JP4337205B2

JP4337205B2 - ターボ過給機付ディーゼルエンジンの燃料制御装置

Info

Publication number: JP4337205B2
Application number: JP2000029090A
Authority: JP
Inventors: 友巳渡辺; 智明齊藤; 一司片岡; 健一森実; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP2001221092A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ過給機を備えるとともに、エンジン負荷に対応した量の燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁を備えたターボ過給機付ディーゼルエンジンの燃料制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、直噴式のディーゼルエンジンにおいて、騒音低減等のため、メイン噴射の前にパイロット噴射を行うようにする技術は一般に知られている。また、例えば特開平９−２２８８８０号公報に示されるように、上記パイロット噴射を行うようにした過給機付ディーゼルエンジンにおいて、吸入空気量検出手段により検出される吸入空気量に応じ、パイロット噴射量及びパイロット噴射時期を補正制御するようにした制御装置が知られている。
【０００３】
この制御装置では、吸入空気量に応じたパイロット噴射量の補正制御として、同公報の請求項２及び図１７に明示されているように、吸入空気量が目標値よりも少ないときに、パイロット噴射量を減量補正するようになっている。すなわち、低回転低負荷の無過給乃至低過給の状態から加速が行われた場合の加速初期には過給機の応答遅れ（ターボラグ）により吸入空気量が目標値よりも少なくなるが、このようなときにパイロット噴射量が減量補正される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示された発明は、吸入空気量が目標値よりも少なくなる加速初期に、パイロット噴射量を減量補正することにより、吸入空気量に対し燃料噴射量が過剰になることを防止することでエミッションの改善を期待しているものと思われる。しかし、パイロット噴射量を減量補正しても加速レスポンスを高めることができず、しかも、パイロット噴射量の減量補正はスモークやＮＯｘの低減をもたらすものではない。
【０００５】
また、パイロット噴射量を減量補正しつつ加速要求に見合うトータル噴射量を確保しようとするとメイン噴射量を増量補正することとなるが、加速初期にメイン噴射量を増量するとスモークの増大を招くといった問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、スモークの発生を抑制し、かつＮＯｘの低減を図りつつ、加速レスポンスを向上することができるターボ過給機付ディーゼルエンジンの燃料制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターボ過給機を備えるとともに、エンジン負荷に対応した量の燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁を備えたターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段による検出に応じて上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備え、この燃料噴射制御手段は、低回転域においてパイロット噴射により予混合燃焼を行わせてからメイン噴射により拡散燃焼を行わせるように燃料噴射を制御するとともに、この低回転域で加速が行われた場合の加速初期に、メイン噴射に対するパイロット噴射の割合を増大させるものであって、ターボ過給機による過給量が少ない部分負荷運転領域での加速初期には、メイン噴射とパイロット噴射の双方を増量補正し、かつ、メイン噴射の増量割合に対してパイロット噴射の増量割合を大きくするように構成されているものである。
【０００８】
この構成によると、充分に過給が行われていない低回転域での加速初期に、メイン噴射の増量が抑えられつつパイロット噴射が多く増量され、これによりエミッションの改善と加速レスポンスの向上が両立される。すなわち、メイン噴射の増量が抑えられることでスモークの増大が抑制され、かつ、パイロット噴射の増量により、メイン噴射の燃料の燃焼までに生じる既燃ガスの量が増加して、ＥＧＲと同様の作用によるＮＯｘ低減効果が得られるとともに、熱発生率が高められることによりトルクアップが図られてエンジン回転数の上昇が速められ、それに伴う排気量の増加で過給が促進されて過給量の増加が速められ、加速レスポンスが向上される。
【０００９】
とくに、低過給状態からの加速初期に、メイン噴射及びパイロット噴射の双方の増量補正によりトルクアップが図られるが、メイン噴射の増量は比較的少なくされてパイロット噴射の増量が多くされることにより、スモークの増大を抑制する作用及びＮＯｘを低減する作用が良好に得られる。
【００１０】
また、本発明は、ターボ過給機を備えるとともに、エンジン負荷に対応した量の燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁を備えたターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段による検出に応じて上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備え、この燃料噴射制御手段は、低回転域においてパイロット噴射により予混合燃焼を行わせてからメイン噴射により拡散燃焼を行わせるように燃料噴射を制御するとともに、この低回転域で加速が行われた場合の加速初期に、メイン噴射に対するパイロット噴射の割合を増大させるものであって、ターボ過給機による過給が実質的に行われていない無過給状態における加速初期には、パイロット噴射のみを増量補正するように構成されているものである。このようにすると、とくにスモークが発生し易い無過給状態からの加速初期に、パイロット噴射量のみを増量することで充分にスモークが抑制される。
【００１１】
また、燃料噴射制御手段は、排気ガス温度が低い場合の加速初期に、少なくともパイロット噴射の増量補正を行うとともに、メイン噴射より後のポスト噴射を行うように燃料噴射を制御するものであってもよい。このようにすると、パイロット噴射を増量することによる上記のような作用に加え、ターボ過給機のタービンに与えられる排気エネルギーがポスト噴射によって増大するため、過給促進作用が高められ、加速レスポンスがより一層向上される。
【００１２】
また、燃料噴射制御手段は、加速初期の増量補正によってパイロット噴射量が所定値以上に多くなったときにパイロット噴射を複数回に分割し、分割噴射を行わない場合と比べてパイロット噴射の期間的範囲を進角側に拡大するように構成されているものであってもよい。このようにすると、メイン噴射の燃焼が行われる時期までに生成される既燃ガスの量が増加することにより、ＮＯｘ低減効果が一層高められる。
【００１３】
あるいは燃料噴射制御手段は、メイン噴射に対するパイロット噴射の割合を増大させる加速初期に、パイロット噴射の終了からメイン噴射の開始までの間隔を一定に保つようになっていてもよい。このようにすると、パイロット噴射の終了からメイン噴射の開始までの間隔が一定に保たれつつパイロット噴射量が増量されることで、有効に熱発生率が高められる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るターボ過給機付ディーゼルエンジンの実施形態を示している。そのエンジン本体１には吸気通路２及び排気通路３が接続されている。また、このエンジンにはターボ過給機５が装備され、このターボ過給機５は、吸気通路２に設けられたコンプレッサ６と、このコンプレッサ６を排気エネルギーにより駆動するために排気通路３に設けられたタービン７とを備えている。
【００１５】
エンジン各部の構造を具体的に説明すると、エンジン本体１の各シリンダ１１には燃焼室内に燃料を噴射する多噴口の燃料噴射弁１２が配設されている。各燃料噴射弁１２は、制御信号に応じて燃料噴射時間及び噴射時期の制御が可能な構造となっている。これらの燃料噴射弁１２の燃料入口側は分配通路１３を介してコモンレール（共通管）１４に接続され、また各燃料噴射弁１２の燃料出口側はリターン通路１６に接続されている。上記コモンレール１４は燃料通路１５を介して燃料圧送ポンプ１７に接続されており、燃料圧送ポンプ１７から送給された燃料がコモンレール１４で蓄圧された上で各燃料噴射弁１２に送られるようになっている。
上記燃料圧送ポンプ１７はエンジンで駆動されて燃料を圧送するようになっている。この燃料圧送ポンプ１７には燃圧コントロールバルブ１８が設けられ、この燃圧コントロールバルブ１８によって燃料圧送量が調節され、これによりコモンレール内の燃料圧力、つまり燃料噴射弁１２からの噴射圧力が調節されるようになっている。また、上記コモンレール１４には、コモンレール内の燃料圧力を検出する燃圧センサ１９が設けられている。
【００１６】
上記吸気通路２には、その上流側から順にエアフローセンサ２１と、ターボ過給機５のコンプレッサ６と、インタークーラ２２と、サージタンク２３とが配設されるとともに、サージタンク２３に吸気圧力センサ２４が設けられている。
【００１７】
また、上記排気通路３には、ターボ過給機５のタービン７と、触媒コンバータ２５とが配設されている。
【００１８】
さらにこのエンジンには、排気通路３と吸気通路２とを連通するＥＧＲ通路２６と、このＥＧＲ通路２６に介設されたＥＧＲ弁２７とを有するＥＧＲ装置（排気還流装置）が設けられている。上記ＥＧＲ弁２７は、デューティ制御可能な電磁弁２８を介してバキュームポンプ２９に接続され、上記電磁弁２８がデューティ制御されることでＥＧＲ弁２７の負圧室に対する負圧と大気圧との導入割合が調整され、これによりＥＧＲ弁２７の開度が制御されるようになっている。
【００１９】
上記燃料噴射弁１２、燃圧コントロールバルブ１８及び電磁弁２８にはコントロールユニット（ＥＣＵ）３０から制御信号が出力される。このＥＣＵ３０には、上記エアフローセンサ２１、燃圧センサ１９及び吸気圧力センサ２４からの信号が入力され、さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ３２、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ３３等からの信号も入力されるようになっている。
【００２０】
そして、上記ＥＣＵ３０から燃料噴射弁１２に出力される制御信号により燃料噴射弁１２からの燃料噴射量及び噴射時期が制御され、燃圧コントロールバルブ１８に出力される制御信号によりコモンレール１４内の燃料圧力が制御され、電磁弁２８に出力される制御信号（デューティ信号）によりＥＧＲ弁１２が制御されるようになっている。
【００２１】
上記ＥＣＵ３０は、図２に示すように、運転状態検出手段３５と、燃料噴射制御手段３６とを機能的に含んでいる。運転状態検出手段３５は、クランク角センサ３２からの信号の周期の計測等によって求められるエンジン回転数、アクセル開度センサ３１により検出されるアクセル開度、吸気圧力センサ２４によって検出される過給圧等に基づいて運転域の検出を行うとともに、アクセル開度変化等に基づき、エンジンの加速状態の検出を行うようになっている。
【００２２】
上記燃料噴射制御手段３６は、少なくとも低回転域においてパイロット噴射により予混合燃焼を行わせてからメイン噴射により拡散燃焼を行わせるように燃料噴射を制御し、例えば高回転高負荷の領域を除く運転領域をパイロット噴射領域として、このパイロット領域ではパイロット及びメインの両噴射を行わせ、上記高回転高負荷の領域ではメイン噴射のみ行わせるように制御する。さらに燃料噴射制御手段３６は、パイロット噴射及びメイン噴射の基本的な噴射量Ｑｐ，Ｑｍを設定する手段３７と、パイロット噴射領域内で加速が行われた場合の加速初期に、メイン噴射に対するパイロット噴射の割合を増大させるように、少なくともパイロット噴射量を増量補正する手段３８とを含んでいる。
【００２３】
上記ＥＣＵ３０による燃料噴射の制御の一実施形態を図３のフローチャートによって説明する。
【００２４】
このフローチャートの処理がスタートすると、まずステップＳ１でエンジン回転数、アクセル開度、燃料噴射量、過給圧、クランク角の各信号が読み込まれ、続いてステップＳ２で現在の運転状態がパイロット噴射領域にあるか否かが判定される。
【００２５】
そして、パイロット噴射領域にある場合、ステップＳ３，Ｓ４で、運転状態に対応づけたパイロット噴射量、メイン噴射量の各マップから、現在の運転状態に応じたパイロット噴射量Ｑｐ及びメイン噴射量Ｑｍが算出される。次にステップＳ５でアクセル開度変化率等に基づいて急加速状態か否かが判定される。急加速状態である場合は、ステップＳ６で加速開始時の過給圧がゼロより小（吸気圧力が大気圧より小）の無過給状態か否かが判定され、無過給状態でなければステップＳ７で過給圧が設定値より小さい低過給の部分負荷状態か否かが判定される。なお、上記設定値は、ゼロよりも大きいが、最高過給圧よりは充分に小さい値である。
【００２６】
パイロット噴射領域での急加速状態であって、加速開始時に無過給状態（ステップＳ６の判定がＹＥＳ）の場合は、加速初期の制御として、先ずステップＳ８でパイロット噴射増量値ΔＱｐが算出されるとともに、ステップＳ９で所定の減衰時間がタイマーＴＯに設定され、ステップＳ１０で、噴射量がＱｐ＋ΔＱｐのパイロット噴射と噴射量がＱｍのメイン噴射とからなる燃料噴射（パイロット＋メイン噴射）が実行されるように燃料噴射弁１２が制御される。上記パイロット噴射増量値ΔＱｐは一定値としてもよいが、加速度合や加速開始時の運転状態等に応じてテーブルまたはマップから求めるようにすることが望ましい。
【００２７】
さらに、タイマーＴＯの値の判定（ステップＳ１１）に基づき、タイマーＴＯがゼロとなるまで、タイマーＴＯがディクリメントされ（ステップＳ１２）、かつパイロット噴射増量値ΔＱｐが所定量Ｑptずつ小さくされつつ（ステップＳ１３）、ステップＳ１０の制御が繰り返される。
【００２８】
所定の減衰時間の経過によってタイマーＴＯがゼロとなったときは、ステップＳ１４でパイロット噴射増量値ΔＱｐがゼロとされてリターンされる。
【００２９】
また、パイロット噴射領域での急加速状態であって、加速開始時に過給圧が設定値より小さい低過給の部分負荷状態（ステップＳ７の判定がＹＥＳ）の場合は、加速初期の制御として、先ずステップＳ１５でパイロット噴射増量値ΔＱｐ及びメイン噴射増量値ΔＱｍが算出されるとともに、ステップＳ１６で所定の減衰時間がタイマーＴＯに設定され、ステップＳ１７で、噴射量がＱｐ＋ΔＱｐのパイロット噴射と噴射量がＱｍ＋ΔＱｍのメイン噴射とからなる燃料噴射（パイロット＋メイン噴射）が実行されるように燃料噴射弁１２が制御される。上記パイロット噴射増量値ΔＱｐはメイン噴射増量値ΔＱｍよりも大きい値となるように設定されるものとし、このような条件下で両増量値ΔＱｍ，ΔＱｐは一定値とされ、あるいは加速度合や加速開始時の運転状態等に応じて求められる。
【００３０】
さらに、タイマーＴＯの値の判定（ステップＳ１８）に基づき、タイマーＴＯがゼロとなるまで、タイマーＴＯがディクリメントされ（ステップＳ１９）、かつパイロット噴射増量値ΔＱｐ及びメイン噴射増量値ΔＱｍがそれぞれ所定量Ｑpt，Ｑｍtずつ小さくされつつ（ステップＳ２０）、ステップＳ１７の制御が繰り返される。つまり、所定の減衰時間が経過するまでは、パイロット噴射増量値ΔＱｐ及びメイン噴射増量値ΔＱｍが次第に減衰されつつ、増量補正されたパイロット噴射とメイン噴射とからなる燃料噴射が実行される。
【００３１】
所定の減衰時間の経過によってタイマーＴＯがゼロとなったときは、ステップＳ２１でパイロット噴射増量値ΔＱｐ及びメイン噴射増量値ΔＱｍがゼロとされてリターンされる。
【００３２】
なお、パイロット噴射領域内において急加速状態にない場合（ステップＳ５の判定がＮＯの場合）や、急加速状態でも過給圧が設定値以上の高過給状態にある場合（ステップＳ６，Ｓ７の判定がＮＯの場合）は、ステップＳ２２で基本的な噴射量によるパイロット及びメインの噴射が実行される。また、パイロット噴射領域にない場合（ステップＳ２の判定がＮＯの場合）は、ステップＳ２３でマップから求められた噴射量Ｑｍによるメイン噴射のみからなる燃料噴射が実行される。
【００３３】
以上のような当実施形態の装置の制御動作を、図４〜図７を参照しつつ更に具体的に説明する。
【００３４】
図４はエンジンの低回転域における急加速時の運転状態の変化を示すものであって、同図中の点Ａから点Ｂへの変化は無過給状態からの急加速を示しており、また点Ｃから点Ｄへの変化は過給圧がゼロより大きいが設定値より小さい低過給状態からの急加速を示している。また、図５は燃料噴射弁の噴射タイミング及び噴射時間を制御する信号である噴射パルスを示すものであって、同図の（イ）は図４中の点Ａの運転領域にある場合、（ロ）は図４中の点Ａから点Ｂへの急加速の場合、（ハ）は図４中の点Ｃから点Ｄへの急加速の場合をそれぞれ示している。さらに、図６は図４中の点Ａから点Ｂへの急加速の場合におけるパイロット噴射量の変化及び筒内温度の変化を示している。また、図７はパイロット噴射及びメイン噴射を行った場合の燃焼による熱発生率の変化を示したものであり、この図において破線は急加速時に増量補正を行わない場合、実線はパイロット噴射の増量補正を行った場合を示している。
【００３５】
エンジンの低回転側や低負荷側の運転領域（例えば点Ａの運転領域）では、図５（イ）に示すようにメイン噴射に加えてこれより前にパイロット噴射が行われるようになっており、このようなパイロット噴射が行われる運転領域で急加速操作（アクセルペダル踏み込み）が行われたとき、パイロット噴射の割合が増大するように少なくともパイロット噴射量が増量される。
【００３６】
例えば、無過給状態からの急加速によって点Ａから点Ｂへ運転状態が変化したとき、図５（ロ）に示すようにパイロット噴射量のみが増量補正される。この場合、図６に示すように運転状態の変化に応じた基本的なパイロット噴射量Ｑｐの変化に加えて増量値ΔＱｐによるパイロット噴射の増量補正が行われる。また、低過給状態からの急加速によって点Ａから点Ｂへ運転状態が変化したときは、図５（ハ）に示すようにパイロット噴射量及びメイン噴射量の双方が増量補正されるが、メイン噴射よりもパイロット噴射の方が増量割合が大きくされる。
【００３７】
このように急加速時には主にパイロット噴射量Ｑｐが増量補正されることにより、図７に示すように燃焼による熱発生率が高められる。すなわち、パイロット噴射された燃料は噴射からある程度遅れて予混合燃焼し、その予混合燃焼の開始後にメイン噴射された燃料が拡散燃焼するが、無過給もしくは低過給の状態からの急加速時において過給量の増加とそれに伴う筒内圧力、筒内温度の上昇には遅れが生じている加速初期には、パイロット噴射量及びメイン噴射量を基本噴射量Ｑｐ，Ｑｍに制御したとすれば、図7中に破線で示すように熱発生率が充分に高められない。これに対し、当実施形態のようにパイロット噴射量を増量すると、図7中に実線で示すように、パイロット噴射された燃料の予混合燃焼による熱発生率が増加し、それに伴いメイン噴射による拡散燃焼が促進されてその熱発生率が上昇する。
【００３８】
この熱発生率の上昇がトルクアップをもたらし、エンジン回転数の上昇を速める。そして、このエンジン回転数の上昇に伴う排気量の増加で過給が促進されて過給量の増加が速められ、加速レスポンスが向上されることとなる。
【００３９】
しかも、主にパイロット噴射量が増量されるため、スモークの発生が抑制される。つまり、筒内温度が充分に上昇していない加速初期にメイン噴射量を多く増量すると燃料が完全燃焼しきれずにスモークが発生し易くなるが、当実施形態では主にパイロット噴射量を増量しているために、増量した燃料が充分に完全燃焼し得る。
【００４０】
また、メイン噴射の燃料の燃焼までの間にパイロット噴射による燃料の燃焼により既燃ガスが生成され、パイロット噴射量の増量によって既燃ガス生成量も増加する。そして、メイン噴射の燃料の燃焼時に燃焼室内に存在する既燃ガスはＥＧＲと同等の作用を有するので、パイロット噴射量の増量はＮＯｘを低減する効果も発揮する。
【００４１】
このようにして、加速初期にパイロット噴射量の割合が多くされることにより、スモークの発生が抑制され、かつＮＯｘが低減されつつ、加速レスポンスが高められることとなる。とくにスモークが発生し易い無過給状態からの加速初期には、パイロット噴射量のみを増量することで充分にスモークが抑制される。また、無過給状態と比べると多少は燃焼促進に有利な低過給状態からの加速初期には、メイン噴射量も少しは増量補正されるが、これよりパイロット噴射量の増量割合が大きくされることにより、スモーク及びＮＯｘの低減と加速レスポンスの向上が達成される。
【００４２】
パイロット噴射量の増量補正（またはパイロット噴射量及びメイン噴射量の増量補正）が行われてからは、図６中に示すように、筒内温度が次第に上昇し、それにより燃焼が促進されるため、増量補正（図６中のハッチング部分）が次第に減衰され、所定の減衰時間経過後に増量補正がゼロとされる。
【００４３】
図８は燃料噴射の制御の別の実施形態を示すフローチャートである。
【００４４】
このフローチャートにおいて、ステップＳ６までの処理は図３のフローチャートに示したものと同様である。パイロット噴射領域での急加速時（ステップＳ５の判定がＹＥＳ）であって、過給圧がゼロより小さい無過給状態（ステップＳ６の判定がＹＥＳ）の場合、パイロット噴射増量値ΔＱｐの算出（ステップＳ８）及び減衰時間のタイマーＴＯのセット（ステップＳ９）が行われるとともに、ステップＳ３１でポスト噴射実行条件成立か否かが判定される。ここでは、例えば排気ガス温度センサ３３の検出信号に基づき、排気ガス温度が所定値より低いときポスト噴射実行条件成立と判定され、この場合は、ポスト噴射量Ｑpostが算出され（ステップＳ３２）、噴射量がＱｐ＋ΔＱｐのパイロット噴射と噴射量がＱｍのメイン噴射と噴射量がＱpostのポスト噴射とが実行される（ステップＳ３３）。このポスト噴射は、メイン噴射より後の膨張行程において行われ、ポスト噴射による燃焼が主に排気エネルギーの増大に費やされるように噴射タイミングが設定されている。
【００４５】
ステップＳ３１でポスト噴射実行条件が不成立（排気ガス温度が所定値以上）と判定された場合は、噴射量がＱｐ＋ΔＱｐのパイロット噴射と噴射量がＱｍのメイン噴射とが実行される（ステップＳ３４）。
【００４６】
噴射実行（ステップＳ３３またはステップＳ３４）に続いては、タイマーＴＯがゼロか否か判定（ステップＳ３５）が行われ、この判定に基づき、タイマーＴＯがゼロとなるまで、タイマーＴＯがディクリメントされ（ステップＳ３６）、かつパイロット噴射増量値ΔＱｐが所定量Ｑptずつ小さくされつつ（ステップＳ３７）、ステップＳ３１〜Ｓ３４の制御が繰り返される。
【００４７】
所定の減衰時間の経過によってタイマーＴＯがゼロとなったときは、ステップＳ３８でパイロット噴射増量値ΔＱｐがゼロとされてリターンされる。
【００４８】
なお、ステップＳ６の判定がＮＯの場合の処理は図８に示していないが、図３中のステップＳ７〜Ｓ２１と同様の処理により減衰時間が経過するまでパイロット噴射量及びメイン噴射量の増量補正を行うようにすればよい。あるいは、この場合もポスト噴射実行条件成立か否かを判定し、ポスト噴射実行条件成立の場合はパイロット噴射量及びメイン噴射量の増量補正に加えてポスト噴射を行うようにしてもよい。
【００４９】
また、ステップＳ５の判定がＮＯの場合の処理、及びステップＳ３の判定がＮＯの場合の処理は図８に示していないが、図３のフローチャートに示すものと同様とすればよい。
【００５０】
この実施形態によると、無過給状態（もしくは低過給状態）からの急加速時の加速初期に、前述のようなパイロット噴射量の増量補正による作用に加え、ポスト噴射実行条件が成立した場合にポスト噴射が行われることで加速応答性がより一層高められる。すなわち、ターボラグが生じている加速初期に、パイロット噴射及びメイン噴射に加えてメイン噴射の後に行われるポスト噴射により、過給機のタービンに与えられる排気エネルギーが増大するため、過給作用が促進されて過給圧の上昇が速められ、加速応答性が高められることとなる。
【００５１】
図９は燃料噴射の制御のさらに別の実施形態を示すフローチャートである。
【００５２】
このフローチャートにおいても、ステップＳ６までの処理は図３のフローチャートに示したものと同様である。パイロット噴射領域での急加速時（ステップＳ５の判定がＹＥＳ）であって、過給圧がゼロより小さい無過給状態（ステップＳ６の判定がＹＥＳ）の場合、パイロット噴射増量値ΔＱｐの算出（ステップＳ８）及び減衰時間のタイマーＴＯのセット（ステップＳ９）が行われるとともに、ステップＳ４１でパイロット噴射の分割が可能か否かが判定され、その判定がＹＥＳであればさらにステップＳ４２で分割数が１回か２回かが判定される。ここでは、分割によって噴射パルス幅が有効に噴射可能な最小パルス幅より小さくなることのないように、パイロット噴射量（基本的な噴射量Ｑｐに増量値ΔＱｐを加えた値）が予め設定された第１の基準値以上のときに分割可能とされ、この場合に第１の基準値から第２の基準値（第１の基準値より所定量大きい値）までの範囲であれば分割が１回、第２の基準値以上であれば分割が２回と判定される。
【００５３】
分割が可能であって、分割数が１回と判定された場合は、ステップＳ４３で、基本のパイロット噴射タイミングによるパイロット噴射に対してそれより早い時期に分割噴射が行われるように分割噴射タイミングが算出される。なお、フローチャート中には示していないが、基本のパイロット噴射タイミング及びメイン噴射タイミングは、運転状態に応じてマップから算出される。
【００５４】
そしてステップＳ４４で、分割パイロット噴射及びメイン噴射が実行され、つまり、噴射量がＱｐ＋ΔＱｐのパイロット噴射が分割されて分割噴射タイミング及び基本のパイロット噴射タイミングの各噴射が行われるとともにメイン噴射タイミングで噴射量がＱｍのメイン噴射が行われるように、燃料噴射弁１２が制御される。
【００５５】
また、分割数が２回と判定された場合は、ステップＳ４５，Ｓ４６で、基本のパイロット噴射タイミングによるパイロット噴射に対してそれより早い時期に２回の分割噴射が行われるように第１分割噴射タイミング及び第２分割噴射タイミングが算出される。
【００５６】
そしてステップＳ４７で、分割パイロット噴射及びメイン噴射が実行され、つまり、噴射量がＱｐ＋ΔＱｐのパイロット噴射が分割されて第１分割噴射タイミング、第２分割噴射タイミング及び基本のパイロット噴射タイミングの各噴射が行われるとともにメイン噴射タイミングで噴射量がＱｍのメイン噴射が行われるように、燃料噴射弁１２が制御される。
【００５７】
また、上記ステップＳ４１で分割が可能でないと判定された場合は、ステップＳ４８で、噴射量がＱｐ＋ΔＱｐの分割しないパイロット噴射と噴射量がＱｍのメイン噴射が実行される。
【００５８】
噴射実行（ステップＳ４４もしくはステップＳ４７またはステップＳ４８）に続いては、タイマーＴＯがゼロか否か判定（ステップＳ４９）が行われ、この判定に基づき、タイマーＴＯがゼロとなるまで、タイマーＴＯがディクリメントされ（ステップＳ５０）、かつパイロット噴射増量値ΔＱｐが所定量Ｑptずつ小さくされつつ（ステップＳ５１）、ステップＳ４１〜Ｓ４８の制御が繰り返される。
【００５９】
所定の減衰時間の経過によってタイマーＴＯがゼロとなったときは、ステップＳ５３でパイロット噴射増量値ΔＱｐがゼロとされてリターンされる。
なお、ステップＳ６の判定がＮＯの場合の処理は図９に示していないが、図３中のステップＳ７〜Ｓ２１と同様の処理により減衰時間が経過するまでパイロット噴射量及びメイン噴射量の増量補正を行うようにすればよい。あるいは、この場合もパイロット噴射が分割可能か否かを判定し、分割可能の場合は分割パイロット噴射及びメイン噴射を実行するようにしてもよい。
【００６０】
また、ステップＳ５の判定がＮＯの場合の処理、及びステップＳ３の判定がＮＯの場合の処理は図９に示していないが、図３のフローチャートに示すものと同様とすればよい。
【００６１】
この実施形態によると、無過給状態（もしくは低過給状態）からの急加速時の加速初期に、前述のようなパイロット噴射量の増量補正による作用に加え、分割可能な場合にパイロット噴射が分割されることによりパイロット噴射の期間的範囲が進角側に拡大され、つまり分割された噴射の開始時期が分割されない場合のパイロット噴射の開始時期よりも進角される。
【００６２】
このようにパイロット噴射量が増量されつつ分割によってパイロット噴射の期間的範囲が進角側に拡大されると、メイン噴射の燃焼が行われる時期までに生成される既燃ガスの量が増加することにより、ＥＧＲと同等の作用によるＮＯｘ低減効果が一層高められ、加速初期のエミッション改善により有利となる。
【００６３】
なお、本発明の装置は上記各実施形態以外にも種々変更可能である。例えば、図８に示す制御と図９に示す制御とを組み合わせ、パイロット噴射領域での加速初期に、パイロット噴射の分割が可能で、かつ排気ガス温度が低い場合に、分割したパイロット噴射とメイン噴射とポスト噴射とを行うようにしてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃料制御装置は、直噴式のターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、低回転域でパイロット噴射とメイン噴射とを行わせるとともに、低回転域での加速初期に、メイン噴射に対するパイロット噴射の割合を増大させるようにしているため、メイン噴射の増量を抑制することでスモークの増大を抑制し、かつパイロット噴射の増量により、ＮＯｘを低減するとともに、加速レスポンスを向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料制御装置を備えたターボ過給機付ディーゼルエンジンの実施形態を示す概略図である。
【図２】エンジンのコントロールユニットの具体的構成を示すブロック図である。
【図３】燃料制御の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】低回転域における急加速時の運転状態の変化を示す説明図である。
【図５】図４中の点Ａの運転領域にある場合と、点Ａから点Ｂへの急加速の場合と、点Ｃから点Ｄへの急加速の場合とにつき、パイロット噴射及びメイン噴射の各噴射パルスを示す図である。
【図６】図３に示す制御による場合の急加速時のパイロット噴射量及び筒内温度の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図７】パイロット噴射及びメイン噴射を行った場合の燃焼による熱発生率の変化を示す説明図である。
【図８】燃料制御の別の実施形態を示すフローチャートである。
【図９】燃料制御のさらに別の実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１エンジン本体
５ターボ過給機
１２燃料噴射弁
３０コントロールユニット
３５運転状態検出手段
３６燃料制御手段

Claims

ターボ過給機を備えるとともに、エンジン負荷に対応した量の燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁を備えたターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段による検出に応じて上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備え、この燃料噴射制御手段は、低回転域においてパイロット噴射により予混合燃焼を行わせてからメイン噴射により拡散燃焼を行わせるように燃料噴射を制御するとともに、この低回転域で加速が行われた場合の加速初期に、メイン噴射に対するパイロット噴射の割合を増大させるものであって、ターボ過給機による過給量が少ない部分負荷運転領域での加速初期には、メイン噴射とパイロット噴射の双方を増量補正し、かつ、メイン噴射の増量割合に対してパイロット噴射の増量割合を大きくするように構成されていることを特徴とするターボ過給機付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
ターボ過給機を備えるとともに、エンジン負荷に対応した量の燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁を備えたターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段による検出に応じて上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備え、この燃料噴射制御手段は、低回転域においてパイロット噴射により予混合燃焼を行わせてからメイン噴射により拡散燃焼を行わせるように燃料噴射を制御するとともに、この低回転域で加速が行われた場合の加速初期に、メイン噴射に対するパイロット噴射の割合を増大させるものであって、ターボ過給機による過給が実質的に行われていない無過給状態における加速初期には、パイロット噴射のみを増量補正するように構成されていることを特徴とするターボ過給機付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
燃料噴射制御手段は、排気ガス温度が低い場合の加速初期に、少なくともパイロット噴射の増量補正を行うとともに、メイン噴射より後のポスト噴射を行うように燃料噴射を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ過給機付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
燃料噴射制御手段は、加速初期の増量補正によってパイロット噴射量が所定値以上に多くなったときにパイロット噴射を複数回に分割し、分割噴射を行わない場合と比べてパイロット噴射の期間的範囲を進角側に拡大するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のターボ過給機付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
燃料噴射制御手段は、メイン噴射に対するパイロット噴射の割合を増大させる加速初期に、パイロット噴射の終了からメイン噴射の開始までの間隔を一定に保つことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のターボ過給機付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。