| 【発明の名称】 |
ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】齊藤 智明
【氏名】近藤 光徳
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| 【要約】 |
【課題】燃費の悪化を抑制しつつ排気ガス中の煤を量を低減させることが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。
【解決手段】ディーゼルエンジンの燃焼室４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５と、圧縮行程上死点の近傍の所定時期に前記燃料噴射弁から燃料が噴射される主噴射を制御する主噴射制御手段３６と、前記主噴射の後に、前記燃料噴射弁から追加の燃料が噴射される後噴射を制御する後噴射制御手段３６とを備え、前記後噴射制御手段は、前記主噴射による燃焼が終了した時期に基づいて後噴射の噴射時期を制御すると共に、加速度合いが所定値より大きい加速状態のときには、加速度合いが所定値以下のときよりも前記後噴射による燃料噴射を増大させ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。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程上死点の近傍の所定時期に前記燃料噴射弁から燃料が噴射される主噴射を制御する主噴射制御手段と、前記主噴射の後に、前記燃料噴射弁から追加の燃料が噴射される後噴射を制御する後噴射制御手段とを備え、前記後噴射制御手段は、前記主噴射による燃焼が終了した時期に基づいて後噴射の噴射時期を制御すると共に、加速度合いが所定値より大きい加速状態のときには、加速度合いが所定値以下のときよりも前記後噴射による燃料噴射を増大させ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】 前記後噴射制御手段は、前記加速状態の加速初期には、後噴射を、前記加速初期以外の加速時よりも増大させる、請求項１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３】 前記ディーゼルエンジンがターボ過給機を備えている、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】 排ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段を備えている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】 前記ＥＧＲ制御手段は、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、煤発生が低減するようにＥＧＲを減少させる、請求項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】 前記主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、前記間隔を、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大が行われていないときに比べて小さくするように制御するパイロット噴射制御手段をさらに備えている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項７】 前記主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、前記パイロット噴射の噴射を、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大が行われていないときに比べて増加させるように制御するパイロット噴射制御手段をさらに備えている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関連し、詳細には、主噴射による燃料噴射後に追加の燃料が噴射される後噴射を制御する後噴射制御手段を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＮＯｘを効率的に浄化する等の目的で、燃焼室内への通常の燃料噴射（主噴射）に引き続いて、所定のタイミングで追加の燃料を燃焼室内に噴射する後噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が知られている（特開２０００−１７０５８５号公報等）。
【０００３】また、従来技術には該当しない本件出願人の先願（特願２０００−３２１６９９号）には、主噴射による拡散燃焼が終了時点を基準に後噴射の噴射時期を設定することにより、煤の排出を効果的に低減させることができる旨の記載がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本件の発明は、このような後噴射に関連するものであり、燃費の悪化を抑制しつつ排気ガス中の煤を量を低減させることが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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明によれば、ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程上死点の近傍の所定時期に前記燃料噴射弁から燃料が噴射される主噴射を制御する主噴射制御手段と、前記主噴射の後に、前記燃料噴射弁から追加の燃料が噴射される後噴射を制御する後噴射制御手段とを備え、前記後噴射制御手段は、前記主噴射による燃焼が終了した時期（即ち主噴射による熱発生率が略０以下になった時期）に基づいて後噴射の噴射時期を制御すると共に、加速度合いが所定値より大きい加速状態ときには、加速度合いが所定値以下のときよりも前記後噴射による燃料噴射を増大させ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が提供される。
【０００６】ここで「後噴射による燃料噴射を増大させる」とは、後噴射の燃料噴射の絶対量を増大させること、または、主噴射量に対する後噴射量の比率を増大させることを指す。また、「増大」させるとは、定常運転時等には後噴射を行わず、所定の加速状態の時のみ後噴射を実行することも含む。
【０００７】このような構成によれば、主噴射による燃料噴射量が増加する一方で新気の吸入遅れが大きくなるため、空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチとなり煤の発生が増加してしまう加速状態では、後噴射が増大されて煤の発生を抑制できるので、煤の発生・排出が抑制される。また、定常時の運転状態では、このような加速状態に比べて後噴射が少なくなるので燃費が向上する。
【０００８】本発明の好ましい態様では、前記後噴射制御手段は、前記加速状態の加速初期には、後噴射を、前記加速初期以外の加速時よりも増大させる。
【０００９】上述した、主噴射による燃料噴射量の増加と新気の吸入遅れが大きくなることとに起因する煤の発生増加は、新気の遅れが顕著な加速初期において特に大きくなる。しかし、上記本発明の好ましい態様によれば、加速初期の後噴射が、初期以下の加速時より増大されるので、煤の発生が特に大きくなる領域で、煤の発生を効果的に抑制できる。
【００１０】本発明の他の好ましい態様では、前記ディーゼルエンジンがターボ過給機を備えている。
【００１１】ターボ過給機を備えたエンジンには、加速時に所謂ターボラグ（過給遅れ）による新気の遅れが生じ、この結果、空燃比がリッチとなり煤の発生が増加する傾向がある。 本発明の他の好ましい態様では、加速時に後噴射が増大させられるので、後噴射増大によって煤の発生が抑制される。さらに、加速時の後噴射増大により、排気圧が大きくなるため、ターボラグが小さくなり新気遅れが減少して、速やかな加速と更なる煤の抑制が達成される。
【００１２】本発明のもう一つの好ましい態様は、排ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段を備えている。
【００１３】ＥＧＲ手段を備えた燃料噴射制御装置では、定常時に行われていたＥＧＲ制御により比較的多量の排気ガスが吸気側に還流させられているので、運転状態が加速に移行した際にもこの排気が吸気系に残留ＥＧＲガスとして存在してる。このため、加速時には、主噴射の増量と相まって、空燃比がよりリッチとなり、煤の発生が増大することになる。しかしながら、本発明のもう一つの好ましい態様によれば、加速時に、後噴射が増大されることにより、煤の発生が抑制されるので、加速時の煤を低減と、定常時のＥＧＲによるＮＯｘ低減とを両立できる。
【００１４】本発明のさらにもう一つの態様によれば、前記ＥＧＲ制御手段は、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、煤発生が低減するようにＥＧＲを減少させる。
【００１５】上述したように、ＥＧＲ制御を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置では、加速時に、残留ＥＧＲガスにより、煤が増大するが、本発明のさらにもう一つの態様によれば、後噴射制御手段による燃料噴射増大中、即ち、加速度合いが所定値より大きい時には、ＥＧＲを減少させることにより、新気の吸入遅れが抑制され、煤発生が低減する。
【００１６】本発明の他の態様によれば、前記主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、前記間隔を、後噴射制御手段による燃料噴射増大が行われていないときに比べて小さくするように制御するパイロット噴射制御手段をさらに備えている。
【００１７】パイロット噴射には、主噴射との間隔を短くしていくと、騒音は小さくなるが煤発生が増大していくという性質がある。しかしながら、本発明の他の態様によれば、後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、後噴射の増大によって煤発生が抑制されるので、パイロット噴射と主噴射との間隔を短くして、煤が増大することなく、騒音を低減することが可能となる。
【００１８】本発明の更に他の態様によれば、前記主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御手段であって、前記後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、前記パイロット噴射の噴射を、後噴射制御手段による燃料噴射増大が行われていないときに比べて増加させるように制御するパイロット噴射制御手段をさらに備えている。
【００１９】パイロット噴射には、噴射を増加させていくと、騒音を小さくできるが、煤発生が増大していくという性質がある。しかしながら、本発明の他の態様によれば、後噴射制御手段による燃料噴射増大中には、後噴射の増大によって煤発生が抑制されるので、パイロット噴射を増加させても煤は増大せず、さらに、騒音の低減も可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の構成を示す概略図である。
【００２１】図１に示されているように、燃料噴射制御装置は、車両に搭載されるディーゼルエンジン１を備えている。ディーゼルエンジン１は、４本の気筒２、２…（１本のみを図示する。）を有し、各気筒２内を構成するシリンダ内には、ピストン３が往復動可能に配置され、ピストン３とシリンダの内周壁などによって、燃焼室４が形成されている。燃焼室４の上面のほぼ中央には、燃料噴射弁（インジェクタ）５が、その先端部の噴孔が燃焼室４に臨むように配置されている。燃料噴射弁５は、所定のタイミングで、気筒内すなわち燃焼室４に直接燃料を噴射するように構成されている。さらに、図示しないエンジン１のウォータージャケットに臨むように、冷却水の温度（エンジン水温）を測定する水温センサ１８が設けられている。
【００２２】各燃料噴射弁５は、高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されている。コモンレール６には、エンジンやモータによりエンジン始動後に駆動される噴射ポンプにより高圧燃料が供給され、内部の燃料圧（コモンレール圧）を検出する圧力センサ６ａが配置されるとともに、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ６ａにより検出されるコモンレール６内の燃圧を、例えばアイドル運転時に約２０ＭＰａ以上に保持し、それ以外の運転時には５０ＭＰａ以上に保持するように構成されている。
【００２３】また、クランク軸７には、その回転角度を検出するクランク角センサ９が設けられている。クランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けられた被検出プレートと、その外周に相対応するように配置された電磁ピックアップとを含み、電磁ピックアップが被検出プレートの外周部全周に所定角度おきに形成された突起部の通過に応答してパルス信号を生成するように構成されている。
【００２４】また、エンジン１は、図示しないエアークリーナで濾過された吸入空気を燃焼室４に導入する吸気通路１０を備えている。吸気通路１０の下流端部は、図示しないサージタンクを経て分岐し、それぞれが吸気ポートにより、各気筒２の燃焼室４に接続されている。また、サージタンク内で各気筒２に供給される加給圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けられている。
【００２５】この吸気通路１０には、上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するエアーフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮された空気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁１４とが設けられている。
【００２６】この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように、切欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム式アクチュエータ１５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１６により調整されることで、弁の開度が制御されるように構成されている。また、前記吸気絞り弁１４の開度を検出するセンサ（図示せず）も設けられている。
【００２７】エンジン１には、各気筒２の燃焼室４から排気を排出するための排気通路２０が接続されている。この排気通路２０の上流側端は、分岐して、図示しない排気ポートにより、それぞれ各気筒２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０は、上流側から下流側に向かって順に、排気の空燃比が略理論空燃比の時を境に出力が急変するＯ２センサ（図示せず）と、排気流により回転されるタービン２１と、排気中の少なくともＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ還元触媒２２と、ＮＯｘ還元触媒２２を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１９とが配置されている。
【００２８】ＮＯｘ還元触媒２２であるＮＯｘ浄化触媒は、排気の流れ方向に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造に形成されたコージェライト製担体を備え、その各貫通孔壁面に触媒層を２層に形成したものである。具体的には、白金（Ｐｔ）と、ロジウム（Ｒｈ）とが、多孔質材であるＭＦＩ型ゼオライト（ＺＳＭ５）等をサポート材として担持されることにより、上記触媒層が形成されている。
【００２９】そして上記ＮＯｘ浄化触媒２２は、燃焼質４内の混合気がリーン状態となって排気ガス中の酸素濃度が高い場合、例えば酸素濃度が４％以上である場合に、ＮＯｘを還元剤と反応させて還元することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化するように構成されている。なお、上記ＮＯｘ浄化触媒２２は、酸素濃度が低い場合には、三元触媒として機能する。
【００３０】排気通路２０は、タービン２１より上流側の位置で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）２３の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は、吸気絞り弁１４より下流側位置で吸気通路１０に接続されている。また、ＥＧＲ通路２３の下流側寄りの位置には、開度調整可能な負圧作動式の排気還流量調整弁（ＥＧＲ弁）２４が設けられている。この実施形態では、排気通路２０の排気の一部が、ＥＧＲ弁２４により流量調整されながら、排気通路１０に還流されるように構成され、このＥＧＲ弁２４と、ＥＧＲ通路２３とにより排ガス還流（ＥＧＲ）手段３３が構成されている。
【００３１】ＥＧＲ弁２４は、図示しない弁本体がスプリングによって閉方向に付勢されている一方、ダイヤフラム２４ａにより開方向に作動されて、ＥＧＲ通路２３の開度をリニアに調整するものである。すなわち、ダイヤフラム２４ａには、負圧通路２７が接続され、この負圧通路２７が負圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されていて、その電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号によって負圧通路２７を連通または遮断することにより、ＥＧＲ弁駆動負圧が調整され、ＥＧＲ弁２４が開閉作動されるように構成されている。また、ＥＧＲ弁２４の弁本体の位置を検出するリフトセンサ２６が設けられている。
【００３２】各燃料噴射弁５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、およびターボ過給機２５などは、コントロールユニット（Engine Control Unit：ＥＣＵ）３５からの制御信号によって作動するように構成されている。
【００３３】一方、ＥＣＵ３５は、圧力センサ６ａの出力信号、クランク角センサ９の出力信号、エアーフローセンサ１１の出力信号、水温センサ１８の出力信号、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６の出力信号、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号などが入力されるように構成されている。
【００３４】この実施形態では、ＥＣＵ３５は、エンジンの運転を制御するものであり、圧縮行程上死点の近傍の所定時期に燃料噴射弁５から燃料が噴射される主噴射を制御する主噴射制御と、主噴射による燃焼が終了した時期に基づいて、燃料噴射弁５から噴射された追加の燃料が主噴射による燃焼が終了した時期（即ち、主噴射による熱発生率が略０以下となったとき）に燃焼を開始するように、後噴射の噴射時期を制御する後噴射制御と、主噴射に所定間隔だけ先立って予混合燃焼を行わせるために燃料噴射弁５から燃料が噴射されるパイロット噴射を制御するパイロット噴射制御等を行う噴射制御手段３６と、ＥＧＲ弁２４を制御して排気還流量を制御するＥＧＲ制御手段３７とを備えている。即ち、本実施形態の噴射制御手段３６は、主噴射制御手段と後噴射制御手段とパイロット噴射制御手段との機能を有する。
【００３５】次に、ＥＣＵ３５において実行される燃料噴射制御について、図２のフローチャートに沿って説明する。
【００３６】まず、スタート後のステップＳ１で、クランク角センサ９からクランク角信号、アクセル開度センサ３２からのアクセル開度、エアフローセンサ１１からの吸入空気量などのデータが入力される。次に、ステップＳ２で、アクセル開度から求められた目標トルクＴｒとクランク角信号から求められたエンジン回転数Ｎｅとに基づいて設定されている基本噴射量マップから、基本の燃料噴射量Ｑbを読み込むとともに、その噴射時期Ｉbを予め設定されているマップから読み込む。
【００３７】次に、ステップＳ３で、後噴射の基本の噴射量Ｑfuおよび噴射時期Ｉfuが設定される。後噴射の噴射量Ｑfuおよび噴射時期Ｉfuは、目標トルクＴｒとエンジン回転数Ｎｅに応じた量が予め設定されているマップから読み出して設定される。
【００３８】このマップにおいて、後噴射の噴射量Ｑfuは、主噴射による燃焼によって発生する煤が所定量以上となる運転状態のときには、煤の量が所定量未満のときよりも後噴射による燃料噴射（量又は率）を増大させ、煤の発生を抑制するように設定されている。ここで、後噴射による燃料噴射量とは後噴射によって噴射される燃料の絶対量を指し、後噴射による燃料噴射率とは後噴射の噴射量の主噴射の噴射量に対する比率を指す。
【００３９】本実施形態では、後噴射の基本の噴射量Ｑfuは、図３のマップに示されているように、低回転・低負荷領域、全負荷領域等の周辺領域から、斜線で示された高回転（例えば２５００ｒｐｍ）高負荷領域（Ｚ領域）に向かって徐々に増大していくように設定されている。従って、エンジンの運転状態が高回転・高負荷のときには、後噴射による燃料噴射量Ｑfuが他の運転状態に比して増大させられる。
【００４０】本実施形態では、主噴射の噴射量に対する後噴射の噴射量の割合が、低回転低負荷時には１０〜２０％とされており、高回転高負荷時には２０〜５０％以上に増加させられる。
【００４１】また、変型例として、高回転高負荷時以外の煤が多くなる領域、例えば、Ａ／Ｆリッチ時、パイロット噴射実行時、主噴射リタード時等にも、後噴射による燃料噴射量Ｑfuを他の運転状態に比して増大させてもよい。
【００４２】更に、煤の発生状態とは無関係に後噴射の噴射量Ｑfuを設定するマップを使用して、煤噴射の噴射量Ｑfuを設定してもよい。また、アイドリング等の低回転・低負荷時には後噴射を実行せず、低回転・低負荷時以外の領域で後噴射を実行するような構成でもよい。さらに、定常運転時には後噴射量が０となるマップを使用し、所定の加速時にのみ、０である後噴射量に後述するような所定値を加え、後噴射を実行するような構成でもよい。
【００４３】後噴射の噴射時期Ｉfuは、主噴射による熱発生率が略０以下となったとき（主噴射による燃焼が終了したとき）に後噴射による燃料の燃焼が開始されるように、後噴射の着火遅れ（０．４〜０．７ｍｓ）と、無効噴射時間とを考慮して、マップ上に設定されている。このように設定することにより、熱発生率が略０以下となったとき、即ち、燃焼室内に主噴射された燃料が予混合燃焼した後に生じる拡散燃焼が終了したときに、後噴射による燃料の燃焼が開始されることになる。このため、燃焼室４内に存在する煤と酸素との混合が促進された状態で、後噴射による燃焼が開始することになり、煤の発生が低減すると考えられる。
【００４４】また、主噴射による熱発生率が略０以下となった時点付近（クランク角にして、好ましくは±１０°、より好ましくは±５°の範囲内）で後噴射による燃焼が開始するように、後噴射の噴射時期を設定してもよい。
【００４５】ここで、熱発生率ｄＱ／ｄθは、「内燃機関講義」（長尾不二夫著、株式会社養賢堂）によれば、下記の式（１）のように表わされる。
【００４６】
ｄＱ／ｄθ＝Ａ／（Ｋ(θ)−１）×［Ｖ(θ)・（ｄＰ(θ)／ｄθ）＋Ｋ(θ)・Ｐ(θ)・（ｄＶ(θ)／ｄθ）］…（１）
ここで、Ａは熱の仕事当量、Ｋ(θ)は比熱比、Ｖ(θ)は行程容積、Ｐ(θ)は筒内圧力、θはクランク角である。
【００４７】小野測器株式会社製の燃焼解析装置ＣＢ５６６のマニュアルによれば、上記比熱比Ｋ(θ)は、下記式（２）〜（５）に基づいて表される。
【００４８】
Ｋ(θ)＝Ｃｐ／Ｃｖ…（２）
Ｃｐ＝ａｐ＋ｂ（Ｔ(θ)／１００）＋ｃ（Ｔ(θ)／１００）2＋ｄ（１００／Ｔ(θ)…（３）
Ｃｖ＝Ｃｐ−（Ａ・Ｒｏ）／Ｍ…（４）
Ｔ(θ)＝（Ｐ(θ)・Ｖ(θ)）／２９．２７・Ｇ…（５）
ここで、Ｃｐは定圧比熱、Ｃｖは定容比熱、Ｒｏはガス定数、Ｍは空気の分子量、Ｔ(θ)はガス温度、Ｇはガス重量、ａｐ、ｂ、ｃ、ｄはその他の定数である。
【００４９】上記式（２）〜（５）より、式（１）で示す熱発生率ｄＱ／ｄθは、筒内圧力Ｐ(θ)と行程容積Ｖ(θ)との関数ｆ（Ｐ(θ)、Ｖ(θ)）になる。また、上記行程容積Ｖ(θ)を、ボア径ＢおよびストロークＳに基づいて表すと、下記式（６）に示すようになるため、上記熱発生率ｄＱ／ｄθは、下記式（７）に示すようになる。
【００５０】
Ｖ(θ)＝（π・Ｂ2Ｓ／８）・（１−ｃｏｓθ）…（６）
ｄＱ／ｄθ＝［ｆ（Ｐ(θ+Δθ)、Ｖ(θ+Δθ)）−ｆ（Ｐ(θ)、Ｖ(θ)）］／Δθ…（７）
従って、クランク角度毎の筒内圧力データがあれば、これに基づいて、上記熱発生率を計算することができる。本実施形態では、このようにして求めた熱発生率から、拡散燃焼の終了時点（即ち熱発生率が略０以下になる時点）を算出し、この終了時点から後噴射の着火遅れ時間等の遅れ分だけ前の時点を後噴射の噴射時期Ｉfuとしたマップを用いている。
【００５１】拡散燃焼の終了時期は、エンジンの運転状態に応じて変化し、エンジン負荷および回転数が上昇するほど、拡散燃焼の終了時期が遅れる傾向がある。例えば、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅが０．５７Ｍｐａである中回転中負荷時には、上述したよう手法で算出した結果のグラフである図４（ｂ）に示されるように、ピストンの圧縮上死点近傍で主噴射された燃料が予混合燃焼することによる熱発生Ｙと、ほぼ同程度の拡散燃焼による熱発生Ｋが生じ、圧縮上死点後の約３５°（ＣＡ）より着火遅れτf2（約０．５ｍｓ）だけ遅れた時点ｔ２で拡散燃焼が終了する。
【００５２】また、エンジン回転数が２５００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅが０．９Ｍｐａである高回転高負荷時には、図４（ｃ）に示されるように、予混合燃焼による熱発生Ｙに比べ、かなり長期にわたり拡散燃焼による熱発生Ｋが生じ、圧縮上死点後の約４８°（ＣＡ）より着火遅れτf3（約０．７ｍｓ）遅れたかなり遅い時点ｔ３で拡散燃焼が終了することがわかる。
【００５３】また、エンジン回転数が１５００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅが０．３Ｍｐａである低回転低負荷時には、図４（ａ）に示されるように、燃料の予混合燃焼と拡散燃焼を熱発生によって区別することは困難であるが、圧縮上死点後の約３０°（ＣＡ）より着火遅れτf1（約０．６ｍｓ）遅れたの比較的早い時点ｔ１で拡散燃焼が終了することがわかる。
【００５４】したがって、この拡散燃焼の終了時点の近傍、即ち、低回転低負荷時には圧縮上死点後の２５乃至３５°（ＣＡ）で、中回転中負荷時には圧縮上死点後の３３乃至４０°（ＣＡ）で、高回転高負荷時には圧縮上死点後の４５乃至４８°（ＣＡ）で、後噴射を実行するように後噴射時期を設定することが好ましい。
【００５５】このことは、低回転低負荷、中回転中負荷および高回転高負荷のそれぞれにおける、後噴射時期と煤発生量との関係を実験したグラフである、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）からも明らかである。
【００５６】本実施形態では、図４のニードルリフト量で示すように、低回転低負荷時には圧縮上死点後の３０°（ＣＡ）で、中回転中負荷時には圧縮上死点後の３５°（ＣＡ）で、高回転高負荷時には圧縮上死点後の４８°（ＣＡ）で、後噴射が実行されるように後噴射時期を設定し、それぞれの運転状態で拡散燃焼が終了するｔ１、ｔ２、およびｔ３で後噴射による燃焼を開始させ、図４に点線で示される熱発生が生じるようにしている。
【００５７】これら以外の運転状態においても、拡散燃焼が終了した時点で、後噴射による燃焼が開始するように、後噴射の噴射時期がマップ上に設定されている。
【００５８】図６は、後噴射量（主噴射に対する割合）と煤発生量の関係を示すグラフである。エンジン回転数１５００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅ０．３ＭＰａの低回転低負荷状態で、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点ｔ１で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後３０°（ＣＡ）で後噴射を行い、後噴射量の主噴射量に対する比率（Ｐ／Ｔ）を１０〜４５％に範囲で変化させて煤の発生量を測定する実験を行ったところ、図６（ａ）に実線で示されるように、後噴射の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が減少した。これに対して、拡散燃焼終了前の時点で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後８°で後噴射を行った場合には、図６（ｂ）に点線で示されるように、後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が増加した。
【００５９】また、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅ０．５７ＭＰａの中回転中負荷状態で、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点ｔ２で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後３５°（ＣＡ）で後噴射を行う同様の実験を行ったところ、図６（ｂ）に実線で示されるように、後噴射の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が減少し、拡散燃焼終了前の時点で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後２０°で後噴射を行った場合には、図６（ｂ）に点線で示されるように、後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）が増大しても煤発生量の大きな変化が見られなかった。
【００６０】さらに、エンジン回転数２５００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅ０．９ＭＰａの高回転高負荷状態で、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点ｔ３で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後４８°（ＣＡ）で後噴射を行う同様の実験を行ったところ、図６（ｃ）の実線で示されるように、後噴射の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が減少し、拡散燃焼終了前の時点で後噴射による燃焼が開始するように圧縮上死点後２０°で後噴射を行った場合には、図６（ｃ）に点線で示されるように、後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）が増大しても煤発生量の大きな変化が見られなかった。
【００６１】このことから、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点に後噴射による燃焼が開始するように後噴射を行うと、後噴射による燃料噴射量Ｑfuを増加させることにより、煤の発生量が減少することがわかる。
【００６２】図７は、後噴射量の主噴射量に対する比率（Ｐ／Ｔ）と燃費率との関係を示すグラフである。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様の低回転低負荷、中回転中負荷、および、高回転高負荷で、後噴射量の主噴射量に対する比率（Ｐ／Ｔ）を１０〜４５％に範囲で変化させて測定した燃費率のグラフであり、図６と同様に、実線は、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点ｔ１に後噴射による燃焼が開始するように、それぞれ、圧縮上死点後３０°、３５°、４８°（ＣＡ）で後噴射を行った結果を示し、点線は、拡散燃焼終了前の時点で後噴射による燃焼が開始するように、それぞれ、圧縮上死点後８°、２０°、２０°で後噴射を行った結果を示す。
【００６３】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に実線で示されているように、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点に後噴射による燃焼が開始するように後噴射を行う場合には、後噴射の主噴射に対する比率の増加に伴って燃費が悪化する。しかし、上記実施形態では、低回転低負荷および中回転中負荷時には、後噴射量の主噴射量に対する比率（Ｐ／Ｔ）を約２０％以下としているので、この領域での燃費の悪化は抑制されている。
【００６４】次に、ステップＳ４に進み、パイロット噴射の噴射量Ｑpと、噴射時期Ｉpとが、設定される。本実施形態では、パイロット噴射の噴射量Ｑpは、例えば、低負荷時の主噴射量Ｑbの３０乃至５０％に範囲内で決定された固定値である。一方、噴射時期Ｉpは、目標トルクＴｒおよびエンジン回転数Ｎｅに基づいて、所定のマップから引き出される。
【００６５】図８は、本実施形態のパイロット噴射の噴射時期Ｉp設定用マップ（ｂ）と、後噴射の噴射量設定マップ（ａ）との関係を示す図面である。この図面では、パイロット噴射の噴射時期Ｉpを、パイロット噴射と主噴射との差（進角：クランクアングル）で示している。本実施形態のパイロット噴射の噴射時期Ｉpは、図８（ｂ）に実線で示されているように、後噴射を行わない場合のパイロット噴射の噴射時期（点線）比べて、主噴射との間隔が短くなるように設定されている。
【００６６】パイロット噴射は、主噴射に先立って一定量の燃料を噴射し燃焼室内で予混合燃焼を生じさせ、主噴射による燃焼時の騒音（爆発音）の低下を図らんとするものであり、その噴射時期が主噴射の噴射時期に近いほうが騒音低下の効果が大きいことが知られている。しかしながら、パイロット噴射を主噴射に近づけると、煤の発生が増加する傾向があるので、特に、煤の発生が顕著な領域、例えば高回転高負荷領域では、煤の発生を抑制を優先するためパイロット噴射の噴射時期を主噴射の噴射時期から離さざるを得なかった。
【００６７】これに対し、本実施形態では、後噴射によって煤の発生を抑制しているので、略全ての運転領域で、後噴射を行わない場合よりパイロット噴射の時期を主噴射の近く設定して、騒音の低下を図り、煤発生と騒音との両者を抑制できる。
【００６８】また、高回転高負荷の運転領域（Ｚ領域）では、図８（ｂ）に一点鎖線および二点鎖線で示す変型例のように、パイロット噴射の噴射時期をより遅くするような設定をおこなってもよい。これにより、後噴射の噴射増大中（Ｚ領域）には、高回転または高負荷側への運転状態変化に応じたパイロット噴射の噴射時期の遅らせ度合いを、比較的類似している運転状態であるＺ領域周辺で後噴射による燃料噴射が増大が行われていない状態での遅らせ度合いより小さくなるように制御する。高回転高負荷の運転領域（Ｚ領域）への過渡領域でて、噴射時期の変動が階段状ではなく連続的に変化しているのは、音質の急激な変化を回避するためである。
【００６９】この領域では、後噴射の噴射量（率）が最大とされ煤の発生が最も抑制されるので、煤の発生が多くなる領域（Ｚ領域）であっても、従来では煤の発生抑制を優先するため主噴射から離さざるを得なかったパイロット噴射の噴射時期を、主噴射から離す度合いを減少させ、積極的な騒音低減を可能としている。
【００７０】ステップＳ５で、アクセルセンサ３２からの信号に基づいて、アクセル開度αの変化率Δαが所定値Δα0より大きいか否か、即ち、加速状態が所定値より大きいか否かを判定する。ステップＳ５でＹＥＳ、即ち、加速状態が所定値より大きいときには、ステップＳ６でタイマの値Ｔに１を加算し、ステップＳ７に進んでタイマの値Ｔが所定値Ｔ0より小さいか否かを判定する。ここで、タイマの値Ｔが所定値Ｔ0より小さいとき（ＹＥＳ）には加速状態の初期であることを意味し、タイマの値Ｔが所定値Ｔ0以上のとき（ＮＯ）には加速状態の初期ではないことを意味する。
【００７１】ステップＳ７でＹＥＳ、即ち、加速状態の初期であると判定されたときには、ステップＳ８においてステップＳ３で設定された後噴射の基本の噴射量Ｑfuに所定値βが加えられ加速初期用の後噴射の噴射量Ｑfuが設定され、さらに、ステップＳ９においてステップＳ４で設定されたパイロット噴射の基本の噴射時期Ｉpに所定値ａが加えられ加速初期用のパイロット噴射の噴射時期Ｉpが設定されステップＳ１０に進む。
【００７２】一方、ステップＳ７でＮＯ、即ち、加速状態の初期ではないと判定されたときには、ステップＳ１１においてステップＳ３で設定された後噴射の基本の噴射量Ｑfuに所定値γが加えられて初期以外の加速時用後噴射の噴射量Ｑfuが設定され、さらに、ステップＳ１２においてステップＳ４で設定されたパイロット噴射の噴射時期Ｉpに所定値ｂが加えられ初期以外の加速時用後噴射のパイロット噴射の噴射時期Ｉpが設定され、ステップＳ１０に進む。
【００７３】さらに、ステップＳ５でＮＯ即ち加速度合いが所定値以下であると判定されたときには、ステップＳ１２でタイマＴの値が０とされ、ステップＳ１０に進む。
【００７４】ステップＳ１１では、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１１またはＳ１２で設定された量Ｑb、Ｑfu、Ｑpおよび時期Ｉb、Ｉfu、Ｉpに従って、燃料噴射弁５を作動させられ、燃焼室へのパイロット噴射、主噴射、および後噴射が実行される。
【００７５】ここで、上記β、γ、ａおよびｂには、β＞γ、ａ＞ｂの関係があるの。従って、所定の加速時には、後噴射の噴射量Ｑfuが多くなり、且つ、パイロット噴射Ｉqの噴射時期が遅く（リタード）され主噴射との噴射間隔が短くなるが、その加速の初期には、後噴射の噴射量Ｑfuがより多くなり、さらに、パイロット噴射Ｉqの噴射時期がより遅く（リタード）され主噴射との噴射間隔が短くなる。従って、所定の加速時には、後噴射の噴射量Ｑfuの増加により煤発生が抑制され、パイロット噴射Ｉqのリタードにより騒音が抑制され、さらに、加速初期には、後噴射の噴射量Ｑfuのより大きな増加により煤発生が効果的に抑制され、パイロット噴射Ｉqの大きなリタードにより騒音が効果的に抑制される。このように、煤の発生量に応じて後噴射の噴射量Ｑfuが制御が実行される、煤の発生防止と燃費向上とが両立される。
【００７６】本実施形態では、加速時の後噴射の噴射量は、加速前の、主噴射に対する後噴射の噴射量比に対し５〜２０％程度増量される。
【００７７】次に、ＥＣＵ３５の排気還流制御手段３７において実行されるＥＧＲ制御を、図９のフローチャートに沿って説明する。
【００７８】まず、ステップＳ１４で、エンジン回転数、アクセル開度等のデータが入力され、ステップＳ１５に進み、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、例えば図１０に示されているような予め設定されたマップから、エンジンの運転状態に対応した基本目標新気量Ａｉｒbを設定する。これにより、高回転高負荷側になるほど、ＥＧＲ量（弁開度）が小さくなるように設定されることになる。尚、図１０の例では、斜線で示されたアイドル領域では、エンジンの中負荷時よりも基本目標新気量Ａｉｒbが多くなるように設定されている。これにより、アイドル状態からの高回転高負荷領域への加速時や、アイドル以外での加速時には、ＥＧＲ量が減少されることにより、Ａ／Ｆがリッチになることを抑制でき且つ後噴射量の増量も行われるため、これらの相乗効果により、煤をより減少させることができる。
【００７９】次いで、ステップＳ１６で、基準新気量Ａｉｒrefを基本目標新気量Ａｉｒbに設定して、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、今回の基準新気量Ａｉｒref（今回）から前回の基準新気量Ａｉｒrefにεを乗じた値を減じて、さらに、（１−ε）で除することにより目標新気量Ａｉｒjを求める。これは、所謂一次進み補正であり、このような処理によれば、新気の吸入遅れが補正されるため、加速度合いが所定値より大きく後噴射制御手段による燃料噴射が増大されているときには、ＥＧＲの減少遅れがないよう、早急かつ積極的に、ＥＧＲが減少させられ、空燃比がリーン側に移行し、煤発生が低減することになる。尚、εは、ＥＧＲ弁から吸気経路を介して燃焼室に至る吸気管形状によって定まる係数である。
【００８０】さらに、ステップＳ１８で、この目標新気量Ａｉｒjから、エアフローセンサ１１での検出した値に基づいた実新気量Ａｉｒ実を減算して、ΔＡｉｒを得る。なお、新気量は、エアフローセンサと吸気圧センサ１０ａとにより算出される。この実施形態では、逆流を検出できるエアフローセンサ１１を使用している。このようなエアフローセンサによれば、低吸入空気量時にＥＧＲによる脈動が検出でき、この脈動に基づいて、新気量を正確に算出することができる。
【００８１】次いで、ステップＳ１９に進み、ΔＡｉｒにＰＩＤ制御を行って、ＥＧＲ量を決定し、ステップＳ２０で、このＥＧＲ量に基づいて、ＥＧＲ弁を駆動させ、ＥＧＲを実行する。
【００８２】本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術事項の範囲内で種々の変更又は変形が可能である。
【００８３】例えば、上記実施形態では、アクセル開度αの変化率Δαに基づいて加速状態が所定値より大きいか否かを判定していた（図２のＳ５、Ｓ６）が、図１１のフローチャートのＳ６’、Ｓ７’に示されているように、エアフローセンサの検出値に対し所謂一次遅れ補正を行って算出した新気変化量を考慮した実際の新気量（Ａｉｒi）に基づいて、加速状態が所定値より大きいか否かを判定してもよい。
【００８４】この構成では、ステップＳ４でパイロット噴射の量及び時期を設定した後、ステップＳ６’で、吸気系の伝達関数によって定まる係数θを今回の検出された実新気量Ａｉｒ実に乗じた値に、検出された前回の実新気量Ａｉｒ実に（１−θ）を乗じた値を加えた値を、エンジンに実際に吸入される新気量Ａｉｒiとし、（Ａｉｒi＝θＡｉｒ実（今回）＋（１−θ）Ａｉｒ実（前回））
さらに、Ａｉｒ実（今回）から新気量Ａｉｒi（前回）を引いた値を、新気変化量（ＤＡｉｒi）と推定している。
【００８５】さらに、ステップ７’で、新気変化量（ＤＡｉｒi）が所定の新気変化量（ＤＡｉｒ0より大きいか否かを判定し、ＹＥＳ、即ち、大きい場合には加速状態が所定値より大きいとしてステップＳ８に進み、ＮＯ、即ち、小さい場合には加速状態が所定値より小さいので、そのままステップＳ１０に進む。なお、この構成では、ステップＳ８、Ｓ９での係数β、ａを上記実施形態の係数β、ａとは異なった値にしてもよい。
【００８６】また、上記実施形態では、加速初期か否かに応じて、パイロット噴射の噴射時期Ｉpに異なった係数を加え、加速初期にはパイロット噴射の噴射時期をより大きく遅らせる制御を行っていた（図２のＳ９、Ｓ１２）が、図１２のフローチャートのＳ９’、Ｓ１２’に示されているように、加速初期か否かに応じて、パイロット噴射の噴射量Ｑpに異なった係数を加え、加速初期にはパイロット噴射の噴射量をより多くする制御を行っても良い。
【００８７】この構成では、ステップＳ７でＹＥＳ、即ち、加速状態の初期であると判定されたときには、ステップＳ９’において、ステップＳ４で設定されたパイロット噴射の噴射量Ｑpに所定値Ｑpaが加えられる。一方、ステップＳ７でＮＯ、即ち、加速状態の初期ではないと判定されたときには、ステップＳ１２’において、ステップＳ４で設定されたパイロット噴射の噴射量Ｑpに所定値Ｑpbが加えられる。ここで、Ｑpa＞Ｑpbの関係があるので、加速状態の初期には、パイロットの噴射量Ｑpがより多くなり、騒音がより効率的に抑制される。また、図２のＳ９、Ｓ１２の処理と、図１２ののＳ９’、Ｓ１２’の処理の両方を行う構成であってもよい。
【００８８】例えば、上記実施形態は、ＥＧＲ制御、パイロット噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置であったが、本発明は、これらの一方又は両方を実行しない燃料噴射制御装置であってもよい。
【００８９】また、上記実施形態では、パイロット噴射、主噴射、後噴射は、それぞれ、一回だけ実行されるものとしていたが、本発明は、これらが、多段噴射であるものにも適用できる。
【００９０】
【発明の効果】以上のように、本件発明によれば、燃費の悪化を抑制しつつ排気ガス中の煤を量を低減させることができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が提供される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３１３７
【氏名又は名称】マツダ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１２月１日（２０００．１２．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５９９５９
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 稔 （外１０名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６８１４２（Ｐ２００２−１６８１４２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月１４日（２００２．６．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３６６７７７（Ｐ２０００−３６６７７７） |
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