JPH1054289A - 筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 副噴射を採用することなく排気系に備えられ
たリーンＮＯ_x 触媒の温度を最適な温度に容易に維持す
ることが可能な燃料噴射制御装置を提供し、ＮＯ _x 浄化
率の向上を図る。 【解決手段】 触媒温度が最適温度より低いときには、
噴射率を低くし、熱効率を低下させて、動力に変換され
ることなく排気エネルギとなる度合いを増大させ、その
結果、排気温度すなわち触媒温度を上昇させる。しか
も、その噴射率低下による燃料減少分は、噴射期間の長
期化により補償し、トルクを一定に維持する。一方、触
媒温度が最適温度より高いときには、噴射率を高くし、
熱効率を増大させて、動力に変換されることなく排気エ
ネルギとなる度合いを減少させ、その結果、排気温度す
なわち触媒温度を低下させる。しかも、その噴射率増大
による燃料増加分は、噴射期間の短期化により補償し、
トルクを一定に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リーンＮＯ_x 触媒
を排気系に備えるとともに噴射率可変の燃料噴射装置を
備えた希薄燃焼可能かつ筒内直接噴射式の内燃機関にお
ける燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料の経済性という観点から、ガ
ソリンエンジンにおいてリーンバーン（希薄燃焼）エン
ジンが開発されるとともに、ディーゼルエンジンの適用
範囲が拡大されつつある。ディーゼルエンジンやリーン
バーンエンジンでは、大きな空気過剰率の下で燃料が燃
焼せしめられるため、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化
水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の排出量が少ない反面、
空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成される
ＮＯ_x （窒素酸化物）の排出量が多くなるとともに、排
気ガスにおける未反応Ｏ₂ の量も多くなる。

【０００３】そこで、リーン状態すなわちＯ₂ が過剰に
存在する状態にある排気ガス中のＮＯ_x を還元・浄化す
ることが可能なリーンＮＯ_x 触媒が使用されている。リ
ーンＮＯ_x 触媒としては、遷移金属又は貴金属を担持せ
しめたゼオライト系の触媒が使われることが多い。リー
ンＮＯ_x 触媒によるＮＯ_x 浄化においてはＨＣ等の還元
剤の存在が必要であるが、排気ガス中に存在する還元剤
の量では不充分であるため、リーンＮＯ_x 触媒の上流側
に還元剤を添加する装置が設けられたり、燃焼すること
なく触媒に流出するような条件で還元剤としての燃料が
気筒内に噴射される副噴射が行われている。

【０００４】一方、ディーゼルエンジンの如き筒内直接
噴射式のエンジンでは、高圧燃料の緻密な制御を達成す
る必要があるため、近年においては、コモンレール式燃
料噴射システムが開発されている。このコモンレール式
燃料噴射システムは、高圧ポンプで生成した高圧状態の
燃料をコモンレールに蓄えておき、電磁弁の開閉により
コモンレールからエンジンの各気筒に高圧燃料を噴射す
るものであり、コモンレール内の燃料の圧力は、圧力セ
ンサとポンプの吐出量制御機構とにより常に最適値に制
御されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リーンＮＯ
_x 触媒がＮＯ_x を還元・浄化することができる温度範囲
すなわちリーンＮＯ_x 触媒の温度ウィンドウは、非常に
狭い範囲である。その対策として、種々の提案がなされ
ている。例えば、特開平４−２３１６４５号公報は、リ
ーンＮＯ_x 触媒システムとコモンレール式燃料噴射シス
テムとを採用する筒内直接噴射式エンジンにおいて、リ
ーンＮＯ_x 触媒に還元剤としてのＨＣを供給するための
副噴射の時期を触媒温度に応じて変えることにより、Ｎ
Ｏ_x 浄化率を向上させる技術を開示している。

【０００６】上記従来技術によれば、圧縮行程での主噴
射終了後、膨張行程において副噴射時期が設定された場
合、副噴射による燃料が燃焼せしめられ、排気温度すな
わち触媒温度の上昇に寄与することとなる。しかしなが
ら、主噴射終了直後、短い間隔で再度噴射弁が開閉され
るため、高回転数になると、弁の開閉が追いつかず、精
度良く噴射量を制御することができず、また、噴射弁の
耐久性が悪化するという問題がある。

【０００７】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、排気
系にリーンＮＯ_x 触媒を備えた希薄燃焼可能な内燃機関
において副噴射を採用することなく触媒温度を最適な温
度に維持することが可能な燃料噴射制御装置を提供する
ことにより、容易にＮＯ_x 浄化率の向上を図ることにあ
る。ひいては、本発明は、大気汚染防止に寄与すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく案
出された、本発明に係る、筒内直接噴射式内燃機関の燃
料噴射制御装置は、リーンＮＯ_x 触媒を排気系に備える
とともに噴射率可変の燃料噴射装置を備えた希薄燃焼可
能かつ筒内直接噴射式の内燃機関における燃料噴射制御
装置であって、該内燃機関の機関運転状態を検出する運
転状態検出手段と、前記リーンＮＯ_x の触媒温度を検出
する触媒温度検出手段と、前記運転状態検出手段によっ
て検出された機関運転状態に応じて、前記燃料噴射装置
における噴射率及び噴射期間を設定する噴射制御量設定
手段と、前記触媒温度検出手段によって検出された触媒
温度が最適温度より低いほど、前記噴射制御量設定手段
によって設定された噴射率を低くしかつ噴射期間を長く
するとともに、前記触媒温度検出手段によって検出され
た触媒温度が最適温度より高いほど、前記噴射制御量設
定手段によって設定された噴射率を高くしかつ噴射期間
を短くする噴射制御量補正手段と、を具備することを特
徴とする。

【０００９】上述の如く構成された、本発明に係る燃料
噴射制御装置においては、触媒温度が最適温度より低い
ときには、噴射率が低くされるため、熱効率が低下せし
められて、動力に変換されることなく排気エネルギとな
る度合いが増大し、すなわち排気温度が上昇し、それに
伴い触媒温度も上昇する。しかも、その噴射率低下によ
る燃料減少分は、噴射期間の長期化により補償されるた
め、トルクは一定に維持されて、運転性の悪化が生ずる
ことはない。一方、触媒温度が最適温度より高いときに
は、噴射率が高くされるため、熱効率が増大せしめられ
て、動力に変換されることなく排気エネルギとなる度合
いが減少し、すなわち排気温度が低下し、それに伴い触
媒温度も低下する。しかも、その噴射率増大による燃料
増加分は、噴射期間の短期化により補償されるため、ト
ルクは一定に維持されて、運転性の悪化が生ずることは
ない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴
射制御装置を採用した４気筒ディーゼルエンジンの全体
構成図である。エンジン本体１における燃焼に必要な空
気は、吸気系２を介してエンジン本体１に供給される。
その際、空気は、吸気系２に設けられたエアクリーナ３
によりろ過される。一方、燃料タンク１０に貯蔵された
燃料は、低圧ポンプ１１によってくみ上げられ、低圧導
管１２を介して高圧ポンプ１３に供給される。高圧ポン
プ１３は、高圧導管１４を介してコモンレール１５へと
燃料を圧送する。

【００１２】コモンレール１５に高圧状態で蓄えられた
燃料は、各枝管１６を介して三方電磁弁１７を有する各
燃料噴射弁１８に供給され、各燃料噴射弁１８によって
各気筒内に噴射される。また、燃料の一部は、燃料噴射
弁１８より噴射されることなく、三方電磁弁１７より返
戻管１９を介して燃料タンク１０に戻されることができ
るようになっている。そして、エンジン本体１において
発生した排気ガスは、排気系４から排出される。その
際、排気ガスは、排気系４に設けられたリーンＮＯ_x 触
媒コンバータ５により浄化される。

【００１３】電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、燃料
噴射制御を実行するマイクロコンピュータシステムであ
る。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）３３に格納されたプ
ログラム及び各種のマップに従って、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）３１は、各種センサからの信号を入力ポート３５
を介して入力し、その入力信号に基づいて演算処理を実
行し、その演算結果に基づき出力ポート３６を介して各
種アクチュエータ用制御信号を出力する。ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）３４は、その演算・制御処理過程
における一時的なデータ記憶場所として使用される。ま
た、これらのＥＣＵ内各構成要素は、アドレスバス、デ
ータバス、及びコントロールバスからなるシステムバス
３２によって接続されている。

【００１４】そして、ＥＣＵ３０の入力ポート３５に
は、アクセルペダル（図示せず）の開度θＡに応じた出
力電圧を発生するアクセル開度センサ２１がＡ／Ｄコン
バータ３７を介して接続されている。また、入力ポート
３５には、エンジン回転数ＮＥに比例した数の出力パル
スを単位時間当たりに発生するクランク角センサ２２が
接続されている。また、入力ポート３５には、第１気筒
及び第４気筒の圧縮上死点において出力パルスを発生す
る気筒判別センサ２３が接続されている。また、入力ポ
ート３５には、コモンレール１５内の圧力に応じた出力
電圧を発生する圧力センサ２４がＡ／Ｄコンバータ３７
を介して接続されている。また、入力ポート３５には、
触媒コンバータ５に流入する排気ガス温度に応じた出力
電圧を発生する触媒流入排気温センサ２５及び触媒コン
バータ５から流出する排気ガス温度に応じた出力電圧を
発生する触媒流出排気温センサ２６がそれぞれＡ／Ｄコ
ンバータ３７を介して接続されている。

【００１５】一方、ＥＣＵ３０の出力ポート３６には、
駆動回路３８を介して高圧ポンプ１３内の圧力制御電磁
弁が接続されている。そして、ＥＣＵ３０は、コモンレ
ール１５内の圧力が所望の値となるように、圧力センサ
２４の出力信号に基づき、高圧ポンプ１３からコモンレ
ール１５への燃料圧送量を決定し、高圧ポンプ１３内の
圧力制御電磁弁を制御する。なお、コモンレール１５内
の圧力は、燃料噴射弁１８から各気筒に噴射される燃料
の噴射率（単位クランク角又は単位時間当たりの燃料噴
射量）を決定するものである。また、出力ポート３６に
は、駆動回路３９及びカウンタ回路４０を介して燃料噴
射弁１８内の三方電磁弁１７が接続されている。そし
て、ＥＣＵ３０は、三方電磁弁１７の開閉を制御するこ
とにより、燃料噴射時期及び燃料噴射期間を制御する。
なお、燃料噴射率と燃料噴射期間との積が燃料噴射量と
なる。

【００１６】図２は、ＥＣＵ３０による燃料噴射実行ル
ーチンの処理手順を示すフローチャートである。このル
ーチンは、一定クランク角ごと、例えばクランク角３０
度ごとの割り込み処理として実行される。まず、ステッ
プ１０２では、角度判別カウンタＣＮＥのカウントが実
行される。ＣＮＥは、０から５までクランク角３０度ご
とに１ずつ増加せしめられ、ＣＮＥが５になった後にＣ
ＮＥは０にされ、再びクランク角３０度ごとに１ずつ増
加せしめられる。

【００１７】次いで、ステップ１０４では、気筒判別カ
ウンタＣＣＹＬのカウントが実行される。ＣＣＹＬは、
０から３までクランク角１８０度ごとに１ずつ増加せし
められ、ＣＣＹＬが３になった後にＣＣＹＬは０にさ
れ、再びクランク角１８０度ごとに１ずつ増加せしめら
れる。ＣＣＹＬが変化する時点は各気筒の圧縮上死点を
示しており、例えばＣＣＹＬが３に増加せしめられる時
点は第４気筒の圧縮上死点を示しており、ＣＣＹＬが３
から０にクリアされる時点は第２気筒の圧縮上死点を示
しており、さらにＣＣＹＬが１に増加せしめられる時点
は第１気筒の圧縮上死点を示している。また、ＣＮＥが
５から０へとクリアされる時点は、ＣＣＹＬが変化する
時点と一致しており、各気筒の圧縮上死点を示してい
る。

【００１８】ステップ１０６では、ＣＮＥ及びＣＣＹＬ
に基づいて噴射を実行すべき気筒ｎｍが計算される。気
筒ｎｍは吸気行程から圧縮行程にある気筒である。次い
で、ステップ１０８では、ＣＮＥが、後述する噴射開始
時間ｔｍ及び噴射期間τｍをカウンタ４０にセットすべ
き値ＣＮＥｍになったか否かが判定される。ＣＮＥ＝Ｃ
ＮＥｍであるとき、ステップ１１０に進み、現時点から
噴射開始時期までの噴射開始時間ｔｍ及び噴射期間τｍ
がカウンタ４０にセットされる。カウンタ４０に噴射開
始時間ｔｍがセットされると、カウンタ４０はカウント
を開始し、噴射開始時間ｔｍが経過すると噴射が実行さ
れる。このとき、噴射期間τｍのカウントが開始され、
噴射期間τｍが経過すると、噴射は停止される。ステッ
プ１０８において否定判定された場合には、ステップ１
１０はスキップされ、噴射は実行されない。

【００１９】図３は、ＥＣＵ３０による燃料噴射制御量
算出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
このルーチンは、所定時間周期に発生する割り込み処理
として実行される。まず、ステップ２０２では、アクセ
ル開度センサ２１及びクランク角センサ２２の各出力に
基づき、現在のアクセル開度θＡ及びエンジン回転数Ｎ
Ｅが検出される。次いで、ステップ２０４では、検出さ
れたアクセル開度θＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じて
目標コモンレール圧力ＰＣｔが算出される。なお、この
算出のために、予め所定のマップがＲＯＭ３３に格納さ
れており、このマップに基づく補間計算が実行される。
そして、ＥＣＵ３０は、圧力センサ２４によって検出さ
れるコモンレール圧力ＰＣがこの目標コモンレール圧力
ＰＣｔとなるように、高圧ポンプ１３からコモンレール
１５への燃料圧送量を決定し、高圧ポンプ１３内の圧力
制御電磁弁に対する制御を実行する。すなわち、コモン
レール圧力ＰＣに関するフィードバック制御が別途実行
されている。

【００２０】次いで、ステップ２０６では、アクセル開
度θＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、噴射開始時間
ｔｍ、噴射期間τｍ、並びにｔｍ及びτｍをカウンタ４
０にセットすべき角度判別カウンタのカウント値ＣＮＥ
ｍが算出される。なお、この算出のために、予め所定の
マップがＲＯＭ３３に格納されており、このマップに基
づく補間計算が実行される。

【００２１】次いで、ステップ２０８では、触媒流入排
気温センサ２５及び触媒流出排気温センサ２６の各出力
に基づき、現在の触媒流入排気ガス温度ＴＨＥＩ及び触
媒流出排気ガス温度ＴＨＥＯが検出される。次いで、ス
テップ２１０では、検出されたＴＨＥＩ及びＴＨＥＯに
基づいて、実際の触媒温度ＴＨＣが推定される。次い
で、ステップ２１２では、リーンＮＯ_x 触媒５が高浄化
率を達成するための目標触媒温度ＴＨＣｔに対して実触
媒温度ＴＨＣがどれだけ高いかを示す触媒温度偏差ΔＴ
ＨＣが算出される。なお、ΔＴＨＣ＜０のときには、触
媒温度ＴＨＣが目標触媒温度ＴＨＣｔよりも低いことを
示す。

【００２２】次いで、ステップ２１４では、ΔＴＨＣの
絶対値が所定値以下に収まっているか否かが判定され
る。ステップ２１４の判定結果がＹＥＳのときには、特
に触媒温度を調節するための燃料噴射制御量の補正は不
要であるとみなして本ルーチンは終了せしめられる。一
方、ステップ２１４の判定結果がＮＯのときには、以下
の燃料噴射制御量補正が実行される。まず、ステップ２
１６では、触媒温度偏差ΔＴＨＣに応じて目標コモンレ
ール圧力増大補正量ΔＰＣｔが算出される。この算出の
ために、予め所定のマップがＲＯＭ３３に格納されてお
り、このマップに基づく補間計算が実行される。なお、
ΔＴＨＣ＜０のとき、すなわち触媒温度ＴＨＣが目標触
媒温度ＴＨＣｔよりも低いときには、目標コモンレール
圧力増大補正量ΔＰＣｔ＜０とされ、すなわち目標コモ
ンレール圧力の減少補正がなされ、一方、ΔＴＨＣ＞０
のとき、すなわち触媒温度ＴＨＣが目標触媒温度ＴＨＣ
ｔよりも高いときには、目標コモンレール圧力増大補正
量ΔＰＣｔ＞０とされ、すなわち目標コモンレール圧力
の増大補正がなされる。

【００２３】次いで、ステップ２１８では、目標コモン
レール圧力増大補正量ΔＰＣｔに応じて噴射期間τｍに
対する増量補正量Δτｍが算出される。この算出のため
に、予め所定のマップがＲＯＭ３３に格納されており、
このマップに基づく補間計算が実行される。なお、ΔＰ
Ｃｔ＜０のとき、すなわち目標コモンレール圧力の減少
補正がなされるときには、噴射期間増量補正量Δτｍ＞
０とされ、すなわち噴射期間の増量補正がなされ、一
方、ΔＰＣｔ＞０のとき、すなわち目標コモンレール圧
力の増大補正がなされるときには、噴射期間増量補正量
Δτｍ＜０とされ、すなわち噴射期間の減量補正がなさ
れる。ステップ２２０及び２２２では、目標コモンレー
ル圧力増大補正量ΔＰＣｔによる補正後の目標コモンレ
ール圧力ＰＣｔ及び噴射期間増量補正量Δτｍによる補
正後の噴射期間τｍが算出されて、本ルーチンが終了す
る。

【００２４】かくして、触媒温度が最適温度より低いと
きには、図４（Ａ）に示されるように、噴射率が低くさ
れ、熱効率が低下せしめられて、動力に変換されること
なく排気エネルギとなる度合いが増大し、すなわち排気
温度が上昇し、それに伴い触媒温度も上昇する。しか
も、その噴射率低下による燃料減少分は、噴射期間の長
期化により補償されるため、トルクは一定に維持され
て、運転性の悪化が生ずることはない。一方、触媒温度
が最適温度より高いときには、図４（Ｂ）に示されるよ
うに、噴射率が高くされるため、熱効率が増大せしめら
れて、動力に変換されることなく排気エネルギとなる度
合いが減少し、すなわち排気温度が低下し、それに伴い
触媒温度も低下する。しかも、その噴射率増大による燃
料増加分は、噴射期間の短期化により補償されるため、
トルクは一定に維持されて、運転性の悪化が生ずること
はない。

【００２５】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排気系にリーンＮＯ_x 触媒を備えた希薄燃焼可能な内燃
機関において副噴射を採用することなく触媒温度を最適
な温度に維持することが可能な燃料噴射制御装置が提供
され、ＮＯ_x 浄化率の向上が図られる。すなわち、本発
明は、大気汚染防止に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置を
採用した４気筒ディーゼルエンジンの全体構成図であ
る。

【図２】電子制御ユニットによる燃料噴射実行ルーチン
の処理手順を示すフローチャートである。

【図３】電子制御ユニットによる燃料噴射制御量算出ル
ーチンの処理手順を示すフローチャートである。

【図４】本発明による燃料噴射制御量の補正を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１…ディーゼルエンジン本体 ２…吸気系 ３…エアクリーナ ４…排気系 ５…リーンＮＯ_x 触媒コンバータ １０…燃料タンク １１…低圧ポンプ １２…低圧導管 １３…高圧ポンプ １４…高圧導管 １５…コモンレール １６…枝管 １７…三方電磁弁 １８…燃料噴射弁 １９…返戻管 ２１…アクセル開度センサ ２２…クランク角センサ ２３…気筒判別センサ ２４…圧力センサ ２５…触媒流入排気温センサ ２６…触媒流出排気温センサ ３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ） ３１…中央処理装置（ＣＰＵ） ３２…システムバス ３３…リードオンリメモリ（ＲＯＭ） ３４…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ） ３５…入力ポート ３６…出力ポート ３７…Ａ／Ｄコンバータ ３８…駆動回路 ３９…駆動回路 ４０…カウンタ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リーンＮＯ_x 触媒を排気系に備えるとと
   もに噴射率可変の燃料噴射装置を備えた希薄燃焼可能か
   つ筒内直接噴射式の内燃機関における燃料噴射制御装置
   であって、 該内燃機関の機関運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 前記リーンＮＯ_x の触媒温度を検出する触媒温度検出手
   段と、 前記運転状態検出手段によって検出された機関運転状態
   に応じて、前記燃料噴射装置における噴射率及び噴射期
   間を設定する噴射制御量設定手段と、 前記触媒温度検出手段によって検出された触媒温度が最
   適温度より低いほど、前記噴射制御量設定手段によって
   設定された噴射率を低くしかつ噴射期間を長くするとと
   もに、前記触媒温度検出手段によって検出された触媒温
   度が最適温度より高いほど、前記噴射制御量設定手段に
   よって設定された噴射率を高くしかつ噴射期間を短くす
   る噴射制御量補正手段と、 を具備することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の
   燃料噴射制御装置。