ディーゼルエンジンの制御装置
【課題】最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができ、しかも高い信頼性をもって筒内圧を低減して筒内圧の異常上昇を防ぐことができるディーゼルエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】給気マニホールド内の圧力を検出する圧力センサと、給気マニホールド内の温度を検出する温度センサと、を有し、圧力センサ及び温度センサの検出値から給気マニホールド内のガス密度を計算し、ガス密度と、給気マニホールド内のガス密度と前記エンジンの最大筒内圧力との関係から、予め算出した最大筒内圧力が所定値を越えない給気マニホールド内のガス密度の最大値と、を比較し、給気マニホールド内のガス密度が、ガス密度の最大値以上である場合に、給気マニホールド内のガス密度がガス密度の最大値未満となるように燃料噴射量を低減し、エンジンの最大筒内圧力を所定値未満とする。
【解決手段】給気マニホールド内の圧力を検出する圧力センサと、給気マニホールド内の温度を検出する温度センサと、を有し、圧力センサ及び温度センサの検出値から給気マニホールド内のガス密度を計算し、ガス密度と、給気マニホールド内のガス密度と前記エンジンの最大筒内圧力との関係から、予め算出した最大筒内圧力が所定値を越えない給気マニホールド内のガス密度の最大値と、を比較し、給気マニホールド内のガス密度が、ガス密度の最大値以上である場合に、給気マニホールド内のガス密度がガス密度の最大値未満となるように燃料噴射量を低減し、エンジンの最大筒内圧力を所定値未満とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼルエンジンの制御装置に関するものであり、特に、エンジンの筒内圧が制限値を超えた状態で運転を継続することを防止できるディーゼルエンジンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、筒内の空気を圧縮し、該圧縮により得た圧縮空気によって、燃焼室内に噴射した燃料を自然発火させて動力を得ているものである。
このようなディーゼルエンジンにおいては、エンジン完爆後充分に時間を経た通常運転状態においても、吸入空気温度が極端に低くなった場合等は、吸入空気量が増えるので筒内圧が異常に上昇してエンジンを破損してしまう可能性がある。そのため、ディーゼルエンジンの運転時に筒内圧が異常に上昇した場合には、筒内圧を低減させる必要がある。
【０００３】
そこで、異常に上昇した筒内圧を低減させる技術として、特許文献１にはディーゼルエンジンの始動時着火補助手段として備えられるグロープラグと、吸気温度を検出する温度検出器と、エンジン回転数検出器と、負荷検出器と、前記温度検出器の検出値が所定値以下でかつ前記エンジン回転数と負荷検出器の出力値から得られた筒内圧が制限値を越える領域である場合に、前記グロープラグに通電信号を出力する制御装置とを有する筒内圧低減装置が開示されている。
つまり、特許文献１に開示されている筒内圧低減装置においては、吸気温度の計測値と運転条件（エンジン回転数、負荷）から筒内圧が制限値を越えるか否かの判断をし、最大筒内圧が制限値を越える場合にはグロープラグを用いて給気を加熱して筒内圧を低減させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３５６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ディーゼルエンジンには、ディーゼルエンジンへ空気を圧縮して強制的に送り込む過給機、排気の一部を抽出して給気通路に還流する排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置、吸入空気を大気と熱交換させて冷却するインタークーラなどが設けられている場合がある。過給機やＥＧＲを用いることで給気が高温化し、インタークーラを使用すると給気が冷却されるので、給気温度は外気温とはリンクせず複雑な挙動を示すため、筒内圧が制限値を越えるか否かの判断をするに際して、特許文献１に開示された技術のように給気温度の検出値を使用することは好適ではない。
【０００６】
また、特許文献１においては、グロープラグを用いて給気を加熱して筒内圧を低減させているが、グロープラグは本来ディーゼルエンジンの始動時の着火補助手段として使用するものであり長時間連続で使用することは想定されていない。そのため、高負荷での運転が長時間続き、グロープラグを用いた筒内圧低減の運転が長時間続く場合などには、グロープラグの信頼性に問題がある。また、グロープラグを用いた筒内圧低減の運転が長時間続く可能性を考慮すると、グロープラグは消費電力が大きいのでバッテリーの容量を大きくする必要もあり、バッテリーの価格、搭載性の面でも問題がある。
【０００７】
従って、本発明においては、過給機、ＥＧＲ、インタークーラなどの給気温度に影響を与える部品が付属されるディーゼルエンジンであっても最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができ、しかも高い信頼性をもって筒内圧を低減して筒内圧の異常上昇を防ぐことができるディーゼルエンジンの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】
上記の課題を解決するために本発明においては、エンジンの運転状態に応じて、エンジンに噴射する燃料噴射量を算出し、該燃料噴射量を制御する制御手段を有するディーゼルエンジンの制御装置において、給気マニホールドと、該給気マニホールド内の圧力を検出する圧力センサと、該給気マニホールド内の温度を検出する温度センサとを有し、前記制御手段は、前記圧力センサ及び温度センサの検出値から給気マニホールド内のガス密度を計算し、該ガス密度と、給気マニホールド内のガス密度と前記エンジンの最大筒内圧力との関係から、予め算出した最大筒内圧力が制限値を越えない給気マニホールド内のガス密度の最大値とを比較し、前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上である場合に、前記給気マニホールド内のガス密度が前記ガス密度の最大値未満となるように燃料噴射量を低減し、前記エンジンの最大筒内圧力を前記所定値未満とすることを特徴とする。
【０００９】
これにより、給気マニホールド内のガス密度（インマニガス密度）を用いてエンジンの最大筒内圧力が制限値を超えるか否かを判断することができる。
従って、給気温度を変化させる要因となる過給機、インタークーラ、ＥＧＲなどが付属されたディーゼルエンジンにおいても、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができる。また、インマニガス密度を用いて前記判断を行うことで、外気温、大気圧（高度）の状態を独立に考えることなく、最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断が可能であり、該判断を簡単に行うことができる。
【００１０】
さらに、インマニガス密度を用いて判断を行うため、ＥＧＲの有無やＥＧＲが付属されたディーゼルエンジンでのＥＧＲ率とは無関係に、最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断が可能である。また、最大筒内圧を、燃料噴射量によって制限するため、高い信頼性をもって最大筒内圧の低減が可能である。
【００１１】
また、エンジンの回転数センサを有し、前記制御手段は、エンジンの回転センサに応じて、燃料噴射量と給気マニホールド内のガス密度との関係から求めた、前記給気マニホールド内のガス密度が前記ガス密度の最大値を越えない燃料噴射量の上限値が予め設定され、前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上である場合に、前記エンジンの回転数計の検出値に応じた燃料噴射量の上限値以下まで、燃料噴射量を低減し、前記エンジンの最大筒内圧力を前記所定値未満とするとよい。
【００１２】
同一回転数、外気温一定条件ではインマニガス密度（ρｍ）と燃料噴射量は比例関係にある。そこで、エンジンの回転数に応じて燃料噴射量の上限値を予め設定し、該上限値を使用することで、エンジンの回転数に応じた適切な燃料噴射量に制御することができ、必要以上に出力が制限されることを防止できる。
【００１３】
また、前記制御手段は、前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上であるか否かを判断するに際して、前記ガス密度の最大値近傍でヒステリシスを持たせて判断するとよい。
これにより、インマニガス密度が前記ガス密度の最大値近傍の値であるときに、最大噴射量制限をかけるか否かの判断が頻繁に切り替わることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、過給機、ＥＧＲ、インタークーラなどの給気温度に影響を与える部品が付属されるディーゼルエンジンであっても最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができ、しかも高い信頼性をもって筒内圧を低減して筒内圧の異常上昇を防ぐことができるディーゼルエンジンの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ディーゼルエンジンの筒内圧低減装置が適用されるディーゼルエンジンの周辺を示す概略図である。
【図２】最大筒内圧（Ｐｍａｘ）［ＭＰａ］とインマニガス密度［ｋｇ／ｍ３］との関係を示したグラフである。
【図３】図４に示したロジックを使用した際に得られる外気温に対する最大噴射量、Ｐｍａｘ、最大出力を示した図である。
【図４】実施例における燃料最大噴射量の制御に関するロジックを示す図である。
【図５】エンジン回転数２０００ｒｐｍにおけるインマニガス密度と燃料噴射量の関係を示したグラフである。
【図６】エンジン回転数１５００ｒｐｍにおけるインマニガス密度と燃料噴射量の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００１７】
図１は、実施例１に係るディーゼルエンジンの筒内圧低減装置が適用されるディーゼルエンジンの周辺を示す概略図である。図１において、エンジン２は４つの気筒を有する４サイクルディーゼルエンジンである。
【００１８】
エンジン２には、給気マニホールド６を介して給気通路８が合流されるとともに、排気マニホールド１０を介して排気通路１２が接続されている。
給気通路８には、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ａが設けられている。コンプレッサ１４ａは後述するタービン１４ｂに同軸駆動されるものである。給気通路８のコンプレッサ１４ａよりも下流側には、給気通路８を流れる吸入空気と大気で熱交換を行うインタークーラ１６が設けられている。また、給気通路８のインタークーラ１６よりも下流側には、給気通路８内を流通する吸入空気の流量を調節するスロットルバルブ１８が設けられている。
【００１９】
排気通路１２には、ターボチャージャ１４のタービン１４ｂが設けられている。タービン１４ｂは、エンジン２からの排気ガスにより駆動されるものである。また、排気マニホールド１０には、排気の一部を給気側へ再循環させるＥＧＲ通路２０が接続されている。ＥＧＲ通路２０には、ＥＧＲクーラー２２及びＥＧＲ制御弁２４が設けられている。
ＥＧＲクーラー２２は、ＥＧＲ制御弁２４よりも排気マニホールド１０側に設けられ、ＥＧＲクーラー２２を通過するＥＧＲガスと冷却水とで熱交換して、該ＥＧＲガスの温度を低下させるものである。また、ＥＧＲ制御弁２４は、ＥＧＲ通路２０を流れるＥＧＲガスの流量を制御するものである。
【００２０】
ＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の開度は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０によって制御される。
ＥＣＵ４０におけるＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の開度の制御の概要について説明する。ＥＣＵ４０においては、ＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の実開度が入力されるとともに、給気マニホールド６に取り付けられた、給気温度センサ２８及び給気圧力センサ３０のそれぞれの検出値が、それぞれＡ／Ｄ変換器４３、４４を介して入力される。また、コンプレッサ１４ａの上流側の給気通路８に取り付けられたエアフローメーター２６により検出される給気流量の検出値が、Ａ／Ｄ変換器４２を介して入力される。さらに、エンジンスピードセンサー３２の検出値がパルスカウント回路４７を介して入力される。
【００２１】
ＥＣＵ４０では、前述の各入力された値を基にＣＰＵ４８でＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の目標開度を演算し、駆動回路４５、４６を介してＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の開度を制御する。
【００２２】
また、前述の各入力された値を基にＣＰＵ４８でエンジン２への燃料噴射量を演算し、インジェクタ駆動回路４１を介してエンジン４への燃料噴射量を制御する。
なお、ＣＰＵ４８でエンジン２への燃料噴射量を演算するに際して、エンジンの最大筒内圧が制限値を越えると判断された場合には、燃料最大噴射量を低減しエンジンの最大筒内圧が制限値を越えないように制御する。
【００２３】
前述の燃料最大噴射量の低減について説明する。
燃料最大噴射量を低減するに際して、エンジン２の最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が給気マニホールド６内のガス密度との相関があることに着目し、図１に示したエンジン２について最大筒内圧（Ｐｍａｘ）と給気マニホールド内のガス密度（以下、インマニ密度と称する）の関係について測定した。その結果を図２に示す。
【００２４】
図２は、図１に示した実施例１におけるエンジン２の、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）［ＭＰａ］とインマニガス密度［ｋｇ／ｍ３］との関係を示したグラフである。図２において、図２（ａ）から図２（ｆ）の何れも縦軸は最大筒内圧（Ｐｍａｘ）、横軸はインマニガス密度［ｋｇ／ｍ３］を表している。また◆、■、△、×、＊は実験点である。また、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、前記測定に際して高度０ｍに固定して、外気温度を−３０℃〜２５℃まで変化させて測定した結果、図２（ｄ）〜図２（ｆ）は外気温度を２５℃に固定して高度を０ｍ〜３０００ｍまで変化させて測定した結果を示している。
【００２５】
図２（ａ）〜図２（ｆ）に示したグラフから明らかであるように、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）とインマニガス密度との間には、高度、外気温度に寄らず一次の相関があることが分かる。
また、図２（ａ）〜図２（ｆ）までの縦軸に示したｒは最大筒内圧（Ｐｍａｘ）の所定の上限値である。図２（ａ）〜図２（ｆ）に示したグラフの何れも、実験点について最小二乗法によって一次方程式に近似し、該近似曲線が最大筒内圧（Ｐｍａｘ）の制限値を通る点について調べると、インマニガス密度が約３．３［ｋｇ／ｍ３］であった。
即ち、本実施例におけるディーゼルエンジンにおいては、インマニガス密度が３．３［ｋｇ／ｍ３］を越えると、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が前記上限値を越えることが確認できた。
なお、他のディーゼルエンジンについても同様に測定したところ、このような最大筒内圧（Ｐｍａｘ）とインマニガス密度との間に一次の相関がある傾向は同様に見られた。
【００２６】
ここで、インマニガス密度（ρｍ）は、以下の（１）式を用いて、給気温度センサ２８及び給気圧力センサ３０の検出値である給気マニホールド内の温度（Ｔｍ）及び圧力（Ｐｍ）を用いて算出することができる。
【数１】
（１）式において、Ｒは気体定数であって２８７．０５［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］である。
【００２７】
また、ディーゼルエンジンにおいて、インマニガス密度（ρｍ）は、燃料噴射量に依存していることも別途確認できた。
【００２８】
以上のことから、ＥＣＵ４０では燃料噴射量の制御において、前述の各入力された値を基にＣＰＵ４８でエンジン２への燃料噴射量を演算するとともに、ＣＰＵ４８において給気温度センサ２８及び給気圧力センサ３０の検出値である給気マニホールド内の温度（Ｔｍ）及び圧力（Ｐｍ）から（１）式を用いてインマニガス密度（ρｍ）を算出する。
【００２９】
そして、算出されたインマニ密度（ρｍ）から、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かを判断する。本実施例においては、図２を用いて説明したようにインマニ密度（ρｍ）が３．３［ｋｇ／ｍ３］を越えるか否かで、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が上限値を越えるか否かを判断することができる。
【００３０】
インマニ密度が３．３［ｋｇ／ｍ３］を超える場合には、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が上限値を超えることから、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）を低減する必要がある。
この場合、前述のように、インマニガス密度（ρｍ）は、燃料噴射量依存していることから、燃料噴射量を下げて、インマニガス密度（ρｍ）が、規定値（本実施例においては３．３［ｋｇ／ｍ３］）を越えない値まで燃料噴射量を制限する。
【００３１】
燃料噴射量を制限することで、インマニガス密度（ρｍ）が規定値（３．３［ｋｇ／ｍ３］）を越えない値まで低下し、それに連れて最大筒内圧（Ｐｍａｘ）も上限値を越えない値まで低下する。
【００３２】
以上により、本実施例のように過給機、インタークーラ、ＥＧＲなどが付属されたディーゼルエンジンにおいても、インマニガス密度（ρｍ）を用いて判断を行うことによって低温状態であっても最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができる。
また、インマニガス密度（ρｍ）を用いて判断を行うことで、外気温、大気圧（高度）の状態を独立に考えることなく、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かの判断が可能であり、該判断を簡単に行うことができる。
【００３３】
さらに、インマニガス密度（ρｍ）を用いて判断を行うため、ＥＧＲの有無やＥＧＲが付属されたディーゼルエンジンでのＥＧＲ率とは無関係に、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かの判断が可能である。
また、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）を、燃料噴射量によって制限することができるため、高い信頼性をもって最大筒内圧（Ｐｍａｘ）の低減が可能である。
【００３４】
さらに、詳細に燃料噴射量の制限値を決定することができる。
【００３５】
図５は、エンジン回転数２０００ｒｐｍにおけるインマニガス密度と燃料噴射量の関係を示したグラフであり、図６は、エンジン回転数１５００ｒｐｍにおけるインマニガス密度と燃料噴射量の関係を示したグラフである。図５及び図６において、何れも縦軸は燃料噴射量（ｍｇ／ｓｔ）、横軸はインマニガス密度（ｋｇ／ｍ３）である。また、◆、■、△、×は実験点である。該実験点は、図５及び図６の何れもエンジン回転数を一定（２０００ｒｐｍ又は１５００ｒｐｍ）とし、高度０ｍにおいて、外気温を−３０〜２５℃に変化して測定して得られた結果である。
【００３６】
図５及び図６に示すように、同一回転数、外気温一定条件ではインマニガス密度（ρｍ
）と燃料噴射量は比例関係にある。
ここで、例えば図５において外気温−３０℃の条件に着目すると、燃料噴射量ａｍｇ／ｓｔ以上で本実施例におけるインマニガス密度の上限３．３［ｋｇ／ｍ３］を越えており、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えると予想される。従って図５に示したようにエンジンの回転数２０００ｒｐｍの場合には、当該エンジンが使用される温度が−３０℃以上を想定した場合にはａ［ｍｇ／ｓｔ］を最大燃料噴射量とすることができる。同様に他のエンジン回転数においても最大燃料噴射量が決定できる。即ち、エンジンの回転数毎に最大燃料噴射量を決定することができる。
【００３７】
図４は本実施例における最大燃料噴射量の制御に関するロジックを示す図である。
５１は、前述のエンジン回転数毎に決定した最大燃料噴射量をマップにしたものであり、該マップを用いてエンジン回転数（ｒｐｍ）から、最大燃料噴射量を決定する。
【００３８】
また、５２では、前述したように、給気温度センサ２８及び給気圧力センサ３０の検出値である給気マニホールド内の温度（インマニ温度）及び圧力（インマニ圧）から（１）式を用いてインマニガス密度（ρｍ）を算出する。
【００３９】
そして、算出したインマニガス密度（ρｍ）を用いて、５３に示したマップにより最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かを判断する。ここで５３に示したマップにおいて縦軸上側方向がＯＮ、縦軸下側方向がＯＦＦであり、ＯＮが最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えると判断する場合、ＯＦＦが超えないと判断する場合を表している。また横軸はインマニガス密度（ρｍ）を表しており、インマニガス密度（ρｍ）の規定値（本実施例においては３．３［ｋｇ／ｍ３］）周辺でヒステリシスを持たせている。これは、インマニガス密度（ρｍ）が規定値近傍の値であるときに、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かのＯＮ／ＯＦＦが頻繁に切り替わることを防ぐためである。
【００４０】
５３のマップによってＯＮと判断されれば、スイッチ５４がＯｎとなって、５１のマップで決定された最大噴射量に制限される。
５３のマップによってＯＦＦと判断されれば、スイッチ５４がＯｆｆとなって、最大噴射量は特に制限されずに運転される。
【００４１】
図３は、図４に示したロジックを使用した際に得られる外気温に対する最大噴射量、Ｐｍａｘ、最大出力を示した図である。
【００４２】
以上のように、燃料噴射量の制限値をエンジン回転数ごとに決定し、図４に示したロジックを用いることで、ロジックが簡素であるとともに、必要以上に出力が制限されることを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、過給機、ＥＧＲ、インタークーラなどの給気温度に影響を与える部品が付属されるディーゼルエンジンであっても最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができ、しかも高い信頼性をもって筒内圧を低減して筒内圧の異常上昇を防ぐことができるディーゼルエンジンの制御装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
２ エンジン
４ 給気マニホールド
２８ 温度センサ
３０ 圧力センサ
４０ ＥＣＵ（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼルエンジンの制御装置に関するものであり、特に、エンジンの筒内圧が制限値を超えた状態で運転を継続することを防止できるディーゼルエンジンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、筒内の空気を圧縮し、該圧縮により得た圧縮空気によって、燃焼室内に噴射した燃料を自然発火させて動力を得ているものである。
このようなディーゼルエンジンにおいては、エンジン完爆後充分に時間を経た通常運転状態においても、吸入空気温度が極端に低くなった場合等は、吸入空気量が増えるので筒内圧が異常に上昇してエンジンを破損してしまう可能性がある。そのため、ディーゼルエンジンの運転時に筒内圧が異常に上昇した場合には、筒内圧を低減させる必要がある。
【０００３】
そこで、異常に上昇した筒内圧を低減させる技術として、特許文献１にはディーゼルエンジンの始動時着火補助手段として備えられるグロープラグと、吸気温度を検出する温度検出器と、エンジン回転数検出器と、負荷検出器と、前記温度検出器の検出値が所定値以下でかつ前記エンジン回転数と負荷検出器の出力値から得られた筒内圧が制限値を越える領域である場合に、前記グロープラグに通電信号を出力する制御装置とを有する筒内圧低減装置が開示されている。
つまり、特許文献１に開示されている筒内圧低減装置においては、吸気温度の計測値と運転条件（エンジン回転数、負荷）から筒内圧が制限値を越えるか否かの判断をし、最大筒内圧が制限値を越える場合にはグロープラグを用いて給気を加熱して筒内圧を低減させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３５６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ディーゼルエンジンには、ディーゼルエンジンへ空気を圧縮して強制的に送り込む過給機、排気の一部を抽出して給気通路に還流する排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置、吸入空気を大気と熱交換させて冷却するインタークーラなどが設けられている場合がある。過給機やＥＧＲを用いることで給気が高温化し、インタークーラを使用すると給気が冷却されるので、給気温度は外気温とはリンクせず複雑な挙動を示すため、筒内圧が制限値を越えるか否かの判断をするに際して、特許文献１に開示された技術のように給気温度の検出値を使用することは好適ではない。
【０００６】
また、特許文献１においては、グロープラグを用いて給気を加熱して筒内圧を低減させているが、グロープラグは本来ディーゼルエンジンの始動時の着火補助手段として使用するものであり長時間連続で使用することは想定されていない。そのため、高負荷での運転が長時間続き、グロープラグを用いた筒内圧低減の運転が長時間続く場合などには、グロープラグの信頼性に問題がある。また、グロープラグを用いた筒内圧低減の運転が長時間続く可能性を考慮すると、グロープラグは消費電力が大きいのでバッテリーの容量を大きくする必要もあり、バッテリーの価格、搭載性の面でも問題がある。
【０００７】
従って、本発明においては、過給機、ＥＧＲ、インタークーラなどの給気温度に影響を与える部品が付属されるディーゼルエンジンであっても最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができ、しかも高い信頼性をもって筒内圧を低減して筒内圧の異常上昇を防ぐことができるディーゼルエンジンの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】
上記の課題を解決するために本発明においては、エンジンの運転状態に応じて、エンジンに噴射する燃料噴射量を算出し、該燃料噴射量を制御する制御手段を有するディーゼルエンジンの制御装置において、給気マニホールドと、該給気マニホールド内の圧力を検出する圧力センサと、該給気マニホールド内の温度を検出する温度センサとを有し、前記制御手段は、前記圧力センサ及び温度センサの検出値から給気マニホールド内のガス密度を計算し、該ガス密度と、給気マニホールド内のガス密度と前記エンジンの最大筒内圧力との関係から、予め算出した最大筒内圧力が制限値を越えない給気マニホールド内のガス密度の最大値とを比較し、前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上である場合に、前記給気マニホールド内のガス密度が前記ガス密度の最大値未満となるように燃料噴射量を低減し、前記エンジンの最大筒内圧力を前記所定値未満とすることを特徴とする。
【０００９】
これにより、給気マニホールド内のガス密度（インマニガス密度）を用いてエンジンの最大筒内圧力が制限値を超えるか否かを判断することができる。
従って、給気温度を変化させる要因となる過給機、インタークーラ、ＥＧＲなどが付属されたディーゼルエンジンにおいても、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができる。また、インマニガス密度を用いて前記判断を行うことで、外気温、大気圧（高度）の状態を独立に考えることなく、最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断が可能であり、該判断を簡単に行うことができる。
【００１０】
さらに、インマニガス密度を用いて判断を行うため、ＥＧＲの有無やＥＧＲが付属されたディーゼルエンジンでのＥＧＲ率とは無関係に、最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断が可能である。また、最大筒内圧を、燃料噴射量によって制限するため、高い信頼性をもって最大筒内圧の低減が可能である。
【００１１】
また、エンジンの回転数センサを有し、前記制御手段は、エンジンの回転センサに応じて、燃料噴射量と給気マニホールド内のガス密度との関係から求めた、前記給気マニホールド内のガス密度が前記ガス密度の最大値を越えない燃料噴射量の上限値が予め設定され、前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上である場合に、前記エンジンの回転数計の検出値に応じた燃料噴射量の上限値以下まで、燃料噴射量を低減し、前記エンジンの最大筒内圧力を前記所定値未満とするとよい。
【００１２】
同一回転数、外気温一定条件ではインマニガス密度（ρｍ）と燃料噴射量は比例関係にある。そこで、エンジンの回転数に応じて燃料噴射量の上限値を予め設定し、該上限値を使用することで、エンジンの回転数に応じた適切な燃料噴射量に制御することができ、必要以上に出力が制限されることを防止できる。
【００１３】
また、前記制御手段は、前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上であるか否かを判断するに際して、前記ガス密度の最大値近傍でヒステリシスを持たせて判断するとよい。
これにより、インマニガス密度が前記ガス密度の最大値近傍の値であるときに、最大噴射量制限をかけるか否かの判断が頻繁に切り替わることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、過給機、ＥＧＲ、インタークーラなどの給気温度に影響を与える部品が付属されるディーゼルエンジンであっても最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができ、しかも高い信頼性をもって筒内圧を低減して筒内圧の異常上昇を防ぐことができるディーゼルエンジンの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ディーゼルエンジンの筒内圧低減装置が適用されるディーゼルエンジンの周辺を示す概略図である。
【図２】最大筒内圧（Ｐｍａｘ）［ＭＰａ］とインマニガス密度［ｋｇ／ｍ３］との関係を示したグラフである。
【図３】図４に示したロジックを使用した際に得られる外気温に対する最大噴射量、Ｐｍａｘ、最大出力を示した図である。
【図４】実施例における燃料最大噴射量の制御に関するロジックを示す図である。
【図５】エンジン回転数２０００ｒｐｍにおけるインマニガス密度と燃料噴射量の関係を示したグラフである。
【図６】エンジン回転数１５００ｒｐｍにおけるインマニガス密度と燃料噴射量の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００１７】
図１は、実施例１に係るディーゼルエンジンの筒内圧低減装置が適用されるディーゼルエンジンの周辺を示す概略図である。図１において、エンジン２は４つの気筒を有する４サイクルディーゼルエンジンである。
【００１８】
エンジン２には、給気マニホールド６を介して給気通路８が合流されるとともに、排気マニホールド１０を介して排気通路１２が接続されている。
給気通路８には、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ａが設けられている。コンプレッサ１４ａは後述するタービン１４ｂに同軸駆動されるものである。給気通路８のコンプレッサ１４ａよりも下流側には、給気通路８を流れる吸入空気と大気で熱交換を行うインタークーラ１６が設けられている。また、給気通路８のインタークーラ１６よりも下流側には、給気通路８内を流通する吸入空気の流量を調節するスロットルバルブ１８が設けられている。
【００１９】
排気通路１２には、ターボチャージャ１４のタービン１４ｂが設けられている。タービン１４ｂは、エンジン２からの排気ガスにより駆動されるものである。また、排気マニホールド１０には、排気の一部を給気側へ再循環させるＥＧＲ通路２０が接続されている。ＥＧＲ通路２０には、ＥＧＲクーラー２２及びＥＧＲ制御弁２４が設けられている。
ＥＧＲクーラー２２は、ＥＧＲ制御弁２４よりも排気マニホールド１０側に設けられ、ＥＧＲクーラー２２を通過するＥＧＲガスと冷却水とで熱交換して、該ＥＧＲガスの温度を低下させるものである。また、ＥＧＲ制御弁２４は、ＥＧＲ通路２０を流れるＥＧＲガスの流量を制御するものである。
【００２０】
ＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の開度は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０によって制御される。
ＥＣＵ４０におけるＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の開度の制御の概要について説明する。ＥＣＵ４０においては、ＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の実開度が入力されるとともに、給気マニホールド６に取り付けられた、給気温度センサ２８及び給気圧力センサ３０のそれぞれの検出値が、それぞれＡ／Ｄ変換器４３、４４を介して入力される。また、コンプレッサ１４ａの上流側の給気通路８に取り付けられたエアフローメーター２６により検出される給気流量の検出値が、Ａ／Ｄ変換器４２を介して入力される。さらに、エンジンスピードセンサー３２の検出値がパルスカウント回路４７を介して入力される。
【００２１】
ＥＣＵ４０では、前述の各入力された値を基にＣＰＵ４８でＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の目標開度を演算し、駆動回路４５、４６を介してＥＧＲ制御弁２４及びスロットルバルブ１８の開度を制御する。
【００２２】
また、前述の各入力された値を基にＣＰＵ４８でエンジン２への燃料噴射量を演算し、インジェクタ駆動回路４１を介してエンジン４への燃料噴射量を制御する。
なお、ＣＰＵ４８でエンジン２への燃料噴射量を演算するに際して、エンジンの最大筒内圧が制限値を越えると判断された場合には、燃料最大噴射量を低減しエンジンの最大筒内圧が制限値を越えないように制御する。
【００２３】
前述の燃料最大噴射量の低減について説明する。
燃料最大噴射量を低減するに際して、エンジン２の最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が給気マニホールド６内のガス密度との相関があることに着目し、図１に示したエンジン２について最大筒内圧（Ｐｍａｘ）と給気マニホールド内のガス密度（以下、インマニ密度と称する）の関係について測定した。その結果を図２に示す。
【００２４】
図２は、図１に示した実施例１におけるエンジン２の、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）［ＭＰａ］とインマニガス密度［ｋｇ／ｍ３］との関係を示したグラフである。図２において、図２（ａ）から図２（ｆ）の何れも縦軸は最大筒内圧（Ｐｍａｘ）、横軸はインマニガス密度［ｋｇ／ｍ３］を表している。また◆、■、△、×、＊は実験点である。また、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、前記測定に際して高度０ｍに固定して、外気温度を−３０℃〜２５℃まで変化させて測定した結果、図２（ｄ）〜図２（ｆ）は外気温度を２５℃に固定して高度を０ｍ〜３０００ｍまで変化させて測定した結果を示している。
【００２５】
図２（ａ）〜図２（ｆ）に示したグラフから明らかであるように、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）とインマニガス密度との間には、高度、外気温度に寄らず一次の相関があることが分かる。
また、図２（ａ）〜図２（ｆ）までの縦軸に示したｒは最大筒内圧（Ｐｍａｘ）の所定の上限値である。図２（ａ）〜図２（ｆ）に示したグラフの何れも、実験点について最小二乗法によって一次方程式に近似し、該近似曲線が最大筒内圧（Ｐｍａｘ）の制限値を通る点について調べると、インマニガス密度が約３．３［ｋｇ／ｍ３］であった。
即ち、本実施例におけるディーゼルエンジンにおいては、インマニガス密度が３．３［ｋｇ／ｍ３］を越えると、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が前記上限値を越えることが確認できた。
なお、他のディーゼルエンジンについても同様に測定したところ、このような最大筒内圧（Ｐｍａｘ）とインマニガス密度との間に一次の相関がある傾向は同様に見られた。
【００２６】
ここで、インマニガス密度（ρｍ）は、以下の（１）式を用いて、給気温度センサ２８及び給気圧力センサ３０の検出値である給気マニホールド内の温度（Ｔｍ）及び圧力（Ｐｍ）を用いて算出することができる。
【数１】
（１）式において、Ｒは気体定数であって２８７．０５［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］である。
【００２７】
また、ディーゼルエンジンにおいて、インマニガス密度（ρｍ）は、燃料噴射量に依存していることも別途確認できた。
【００２８】
以上のことから、ＥＣＵ４０では燃料噴射量の制御において、前述の各入力された値を基にＣＰＵ４８でエンジン２への燃料噴射量を演算するとともに、ＣＰＵ４８において給気温度センサ２８及び給気圧力センサ３０の検出値である給気マニホールド内の温度（Ｔｍ）及び圧力（Ｐｍ）から（１）式を用いてインマニガス密度（ρｍ）を算出する。
【００２９】
そして、算出されたインマニ密度（ρｍ）から、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かを判断する。本実施例においては、図２を用いて説明したようにインマニ密度（ρｍ）が３．３［ｋｇ／ｍ３］を越えるか否かで、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が上限値を越えるか否かを判断することができる。
【００３０】
インマニ密度が３．３［ｋｇ／ｍ３］を超える場合には、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が上限値を超えることから、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）を低減する必要がある。
この場合、前述のように、インマニガス密度（ρｍ）は、燃料噴射量依存していることから、燃料噴射量を下げて、インマニガス密度（ρｍ）が、規定値（本実施例においては３．３［ｋｇ／ｍ３］）を越えない値まで燃料噴射量を制限する。
【００３１】
燃料噴射量を制限することで、インマニガス密度（ρｍ）が規定値（３．３［ｋｇ／ｍ３］）を越えない値まで低下し、それに連れて最大筒内圧（Ｐｍａｘ）も上限値を越えない値まで低下する。
【００３２】
以上により、本実施例のように過給機、インタークーラ、ＥＧＲなどが付属されたディーゼルエンジンにおいても、インマニガス密度（ρｍ）を用いて判断を行うことによって低温状態であっても最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができる。
また、インマニガス密度（ρｍ）を用いて判断を行うことで、外気温、大気圧（高度）の状態を独立に考えることなく、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かの判断が可能であり、該判断を簡単に行うことができる。
【００３３】
さらに、インマニガス密度（ρｍ）を用いて判断を行うため、ＥＧＲの有無やＥＧＲが付属されたディーゼルエンジンでのＥＧＲ率とは無関係に、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かの判断が可能である。
また、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）を、燃料噴射量によって制限することができるため、高い信頼性をもって最大筒内圧（Ｐｍａｘ）の低減が可能である。
【００３４】
さらに、詳細に燃料噴射量の制限値を決定することができる。
【００３５】
図５は、エンジン回転数２０００ｒｐｍにおけるインマニガス密度と燃料噴射量の関係を示したグラフであり、図６は、エンジン回転数１５００ｒｐｍにおけるインマニガス密度と燃料噴射量の関係を示したグラフである。図５及び図６において、何れも縦軸は燃料噴射量（ｍｇ／ｓｔ）、横軸はインマニガス密度（ｋｇ／ｍ３）である。また、◆、■、△、×は実験点である。該実験点は、図５及び図６の何れもエンジン回転数を一定（２０００ｒｐｍ又は１５００ｒｐｍ）とし、高度０ｍにおいて、外気温を−３０〜２５℃に変化して測定して得られた結果である。
【００３６】
図５及び図６に示すように、同一回転数、外気温一定条件ではインマニガス密度（ρｍ
）と燃料噴射量は比例関係にある。
ここで、例えば図５において外気温−３０℃の条件に着目すると、燃料噴射量ａｍｇ／ｓｔ以上で本実施例におけるインマニガス密度の上限３．３［ｋｇ／ｍ３］を越えており、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えると予想される。従って図５に示したようにエンジンの回転数２０００ｒｐｍの場合には、当該エンジンが使用される温度が−３０℃以上を想定した場合にはａ［ｍｇ／ｓｔ］を最大燃料噴射量とすることができる。同様に他のエンジン回転数においても最大燃料噴射量が決定できる。即ち、エンジンの回転数毎に最大燃料噴射量を決定することができる。
【００３７】
図４は本実施例における最大燃料噴射量の制御に関するロジックを示す図である。
５１は、前述のエンジン回転数毎に決定した最大燃料噴射量をマップにしたものであり、該マップを用いてエンジン回転数（ｒｐｍ）から、最大燃料噴射量を決定する。
【００３８】
また、５２では、前述したように、給気温度センサ２８及び給気圧力センサ３０の検出値である給気マニホールド内の温度（インマニ温度）及び圧力（インマニ圧）から（１）式を用いてインマニガス密度（ρｍ）を算出する。
【００３９】
そして、算出したインマニガス密度（ρｍ）を用いて、５３に示したマップにより最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かを判断する。ここで５３に示したマップにおいて縦軸上側方向がＯＮ、縦軸下側方向がＯＦＦであり、ＯＮが最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えると判断する場合、ＯＦＦが超えないと判断する場合を表している。また横軸はインマニガス密度（ρｍ）を表しており、インマニガス密度（ρｍ）の規定値（本実施例においては３．３［ｋｇ／ｍ３］）周辺でヒステリシスを持たせている。これは、インマニガス密度（ρｍ）が規定値近傍の値であるときに、最大筒内圧（Ｐｍａｘ）が制限値を越えるか否かのＯＮ／ＯＦＦが頻繁に切り替わることを防ぐためである。
【００４０】
５３のマップによってＯＮと判断されれば、スイッチ５４がＯｎとなって、５１のマップで決定された最大噴射量に制限される。
５３のマップによってＯＦＦと判断されれば、スイッチ５４がＯｆｆとなって、最大噴射量は特に制限されずに運転される。
【００４１】
図３は、図４に示したロジックを使用した際に得られる外気温に対する最大噴射量、Ｐｍａｘ、最大出力を示した図である。
【００４２】
以上のように、燃料噴射量の制限値をエンジン回転数ごとに決定し、図４に示したロジックを用いることで、ロジックが簡素であるとともに、必要以上に出力が制限されることを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、過給機、ＥＧＲ、インタークーラなどの給気温度に影響を与える部品が付属されるディーゼルエンジンであっても最大筒内圧が制限値を越えるか否かの判断を適切に行うことができ、しかも高い信頼性をもって筒内圧を低減して筒内圧の異常上昇を防ぐことができるディーゼルエンジンの制御装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
２ エンジン
４ 給気マニホールド
２８ 温度センサ
３０ 圧力センサ
４０ ＥＣＵ（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転状態に応じて、エンジンに噴射する燃料噴射量を算出し、該燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段を有するディーゼルエンジンの制御装置において、
給気マニホールドと、
該給気マニホールド内の圧力を検出する圧力センサと、
該給気マニホールド内の温度を検出する温度センサと、を有し、
前記燃料噴射量制御手段は、
前記圧力センサ及び温度センサの検出値から給気マニホールド内のガス密度を計算し、
該ガス密度と、
給気マニホールド内のガス密度と前記エンジンの最大筒内圧力との関係から、予め算出した最大筒内圧力が所定値を越えない給気マニホールド内のガス密度の最大値と、を比較し、
前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上である場合に、前記給気マニホールド内のガス密度が前記ガス密度の最大値未満となるように燃料噴射量を低減し、前記エンジンの最大筒内圧力を前記所定値未満とすることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
エンジンの回転数センサを有し、
前記燃料噴射量制御手段は、
エンジンの回転数に応じて、燃料噴射量と給気マニホールド内のガス密度との関係から求めた、前記給気マニホールド内のガス密度が前記ガス密度の最大値を越えない燃料噴射量の上限値が予め設定され、
前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上である場合に、前記エンジンの回転数センサの検出値に応じた燃料噴射量の上限値以下まで、燃料噴射量を低減し、前記エンジンの最大筒内圧力を前記所定値未満とす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制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射量制御手段は、前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上であるか否かを判断するに際して、前記ガス密度の最大値近傍でヒステリシスを持たせて判断することを特徴とする請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項１】
エンジンの運転状態に応じて、エンジンに噴射する燃料噴射量を算出し、該燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段を有するディーゼルエンジンの制御装置において、
給気マニホールドと、
該給気マニホールド内の圧力を検出する圧力センサと、
該給気マニホールド内の温度を検出する温度センサと、を有し、
前記燃料噴射量制御手段は、
前記圧力センサ及び温度センサの検出値から給気マニホールド内のガス密度を計算し、
該ガス密度と、
給気マニホールド内のガス密度と前記エンジンの最大筒内圧力との関係から、予め算出した最大筒内圧力が所定値を越えない給気マニホールド内のガス密度の最大値と、を比較し、
前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上である場合に、前記給気マニホールド内のガス密度が前記ガス密度の最大値未満となるように燃料噴射量を低減し、前記エンジンの最大筒内圧力を前記所定値未満とすることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
エンジンの回転数センサを有し、
前記燃料噴射量制御手段は、
エンジンの回転数に応じて、燃料噴射量と給気マニホールド内のガス密度との関係から求めた、前記給気マニホールド内のガス密度が前記ガス密度の最大値を越えない燃料噴射量の上限値が予め設定され、
前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上である場合に、前記エンジンの回転数センサの検出値に応じた燃料噴射量の上限値以下まで、燃料噴射量を低減し、前記エンジンの最大筒内圧力を前記所定値未満とす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制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射量制御手段は、前記給気マニホールド内のガス密度が、前記ガス密度の最大値以上であるか否かを判断するに際して、前記ガス密度の最大値近傍でヒステリシスを持たせて判断することを特徴とする請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１５３５７９（Ｐ２０１１−１５３５７９Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５９０１（Ｐ２０１０−１５９０１）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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