(57)【要約】【課題】運転条件の変化に伴うパイロット噴射量の急激な減少によるメイン燃料の失火を回避する。【解決手段】ディーゼルエンジンの燃焼形態として、メイン噴射に先だってパイロット噴射を行い、パイロット噴射による予備燃焼の終了後に主燃焼を開始させる。目標パイロット噴射量は、運転条件に応じて異なるので、運転条件が急激に変化する過渡時に、パイロット噴射量が急激に減少し、圧縮端温度が確保できずに、メイン燃料が失火する虞がある。本発明では、目標パイロット噴射量がステップ的に変化する際に、一次遅れ処理を施し、実際のパイロット噴射量が徐々に変化するようにした。特に、目標空気過剰率ｔλが高いほど一次遅れ処理の時定数Ｔｃを大とし、より緩慢に変化させることで、失火を防止する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主トルクを発生させるためのメイン噴射に先だって予備燃焼を開始させるための少なくとも１回のパイロット噴射を行うとともに、このパイロット噴射により噴射されるパイロット噴射量が運転条件に応じて変化するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、運転条件変化に伴い目標パイロット噴射量がステップ的に変化したときに実際のパイロット噴射量が徐々に変化するように、遅れ要素を備えるとともに、この遅れ要素の時定数が、目標空気過剰率に応じて設定され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】
目標空気過剰率が大きいときに、パイロット噴射量がより緩慢に変化するように、上記時定数が大きな値として設定される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燃料噴射制御装置。
【請求項３】
上記目標パイロット噴射量は、低速低負荷側で相対的に大とな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燃料噴射制御装置。
【請求項４】
パイロット噴射量を相対的に大とした第１の運転モードとパイロット噴射量を相対的に小とした第２の運転モードとに運転モードが切り換えられるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置であって、第１の運転モードでの運転中と第２の運転モードでの運転中とで上記時定数が異なる値となることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
第１の運転モードから第２の運転モードへ切り換わるときのパイロット噴射量の変化が第２の運転モードから第１の運転モードへ切り換わるときのパイロット噴射量の変化よりも緩慢となるように、第１の運転モードでの運転中における時定数が相対的に大である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燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置、特に、少なくとも一部の運転領域においていわゆるパイロット噴射を行う燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの燃料噴射形態ないしは燃焼形態として、特許文献１に開示されているように、ディーゼルエンジンの燃焼騒音の低減等を目的として、主トルクを発生させるためのメイン噴射に先だって予備燃焼を開始させるためのパイロット噴射を行うことが知られている。そして、特許文献１には、このパイロット噴射をエンジンの低速低負荷側の領域でのみ行うこととし、パイロット噴射を行う燃焼形態とパイロット噴射を行わずにメイン噴射のみによる燃焼形態との切換の際に、トルク段差が生じないように、メイン噴射の噴射時期等を補正する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１８０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
パイロット噴射の際の噴射量つまりパイロット噴射量は、一般に、噴射されたパイロット燃料の予備燃焼によって、これに続くメイン噴射の時点での筒内温度が、メイン噴射による燃料（メイン燃料）の自己着火可能な温度を上回るように与える必要があり、その最適値は、エンジンの運転条件つまり負荷と回転速度とに応じて異なる。そのため、目標パイロット噴射量を例えば制御マップの形で運転条件に応じて設定することが望ましいが、このような場合に、運転条件が急激に変化する過渡時に、パイロット噴射量が急激に増減変化し、その結果、過渡的に燃焼が悪化することがある。特に、空気過剰率が大きい燃焼状態の下で、パイロット噴射量が相対的に大である状態からパイロット噴射量が急激に減少すると、メイン燃料が自己着火に至らずに失火してしまうことがある。
【０００４】
また、例えば、ＮＯｘ触媒の再生のために排気空燃比を一時的にリッチ化する、いわゆるリッチスパイクの生成手法の一つとして、パイロット噴射量を一時的に増加する方法が知られており、あるいは、排気温度の強制的な昇温を図るために同様にパイロット噴射量を一時的に増加する方法が知られているが、このような制御の切換に際して、パイロット噴射量が急激に減少すると、やはり過渡的なメイン燃料の失火が生じやすい状況となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、この発明は、主トルクを発生させるためのメイン噴射に先だって予備燃焼を開始させるための少なくとも１回のパイロット噴射を行うとともに、このパイロット噴射により噴射されるパイロット噴射量が運転条件に応じて変化するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、運転条件変化に伴い目標パイロット噴射量がステップ的に変化したときに実際のパイロット噴射量が徐々に変化するように、遅れ要素を備えている。従って、運転条件が変化して目標パイロット噴射量が急激に減少するような場合でも、実際のパイロット噴射量は徐々に減少することとなる。そして、この遅れ要素の時定数が、目標空気過剰率に応じて設定されるようになっており、望ましくは、目標空気過剰率が大きいときに、パイロット噴射量がより緩慢に変化するように、時定数が大きな値として設定される。従って、空気過剰率が大きい運転条件の下でのパイロット噴射量の急激な減少によるメイン燃料の失火が、より確実に回避される。なお、上記空気過剰率は、例えば、新気量を制限する吸気絞弁や排気の一部を吸気系に戻す排気還流装置などを用いて制御される。
【０００６】
また、本発明の第２の態様では、パイロット噴射量を相対的に大とした第１の運転モードとパイロット噴射量を相対的に小とした第２の運転モードとに運転モードが切り換えられるようになっており、第１の運転モードでの運転中と第２の運転モードでの運転中とで上記時定数が異なる値となっている。望ましくは、第１の運転モードから第２の運転モードへ切り換わるときのパイロット噴射量の変化が第２の運転モードから第１の運転モードへ切り換わるときのパイロット噴射量の変化よりも緩慢となるように、第１の運転モードでの運転中における時定数が相対的に大である。従って、例えば前述したリッチスパイクなどのためにパイロット噴射量を一時的に増大する場合に、パイロット噴射量が増加する方向には、比較的素早く実際のパイロット噴射量が変化し、逆に、パイロット噴射量が減少する方向には、実際のパイロット噴射量は緩慢に変化する。そのため、パイロット噴射量の急激な減少によるメイン燃料の失火が確実に回避される。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、運転条件の変化に伴いパイロット噴射量が減少する際に、空気過剰率が大きい燃焼状態の下では、実際のパイロット噴射量の変化が緩慢なものとなり、メイン燃料の失火を回避することができる。また、リッチスパイクなどのためにパイロット噴射量を一時的に増大する場合に、パイロット噴射量を減少させる際の実際の変化を緩慢なものとすることができ、同様に、メイン燃料の失火を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、この発明が適用されるディーゼルエンジン１の全体的構成を示している。このディーゼルエンジン１は、コモンレール式の燃料噴射装置１０を備えている。上記コモンレール式燃料噴射装置１０は、サプライポンプ１１により加圧された燃料が高圧燃料供給通路１２を介して蓄圧室（コモンレール）１３に蓄えられるとともに、この蓄圧室１３から各気筒の燃料噴射ノズル１４に分配され、コントロールユニット５からの制御信号により開閉制御される各燃料噴射ノズル１４の開閉に応じて、各気筒の燃焼室１５内にそれぞれ高圧燃料が噴射される構成となっている。上記蓄圧室１３内の燃料圧力は、図示せぬ燃料圧力センサによって検出され、運転条件に応じた目標圧力となるように図示せぬプレッシャレギュレータによって可変的に調整されている。なお、燃焼室１５には、公知のグロープラグ１６が配置されている。
【００１０】
また、排気還流装置として、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを連通した排気還流通路４が設けられているとともに、この排気還流通路４の途中に、例えばステッピングモータにて開度が連続的に可変制御可能な排気還流制御弁６を備えている。この排気還流制御弁６の開度は、コントロールユニット５によって制御され、運転条件に応じた所定の排気還流率を得るようになっている。
【００１１】
また、このディーゼルエンジン１は、排気タービン２２とコンプレッサ２３とを同軸上に備えたターボ過給機２１を有している。上記排気タービン２２は、排気通路２の排気還流通路４の分岐点より下流側に位置し、かつこの排気タービン２２の下流側に、ＮＯｘトラップ触媒２４が配置されている。上記ＮＯｘトラップ触媒２４は、流入する排気の排気空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸着し、流入する排気の酸素濃度を低下させると、吸着していたＮＯｘを放出して触媒作用により浄化処理するものである。
【００１２】
また、吸気通路３に介装された上記コンプレッサ２３の上流側には、吸入空気量つまり新気量を検出するエアフロメータ２５が配設され、さらにその上流に、エアクリーナ２６が位置している。上記コンプレッサ２３とコレクタ部３ａとの間には、過給された高温の空気を冷却するインタークーラ２８が設けられており、さらに、上記吸気通路３のコレクタ部３ａ入口側に、新気量を制限する吸気絞弁２７が介装されている。この吸気絞弁２７は、ステッピングモータ等からなる図示せぬアクチュエータを介して、コントロールユニット５の制御信号により、その開度が制御される。上記エアフロメータ２５の検出信号に基づく上記吸気絞弁２７の開度制御ならびに排気還流装置による排気還流量の制御によって、空気過剰率が、運転条件に応じた目標空気過剰率に制御される。
【００１３】
上記燃料噴射装置１０の噴射量や噴射時期、排気還流制御弁６の開度、吸気絞弁２７の開度、などを制御するコントロールユニット５には、上述のセンサ類のほかに、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、エンジン回転数を検出する回転数センサ、冷却水温度を検出する水温センサ、などのセンサ類（いずれも図示せず）の検出信号が入力されている。
【００１４】
次に、上記コントロールユニット５によって実行される燃料噴射制御の内容について説明する。
【００１５】
この実施例のディーゼルエンジン１にあっては、基本的に、高速高負荷側の一部領域を除く大部分の運転条件において、燃料噴射形態ないしは燃焼形態として、主トルクを発生させるためのメイン噴射に先だって予備燃焼を開始させるためのパイロット噴射を行う。図２は、このパイロット噴射を伴う燃焼形態の一例を示したもので、圧縮上死点前の圧縮行程中に符号ａで示すパイロット噴射が行われ、膨張行程において符号ｂで示すメイン噴射が行われる。上記のパイロット噴射によって圧縮上死点付近で予備燃焼が生じ、筒内温度が上昇する。これによって、予備燃焼の終了後に、メイン噴射による主燃焼が開始する。なお、主燃焼の燃焼開始時期が、予備燃焼の燃焼開始時期から２０°ＣＡ以上遅れていることが望ましく、また主燃焼の終了時期が、圧縮上死点から５０°ＣＡ以上離れていることが望ましい。このように、予備燃焼と主燃焼とを連続させずに、予備燃焼により筒内温度を高め、予備燃焼が終了した後に主燃焼が開始するようにすることで、スモークの改善が図れる。
【００１６】
ここで、上記のパイロット噴射の際の燃料噴射量つまりパイロット噴射量は、図３に示すように、エンジンの運転条件に応じて可変的に設定され、基本的に、低速低負荷側ではパイロット噴射量は大となり、高速高負荷側ではパイロット噴射量は小となる。
【００１７】
従って、エンジンの運転条件が急激に変化する過渡時においては、目標パイロット噴射量が急激に大きく変化することがあるが、このように目標パイロット噴射量がステップ的に変化する場合に、本実施例では、目標パイロット噴射量の変化に一次遅れ処理を加えて、その変化をなまし、実際のパイロット噴射量が徐々に変化するようにする。特に、その一次遅れ処理の際の応答性を決める時定数Ｔｃが、図４に示すように、空気過剰率λの目標値である目標空気過剰率ｔλに応じて可変的に設定されるようになっている。より詳しくは、目標空気過剰率ｔλが大きくなるに従って、時定数Ｔｃが徐々に大きくなり、目標パイロット噴射量がステップ的に変化したときの実際のパイロット噴射量の変化が、より緩慢となる。
【００１８】
図５は、一例として、エンジンの運転条件の急激な変化に伴い、目標パイロット噴射量がステップ的に減少した場合の例を示しており、この場合、上述の一次遅れ処理によって、実際のパイロット噴射量は、破線で示すように、徐々に変化する。そして、そのときの目標空気過剰率ｔλが大きい場合は、目標空気過剰率ｔλが小さい場合に比較して、より緩慢に減少していく。
【００１９】
このような本実施例によれば、過渡時のパイロット噴射量の急激な減少によるメイン燃料の失火を確実に回避することができる。すなわち、図６は、メイン燃料の着火を左右する圧縮端温度の傾向を示したものであり、実際の圧縮端温度をＴ、メイン燃料を燃焼させる（つまり主燃焼の開始）ための最低限度の圧縮端温度をＴｏとすると、高負荷側ほどＴ＞Ｔｏとなりやすく、逆に低負荷側ほどＴｏ＞Ｔとなりやすい。そして、例えば図７に示すように、運転条件変化により、パイロット噴射量が急激に減少すると同時に空気過剰率λが急激に上昇するような場合に、圧縮端温度Ｔが着火に必要な圧縮端温度Ｔｏを一時的に下回ってしまうことがあるが、上記実施例では、実際のパイロット噴射量が破線で示すように徐々に減少していくので、圧縮端温度Ｔの一時的な低下が抑制され（破線参照）、着火に必要な圧縮端温度Ｔｏよりも低くなることがない。従って、メイン燃料の過渡的な失火が回避される。
【００２０】
次に、図８〜図１０は、上記ＮＯｘトラップ触媒２４の再生のために排気空燃比の一時的なリッチ化いわゆるリッチスパイクをパイロット噴射量の増減によって与えるようにした場合の実施例を示している。つまり、図８に示すように、リッチスパイクのＯＦＦ状態では、パイロット噴射量が運転条件に応じた所定量Ｑ２に制御されており、リッチスパイクがＯＮとなっている間は、パイロット噴射量が通常時よりも大きく（図のＱ１）与えられる。従って、図８のｔ１の時期に目標パイロット噴射量はＱ２からＱ１へステップ的に増加し、その後、ｔ２の時期にＱ１からＱ２へステップ的に減少する。そして、本実施例では、それぞれの変化の際に一次遅れ処理が施され、実際のパイロット噴射量は、破線で示すように、徐々に変化するものとなる。特に、Ｑ２からＱ１への増加の際の一次遅れ処理の時定数Ｔｃに比べて、Ｑ１からＱ２への減少の際の一次遅れ処理の時定数Ｔｃの方が大きな値として与えられ、これによって、減少変化の方がより緩慢となる。
【００２１】
図９は、上記のような時定数Ｔｃの切換処理を示すフローチャートであって、ステップ１では、実際のパイロット噴射量の大小の状態を示す変数ＳＴの値を判定する。ここで、変数ＳＴは、実際のパイロット噴射量がＱ１に達したとき（図８のｔ３の時期）に、ＳＴ＝１となり、実際のパイロット噴射量がＱ２に復帰したとき（図８のｔ４の時期）に、ＳＴ＝２となる。従って、リッチスパイクＯＮとなる前は、ＳＴ＝２であり、ステップ１からステップ４へ進んで、一次遅れ処理の時定数Ｔｃを相対的に小さな「ｂ」とする。この時定数「ｂ」の値は、一定値ではなく、図１０に示すように、やはり目標空気過剰率ｔλに応じた値となる。また、ステップ１でＳＴ＝１であれば、ステップ２へ進み、一次遅れ処理の時定数Ｔｃを相対的に大きな「ａ」とする。この時定数「ａ」の値も、一定値ではなく、図１０に示すように、やはり目標空気過剰率ｔλに応じた値となるが、同じ目標空気過剰率ｔλの下で比較すると、時定数「ｂ」よりもそれぞれ大きな値となる。そして、ステップ３の判定により、ＳＴ＝２となるまでは時定数「ａ」の状態が保持され、ＳＴ＝２となった時点（図８のｔ４）で、ステップ４へ進んで、相対的に小さな時定数「ｂ」となる。
【００２２】
メイン燃料の失火は、基本的に、パイロット噴射量が減少方向に急変するときに生じるので、上記のように、増加と減少とで時定数Ｔｃを異ならせることにより、増加方向の応答性を過度に悪化させることなくメイン燃料の失火を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明に係るディーゼルエンジンのシステム構成を示す構成説明図。
【図２】パイロット噴射を伴う燃焼形態の一例を示す特性図。
【図３】パイロット噴射量の特性を示す特性図。
【図４】目標空気過剰率ｔλに対する時定数Ｔｃの特性を示す特性図。
【図５】パイロット噴射量の減少時の特性図。
【図６】圧縮端温度の傾向を示す特性図。
【図７】過渡時の圧縮端温度の変化を示す説明図。
【図８】リッチスパイクのＯＮ，ＯＦＦに伴うパイロット噴射量の変化を示す特性図。
【図９】時定数Ｔｃの切換処理のフローチャート。
【図１０】時定数ａ，ｂの特性を示す特性図。
【符号の説明】
【００２４】
１…ディーゼルエンジン
５…コントロールユニット
１０…燃料噴射装置
【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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【図９】
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【図１０】
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