(57)【要約】【課題】燃焼音を増大させることなく燃費を改善することができる燃費改善方法及び噴射制御装置を提供する。【解決手段】エンジン２の気筒３にメイン噴射よりも早い時期にプレ噴射を行う際に、メイン噴射を開始した時期から気筒内圧力が最大となった時期までを着火遅れ期間として測定し、前記測定された着火遅れ期間があらかじめ設定された着火遅れ期間許容値より小さい場合にプレ噴射量を段階的に減少させるプレ噴射量の調整を繰り返し、測定された着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値を超えた直前のプレ噴射量を最終的なプレ噴射量とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの気筒にメイン噴射よりも早い時期にプレ噴射を行う際に、メイン噴射を開始した時期から気筒内圧力が最大となった時期までを着火遅れ期間として測定し、前記測定された着火遅れ期間があらかじめ設定された着火遅れ期間許容値より小さい場合にプレ噴射量を段階的に減少させるプレ噴射量の調整を繰り返し、測定された着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値を超えた直前のプレ噴射量を最終的なプレ噴射量とすることを特徴とする燃費改善方法。
【請求項２】
エンジン始動後は、プレ噴射量をあらかじめ設定されたデフォルト値とし、エンジン状態が安定状態になった後に、前記着火遅れ期間の測定とプレ噴射量の調整を行うことを特徴とする請求項１記載の燃費改善方法。
【請求項３】
前記プレ噴射量の段階的な減少は、現在のプレ噴射量に１より小さい一定の係数をかけることで行うことを特徴とする請求項１又は２記載の燃費改善方法。
【請求項４】
エンジンの気筒に設けられたインジェクタに通電することにより少なくともメイン噴射とメイン噴射よりも早い時期のプレ噴射を制御する噴射制御装置において、気筒内圧力を検出する気筒内圧力センサと、クランク角度を検出するクランク角度センサと、メイン噴射の通電を開始したクランク角度から気筒内圧力が最大となったクランク角度までを着火遅れ期間として測定する着火遅れ期間測定部と、あらかじめ着火遅れ期間許容値が設定された着火遅れ期間許容値マップと、前記測定された着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値より小さい場合にプレ噴射量を減少させる調整を行うプレ噴射量調整部と、前記着火遅れ期間の測定とプレ噴射量の調整を繰り返し、測定された着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値を超えた直前のプレ噴射量を最終的なプレ噴射量とするプレ噴射量決定部とを備えたことを特徴とする噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼音を増大させることなく燃費を改善することができる燃費改善方法及び噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べ燃費が良いという利点があるが、ＮＯｘとＰＭの排出量が多い。ＮＯｘやＰＭの排出量を低減するために、ディーゼルエンジンでは、多段噴射が行われる。
【０００３】
多段噴射とは、図６に示されるように、１回の燃焼サイクルにつき、筒内に燃料を複数回に分けて噴射する方式のことであり、近年のコモンレール技術の発展により可能になった燃料噴射方式の一つである。駆動力を得るためのメイン噴射（従来の単段噴射に相当）に加えて、メイン噴射の時期より前にはパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射の時期より後にはアフター噴射、ポスト噴射などが行われる。
【０００４】
各噴射は、それぞれに目的を有する。このうちプレ噴射の目的は、メイン噴射の前に少量の噴射を行うことによりエンジン筒内場の温度を上昇させてメイン噴射の着火遅れ期間を短縮し、燃焼を緩慢にすることでＮＯｘの生成を抑制することと、燃焼音を低減することである。パイロット噴射及びアフター噴射は、ＰＭ低減を目的とする。ポスト噴射は、ＰＭフィルタの再生を目的とする。
【０００５】
従来、プレ噴射量は、エンジンの運転状態を示すパラメータのうち、エンジン回転数と燃料噴射量の２つのパラメータを座標とする二次元マップに設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２００４−１１５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、プレ噴射は、燃焼を緩慢にする効果がある。しかし、プレ噴射によって燃焼が緩慢になると、燃焼期間が長くなり、燃費が悪化することがある。しかし、燃費を改善しようとして、プレ噴射量を減少させると、燃費は改善するが、逆に燃焼音が増加する。すなわち、図７に示されるように、プレ噴射量と燃費改善率（負の値が改善を示す）の関係は、プレ噴射量をここで基準としている基準値から少なくしていくと、燃費改善率が改善の方向へ変化する。しかし、プレ噴射量と燃焼音増加率（負の値が改善を示す）の関係は、プレ噴射量を基準値から少なくしていくと、燃焼音増加率が悪化の方向へ変化してしまう。
【０００８】
図８に示されるように、図７の点Ｐ１と点Ｐ２におけるクランク角度による熱発生率の推移を見ると、点Ｐ１よりも点Ｐ２のほうが急激な燃焼が生じている。このため、点Ｐ１よりも点Ｐ２のほうが燃焼音が増大することになる。
【０００９】
図７の燃費改善率＝０及び燃焼音増加率＝０よりも上の領域は、エンジンをこの状態にしてはならない運転不可領域であり、下の領域が運転可能領域である。したがって、プレ噴射量が基準値より少ないと運転不可領域に入ってしまう。
【００１０】
このように、従来は、プレ噴射量の制御でもって燃焼音の抑制と燃費の改善を両立させることは困難であった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、燃焼音を増大させることなく燃費を改善することができる燃費改善方法及び噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の燃費改善方法は、エンジンの気筒にメイン噴射よりも早い時期にプレ噴射を行う際に、メイン噴射を開始した時期から気筒内圧力が最大となった時期までを着火遅れ期間として測定し、前記測定された着火遅れ期間があらかじめ設定された着火遅れ期間許容値より小さい場合にプレ噴射量を段階的に減少させるプレ噴射量の調整を繰り返し、測定された着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値を超えた直前のプレ噴射量を最終的なプレ噴射量とするものである。
【００１３】
エンジン始動後は、プレ噴射量をあらかじめ設定されたデフォルト値とし、エンジン状態が安定状態になった後に、前記着火遅れ期間の測定とプレ噴射量の調整を行ってもよい。
【００１４】
前記プレ噴射量の段階的な減少は、現在のプレ噴射量に１より小さい一定の係数をかけることで行ってもよい。
【００１５】
また、本発明の噴射制御装置は、エンジンの気筒に設けられたインジェクタに通電することにより少なくともメイン噴射とメイン噴射よりも早い時期のプレ噴射を制御する噴射制御装置において、気筒内圧力を検出する気筒内圧力センサと、クランク角度を検出するクランク角度センサと、メイン噴射の通電を開始したクランク角度から気筒内圧力が最大となったクランク角度までを着火遅れ期間として測定する着火遅れ期間測定部と、あらかじめ着火遅れ期間許容値が設定された着火遅れ期間許容値マップと、前記測定された着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値より小さい場合にプレ噴射量を減少させる調整を行うプレ噴射量調整部と、前記着火遅れ期間の測定とプレ噴射量の調整を繰り返し、測定された着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値を超えた直前のプレ噴射量を最終的なプレ噴射量とするプレ噴射量決定部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１７】
（１）燃焼音を増大させることなく燃費を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示す噴射制御装置の構成図である。
【図２】本発明に用いる着火遅れ期間許容値マップのイメージ図である。
【図３】本発明の知見に基づくプレ噴射量対燃費改善率及び燃焼音増加率特性を示すグラフである。
【図４】本発明による制御手順を示したフローチャートである。
【図５】本発明における着火遅れ期間を定義するための、クランク角度に対する通電パルス及び筒内圧力の変化を示すグラフである。
【図６】多段噴射を説明するイメージ図である。
【図７】プレ噴射量対燃費改善率及び燃焼音増加率特性を示すグラフである。
【図８】クランク角度に対する熱発生率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に示されるように、本発明に係る噴射制御装置１は、エンジン２の気筒３に設けられたインジェクタ４に通電することにより少なくともメイン噴射とメイン噴射よりも早い時期のプレ噴射を制御する噴射制御装置１において、気筒内圧力を検出する気筒内圧力センサ５と、クランク角度を検出するクランク角度センサ６と、メイン噴射の通電を開始したクランク角度から気筒内圧力が最大となったクランク角度までを着火遅れ期間として測定する着火遅れ期間測定部７と、あらかじめ着火遅れ期間許容値が設定された着火遅れ期間許容値マップ８と、測定された着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値より小さい場合にプレ噴射量を減少させる調整を行うプレ噴射量調整部９と、このような着火遅れ期間の測定とプレ噴射量の調整を繰り返し、測定された着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値を超えた直前のプレ噴射量（つまり、着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値を超えないような最小のプレ噴射量）を最終的なプレ噴射量とするプレ噴射量決定部１０とを備えたものである。
【００２１】
エンジン２は、無過給のものであっても、１つ以上の過給器を備えるものであってもよい。ここでは１つの過給器１１を備える。エンジン２は、多段噴射可能なコモンレール装置（図示せず）及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム１２を備えたディーゼルエンジンである。
【００２２】
エンジン２は、ＥＣＵ（電子制御装置又はエンジン制御装置）１３により制御される。着火遅れ期間測定部７、着火遅れ期間許容値マップ８、プレ噴射量調整部９、プレ噴射量決定部１０、及びその他の演算やロジック制御を行う部材及びマップは、ＥＣＵ１３内に形成するとよい。
【００２３】
噴射制御装置１は、エンジン２及びその周辺の各部にエンジン回転数センサ（図示せず）、トルクセンサ（図示せず）など、公知のあらゆるセンサを備えることができる。例えば、吸気マニフォールドには吸入空気温度を検出するブースト温度センサ１４、冷却水出口には冷却水出口温度を検出する冷却水出口温度センサ１５、過給器１１の吸気入口上流には吸入空気量を検出する空気量センサ１６が配置される。
【００２４】
本実施形態に用いるエンジン２は、６つの気筒３を備える。気筒内圧力センサ５を取り付ける気筒３はひとつで十分であり、どの気筒３でもよい。
【００２５】
図２に示されるように、着火遅れ期間許容値マップ８は、エンジン回転数と燃料噴射量の２つのパラメータを座標とする二次元マップであり、これら２つのパラメータの値に応じて着火遅れ期間許容値があらかじめ実験等により設定されている。ここでは、着火遅れ期間許容値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が各座標に設定されている。座標の刻みの数、着火遅れ期間許容値の数はこれに限定されない。
【００２６】
次に、本発明の燃費改善方法の原理を説明する。
【００２７】
本発明者は、エンジン２の運転状態によっては、プレ噴射量を減らしても、燃焼音が増大しない場合があることを見出した。このような運転状態であれば、燃焼音を大きく悪化させずにプレ噴射量を減らして燃費が改善できる可能性がある。すなわち、図３に示されるように、運転状態Ｃ１では、図７で説明したのと同様に、プレ噴射量を基準値から少なくしていくと、燃費改善率は改善の方向へ変化しても、燃焼音増加率が悪化の方向へ変化してしまう。ところが、運転状態Ｃ２では、プレ噴射量を基準値から少なくしていくと、燃費改善率が改善の方向へ変化し、燃焼音増加率は変化がない。プレ噴射量の減少がある程度になるまでは、この傾向が続く。
【００２８】
そこで、本発明者は、エンジン２の運転状態（Ｃ１，Ｃ２を含む多様な運転状態）ごとに、その運転状態で安定した燃焼が得られる着火遅れ期間の許容値を設定しておき、その許容値までプレ噴射量を抑えることで、燃費を改善するという燃費改善方法を考案した。
【００２９】
着火遅れ期間は、運転状態を示す主要なパラメータ（例えば、エンジン回転数、トルク）が同じ場合でも、吸入空気温度、ＥＧＲ率、メイン噴射時期など様々なパラメータによって変動する。また、燃費は、上死点直後に燃焼の重心がくる場合が最も良いとされているが、着火遅れ期間の変動によって燃焼開始時期（着火タイミング）と燃焼の重心が変動する。本発明者は、着火遅れ期間を調整することで燃焼開始時期を制御できれば、燃費の改善が可能となると考え、安定した燃焼を判断する基準として着火遅れ期間を選択した。
【００３０】
以下、図４に基づき、具体的な制御内容を説明する。
【００３１】
ステップＳ１；噴射制御装置１は、エンジン始動後、エンジン回転数とトルクを取得する。
【００３２】
ステップＳ２；噴射制御装置１は、運転状態ごとに安定した燃焼が得られるようあらかじめプレ噴射量が設定されたプレ噴射量マップ（従来のプレ噴射量マップに相当）から、そのときの運転状態におけるプレ噴射量のデフォルト値ＰｒｅＱ＝ａdefaultを取得する。
【００３３】
しかし、エンジン始動直後などのエンジン全体が冷えている状態では、筒内温度が低く、燃焼を安定させるためにプレ噴射量が必要であるため、本発明によるプレ噴射量調整は開始されない。
【００３４】
ステップＳ３；噴射制御装置１は、エンジン２が安定していることを判断するための基準の一つとして、エンジン冷却水出口温度を取得する。エンジン冷却水出口温度が所定のしきい値ＴW未満（Ｎｏ）であれば、ステップＳ１４に進む。エンジン冷却水出口温度がしきい値ＴW以上（Ｙｅｓ）となったら、ステップＳ５に進む。
【００３５】
ステップＳ４；噴射制御装置１は、冬場や高所において吸入する空気の温度が低いとエンジン２が不安定になりやすいことに鑑み、エンジン２が安定していることを判断するための基準の一つとして、吸入空気温度を取得する。
【００３６】
ステップＳ５；噴射制御装置１は、吸入空気温度が所定のしきい値ＴA未満（Ｎｏ）であれば、ステップＳ１４に進む。吸入空気温度がしきい値ＴA以上（Ｙｅｓ）となったら、エンジンが安定していると判断し、ステップＳ６に進む。
【００３７】
このように、エンジン冷却水出口温度と吸入空気温度がそれぞれしきい値以上となってはじめてプレ噴射量調整が開始される。なお、プレ噴射量調整開始前までのプレ噴射量は、ステップＳ１４で実行される通りＰｒｅＱ＝ａdefaultのままである。
【００３８】
プレ噴射量の調整は、ステップＳ６〜Ｓ１２のループを繰り返すことにより行われる。このループの実行回数をＮとし、調整中の変数には添え字Ｎを付す。
【００３９】
ステップＳ６；噴射制御装置１は、着火遅れ測定を開始する。
【００４０】
ステップＳ７；Ｎ回目（Ｎ＝１，２，３…）ごとのプレ噴射量ＰｒｅＱ＝ａN（Ｎ＝１の場合はＰｒｅＱ＝ａN＝ａdefault）における最大筒内庄力ＰｍａｘNとそのときのクランク角度ＣＡ（ＰｍａｘN）を取得する。最大筒内庄力ＰｍａｘNは、気筒内圧力センサ５が検出する気筒内圧力の１燃焼サイクル中における最大値である（図５参照）。
【００４１】
ステップＳ８；噴射制御装置１は、メイン噴射の通電を開始したクランク角度ＣＡ（ＩｎｊＰｕｌｓｅN）を取得する。
【００４２】
ステップＳ９；噴射制御装置１は、着火遅れ期間ＩＤNを下記の演算式により測定する。
着火遅れ期間ＩＤN
＝｜筒内圧力最大時クランク角度ＣＡ（ＰｍａｘN）
−メイン噴射通電開始クランク角度ＣＡ（ＩｎｊＰｕｌｓN）｜
【００４３】
なお、実際に着火遅れ期間を正確に測定するのは困難なため、本発明では、図５に示されるように、メイン噴射の通電を開始したクランク角度から筒内圧力が最大となったクランク角度までを着火遅れ期間ＩＤNと定義した。
【００４４】
ステップＳ１０；噴射制御装置１は、エンジン状態ごとに確実に燃焼が安定するようあらかじめ設定された着火遅れ期間許容値マップ８をエンジン回転数と燃料噴射量で参照して着火遅れ期間許容値ＩＤNe,Qを取得する。
【００４５】
ステップＳ１１；噴射制御装置１は、測定された着火遅れ期間ＩＤNと着火遅れ期間許容値ＩＤNe,Qとを比較する。
【００４６】
ステップＳ１２；噴射制御装置１は、測定された着火遅れ期間ＩＤNが着火遅れ期間許容値ＩＤNe,Qよりも小さい場合（ステップＳ１１でＮｏの場合）は、着火遅れ期間ＩＤNがまだ許容範囲内にあると認識し、新しくプレ噴射量ＰｒｅＱを設定してステップＳ６に戻る。新しく設定するプレ噴射量ＰｒｅＱの計算は、１より小さい一定の係数をかけることであり、例えば、
ＰｒｅＱ＝ａN×０．９５
である。
【００４７】
ステップＳ１３；噴射制御装置１は、測定された着火遅れ期間ＩＤNが着火遅れ期間許容値ＩＤNe,Q以上である場合（ステップＳ１１でＹｅｓの場合）は、最終的なプレ噴射量ＰｒｅＱを１回前のプレ噴射量ＰｒｅＱをａN-1に決定する。このとき１回前に測定された着火遅れ期間ＩＤN-1＜ＩＤNe,Qとなっているので、着火遅れ期間ＩＤN-1が着火遅れ期間許容値ＩＤNe,Qを超えないような最小のプレ噴射量ＰｒｅＱ＝ａN-1が得られたことになる。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、安定した燃焼が得られる着火遅れ期間許容値を設定しておき、プレ噴射量を段階的に減少させることで、着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値を超える直前のプレ噴射量を探索していくようにしたので、着火遅れ期間が着火遅れ期間許容値に極限的に近付くまでプレ噴射量を抑えることができ、安定した燃焼を維持させて燃焼音を増大させることなく燃費を改善することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  噴射制御装置
２  エンジン
３  気筒
４  インジェクタ
５  気筒内圧力センサ
６  クランク角度センサ
７  着火遅れ期間測定部
８  着火遅れ期間許容値マップ
９  プレ噴射量調整部
１０  プレ噴射量決定部
１１  過給器
１２  ＥＧＲシステム
１３  ＥＣＵ
１４  ブースト温度センサ
１５  冷却水出口温度センサ
１６  空気量センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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