(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記燃料噴射制御手段は、前記要求噴射パターンが燃料の噴射の停止を指示しているクランク角において前記筒内圧の情報が前記燃焼室内での燃焼を伴うものであれば、一回当たりの前記微小時間通電の継続時間を減少させる
請求項1〜3の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。
前記燃料噴射制御手段は、前記要求噴射パターンが燃料の噴射の停止を指示しているクランク角において前記筒内圧の情報が前記燃焼室内での燃焼を伴わないものであれば、一回当たりの前記微小時間通電の継続時間を増大させる
請求項1〜4の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、ディーゼルエンジンでは、燃料噴射弁に対する燃料噴射開始の指示から、実際に燃料噴射が開始されるまでのタイムラグ、いわゆる燃料噴射のデッドタイムを少なくしたいという要請がある。
【0007】
このような燃料噴射のデッドタイムを少なくするには、例えば、目標の燃料噴射量が0(ゼロ)であっても、燃料噴射弁の駆動回路に対して、ニードル等の弁体がリフトしない程度の短時間の電流を、一定の時間毎に与える手法が考えられる。例えば、燃料カット時において、燃料噴射弁に対して、実際に燃料を噴射しない程度の微小時間の通電を繰り返し行うことにより、アクセルの踏み込み等による燃料噴射開始の指示があった時点から、実際に燃料噴射が開始される時点までのタイムラグを少なくしようとする手法である。
【0008】
しかしながら、この手法によると、上記のような燃料噴射弁の製造時の個体差や、その後の経年劣化による個体差の影響から、同等の微小時間の駆動電流を与えても、燃料が僅かに噴射されてしまう場合があると考えられる。このような場合、仮に、噴射される燃料が少ない場合であっても燃料が無駄に消費されることとなり、また、その量が多ければトルクがドライバに違和感(アクセル開度がゼロの場合)を与えることとなる。
【0009】
そこで、この発明の課題は、無駄な燃料の消費やドライバへの違和感を生じさせることなく、燃料噴射弁に対する燃料噴射開始の指示から、実際に燃料噴射が開始されるまでのタイムラグを少なくすることである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するために、この発明は、燃焼室へ供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、
運転状態により設定される要求噴射パターンで前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、前記燃焼室の筒内圧の情報を取得する筒内圧情報取得手段と、を備え、前記燃料噴射弁は、
前記要求噴射パターンに基づいて駆動回路への通電の制御により燃料の噴射が実行又は停止されるものであって、前記駆動回路への通電の開始から燃料の噴射開始までに所定時間を要する特性を有し、前記燃料噴射制御手段は、
前記要求噴射パターンとは別で前記駆動回路に対して前記所定時間未満の微小時間通電を断続的に行い、前記燃料噴射弁に対する要求噴射パターン
に対応する基本筒内圧変化と前記微小時間通電を追加したときの筒内圧変化との差が予め設定された閾値以上のとき前記微小時間通電の継続時間を減少させ、前記差が前記閾値未満のとき前記微小時間通電の継続時間を増加させるエンジンの制御装置を採用した。
【0011】
ここで、前記要求噴射パターンは、燃料の噴射を停止する燃料カットである構成を採用することができる。
【0013】
また、燃焼室へ供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、運転状態により設定される要求噴射パターンで前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、前記燃焼室の筒内圧の情報を取得する筒内圧情報取得手段と、を備え、前記燃料噴射弁は、前記要求噴射パターンに基づいて駆動回路への通電の制御により燃料の噴射が実行又は停止されるものであって、前記駆動回路への通電の開始から燃料の噴射開始までに所定時間を要する特性を有し、前記燃料噴射制御手段は、前記要求噴射パターンとは別で前記駆動回路に対して前記所定時間未満の微小時間通電を断続的に行い、前記燃料噴射弁に対する要求噴射パターンに対応する基本熱発生変化と前記微小時間通電を追加したときの筒内圧変化に基づいて算定された熱発生変化との差が予め設定された閾値以上のとき前記微小時間通電の継続時間を減少させ、前記差が前記閾値未満のとき前記微小時間通電の継続時間を増加させるエンジンの制御装置を採用した。
【0014】
前記燃料噴射制御手段は、前記要求噴射パターンが燃料の噴射の停止を指示しているクランク角において前記筒内圧の情報が前記燃焼室内での燃焼を伴うものであれば、一回当たりの前記微小時間通電の継続時間を減少させる構成を採用することができる。
【0015】
また、前記燃料噴射制御手段は、前記要求噴射パターンが燃料の噴射の停止を指示しているクランク角において前記筒内圧の情報が前記燃焼室内での燃焼を伴わないものであれば、一回当たりの前記微小時間通電の継続時間を増大させる構成を採用することができる。
【発明の効果】
【0017】
この発明は、燃料カット運転時に燃料噴射弁の駆動回路に対して所定時間未満の微小時間通電を断続的に行い、燃料噴射弁に対する要求噴射パターンと燃焼室の筒内圧の情報とに基づいて一回当たりの前記微小時間通電の継続時間を増減するようにしたので、無駄な燃料の消費やドライバへの違和感を生じることなく、燃料噴射弁に対する燃料噴射開始の指示から、実際に燃料噴射が開始されるまでのタイムラグを少なくすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、この発明のエンジン1及びエンジンの制御装置の構成を示す全体図である。エンジン1は、圧縮自己着火式エンジンであるディーゼルエンジンである。
【0020】
エンジン1の構成は、ピストン3を収容したシリンダの燃焼室2内に吸気を送り込む吸気通路4、燃焼室2から引き出された排気通路5、燃焼室2内に臨む燃料噴射弁(インジェクタ)6等を備えている。吸気通路4の燃焼室2への開口である吸気ポート、及び、排気通路5の燃焼室2への開口である排気ポートは、それぞれバルブによって開閉される。
【0021】
吸気通路4には、吸気ポートから上流側に向かって、通過した吸入空気の量を検出するエアフローセンサ14、吸気通路4の流路面積を調節するスロットルバルブ7、吸気通路4を流れる吸気を冷却する吸気冷却装置8、ターボチャージャのコンプレッサ9、エアクリーナ等が設けられる。
【0022】
排気通路5には、排気ポートから下流側に向かって、ターボチャージャのタービン10、排気中の窒素酸化物(NOx)等を除去する触媒等を備えた排気浄化部11、消音器等が設けられる。
【0023】
排気通路5と吸気通路4との間とは排気ガス再循環装置(図示せず)で連通しており、燃焼室2から排出される排気ガスの一部が、排気還流ガスとして吸気通路4に還流している。
【0024】
エンジン1のシリンダ本体には、燃焼室2内の圧力状態を検出する筒内圧センサ12が設けられている。また、クランクケース内には、エンジンの回転数の情報を取得するため、クランクシャフトの回転数を検出する回転センサ13が設けられている。
【0025】
このエンジン1への燃料や空気の供給、バルブの開閉、その他の制御は、エンジン1を搭載する車両が備える電子制御ユニット(Electronic Control Unit)30が行っている。
【0026】
電子制御ユニット30は、燃料噴射弁6を制御する燃料噴射制御手段31を備えている。また、電子制御ユニット30は、筒内圧センサ12からの情報を取得する筒内圧情報取得手段32を備えている。さらに、電子制御ユニット30は、筒内圧情報取得手段32により取得された筒内圧の情報と、燃料噴射弁6に対する要求噴射パターンとを基に、燃料噴射の詳細な設定を行う判定手段33とを備えている。
【0027】
燃料噴射制御手段31は、燃料噴射弁6による通常の燃料噴射の制御を行うほか、判定手段33によって設定された燃料噴射弁6の燃料噴射量に係る個体差を反映した制御も行う。
【0028】
燃料噴射弁6は、弁体を動作させる駆動回路6aへの通電の制御により、燃料の噴射が実行又は停止されるようになっている。電力は、このエンジン1を搭載する車両が備えるバッテリから供給される。すなわち、燃料噴射弁6は、駆動回路6aへの通電により内部のソレノイド、プランジャ等が作動することにより、ニードル等の弁体を備えた弁装置が開弁し、先端のノズルから燃料を噴射する。このため、燃料噴射弁6の駆動回路6aに通電が成されていない場合は燃料の噴射が行われず、通電が開始されると燃料噴射が開始される。また、燃料噴射弁6の駆動回路6aへの通電を遮断すると燃料の噴射が終了する。
【0029】
したがって、燃料噴射弁6の駆動回路6aへ通電させる時期の設定により、燃料噴射時期が制御され、また、その通電時間(電気信号のパルス幅)の設定により、燃料噴射量が制御される。
【0030】
ただし、燃料噴射弁6は、駆動回路6aへの通電の開始から実際の燃料の噴射開始までに、所定時間T
0からなるタイムラグを要する特性を有している。この基本となるタイムラグを、以下、基本デッドタイムT
0と称する。
【0031】
燃料噴射弁6は、
図2(a)に示すように、駆動回路6aへの通電の継続時間が、基本デッドタイムT
0以上となった場合に、弁体であるニードルがリフトされて実際の燃料の噴射を開始する。このため、駆動回路6aへの通電の継続時間が基本デッドタイムT
0未満の場合は、燃料の噴射は行われない。
【0032】
この特性を利用して、燃料噴射開始の指示があった時点から、実際に燃料噴射が開始される時点までのタイムラグを、実質的に少なくする制御を行う。例えば、目標の燃料噴射量が0(ゼロ)である燃料カット時においても、燃料噴射弁6の駆動回路6aに対して、弁体がリフトしない程度の微小時間T
1(T
1<T
0 以下、設定パルス継続時間T
1と称する。)の電流を、断続的に印加する手法を採用する。設定パルス継続時間T
1の通電は、例えば、
図2(b)に示すように、一定の周期S毎に与えることができる。
【0033】
図2(c)に示すように、微小時間の通電中に燃料の噴射開始指示があったと仮定する。通常であれば、
図2(a)に示すように、基本デッドタイムT
0の経過後に燃料の噴射が開始されるところ、
図2(c)では、微小時間の通電の存在により、基本デッドタイムT
0よりも短い実質デッドタイムT
2(T
2<T
0)の経過後、燃料の噴射を開始することができる。
【0034】
すなわち、要求噴射パターンが燃料カット運転である場合において、燃料噴射弁6に対して、実際に燃料を噴射しない基本デッドタイムT
0未満の微小時間の通電を繰り返し行うことにより、燃料噴射開始の指示があった時点から、実際に燃料噴射が開始される時点までのタイムラグを少なくすることができる。
【0035】
このような微小時間の通電は、通常は、エンジンの回転数が所定回転数未満の際に行われるように設定することが望ましい。所定回転数は、例えば、2000回転/分と設定することができる。
【0036】
ここで、
図3に示すように、基本デッドタイムT
0は、燃料噴射弁6に供給される燃料の圧力によってほとんど変化しないことがわかっている。いずれの噴射圧a,b,c(c>b>a)に対しても、基本デッドタイムT
0はほぼ同じとなっている。
【0037】
燃料噴射制御手段31は、燃料噴射弁6に対する要求噴射パターンと、筒内圧情報取得手段32が取得した筒内圧の情報とに基づいて、一回当たりの微小時間通電の継続時間を増減する制御を行う。すなわち、燃料噴射弁6の製造時の個体差や、その後の経年劣化による個体差の影響を考慮して、設定パルス継続時間T
1を個体差を反映した適切な時間に補正する制御を行う。
【0038】
例えば、
図2(d)に示すように、燃料噴射弁6の個体差により、燃料噴射弁6のデッドタイムに関する特性が、基本デッドタイムT
0から変化後デッドタイムT
0’(T
0’<T
1)に減少側へ変化したとする。変化後デッドタイムT
0’は、現時点での設定パルス継続時間T
1よりも短いので、このままでは、本来、燃料の噴射が行われない運転状態、あるいは、燃料の噴射が行われないと設定されているクランク角であるにもかかわらず、設定パルス継続時間T
1の微小時間通電によって、燃料が僅かに噴射されてしまう事態となる。
【0039】
このため、
図2(e)に示すように、燃料噴射制御手段31は、微小時間通電の継続時間を、設定パルス継続時間T
1から修正パルス継続時間T
1’(T
1’<T
0’)へと減少させる補正を行う。これにより、意図しない燃料の噴射を阻止することができる。
【0040】
また、燃料の噴射が行われない運転状態、あるいは、燃料の噴射が行われないと設定されているクランク角において、設定パルス継続時間T
1の微小時間通電を行いつつ、且つ、その微小時間通電の際に燃料が噴射されていない正常な状態であれば、微小時間通電の継続時間は、さらに増大できる可能性がある。微小時間通電の継続時間は長ければ長いほど、燃料噴射のタイムラグを少なくできる機会が多くなる。
【0041】
このため、燃料噴射制御手段31は、微小時間通電の継続時間を、逆に、設定パルス継続時間T
1から増大させる補正を行うことが有効である。
【0042】
この微小時間通電を行った際に、実際に燃料噴射弁6から燃料が噴射されているかどうかは、筒内圧情報取得手段32が取得した筒内圧センサ12からの情報に基づいて、判定手段33がその判定を行うことができる。
【0043】
例えば、判定手段33は、燃料噴射弁6に対する要求噴射パターンに対応する基本筒内圧変化(
図4(a)に示す符号Aの実線参照。以下、基本筒内圧変化Aと称する。)と、取得した筒内圧変化の情報(
図4(a)に示す符号Bの破線参照。以下、筒内圧変化情報Bと称する。)との比較により、実際に燃料噴射弁6から燃料が噴射されているかどうかを判定する。
図4(a)は、横軸をクランク角とし、縦軸を筒内圧とするグラフである。
【0044】
取得した筒内圧変化情報Bが、本来の基本筒内圧変化Aよりも、予め設定された閾値以上大きい箇所(クランク角)があれば、燃焼室2内で意図しないで噴射された燃料が燃焼していると判定される。この場合、燃料噴射制御手段31は、微小時間通電の継続時間を減少させる制御を行う。取得した筒内圧変化情報Bと基本筒内圧変化Aとの差(B>A)が、予め設定された閾値未満であれば、燃料噴射制御手段31は、微小時間通電の継続時間を増大させる制御を行う。
【0045】
また、例えば、判定手段33は、燃料噴射弁6に対する要求噴射パターンに対応する基本熱発生変化(
図4(b)に示す符号A’の実線参照。以下、基本熱発生変化A’と称する。)と、取得した筒内圧の情報に基づいて算定された熱発生変化の情報(
図4(b)に示す符号B’の破線参照。以下、熱発生変化情報B’と称する。)との比較により、実際に燃料噴射弁6から燃料が噴射されているかどうかを判定する。
図4(b)は、横軸をクランク角とし、縦軸を熱発生率とするグラフである。
【0046】
取得した熱発生変化情報B’が、本来の基本熱発生変化A’よりも、予め設定された閾値以上大きい箇所(クランク角)があれば、燃焼室2内で意図しないで噴射された燃料が燃焼していると判定される。この場合、燃料噴射制御手段31は、微小時間通電の継続時間を減少させる制御を行う。取得した熱発生変化情報B’と基本熱発生変化A’との差(B’>A’)が、予め設定された閾値未満であれば、燃料噴射制御手段31は、微小時間通電の継続時間を増大させる制御を行う。
【0047】
すなわち、燃料噴射制御手段31は、要求噴射パターンが燃料の噴射の停止を指示しているクランク角において(燃料カット運転では、全クランク角において燃料の噴射の停止を指示している状態である。以下同じ。)、筒内圧の情報、又は、その筒内圧の情報に基づく熱発生情報が燃焼室内での燃焼を伴うものであれば、一回当たりの微小時間通電の継続時間を減少させる制御を行う。
【0048】
また、燃料噴射制御手段31は、要求噴射パターンが燃料の噴射の停止を指示しているクランク角において、筒内圧の情報、又は、その筒内圧の情報に基づく熱発生情報が燃焼室内での燃焼を伴わないものであれば、一回当たりの微小時間通電の継続時間を増大させる制御を行う。
【0049】
このエンジンの制御装置を用いた制御の例を、
図5のフローチャートに基づいて説明する。
【0050】
ステップS1において、制御を開始する。続くステップS2では、筒内圧の情報として燃焼室2内の筒内圧を検出し、その筒内圧の情報に基づいて、燃焼室2内の熱発生情報として熱発生率を算出する。燃焼室2内での熱発生率は、予め電子制御ユニット30内に用意された筒内圧と発生熱量との相関関係を示すグラフやマップ等によって算出することができ、単位クランク角当たりの熱発生量で表わすことができる。
【0051】
ステップS3において、現時点での運転状態が判定される。ここでは、燃料噴射弁6に対する要求噴射パターンが、全てのクランク角において燃料の噴射の停止を指示する燃料カットであるかどうかが判定される。燃料カットであるかどうかは、アクセル開度等に基づいて、電子制御ユニット30が行うことができる。
【0052】
燃料カットでなければ、この制御例における微小時間通電の対象ではないので、ステップS6へ移行し、ステップS1以降の同様の制御を繰り返す。
【0053】
燃料カットであれば、ステップS4へ移行する。ステップS4では、本来の熱発生率が0であるところ、実際の熱発生率も0であれば、燃料の噴射は正常であると判別され、ステップS6へ移行して、ステップS1以降の同様の制御を繰り返す。ただし、ここで、微小時間通電の継続時間、すなわち、燃料噴射弁6の駆動時間を増大側へ補正する制御としてもよい。
【0054】
また、ステップS4で、実際の熱発生率が0より大きければ、本来の熱発生率が0であるところ、意図しない燃料の噴射によって燃焼室2内で燃焼が起こっていると判定される。この場合、ステップS5へ移行して、微小時間通電の継続時間、すなわち、燃料噴射弁6の駆動時間を減少側へ補正する制御を行う。その後、ステップS6へ移行し、ステップS1以降の同様の制御を繰り返す。
【0055】
微小時間通電の継続時間を減少させる補正、増大させる補正のそれぞれにおいて、その補正の減少量、増大量は、エンジン1の仕様や用途に応じて適宜設定できる。例えば、設定パルス継続時間T
1から修正パルス継続時間T
1’(T
1’<T
0’)へと減少させる補正に際し、1回当たりの修正量を、例えば、T
1/10やT
1/20といったように、当初のT
1を基にした一定の比率で減少させる補正としてもよいし、あるいは、1回当たりの修正量を、例えば、0.01ミリ秒、0.02ミリ秒といったように一定の秒数で減少させる補正としてもよい。また、微小時間通電の継続時間を増大させる補正についても、同様な比率に基づく補正、一定の秒数に基づく補正とすることができる。
【0056】
上記の制御例では、要求噴射パターンが、燃料の噴射を停止する燃料カットである場合の制御を例に、この発明の構成を説明したが、燃料カット運転以外の運転状態においても、この発明を適用できる。
【0057】
例えば、燃料噴射弁6に対して、1サイクル中における主たる燃料噴射であるメイン噴射よりも進角した時期に行う微小噴射である副噴射を行う運転状態において、この発明を適用できる。
【0058】
メイン噴射よりも前に行う副噴射としては、メイン噴射よりも大きく進角した時期に行うパイロット噴射や、メイン噴射の直前に行うプレ噴射等が挙げられる。燃料噴射弁6の駆動回路6aへの通電・通電遮断を、エンジン1の1サイクル中に繰り返すことにより、パイロット噴射、プレ噴射等の副噴射と、主たる燃料噴射であるメイン噴射とを両立した多段噴射を実行することができる。
【0059】
副噴射の実行は、エンジン1の回転数や負荷等に応じて選択的に設定される。このため、運転状態に応じて、副噴射を実行する場合と実行しない場合がある。副噴射を実行しない場合には、その間、燃料噴射弁6の駆動回路6aには、上述の実施形態と同様、設定パルス継続時間T
1の微小時間通電が断続的に行われる。
【0060】
ここで、燃料噴射弁6の個体差により、燃料噴射弁6のデッドタイムに関する特性が変化し、そのデッドタイムが、現時点での設定パルス継続時間T
1よりも短くなる場合がある。
【0061】
そこで、燃料噴射制御手段31は、燃料噴射弁6の個体差を考慮して、設定パルス継続時間T
1を個体差を反映した適切な時間に補正する制御を行う。すなわち、燃料噴射弁6に対する要求噴射パターンと、筒内圧情報取得手段32が取得した筒内圧の情報とに基づいて、一回当たりの微小時間通電の継続時間である設定パルス継続時間T
1を増減する制御を行う。微小時間通電の継続時間の補正の手法は、上述の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【0062】
また、上記の各実施形態では、燃料噴射弁6に対する要求噴射パターンに対応する基本筒内圧変化と、取得した筒内圧の情報との比較により、燃料噴射弁6からの燃料の噴射状態を推定して、微小時間通電の継続時間を増減する制御を行ったり、あるいは、燃料噴射弁6に対する要求噴射パターンに対応する基本熱発生変化と、取得した筒内圧の情報に基づいて算定された熱発生情報との比較により、燃料噴射弁6からの燃料の噴射状態を推定して、微小時間通電の継続時間を増減する制御としている。
【0063】
ここで、他の形態として、例えば、燃料噴射弁6に対する要求噴射パターンに対応する燃焼音の変化(基本燃焼音変化)と、実際に取得した筒内圧の情報に基づいて算定された燃焼音情報との比較により、燃料噴射弁6からの燃料の噴射状態を推定して、微小時間通電の継続時間を増減する制御を採用することもできる。
【0064】
燃焼室2の筒内圧の情報を燃焼音の大きさに変換する手法としては、例えば、取得された筒内圧信号をフーリエ変換によって特定の単位に分割して燃焼音のパワー(パワースペクトル)を求めるとともに、そのパワースペクトルを基に、所定の数値変換とフィルタ処理を経て、燃焼音の大きさ(ノイズレベル)を算定することができる。
【0065】
この実施形態では、エンジン1として、圧縮自己着火式エンジンであるディーゼルエンジンを採用したが、特定のクランク角又は全てのクランク角における燃料噴射弁6からの燃料の噴射の有無によって、燃焼室2の筒内圧の情報が変動する特性を有するエンジン、例えば、ガソリンエンジンにおいてもこの発明を適用できる。