(57)【要約】【課題】ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止することができるエンジン制御システムおよびエンジン制御方法を提供する。【解決手段】車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンのエンジン制御システムであって、エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移し、かつ所定の目標過給圧よりもターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きい場合に、気筒内に噴射する燃料の噴射圧力を、所定時間以内に所定量だけ低下させる制御部を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンのエンジン制御システムであって、
前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移し、かつ所定の目標過給圧よりも前記ターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きい場合に、前記エンジンの気筒内に噴射する燃料の噴射圧力を、所定時間以内に所定量だけ低下させる制御部を有する、
エンジン制御システム。
【請求項２】
前記所定時間は、前記ターボチャージャの応答遅れ時間より短い、
請求項１に記載のエンジン制御システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記実過給圧と前記目標過給圧との差分値と、前記エンジン回転数と、に基づいて、前記所定量を決定する、
請求項２に記載のエンジン制御システム。
【請求項４】
車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンを制御するエンジン制御方法であって、
前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移したか否かを判定するステップと、
前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移したと判定された場合に、所定の目標過給圧よりも前記ターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きいか否かを判定するステップと、
前記目標過給圧より前記実過給圧の方が大きいと判定された場合に、前記エンジンの気筒内に噴射する燃料の噴射圧力を、所定時間以内に所定量だけ低下させるステップと、
を有するエンジン制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャを有するディーゼルエンジンのエンジン制御システムおよびエンジン制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内で圧縮した空気に燃料を噴射して着火させるディーゼルエンジンは、排気ガスの流れを利用して吸気を圧縮するターボチャージャと相性がよい。一般に、ターボチャージャは、排気ガスの流れにより回転するタービンと、タービンに連動して回転する圧縮機と、を有し、排気ガスの流圧を利用して吸気を圧縮するものである。
【０００３】
ターボチャージャでは、エンジンの出力変化に伴って排気ガスの流量が変化しても、その重さのためにタービンの回転数がすぐには変化せず、過給圧の増減がエンジンの出力変化から遅れて生じる応答遅れが発生しうる。例えば減速時等、エンジンが高負荷状態から低負荷状態へと変化した場合にこの応答遅れが発生すると、エンジンが低負荷状態となって必要な過給圧が低下したとしても、タービンの回転速度はすぐに低下しないため、低負荷状態となってからしばらくの間は過給圧が高いままの状態が継続する。これにより、高い過給圧のまま過給が行われ、エンジンの気筒内の圧力が過上昇してしまう事態が生じることがある。
【０００４】
このようなターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止するための技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１８５５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、演算手段が、基本噴射タイミングＴａを、エンジン回転数が同一の条件下において、負荷が低いときは高いときに比べて進角側に設定し、噴射制御手段が、エンジン負荷が高負荷から低負荷へと移行すると、その移行から所定期間に限って、基本噴射タイミングＴａよりも遅角側に設定された安全噴射タイミングＴｂで燃料を噴射するセーフティ噴射制御を実行するディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。
【０００７】
しかしながら、噴射タイミングを特許文献１において設定される安全噴射タイミングＴｂで噴射することが好ましくない場合がある。例えば、噴射タイミングを遅らせると、筒内圧力を低減することはできるが、排気温度が上昇してしまうことがあるので、ターボチャージャのタービン回転数が増大し、過給圧が過上昇してしまう事態が生じうる。このような場合には、噴射タイミングを変更する以外の方法で、ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止する必要がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止することができるエンジン制御システムおよびエンジン制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のエンジン制御システムは、車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンのエンジン制御システムであって、前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移し、かつ所定の目標過給圧よりも前記ターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きい場合に、前記エンジンの気筒内に噴射する燃料の噴射圧力を、所定時間以内に所定量だけ低下させる制御部を有する。
【００１０】
本発明のエンジン制御方法は、車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンを制御するエンジン制御方法であって、前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移したか否かを判定するステップと、前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移したと判定された場合に、所定の目標過給圧よりも前記ターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きいか否かを判定するステップと、前記目標過給圧より前記実過給圧の方が大きいと判定された場合に、前記エンジンの気筒内に噴射する燃料の噴射圧力を、所定時間以内に所定量だけ低下させるステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムの構成の一例を示す図
【図２】コモンレールシステムの構成の一例を示す図
【図３】ＥＣＭの制御について説明するためのフローチャート
【図４】車輌が加速状態または、減速状態における、エンジン出力、燃料噴射タイミング、過給圧、最大筒内圧力、および燃料噴射圧力の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システム１００の構成の一例を示す図である。エンジン制御システム１００は、例えば乗用車やトラック等の車両に搭載され、車輌に動力を供給するエンジンを制御するためのシステムである。
【００１４】
図１に示すように、エンジン制御システム１００は、吸気口１１、圧縮機１２、冷却器１３、吸気マニホールド１４、排気マニホールド１５、タービン１６、排気口１７、ブーストセンサ１８、エンジン２０、ＥＣＭ３０を有する。
【００１５】
吸気口１１から吸入された空気、すなわち吸気は、排気ガスの流れにより回転するタービン１６の回転力を動力として動作する圧縮機１２により圧縮される。これらの圧縮機１２およびタービン１６により、過給機２１が構成される。過給機２１は、本発明のターボチャージャに対応している。過給機２１により圧縮され高温となった吸気は、インタークーラやチャージエアクーラ等と称される冷却器１３により冷却され、吸気マニホールド１４からエンジン２０の各気筒に供給される。
【００１６】
エンジン２０の各気筒には、後に図２に関連付けて説明するコモンレールシステム４０によって燃料が供給され、各気筒において高圧の吸気と燃料とが混合されて燃焼が行われる。エンジン２０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１５から排気口１７を経て車外へ放出される。この際、排気ガスの流圧によりタービン１６が回転する。
【００１７】
ブーストセンサ１８は、過給圧、すなわち過給機２１によって圧縮された吸気の圧力を計測するセンサである。ブーストセンサ１８の出力するセンサ値は、ＥＣＭ（Engine Control ModuleまたはElectronic Control Module）３０に出力される。
【００１８】
ＥＣＭ３０は、本発明の制御部に対応しており、例えば図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を有し、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された各種制御プログラムや制御マップに基づいて演算処理を実行することでエンジン２０の各種制御を行う。なお、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。また、バックアップＲＡＭはエンジン２０の停止中等に保存すべきデータ等を記憶する。
【００１９】
次に、エンジン２０の各気筒に燃料を供給するコモンレールシステム４０について説明する。図２は、コモンレールシステム４０の構成の一例を示す図である。図２に示すように、コモンレールシステム４０は、燃料タンク４１、サプライポンプ４２、コモンレール４３、インジェクタ４４を有する。
【００２０】
燃料タンク４１は、エンジン２０の燃料（例えば軽油）が備蓄されるタンクである。サプライポンプ４２は、燃料タンク４１に備蓄された燃料をコモンレール４３に供給する。この際、サプライポンプ４２は、ＥＣＭ３０の制御に基づいて、燃料を適宜加圧する。サプライポンプ４２により加圧され高圧となった燃料は、コモンレール４３内に蓄えられる。
【００２１】
図２では図示を省略しているが、インジェクタ４４は、エンジン２０の気筒の数だけ配置される。エンジン２０の気筒の数については、本発明では特に限定しない。インジェクタ４４は、コモンレール４３内に蓄えられた高圧燃料を、ＥＣＭ３０の制御に基づいて、必要な量だけエンジンの各気筒内に噴射する。
【００２２】
コモンレールシステム４０において、サプライポンプ４２が燃料を加圧する圧力、および、インジェクタ４４が噴射する燃料の量とタイミングは、ＥＣＭ３０によって制御される。
【００２３】
次に、ＥＣＭ３０による制御の詳細について説明する。図３は、ＥＣＭ３０の制御について説明するためのフローチャートである。図３に示すように、本実施の形態のエンジン制御システム１００は、ＥＣＭ３０がエンジンの挙動と過給圧とに基づいて、エンジン２０に供給する燃料の圧力を制御するものである。
【００２４】
ステップＳ１において、ＥＣＭ３０は、図１に図示しない加速度センサからセンサ値を取得する。加速度センサが出力するセンサ値は、エンジン制御システム１００が搭載された車輌の加速度を計測したものである。
【００２５】
ステップＳ２において、ＥＣＭ３０は、車輌が減速しているか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１において加速度センサが取得した加速度に基づいて判定すればよい。すなわち、ＥＣＭ３０は、車輌の加速度がマイナスであった場合には車輌が減速していると判定し、そうでない場合は車輌が減速していないと判定する。ステップＳ２における判定の結果、車輌が減速している場合、処理はステップＳ３に進み、そうでない場合、ステップＳ１に戻る。
【００２６】
ステップＳ３において、ＥＣＭ３０は、図１に示すブーストセンサ１８からセンサ値を取得する。ブーストセンサ１８が出力するセンサ値は、過給機２１から吸気マニホールド１４へ供給される吸気の過給圧を計測したものである。
【００２７】
ステップＳ４において、ＥＣＭ３０は、ステップＳ３において取得したセンサ値（実過給圧と称する）と、目標過給圧とを比較する。比較の結果、実過給圧の方が目標過給圧より大きい場合、処理はステップＳ５に進み、そうでない場合、ステップＳ１に戻る。なお、目標過給圧は、ＥＣＭ３０が、例えば車輌のアクセルペダル開度やエンジンの回転数等に基づいて、メモリに予め記憶された目標過給圧マップを参照して決定した値である。
【００２８】
ステップＳ５において、ＥＣＭ３０は、サプライポンプ４２を制御して、コモンレール４３内に備蓄される加圧燃料の圧力を短時間で低下させる制御を行う。これにより、インジェクタ４４からエンジン２０の気筒内に噴射される燃料の圧力も短時間で低下する。この処理の意味について、図４を参照して以下説明する。
【００２９】
図４は、車輌が加速状態または、減速状態における、エンジン出力、燃料噴射タイミング、過給圧、最大筒内圧力、および燃料噴射圧力の関係を示す図である。
【００３０】
図４に示すように、時間Ｔ１から時間Ｔ２までは加速状態であり、エンジン出力は時間の経過に伴い増大している。また、加速状態のように負荷が大きな状態では、燃料噴射タイミングがＥＣＭ３０によって遅角側へと移行される。その理由は、高いトルクが必要な高負荷領域において、エンジン２０の各気筒内の圧力が過上昇するのを防止しつつ、できるだけ多くの燃焼エネルギーを得るためである。ＥＣＭ３０による燃料噴射タイミングに関する制御は、例えば、予め作成されメモリに格納された、エンジン出力やアクセル開度等に基づく燃料噴射タイミングマップを参照して実行すればよい。
【００３１】
図４の過給圧の欄において、実線が実過給圧を、点線が目標過給圧を、それぞれ示している。図４に示すように、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの加速状態において、ブーストセンサ１８による実測値である実過給圧より目標過給圧の方が大きくなっている。これは、加速操作（アクセルペダルの踏み込み等）によってエンジン出力の増大に伴う排気ガスの流量増加が始まっても、過給機２１のタービン１６の回転速度が上昇し圧縮機１２が機能し始めるまでに時間がかかるからである。
【００３２】
最大筒内圧力を示す欄は、エンジン２０のいずれかの気筒内の圧力の最大値を例示する欄である。筒内圧力が上昇しすぎると、エンジン２０の動作不良や故障等の恐れがあるので、予め安全な燃焼を行うための許容値が定められている。図４に示す例では、加速状態において、最大筒内圧力は許容値付近まで上昇している。
【００３３】
また、燃料噴射圧力を示す欄は、エンジン２０の気筒内に噴射される燃料の圧力を例示する欄である。図４に示すように、加速状態において、燃料噴射圧力は時間の経過に伴い増大するように、ＥＣＭ３０によって制御される。
【００３４】
一方、時間Ｔ３からＴ４までの減速状態において、エンジン出力が時間の経過に伴い減少している。これに伴い、燃料噴射タイミングがＥＣＭ３０によって進角側へと移行される。
【００３５】
減速時において、過給圧は、実過給圧の方が目標過給圧よりも大きくなる。これは、加速時と同様に、減速操作が開始されてから、その操作を過給機２１が過給圧に反映させるまでに時間を要するからである。
【００３６】
このように、車輌の減速状態、すなわちエンジン２０が高負荷領域から低負荷領域に急速に遷移したような状態では、燃料噴射タイミングが急激に進角側に移行される一方で、過給圧は一時的に高い値のまま維持される。このため、燃料噴射圧力欄の波形Ｃに示すような従来の制御、すなわち減速状態において時間の経過と共に燃料噴射圧力を低下させる制御を行った場合、燃料噴射タイミングの進角側への移行によって、燃焼のピークが圧縮上死点に近づく上に、高い過給圧で供給された多量の吸気が筒内に導入されて圧縮されたのち、燃料が噴射されて気筒内で燃焼が生じるとき、高い過給圧で圧縮された吸気と発生した燃焼圧とによって、最大筒内圧力が過上昇してしまう場合がある。このような場合、図４の最大筒内圧力欄の波形Ａに示すように、最大筒内圧力が許容値を超えてしまう事態が生じうる。
【００３７】
本発明の実施の形態に係るエンジン制御システム１００は、このような事態を回避するため、上記した図３に関連付けて説明したような処理を行うものである。すなわち、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システム１００において、図３のステップＳ５に示すように、ＥＣＭ３０は、車輌が減速状態であり、かつ実過給圧が目標過給圧よりも大きい場合に、燃料噴射圧力を短時間、例えばΔＴ以内に所定量ΔＰだけ低下させる。なお、時間ΔＴは、過給機２１の応答遅れ時間より短い所定の時間である。このような制御によって、実過給圧が高い値のままである間に、気筒内に噴射される燃料の圧力が低下され、高い過給圧によって吸気が圧縮されていたとしても、燃焼圧が低下するので、結果的に最大筒内圧力の過上昇を防止することができるようになる。
【００３８】
なお、ＥＣＭ３０が燃料噴射圧力を低下させる所定量ΔＰは、以下のように算出すればよい。すなわち、例えば目標過給圧と実過給圧との差分と、エンジンの回転数と、に基づく噴射圧力の好適な低下量を実験等によって求め、燃料噴射圧低下量マップとして予めＥＣＭ３０のメモリに格納しておく。ＥＣＭ３０は、車輌が減速状態であり、かつ実過給圧が目標過給圧よりも大きい場合には、目標過給圧と実過給圧との差分と、エンジンの回転数と、の値を取得し、燃料噴射圧低下量マップを参照して所定量ΔＰを算出すればよい。なお、エンジン回転数は、図１に図示しない回転数センサ等によって取得されるようにすればよい。
【００３９】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムは、車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンのエンジン制御システムであって、エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移し、かつ所定の目標過給圧よりもターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きい場合に、エンジンの気筒内に噴射する燃料の噴射圧力を、所定時間以内に所定量だけ低下させる制御部（ＥＣＭ３０）を有する。
【００４０】
そして、所定時間は、ターボチャージャの応答遅れ時間より短く設定され、所定量は、実過給圧と目標過給圧との差分値と、エンジン回転数と、に基づいて決定される。
【００４１】
このような構成により、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムによれば、ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を好適に防止することができる。
【００４２】
なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＭ３０は、コモンレールシステム４０のコモンレール４３に燃料を加圧供給するサプライポンプ４２を制御して気筒内への燃料噴射圧力を制御していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、コモンレールを採用しないエンジンへの燃料供給システムにおいて、インジェクタを制御することで燃料噴射圧力を制御するようにしてもよい。
【００４３】
また、上述した実施の形態にて説明したエンジン制御システム１００は、圧縮機１２とタービン１６を１つずつ有し、単段のターボチャージャを構成していたが、本発明はこれに限定されない。例えば複数の圧縮機とタービンとにより、多段のターボチャージャを構成していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ターボチャージャの応答遅れが生じうるエンジンを制御するためのエンジン制御システムに有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１００  エンジン制御システム
１１  吸気口
１２  圧縮機
１３  冷却器
１４  吸気マニホールド
１５  排気マニホールド
１６  タービン
１７  排気口
１８  ブーストセンサ
２０  エンジン
２１  過給機
３０  ＥＣＭ
４０  コモンレールシステム
４１  燃料タンク
４２  サプライポンプ
４３  コモンレール
４４  インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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