(57)【要約】【課題】スモークの発生を良好に抑制できるディーゼルエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、筒内圧センサによる筒内圧の測定結果に基づき、燃料噴射前の所定タイミングにおける筒内圧及び筒内温度を特定し、特定した情報を用いて、その内部に、要求噴射量と目標空燃比の乗算結果と一致する量の空気が存在する、気筒内の空間の体積Ｖを算出すると共に、要求噴射量の燃料を標準条件で燃料噴射弁に噴射させた場合に気筒内に形成される噴霧の到達距離Ｌを算出し、到達距離Ｌが、噴霧が燃料室壁に到達する最小距離ｈ以下でない場合に、要求噴射量の燃料噴射により気筒内に形成される複数の噴霧の体積の総和が体積Ｖとなり、各噴霧の到達距離が最小距離ｈ以下となるように燃料噴射弁１２を制御条件を変更する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の燃焼室上壁面の中央に配置された燃料噴射弁であって、噴霧角又は燃料を噴射する噴孔数である燃料噴射噴孔数を変更可能な燃料噴射弁と、筒内圧センサとを備えたディーゼルエンジンの制御装置において、
前記ディーゼルエンジンの運転状態に基づき前記燃料噴射弁に噴射させる燃料量である要求噴射量を決定する手段と、
前記筒内圧センサによる筒内圧の測定結果に基づき、燃料噴射前の所定タイミングにおける筒内圧及び筒内温度を特定し、特定した情報を用いて、前記要求噴射量の燃料の、目標空燃比を確保できる噴霧体積Ｖを算出すると共に、噴霧角が標準噴霧角である又は燃料噴射噴孔数が標準噴孔数である前記燃料噴射弁に前記要求噴射量の燃料を噴射させた場合に気筒内に形成される噴霧の到達距離Ｌを算出する手段と、
前記到達距離Ｌが、前記燃料噴射弁の各噴孔と燃焼室壁との間の、噴霧の軸方向の間隔ｈ以下である場合には、前記燃料噴射弁に、噴霧角を前記標準噴霧角とするか又は燃料噴射噴孔数を前記標準噴孔数として前記要求噴射量の燃料を噴射させ、前記到達距離Ｌが前記間隔ｈ以下ではない場合には、気筒内に形成される複数の噴霧の体積の総和が前記噴霧体積Ｖと一致し、且つ、各噴霧の到達距離が前記間隔ｈ以下となる噴霧角又は燃料噴射噴孔数を求め、前記燃料噴射弁に、求めた噴霧角又は燃料噴射孔数で前記要求噴射量の燃料を噴射させる手段と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【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制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スモーク発生の要因となるピストン頂面への燃料付着を抑制するために、ピストン位置に応じて、燃料噴射弁の噴射特性（噴霧の広がり角等）を変更することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６６９４号公報
【特許文献２】特開２０１４−５８８９７号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２９６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
噴霧の到達距離は、ピストン位置が同じであっても筒内圧や筒内温度によって変化する。従って、スモークの発生を、ピストン位置に基づく噴霧形状の制御により十分に抑制することは困難である。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、スモークの発生を良好に抑制できると共に、噴霧の燃焼室壁への衝突により生ずる冷却損失を低減できるディーゼルエンジンの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】
上記課題を解決するために、本発明の、気筒の燃焼室上壁面の中央に配置された燃料噴射弁であって、噴霧角又は燃料を噴射させる噴孔数である燃料噴射噴孔数を変更可能な燃料噴射弁と、筒内圧センサとを備えたディーゼルエンジンの制御装置において、前記ディーゼルエンジンの運転状態に基づき前記燃料噴射弁に噴射させる燃料量である要求噴射量を決定する手段と、前記筒内圧センサによる筒内圧の測定結果に基づき、燃料噴射前の所定タイミングにおける筒内圧及び筒内温度を特定し、特定した情報を用いて、前記要求噴射量の燃料についての、目標空燃比を確保できる噴霧体積Ｖを算出すると共に、噴霧角が標準噴霧角である又は燃料噴射噴孔数が標準噴孔数である前記燃料噴射弁に前記要求噴射量の燃料を噴射させた場合に気筒内に形成される噴霧の到達距離Ｌを算出する手段と、前記到達距離Ｌが、前記燃料噴射弁の各噴孔と燃焼室壁との間の、噴霧の軸方向の間隔ｈ以下である場合には、前記燃料噴射弁に、噴霧角を前記標準噴霧角とするか又は燃料噴射噴孔数を前記標準噴孔数として前記要求噴射量の燃料を噴射させ、前記到達距離Ｌが前記間隔ｈ以下ではない場合には、気筒内に形成される複数の噴霧の体積の総和が前記噴霧体積Ｖと一致し、且つ、各噴霧の到達距離が前記間隔ｈ以下となる噴霧角又は燃料噴射噴孔数を求め、前記燃料噴射弁に、求めた噴霧角又は燃料噴射孔数で前記要求噴射量の燃料を噴射させる手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スモークの発生を良好に抑制できると共に、噴霧の燃焼室壁への衝突により生ずる冷却損失を低減できるディーゼルエンジンの制御装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置を適用した内燃機関システムの概略構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置が実行する燃料噴射弁制御処理の流れ図である。
【図３】図３は、噴霧の到達距離Ｌの算出手順を説明するための図である。
【図４】図４は、噴霧角θｈの算出手順を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置が実行する燃料噴射弁制御処理の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
図１に、本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置を適用した内燃機関システムの概略構成を示す。
【００１１】
この内燃機関システムは、車両に搭載されるシステムである。図１に示してあるように、内燃機関システムは、内燃機関１０と、第１実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置としてのＥＣＵ(Electronic Control Unit）４０とを備える。
【００１２】
内燃機関１０は、４つの気筒１１を有するディーゼルエンジンである。内燃機関１０の各気筒１１の燃焼室の上側壁の中央には、コモンレール１３内の高圧燃料を気筒１１内へ噴射するための、噴霧角を変更可能な燃料噴射弁１２が取り付けられている。尚、噴霧角を変更可能な燃料噴射弁１２の具体的な構成は特に限定されないが、燃料噴射弁１２としては、例えば、ノズルニードルのリフト速度を変更することによって噴霧角を変更する燃料噴射弁を用いることが出来る。また、燃焼室の上側壁における燃料噴射弁１２の位置は、ほぼ中央であれば良い。
【００１３】
各気筒１１（各気筒１１の燃焼室）には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ３０も取り付けられている。また、各気筒１１には、吸気マニホールド１４と排気マニホールド２１とが接続されており、吸気マニホールド１４には、吸気通路１５が接続されている。
【００１４】
吸気通路１５の途中には、ターボチャージャ１７のコンプレッサ１７ａと、コンプレッサ１７ａからの圧縮空気を冷却するためのインタークーラ１６とが、配設されている。吸気通路１５のコンプレッサ１７ａよりも上流側の部分には、吸気（新気）の流量を測定するためのエアフローメータ１８が配設されている。また、吸気通路１５のインタークーラ１６よりも下流側の部分には、吸気の流量を調整するための吸気絞り弁１９が配設されている。
【００１５】
排気マニホールド２１には、排気通路２２が接続されている。排気通路２２の途中には、ターボチャージャ１７のタービン１７ｂが配設されており、排気通路２２のタービン１７ｂよりも下流側の部分には、排気浄化装置３１が配設されている。
【００１６】
排気マニホールド２１と吸気マニホールド１４との間には、排気マニホールド２１内を流れる排気の一部（以下、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)ガスと表記する）を吸気
マニホールド１４に戻すためのＥＧＲ装置が設けられている。このＥＧＲ装置は、排気マニホールド２１と吸気マニホールド１４とを接続するＥＧＲ通路２０ａと、ＥＧＲ通路２０ａ内を流れるＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ弁２０ｂと、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０ｃとにより構成されている。
【００１７】
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが実行するプログラム（
ファームウェア）等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インターフェース回路等から構成されたユニットである。このＥＣＵ４０には、上記した各種センサに加えて、アクセル開度センサ２８、イグニッションスイッチ等が電気的に接続されており、ＥＣＵ４０は、各センサ／スイッチからの信号に基づき、内燃機関システムの各部を統合的に制御する。
【００１８】
以下、ＥＣＵ４０の機能を、各燃料噴射弁１２に対する制御内容を中心に、説明する。
【００１９】
ＥＣＵ４０は、各燃料噴射弁１２に燃料を噴射させる際、図２に示した手順の燃料噴射弁制御処理を実行するように構成（プログラミング）されている。尚、各燃料噴射弁１２に対する燃料噴射弁制御処理の開始タイミングは、例えば、クランク角に基づき決定される。
【００２０】
すなわち、或る燃料噴射弁１２に対する燃料噴射弁制御処理時、ＥＣＵ４０は、まず、内燃機関１０の運転状態（アクセル開度、機関回転数等）から、必要とされているトルクを発生させるために気筒１１内に噴射すべき燃料量である要求噴射量ＧＦを決定する（ステップＳ１０１）。
【００２１】
次いで、ＥＣＵ４０は、“制御対象となっている燃料噴射弁１２”（以下、単に、燃料噴射弁１２とも表記する）と同じ気筒１１に取り付けている筒内圧センサ３０から筒内圧Ｐｃを取得する（ステップＳ１０２）。また、このステップＳ１０２において、ＥＣＵ４０は、取得した筒内圧Ｐｃと、他の情報（吸気量、ＥＧＲ量等）から、筒内圧Ｐｃ取得時における筒内温度Ｔｃを算出する処理も行う。
【００２２】
その後、ＥＣＵ４０は、要求噴射量の燃料の、目標空燃比を確保できる噴霧体積Ｖを算出する（ステップＳ１０３）。換言すれば、ＥＣＵ４０は、このステップＳ１０３において、要求噴射量の燃料を内部に分布させると、内部の空燃比が目標空燃比となる空間の体積Ｖを算出する。
【００２３】
ステップＳ１０３における体積Ｖの算出手順は、特に限定されないが、噴霧体積Ｖは、例えば、以下の手順により算出することが出来る。
【００２４】
Ｐｃ等から、筒内圧がＰｃ、筒内温度がＴｃである気筒１１内の筒内ガス密度ρｃを算出する。そして、算出したρｃと、目標当量比α（＝理論空燃比／目標空燃比；例えば、０．８２）と、ＧＦとから、以下の式により噴霧体積Ｖを算出する。
Ｖ＝（１４．７×ＧＦ）／（α×ρｃ）
【００２５】
噴霧体積Ｖを算出したＥＣＵ４０は、Ｐｃ、Ｔｃ及びＧＦを用いて、要求噴射量ＧＦの燃料を標準条件で燃料噴射弁１２に噴射させた場合における噴霧の到達距離Ｌを算出する処理（ステップＳ１０４）を行う。ここで、標準条件とは、各噴孔からの噴霧角がθ０となる燃料噴射弁１２の制御条件のことである。
【００２６】
ステップＳ１０４の処理は、Ｐｃ、Ｔｃ及びＧＦのみから到達距離Ｌを算出する処理であっても良い。ただし、Ｐｃ、Ｔｃ及びＧＦ以外の、到達距離Ｌに影響を与えるパラメータ（噴射圧や機関回転数Ｎｅ）も用いられて到達距離Ｌが算出されるようにしておけば、到達距離Ｌをより正確に算出することが出来る。
【００２７】
また、ステップＳ１０４の処理は、Ｐｃ、Ｔｃ及びＧＦを含むｍ（≧３）個のパラメー
タの組合せに到達距離Ｌを対応づけて記憶した多次元マップから、到達距離Ｌを読み出す処理であっても良い。尚、そのような多次元マップは、各種実験を行うことにより得ることが出来る。
【００２８】
また、マップの記憶に必要とされる記憶容量を低減するために、以下のようにしておいても良い。パラメータ（Ｐｃ、Ｔｃ等）毎に、そのパラメータの値に、当該パラメータの値が標準値からずれている場合の到達距離Ｌを全パラメータの値が標準値である場合の到達距離Ｌ０で割った補正係数ｋ（ｋ１、ｋ２等）を記憶したマップを用意する。すなわち、図３（Ａ）〜（Ｅ）に示したようなマップを用意する。そして、ステップＳ１０４の処理を、図３（Ａ）〜（Ｅ）に示したようなマップから補正係数ｋを読み出し、読み出した各補正係数ｋを、到達距離Ｌ０に乗ずることにより到達距離Ｌを算出する処理とする。
【００２９】
ステップＳ１０４の処理（図２）を終えたＥＣＵ４０は、Ｌ＞ｈが成立しているか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ここで、ｈとは、燃料噴射弁１２の各噴孔と燃焼室壁との間の、各噴孔からの噴霧の軸方向の間隔（図４参照）のことである。
【００３０】
Ｌ＞ｈが成立していなかった場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、ＥＣＵ４０は、要求噴射量の燃料を標準条件で燃料噴射弁１２に噴射させる（ステップＳ１０６）。すなわち、Ｌ＞ｈが成立していない場合、噴霧角をθ０とは異なる角度に変更しなくても、噴霧は、燃焼室壁に到達しない。そのため、標準条件（噴霧角がθ０となる条件）のままで、燃焼室内に要求噴射量の燃料を供給するための処理が行われる。
【００３１】
そして、ステップＳ１０６の処理を終えたＥＣＵ４０は、制御対象となっている燃料噴射弁１２に対する今回の燃料噴射弁制御処理（図２の処理）を終了する。
【００３２】
一方、Ｌ＞ｈが成立していた場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、その体積が“Ｖ／Ｎ”となる高さｈの直円錐の頂角θｈを算出する（ステップＳ１０７）。すなわち、ＥＣＵ４０は、以下の式を満たすθｈを算出する。
【００３３】
Ｖ＝Ｎ×（ｈ×ｔａｎ（θｈ／２））２×π×ｈ／３
尚、この式及び上記説明において、Ｎとは、燃料噴射弁１２のノズルに設けられている噴孔の数のことであり、Ｖとは、ステップＳ１０３の処理で算出された噴霧体積のことである。
【００３４】
要するに、ステップＳ１０７では、図４において網掛けを付してある部分の体積が、Ｖ／Ｎと一致することになるθｈが算出される。
【００３５】
θｈの算出を終えたＥＣＵ４０は、噴霧角がθｈとなる条件で燃料噴射弁１２に要求噴射量の燃料を噴射させる（ステップＳ１０８）。そして、ステップＳ１０８の処理を終えたＥＣＵ４０は、制御対象となっている燃料噴射弁１２に対する今回の燃料噴射弁制御処理（図２の処理）を終了する。
【００３６】
すなわち、Ｌ＞ｈが成立している場合、標準条件で燃料を燃料噴射弁１２に噴射させると、噴霧が燃焼室壁に到達することになる。一方、上記手順で算出される噴霧角θｈにて燃料噴射弁１２に要求噴射量の燃料を噴射させれば、各噴霧が燃焼室壁に殆ど到達しないようにすることが出来る。また、気筒１１内に形成される複数の噴霧の体積の総和が、目標空燃比を確保できる噴霧体積Ｖとなるように噴霧形状が制御されるため、空気の利用効率を向上させる（複数の噴霧内の空気量を、標準条件時のそれよりも大きくする）ことが出来る。従って、上記手順の燃料噴射弁制御処理によれば、噴霧の燃焼室壁への衝突により生ずる冷却損失を低減できると共に、空気の利用効率が向上する分、スモークを低減で
きることになる。
【００３７】
《第２実施形態》
以下、第１実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本発明の第２実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置としてのＥＣＵ４０について、第１実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置としてのＥＣＵ４０と異なる部分を中心に説明する。尚、以下では、説明の便宜上、第１、第２実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置としてのＥＣＵ４０のことを、それぞれ、第１、第２ＥＣＵ４０と表記する。
【００３８】
第２ＥＣＵ４０も、第１ＥＣＵ４０と同様に、図１に示したような構成を有する内燃機関１０の各燃料噴射弁１２を制御する装置である。ただし、第２ＥＣＵ４０は、噴孔角を変更可能な燃料噴射弁１２ではなく、燃料が噴射される噴孔数を変更可能な燃料噴射弁１２を制御する装置であると共に、上記手順の燃料噴射弁制御処理（図２）の代わりに、図５に示した手順の燃料噴射弁制御処理を実行する装置となっている。
【００３９】
この燃料噴射弁制御処理のステップＳ２０１〜Ｓ２０３、Ｓ２０５の処理は、それぞれ、図２の燃料噴射弁制御処理のステップＳ１０１〜Ｓ１０３、Ｓ１０５の処理と同じ処理である。
【００４０】
ステップＳ２０４、Ｓ２０６の処理は、それぞれ、図２の燃料噴射弁制御処理のステップＳ１０４、Ｓ１０６の処理と本質的には同内容の処理である。ただし、第２ＥＣＵ４０が制御する燃料噴射弁１２は、噴孔角を変更可能なものではなく、燃料が噴射される噴孔数を変更可能なものである。そのため、ステップＳ２０４では、Ｐｃ、Ｔｃ及びＧＦを用いて、要求噴射量の燃料を、『燃料を噴射させる噴孔数が標準噴孔数である』という標準条件で燃料噴射弁１２に噴射させた場合における噴霧の到達距離Ｌを算出する処理が行われる。また、ステップＳ２０６では、『燃料を噴射させる噴孔数が標準噴孔数である』という標準条件で燃料噴射弁１２に要求噴射量の燃料を噴射させる処理が行われる。
【００４１】
以下、燃料噴射弁制御処理（図５）の残りの各ステップの処理について説明する。
【００４２】
燃料噴射弁制御処理の実行中に、Ｌ＞ｈが成立していること見出した場合（ステップＳ２０５；ＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０３の処理時に算出した体積Ｖを、頂角θ０、高さｈの直円錐の体積Ｖｈで割ることにより、必要噴孔数Ｎを算出する（ステップＳ２０７）。ここで、θ０とは、燃料噴射弁１２の噴霧角のことである。
【００４３】
そして、ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁１２に要求噴射量の燃料を、算出した必要噴孔数Ｎと同数の噴孔から噴射させるための処理（ステップＳ２０８）を行ってから、制御対象となっている燃料噴射弁１２に対する今回の燃料噴射弁制御処理を終了する。
【００４４】
すなわち、標準条件で燃料を燃料噴射弁１２に噴射させると、噴霧が燃焼室壁に到達することになる場合、上記手順で算出される数（Ｎ）の噴孔から要求噴射量の燃料を噴射させれば、各噴霧が燃焼室壁に殆ど到達しないようにすることが出来る。また、気筒１１内に形成される複数の噴霧の体積の総和が噴霧体積Ｖとなるように、燃料を噴射させる噴孔数が制御されるため、空気の利用効率を向上させる（Ｎ個の噴霧内の空気量を、標準条件時における標準噴孔数と同数の噴霧内の空気量よりも大きくする）ことが出来る。従って、上記手順の燃料噴射弁制御処理によっても、噴霧の燃焼室壁への衝突により生ずる冷却損失を低減できると共に、空気の利用効率が向上する分、スモークを低減できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０    内燃機関
１１    気筒
１２    燃料噴射弁
１３    コモンレール
１４    吸気マニホールド
１５    吸気通路
１６    インタークーラ
１７    ターボチャージャ
１７ａ    コンプレッサ
１７ｂ    タービン
１８    エアフローメータ
１９    吸気絞り弁
２０ａ    ＥＧＲ通路
２０ｂ    ＥＧＲ弁
２０ｃ    ＥＧＲクーラ
２１    排気マニホールド
２２    排気通路
２８    アクセル開度センサ
３１    排気浄化装置
４０    ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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