(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気量を検出するエアフロメータを備えるディーゼルエンジンの制御装置において、
エンジンの運転状態における吸気通路の流量係数Ｃｖの変化が体積効率ηｖに及ぼす影響が小さいエアフロメータ出力校正回転数領域を設定し、
エアフロメータ出力校正回転数領域においてのみ、検出されるエアフロメータの出力Ｖａと予め設定された基本出力Ｖ０との出力差ΔＶａに基づいて吸入空気量Ｑを校正することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記エアフロメータ出力校正回転数領域を１５００ｒｐｍ以下の回転数域に設定したことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記エンジンの減速時を判定し、
減速時かつエアフロメータ出力校正回転数領域において検出されるエアフロメータの出力Ｖａに基づいて吸入空気量Ｑを校正することを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項４】
１つのシリンダに吸気旋回流を生起するように吸気を導入する複数の吸気ポートを備え、
各吸気ポートにおける吸気速度分布を可変とするスワール制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項５】
１つのシリンダに吸気を導入するタンジェンシャルポートとヘリカルポートを備え、
ヘリカルポートをシリンダに吸気スワールを生起するように燃焼室に向けて渦巻き状に形成し、
前記スワール制御手段としてタンジェンシャルポートを運転条件に応じて開閉するスワールコントロールバルブを備えたことを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記エアフロメータとして吸気通路に介装される発熱抵抗体を備え、
通電により加熱される発熱抵抗体の抵抗値が吸入空気量に応じて変化する構成としたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、吸入空気量を検出するエアフロメータを備え、吸入空気量に応じて燃料噴射量、燃料噴射時期、ＥＧＲ率等を制御するものがある。
【０００３】
この種の従来装置として、従来例えば特開昭５９−７４３３６号公報に開示されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エアフロメータによる吸入空気量の検出精度は、製造時に生じる初期のバラツキ幅が±３％程度の範囲であり、また経時劣化によるバラツキ幅が６％まで拡大する可能性がある。
【０００５】
そこで、所定の運転条件において検出されるエアフロメータの出力Ｖａと予め設定された基本出力Ｖ０との出力差ΔＶａに基づいて吸入空気量Ｑを校正することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、吸気通路の通路壁面に対する堆積物等によって吸気通路の流量係数Ｃｖが変化すると、実際の吸入空気量Ｑが所期の基本吸入空気量Ｑ０と一致せず、吸入空気量Ｑを十分な精度で校正できないという問題点が考えられる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ディーゼルエンジンの制御装置において、エアフロメータの出力を校正する精度を高めることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、吸入空気量を検出するエアフロメータを備えるディーゼルエンジンの制御装置において、エンジンの運転状態における吸気通路の流量係数Ｃｖの変化が体積効率ηｖに及ぼす影響が小さいエアフロメータ出力校正回転数領域を設定し、エアフロメータ出力校正回転数領域においてのみ、検出されるエアフロメータの出力Ｖａと予め設定された基本出力Ｖ０との出力差ΔＶａに基づいて吸入空気量Ｑを校正する。
【０００９】
請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、前記エアフロメータ出力校正回転数領域を１５００ｒｐｍ以下の回転数域に設定する。
【００１０】
請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記エンジンの減速時を判定し、減速時かつエアフロメータ出力校正回転数領域において検出されるエアフロメータの出力Ｖａに基づいて吸入空気量Ｑを校正する。
【００１１】
請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、１つのシリンダに吸気旋回流を生起するように吸気を導入する複数の吸気ポートを備え、各吸気ポートにおける吸気速度分布を可変とするスワール制御手段を備える。
【００１２】
請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項４に記載の発明において、１つのシリンダに吸気を導入するタンジェンシャルポートとヘリカルポートを備え、ヘリカルポートをシリンダに吸気スワールを生起するように燃焼室に向けて渦巻き状に形成し、前記スワール制御手段としてタンジェンシャルポートを運転条件に応じて開閉するスワールコントロールバルブを備える。
【００１３】
請求項６に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１から５のいずれか一つに記載の発明において、前記エアフロメータとして吸気通路に介装される発熱抵抗体を備え、通電により加熱される発熱抵抗体の抵抗値が吸入空気量に応じて変化する構成とする。
【００１４】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エアフロメータ出力校正回転数領域においてのみ、検出されるエアフロメータの出力Ｖａと予め設定された基本出力Ｖ０との出力差ΔＶａに基づいて吸入空気量Ｑを校正される。
【００１５】
吸気通路の流量係数Ｃｖが通路断面積に対する堆積物等によって変化しても、エアフロメータ出力校正回転数領域において検出されるエアフロメータの出力Ｖａはほとんど変化しないため、吸入空気量Ｑを高い精度で校正できる。
【００１６】
この結果、エアフロメータの出力特性のバラツキに影響されることなく、ディーゼルエンジンの燃料噴射量やＥＧＲ量を精密に制御することが可能となり、ディーゼルエンジンの排気性能の悪化を防止するとともに、出力性能を維持することができる。
【００１７】
請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、図５はエンジン回転数に対する体積効率ηｖが変化する特性を示している。これから、略１５００ｒｐｍ以上の回転数域では、スワールコントロールバルブの閉弁に伴って吸気通路の流量係数Ｃｖが低下することにより体積効率ηｖが低下する。そして、スワールコントロールバルブの開閉に伴う吸気通路の流量係数Ｃｖの変化が体積効率ηｖに及ぼす影響は回転数が上昇するのにしたがって大きくなる。
【００１８】
略１５００ｒｐｍより低い回転数域では、吸気の動的効果がスワールコントロールバルブの閉弁に伴って吸気通路の流量係数Ｃｖの低下を相殺するため、スワールコントロールバルブが閉弁しても体積効率ηｖがほとんど変化しない。
【００１９】
したがって、エアフロメータ出力校正回転数領域を１５００ｒｐｍ以下の回転数域に設定することにより、吸気通路の流量係数Ｃｖの変化が吸・排気系の構成により決定される体積効率ηｖに影響を及ぼすことが少なく、エアフロメータ出力校正回転数領域におけるエアフロメータの出力Ｖａに基づいて吸入空気量Ｑを的確に補正することができる。
【００２０】
請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、減速時かつエアフロメータ出力校正回転数領域にて検出されるエアフロメータの出力Ｖａと予め設定された基本出力Ｖ０との出力差ΔＶａに基づいて吸入空気量Ｑを校正するため、吸気通路の流量係数Ｃｖが通路断面積に対する堆積物等によって変化しても、吸入空気量Ｑを高い精度で校正できる。
【００２１】
請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸気ポートにおける吸気速度分布を変えてシリンダに生起される吸気旋回流の勢力が調節される。
【００２２】
この場合も、エアフロメータ出力校正回転数領域にて検出されるエアフロメータの出力Ｖａに基づいて吸入空気量Ｑを校正することにより、吸入空気量Ｑを高い精度で校正できる。
【００２３】
請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、ヘリカルポートの流量係数Ｃｖは壁面に対する堆積物により変化しやすいが、エアフロメータ出力校正回転数領域にて検出されるエアフロメータの出力Ｖａに基づいて吸入空気量Ｑを校正することにより、吸入空気量Ｑを高い精度で校正できる。
【００２４】
請求項６に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エアフロメータ出力校正回転数領域にて検出される発熱抵抗体からなるエアフロメータの出力Ｖａと予め設定された基本出力Ｖ０との出力差ΔＶａに基づいて吸入空気量Ｑを校正するため、吸気通路の流量係数Ｃｖが通路断面積に対する堆積物等によって変化しても、吸入空気量Ｑを高い精度で校正できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１において、１はディーゼルエンジン本体、２は吸気通路、３は排気通路、５，６は吸気通路２と排気通路３を結んで排気の一部（ＥＧＲガス）を還流するＥＧＲ通路、７はＥＧＲ通路５，６を開閉するＥＧＲ弁である。
【００２７】
ＥＧＲ弁７はダイヤフラム式アクチュエータと連動しており、バキュームポンプ８から負圧通路１１、電磁弁１２、負圧通路１５を介して導かれる負圧に応じて作動する。
【００２８】
吸気通路２のコレクタ部２５より上流側には絞り弁９が介装される。絞り弁９はダイヤフラム式アクチュエータ１０と連動しており、バキュームポンプ８から負圧通路１１、電磁弁１３、負圧通路１４を介して導かれる負圧に応じて作動する。
【００２９】
コントロールユニット１８は、エンジン回転数センサ１７およびアクセル開度センサ１６の各検出値Ｎｅ，Ａｃｃを入力し、これら検出値Ｎｅ，Ａｃｃからマップに基づいて目標ＥＧＲ率を求める。コントロールユニット１８は、吸入空気量を検出するエアフロメータ２９の検出値Ｑを入力し、この検出値Ｑに基づいて実際のＥＧＲ率を求め、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に近づくように、ＥＧＲ弁７と絞り弁９の開度を調節して吸気通路３に還流されるＥＧＲ量をフィードバック制御する。
【００３０】
図１において、４は燃料噴射ポンプである。燃料噴射ポンプ４は高圧燃料を各気筒に臨む図示しないインジェクタに圧送し、各インジェクタから所定のタイミングで燃料を噴射する。コントロールユニット１８は、エンジン回転数センサ１７とアクセル開度センサ１６およびエアフロメータ２９の各検出値Ｎｅ，Ａｃｃ，Ｑに応じて各インジェクタからの燃料噴射量、燃料噴射時期を制御する。
【００３１】
図２に示すように、シリンダ１にはタンジンシャルポート５０とヘリカルポート５１と、２本の排気ポート５７，５８がそれぞれ接続される。
【００３２】
タンジェンシャルポート５０はその先端が平面図上において直線状に延び、シリンダ５６に対してその接線方向に接続して、シリンダ５６内に横方向に旋回する吸気流、いわゆるスワールを生起する。
【００３３】
ヘリカルポート５１はその先端が平面図上において渦巻き状に湾曲して、シリンダ５６内にスワールを生起する。
【００３４】
吸気通路２のインテークマニホールド１９は、各気筒毎に設けられるタンジンシャルポート５０とヘリカルポート５１に接続する２つのブランチ部２６，２７と、各気筒のブランチ部２６，２７を集合するコレクタ部２５を有する。
【００３５】
各気筒毎に設けられる２つのブランチ部２６，２７のうち、一方のブランチ部２６がタンジェンシャルポート５０に接続し、他方のブランチ部２６がヘリカルポート５１に接続する。
【００３６】
タンジェンシャルポート５０に接続する各ブランチ部２６にはスワールコントロールバルブ２０が介装される。
【００３７】
所定の低回転時にスワールコントロールバルブ２０が閉弁することにより、シリンダ５６に吸入される吸気の大部分がヘリカルポート５１を通り、シリンダ５６における旋回成分が強められる。
【００３８】
エンジン回転数が上昇するのに伴ってスワールコントロールバルブ２０が開弁することにより、シリンダ５６に吸入される吸気がタンジンシャルポート５０とヘリカルポート５１の両方を通り、吸気充填効率が高められる。
【００３９】
図３にも示すように、各スワールコントロールバルブ２０は円盤状に形成され、共通のバルブシャフト３２に結合される、バタフライ式のバルブ構造を持っている。
【００４０】
図４にも示すように、各スワールコントロールバルブ２０のバルブシャフト３２を回転駆動するダイヤフラム式のアクチュエータ２１が設けられる。
【００４１】
バルブシャフト３２の一端には突起３３を介してリンク３０が固定的に結合される。リンク３０の途中にアクチュエータ２１のロッド３４の先端部がピン３５を介して回動可能に連結される。
【００４２】
ロッド３４の図示しない基端部はアクチュエータ２１のダイヤフラムに結合される。アクチュエータ２１は、ダイヤフラムによって作動負圧が導かれるダイヤフラム室が画成されるとともに、ダイヤフラムをロッド３４の突出方向に付勢するスプリングが内蔵される。
【００４３】
アクチュエータ２１は内蔵されたスプリングの付勢力によりロッド３４が突出させ、リンク３０を図４において反時計回り方向に回転させて、スワールコントロールバルブ２０を開弁方向に駆動する。
【００４４】
リンク３０が開弁方向に回転して固定ストッパピン３７に当接することにより、スワールコントロールバルブ２０は吸気通路２の通路中心線と略平行な全開位置に保持される。
【００４５】
アクチュエータ２１はダイヤフラム室に導かれる負圧によりスプリングに抗してロッド３４を引き込み、リンク３０を図４において時計回り方向に回転して、スワールコントロールバルブ２０を閉弁方向に駆動する。
【００４６】
アクチュエータ２１の駆動力に抗してバルブシャフト３２の回転範囲を規制し、スワールコントロールバルブ２０を所定の開度に保持する電磁アクチュエータ４２が設けられる。
【００４７】
電磁アクチュエータ４２は、リンク３０を当接させる可動ストッパピン４２を備え、可動ストッパピン４２を突出させた状態に保持するソレノイド（図示せず）を内蔵している。
【００４８】
可動ストッパピン４２が突出した電磁アクチュエータ４２の通電時、図４に２点鎖線で示すように、リンク３０が可動ストッパピン４２に当接することにより、スワールコントロールバルブ２０は通路中心線に対して所定角度で傾斜した中間開度位置に保持される。
【００４９】
可動ストッパピン４２が引き込まれた電磁アクチュエータ４２の非通電時、図４に実線で示すように、リンク３０が可動ストッパピン４２に当接することにより、スワールコントロールバルブ２０は通路中心線に対して略直交した全閉位置に保持される。
【００５０】
アクチュエータ２１のダイヤフラム室は負圧通路２２，１１を介してバキュームポンプ８に接続される。負圧通路２２の途中にはＯＮ／ＯＦＦ型の電磁弁２３が介装される。電磁弁２３はその非通電時に負圧通路２２を介してアクチュエータ２１に大気圧を導くポジションにあり、その通電時に負圧通路２２を開通してアクチュエータ２１に負圧を導くポジションに切り替わる。
【００５１】
コントロールユニット１８はディーゼルエンジン１の運転状態に応じて電磁弁２３と電磁アクチュエータ４１を作動させてスワールコントロールバルブ２０の開度を上記した全閉、中間開度、全開の３段階に制御する。コントロールユニット１８は、予め設定されたマップの内容にしたがって、スワールコントロールバルブ２０を低速低負荷時に全閉してスワール比を高め、エンジン回転数または負荷が上昇するのにしたがって中間開度、全開と段階的に開き、スワール比を小さくしつつ、吸気充填効果を高めるように制御する。
【００５２】
熱線式のエアフロメータ２９は吸気通路２の絞り弁９より上流側に介装されるホットワイヤ（発熱抵抗体）によって構成される。通電により加熱されるホットワイヤはその抵抗値が吸入空気量に応じて変化するので、吸入空気量に応じた出力Ｖａが得られる。
【００５３】
ところで、エアフロメータ２９による吸入空気量の検出精度は、製造時に生じる初期のバラツキ幅が±３％程度の範囲であり、また経時劣化によるバラツキ幅が６％まで拡大する可能性がある。
【００５４】
そこで、所定の運転条件において検出されるエアフロメータ２９の出力Ｖａと予め設定された基本出力Ｖ０との出力差ΔＶａに基づいて吸入空気量Ｑを校正することが考えられる。
【００５５】
しかしながら、吸気通路２の通路壁面に対する堆積物等によって吸気通路２の流量係数Ｃｖが変化すると、実際の吸入空気量Ｑが予め設定された基本吸入空気量Ｑ０と一致せず、吸入空気量Ｑを十分な精度で校正できないという問題点が考えられる。
【００５６】
特に渦巻き状に湾曲するヘリカルポート５１を備えるディーゼルエンジン１の場合、ヘリカルポート５１の壁面にカーボン等が堆積しやすく、経時劣化によってヘリカルポート５１の流量係数Ｃｖが大きく低下する傾向があり、吸入空気量Ｑを校正する精度の悪化を招く。
【００５７】
本発明はこれに対処して、吸気通路２の流量係数Ｃｖの変化がディーゼルエンジン１の吸・排気系の構成により決定される体積効率ηｖに及ぼす影響が小さいエアフロメータ出力校正回転数領域を設定し、エアフロメータ出力校正回転数領域において検出されるエアフロメータ２９の出力Ｖａと予め設定された基本出力Ｖ０との出力差ΔＶａに基づいて吸入空気量Ｑを校正する。
【００５８】
吸気通路２の流量係数Ｃｖが通路断面積に対する堆積物等によって変化しても、エアフロメータ出力校正回転数領域において検出されるエアフロメータ２９の出力Ｖａはほとんど変化しないため、吸入空気量Ｑを高い精度で校正できる。
【００５９】
図５はディーゼルエンジン１の回転数に対する体積効率ηｖが変化する特性を示す。体積効率ηｖはディーゼルエンジン１の吸・排気系の諸元により略決定する。図中実線で示す特性は、スワールコントロールバルブ２０を開いた運転状態におけるものである。図中破線で示す特性は、スワールコントロールバルブ２０が閉じた運転状態におけるものである。
【００６０】
略１５００ｒｐｍ以上の回転数域では、スワールコントロールバルブ２０の閉弁に伴って吸気通路２の流量係数Ｃｖが低下することにより体積効率ηｖが低下する。そして、スワールコントロールバルブ２０の開閉に伴う吸気通路２の流量係数Ｃｖの変化が体積効率ηｖに及ぼす影響は回転数が上昇するのにしたがって大きくなる。
【００６１】
略１５００ｒｐｍより低い回転数域では、吸気の動的効果により、スワールコントロールバルブ２０の閉弁に伴って吸気通路２の流量係数Ｃｖが低下しても、逆に体積効率ηｖがわずかに上昇する。
【００６２】
略１５００ｒｐｍ以下の回転数域では、吸気の動的効果がスワールコントロールバルブ２０の閉弁に伴って吸気通路２の流量係数Ｃｖの低下を相殺するため、スワールコントロールバルブ２０が閉弁しても体積効率ηｖがほとんど変化しない。
【００６３】
したがって、エアフロメータ出力校正回転数領域を１５００ｒｐｍ以下の回転数域に設定することにより、吸気通路２の流量係数Ｃｖの変化がディーゼルエンジン１の吸・排気系の構成により決定される体積効率ηｖに影響を及ぼすことが少なく、エアフロメータ出力校正回転数領域におけるエアフロメータ２９の出力Ｖａに基づいて吸入空気量Ｑを的確に補正することができる。
【００６４】
図６のフローチャートはエアフロメータ２９の出力Ｖａを補正するルーチンを示しており、コントロールユニット１８において一定周期毎に実行される。
【００６５】
これについて説明すると、まずステップ４０１で、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ、冷却水温度Ｔｗ、燃料温度Ｔｆ、エアフロメータ２９の出力Ｖａ等の運転条件検出データを読み込む。
【００６６】
続いてステップ４０２に進んで、現在の運転条件が減速時かどうかを判定する。ここで減速時でないと判定された場合は本ルーチンを終了する。
【００６７】
減速時であると判定された場合、ステップ４０３に進んで、現在の運転条件がエアフロメータ出力校正回転数領域であるかどうかを判定する。エアフロメータ出力校正回転数領域でないと判定された場合は本ルーチンを終了する。
【００６８】
エアフロメータ出力校正回転数領域であると判定された場合、ステップ４０４に進んで、予め設定された図７に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎｅに応じて基本吸入空気量Ｑ０が検索される。
【００６９】
続いてステップ４０５に進んで、エアフロメータ２９の出力補正値ΔＶａをΔＶａ＝Ｖ０−Ｖａとして算出する。
【００７０】
図８は熱線式のエアフロメータ２９の出力Ｖと吸入空気量Ｑの関係を示す特性図である。吸入空気量Ｑが増大する程、エアフロメータ２９の出力Ｖは上昇する。
【００７１】
図７と図８の特性を元にエアフロメータ出力校正回転数領域における基本吸入空気量Ｑ０とエアフロメータ２９の基本出力Ｖ０の関係は図９に示すように設定される。
【００７２】
予め設定された図９のマップに基づき基本吸入空気量Ｑ０に応じてエアフロメータ２９の基本出力Ｖ０が検索される。
【００７３】
エアフロメータ２９の出力Ｖａと基本出力Ｖ０の差として算出される出力補正値ΔＶａは、以後検出されるエアフロメータ２９の出力Ｖａを補正する学習値として用いられる。
【００７４】
したがって、エアフロメータ２９の出力Ｖａに出力補正値ΔＶａを加算した値Ｖａ＋ΔＶａを元に吸入空気量Ｑが算出されることにより、エアフロメータ２９の出力Ｖａは、製造時に生じる初期のバラツキや経時劣化によるバラツキに応じて的確に補正され、吸入空気量Ｑの検出精度を高められる。
【００７５】
この結果、エアフロメータ２９の出力特性のバラツキに影響されることなく、ディーゼルエンジン１の燃料噴射量やＥＧＲ量を精密に制御することが可能となり、ディーゼルエンジン１の排気性能の悪化を防止するとともに、出力性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すシステム図。
【図２】同じく吸・排気ポートの概略を示す平面図。
【図３】同じくスワールコントロールバルブおよびアクチュエータ等の側面図。
【図４】同じくアクチュエータ等の正面図。
【図５】同じくエンジン回転数Ｎｅと体積効率ηｖの関係を示す特性図。
【図６】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図７】同じくエンジン回転数Ｎｅと基本吸入空気量Ｑ０の関係を示す特性図。
【図８】同じくエアフロメータ出力Ｖと吸入空気量Ｑの関係を示す特性図。
【図９】同じく基本吸入空気量Ｑ０とエアフロメータ２９の基本出力Ｖ０の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  吸気通路
３  排気通路
４  燃料噴射ポンプ
８  バキュームポンプ
１１  負圧通路
１８  コントロールユニット
２０  スワールコントロールバルブ
２１  ダイヤフラム式アクチュエータ
２９  エアフロメータ
５０  タンジェンシャルポート
５１  ヘリカルポート
【図１】
0003637701.tif 000002
【図２】
0003637701.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003637701.tif 000005
【図５】
0003637701.tif 000006
【図６】
0003637701.tif 000007
【図７】
0003637701.tif 000008
【図８】
0003637701.tif 000009
【図９】
0003637701.tif 000010