と前記算出部で算出された前記予測値とに基づき、前記燃料噴射時期を補正する補正部と、
前記補正部で補正された前記燃料噴射時期を用いて燃料の噴射タイミングを制御する制御部とを備え、
前記記憶部は、前記エンジンの運転状態及び前記ピーク時期と前記エンジンで発生する騒音の大きさとの関係をモデル化した騒音レベルモデルを記憶し、
前記補正部は、前記騒音レベルモデルに基づいて算出される前記騒音の大きさが所定レベルを超える場合に、前記燃料噴射時期を補正する
ことを特徴とする、エンジンの制御装置。 - 前記騒音レベルモデルは、前記エンジンの運転状態に相関するパラメーターと前記ピーク時期とを引数とし、指数関数部分に前記エンジンの筒内温度を含むアレニウス型推定式として与えられる
ことを特徴とする、請求項3記載のエンジンの制御装置。 - 前記記憶部は、前記エンジンのクランク角と前記圧力上昇率との関係をモデル化したWiebe関数モデルを記憶し、
前記算出部は、前記Wiebe関数モデルに基づいて前記ピーク時期の予測値を算出する
ことを特徴とする、請求項3または4記載のエンジンの制御装置。 - 前記補正部は、前記予測値が前記目標値に近づくように前記燃料噴射時期を補正する
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置。 - 前記補正部は、前記エンジンの運転状態が低回転状態かつ低負荷状態である場合に、前記燃料噴射時期を補正する
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 - 前記ピーク時期モデルは、前記ピーク時期の目標値を前記エンジンの回転速度及びエンジン負荷毎に規定したマップとして与えられる
ことを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 - 前記補正部は、前記エンジンの運転モードが予混合燃焼モードである場合に、前記燃料噴射時期を補正する
ことを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。
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