(57)【要約】【課題】パイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、燃焼騒音を低減させることができる上、ＮＯｘやスモークの発生を抑制させることができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供すること。【解決手段】パイロット噴射終了時期θepからパイロット燃焼開始時期θcpまでの時間間隔τep-cpを、エンジン回転数Ｎｅ及び総噴射量Ｑallに基づくマップにより設定される目標時間τreqとなるようパイロット噴射時期を制御する。【選択図】図２
2008240554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を複数回噴射可能な燃料噴射手段を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射手段により実行されるメイン噴射及び該メイン噴射より先行して噴射するパイロット噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
前記パイロット噴射により生起されるパイロット燃焼の開始時期を検出するパイロット燃焼検出手段とを備え、
前記燃料噴射制御手段は、パイロット噴射終了時期から前記パイロット燃焼検出手段により検出されるパイロット燃焼開始時期までの時間間隔が前記エンジンの運転状態に応じて設定される目標時間となるようパイロット噴射時期を制御することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射制御手段は、前記パイロット噴射開始時期から前記メイン噴射開始時期までの時間間隔に応じて前記パイロット噴射の燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記目標時間は少なくとも燃料の噴射圧力に応じて設定されることを特徴とする請求項１または２記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に係り、詳しくはメイン噴射の前に噴射されるパイロット噴射の噴射時期及び噴射量の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コモンレール式ディーゼルエンジンのように、筒内に燃料を直接噴射するエンジンでは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる１回の燃焼サイクル中に燃料噴射を任意の時期に複数回実行可能である。そこで、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射の回数や時期を変更しており、例えば、メイン噴射より先行して噴射するパイロット噴射を行うことで燃焼圧の急増を抑制し、燃焼騒音の低減を図ることができる。
【０００３】
このようにパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおける具体的な燃料噴射制御として、パイロット噴射とメイン噴射との間の時間間隔、及びパイロット噴射で噴射する燃料量を適正な範囲に制御することで燃焼の安定化や燃焼騒音の低減を行う構成が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１では、パイロット噴射により生起されるパイロット燃焼とメイン噴射により生起されるメイン燃焼との燃焼重心に基づき両噴射の時間間隔を制御しており、パイロット燃焼単独についての最適化は行われていない。
パイロット噴射は、噴射時期が上死点近傍であると燃料噴射直後から急峻な燃焼が生起されＮＯｘ排出量が増加する上、噴射量が多いほどスモークも増加する傾向があり、上記特許文献１のような構成では排ガス性能が悪化するという問題がある。
【０００５】
また、上記特許文献１では、燃焼重心等を適正な範囲に収めるべく閉ループ制御により燃料噴射におけるパラメータを徐々に調節するような構成であるが、このような構成では目標とする状態に達するまでに数サイクルを要し、応答性が悪いという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、パイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、燃焼騒音を低減させることができる上、ＮＯｘやスモークの発生を抑制させることができるディーゼルエンジンの燃料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】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置では、燃焼室内に燃料を複数回噴射可能な燃料噴射手段を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射手段により実行されるメイン噴射及び該メイン噴射より先行して噴射するパイロット噴射を制御する燃料噴射制御手段と、前記パイロット噴射により生起されるパイロット燃焼の開始時期を検出するパイロット燃焼検出手段とを備え、前記燃料噴射制御手段は、パイロット噴射終了時期から前記パイロット燃焼検出手段により検出されるパイロット燃焼開始時期までの時間間隔が前記エンジンの運転状態に応じて設定される目標時間となるようパイロット噴射時期を制御することを特徴としている。
【０００７】
請求項２のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置では、前記燃料噴射制御手段は、前記パイロット噴射開始時期から前記メイン噴射開始時期までの時間間隔に応じて前記パイロット噴射の燃料噴射量を制御することを特徴としている。
請求項３のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置では、前記目標時間は少なくとも燃料の噴射圧力に応じて設定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
上記手段を用いる本発明の請求項１のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、パイロット噴射終了時期からパイロット燃焼開始時期までの時間間隔がエンジンの運転状態に応じた目標時間となるようパイロット噴射時期を制御することで、パイロット噴射からパイロット燃焼までの間隔を適正なものとすることができ、急峻なパイロット燃焼が生起されることを防止することができる。つまり、パイロット燃焼を穏やかなものとすることができ、これにより、燃焼騒音を低減させることができる上、ＮＯｘやスモークの発生を抑制させることができる。
【０００９】
請求項２のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、パイロット噴射開始時期からメイン噴射開始時期までの時間間隔に応じてパイロット噴射の燃料噴射量を制御することで、パイロット噴射時期とメイン噴射との時間間隔拡大によるメイン噴射の着火遅れを防止させることができる。
請求項３のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、パイロット燃焼に強く影響する燃料の噴射圧力に応じて目標時間を設定することで、容易に且つ正確に運転状態に応じた目標時間を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の概略構成図が示されており、図２を参照すると本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置による燃料噴射制御を実行した場合の燃焼状態を時系列的に示したタイムチャートが示されている。以下、これらの図に基づき説明する。
【００１１】
図１に示すエンジン１は、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料が各気筒４の燃焼室内に燃料噴射弁６（燃料噴射手段）により供給される４気筒コモンレール式ディーゼルエンジンである。
エンジン１の吸気側には吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８からは吸気管１０が延びている。吸気管１０には、吸気上流端にエアクリーナ１２が設けられており、途中にはターボ過給機１４のコンプレッサ１４ａが設けられている。さらに、当該コンプレッサ１４ａの吸気下流側にはインタークーラ１６が設けられており、その吸気下流側には吸気制御弁１８が設けられている。
【００１２】
一方、エンジン１の排気側には排気マニホールド２０が接続されており、排気マニホールド２０からは排気管２２が延びている。排気マニホールド２０及び吸気マニホールド８にはＥＧＲ通路２４が接続されており、当該ＥＧＲ通路２４にはＥＧＲガスの還流量を調節するＥＧＲバルブ２６が設けられている。
また、排気管２２の途中には上記コンプレッサ１４ａと同軸上に連結されたタービン１４ｂが設けられている。
【００１３】
さらに、当該排気管２２の排気下流側には排気後処理装置２８が設けられている。当該排気後処理装置２８には、図示しないが例えばＮＯｘ吸蔵触媒が収容されると共に、当該ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が収容されている。
また、当該エンジン１を搭載した車両には、エンジン１の運転制御等をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置としてＥＣＵ３０（燃料噴射制御手段）が設けられており、当該ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
【００１４】
例えば、ＥＣＵ３０の入力側には、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ３２、吸気マニホールド８に設けられ吸気温度を検出する吸気温度センサ３４及び過給圧を検出する過給圧センサ３６、各気筒４に設けられ筒内圧を検出する筒内圧センサ３８（パイロット燃焼検出手段）、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ４０等の各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ３０の出力側には各気筒の燃料噴射弁６、吸気制御弁１８及びＥＧＲ弁２６などの各種デバイス類が接続されている。
【００１５】
そして、ＥＣＵ３０は、上記各種センサ類から取得される情報に基づき各気筒４への燃料噴射量及び燃料噴射時期を設定し、当該燃料噴射量及び燃料噴射時期に従って燃料噴射弁６を制御する。
詳しくは、当該エンジン１の燃料噴射では、メイン噴射と、当該メイン噴射に先行して噴射するパイロット噴射を行うものであり、ＥＣＵ３０は当該メイン噴射及びパイロット噴射についてそれぞれ独立して燃料噴射量及び燃料噴射時期の設定を行う。
【００１６】
具体的には、ＥＣＵ３０はメイン噴射については、クランク角センサ３２より検出されるクランク角から算出されるエンジン回転数Ｎｅと、アクセル開度センサ４０によって検出されるアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶されているマップからエンジン１の運転に必要なメイン噴射量Ｑｍとメイン噴射開始時期θimとを設定し実行する。
一方、パイロット噴射については、ＥＣＵ３０は、図２に示すような前燃焼サイクルにおけるパイロット噴射終了時期θepから当該パイロット噴射により生起されるパイロット燃焼の開始時期θcpまでの時間間隔τep-cpからパイロット噴射開始時期θipを設定し、パイロット噴射開始時期θip及びメイン噴射開始時期θimとの時間間隔τip-imからパイロット噴射量Ｑｐを設定する。なお、本実施形態では、図２に示すように、メイン噴射開始時期θimは上死点（ＴＤＣ）近傍に設定され、パイロット噴射は所謂早期パイロット噴射でありメイン噴射よりも所定クランク角度以上進角した時期に設定される。
【００１７】
ここで、当該パイロット噴射時期及び噴射量の設定制御についてより詳しく説明する。
図３を参照すると、図３には本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置より実行されるパイロット噴射制御ルーチンがフローチャートで示されており、図４乃至図９を参照すると当該パイロット噴射制御に使用される各種マップが示されている。以下、上記図２及び図４乃至図９を参照しつつ図３のフローチャートに沿って説明する。
【００１８】
まず、ステップＳ１では、上記各筒内圧センサ３８から筒内圧Ｐｃを、クランク角センサ３２からエンジン回転数Ｎｅを、吸気温度センサ３４から吸気温度Ｔinを、過給圧センサ３６から過給圧Ｐｂをそれぞれ取得する。
ステップＳ２では、上記ステップＳ１で取得した筒内圧Ｐｃから熱発生率を演算し、パイロット燃焼開始時期θcpを検出する。
【００１９】
詳しくは、当該パイロット燃焼開始時期θcpは、図２に示すように筒内圧Ｐｃから演算される熱発生率からパイロット噴射後の熱上昇開始時期（図２では−１５度付近）を検出し、これをパイロット燃焼開始時期θcpとする。
そして、ステップＳ３では、エンジン回転数Ｎｅ、総噴射量Ｑallに基づくマップから、パイロット噴射終了時期θepからパイロット燃焼開始時期θcpまでの時間間隔τep-cpの目標時間τreqを設定する。なお、総噴射量Ｑallは、パイロット噴射及びメイン噴射のそれぞれの燃料噴射量Ｑｐ、Ｑｍを合計したものであり、ここではＥＣＵ３０に記憶されている前燃焼サイクルで実行した燃料噴射情報より取得するものとする。
【００２０】
詳しくは、時間間隔τep-cpは噴射圧力Ｐｆが高いほど燃料の微粒化が促進され当該間隔が短くなる傾向にあることから、図４に示すマップのように、当該目標時間τreqも噴射圧力Ｐｆが高くなるほど短くなるよう設定する。そして、当該噴射圧力Ｐｆは、図５に示すようにエンジン回転数Ｎｅ及び総噴射量Ｑallが高い領域にあるほど高く、低い領域にあるほど低い値に設定されるものである。したがって、図６に示すようなエンジン回転数Ｎｅ及び総噴射量Ｑallに基づくマップにより噴射圧力Ｐｆに応じた目標時間τreqを設定可能であり、当該マップではエンジン回転数Ｎｅ及び総噴射量Ｑallが高い領域にあるほど短く、低い領域にあるほど長く設定される。
【００２１】
なお、燃料噴射から燃焼までの間隔は、噴射圧力Ｐｆの他に、筒内流動の強さ、筒内圧、筒内温度等の影響も受けるが、これらの要素もエンジン回転数Ｎｅ及び総噴射量Ｑallに応じて変化するものであることから、図６のようにエンジン回転数Ｎｅ及び総噴射量Ｑallに応じた目標時間τreqの最適値を示すマップを予め設定しておくことで上記各要素も考慮した目標時間τreqの設定を行うことが可能となる。
【００２２】
続くステップＳ４では、上記ステップＳ１で取得した吸気温度Ｔin及び過給圧Ｐｂに基づき設定される補正量Δτにより、上記ステップＳ３で設定された目標時間τreqの補正を行う。
具体的には、当該補正量Δτは、図７に示すように、吸気温度Ｔinが所定吸気温度Ｔin１より低くなるほど増加側に、高くなるほど減少側に設定される。さらに当該補正量Δτは過給圧Ｐｂに関しても、図８に示すように、過給圧Ｐｂが所定過給圧Ｐｂ１より低くなるほど増加側に、高くなるほど減少側に設定される。
【００２３】
当該補正は、エンジン１の運転状態の履歴等の影響を受ける筒内圧や筒内温度を容易に検出可能な吸気温度及び過給圧に置き換えており、当該吸気温度Ｔin及び過給圧Ｐｂに応じて補正を行うことで目標時間τreqは実際の運転状態に応じた値となる。
次のステップＳ５では、時間間隔τep-cpが上記ステップＳ４で補正された目標時間τreqとなるよう、前燃焼サイクルのパイロット燃焼開始時期θcpより当該目標時間τreq分進角させた時期がパイロット噴射終了時期θepとなるパイロット噴射開始時期θipを演算し、設定する。
【００２４】
さらにステップＳ６では、上記ステップ５で設定されたパイロット噴射開始時期θipとメイン噴射制御により設定されたメイン噴射開始時期θimに基づき、図９に示すようなマップによりパイロット噴射量Ｑｐを設定する。詳しくは、当該パイロット噴射量Ｑｐは、図９のマップに示すように、メイン噴射開始時期θimとパイロット噴射開始時期θipとの時間間隔τip-imが長くなるほど増加するよう設定される。つまり、パイロット噴射時期が進角しメイン噴射との間隔が拡がる分、パイロット噴射の噴射量Ｑｐを増加させてメイン噴射前の筒内温度を確保する。
【００２５】
ステップＳ７では、燃料噴射弁６により、上記ステップＳ５で設定されたパイロット噴射開始時期θip及び上記ステップＳ６で設定されたパイロット噴射量Ｑｐでのパイロット噴射を実行し、当該ルーチンをリターンする。
以上のように、パイロット噴射終了時期θepからパイロット燃焼開始時期θcpまでの時間間隔τep-cpがエンジン回転数Ｎｅ及び総噴射量Ｑallに基づくエンジン１の運転状態に応じた目標時間τreqとなるようパイロット噴射時期を制御することで、パイロット噴射からパイロット燃焼までの間隔を適正なものとすることができ、急峻なパイロット燃焼が生起されることを防止することができる。つまり、パイロット燃焼を穏やかなものとすることができ、これにより燃焼騒音を低減させることができる上、ＮＯｘやスモークの発生を抑制させることができる。
【００２６】
また、パイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐを、パイロット噴射開始時期θipからメイン噴射開始時期θimまでの時間間隔τip-imに応じて設定することで、パイロット噴射時期との間隔拡大によるメイン噴射の着火遅れを防止させることができる。
以上で本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００２７】
例えば、上記実施形態では筒内圧センサ３８より検出される筒内圧Ｐｃから熱発生率を演算してパイロット燃焼開始時期θcpを検出しているが、当該パイロット燃焼開始時期を検出する手段はこれに限られるものではなく、直接燃焼開始時期を検出可能なセンサや他の要素から検出しても構わない。
また、上記実施形態では、エンジン回転数Ｎｅ及び総噴射量Ｑallから燃料噴射圧Ｐｆに応じたマップを設定し当該マップに基づき目標時間τreqを設定しているが、当該目標時間τreqの設定はこれに限られるものではなく、例えば燃料噴射圧を直接検出し当該燃料噴射圧に応じて目標時間を設定しても構わない。
【００２８】
また、上記実施形態では、ステップＳ３において設定された目標時間τreqを吸気温度Ｔin及び過給圧Ｐｂに応じて補正しているが、当該補正の要素はこれに限られるものではなく、例えば筒内流動や筒内温度を直接検出可能であれば当該筒内流動や筒内温度に応じて補正を行うことでより好ましいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置による燃料噴射制御を実行した場合の燃焼状態を時系列的に示したタイムチャートである。
【図３】本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置より実行されるパイロット噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】噴射圧力に対する目標時間を示すマップである。
【図５】エンジン回転数及び総噴射量に対する噴射圧力を示すマップである。
【図６】エンジン回転数及び総噴射量に対する目標時間を示すマップである。
【図７】吸気温度に対する補正量を示すマップである。
【図８】過給圧力に対する補正量を示すマップである。
【図９】パイロット噴射とメイン噴射との時間間隔に対するパイロット噴射量を示すマップである。
【符号の説明】
【００３０】
１  エンジン
２  コモンレール
４  気筒
６  燃料噴射弁（燃料噴射手段）
３０  ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）
３２  クランク角センサ
３４  吸気温度センサ
３６  過給圧センサ
３８  筒内圧センサ（パイロット燃焼検出手段）
【図１】
2008240554.tif 000003
【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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【図９】
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