JP4767282B2

JP4767282B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4767282B2
Application number: JP2008143440A
Authority: JP
Inventors: 浩史上田; 光小田島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: EP2128413B1; EP2128413A1; US20090299587A1; US8532903B2; JP2009287526A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する際に先ずパイロット噴射を実行し、その後主噴射を実行するように燃料噴射制御を行うものに関する。

特許文献１は、パイロット噴射及び主噴射による燃料噴射を実行するディーゼルエンジンの制御装置を開示する。この装置では、自動変速機の変速時に機関の出力トルクを低減する要求が行われると、燃料噴射量の減量が行われる。その際、主噴射における燃料噴射量が増量され、主噴射の実行時期が遅角される一方、パイロット噴射における燃料噴射量が減量され、パイロット噴射の実行時期が進角される。

特開２００５−４８７３９号公報

特許文献１が示す制御手法は、出力トルク低減制御を実行するときの空燃比変動を低減することを目的としたものであり、燃焼騒音については考慮されていない。そのため、特許文献１に示された手法を適用すると、パイロット噴射において噴射された燃料の燃焼による燃焼騒音が増加するという問題が発生する。これは、出力トルクの低減制御が行われる場合には噴射される燃料量に対して吸入空気量が一時的に過剰傾向となるため、パイロット噴射で噴射された燃料の燃焼が急速に進むことによるものと考えられる。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関の一時的な出力トルク低減制御を実行する際に、パイロット噴射において噴射された燃料の燃焼に起因する燃焼騒音の増加を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、ディーゼル内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段（１６）と、該燃料噴射手段（１６）による主噴射、及び該主噴射の前にパイロット噴射を実行する燃料噴射制御手段とを備えたディーゼル内燃機関の制御装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記機関の出力軸に接続された変速機の変速段を変更するときに、前記機関の要求出力（ＴＲＱ）を一時的に低減する変速制御手段と、該変速制御手段により前記要求出力（ＴＲＱ）が低減されたときに、前記主噴射における燃料噴射量を低減することにより、前記機関の出力を低減する出力低減手段とを備え、前記燃料噴射制御手段は、前記パイロット噴射における燃料噴射量（ＱＰ）及び前記パイロット噴射の実行時期と前記主噴射の実行時期の間隔（ＣＡＩＮＴ）を前記要求出力（ＴＲＱ）及び前記機関回転数（ＮＥ）に応じて制御し、前記要求出力（ＴＲＱ）の低減が行われたときに、前記パイロット噴射における燃料噴射量（ＱＰ）及び前記間隔（ＣＡＩＮＴ）を前記要求出力（ＴＲＱ）の低減が行われていない元の要求出力（ＴＲＱ）及び前記機関回転数（ＮＥ）に対応した値に制御することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、変速機の変速段を変更するときに機関の要求出力が低減され、主噴射における燃料噴射量を低減することにより、機関の出力の低減が行われ、パイロット噴射については要求出力の低減が行われていない状態に対応した制御が行われる。すなわち、パイロット噴射における燃料噴射量及びパイロット噴射の実行時期と主噴射の実行時期の間隔が機関要求出力及び機関回転数に応じて制御され、要求出力の低減が行われたときに、パイロット噴射における燃料噴射量及び主噴射実行時期との間隔が、要求出力の低減が行われていない元の要求出力及び機関回転数に対応した値に制御される。これにより、燃料噴射量に対して吸入空気量が多すぎる状態が回避される。その結果、変速段を変更するときに、パイロット噴射で噴射される燃料の燃焼が急速に進むことに起因する燃焼騒音の増加を抑制することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる車両の制御系の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１６が設けられている。燃料噴射弁１６は、エンジン制御電子制御ユニット（以下「ＥＣ−ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１６の開弁時間及び開弁時期は、ＥＣ−ＥＣＵ２０により制御される。

エンジン１は、吸気管２、排気管４、排気還流通路６、及び過給機８を備えている。排気還流通路６は、吸気管２と排気管４の間に設けられており、排気還流通路６には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）７が設けられている。ＥＧＲ弁７の弁開度はＥＣ−ＥＣＵ２０により制御される。

過給機８は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン１０と、タービン１０により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ９とを備えている。
タービン１０は、複数の可変ベーン（図示せず）を備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービン１０のベーン開度は、ＥＣＵ２０により電磁的に制御される。

排気管４には、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸着触媒１１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）１２が設けられている。ＮＯｘ吸着触媒１１は、排気中の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気にあるときＮＯｘを吸着し、排気中の還元成分濃度が比較的高い還元雰囲気にあるとき吸着したＮＯｘを脱離及び還元して放出する。ＤＰＦ１２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素（Ｃ）を主成分とするパティキュレート（粒子状物質）であるスート（ｓｏｏｔ）を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。

吸気管２にはエンジン１に吸入される新気の流量（以下「吸入空気流量」という）ＭＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２１が設けられている。また排気管４のＮＯｘ吸着触媒１１の上流側には、排気中の酸素濃度Ｏ２Ｃを検出する酸素濃度センサ２２が設けられている。さらにエンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２４、及びエンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２５が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣ−ＥＣＵ２０に供給される。エンジン１の回転数ＮＥは、クランク角度位置センサ２４の出力から算出される。またエンジンの要求トルクＴＲＱは、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように設定される。

ＥＣ−ＥＣＵ２０には、データバス１０を介して変速制御電子制御ユニット（以下「ＡＴ−ＥＣＵ」という）３０及びトラクション制御電子制御ユニット（以下「ＴＣ−ＥＣＴ」という）４０が接続されている。これらのＥＣＵ２０，３０，及び４０は、データバス１０を介して、検出パラメータ及び制御パラメータの伝送を相互に行う。

ＥＣ−ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１６、ＥＧＲ弁７に制御信号を供給する出力回路から構成される。他のＥＣＵ３０及び４０も同様に入力回路、ＣＰＵ、記憶回路、及び出力回路を有する。

ＡＴ−ＥＣＵ３０は、車速ＶＰ及び要求トルクＴＲＱなどの運転パラメータに応じてエンジン１の出力軸に接続された変速機３１の変速制御を行う。ＡＴ−ＥＣＵ３０は、変速機３１の変速段を変更する（シフトアップまたはシフトダウンを行う）ときには、変速動作に伴うトルクショックを抑制するためにエンジン１の出力トルクを所定時間ＴＳＦＴ（例えば２００〜３５０ミリ秒）の間低減することを要求するトルク低減要求信号を出力する（具体的には変速トルク低減フラグＦＳＨＣＮＧを所定時間ＴＳＦＴの間「１」に設定する）。

ＴＣ−ＥＣＵ４０には、当該車両の左右の駆動輪速度ＶＤＬ，ＶＤＲを検出する駆動輪速度センサ４１，４２、及び左右の従動輪速度ＶＮＬ，ＶＮＲを検出する従動輪速度センサ４３，４４が接続されており、これらのセンサの検出信号が、ＴＣ−ＥＣＵ４０に供給される。車速ＶＰは、従動輪速度ＶＮＬ，ＶＮＲの平均値として算出される。ＴＣ−ＥＣＵ４０は、駆動輪速度ＶＤＬ，ＶＤＲ及び従動輪速度ＶＮＬ，ＶＮＲに基づいて、駆動輪のスリップ状態を判別し、過剰なスリップが発生したと判定したとき、エンジン１の出力トルクを低減することを要求するトルク低減要求信号を出力する（具体的にはトラクション制御フラグＦＴＣを過剰スリップ状態が解消するまで「１」に設定する）。

ＥＣ−ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１６による燃料噴射量をエンジン１の運転状態（エンジン回転数ＮＥ及び供給トルクＴＲＱ）に応じて算出し、主噴射及び主噴射に先行するパイロット噴射によって、実際の燃料噴射を実行する。すなわち、ＥＣ−２ＣＵ２０は、図２に示す処理により、主噴射における燃料噴射量（以下「主噴射量」という）ＱＭ及びパイロット噴射における燃料噴射量（以下「パイロット噴射量」という）ＱＰ、並びに主噴射の実行時期（以下「主噴射時期」という）ＣＡＭ及びパイロット噴射の実行時期（以下「パイロット噴射時期」という）ＣＡＰを算出し、算出した燃料噴射パラメータＱＭ，ＱＰ，ＣＡＭ，ＣＡＰに応じて、主噴射及びパイロット噴射を実行する。

図２は、燃料噴射弁１６による燃料噴射の制御を行う処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣ−ＥＣＵ２０のＣＰＵでエンジン１の回転に同期して実行される。

ステップＳ１１では、トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮが「１」であるか否かを判別する。トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮは、図３の処理で設定される。

図３のステップＳ３１では、変速トルク低減フラグＦＳＨＣＮＧが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときはトラクション制御フラグＦＴＣが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ３２）。ステップＳ３１及びＳ３２の答がともに否定（ＮＯ）であるときは、トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮを「０」に設定する（ステップＳ３３）。一方、ステップＳ３１またはＳ３２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮを「１」に設定する（ステップＳ３４）。

図２に戻り、ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）、すなわちトルク低減制御を行わないときは、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＱＴマップ（図示せず）を検索し、主噴射量ＱＭ及びパイロット噴射量ＱＰの合計である総噴射量ＱＴを算出する。ＱＴマップは、要求トルクＴＲＱが増加するほど、総噴射量ＱＴが増加するように設定されている。

ステップＳ１３では、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＣＡＭマップ（図示せず）を検索し、主噴射時期ＣＡＭを算出する。

ステップＳ１７では、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＱＰマップ（図示せず）を検索し、パイロット噴射量ＱＰを算出する。ＱＰマップは、要求トルクＴＲＱが増加するほど、パイロット噴射量ＱＰが増加するように設定されている。

ステップＳ１８では、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＣＡＩＮＴマップ（図示せず）を検索し、パイロット噴射の実行時期（以下「パイロット噴射時期」という）ＣＡＰと主噴射時期ＣＡＭの間隔（以下「噴射時期間隔」という）ＣＡＩＮＴを算出する。噴射時期間隔ＣＡＩＮＴは、主噴射時期ＣＡＭからの進角量として定義されている。ＣＡＩＮＴマップは、要求トルクＴＲＱが増加するほど、噴射時期間隔ＣＡＩＮＴが減少するように設定されている。

ステップＳ１９では、下記式（１）により主噴射量ＱＭを算出するとともに、下記式（２）によりパイロット噴射時期ＣＡＰを算出する。
ＱＭ＝ＱＴ−ＱＰ（１）
ＣＡＰ＝ＣＡＭ＋ＣＡＩＮＴ（２）

一方ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちトルク低減制御を行うときは、ステップＳ１４に進み、低減要求トルクＴＲＱＤを下記式（３）により算出する。
ＴＲＱＤ＝ＴＲＱ−ＴＤＷＮ（３）
ここでＴＤＷＮは、所定のトルク低減量である。

ステップＳ１５では、低減要求トルクＴＲＱＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＱＴマップを検索し、総噴射量ＱＴを算出し、ステップＳ１６では、低減要求トルクＴＲＱＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＣＡＭマップを検索し、主噴射時期ＣＡＭを算出する。ステップＳ１６実行後、ステップＳ１７に進む。

したがって、トルク低減制御を行うときでも、パイロット噴射量ＱＰ及び噴射時期間隔ＣＡＩＮＴは、低減要求トルクＴＲＱＤではなく要求トルクＴＲＱを用いて算出され、トルク低減制御を実行しないときの算出手法がそのまま適用される。これにより、パイロット噴射量ＱＰ及び噴射時期間隔ＣＡＩＮＴはトルク低減制御を実行しない通常制御時の値（要求トルクＴＲＱに対応する値）に設定され、パイロット噴射量ＱＰに対して吸入空気量が多すぎる状態が回避される。また噴射時期間隔ＣＡＩＮＴは低減要求トルクＴＲＱＤを適用する場合に比べて小さくなり、パイロット噴射時期ＣＡＰは低減要求トルクＴＲＱＤを適用する場合に比べて遅角される。その結果、パイロット噴射により噴射された燃料の燃焼が急速に進むことが防止され、燃焼騒音の増加を防止することができる。

本実施形態では、燃料噴射弁１６が燃料噴射手段に相当し、ＥＣ−ＥＣＵ２０が、燃料噴射制御手段、及び出力低減手段を構成する。具体的には、図３及び図２のステップＳ１１，Ｓ１４〜Ｓ１６が出力低減手段に相当し、ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１７〜Ｓ１９が燃料噴射制御手段に相当する。またＡＴ−ＥＣＵ３０が変速制御手段に相当し、ＴＣ−ＥＣＵ４０がトラクション制御手段に相当し、要求出力変更手段を構成する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、手動変速機を備えた車両において運転者がシフトアップを行う際にアクセルペダルを戻したときに、戻す前のアクセルペダル操作量ＡＰに対応した要求トルク（以下「直前要求トルク」という）ＴＲＱＢを記憶しておき、パイロット噴射量ＱＰ及び噴射時期間隔ＣＡＩＮＴを、記憶した直前要求トルクＴＲＱＢに応じて算出するようにしてもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる車両の制御系の構成を示す図である。車両を駆動する内燃機関の燃料噴射制御処理のフローチャートである。図２の処理で参照されるフラグの設定を行う処理のフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
１６燃料噴射弁（燃料噴射手段）
２０エンジン制御電子制御ユニット（燃料噴射制御手段、出力低減手段）
３０変速制御電子制御ユニット（要求出力変更手段）
４０トラクション制御電子制御ユニット（要求出力変更手段）

Claims

ディーゼル内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段による主噴射、及び該主噴射の前にパイロット噴射を実行する燃料噴射制御手段とを備えたディーゼル内燃機関の制御装置において、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記機関の出力軸に接続された変速機の変速段を変更するときに、前記機関の要求出力を一時的に低減する変速制御手段と、
該変速制御手段により前記要求出力が低減されたときに、前記主噴射における燃料噴射量を低減することにより、前記機関の出力を低減する出力低減手段とを備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記パイロット噴射における燃料噴射量及び前記パイロット噴射の実行時期と前記主噴射の実行時期の間隔を前記要求出力及び前記機関回転数に応じて制御し、前記要求出力の低減が行われたときに、前記パイロット噴射における燃料噴射量及び前記間隔を前記要求出力の低減が行われていない元の要求出力及び前記機関回転数に対応した値に制御することを特徴とするディーゼル内燃機関の制御装置。