(57)【要約】【課題】  副噴射の開始時期を適切に制御でき、それにより、スート量を十分に低減させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】  燃焼室３ｄを有する内燃機関３への燃料の噴射を制御する内燃機関３の燃料噴射制御装置１であって、燃料の主噴射を実行する主噴射実行手段２と、主噴射の終了後、燃料の副噴射を実行する副噴射実行手段２と、主噴射により噴射された燃料の燃焼によって発生した熱の発生量を算出する熱発生量算出手段２と、算出された熱発生量ＱＨＲが所定のしきい値ＱＨＲＲＥＦを上回ったときに、副噴射実行手段に副噴射を開始させる副噴射制御手段２と、を備える。【選択図】図３
2009121418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有する内燃機関への燃料の噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
燃料の主噴射を実行する主噴射実行手段と、
当該主噴射の終了後、燃料の副噴射を実行する副噴射実行手段と、
前記主噴射により噴射された燃料の燃焼によって発生した熱の発生量を算出する熱発生量算出手段と、
当該算出された熱発生量が所定のしきい値を上回ったときに、前記副噴射実行手段に前記副噴射を開始させる副噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記燃焼室内に発生する圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサをさらに備え、
前記熱発生量算出手段は、前記検出された筒内圧に基づいて熱発生量を算出することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関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、内燃機関への燃料の噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の燃料噴射制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この燃料噴射制御装置では、燃焼室への燃料の主噴射に加え、燃料の燃焼によって発生するスートを抑制するために主噴射の終了後、副噴射を実行する。これらの主噴射および副噴射の燃料噴射量は以下のようにして制御される。まず、検出されたエンジン回転数とアクセル開度に基づいて、目標噴射量を算出する。また、エンジン回転数に基づいて、リミット噴射量を算出する。このリミット噴射量は、エンジン回転数に基づき、噴射する燃料量を増大させた場合、燃焼室内に発生するスートの量が急激に増大しないような値に設定される。そして、目標噴射量がリミット噴射量よりも多いときには、リミット噴射量を主噴射噴射量として設定し、目標噴射量とリミット噴射量との差を副噴射噴射量として設定する。
【０００３】
しかし、燃焼室内に発生する実際のスート量は、副噴射の開始時期に応じて変化する。例えば、副噴射の開始時期が早い場合には、主噴射による燃焼が十分に進行していない状態で副噴射が行われることで、副噴射による燃料が、微粒化される前に、主噴射による燃料とともに燃焼し始めることによって、完全に燃焼されないため、スート量が多くなる。一方、副噴射の開始時期が遅い場合には、燃焼室の温度がある程度低下した状態で副噴射が行われるため、副噴射による燃料が完全に燃焼されず、スート量はやはり多くなる。これに対して、従来の燃料噴射制御装置では、エンジン回転数およびアクセル開度に応じて設定された目標噴射量とリミット噴射量に基づいて、主噴射および副噴射の燃料噴射量を設定するにすぎない。このため、副噴射を適切なタイミングで開始することができず、スート量を十分に低減させることができない。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、副噴射の開始時期を適切に制御でき、それにより、スート量を十分に低減させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６４４３７号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、燃焼室３ｄを有する内燃機関３への燃料の噴射を制御する内燃機関３の燃料噴射制御装置１であって、燃料の主噴射を実行する主噴射実行手段（ＥＣＵ２）と、主噴射の終了後、燃料の副噴射を実行する副噴射実行手段（ＥＣＵ２）と、主噴射により噴射された燃料の燃焼によって発生した熱の発生量を算出する熱発生量算出手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１５，１６）と、算出された熱発生量ＱＨＲが所定のしきい値ＱＨＲＲＥＦを上回ったときに、副噴射実行手段に副噴射を開始させる副噴射制御手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１７〜１９）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、主噴射および副噴射によって燃焼室に燃料が噴射される。燃料の燃焼が進むにつれて、熱の発生量は大きくなるので、主噴射により噴射された燃料の燃焼によって発生する熱発生量は、その燃焼の進行度合いを表す。本発明によれば、そのような熱発生量を算出するとともに、算出された熱発生量が所定のしきい値を上回ったときに副噴射を開始するので、主噴射による燃料の燃焼が十分に行われたタイミングで、副噴射を開始することが可能になる。それにより、主噴射による燃料の燃焼の進行度合いに応じた最適なタイミングで副噴射を開始でき、その結果、スート量を十分に低減させることができ、エミッションを向上させることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の燃料噴射制御装置１において、燃焼室３ｄ内に発生する圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサ２１をさらに備え、熱発生量算出手段は、検出された筒内圧Ｐに基づいて熱発生量ＱＨＲを算出することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、燃焼室内の筒内圧を検出するとともに、検出した筒内圧に基づいて熱発生量を算出する。筒内圧は、燃焼による熱エネルギによって発生するので、検出された筒内圧に基づいて熱発生量を適切に算出でき、それにより、副噴射の開始時期を適切に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による燃料噴射制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、例えば４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有するディーゼルエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には、燃焼室３ｄが形成されている。
【００１１】
シリンダヘッド３ｃには、気筒３ａごとに燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４が燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている。インジェクタ４から噴射された燃料は、燃焼室３ｄに吸入された空気と混合され、それによって生成された混合気が燃焼室３ｄ内で燃焼される。また、本実施形態では、インジェクタ４による燃料の噴射は、吸気行程中から圧縮行程中の任意の期間に燃料を噴射する主噴射（以下「メイン噴射」という）と、燃料の燃焼によって発生するスート量を低減させるために、メイン噴射の終了後に燃料を噴射する副噴射（以下「アフター噴射」という）とに分けて行われる。メイン噴射による燃料噴射量および燃料噴射時期（以下、それぞれ「メイン噴射量」「メイン噴射時期」という）ＱＩＮＪＭ，ＴＩＮＪＭ、ならびにアフター噴射による燃料噴射量および燃料噴射時期（以下、それぞれ「アフター噴射量」「アフター噴射時期」という）ＱＩＮＪＡ，ＴＩＮＪＡは、後述するＥＣＵ２によって制御される。
【００１２】
また、インジェクタ４には、筒内圧センサ２１が一体に取り付けられている。筒内圧センサ２１は、圧電素子で構成され、インジェクタ４とシリンダヘッド３ｃの間に挟持されており、エンジン３の気筒３ａ内の圧力の変化量（以下「筒内圧変化量」という）ＤＰを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、筒内圧変化量ＤＰに基づいて、筒内圧Ｐを算出する。
【００１３】
エンジン３のクランクシャフト３ｅには、クランク角センサ２２が設けられている。クランク角センサ２２は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１４】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１°）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、４気筒である本例ではクランク角１８０°ごとに出力される。
【００１５】
また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２３からアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。
【００１６】
ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。前述したセンサ２１〜２３の検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や成形がなされた後、ＣＰＵに入力される。
【００１７】
ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、メイン噴射制御およびアフター噴射制御を含む燃料噴射制御などのエンジン３の制御を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、主噴射実行手段、副噴射実行手段、熱発生量算出手段および副噴射制御手段に相当する。
【００１８】
図２は、メイン噴射制御処理のフローチャートを示している。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、メイン噴射量ＱＩＮＪＭを算出する。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。
【００１９】
次に、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、メイン噴射時期ＴＩＮＪＭを算出し（ステップ２）、本処理を終了する。これらのメイン噴射量ＱＩＮＪＭおよびメイン噴射時期ＴＩＮＪＭに基づいてインジェクタ４を駆動することにより、メイン噴射時期ＴＩＮＪＭに相当するクランク角度ＣＡで主噴射が開始されるとともに、メイン噴射量ＱＩＮＪＭに相当する量の燃料が噴射され、その時点で主噴射が終了する。
【００２０】
図３は、アフター噴射制御処理のフローチャートを示している。本処理は、ＣＲＫ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ１１において、今回のクランク角度ＣＡがメイン噴射時期ＴＩＮＪＭに等しいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、算出中フラグＦ＿ＱＨＲが「１」であるか否かを判別する（ステップ１４）。後述するように、この算出中フラグＦ＿ＱＨＲは、メイン噴射により噴射された燃料（以下「メイン噴射燃料」という）の燃焼によって発生した熱発生量ＱＨＲの算出中に「１」にセットされるものである。この判別結果がＮＯで、熱発生量ＱＨＲの算出中でないときには、そのまま本処理を終了する。
【００２１】
一方、ステップ１１の判別結果がＹＥＳで、今回がメイン噴射の開始時に相当するときには、熱発生量ＱＨＲの算出を開始するものとして、熱発生量ＱＨＲを一旦、値０にリセットする（ステップ１２）とともに、算出中フラグＦ＿ＱＨＲを「１」にセットした（ステップ１３）後、前記ステップ１４に進む。この場合には、ステップ１４の判別結果がＹＥＳになるので、ステップ１５に進み、筒内圧センサ２１で検出された筒内圧Ｐを用い、次式（１）に従って、熱発生率ｄＱＨＲ（単位クランク角当たりの熱発生量 ）を算出する。
ｄＱＨＲ＝ｋ／（ｋ−１）×Ｐθ×１０００×ｄＶθ
＋１／（ｋ−１）×ＤＰ×１０００×Ｖθ    ・・・（１）
ｄＱＨＲ：熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）
ｋ：混合気の比熱比
Ｐθ：筒内圧の絶対値（ｋＰａ）
ｄＶθ：筒内容積上昇率（ｍ3／ｄｅｇ）
Ｖθ：筒内容積（ｍ3）
Ｐ：筒内圧（ｋＰａ／ｄｅｇ）
ここで、比熱比ｋは所定値（例えば１．３４）に設定されている。また、ｄＶθおよびＶθは、いずれもクランク角度ＣＡに基づいて算出される。
【００２２】
次いで、算出した熱発生率ｄＱＨＲを、前回までの熱発生量ＱＨＲに加算することにより、熱発生量ＱＨＲを算出する（ステップ１６）。以後は、前記ステップ１４の判別結果がＹＥＳになることで、上述した熱発生量ＱＨＲの算出が繰り返し、行われる。以上の算出方法から明らかなように、熱発生量ＱＨＲは、メイン噴射の開始時から今回までに発生した総熱量に相当する。
【００２３】
次に、算出した熱発生量ＱＨＲがしきい値ＱＨＲＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ１７）。このしきい値ＱＨＲＲＥＦは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。なお、このマップでは、しきい値ＱＨＲＲＥＦは、あらかじめ行われた実験結果などに基づいて設定されている。この判別結果がＮＯのときには、メイン噴射燃料の燃焼が十分に行われていないとして、本処理をそのまま終了する。
【００２４】
一方、ステップ１７の判別結果がＹＥＳのときには、メイン噴射燃料の燃焼が十分に行われたとして、アフター噴射を開始するために、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、アフター噴射量ＱＩＮＪＡを算出する（ステップ１８）。次に、このアフター噴射量ＱＩＮＪＡに基づいてインジェクタ４を駆動する（ステップ１９）ことによって、アフター噴射を開始する。そして、算出中フラグＦ＿ＱＨＲを「０」にセットし（ステップ２０）、本処理を終了する。
【００２５】
図４は、図３の処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。この例では、タイミングｔ１において、クランク角度ＣＡが図２のステップ２で算出されたメイン噴射時期ＴＩＮＪＭと等しくなったときに（ｔ１）、メイン噴射が開始される。また、算出中フラグＦ＿ＱＨＲが「０」から「１」に切り替えられ、熱発生量ＱＨＲが値０にリセットされるとともに、その算出が開始される。さらに、ステップ１で算出されたメイン噴射量ＱＩＮＪＭに相当する量の燃料が噴射された時期でメイン噴射が終了する（ｔ２）。この間、燃焼室３ｄ内で燃料の燃焼が行われることにより熱発生量ＱＨＲは増大し続ける。
【００２６】
そして、熱発生量ＱＨＲがしきい値ＱＨＲＲＥＦを上回ったときに（ｔ３）、メイン噴射燃料の燃焼が十分に行われたとして、アフター噴射が開始される。このアフター噴射は、図３のステップ１８で算出されたアフター噴射量ＱＩＮＪＡに相当する量の燃料が噴射された時点で終了する（ｔ４）。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、メイン噴射燃料の燃焼による熱発生量ＱＨＲを算出するとともに、この熱発生量ＱＨＲがしきい値ＱＨＲＲＥＦを上回ったときにアフター噴射を開始するので、メイン噴射燃料の燃焼の進行度合いに応じた最適なタイミングで、アフター噴射を開始させることができる。それにより、スート量を十分に低減させることができ、エミッションを向上させることができる。
【００２８】
また、筒内圧センサ２１で検出した筒内圧Ｐに基づいて、熱発生量ＱＨＲを適切に算出でき、それにより、アフター噴射の開始時期を適切に制御することができる。
【００２９】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、熱発生量ＱＨＲの算出を、筒内圧Ｐを用いて行っているが、これに限らず、燃焼の進行度合いを表す他の適当なパラメータ、例えば燃焼室から排出される排ガスの温度を用いて行ってもよい。
【００３０】
さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態による燃料噴射制御装置、およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】メイン噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図３】アフター噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図４】図３の処理によって得られる動作例のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１  燃料噴射制御装置
２  ＥＣＵ（主噴射実行手段、副噴射実行手段、熱発生量算出手段
および副噴射制御手段）
３  エンジン
３ｄ  燃焼室
２１  筒内圧センサ
Ｐ  筒内圧
ＱＨＲ  熱発生量
ＱＨＲＲＥＦ  しきい値
【図１】
2009121418.tif 000003
【図２】
2009121418.tif 000004
【図３】
2009121418.tif 000005
【図４】
2009121418.tif 000006