(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転条件に応じて、メイン噴射のみを行う通常の噴射モードと、１サイクルの燃料噴射を、メイン噴射とこれに先行する少量のパイロット噴射とに分割するパイロット噴射モードとを行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、パイロット噴射モード時の少なくとも一方の燃料噴射量を、通常の噴射モードに移行したときにトルク変化が生じないように、それぞれの噴射による熱効率が低いほど噴射量が多くなるように、上記の分割噴射の実行中常に補正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】
エンジンの運転条件に応じて、メイン噴射のみを行う通常の噴射モードと、１サイクルの燃料噴射を、メイン噴射とこれに先行する少量のパイロット噴射とに分割するパイロット噴射モードとを行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
運転条件に基づいて総燃料噴射量を求める手段と、
両者の和が上記総燃料噴射量となるようにパイロット噴射量とメイン噴射量とを算出する手段と、
上記パイロット噴射量と上記メイン噴射量とを、通常の噴射モードに移行したときにトルク変化が生じないように、それぞれの噴射による熱効率が低いほど噴射量が多くなるように、上記の分割噴射の実行中常に補正する手段と、
を備えてい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３】
上記熱効率は、それぞれの燃料噴射時期が上死点から遠ざかるほど低くなるよう設定され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】
上記熱効率は、それぞれの燃料噴射期間が上死点から遠ざかるほど低くなるよう補正されることを特徴とする請求項３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】
上記熱効率は、燃料圧力が高いほど低くなるよう補正されることを特徴とする請求項３または４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６】
上記熱効率は、過給圧が小さくなるほど低くなるよう補正されることを特徴とする請求項３〜５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７】
上記熱効率は、排気還流率が大きくなるほど低くなるよう補正されることを特徴とする請求項３〜６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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、運転条件に応じて、１サイクルの燃料噴射を、メイン噴射とこれに先行する少量のパイロット噴射とに分割して行うことが可能な燃料噴射制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの燃料噴射モードとして、１サイクルの燃料噴射を、メイン噴射とこれに先行する少量のパイロット噴射とに分割して行うパイロット噴射モードを備えているものがある。このパイロット噴射モードは、低負荷時あるいは低温時など、燃料の着火性が低い条件において、パイロット噴射の少量の燃料を燃焼させた状態でメイン噴射を行うことにより、着火性を向上し、燃焼騒音の低減等に寄与するものであるが、一般に負荷や回転数がある程度高い領域では、パイロット噴射は行われずに、通常の噴射モードとなる。つまり、この種のディーゼルエンジンでは、運転条件に応じて、通常の噴射モードとパイロット噴射モードとが切り換えられる形となる（例えば特開平９−２６４１５９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は、パイロット噴射モードから通常の噴射モードへと移行したときの燃料噴射量およびトルクの変化を示したものであるが、上記公報にも記載されているように、従来は、パイロット噴射モードにおいては、まず運転条件に応じてエンジンに供給すべき総燃料噴射量Ｑを求め、次に、最適なパイロット噴射量Ｑ１を決定し、上記総燃料噴射量Ｑから上記パイロット噴射量Ｑ１を減算することによって、メイン噴射量Ｑ２を求めている。なお、通常の噴射モードにおいては、上記総燃料噴射量Ｑが所定の噴射時期に１回に噴射される。
【０００４】
つまり、パイロット噴射モードであっても、１回のサイクルでシリンダ内に供給される燃料量は、通常の噴射モードのときと変わりがない。
【０００５】
しかしながら、パイロット噴射により供給された燃料は、比較的早期に噴射されることから、一般に、メイン噴射時の供給燃料に比べて、熱効率が劣るものとなる。つまり、同量の燃料であっても、パイロット噴射は、トルク発生に寄与する割合が低い。そして、１回で噴射する通常の噴射モードにおいては、最適時期に燃料が噴射されることから、メイン噴射による燃料と同様に、熱効率が比較的高いものとなる。従って、図１５に示すように、パイロット噴射モードから通常の噴射モードに移行したときに、総燃料噴射量Ｑが同一であっても、エンジンの発生トルクが高くなり、トルク段差を生じる、という問題がある。
【０００６】
なお、このようなトルク段差を回避するために、予め運転条件に応じてマップの形で与えられているパイロット噴射量Ｑ１の値を、負荷に応じてさらに修正した値としておくことも考えられるが、パイロット噴射モードから通常の噴射モードへ切り換えられる負荷は、空燃比や過給圧等によって変化するので、上記のようなトルク段差を確実に回避することは困難である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、エンジンの運転条件に応じて、メイン噴射のみを行う通常の噴射モードと、１サイクルの燃料噴射を、メイン噴射とこれに先行する少量のパイロット噴射とに分割するパイロット噴射モードとを行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、パイロット噴射モード時の少なくとも一方の燃料噴射量を、通常の噴射モードに移行したときにトルク変化が生じないように、それぞれの噴射による熱効率が低いほど噴射量が多くなるように、上記の分割噴射の実行中常に補正することを特徴としている。
【０００８】
また請求項２に係る発明は、エンジンの運転条件に応じて、メイン噴射のみを行う通常の噴射モードと、１サイクルの燃料噴射を、メイン噴射とこれに先行する少量のパイロット噴射とに分割するパイロット噴射モードとを行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、運転条件に基づいて総燃料噴射量を求める手段と、両者の和が上記総燃料噴射量となるようにパイロット噴射量とメイン噴射量とを算出する手段と、上記パイロット噴射量と上記メイン噴射量とを、通常の噴射モードに移行したときにトルク変化が生じないように、それぞれの噴射による熱効率が低いほど噴射量が多くなるように、上記の分割噴射の実行中常に補正する手段と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、通常の噴射モードからパイロット噴射モードへ、あるいは逆にパイロット噴射モードから通常の噴射モードへ、と移行したときに、このモードの切換に伴って、熱効率つまりエンジントルクへの寄与度に変化が生じたとしても、これを相殺するようにパイロット噴射量およびメイン噴射量が補正されるので、トルクは滑らかに連続したものとなる。
【００１０】
請求項１，２の発明をより具体化した請求項３の発明では、上記熱効率は、それぞれの燃料噴射時期が上死点から遠ざかるほど低くなるよう設定される。
【００１１】
パイロット噴射の熱効率の低下は、主に、その噴射時期に起因している。エンジントルク発生の上で最適な時期から外れると、それに伴って熱効率が低下する。従って、この噴射時期に基づいて補正を加えることにより、熱効率を考慮した燃料噴射量が得られる。
【００１２】
この請求項３に従属する請求項４の発明においては、上記熱効率は、それぞれの燃料噴射期間が上死点から遠ざかるほど低くなるよう補正される。
【００１３】
すなわち、ディーゼルエンジンにおいては、一般に、「噴射時期」が噴射開始時期によって定義されるが、この噴射開始時期が同一であっても、噴射期間が長短異なれば、平均的な熱効率は異なってくる。熱効率を代表する上では、噴射開始時期よりも噴射期間の中心となるクランク角位置の方がより好ましい。
【００１４】
また、請求項５の発明においては、上記熱効率は、燃料圧力が高いほど低くなるよう補正される。燃料圧力が異なると、燃料噴射率が変化し、熱効率は影響を受ける。蓄圧室式燃料噴射装置、いわゆるコモンレール式燃料噴射装置では、一般に、蓄圧室内の燃料圧力が可変制御されるので、これに応じた補正を加えることが望ましい。
【００１５】
同様に、請求項６の発明においては、上記熱効率は、過給圧が小さくなるほど低くなるよう補正される。また、請求項７の発明においては、上記熱効率は、排気還流率が大きくなるほど低くなるよう補正される。
【００１６】
これらの過給圧や排気還流率によっても熱効率が影響を受けるので、これに応じた補正を加えることが望ましい。
【００１７】
【発明の効果】
この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れば、ある運転条件においてパイロット噴射を行うときに、パイロット噴射量とメイン噴射量とが、それぞれの噴射での熱効率つまりエンジントルクへの寄与度を考慮したものとなるように補正されるので、パイロット噴射モードと通常の噴射モードとの切換の際に、トルク段差を生じることがなく、運転性が向上する。また、所期のトルク発生を基準として設定されている排気還流率や過給圧等との不適合による排気性能の悪化を回避できる。
【００１８】
特に、請求項３のように、燃料噴射時期に基づいて各噴射量を補正することにより、運転条件に応じて可変的に設定されるパイロット噴射時期やメイン噴射時期に対応して、常に最適な補正を行うことが可能である。
【００１９】
また、請求項４〜７のように、熱効率を種々のパラメータに応じてさらに補正すれば、パイロット噴射量やメイン噴射量をさらに適切なものとすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係るディーゼルエンジン１の燃料噴射制御装置の機械的構成を示すものであって、このエンジン１は、コモンレール式の燃料噴射装置を備えており、高圧サプライポンプ２と、コモンレールつまり蓄圧室３と、内部の電磁弁により燃料の噴射をＯＮ−ＯＦＦする各気筒の噴射ノズル４と、を備えている。また、エンジン１の回転数およびクランク角を検出するために、クランク角センサ６を備えている。上記蓄圧室３内の燃料圧力は、圧力センサ７によって検出され、かつコントロールユニット２０によって定められる運転条件に対応した目標値に、プレッシャレギュレータ８を介して制御される。コントロールユニット２０には、上記クランク角センサ６、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ２１、エンジン冷却水温を検出する水温センサ２２、燃料温度を検出する燃温センサ２３、のそれぞれの信号が入力され、これらの信号に基づいて後述するように燃料噴射量や噴射時期の制御を行っている。また、このエンジン１は、ターボチャージャからなる過給機１３を備えており、過給圧センサ５によってその過給圧が検出される。さらに、吸気通路９と排気通路１０とを連通するＥＧＲ通路１１には、排気還流量を制御するＥＧＲバルブ１２が設けられている。
【００２２】
図２は、上記コントロールユニット２０における噴射量制御を示す機能ブロック図であって、以下、これを参照して、本発明の噴射量制御の内容を説明する。
【００２３】
先ず、図２のブロック１０１に示すように、そのときの運転条件に対応して、１サイクル当たりの基本的な燃料噴射量ＱＦＩＮが算出される。これは、一般に、エンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＣＣとに基づいて、決定される。
【００２４】
次に、パイロット噴射モードであれば、ブロック１０２のように、必要なパイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴＢを、上記燃料噴射量ＱＦＩＮとエンジン回転数ＮＥと水温ＴＨＷとに基づいて、所定のマップから求める。パイロット噴射を行わない通常の噴射モードであれば、このパイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴＢは０となる。なお、パイロット噴射モードとするか通常の噴射モードとするかは、運転条件、具体的には、上記燃料噴射量ＱＦＩＮとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする所定のマップに基づいて決定され、一般に低速低負荷側の領域でのみパイロット噴射モードとなる。
【００２５】
上記のようにパイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴＢを求めた後、ブロック１０３で、燃料噴射量の初期の配分を定める。つまり、燃料噴射量ＱＦＩＮからパイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴＢを差し引いた値を、メイン噴射量ＱＭＡＩＮとし、パイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴＢはそのままパイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴとする。
【００２６】
次に、ブロック１０４のように、上記パイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴを補正して、最終的なパイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴＦを決定する。ここでは、燃温ＴＨＦによる補正と、熱効率による補正と、を行っている。すなわち、ブロック１０６に示すように、所定のマップを用いて、燃温ＴＨＦに対応する燃温補正係数ＫＱＴＨＦを求め、また、ブロック１０７に示すように、所定のマップを用いてパイロット噴射時期ＩＴＰＩＬＯＴに対応するパイロット噴射熱効率ＣＥＨＰＩＬＯＴを求める。そして、次式のようにして、パイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴＦを求める。
【００２７】
【数１】
ＱＰＩＬＯＴＦ＝ＫＱＴＨＦ×ＱＰＩＬＯＴ×（１／ＣＥＨＰＩＬＯＴ）
同様に、ブロック１０５で示すように、上記メイン噴射量ＱＭＡＩＮに対し燃温ＴＨＦによる補正と熱効率による補正を行って、最終的なメイン噴射量ＱＭＡＩＮＦを決定する。燃温補正係数ＫＱＴＨＦは、上述したように、ブロック１０６で求められる。そして、ブロック１０８に示すように、所定のマップを用いて、メイン噴射時期ＩＴＭＡＩＮに対応するメイン噴射熱効率ＣＥＨＭＡＩＮを求め、次式のようにして、メイン噴射量ＱＭＡＩＮＦを求める。
【００２８】
【数２】
ＱＭＡＩＮＦ＝ＫＱＴＨＦ×ＱＭＡＩＮ×（１／ＣＥＨＭＡＩＮ）
ここで、上記パイロット噴射時期ＩＴＰＩＬＯＴおよびメイン噴射時期ＩＴＭＡＩＮは、それぞれ、燃料噴射量ＱＦＩＮとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする所定のマップに基づいて、決定される。なお、通常の噴射モードにおいては、上記メイン噴射時期ＩＴＭＡＩＮが噴射時期に相当するが、パイロット噴射モードと通常の噴射モードとでは、互いに異なるマップが用いられ、それぞれの条件で最適な値に制御される。
【００２９】
上記のパイロット噴射熱効率ＣＥＨＰＩＬＯＴおよびメイン噴射熱効率ＣＥＨＭＡＩＮについて、図３〜図５に基づいて説明すると、前述したように、同一の燃料を噴射した場合でも、噴射時期によって、トルク発生への寄与が異なるものとなる。図３は、同一噴射量における噴射時期のトルク感度曲線を示したものであり、上死点（ＴＤＣ）付近で最大となり、進み側ならびに遅れ側の双方で発生トルクは低下する。従って、図５に示すように、トルク発生が最大となる点を「１」として、熱効率定数ＣＥＨを定義する。前述したブロック１０７，１０８のマップは、この図５の特性に沿って設定されており、それぞれの熱効率ＣＥＨＰＩＬＯＴ、ＣＥＨＭＡＩＮは、噴射時期に対応して、１以下の値として与えられる。なお、図４は、一例として、噴射時期が１０°ＢＴＤＣと５０°ＢＴＤＣとにおける噴射量と発生トルクとの関係を示す。
【００３０】
上記のように、噴射時期の相違に基づく熱効率の相違によって、パイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴＦとメイン噴射量ＱＭＡＩＮＦとが補正される結果、例えば、緩加速に伴いパイロット噴射モードから通常の噴射モードに移行する際に、図６に示すように、各噴射量が変化する。つまり、基本的な噴射量ＱＦＩＮに比べて、最終的なパイロット噴射量ＱＰＩＬＯＴＦとメイン噴射量ＱＭＡＩＮＦとの和は、熱効率の低下を相殺するように大きくなっている。従って、通常の噴射モードに移行したときに、ステップ状のトルク上昇を生じることはない。なお、この実施例においては、通常の噴射モードにおいても、その噴射量（メイン噴射量ＱＭＡＩＮＦが相当する）が熱効率ＣＥＨＭＡＩＮによって修正される（図２のブロック１０５）ので、基本的な噴射量ＱＦＩＮよりも僅かに大きな値となる。
【００３１】
次に、熱効率のより精度の高い求め方について説明する。
【００３２】
図７は、パイロット噴射モードにおける燃料噴射パターンを示しており、横軸がクランク角θ、縦軸が噴射率ｄＱ／ｄθとなっている。このような噴射パターンの図においては、パイロット噴射およびメイン噴射として示す領域の面積がそれぞれの噴射量に相当するので、それぞれの領域の重心位置Ｇを想定すると、この重心位置Ｇがそれぞれの噴射の熱効率を代表する点となる。従って、単に噴射時期ではなく、この重心位置Ｇに基づいて、熱効率を定めることが一層好ましい。
【００３３】
各噴射の噴射期間ＬＰ、ＬＭは、噴射ノズル４の電磁弁に対する通電期間に略比例しているので、上記重心位置Ｇのクランク角位置は、噴射開始時期に、通電期間の１／２を加えたものとして求められる。一方、重心位置Ｇの図７の縦軸方向の位置は、噴射パターンにおける噴射率ｄＱ／ｄθが蓄圧室３の燃料圧力（レール圧ＰＲ）に略比例することから、図８に示すように、レール圧ＰＲの関数として求めることができる。
【００３４】
従って、図９に示すように、重心位置Ｇに基づいて、所定のマップから補正係数ＫＣ１を求め、これを先の熱効率ＣＥＨ（パイロット噴射熱効率ＣＥＨＰＩＬＯＴ、メイン噴射熱効率ＣＥＨＭＡＩＮ）に乗じることによって、熱効率の値を一層高精度のものとすることができる。なお、この図９のマップの傾向としては、その横軸（クランク角）方向については、図１０のようになり、縦軸（噴射率ｄＱ／ｄθ）方向については、図１１のようになる。
【００３５】
また、熱効率は、過給圧やＥＧＲ率、あるいはスワール比などによっても影響を受けるので、これらに対する補正を加えれば、さらに精度が向上する。
【００３６】
図１２は、噴射時期ＩＴと過給圧とをパラメータとする熱効率のマップの例を示している。図１３は、噴射時期ＩＴとＥＧＲ率とをパラメータとする熱効率のマップの例を示している。図１４は、噴射時期ＩＴとスワール比とをパラメータとする熱効率のマップの例を示している。従って、これらのマップを用いて、パイロット噴射とメイン噴射の熱効率ＣＥＨＰＩＬＯＴ、ＣＥＨＭＡＩＮを求めることにより、さらに高精度な補正が可能となる。なお、これらの補正を適宜に組み合わせることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の一実施例を示す構成説明図。
【図２】この実施例における噴射量制御の機能ブロック図。
【図３】同一噴射量における噴射時期によるトルク感度曲線を示す特性図。
【図４】噴射時期が異なるものの噴射量とトルクとの関係を示した特性図。
【図５】熱効率定数の特性図。
【図６】パイロット噴射モードから通常の噴射モードへの移行時における噴射量およびトルクの変化を示す特性図。
【図７】パイロット噴射モードにおける噴射パターンと重心位置とを示す特性図。
【図８】縦軸方向の重心位置とレール圧ＰＲとの関係を示す特性図。
【図９】重心位置による熱効率の補正を示すブロック図。
【図１０】この補正のマップの横軸方向に沿った傾向を示す特性図。
【図１１】同じく縦軸方向に沿った傾向を示す特性図。
【図１２】噴射時期と過給圧とに対する熱効率の関係を示す特性図。
【図１３】噴射時期とＥＧＲ率とに対する熱効率の関係を示す特性図。
【図１４】噴射時期とスワール比とに対する熱効率の関係を示す特性図。
【図１５】従来におけるパイロット噴射モードから通常の噴射モードへの移行時における噴射量およびトルクの変化を示す特性図。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン
３…蓄圧室
４…噴射ノズル
６…クランク角センサ
７…圧力センサ
２０…コントロールユニット
【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】
0004161529.tif 000011
【図１１】
0004161529.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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