(57)【要約】【課題】アフタ噴射時の燃料噴射を圧縮上死点の直前で終了させることで、アフタ噴射による燃焼をトルク発生に寄与させ、燃費改善を実現する。【解決手段】ピストン１７に形成されている燃焼室１７ａに対して燃料を噴射するインジェクタ４と、このインジェクタ４に対してメイン噴射とアフタ噴射を実行させるＥＣＵ２１とを有し、ＥＣＵ２１が、インジェクタ４から噴射されるアフタ噴射量Ｄａの噴射終了時期を圧縮上死点の直前に設定する。【選択図】図１
2009041532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンに形成されている燃焼室に対して燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段に対してメイン噴射及び該メイン噴射後に実行するアフタ噴射の各駆動信号を出力する制御手段とを有するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記制御手段が、前記燃料噴射手段から噴射される前記アフタ噴射の噴射終了時期を圧縮上死点の直前に設定する
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】
前記制御手段は、前記メイン噴射と前記アフタ噴射とを連続させて実行させる
ことを特徴とする請求項１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】
前記制御手段は、エンジン運転状態に基づいて総燃料噴射量を設定し、該総燃料噴射量を分割して前記メイン噴射時に噴射される燃料噴射量と前記アフタ噴射時に噴射される燃料噴射量とを設定する
ことを特徴とする請求項１或いは２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】
前記制御手段は、前記アフタ噴射量を微量な値に設定する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項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】
本発明は、メイン噴射後のアフタ噴射を圧縮上死点直前で終了させるようにしたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、理論空燃比より大幅にリーン側の空気過剰率で運転されるディーゼルエンジンでは、噴射燃料と周囲の圧縮空気との境界の可燃混合気層で燃焼を生じさせる拡散燃焼を主体とした燃焼形態が採られている。当該拡散燃焼では燃焼の緩慢化により燃焼温度を低下させてＮＯxを抑制できる特徴を有するが、燃料噴射から着火までの期間が短いため筒内で噴射燃料が液滴のまま残存してスート（煤）の要因となる傾向がある。
【０００３】
この対策として、スートに起因するスモーク発生を抑制するために燃焼速度を速めることも考えられるが、燃焼速度を速めるとＮＯxが増加するため、ＮＯxとスモークとがトレードオフの関係となり両立が困難であった。
【０００４】
このような拡散燃焼の問題点を解消するための手法の一つとして、メイン噴射の後にアフタ噴射を実施し、メイン噴射の燃焼に伴って発生したスートをアフタ噴射の噴射燃料と共に燃焼させる技術が実用化されている。
【０００５】
例えば特許文献１（特開２００３−６５１１７号公報）には、メイン噴射後の圧縮上死点後の所定クランク角以降に、アフタ噴射させることで、スートの発生を低減させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−６５１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した文献に開示されている技術では、アフタ噴射を、圧縮上死点後の膨張行程で行っているため熱効率が低下し、エンジントルク低下の要因となる。その結果、熱効率の低下を補填するために、メイン噴射時における燃料噴射量を増量しなければならず、燃費悪化となる問題がある。又、アフタ噴射はトルク発生に殆ど寄与しないため燃費悪化の要因となる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、アフタ噴射を早期化させてトルク発生に寄与させることができ、相対的に燃費を改善させることのできるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置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】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、ピストンに形成されている燃焼室に対して燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段に対してメイン噴射及び該メイン噴射後に実行するアフタ噴射の各駆動信号を出力する制御手段とを有するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、前記制御手段が、前記燃料噴射手段から噴射される前記アフタ噴射の噴射終了時期を圧縮上死点の直前に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アフタ噴射の噴射終了時期を圧縮上死点の直前に設定したので、アフタ噴射が早期化されてトルク発生に寄与させることができ、相対的に燃費を改善させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１はディーゼルエンジンの概略構成図である。
【００１１】
同図の符号１は筒内直噴式ディーゼルエンジンのエンジン本体であり、シリンダ１ａにピストン１７が挿通されており、このピストン１７の頂面に燃焼室１７ａが形成されている。図４、図５に示すように、燃焼室１７ａは、断面Ｃ状の窪みを、燃焼室１７ａの中心軸を中心として回転させた略ドーナツ形状に形成されている。
【００１２】
又、このエンジン本体１の上部に吸気ポート２と排気ポート３とが開口されていると共に、燃料噴射手段としてのインジェクタ４が臨まされている。このインジェクタ４に、図示しないコモンレールに蓄圧されている高圧燃料が供給される。インジェクタ４は常閉式の電磁アクチュエータであり、このインジェクタ４に、駆動信号としての定電流Ｉｎｊを印加すると、図示しない針弁がリターンスプリングの付勢力に抗して開弁位置へ移動され、コモンレールに蓄圧されている高圧燃料が、インジェクタ４の先端に形成されている複数の噴孔（図示せず）から、ピストン１７に形成されている燃焼室１７ａへ噴射される。尚、符号５は吸気弁、６は排気弁である。
【００１３】
又、吸気ポート２の上流に吸気通路７が連通され、その中途に吸気チャンバ８が形成されている。更に、この吸気通路７の空気取り入れ口にエアクリーナ９が取付けられ、その直下流に吸入空気量Ｑを検出する吸入空気量センサ１１が臨まされている。
【００１４】
又、排気ポート３の下流に排気通路１０が連通され、この排気通路１０に、上流側からディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）１２、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１３が介装されている。
【００１５】
ＤＯＣ１２は、主に排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を触媒反応により酸化、ガス化して排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の低減を図るものである。一方、ＤＰＦ１３は、ＰＭを捕集するフィルタである。
【００１６】
又、吸入空気量センサ１１で検出した吸入空気量Ｑは、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１で読込まれる。このＥＣＵ２１の入力側には、吸入空気量センサ１１以外に、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ１５、アクセルペダルの踏込み量であるアクセル開度ＡＬＦＡを検出するアクセル開度センサ１６が接続されている。尚、この各センサ１１，１５，１６がエンジン運転状態検出手段としての機能を各々有している。
【００１７】
又、ＥＣＵ２１の出力側にインジェクタ４等のアクチュエータ類が接続されている。ＥＣＵ２１は、マイクロコンピュータを主体に構成され、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＥＥＰＲＯＭやバックアップＲＡＭ（以下「不揮発性メモリ」と総称する）、及び駆動回路等を有し、各種センサ類で検出した運転状態に基づき、ＲＯＭに格納されている制御プログラムに従って、燃料噴射制御、噴射時期制御等を実行する。尚、ＲＯＭには制御プログラム以外に、マップ等の各種固定データが格納されている。
【００１８】
ディーゼルエンジンの運転状態を検出するパラメータとしては、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＬＦＡ、吸入空気量Ｑ以外に、要求トルクＴｅ、車速Ｖ等がある。
【００１９】
燃料噴射制御はエンジン運転状態に基づきインジェクタ４から筒内に噴射される総燃料噴射量Ｄｉを設定すると共に、この総燃料噴射量Ｄｉからアフタ噴射量Ｄａ（固定値）を減算してメイン噴射量Ｄｍを算出する。噴射時期制御では、エンジン回転数Ｎｅ、メイン噴射量Ｄｍ、及びアフタ噴射量Ｄａに基づき、メイン噴射の噴射開始時期とアフタ噴射の噴射開始時期とをそれぞれ演算する。
【００２０】
ＥＣＵ２１で実行される燃料噴射制御、及び噴射時期制御は具体的には、図２、図３に示すフローチャートに従って処理される。
【００２１】
図２に示す燃料噴射制御ルーチンは、イグニッションスイッチをＯＮした後、クランク角毎に実行され、先ず、ステップＳ１で、アクセル開度センサ１６で検出したアクセル開度ＡＬＦＡと、エンジン回転数センサ１５で検出したエンジン回転数Ｎｅとを読込む。次いで、ステップＳ２へ進み、アクセル開度ＡＬＦＡとエンジン回転数Ｎｅとに基づき、要求トルクマップを補間計算付きで参照して、運転者がエンジンに要求するトルク（要求トルク）Ｔｅを演算する。尚、図示しないが、要求トルクマップには、アクセル開度ＡＬＦＡとエンジン回転数Ｎｅの増加に比例して要求トルクＴｅが増加するように、すなわち、Ｔｅ＝ｋ・ＡＬＦＡ・Ｎｅ（但し、ｋは定数）の関係を満足する要求トルクＴｅが格納されている。
【００２２】
その後、ステップＳ３へ進み、エンジン回転数Ｎｅと要求トルクＴｅとに基づき総燃料噴射量マップを補間計算付きで参照して総燃料噴射量Ｄｉを求める。尚、図示しないが燃料噴射量マップには、エンジン回転数Ｎｅと要求トルクＴｅとの双方が増加するに従い増量される総燃料噴射量Ｄｉが格納されている。
【００２３】
次いで、ステップＳ４へ進み、総燃料噴射量Ｄｉからアフタ噴射量Ｄａを減算して、メイン噴射量Ｄｍを算出する（Ｄｍ←Ｄｉ−Ｄａ）。尚、アフタ噴射量Ｄａは、メイン噴射量Ｄｍの燃焼により発生するスートを再燃させるために供給するものである。後述するように、本実施形態は、スキッシュエリアに滞留する新気とスートと燃料とを混合させて燃焼させるようにしているため、アフタ噴射量Ｄａは微量でも充分にスートを燃焼させることができる。尚、本実施形態では、アフタ噴射量Ｄａを微量な固定値に設定している。
【００２４】
そして、ステップＳ５へ進み、メイン噴射量Ｄｍに基づきメイン噴射時間テーブルを補間計算付きで参照して、メイン噴射時間ＴＤｍを求める。このメイン噴射時間テーブルには、メイン噴射量Ｄｍに対応するメイン噴射時間ＴＤｍが、インジェクタ４の特性等を考慮して格納されている。その後、ステップＳ６へ進み、アフタ噴射量Ｄａに基づきアフタ噴射時間テーブルを参照して、アフタ噴射時間ＴＤａを求める。アフタ噴射時間テーブルには同一の値のアフタ噴射時間ＴＤａが、インジェクタ４の特性等を考慮して格納されている。
【００２５】
次いで、ステップＳ７へ進み、メイン噴射時間ＴＤｍとアフタ噴射時間ＴＤａとを出力し、ＥＣＵ２１に設けられている噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００２６】
噴射タイマにセットされたメイン噴射時間ＴＤｍとアフタ噴射時間ＴＤａとは、図３に示す噴射時期制御ルーチンにおいて起動される。このルーチンは、所定クランク角毎に実行され、先ず、ステップＳ１１で、エンジン回転数Ｎｅとメイン噴射量Ｄｍとに基づき、メイン噴射時期マップを補間計算付きで参照して、メイン噴射時期Ｃｍを設定する。このメイン噴射時期Ｃｍは、圧縮上死点（ＴＤＣ）から逆算して最適な噴射開始時期となるクランク角を設定するもので、メイン噴射時期マップには、エンジン回転数Ｎｅとメイン噴射量Ｄｍとに基づき実験などから求めたメイン噴射時期Ｃｍが格納されている。
【００２７】
次いで、ステップＳ１２へ進み、エンジン回転数Ｎｅとアフタ噴射量Ｄａとに基づき、アフタ噴射時期マップを補間計算付きで参照して、アフタ噴射時期Ｃａを設定する。このアフタ噴射時期Ｃａは、例えば圧縮上死点（ＴＤＣ）の直前或いはＴＤＣを、噴射終了時期として、そこから逆算して噴射開始時期となるクランク角を設定するもので、アフタ噴射時期マップには、エンジン回転数Ｎｅとアフタ噴射量Ｄａとに基づき、実験などから求めたアフタ噴射時期Ｃａが格納されている。
【００２８】
その後、ステップＳ１３へ進み、メイン噴射時期Ｃｍとアフタ噴射時期Ｃａとに、遅れ時間Ｋｃを加算して、新たなメイン噴射時期Ｃｍとアフタ噴射時期Ｃａとを設定する（Ｃｍ←Ｃｍ＋Ｋｃ，Ｃａ←Ｃａ＋Ｋｃ）。
【００２９】
図７、図８に示すように、インジェクタ４に、定電流Ｉｎｊが印加されると、その駆動パルスの立上がりに応じてインジェクタ４が励磁され、針弁のリフトが開始されるが、定電流Ｉｎｊの印加開始時期と、インジェクタ４の針弁が実際にリフトアップを開始する時期との間には、針弁の摺動抵抗、弁ばねの付勢力等の影響で、0.3[ms]程度の固有の動作遅れ時間Ｋｃがある。ステップＳ１３では、メイン噴射時期Ｃｍとアフタ噴射時期Ｃａとに動作遅れ時間Ｋｃを加算することで、この動作遅れを補償する。
【００３０】
その後、ステップＳ１３へ進み、エンジン回転数センサ１５等から出力されるクランク角信号、及び図示しない気筒判別センサから出力される気筒判別信号に基づき、燃料噴射対象気筒を判別すると共に、メイン噴射時期Ｃｍ、アフタ噴射時期Ｃａを監視する。そして、メイン噴射時期Ｃｍに達したとき、噴射対象気筒のインジェクタ４に対して、予め設定されている定電流Ｉｎｊをメイン噴射時間ＴＤｍだけ印加し、続いて、アフタ噴射時期Ｃａに達したとき、当該インジェクタ４に対して定電流Ｉｎｊをアフタ噴射時間ＴＤａだけ通電してルーチンを抜ける。
【００３１】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態では、インジェクタ４に対する定電流Ｉｎｊの開始時期が、インジェクタ４の動作遅れ時間Ｋｃを補償しているため、メイン噴射、及びアフタ噴射を正確に開始させることができる。
【００３２】
その結果、図４、図７（ｃ）に示すように、メイン噴射時の燃料噴射では、ピストン１７の頂面に形成されている燃焼室１７ａにインジェクタ４から正確なタイミングで燃料を噴射させることができる。又、図５、図８（ｃ）に示すように、アフタ噴射においては圧縮上死点（ＴＤＣ）の直前で、燃料噴射を終了させることができる。
【００３３】
図６に示すように、ピストン１７が圧縮上死点（ＴＤＣ）付近まで上昇すると、スキッシュエリアに滞留する新気が、矢印Ｓで示すように燃焼室１７ａの方向へ吹き出され、それに伴い、燃焼室１７ａに滞留する燃焼ガスに、矢印Ｒｓで示すようなリバーススキッシュが発生する。すると、圧縮上死点付近で噴射された燃料は、このリバーススキッシュ流動に沿って、燃焼ガスと共にピストンの頂面方向へ巻き込まれる。そして、スキッシュエリアから吹き出された新気と混合し拡散燃焼される。
【００３４】
アフタ噴射が、スキッシュエリアから吹き出された新気と混合して燃焼されるため、トルク発生に寄与することができる。そして、このアフタ噴射時の燃焼により、メイン噴射時の燃焼ガスに含まれているスートが再燃される。その結果、スートに起因するスモーク発生が抑制され、排気エミッションの低減を図ることができる。尚、アフタ噴射時の燃料が燃焼される際にもスートが発生するが、アフタ噴射時の燃料は微量であるため、発生するスートも微量である。
【００３５】
又、図８（ａ）に示すように、メイン噴射とアフタ噴射とが近接している場合、すなわち、メイン噴射時の燃料噴射終了時期が圧縮上死点側に遅角された場合、インジェクタ４へ印加する定電流Ｉｎｊは、メイン噴射時間ＴＤｍが終了した後、直ちに、アフタ噴射時期Ｃａとなる。その結果、同図（ｂ）に示すように、インジェクタ４に設けられている針弁の立ち下りの途中で、アフタ噴射が開始されるため、メイン噴射に連続してアフタ噴射が実行される。
【００３６】
その結果、メイン噴射の終了時期がアフタ噴射時期Ｃａに近接した場合であっても、アフタ噴射が可能となり、このアフタ噴射による燃料の燃焼の際に、メイン噴射時の燃焼により発生したスートを再燃させることができる。
【００３７】
このように、本実施形態では、アフタ噴射時期Ｃａを、従来よりも早期化させて、アフタ噴射量Ｄａを圧縮上死点に到達する直前に終了させるようにしたので、アフタ噴射による燃焼をトルク発生に寄与させることができる。その結果、メイン噴射量Ｄｍを減少させることができ、その分、燃費を改善させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ディーゼルエンジンの概略構成図
【図２】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート
【図３】噴射時期制御ルーチンを示すフローチャート
【図４】メイン噴射状態を示す概略図
【図５】アフタ噴射状態を示す概略図
【図６】アフタ噴射状態を示す要部拡大図
【図７】（ａ）はメイン噴射時間とアフタ噴射時間とを示すタイムチャート、（ｂ）はメイン噴射時の針弁リフト状態とアフタ噴射時の針弁リフト状態とを示すタイムチャート、（ｃ）は燃料噴射率を示すタイムチャート
【図８】（ａ）はメイン噴射時間がアフタ噴射時間に近接されて設定されている状態を示すタイムチャート、（ｂ）はメイン噴射時の針弁リフト状態にアフタ噴射時の針弁リフトが連続している態様を示すタイムチャート、（ｃ）は燃料噴射率を示すタイムチャート
【符号の説明】
【００３９】
１…エンジン本体、
４…インジェクタ、
５…エンジン回転数センサ、
６…アクセル開度センサ、
１７…ピストン、
１７ａ…燃焼室、
ＡＬＦＡ…アクセル開度、
Ｃａ…アフタ噴射時期、
Ｃｍ…メイン噴射時期、
Ｄａ…アフタ噴射量、
Ｄｉ…総燃料噴射量、
Ｄｍ…メイン噴射量、
Ｉｎｊ…定電流、
Ｋｃ…遅れ時間、
Ｎｅ…エンジン回転数、
Ｑ…吸入空気量、
ＴＤａ…アフタ噴射時間、
ＴＤｍ…メイン噴射時間、
Ｔｅ…要求トルク
【図１】
2009041532.tif 000003
【図２】
2009041532.tif 000004
【図３】
2009041532.tif 000005
【図４】
2009041532.tif 000006
【図５】
2009041532.tif 000007
【図６】
2009041532.tif 000008
【図７】
2009041532.tif 000009
【図８】
2009041532.tif 000010